城市生态风景林公众康养效益评价∗

洪志猛 兰思仁 战韵竹

1 福建省林业科学研究院 福州 350012

2 福建农林大学园林学院 福州 350002

随着城市化进程的加快, 环境污染和各种传染疾病的蔓延影响了人们的生活品质, 城市居民的身心健康受到了广泛关注。

森林具有促进人类健康和福祉的作用[1], 森林环境能给人带来舒适、平静、 放松等积极情绪[2]。

城市生态风景林作为城市居民亲近森林的主体, 具有提升景观、 减少噪音、 改善空气质量、 促进身心健康等效益[3－9]。目前, 森林康养相关研究主要集中在情绪健康、声景感知、 负氧离子等方面[10－12], 而针对于不同林分类型对公众生理健康效益影响及差异研究较少。

为了探讨城市生态风景林不同林分类型对人体生理健康的影响, 本研究利用Ergo LAB 数据平台, 评估受试者在不同林分环境下的生理指标,拟探究以下问题: 1) 不同的城市生态风景林林分类型是否具有缓解压力作用。

2) 不同的林分类型对缓解压力是否存在差异。

3) 同一林分类型对不同人群结构康养效益影响是否存在差异。

福州国家森林公园属亚热带海洋性气候, 气候温和, 雨量充沛, 年平均相对湿度79%, 年平均气温20 ℃。

土壤以红壤为主, 显酸性, 公园内植被类型复杂, 共有蕨类植物39 科147 种, 裸子植物11 科114 种, 被子植物200 科4 864 种[13]。为了探讨城市生态风景林对人体生理健康的影响,选择福州国家森林公园竹林、 木荷林、 针阔混交林及水杉林4 种林分类型作为试验林进行研究。

4种林分类型试验样地以观测点为中心设置3 个100 m×100 m 标准样地进行每木检测, 郁闭度测定采用树冠投影法[14](表1)。

2.1 受试者简介

学生的评判能充分代表公众的审美态度, 与公众景观评价之间不存在明显差异[15－16]。

因此,不同林分类型试验林测定邀请54 名在校大学生作为受试者, 最终有效样本为48 份, 男女人数各占一半, 4 个林分类型共有样本总量192 份。

竹林环境中不同年龄结构受试者中老年人主要来自公园游客, 青年人以在校大学生为主, 不同年龄人群各有效样本为48 份。

2.2 生理指标测定

北京津发科技研制的Ergo LAB 穿戴式生理多导仪及数据记录分析系统适宜野外自然环境数据采集, 能够实时监测受试者生理反应各项指标数据变化并进行科学准确分析。

本研究测定的生理指标包括受试者肌电(electromyography, EMG)、皮肤电(electrodermal activity, EDA)、 呼吸频率( respiratory rate, RESP ) 和血容量脉搏(photoplethysmography, PPG) 4 项。

EMG 反应的是肌肉紧张的生理变化指标, EMG 数值随着压力期的增加而增加, 而恢复期则减少[17]。

EDA 是反映交感神经最有效、 最敏感的生理指标[18]。RESP 反映人体受到外界刺激时引起的呼吸频率变化。

PPG 体现手指末端血管内血液容量变化,血液容量可以反映人体的生理状况。

2.3 试验流程

为保持受试一致性, 受试人员经过试验准备期、 生理初试期、 生理施压期、 放松期、 林分环境康复期等阶段(图1)。

经研究表明: 第2~12 min 副交感神经及交感神经活动的指标变化明显[19], 自然环境的恢复效益可以在生理上迅速体现[17], 因此, 林分环境生理恢复选择10 min, 包括放松期和环境康复测定。

生理初试期利用受试者观看白色图片测得基础生理数据, 生理施压期受试者利用做题施压过程测得的生理数据为“前测值”, 林分环境康复期受试者在林分环境中康养测得的生理数据为“后测值”。

“后测值－前测值” 为康复值, 当康复值为负值, 绝对值越大,生理康养恢复效果越好。

图1 城市生态风景林林分环境生理指标测定流程

2.4 标准划分

根据联合国世界卫生组织提出的新的年龄分段标准: 18~44 周岁为青年人；

45~59 周岁为中年人；

60 周岁以上为老年人。

根据测定将EMG、EDA、 RESP 康复值划分4 个区间: ≤－2、 －2~－1、 －1~0 和>0, 对应等级依次为极好、 较好、一般和较差。

而测定的PPG 指标康复值波动较大, 将其划分4 个区间: ≤－5、 －5~0、 0~5, >5, 对应等级依次为极好、 较好、 一般和较差。

3.1 不同林分类型公众生理指标响应特征

4 种林分类型对公众4 项生理指标响应特征如图2 所示。

EMG 生理指标在竹林和水杉林影响效果好, 康复值达到较好以上等级的人群占比分别为33.33%和29.17%, 竹林、 木荷林、 针阔混交林及水杉林4 种林分一般等级占比分别为50%、70.83%、 45.83%及43.75%。

从EDA 指标来看,针阔混交林和竹林康复效果好, 但达到较好以上等级仅占22.92%和20.83%, 一般等级比重大,竹林、 水杉林一般等级分别占58.33%和56.25%。从PPG 指标影响来看, 竹林和水杉林达到较好以上等级的人群均为58.33%, 其次为木荷林占47.92%, 较差为针阔混交林仅占35.42%。

对于RESP 指标的生理响应, 竹林和水杉林达到较好以上等级的人群占比为37.5%和29.17%；

竹林、木荷林、 针阔混交林及水杉林等达到一般等级以上的分别占70.83%、 50%、 58.33%、 64.58%。整体来看, 4 种林分类型对公众生理指标的响应效果, 以竹林最好, 其次为水杉林, 针阔混交林和木荷林较差。

图2 不同林分公众生理指标响应特征

3.2 不同林分类型对公众康养恢复效果

不同林分类型对4 项生理指标康养效果如图3 所示, 不同林分类型公众生理康养等级基本呈正态分布, 一般等级占比较高, 其次为较差和较好等级, 极好等级占比较低。

竹林、 木荷林、 针阔混交林及水杉林对生理康养达到极好等级分别为11.46%、 5.21%、 8.33%、 11.98%, 而较好等级人群占比分别为26.05%、 18.23%、 17.71%、21.35%。

从较好以上等级来看, 竹林、 水杉林生理康养效果好, 分别达到37.51%、 33.33%, 其次为针阔混交林26.04%, 木荷林较差为23.44%。生理康养一般等级占比较高, 竹林、 木荷林、 针阔混交林及水杉林分别为45.31%、 47.92%、40.63%、 40.10%, 可见, 不同林分类型起到一定的生理康养效果人群均占有较大的比例。

竹林、木荷林、 针阔混交林及水杉林生理康养效果差的人群占比分别为17.19%、 28.65%、 33.33%、26.56%, 体现了这一部分人群在森林环境中康养效果差, 达不到生理康养的目的。

从总体上来看,不同林分类型生理康养效果存在差异, 根据康复值指标, 竹林、 木荷林、 针阔混交林及水杉林达到生理康养效果的人群占比分别为72.92%、60.94%、 57.29%、 67.19%, 影响效果明显。

图3 不同林分类型对人体生理指标响应效果

3.3 不同林分类型对人体生理康养显著性差异

从表2 可以看出: 对于EMG 生理指标, 竹林达到极显著差异(P<0.01), 康复值为－0.676,效果最好；

其次为水杉林, 康复值为－0.566。

针阔混交林、 水杉林达到显著差异(P<0.05)。

从EDA、 RESP 生理指标看, 竹林、 水杉林达到极显著差异(P<0.01), 木荷林、 针阔混交林无差异(P>0.05)。

从PPG 指标看, 竹林达到极显著差异(P<0.01), 竹林康复值为－1.770, 效果最好,是木荷林康复值－0.724 的2.44 倍。

木荷林、 水杉林、 针阔混交林无显著差异(P>0.05), 水杉林康复值为－0.020, 生理康养效果差, 而针阔混交林康复值为1.219, 说明针阔混交林PPG 指标对人体生理康养效果影响小。

整体来看, 竹林对人体生理指标影响最为突出, EMG、 EDA、 PPG和RESP 4 项指标值均达到极显著差异 (P<0.01)；

其次为水杉林, EDA、 RESP 指标值达到极显著差异(P<0.01), EMG 达到显著差异(P<0.05)；

针阔混交林的EMG 达到显著差异(P<0.05)；

木荷林对EMG、 EDA、 PPG 和RESP 4 项生理指标响应均无显著差异(P>0.05), 说明其对人体生理康养恢复效果不高。

表2 不同林分类型对人体生理康养的影响

3.4 同一林分类型对不同年龄群体康养效益影响

以竹林为例, 从表3 可以看出: EMG 在老年人中的康复值－1.701 4 是中年人康复值－0.310 0的5.49 倍, 青年人康复值为0.004 4 无恢复效果。PPG 在老年人中的康复值－6.000 0 是中年人康复值－0.692 3 的8.67 倍, 是青年人康复值－3.687 5的1.63 倍。

EDA 和RESP 康复值在中年人中较好, EDA 在老年人中的恢复效果次之, 而RESP在青年人中的恢复效果次之。

从差异显著性来看,EMG 在不同年龄人群中存在极显著差异(P<0.01)。

PPG 存在显著差异(P<0.05)。

EDA 和RESP 不存在显著差异(P>0.05)。

综上所述, 相较于中年人、 青年人, 老年人在EMG、 PPG 指标生理康养效果极显著(P<0.01)。

表3 竹林对不同年龄结构人群康养效益影响

4.1 城市生态风景林在一定程度上具有缓解压力的作用

竹林、 木荷林、 针阔混交林及水杉林4 种林分类型对EMG、 EDA、 PPG 及RESP 4 项生理综合指标康养恢复效果明显。

森林环境可缓解压力,增加副交感神经活动[20]。

绿色环境相对于人工环境, 可以减少更多情绪和心理的压力[21－22]。

当人们面对压力时, 接触自然能迅速产生积极反应,恢复积极的情绪和态度[23－24]。

4.2 不同林分类型对生理康养恢复存在差异

4 种林分类型生理康养恢复效果从好到差依次为: 竹林>水杉林>针阔混交林>木荷林。

竹林生理康养恢复效果最好, 其次为水杉林和针阔混交林, 木荷林最差, 这与宋阳等[25]的研究结果相似。

影响不同林分类型康养差异性因素很多, 其原因主要有: 一方面, 不同林分类型的植物挥发性物质主要成分不同, 如竹林中挥发有机物单萜烯含量为37.34%~82.25%[26], 具有良好康养潜力；

水杉林的挥发物主要成分是萜类化合物[27]；
木荷林在自然条件下能挥发出多种芳香物质[28]；
针阔混交林主要挥发物为α-蒎烯、 异戊二烯[29]。各林分环境的挥发性物质具有良好的生理活性,导致了人体生理指标反应的差异性[30]。

另一方面, 视觉偏好是视觉适应性的重要体现, 人体感知的视觉森林空间是缓解压力效果的主要因素。Chiang 等[31]研究表明, 人们对于高大通直、 中等密度的森林空间更有偏好性, 同时在其研究中加入了生理指标的判别, 结果呈现了一致的结论[32]。

实地调查表明, 竹林竹茎通直, 曲径通幽, 空间密度适宜, 视觉效果好；

水杉林和木荷林树体高大通直, 但密度较高, 视觉偏好性较差；
针阔混交林树种配置参差不齐, 林相较为杂乱,视觉偏好性差。

因此, 感官视觉的偏好影响着人体生理反应, 也体现不同林分类型对缓解压力存在差异性。

4.3 同一林分类型对不同人群结构生理康养恢复存在差异性

以竹林为例, 竹林环境对老年人生理康养恢复效果显著, 尤其在EMG、 PPG 指标恢复效果好, 存在显著差异。

中年人在EDA、 RESP 指标恢复较好, 中年人和青年人恢复效果不存在显著差异, 这和Huang 等[33]的结果相似。

姜涛等[34]以脑电波为反馈标志, 分析了在观赏竹景观的视觉刺激下, 不同性别、 不同年龄段人群的生理活动变化和差异, 结果显示女性和青年人对环境的敏感度更高, 老年人群对视觉刺激的生理反应略弱。

因此, 研究不同人群的恢复效益具有重要作用。

同一森林环境对老年人恢复效果显著, 其主要原因可能是不同社会属性人员造成的。

通过对问卷社会经济背景的分析, 调查的人群主要是到森林公园休闲娱乐的离退休老年人, 该群体生活压力小, 适应森林公园环境, 受到施压恢复效果好。

中年人群主要来自森林公园旅游者, 青年人群以高校大学生为主, 中青年人群工作、 学习压力较大, 施压后恢复效果一般。

城市生态风景林林分环境对公众有良好的缓解压力作用, 尤其是竹林的康养效果最为显著。不同林分类型对生理康养效益存在差异性, 4 种林分类型康养效益从好到差依次为竹林>水杉林>针阔混交林>木荷林。

竹林的EMG、 EDA、 PPG和RESP 4 项生理康复指标均达到极显著差异；
水杉林的EDA、 RESP 指标达到极显著差异,EMG 达到显著差异；

针阔混交林EMG 达到显著差异；

木荷林4 项生理康养指标均无显著的差异。同一林分类型对不同年龄结构人群生理康养恢复存在差异性。

以竹林为例, 其对老年人恢复效果显著, 尤其是EMG、 PPG 指标, 中年人在EDA、RESP 指标恢复效果较好, 中年人和青年人恢复效果差异不显著。

未来应在4 个不同林分类型基础上开展更多类型的研究, 探索同一类型在不同季节的变化规律；

还可增加试验受试样本量, 增加生理指标测定, 以获得更全面的实验结果, 从而起到促进城市生态风景林公众康养效益的作用。

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