城市绿地生态保健功能研究进展
作者:检测购系统 发表时间:2021-08-09 06:38:59 浏览次数:162
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摘要:城市绿地在调节气候、消除噪声、抑制细菌、保护视觉、心理减压等生态保健方面具有独特的优势,是改善人居环境和保持健康的重要途径。文中在综述大量文献资料的基础上,阐述了城市绿地生态保健功能的概念与内涵,梳理了指标的分类与评价方法,评析了城市绿地对生理保健和心理保健的功能效应,并指出目前城市绿地生态保健研究还需在研究对象、研究方法、评价模型、评价结果等方面进一步提升。总体认为:研究对象要更加丰富且注重生态保健因子的综合保健效果,研究时间更加持续且具有时空动态性,综合多学科理论与方法制定科学评价模型,研究结果要充分突出实践应用性。
关键词:城市绿地,生态保健功能,保健因子
目前我国城镇化率已经超过 60%且将持续升高,城市绿地已成为人们接近自然、回归自然、保持自然的重要途径。城市绿地不仅生态环境保护功能长期受到关注,而且其提供的丰富色彩、固碳释氧、增加空气负离子、降温增湿、滞尘减噪以及抑制细菌等生态保健功能也日渐成为研究热点[1-3]。城市绿地对于人们的意义也由最初的游憩、美学欣赏到生物多样性保育再过渡到了生态恢复和生态保健[4-5]。国外关于生态保健的研究侧重于病患健康的恢复[6-8],而国内有关研究起步较晚,更注重于普通民众疾病的预防[9-11]。本文在阐述城市绿地生态保健功能概念与内涵的基础上,总结评析其功能因子类别、评价指标、生理保健及心理保健功能效应,展望我国城市绿地生态保健研究方向和发展趋势。
1 城市绿地生态保健功能概念与内涵
“保健”最早应用于心理健康治疗,采取非借助于医疗的手段来保护和增进人体健康、防治疾病[12]。 Kaplan[13]提出的注意恢复理论(ART)和 Ulrich[14]提出的压力减少理论(SRT),使得学者们更加关注绿地的作用。1986 年“亲自然”假说认为,绿地与人类健康有一定的联系,这可能与接触自然的景色和声音有关[15]。程绪坷[16]于 1990 年对保健型人工植物群落进行了分类,杨凡[17]于 1999 年首次提出了保健型园林景观这种类型,至此保健型园林在我国得以发展。朱太平[18]将保健型植物定义为,既具有园林景观观赏价值又对人体健康有着某些特殊保健功效的一类植物,并将其在净化空气、抑制细菌、固碳释氧、降低噪音、改善小气候及产生空气负离子等方面的作用归结为植物的生态保健功能。杨凡[17]从景观学角度将植物的生态保健功能归结为,在植物景观的生态功能、美学功能、社会功能、生产功能的 4 大功能中,植物对于人的身心健康所产生的各类直接有益功效的综合功能可分为生理保健功能和心理保健功能。
2 城市绿地生态保健功能因子分类与评价指标选取
城市绿地生态保健根据生态保健因子的特性有着不同的功能。生态保健因子是可以发挥生态保健功能的因子,因其对人体产生调节作用的方式不同而分为生理保健因子和心理保健因子[17]。生理保健因子是具有调节不良环境,如改善城市的声环境、空气环境以及水环境等的因子,通常选取的核心指标包括增加空气负离子、消减大气颗粒物(或PM2.5)、降温增湿、抑菌降噪、释放有益挥发物等,这些客观环境因子可由仪器监测后根据相应公式计算其保健效应[19]。心理保健因子主要是通过植物个体的形态色彩、植物群落的空间和季相美以及植物景观的意境美,丰富人们的美学体验,调节人们的心理状态,促进人们的心理健康,提高人们对环境和生活的满意度[20]。通常以心理减压、视觉知觉保健、景观美景度、人体心电反应等指标反应其功能效应。其中,景观评价常采用美景度评价法。心理指标评价如表1所示。城市绿地生态保健因子的选取应结合城市环境状况以及研究区特性,从改善环境或产生有益物质的因素中科学选出,研究区的水文、地形、地貌、人口密度、身体健康情况可以作为潜在的影响因素。
3 城市绿地生态保健功能效应
3.1 生理保健效应
3.1.1 单因子效应
1)增加空气负离子浓度。植物通过光合作用以及树冠叶片尖端放电发生光电效应,促使空气电离产生空气负离子。Anttila 等[22]研究发现,空气负离子浓度过低会引发人体头痛、恶心呕吐、呼吸困难、情绪不安和工作效率下降等多种不适应。潘剑彬[23]认为,绿地的组成影响空气负离子的产量,其中乔木林提升空气负离子的效果最为显著。孙文等[24]研究发现,纯草结构产生的负离子较多,最高可达到 1 400 N/cm 3,其余结构均值为 200~700 N/cm 3,且结构越复杂变异性越小。冯鹏飞[25]利用回归分析等方法,研究了北京市常见植被类型的负离子浓度差异并分析其影响因素,得出空气负离子与湿度呈现正相关而与空气 PM2.5浓度呈现负相关。
2)降低大气颗粒物。城市内的汽车行业、建筑行业以及化学生产等产生一系列粉尘颗粒污染物,严重影响了人们的健康生活。植物会吸收一部分微粒,但大部分被拦截的微粒则保留在植物表面,表面捕获的颗粒物直接影响大气中颗粒物的数量。王珍珍[26]研究了南昌市道路绿地中 3 种绿地类型叶面尘粒度组成与滞尘量的差别发现,植物主要减滞粒径为 10~100 µm 的颗粒物,且香樟(Cinnamomum bodinieri)滞留 PM2.5的能力最强,达到 21.80%。顾康康[27] 结合 ENVI-met 模拟研究了群落复杂程度对 PM2.5 的影响,其中乔木—树篱—灌木群落对 PM2.5 的消减率达到了 14.2%,乔木—树篱群落的消减率为 12.9%,乔木群落的消减率为 9.2%,表明植物配置、绿地长度和植物高度会对 PM2.5消减作用具有重要影响。范舒欣[28]通过分区实地测量,研究了城市绿地对亚微米颗粒物(PM1)的影响,结果表明,针阔—乔草型群落对 PM1颗粒物有较强的消减能力。
3)降温增湿。城市热岛(UHI)是随着城市的发展而出现的问题,会对居民健康和社会经济产生不利影响。袁梦等[29]研究发现,林地在调节气候、改善人体舒适度中发挥的效益最大,且夏季绿地的降温增湿效果最明显。Imhoff 等[30]使用遥感技术对 38 个城区研究发现,夏季绿地的平均降温幅度为 4.3 ℃,其中植被类型为阔叶林或针阔混交林的绿地降温幅度高达 8 ℃左右。还有学者采用虚拟变量回归法,研究城市绿色基础设施降温增湿效应与植物群落结构参数之间的关系发现,林冠密度与降温和增湿效果均呈显著正相关,而孔隙度与降温呈正相关,与增湿效果呈负相关,并认为城市聚集型绿色基础设施的绿化覆盖率和空间类型对降温增湿效果也有影响[31]。
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4)释放有益挥发物与抑菌。芳香类植物释放的挥发物质具有杀菌、调节空气负离子的作用,人体吸入后还可调理气血。郝渊鹏[32]分析植物精油中抗菌成分及其机理认为,活性较好的为酚类、含氧萜类和萜烯类。樊甜甜[33]通过焦虑自评量表筛选出易引发焦虑的志愿者,并用精油代替活体香气进行对抗焦虑研究认为,所研究的 3 种精油均有急性抗焦虑的作用,且薰衣草(Lavandula angustifolia)及维吉尼亚雪松(Cedrus deodara)的香气物质的效果优于苦水玫瑰(Rosa rugosa)。空气中微生物浓度过高会引起病原菌大量繁殖和扩散,从而导致人们出现一系列的传染性疾病。植物主要通过叶片分泌杀菌物质或阻滞带菌颗粒物,减少空气中细菌的含量。Franco[34]认为,空气微生物主要来自地面,且与近地面尘埃颗粒的分布相关,并且随距离地面高度的增加,微生物逐渐递减。贾晓轩[35]研究银杏(Ginkgo biloba)、红松(Pinus koraiensis)纯林枝叶及林内的挥发性有机物成分以及对空气微生物的作用得出,在银杏、红松挥发物中具有抑菌作用的成分主要为癸醛、天然壬醛、水杨酸甲酯,且在 13:00 时抑菌作用最强。
3.1.2 多因子效应
对城市绿地生态保健效应的研究逐渐从单个保健因子向多个保健因子相结合的方向发展。赵庆等[36] 分别对广东省6种林分进行了不同季节多个时间维度下人体舒适度、滞尘、释放负氧离子等的研究,综合各个指标,5月份阴香林和灰木莲林有最好的综合保健效应。段敏杰[37]和王月容[38]结合综合指数法分别研究了北京紫竹院公园和北小河公园不同结构类型绿地的空气负离子浓度、人体舒适度、PM2.5浓度以及噪音消减率4项指标的综合保健效应,2个公园的综合指数排序趋势具有细微差别:紫竹院公园的乔灌草结构> 灌草结构>乔草结构>纯草结构,指数阈值为0.32~0.84;而北小河公园综合保健指数为乔灌草结构>乔草结构>灌草结构>纯草结构,指数阈值为0.15~ 0.74。邸雅平[39]在研究蜀南竹海景区空气4月、8月、12月悬浮颗粒物、人体舒适度、空气负离子水平3个生态保健因子的同时,运用问卷调查法以及层次分析法(AHP)对美景度进行分析和比较研究发现,在所有观测点中,8月份生态保健效果最好,12月份最弱。鲍风宇[40] 对北京市典型城市绿地生态保健功能的关系研究表明,不同绿地类型的保健功能即使在相同的时间内也有很大的差距,而且乔灌草结构的生态保健功能要优于其他结构。张志永[41]以城市森林中社区绿地、森林公园、郊野森林为主要研究对象,以空气负氧离子浓度、二氧化碳浓度、气温、相对湿度、风速、噪声值为主要因子研究表明,城市森林具有良好的保健效果,除噪声外,其他多项生态保健效应日变化曲线呈现明显的“单峰式”; CO2浓度最低值出现在13︰00—14︰00;舒适度指数的最低值出现在12︰00—14︰00;空气负氧离子浓度变动较大,噪音值则变动较小。
3.2 心理保健效应
3.2.1 视觉知觉保健
园林植物颜色搭配能够对人们的心理活动和生理发展产生重要影响,色彩给人的第一印象最为深刻和持久,不同颜色所带来的效果不尽相同。邱汉周等[42]将保健型植物按照对人体心理和生理方面的作用分为视觉保健型植物、听觉保健型植物、触觉保健型植物、嗅觉保健型植物、食药保健型植物(见表 2)。
3.2.2 美景度评价
美景度可以体现植物的美学价值,是人们对城市绿地最直观的感受。美景度评价直接反映景观与大众心理之间的联系。刘畅等[43]利用心理物理学美景度评价法,对南京市 4 条街道绿地进行了 1 年的动态美景度评价,发现乔—灌型搭配植物季节色彩变化以及层次感对美景度贡献较大。段敏杰等[44]运用心理物理学美景度评价法,对北京市 3 个城市公园进行美景度评价与因子分析,得出乔灌草结构的植物群落美景度最优,且树种的组成数量、郁闭度、生活型构成为最显著的影响因子。王贤广等[45]应用心理物理学美景度评价法,在评价浙西南山地林相秋季美景度的基础上进一步研究了最优颜色构成模式,结果表明,郁闭度在 70%~80%时达到最佳;秋季林相的最优颜色构成模式为绿色 50% ~60%、红色 30%~40%、黄色 0~10%。
3.2.3 心理减压
对于绿地改善人们心理状态的研究主要体现在压力、焦虑、抑郁等方面。康宁等[46]选择园林绿地内最基本植物群落为评价对象,进行了主导脑波成分变化的差异性比较。Cohen 等[47]研究了生活在不同绿地条件下双胞胎的抑郁、压力和焦虑情况得出,接触绿地的频率与缓解这些负面情绪呈正相关,尤其是对减少抑郁效果最为显著。吕兵洋[48]在多维角度环境刺激下,通过语义差异法(SD)和心境状态量表(POMS)研究了竹林对学生心理的影响,并通过测定血氧饱和度、心率、收缩压、舒张压等研究其对生理的影响,结果发现,女性和男性受试者外周血的 NK 细胞数量百分比分别增长了 0.83 和 1.48 个百分点。随着对绿地在心理方面的研究不断发展,园艺疗法逐渐兴起。李树华[49]提出了园艺疗法的概念,认为绿地的健康功效是综合的,涉及生理、心理、社会 3 个维度并且相互影响。园艺疗法在绿地与心理疾病、绿地与死亡率、绿地与肥胖、绿地与呼吸道和心血管疾病以及绿地与人体免疫系统方面研究较多。Stanhope[50]研究认为,绿地影响肠道微生物组的变化可能会影响疼痛感知,植物杀菌剂也可能会影响人体免疫系统,特别是自然杀伤细胞的功能,对于那些免疫系统受损的人来说,应该鼓励他们接触绿地。
4 研究展望
目前关于城市绿地生态保健的研究还存在对象较为单一、研究时间缺乏持续性、评价指标体系及分析模型难以统一、评价结果对指导实际应用研究偏少等问题。未来应更加注重以下几方面的研究:
1)从单一生态保健因子研究过渡到多项生态保健因子研究,开展心理保健和生理保健相结合的综合功能效应研究评价,研究对象从单一绿地类型向多种类型及多种群落结构模式的绿地过渡,将“土地利用 —生态效益—身心健康”的耦合关系作为研究方向;
2)加强城市绿地生态保健的长期定位监测研究,揭示绿地植物群落、气候因素影响机制以及从时间和空间上发展动态机制,实现更科学、客观的时空动态研究;
3)运用多学科交叉的理论与方法,充分挖掘城市绿地生态保健功能及影响因素的数据信息,结合心理学、人体生物学等学科研制与构建更加科学合理的评价体系和分析模型;
4)将城市绿地生态保健的研究成果充分应用到城市绿地建设当中去,以达到优化城市土地利用结构、提升居民身心健康的目的。——论文作者:杨 畅 1,2 王 锐 2 王月容 1
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