城郊公路綠化帶植物降噪服務(wù)功能及價(jià)值研究

陳 雷，楊善云，張麗微，吳琴琴，黃麗蓉，何紅娟，朱麗清

（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 柳州市森林資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西柳州 545004）

城市是社會-經(jīng)濟(jì)-自然-環(huán)境的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[1]。公路承擔(dān)了城市補(bǔ)給的重要作用，是人們進(jìn)入城市的第一印象，有一定的宣傳價(jià)值[2]。相較于城市道路，城郊公路兩側(cè)土地的合理利用更有利于提升城市形象，優(yōu)化配置公路兩側(cè)的綠化帶、增強(qiáng)降噪效果十分重要，在城郊公路兩側(cè)進(jìn)行綠化也被認(rèn)為是最環(huán)保和最適當(dāng)?shù)慕翟敕绞絒3-5]。

道路綠化帶的降噪效果一直受到國內(nèi)外眾多學(xué)者的重視，對其降噪效果進(jìn)行了實(shí)測[6-10]，目前的研究主要集中于綠化帶降噪效果[11-13]以及不同植物形態(tài)的降噪效果[14]，關(guān)于降噪功能量及經(jīng)濟(jì)價(jià)值量研究較少。生態(tài)價(jià)值量主要的評估方法有造林成本法、支付意愿法和影子工程法，均未考慮降噪價(jià)值的物理過程，單純從支付意愿和比較價(jià)值進(jìn)行評估，主觀性過強(qiáng)且折算方式趨于理想化，準(zhǔn)確性有待商榷[15]。

本研究從降噪機(jī)理及物理效果入手，選取城郊公路綠化帶的代表性樣地為研究對象，在監(jiān)測各樣地降噪能力的基礎(chǔ)上，根據(jù)其高度、寬度、枝下高和疏透度等屬性，對各種結(jié)構(gòu)形式綠化帶的降噪功能量進(jìn)行計(jì)算，并采用比較價(jià)值估算法，得出公路綠化帶的降噪價(jià)值量，以期更合理地評價(jià)城郊公路綠化帶的降噪能力，為道路綠化帶生態(tài)功能價(jià)值研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與研究對象

柳州市（108°50'～109°44'E，23°54'～24°50'N）位于廣西壯族自治區(qū)中部偏北，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。包含城中、柳北、魚峰和柳南4 個(gè)城區(qū)以及柳江、柳城、鹿寨、融安、融水和三江6 個(gè)縣，總面積18 600 km2，2018年末常住人口為404 萬人，屬于我國老工業(yè)城市的典型代表，與湖南株洲市、山西臨汾市和四川攀枝花市等工業(yè)城市類似，正處于工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵階段，“生態(tài)柳州”正成為柳州各行各業(yè)的共識。

城郊公路作為老工業(yè)城市物流的重要通道，在城市發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用。本研究中的道路為柳長路，位于柳州市柳北區(qū)，主要連接柳州市區(qū)與北部生態(tài)新區(qū)及周邊村鎮(zhèn)，雙向4車道，沿途有柳州鋼鐵集團(tuán)、柳州威奇化工廠等重工業(yè)企業(yè)，是典型的連接城市與郊區(qū)的普通城郊公路，公路車輛中大中型貨車占比50%以上，屬于高噪聲道路，是城市噪聲治理的難點(diǎn)。

1.2 研究方法

根據(jù)調(diào)查，我國城郊公路兩側(cè)土地的造林方式較靈活，易形成區(qū)域型的綠化帶結(jié)構(gòu)，無論南方還是北方，公路兩側(cè)區(qū)域綠化帶林木均可以選擇本地林木植物，按優(yōu)勢林木種類分為大小喬木、灌木和草本。本研究對象的綠化帶結(jié)構(gòu)分為全喬型、喬灌型、全灌型及全草型4種類型。根據(jù)相關(guān)研究，30 m道路綠化帶有較好的降噪效果[6]，每一類別按寬度分為0～10、10 ～20、20 ～30和30 m 以上4個(gè)等級[16]。綠化帶的降噪效果與綠化帶的長度、寬度和結(jié)構(gòu)關(guān)系密切[17]。因此在4 個(gè)等級內(nèi)選擇樣地進(jìn)行生態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)查（高度、寬度、胸徑、枝下高和疏透度等）和噪聲監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析綠化帶的降噪效果，并通過綜合分析計(jì)算綠化帶降噪的功能量和價(jià)值量。

1.3 樣地選擇及試驗(yàn)時(shí)間

在柳長路兩側(cè)選取10塊綠化林帶，所有林帶涵蓋全喬型、喬灌型、全灌型和全草型4種典型綠化營造模式，各林帶植物主要包括榕樹（Ficus microcarpa）、木棉（Bombax ceiba）、高山榕（F.altissima）、苦楝（Melia azedarach）和樟樹（Cinnamomum camphora）等大喬木，洋紫荊（Bauhinia variegata）、蘇鐵（Cycas revoluta）、紫薇（Lagerstroemia indica）、桂花（Osmanthus fragrans）、粉葉決明（Senna sulfurea）、雞冠刺桐（Erythrina crista-galli）和紫葉李（Prunus cerasifera'Pissardii'）等小喬木，黃素梅（Duranta erecta）、紅花檵木（Loropetalum chinensevar.rubrum）、灰莉（Fagraea ceilanica）、基及樹（Carmona microphylla）和木槿（Hibiscus syriacus）等灌木和蟛蜞菊（Sphagneticola calendulacea）和溝葉結(jié)縷草（Zoysia matrella）等草本。各林帶長度均大于50 m，離交叉路口50 m 以上且無紅綠燈影響。試驗(yàn)在2017年8—9月、風(fēng)力小于2 m/s的白天進(jìn)行，并保持各測次的氣象條件基本一致。

1.4 生態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)查

林帶寬度、林木高度、枝下高和胸徑等采用常規(guī)測量方法[17]，疏透度采用相片測定法[18]，即站在距林帶垂直方向約30 m 處，用相機(jī)拍攝同一方位照片，然后用ArcGIS 軟件進(jìn)行處理，測定照片中透光面積占總面積的比值（表1）。

表1 樣地的基本情況Tab.1 Basic situations of sample plots

續(xù)表1 Continued

1.5 噪聲監(jiān)測

采用噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀（愛華AWA6228B+），量程為30 ～142 dB，測定頻率為31.5 ～8 000 Hz，測量前采用AWA6223F 聲級校準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn)。本研究監(jiān)測因子為等效連續(xù)A 聲級，依據(jù)GB 3096-2008[19]進(jìn)行測定，重復(fù)2次取平均值。

為具體研究各等級降噪值，以公路行車道外側(cè)0 m，向綠化帶方向垂直延伸，監(jiān)測0、10、20、30和30米以上綠化帶內(nèi)側(cè)處噪聲值（標(biāo)記為N0、N1、N2、N3和N4）。為分析愈量降噪值的情況，在樣地道路選取路面上等距離點(diǎn)為空白參照點(diǎn)，愈量降噪值為各監(jiān)測點(diǎn)噪聲值與空白參照點(diǎn)噪聲值的差值（標(biāo)記為ΔN0、ΔN1、ΔN2、ΔN3和ΔN4），為便于分析，0 m 處噪聲愈量降噪值（ΔN0）設(shè)為0[20]。

1.6 相對降噪能力計(jì)算

4個(gè)寬度等級各林帶噪聲總衰減值為各相鄰等級林帶噪聲愈量降噪值的差值，即ΔNi-ΔNi-1，然后計(jì)算各寬度等級相對降噪能力αi（%），計(jì)算公式如下：

1.7 降噪功能量計(jì)算

監(jiān)測結(jié)果反映了各類別各等級噪聲的降低程度及效果，為綜合整條道路的降噪功能量，參考已有研究成果[15]，引入綠化帶長度和道路噪聲值來計(jì)算道路綠化帶降噪總功能量（W，dB/a），計(jì)算公式如下：

式中，N為道路年平均噪聲值（dB（A）/a），取71.79 dB（A）；Lj為不同綠化帶結(jié)構(gòu)的長度（m）；i為林帶不同寬度等級；j為不同類別綠化林帶。

1.8 降噪價(jià)值量計(jì)算

采用影子工程法計(jì)算，即以公路旁邊建設(shè)的降噪屏障成本進(jìn)行替代計(jì)算。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，降噪屏障可降低約80%的噪聲，柳長路噪聲源強(qiáng)平均值為71.79 dB（A），降噪能力為57.43 dB（A）/m。一般4 m高的降噪屏障建造成本為400 元/m[21]，柳長路降低噪聲成本（P）為6.97 元/dB（A）。

式中，S 為道路綠地降噪價(jià)值（元/a）；W 為道路綠化帶噪聲降低總分貝數(shù)（dB（A）/a）。

2 結(jié)果與分析

2.1 柳長路交通噪聲現(xiàn)狀分析

柳長路平均噪聲值為71.79 dB（A），超過標(biāo)準(zhǔn)限值70 dB（A）要求，說明柳長路目前交通噪聲污染較嚴(yán)重。在采取綠化降噪措施后，各交通噪聲值明顯下降。根據(jù)各林帶內(nèi)側(cè)噪聲監(jiān)測結(jié)果，聲環(huán)境達(dá)標(biāo)率為100%，說明柳長路綠化帶降噪效果明顯（表2）。

表2 各林帶愈量降噪值Tab.2 Excess noise attenuation of different greenbelts

2.2 柳長路綠化帶降噪能力分析

全喬型、喬灌型、全灌型和全草型各類型10 m寬愈量降噪值分別為0.41、1.12、0.95和0.15 dB（A），20 m 寬為1.11、3.02、1.77 和0.33 dB（A），30 m 寬為1.84、4.91、3.19 和0.4 dB（A）（表3）。降噪能力為喬灌型＞全灌型＞全喬型＞全草型，與大部分研究學(xué)者的結(jié)論一致[12,16,22]，說明典型的喬灌結(jié)合型營造模式是道路兩側(cè)綠化降噪效果最好的營造模式。喬灌型營造模式的綠化帶面積占總綠化面積的55.41%，基本能達(dá)到綠化帶降噪效果，但針對柳長路大型車輛較多的特點(diǎn)，仍要加大喬灌型綠化帶的營造，不斷完善綠化帶的結(jié)構(gòu)形式，尤其是對部分無綠化林帶或稀松草地進(jìn)行營造，充分發(fā)揮道路綠化帶對交通噪聲的降噪能力，提升綠化帶的生態(tài)效應(yīng)。

喬灌型綠化帶降噪效果在不同綠化帶寬度中均為最佳。全喬型和全灌型綠化帶在20 ～30 m 處發(fā)揮最大的降噪能力，喬灌型和全草型綠化帶在10 ～20 m 處發(fā)揮最大降噪能力，綠化帶結(jié)構(gòu)在10 ～30 m處降噪效果最好，這與30 m 綠化帶能起到很好的降噪效果的結(jié)論[6,8,12,20]一致。除全草型綠化帶外，其他類型綠化帶30 m 以上降噪效果均為最差，因此，綠化帶越寬，降噪效果不一定越好。全草型綠化帶因結(jié)構(gòu)單一且高度較低，最大的降噪能力僅0.25%，遠(yuǎn)小于其他類型綠化帶，因此，道路綠化應(yīng)盡量減少全草型綠化帶的營造面積。

表3 不同類型綠化帶的降噪能力Tab.3 Noise reduction effect of different greenbelt types

2.3 柳長路綠化帶降噪功能量分析

柳長路全線道路綠化帶降噪量為77 914.65 dB/a（表4）。全喬型、喬灌型、全灌型和全草型的降噪量分別為5 507.18、52 787.06、19 032.50和587.91 dB/a，分別占總降噪量的7.07%、67.75%、24.43%和0.75%。從單位面積降噪量來看，柳長路道路綠化帶單位面積噪聲降低了0.305 dB·a-1·m-2，其中喬灌型最高（0.132 dB·a-1·m-2），全草型最低（0.017 dB·a-1·m-2）。

表4 綠化帶降噪服務(wù)功能量及價(jià)值量Tab.4 Service function and value of greenbelt noise reduction

2.4 柳長路綠化帶降噪價(jià)值量分析

柳長路綠化帶總降噪價(jià)值量為543 065.10 元/a，單位面積降噪價(jià)值量為2.129 元/a·m2，可以看出柳長路綠化帶降噪的環(huán)境效益和生態(tài)效益較大，對提升城市形象效果顯著（表4）。喬灌型面積占總綠化面積的55.41%，降噪價(jià)值量占總量的67.75%，即占地面積小但降噪效果明顯，喬灌型綠化帶單位面積降噪價(jià)值量為0.919 元/a·m2，在所有綠化營造模式中最大；全草型面積占比為4.72%，降噪價(jià)值量僅為總量的0.75%（圖1）。道路綠化帶結(jié)構(gòu)形式應(yīng)以喬灌型為主，可配合全喬型和全灌型結(jié)構(gòu)進(jìn)行美化設(shè)計(jì)，盡量減少全草型的結(jié)構(gòu)形式。

圖1 不同類型綠化帶面積及降噪價(jià)值量比例Fig.1 Percentage of area and noise reduction value of different greenbelt types

3 結(jié)論與討論

本研究表明，老工業(yè)城市的城郊公路交通噪聲污染較重，綠化帶對噪聲有一定的消減作用，其中喬灌型的綠化營造模式能起到最大的降噪效果，其次為全灌型和全喬型，全草型的降噪效果最差;從各結(jié)構(gòu)綠化帶不同寬度等級的降噪能力看，全喬型和全灌型綠化帶在20 ～30 m 處、喬灌型和全草型綠化帶在10 ～20 m處發(fā)揮最大降噪能力。

柳長路道路綠化帶共降噪77 914.65 dB/a，降噪總價(jià)值量為543 065.10元/a；喬灌型營造模式降噪價(jià)值量占總量的67.75%，降噪價(jià)值較大，因此喬灌型營造模式是公路綠化帶的最佳方式；全草型價(jià)值量僅為總量的0.75%，降噪效果幾乎為0。

本研究從功能量和價(jià)值量兩個(gè)方面對城郊公路的綠化帶植物降噪效果進(jìn)行評價(jià)，綜合考慮綠化帶高度、寬度、枝下高和疏透度等屬性，通過貨幣化定量計(jì)算其降噪作用，彌補(bǔ)了以前研究主觀性強(qiáng)、定量偏少的不足，可為評估公路綠化帶降噪功能提供科學(xué)依據(jù)。