城郊公路绿化带植物降噪服务功能及价值研究

陈 雷，杨善云，张丽微，吴琴琴，黄丽蓉，何红娟，朱丽清

（广西生态工程职业技术学院 柳州市森林资源保护与利用重点实验室，广西柳州 545004）

城市是社会-经济-自然-环境的复合生态系统[1]。公路承担了城市补给的重要作用，是人们进入城市的第一印象，有一定的宣传价值[2]。相较于城市道路，城郊公路两侧土地的合理利用更有利于提升城市形象，优化配置公路两侧的绿化带、增强降噪效果十分重要，在城郊公路两侧进行绿化也被认为是最环保和最适当的降噪方式[3-5]。

道路绿化带的降噪效果一直受到国内外众多学者的重视，对其降噪效果进行了实测[6-10]，目前的研究主要集中于绿化带降噪效果[11-13]以及不同植物形态的降噪效果[14]，关于降噪功能量及经济价值量研究较少。生态价值量主要的评估方法有造林成本法、支付意愿法和影子工程法，均未考虑降噪价值的物理过程，单纯从支付意愿和比较价值进行评估，主观性过强且折算方式趋于理想化，准确性有待商榷[15]。

本研究从降噪机理及物理效果入手，选取城郊公路绿化带的代表性样地为研究对象，在监测各样地降噪能力的基础上，根据其高度、宽度、枝下高和疏透度等属性，对各种结构形式绿化带的降噪功能量进行计算，并采用比较价值估算法，得出公路绿化带的降噪价值量，以期更合理地评价城郊公路绿化带的降噪能力，为道路绿化带生态功能价值研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况与研究对象

柳州市（108°50'～109°44'E，23°54'～24°50'N）位于广西壮族自治区中部偏北，属亚热带季风气候。包含城中、柳北、鱼峰和柳南4 个城区以及柳江、柳城、鹿寨、融安、融水和三江6 个县，总面积18 600 km2，2018年末常住人口为404 万人，属于我国老工业城市的典型代表，与湖南株洲市、山西临汾市和四川攀枝花市等工业城市类似，正处于工业转型升级的关键阶段，“生态柳州”正成为柳州各行各业的共识。

城郊公路作为老工业城市物流的重要通道，在城市发展过程中发挥了重要作用。本研究中的道路为柳长路，位于柳州市柳北区，主要连接柳州市区与北部生态新区及周边村镇，双向4车道，沿途有柳州钢铁集团、柳州威奇化工厂等重工业企业，是典型的连接城市与郊区的普通城郊公路，公路车辆中大中型货车占比50%以上，属于高噪声道路，是城市噪声治理的难点。

1.2 研究方法

根据调查，我国城郊公路两侧土地的造林方式较灵活，易形成区域型的绿化带结构，无论南方还是北方，公路两侧区域绿化带林木均可以选择本地林木植物，按优势林木种类分为大小乔木、灌木和草本。本研究对象的绿化带结构分为全乔型、乔灌型、全灌型及全草型4种类型。根据相关研究，30 m道路绿化带有较好的降噪效果[6]，每一类别按宽度分为0～10、10 ～20、20 ～30和30 m 以上4个等级[16]。绿化带的降噪效果与绿化带的长度、宽度和结构关系密切[17]。因此在4 个等级内选择样地进行生态结构调查（高度、宽度、胸径、枝下高和疏透度等）和噪声监测，根据监测数据分析绿化带的降噪效果，并通过综合分析计算绿化带降噪的功能量和价值量。

1.3 样地选择及试验时间

在柳长路两侧选取10块绿化林带，所有林带涵盖全乔型、乔灌型、全灌型和全草型4种典型绿化营造模式，各林带植物主要包括榕树（Ficus microcarpa）、木棉（Bombax ceiba）、高山榕（F.altissima）、苦楝（Melia azedarach）和樟树（Cinnamomum camphora）等大乔木，洋紫荆（Bauhinia variegata）、苏铁（Cycas revoluta）、紫薇（Lagerstroemia indica）、桂花（Osmanthus fragrans）、粉叶决明（Senna sulfurea）、鸡冠刺桐（Erythrina crista-galli）和紫叶李（Prunus cerasifera'Pissardii'）等小乔木，黄素梅（Duranta erecta）、红花檵木（Loropetalum chinensevar.rubrum）、灰莉（Fagraea ceilanica）、基及树（Carmona microphylla）和木槿（Hibiscus syriacus）等灌木和蟛蜞菊（Sphagneticola calendulacea）和沟叶结缕草（Zoysia matrella）等草本。各林带长度均大于50 m，离交叉路口50 m 以上且无红绿灯影响。试验在2017年8—9月、风力小于2 m/s的白天进行，并保持各测次的气象条件基本一致。

1.4 生态结构调查

林带宽度、林木高度、枝下高和胸径等采用常规测量方法[17]，疏透度采用相片测定法[18]，即站在距林带垂直方向约30 m 处，用相机拍摄同一方位照片，然后用ArcGIS 软件进行处理，测定照片中透光面积占总面积的比值（表1）。

表1 样地的基本情况Tab.1 Basic situations of sample plots

续表1 Continued

1.5 噪声监测

采用噪声统计分析仪（爱华AWA6228B+），量程为30 ～142 dB，测定频率为31.5 ～8 000 Hz，测量前采用AWA6223F 声级校准器进行校准。本研究监测因子为等效连续A 声级，依据GB 3096-2008[19]进行测定，重复2次取平均值。

为具体研究各等级降噪值，以公路行车道外侧0 m，向绿化带方向垂直延伸，监测0、10、20、30和30米以上绿化带内侧处噪声值（标记为N0、N1、N2、N3和N4）。为分析愈量降噪值的情况，在样地道路选取路面上等距离点为空白参照点，愈量降噪值为各监测点噪声值与空白参照点噪声值的差值（标记为ΔN0、ΔN1、ΔN2、ΔN3和ΔN4），为便于分析，0 m 处噪声愈量降噪值（ΔN0）设为0[20]。

1.6 相对降噪能力计算

4个宽度等级各林带噪声总衰减值为各相邻等级林带噪声愈量降噪值的差值，即ΔNi-ΔNi-1，然后计算各宽度等级相对降噪能力αi（%），计算公式如下：

1.7 降噪功能量计算

监测结果反映了各类别各等级噪声的降低程度及效果，为综合整条道路的降噪功能量，参考已有研究成果[15]，引入绿化带长度和道路噪声值来计算道路绿化带降噪总功能量（W，dB/a），计算公式如下：

式中，N为道路年平均噪声值（dB（A）/a），取71.79 dB（A）；Lj为不同绿化带结构的长度（m）；i为林带不同宽度等级；j为不同类别绿化林带。

1.8 降噪价值量计算

采用影子工程法计算，即以公路旁边建设的降噪屏障成本进行替代计算。根据统计分析，降噪屏障可降低约80%的噪声，柳长路噪声源强平均值为71.79 dB（A），降噪能力为57.43 dB（A）/m。一般4 m高的降噪屏障建造成本为400 元/m[21]，柳长路降低噪声成本（P）为6.97 元/dB（A）。

式中，S 为道路绿地降噪价值（元/a）；W 为道路绿化带噪声降低总分贝数（dB（A）/a）。

2 结果与分析

2.1 柳长路交通噪声现状分析

柳长路平均噪声值为71.79 dB（A），超过标准限值70 dB（A）要求，说明柳长路目前交通噪声污染较严重。在采取绿化降噪措施后，各交通噪声值明显下降。根据各林带内侧噪声监测结果，声环境达标率为100%，说明柳长路绿化带降噪效果明显（表2）。

表2 各林带愈量降噪值Tab.2 Excess noise attenuation of different greenbelts

2.2 柳长路绿化带降噪能力分析

全乔型、乔灌型、全灌型和全草型各类型10 m宽愈量降噪值分别为0.41、1.12、0.95和0.15 dB（A），20 m 宽为1.11、3.02、1.77 和0.33 dB（A），30 m 宽为1.84、4.91、3.19 和0.4 dB（A）（表3）。降噪能力为乔灌型＞全灌型＞全乔型＞全草型，与大部分研究学者的结论一致[12,16,22]，说明典型的乔灌结合型营造模式是道路两侧绿化降噪效果最好的营造模式。乔灌型营造模式的绿化带面积占总绿化面积的55.41%，基本能达到绿化带降噪效果，但针对柳长路大型车辆较多的特点，仍要加大乔灌型绿化带的营造，不断完善绿化带的结构形式，尤其是对部分无绿化林带或稀松草地进行营造，充分发挥道路绿化带对交通噪声的降噪能力，提升绿化带的生态效应。

乔灌型绿化带降噪效果在不同绿化带宽度中均为最佳。全乔型和全灌型绿化带在20 ～30 m 处发挥最大的降噪能力，乔灌型和全草型绿化带在10 ～20 m 处发挥最大降噪能力，绿化带结构在10 ～30 m处降噪效果最好，这与30 m 绿化带能起到很好的降噪效果的结论[6,8,12,20]一致。除全草型绿化带外，其他类型绿化带30 m 以上降噪效果均为最差，因此，绿化带越宽，降噪效果不一定越好。全草型绿化带因结构单一且高度较低，最大的降噪能力仅0.25%，远小于其他类型绿化带，因此，道路绿化应尽量减少全草型绿化带的营造面积。

表3 不同类型绿化带的降噪能力Tab.3 Noise reduction effect of different greenbelt types

2.3 柳长路绿化带降噪功能量分析

柳长路全线道路绿化带降噪量为77 914.65 dB/a（表4）。全乔型、乔灌型、全灌型和全草型的降噪量分别为5 507.18、52 787.06、19 032.50和587.91 dB/a，分别占总降噪量的7.07%、67.75%、24.43%和0.75%。从单位面积降噪量来看，柳长路道路绿化带单位面积噪声降低了0.305 dB·a-1·m-2，其中乔灌型最高（0.132 dB·a-1·m-2），全草型最低（0.017 dB·a-1·m-2）。

表4 绿化带降噪服务功能量及价值量Tab.4 Service function and value of greenbelt noise reduction

2.4 柳长路绿化带降噪价值量分析

柳长路绿化带总降噪价值量为543 065.10 元/a，单位面积降噪价值量为2.129 元/a·m2，可以看出柳长路绿化带降噪的环境效益和生态效益较大，对提升城市形象效果显著（表4）。乔灌型面积占总绿化面积的55.41%，降噪价值量占总量的67.75%，即占地面积小但降噪效果明显，乔灌型绿化带单位面积降噪价值量为0.919 元/a·m2，在所有绿化营造模式中最大；全草型面积占比为4.72%，降噪价值量仅为总量的0.75%（图1）。道路绿化带结构形式应以乔灌型为主，可配合全乔型和全灌型结构进行美化设计，尽量减少全草型的结构形式。

图1 不同类型绿化带面积及降噪价值量比例Fig.1 Percentage of area and noise reduction value of different greenbelt types

3 结论与讨论

本研究表明，老工业城市的城郊公路交通噪声污染较重，绿化带对噪声有一定的消减作用，其中乔灌型的绿化营造模式能起到最大的降噪效果，其次为全灌型和全乔型，全草型的降噪效果最差;从各结构绿化带不同宽度等级的降噪能力看，全乔型和全灌型绿化带在20 ～30 m 处、乔灌型和全草型绿化带在10 ～20 m处发挥最大降噪能力。

柳长路道路绿化带共降噪77 914.65 dB/a，降噪总价值量为543 065.10元/a；乔灌型营造模式降噪价值量占总量的67.75%，降噪价值较大，因此乔灌型营造模式是公路绿化带的最佳方式；全草型价值量仅为总量的0.75%，降噪效果几乎为0。

本研究从功能量和价值量两个方面对城郊公路的绿化带植物降噪效果进行评价，综合考虑绿化带高度、宽度、枝下高和疏透度等属性，通过货币化定量计算其降噪作用，弥补了以前研究主观性强、定量偏少的不足，可为评估公路绿化带降噪功能提供科学依据。