生态学报  2023, Vol. 43 Issue (13): 5383-5394

文章信息

王鹏, 杨文娟, 李乐, 高志强, 何友均
WANG Peng, YANG Wenjuan, LI Le, GAO Zhiqiang, HE Youjun
钱江源国家公园体制试点区日间声景观的质量评价及其空间格局特征
Quality evaluation and spatial pattern characteristics of soundscape during daytime in Qianjiangyuan National Park system pilot area
生态学报. 2023, 43(13): 5383-5394
Acta Ecologica Sinica. 2023, 43(13): 5383-5394
http://dx.doi.org/10.5846/stxb202206011541

文章历史

收稿日期: 2022-06-01
网络出版日期: 2023-03-08
钱江源国家公园体制试点区日间声景观的质量评价及其空间格局特征
王鹏1 , 杨文娟1 , 李乐2 , 高志强3 , 何友均1     
1. 中国林业科学研究院林业科技信息研究所, 北京 100091;
2. 中国林业科学研究院热带林业研究所, 广州 510520;
3. 西昌学院农业科学学院, 西昌 615000
摘要: 声景观在现行国家公园景观评价体系中, 是一个十分重要但又薄弱的环节, 关系着国家公园的精细化管理水平。以钱江源国家公园体制试点区为例, 采用调查问卷法对国家公园日间的53种声景观进行主观愉悦度评价, 考察并选取描述声景观质量的客观心理物理学指标, 通过多元线性回归方法建立二者主客观关系, 并得到国家公园声景观质量评价模型。结果表明:(1)不同类型声景观表现为不同的声学特征, 并在响度、尖锐度、粗糙度指标上具有显著性差异。虫鸣声响度最大(5.829)、尖锐度最大(2.667)、粗糙度最大(0.018), 鸟鸣声的尖锐度与其余六种声景观均显著差异。(2)采用响度、尖锐度、粗糙度、波动度作为描述声景观质量的客观心理物理学指标具有适宜性。其中, 响度是影响公众对国家公园声景观主观愉悦度认知的主要因素, 二者呈负相关关系。(3)采用K-均值聚类等级划分发现, 国家公园声景观质量处于较高水平。其中, 虫鸣声质量最高(3.86)、鸟鸣声其次(3.58)、交谈声最低(2.43)。自然声景观质量整体高于人工声景观。(4)国家公园声景观质量在空间上具有南部高、北部其次、中部低的格局特征, 且与区域生态保护等级水平存在较强空间重叠性。研究结果为国家公园体制试点结束后, 未来声景观科学管理与规划设计提供重要参考, 同时为其它类型自然保护地的声景观评价提供方法借鉴。
关键词: 景感生态学    声景观    国家公园管理    感知评价    空间差异    心理物理学声学参数    
Quality evaluation and spatial pattern characteristics of soundscape during daytime in Qianjiangyuan National Park system pilot area
WANG Peng1 , YANG Wenjuan1 , LI Le2 , GAO Zhiqiang3 , HE Youjun1     
1. Research Institute of Forestry Policy and Information, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China;
2. Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, China;
3. College of Agricultural Science, Xichang University, Xichang 615000, China
Abstract: Soundscape is a very important but weak link in the current national park landscape evaluation system, which is related to the fine management level of the national park. In this study, the Qianjiangyuan National Park system pilot area was taken as an example to evaluate the subjective pleasure of 53 kinds of national park soundscapes during daytime by using the questionnaire method. The objectively psychophysical indicators describing the soundscape quality were investigated and selected. The subjective and objective relationship between the two was established through multiple linear regression method, and the national park soundscape auditory quality evaluation model was obtained. The results show that: (1) different types of soundscapes presented different acoustic characteristics, and there were significant differences in loudness, sharpness and roughness. The highest loudness (5.829), sharpness (2.667), and roughness (0.018) of insect sound were found. The sharpness of birdsong was significantly different from the other six soundscapes. (2) It is suitable to use loudness, sharpness, roughness and volatility as objectively psychophysical indicators to describe the quality of soundscape. Among them, loudness is the main factor that affects the public's perception of the subjective pleasure of the soundscape of the national park, and the two are negatively correlated. (3) Using k-means clustering classification, it was found that the soundscape auditory quality of the national park was at a high level. Among them, the quality of insect sound was the highest (3.86), followed by birdsong (3.58), and talking sound was the lowest (2.43). The quality of natural soundscape was higher than that of artificial soundscape. (4) The soundscape auditory quality of the national park had the spatial distribution characteristics of high in the south, second in the north and low in the middle, while there was a strongly spatial overlap with the level of regionally ecological protection. The research results provide important reference for the future soundscape scientific management and planning and design after the completion of the national park system pilot, and also provide a method reference for the soundscape evaluation of other types of nature reserves.
Key Words: landsenses ecology    soundscape    national park management    perception evaluate    spatial differences    psychophysical acoustic parameters    

随着城镇化的高速发展以及人口密度的增加, 环境噪声污染日益严重。当前, 噪音污染已经成为影响人们正常生产生活的重要干扰因素, 导致失眠、疲劳无力、记忆力衰退、神经衰弱、心理障碍等一系列现象的出现[16]。声景观概念的产生, 使人们对声音的关注开始从噪声污染控制拓展到声音感知层面, 它代表了声音评价领域的一种范式转变, 并改善扩展了人类已有的感官认知方式和物理测量方式[7], 这也意味着听觉文化在景观学、生态学等研究领域得到了越来越多的重视[89]

声景观概念最初由加拿大音乐家、环境学家、教育学家Schafer R M提出, Schafer被誉为“听觉文化研究”的先驱, 对声景生态学等学科的发展具有重要引导与推动作用。2014年, ISO12913-1将声景观定义为“个人或群体在某场景下对声环境的感知、体验或理解”[10]。声景观具有生态、文化和社会价值, 并被视为值得管理和保护的自然资源[11], 其本质是人与声环境的互动, 强调个体或社会对声环境的感知、理解及重构[12]

国家公园声景研究起始于美国。美国国家公园管理局认为声景观存在于人对声环境的感知中, 是人与声环境相互作用的一种反应, 强调无人工干扰的自然宁静的声景观是国家公园管理的重点。正如Pilcheret等的研究发现, 人为噪音会降低游客在国家公园区域的体验质量, 他们建议通过制定国家公园户外娱乐质量指标和管理标准, 改善人工噪音对游客体验的影响[13]。Weinzimmer等研究了机动噪音对国家公园声景观的影响, 他们选取自然声音作为对照, 也证实了与自然噪声相比, 机动噪声对声景观感知评价有不利影响, 声源是感知评价的决定因素[14]。目前, 美国国家公园管理局已经在黄石国家公园、优胜美地国家公园、大峡谷国家公园等地开展了噪声与声景观监测, 并颁布了声景观保护与噪声管理(Director′s Order 47, NPS 2000)等众多法令政策来确保声景观的有效保护。欧盟国家对于国家公园声景观研究受到欧洲景观公约的影响, 相关学者主张将声景观及其听觉感知因素纳入国家公园景观特征评价体系, 而非局限于视觉评价[15]。澳洲国家公园声景观研究相比美国等欧美国家稍显滞后, 但受其影响较多, 旅游引起的噪音影响是澳洲国家公园声景研究的重点。新西兰学者Hunt和Graham研究了飞机、汽船等不同类型机械噪声对游客声景感知的影响[1617]。Beal在澳大利亚3处国家公园开展问卷调查, 研究了游客对10种不同声景观的感知态度, 研究结果表明机械声是公众认可度最低的声景观类型[18]。中国声景观研究起步较晚, 相关研究主要集中在城乡绿地领域[1920], 自然保护地领域的声景观研究则多以风景名胜区与森林公园等自然公园为对象。例如, 崔志华和杨昕雨以钟山风景名胜区为例, 通过测量影响声景观的客观要素并结合游客主观评价, 构建了声景观舒适度评价模型, 证实了声景观舒适度与景观区域面积、水域面积比例以及绿化覆盖率呈正相关关系[21]。徐薛艳等通过客观参数计算和主观评价, 对云台山风景名胜区声环境进行研究, 揭示了声景与生态要素的关系[22]。朱天媛等通过问卷调查获取公众声景感知数据, 探究了森林公园不同功能区声景感知特征及差异性, 并阐明和揭示了鸟鸣声在森林景观中的声源优势度与和谐度[23]。纵观已有研究成果, 自然保护地声景观的研究已经从传统噪声控制阶段向声景观感知阶段过渡。现有研究也已证实[24], 人们更喜欢自然保护地的生物声和地球物理声, 尤其是体现在鸟鸣声、昆虫声、蛙声等方面, 对人工声的喜好度评价整体较低。此外, 自然保护地声景观感知与区域生态保护水平有关, 生态保护等级高的区域, 声景观质量普遍较高[2122], 但在具体生态要素与环境指标方面尚缺乏大量研究加以佐证。整体来看, 中国自然保护地声景观研究处于起步阶段, 研究的空缺十分明显:一方面, 自然保护地景观评价体系尚未将声景资源纳入, 当前评价基本仅考虑视觉资源, 并体现在《风景名胜区总体规划标准》(GB/T50298—2018)、《国家级森林公园总体规划规范》(LY/T2005—2012)等标准规范的景观资源评价中;另一方面, 尚缺少依据不同自然保护地类型与模式开展的差异化声景观研究, 以及不同功能区声景观的理想保护程度与阈值研究。

随着我国国家公园体制改革的有序推进, 大批理论和实践工作者开始投入到国家公园研究领域, 他们从生物多样性监测、生态系统服务、生态补偿、濒危物种保护等角度探索国家公园体制创建过程中的问题[2529], 对国家公园自然生态系统保护起到了重要作用。目前在中国生态科学、林业科学、管理科学等领域还鲜有从声景观视角探讨国家公园体制试点问题的研究, 少部分学者将景观美学作为生态系统文化服务评估的一个指标开展研究, 但局限于视觉感官层面, 研究的系统性明显不足。这其中不乏国家或区域层面对声景观重视程度不足的原因, 相应的国家公园声景观与噪声管理目标、评价技术规范也都未形成。结合已有研究, 除了相应的基础监测外, 当前国家公园在这一领域的系统研究涉及甚少, 主要体现在以下三个方面:一是亟需建立体现客观声学特征的声景观质量评价方法;二是亟需理清不同景观类型以及不同功能区声景观质量的时空格局差异;三是阐明人为活动对声景观, 尤其是自然声景的影响, 以及相应的保护管理及规划应对。因此, 为推动声景观在国家公园管理中的实际应用, 关键要对声景观开展模型模拟, 以便促进声景观预测评价与自然资源保护的协同互动。如何结合客观声学参数科学评价国家公园声景观质量, 阐明国家公园声景观质量的空间差异机制, 并优化和指导后续国家公园生态系统管理, 是当前亟需解决的重要科学问题。本研究选取钱江源国家公园体制试点区(简称“体制试点区”)为例, 通过量化体制试点区声景观的主观感受, 选取并测试响度、尖锐度、粗糙度、波动度等客观心理物理学指标, 建立主观愉悦度感受与相应客观心理物理学指标间的关系, 并采用多元线性回归建立体制试点区声景观质量评价模型, 最后基于不同类型声景观分布对声景观质量的空间格局特征进行分析。当前我国正处于国家公园体制改革的关键时期, 在这一时代背景下, 本研究选取占地面积最小、常住人口最多的国家公园体制试点区开展较为全面的声景观质量评价, 具有研究对象和研究方法上的创新。研究结果将丰富和发展国家公园生态系统原真性与完整性定量评价方法与指标体系, 更好地指导体制试点完成后的国家公园建设。

1 材料与方法 1.1 研究区域

体制试点区位于浙江省西部, 地处浙江省、江西省和安徽省三省交界处。体制试点区面积约252 km2, 是实现中东部地区生态环境质量根本好转的重要连接性节点区域。

体制试点区是由古田山国家级自然保护区、钱江源国家级森林公园、钱江源省级风景名胜区3处自然保护地整合而成, 共包括核心保护区、生态保育区、游憩展示区、传统利用区四个功能分区, 面积分别为72.33 km2、135.80 km2、8.12 km2和36.13 km2。体制试点区土地资源权属复杂, 国有土地48.64 km2, 主要包括开化林场齐溪分场、苏庄分场和古田山国家级自然保护区, 占体制试点区面积的19.30%;集体土地203.52 km2, 占体制试点区总面积80.70%。

体制试点区范围内涉及苏庄镇、齐溪镇、何田乡和长虹乡4个乡镇, 人口共计9744人。其中, 苏庄镇1030人、383户, 包括7个行政村、22个自然村。长虹乡3825人、1044户, 包括3个行政村、24个自然村。何田乡2068人、587户, 包括4个行政村、15个自然村。齐溪镇2621人、659户, 包括5个行政村、11个自然村(图 1)。体制试点区产业结构相对单一, 居民经济收入主要来自农林产业和外出打工。

图 1 体制试点区土地利用、功能分区与社区分布图 Fig. 1 Land use, functional zoning and community distribution of the system pilot area
1.2 研究材料

为保证样本质量和代表性, 考虑到疫情防控要求, 样本采集时间在2020年9—11月晴天的上午8:00—10:00, 最大程度上保证了样本之间的可比性。本研究采用典型抽样法, 沿着公众主要游憩路线, 选择53处典型区域作为声景观的采集点, 在53个样地重复进行3次声音采集。在声音采集方面, 选用索尼PCM—M10录音笔, 并在平地上将录音笔置于三脚架之上, 三脚架高度设定为距地面垂直距离1.5—2 m, 麦克风与录制当天主风向尽量保持垂直。遵循的具体原则为:(1)在重要区域避开偶然事件产生的噪音(例如偶然路过的大型机动车辆、行人路过的喧哗声等);(2)对于河流、瀑布等水声材料的采集, 一般设置监测距离是1.5—3m, 避免声音过大影响被试评价;(3)定点采集一定比例的人为活动声, 如在居民聚集区采集一些交谈声, 以期更加全面反映作为东部人口稠密区的国家公园声景观特征。

关于声景观的分类, 本研究参考已有自然保护地相关的声景研究成果[9, 23, 30]。在此基础上, 根据本研究实地调研分析, 同时采用专家咨询法, 邀请林学、生态学、声学、风景园林学等相关领域9名专家参与声景观类型分类, 并反复进行3次, 以期更准确识别声景观。当某一时刻出现多种声源叠加时, 以声源响度与频率为主要依据, 考虑不同声源持续时长等因素综合判定该时刻的声景观。为了检验声景观分类合理性, 运用ArtemiS SUITE软件对53个声音样本进行声学分析, 通过比对不同类型样本声音的频率光谱曲线, 佐证本研究对于体制试点区声景观的分类(图 2)。最终将声景观样本材料划分为虫鸣、鸟鸣、水声、交谈声、农业声、自然混合声、自然与人工混合声等7类, 其中, 前3种归类为自然声, 交谈声与农业声归类为人工声, 其余为混合声。据统计, 虫鸣声涉及6个样本, 鸟鸣声涉及12个样本, 交谈声涉及4个样本, 农业声涉及3个样本, 水声涉及15个样本, 自然混合声涉及6个样本, 自然与人工混合声涉及7个样本。

图 2 体制试点区典型声景观的频谱图 Fig. 2 Spectrum diagram of typical soundscape in the pilot area
1.3 测试对象与主观评价

众多研究都证实大学生作为测试对象开展景观评价具有普适性[3132], 能代表普通社会公众主观感知态度, 因此本研究选取大学生作为测试对象。常规的心理学实验中, 30人以上被试称为大样本实验。本研究随机招募并应征选取96名来自中国人民大学和中国林业科学研究院听力正常的本科生、研究生作为被试参与实验, 剔除无效数据, 本研究共收集被试的有效数据64份。被试基本情况如表 1所示。整体而言, 本研究的被试者人群为听感灵敏度较高的年轻人。

表 1 被试基本情况 Table 1 Basic information of subjects
项目
Project
组别
Group
被试人数
Number of
participants
百分比/%
Percentage
项目
Project
组别
Group
被试人数
Number of
participants
百分比/%
Percentage
性别
Gender
25 39 专业
Major
艺术专业类 19 30
39 61 林学专业类 26 40
受教育程度
Education level
本科 26 41 其他专业类 19 30
硕士 34 53 籍贯
Native place
东部地区 29 45
博士 4 6 中部地区 11 17
西部地区 24 38

本研究在客观心理物理学指标分析基础上, 同时开展声景观的主观评价, 参考ISO12913-2提供的用于形容声景观的主观指标, 以及陈克安和闫靓研究成果[33], 选用愉悦度作为声景观主观评价指标, 评价使用李克特5级量表进行打分(1—5分), 其中, 5分表示声景观感知愉悦程度最高, 1分表示声景观感知愉悦程度最低。为排除外界因素干扰, 本研究主观评价测试在中国林业科学研究院实验室进行。实验室具有隔音功能, 实验室平均温度为18—21℃, 平均相对湿度为51—56%RH。为确保被试近期的心理状况不会影响研究结果的客观性, 在主观评价前对被试开展大学生心理健康测评, 测评量表采用广泛应用的SCL-90量表, 心理测评结果显示被试近期心理健康状况良好, 适合作为本次声景观主观测评人员。被试正式进行主观愉悦度评价前, 工作人员对测评过程进行讲解。在打分评价方法方面, 由于被试都是来自高校和科研院所在读学生, 他们表示了解李克特量表打分方法。当前已有部分研究将主观评测时长进行统一控制, 通常在8—12秒之间, 但是本研究通过前期调查发现, 每个被试对于不同声音的敏感程度存在差异, 时长过长或是过短都会影响被试的主观感受, 因此样本播放时长由被试自主控制。

1.4 客观心理物理学指标

近年来, 国内外研究学者围绕声景观的客观心理物理学指标开展了大量研究, 提出了多种用于描述声音感知的客观参数指标, 但大多都还处于探索阶段。本研究详细研究了各种心理物理学指标的概念、特征及其使用条件, 参考相关文献的研究成果[3437], 最终决定使用响度、尖锐度、粗糙度、波动度作为描述声景观的客观心理物理学指标(表 2)。本研究对客观心理物理学指标的测定在ArtemiS SUITE软件上计算完成。

表 2 客观心理物理学指标描述 Table 2 Description of objective psychophysical index
客观心理物理学指标
Objective psychophysical index
定义
Definition
描述
Description
响度Loudness 40 dB\1 kHz纯音对应的响度定位为1 sone 描述声音听起来的响亮程度
尖锐度Sharpness 60 dB、中心频率为1 kHz的窄带噪声的尖锐度定义为1 acum 描述高频成分在声音频谱中所占比例的指标
波动度Fluctuation strength 60 dB、1 kHz的纯音在调制频率为4 Hz的100%幅值调制下的波动度为1 vacil 人耳对调制频率在20 Hz以下的声音感知程度
粗糙度Roughness 60 dB、1 kHz纯音在调制频率为70 Hz的100%幅值调制下的粗糙度为1 asper 人耳对调制频率在20—200 Hz以下的声音感知程度

观察数据得知, 被试对样本响度的敏感性最强, 响度低的样本普遍愉悦度较高, 而响度高的样本, 愉悦度普遍都很低, 即响度和愉悦度大致成反比。为了科学解释客观心理物理学指标与主观评价之间的关系, 本研究引入统计学工具做进一步分析。本文尝试基于声学客观心理物理学指标, 结合声景观愉悦度主观评价, 采用多元线性回归构建声景观质量评价模型, 为了增强回归模型的精确性, 本次研究将53个声景观材料全部作为样本进行统计分析。主观评价结果y的信赖变量xi(i=1, 2, …, m)为多个时, yxi的多元线性回归方程为:

(1)

式中, α, β1, …, βm为线性回归系数;ε为随机误差, 假定ε遵从正态分布N(0, σ2)。

2 结果与分析 2.1 体制试点区声景观声学特征

将七类声景观的客观声学数据进行单因素方差分析, 得到表 3。七类声景观在响度、尖锐度、粗糙度这3个心理物理学指标上呈现显著差异(P分别为0.000、0.002、0.013), 在波动度指标上差异不明显。虫鸣声响度最大(5.829)、尖锐度最大(2.667)、粗糙度最大(0.018), 鸟鸣声的尖锐度与其余六种声景观均显著差异, 交谈声粗糙度最低(0.016), 农业声粗糙度最大(0.018)、响度最小(5.262), 混合声(自然混合声、自然与人工混合声)尖锐度最低(2.574)。这说明体制试点区虫鸣声声学特征明显, 在声景观环境中具有主导功能, 鸟鸣声虽然声学特征不突出, 但其尖锐程度与其它六类声景观差异显著, 在整体声环境中具有点睛之笔的作用, 合理的虫鸣和鸟鸣声景观规划能增加体制试点区的听觉质量。

表 3 声景观客观心理物理学指标差异分析 Table 3 Difference analysis of objective psychophysical index of soundscape
声学指标
Acoustic index
响度
Loudness
尖锐度
Sharpness
粗糙度
Roughness
波动度
Fluctuation strength
总体差异Overall difference 0.000* 0.002* 0.013* 0.081
声景观类型间差异
Differences between soundscape types
虫鸣Insect sound 5.829±4.081a 2.667±0.731a 0.018±0.009a 0.024±0.020a
鸟鸣Birdsong 5.709±4.185a 2.626±0.693abc 0.017±0.009a 0.024±0.021a
交谈Talking 5.528±4.360c 2.660±0.699bc 0.016±0.007ab 0.022±0.014a
农业声Agricultural sound 5.262±2.810bc 2.602±0.785c 0.018±0.006ab 0.018±0.010a
水声Running water, 5.614±3.987ab 2.656±0.675ab 0.017±0.009a 0.023±0.020a
自然混合声Natural mixed sound 5.673±3.387ab 2.574±0.629c 0.018±0.010b 0.024±0.023a
自然与人工混合声
Blend natural and artificial sound
5.739±3.674bc 2.574±0.635bc 0.018±0.009ab 0.024±0.020a
*表示在0.05水平上具有显著差异, **表示在0.01水平上具有显著差异;同一列中不同小写字母表示差异显著
2.2 声景观质量评价模型

(1) 一元线性回归分析。分别对主观愉悦度评价值和响度、尖锐度、粗糙度、波动度等客观心理物理学指标进行线性回归分析, 结果如图 3所示。

图 3 主观愉悦度与客观心理物理学指标相关性 Fig. 3 Correlation between subjective pleasure and objective psychophysical index

结果表明, 响度和主观愉悦度之间的线性相关性较强, 绝大多数的数据点都分布在回归线附近, 响度物理指标与主观愉悦度成反比关系。除响度物理指标以外, 其它客观心理物理学指标和主观愉悦度之间并不存在显著的线性相关性, 说明客观心理物理学指标对愉悦度的影响并非相互独立, 用一元线性相关分析的方法分析体制试点区声景观主观感知与每个客观心理物理学指标的独立关系会导致较大的偏差。

(2) 多元线性回归模型。在建立回归模型之前, 首先对客观心理物理学指标结合主观愉悦度评价值进行显著性检验, 方差分析结果如表 4所示。结果表明, 组间方差与组内方差的比率F值为21.139, 显著性P值小于0.01, 说明主观愉悦度和客观心理物理学指标之间的线性关系具有显著性, 这也为下一步回归模型的建立奠定了基础。

表 4 方差分析结果 Table 4 Results of variance analysis
模型
Model
平方和
Sum of squares
自由度
Degrees of freedom
均方
Mean square
F P
回归Regression 17.897 4 4.474 21.139 0.000
残差Residual 10.160 48 0.212
总计Total 28.056 52

在多元线性回归分析的基础上建立回归模型, 表 5显示了回归模型的各个参数。多元线性回归模型反映回归精度的R平方值为0.61, 均方根误差为0.44, 说明建立的预测模型与实际值间具有一致性。

表 5 多元线性回归模型参数 Table 5 Parameters of multiple linear regression model
模型
Model
估计值
Estimate
标准误差
Standard error
标准系数
standard coefficient
t比率
t ratio
P
常量Constant 3.411 0.316 10.800 0.000
响度Loudness -0.159 0.020 -0.873 -7.761 0.000
尖锐度Sharpness 0.144 0.093 0.144 1.547 0.128
粗糙Roughness 27.937 10.863 0.341 2.572 0.013
波动Fluctuation strength -5.609 4.647 -0.150 -1.207 0.233

根据表 5数据写出回归模型的预测表达式, 也即钱江源国家公园体制试点区声景观质量评价模型:

(2)

式中, Sp为愉悦度;Ln为心理物理学指标响度;Sn为心理物理学指标尖锐度;Rn为心理物理学指标粗糙度;Ks为心理物理学指标波动度。

根据模型中的各项系数比较得知, 响度物理指标的系数虽然并非最大, 但由于式(2)中心理物理学指标值均为测定的实际值, 其余各项心理物理学指标的数值与响度值相比具有明显差距, 因此, 在式(2)中, 响度物理指标对愉悦度仍具有主导作用, 且二者关系成反比。

模型愉悦度预测值和实际值之间的关系, 如图 4所示。图中两条虚线表示愉悦度95%的范围上限和下限, 此范围内分布着大部分的数据点, 这说明模型愉悦度预测值与实际值之间的吻合程度较高, 这进一步说明了所建模型的有效性。

图 4 预测模型的有效性 Fig. 4 Validity of the prediction model

因此, 采用响度、尖锐度、粗糙度、波动度作为描述体制试点区声景观质量的客观心理物理学指标具有适宜性。响度作为影响体制试点区声景观听觉感知最主要的心理物理学指标, 和愉悦度呈负相关关系。整体而言, 使用多元线性回归方法得出的体制试点区声景观质量预测模型, 建立了主观感受和客观物理指标之间的有效联系, 可以用来描述和预测体制试点区声景观质量。

2.3 体制试点区声景观质量

根据上述模型结果, 采用K-均值聚类法划分等级, 将53个声景观质量值进行等级划分, 质量高等组、质量中等组和质量低等组的样本数量分别为34个、17个和2个, 各占总样本64.15%、32.08%和3.77%。声景观质量高等组与中等组的样本数总占比超过90%, 说明钱江源国家公园体制试点区声景观质量处于较高水平。53个声景观样本的质量值如图 5所示。

图 5 样本声景观质量统计 Fig. 5 Auditory quality statistics of samples

模型模拟得出的声景观质量统计如表 6所示, 各类声景观质量高低排序为:虫鸣(3.86)>鸟鸣(3.58)>自然混合声(3.25)>水声(3.17)>农业声(2.98)>自然与人工混合声(2.61)>交谈声(2.43), 整体来看, 自然声景观质量最高。过去的研究也显示, 无论是在自然景观还是人工城市景观环境, 鸟鸣声、虫鸣声与水声等自然类声景观都是普遍受欢迎的声景观类型。宋博文和马斌在包头五当召景区采用Multi-Instrument软件开展的心理物理学指标测定结果显示, 鸟鸣和虫鸣的喜好程度最高[38]。李华等也已证实, 游客对声景的喜好度虽然受季节影响, 但响度、协调度、舒适度都能影响整体声景观满意度评价, 自然声整体喜好程度高于人工声[30]。郝泽周等通过分析声景观与人生理反应的关系认为, 鸟虫混合声对心率变化的影响最大, 而自然声音在人的心率变化上又呈现积极作用, 因此从生理角度来说, 自然混合声的质量整体较高[39]。此次研究结果也同样证实, 除了虫鸣、鸟鸣等自然声普遍受到了公众欢迎, 上述不同自然声音元素共同组成的自然混合声景观也得到了较高的评价。

表 6 不同类型声景观质量 Table 6 Different types of soundscape quality
类型
Type
声景观
Soundscape
质量值
Auditory evaluation
类型
Type
声景观
Soundscape
质量值
Auditory evaluation
自然声Natural sound 虫鸣 3.86±0.25 人工声 交谈声 2.43±0.73
鸟鸣 3.58±0.27 Artificial sound 农业声 2.98±0.46
水声 3.17±0.39 混合声Mixed sound 自然混合声 3.25±0.44
自然与人工混合声 2.77±0.58
2.4 体制试点区声景观的空间格局特征

根据上述声景观质量评价结果, 结合样本地理坐标, 在GIS通过克里金插值得到体制试点区声景观质量空间分布(图 6)。整体来看, 体制试点区南部区域声景观质量最高, 北部其次, 中部区域质量较低。南部区域作为原古田山自然保护区所在地, 保护等级高, 分布着大量低海拔中亚热带常绿阔叶林。北部区域是原钱江源国家级森林公园与省级风景名胜区的所在地, 相比古田山自然保护区保护等级较低, 是展示钱江源国家公园体制试点区自然人文景观的重要区域。中部区域乡村社区的生产功能较强, 交通干道较多, 农业生产机械声、小贩叫卖声等人工声严重影响了区域景观的听觉感知。因此, 对于南部区域, 该区域声景观管理重点应该最大程度减少生活声, 保护和维持原有自然声环境;对于北部区域, 该区域分布有遗址遗迹、古村落与乡村聚落、宗教建筑、宗祠等文化景观, 并保留着满山唱、凳龙、扛灯、高跷竹马、横中跳马灯、马金扛灯等民俗传统文化活动, 该区域声景观管理重点应该是保护、传承和展示体制试点区声景观文化, 通过声景规划设计的情感化表达, 打造复合型的生态产品;对于中部区域, 声景观管理应以噪声污染控制为主, 人为活动对声景观, 尤其是自然声景的影响, 是区域声景观保护管理及规划应对的重点。Hong等认为风速、地形及其声源距离是影响噪音传播的重要因素[40]。因此, 在科学利用风向基础上, 通过营建地形起伏的绿化带, 增加乔木树种的配置能有效降低噪声污染。此外, 种植阔叶树种、设置人工鸟巢等形式也能增加风声、鸟鸣声等自然类声音频率[4142], 以期从噪音控制与自然声营造两方面共同维护体制试点区声景观的和谐程度。本研究考虑到声景观质量受多重主观与客观因素影响, 因此, 还需要结合功能区与行政管理区布局进行多角度系统分析。

图 6 体制试点区声景观质量空间分布 Fig. 6 Spatial distribution of soundscape quality in system pilot area

参考样本地理坐标与国家公园功能分区范围, 在对样本按照功能区进行分类基础上, 得到各功能区的声景质量, 高低排序为:生态保育区(3.51)>核心保护区(3.43)>游憩展示区与传统利用区(均为2.94)。根据国家公园管理局设置的行政管理区范围, 声景质量高低排序为:苏庄管理区(3.45)>齐溪管理区(3.34)>何田管理区(3.05)>长虹管理区(2.92), 其中, 苏庄管理区是古田山自然保护区所在地, 齐溪管理区是钱江源森林公园等原有自然公园区域所在地(与钱江源省级风景名胜区边界重叠)。结合声景观质量整体空间分布可推断认为, 生态保护等级高的区域, 声景观质量普遍较高, 这可能主要是因为生态保护等级高的区域人为活动少、声景观响度较小[43]。在国家公园这类典型生态功能区, 经过多年生态环境保护, 保护地的鸟鸣、虫鸣等动物声源种类繁多, 促使其声景观优势资源逐渐丰富, 这也从一定程度上证明响度等客观心理物理学指标对声景观质量评价的参考意义[33, 44]

本研究认为, 在钱江源国家公园体制试点区, 声景观质量与景观类型或格局类型有关, 主要因为有声物种等自然声景观(鸟鸣、虫鸣等)受到土地利用与空间格局的影响。甘永洪等通过研究城乡不同梯度声景观感知变化, 也证实了土地利用与声景观感知的关系, 他们认为声源组成、声级水平等声景观特征的空间变化趋势, 与城乡土地格局及其反映的人类活动强度密切相关[45]。Mazaris等的研究也证实了这一论点, 他们通过声景观与土地利用、景观格局之间的相关性分析, 指出声景观时空变化是景观格局、生物演替与人类活动交互作用的反映[46]。Irvine等通过研究不同区域的声景观感知偏好, 证明了声景观质量与这个区域的生态保护水平有关, 生态保护等级高的区域普遍人工声源少、响度低, 而且生物多样性丰富, 尤其表现在鸟类等有声物种方面[47]。此外, 鸟类等有声物种的数量分布同时又与树种配置有关。已有研究认为[40, 42], 由于阔叶林比针叶林能为鸟类提供更多的食物和筑巢资源, 直接导致针叶林与阔叶林之间的声景观质量差异。整体而言, 声景观的相对动态性与土地覆盖的相对静态性进一步突显了以往传统景观研究, 尤其是视觉景观的局限性。本研究结果将为客观认识国家公园声景观质量和制定精细化、针对性强的管理措施提供科学依据, 同时, 本研究作为国家公园声景观质量评价的探索性研究, 后期将结合土地利用以及景观格局指数对体制试点区声景观开展更为深入研究。

3 结论

本研究通过结合客观心理物理学指标与主观愉悦度评价, 构建了适用于国家公园的声景观质量评价模型, 并在此基础上探讨了不同声景观的质量与空间格局特征, 主要结论包括:

(1) 理清国家公园不同类型声景观的声学特征。结果表明, 不同类型声景观表现为不同的声学特征, 并在响度、尖锐度、粗糙度指标上具有显著性差异。虫鸣声响度最大(5.829)、尖锐度最大(2.667)、粗糙度最大(0.018), 鸟鸣声的尖锐度与其余六种声景观均显著差异, 农业声粗糙度最大(0.018), 混合声尖锐度最低(2.574)。

(2) 阐明影响国家公园声景观质量的关键因素。结果表明, 声景观的响度物理指标和主观愉悦度之间存在很强的线性相关关系, 采用响度、尖锐度、粗糙度、波动度作为描述声景观质量的客观心理物理学指标具有适宜性。其中, 响度是影响钱江源国家公园体制试点区声景观质量最主要的心理物理学指标, 与主观愉悦度呈负相关关系。

(3) 建立体现客观声学特征的声景观质量评价方法。根据模型模拟结果表明, 钱江源国家公园体制试点区声景观质量处于较高水平。各类声景观质量高低排序为:虫鸣(3.86)>鸟鸣(3.58)>自然混合声(3.25)>水声(3.17)>农业声(2.98)>自然与人工混合声(2.61)>交谈声(2.43), 整体来看, 自然声景观质量较高。

(4) 揭示国家公园声景观质量的空间格局特征及其差异机制。结果表明, 声景观质量在空间上呈现出南部质量高、北部其次、中部质量低的格局特征。不同功能区声景观高低排序为:生态保育区(3.51)>核心保护区(3.43)>游憩展示区与传统利用区(2.94)。不同行政管理区的质量高低排序为:苏庄管理区(3.45)>齐溪管理区(3.34)>何田管理区(3.05)>长虹管理区(2.92)。声景观质量受土地利用与景观格局影响, 与生态保护等级水平存在较强空间重叠性。

参考文献
[1]
Muzet A. Environmental noise, sleep and health. Sleep Medicine Reviews, 2007, 11(2): 135-142. DOI:10.1016/j.smrv.2006.09.001
[2]
Zacarías F, Molina R, Ancela J, López S, Ojembarrena A. Noise exposure in preterm infants treated with respiratory support using neonatal helmets. Acta Acustica United With Acustica, 2013, 99(4): 590-597. DOI:10.3813/AAA.918638
[3]
Babisch W, Beule B, Schust M, Kersten N, Ising H. Traffic noise and risk of myocardial infarction. Epidemiology: Cambridge, Mass, 2005, 16(1): 33-40. DOI:10.1097/01.ede.0000147104.84424.24
[4]
Vukic′ L, Mihanovic′ V, Fredianelli L, Plazibat V. Seafarers′ perception and attitudes towards noise emission on board ships. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2021, 18: 6671. DOI:10.3390/ijerph18126671
[5]
Rossi L, Prato A, Lesina L, Schiavi A. Effects of low-frequency noise on human cognitive performances in laboratory. Building Acoustics, 2018, 25(1): 17-33. DOI:10.1177/1351010X18756800
[6]
Licitra G, Fredianelli L, Petri D, Vigotti M A. Annoyance evaluation due to overall railway noise and vibration in Pisa urban areas. Science of the Total Environment, 2016, 568: 1315-1325. DOI:10.1016/j.scitotenv.2015.11.071
[7]
Brooks B, Paoletti D. Soundscape and architecture-What is your vision?. The Journal of the Acoustical Society of America, 2014, 135: 2147.
[8]
Jeon J Y, Jo H I. Effects of audio-visual interactions on soundscape and landscape perception and their influence on satisfaction with the urban environment. Building and Environment, 2020, 169: 106544. DOI:10.1016/j.buildenv.2019.106544
[9]
Pijanowski B C, Farina A, Gage S H, Dumyahn S L, Krause B L. What is soundscape ecology? An introduction and overview of an emerging new science. Landscape Ecology, 2011, 26(9): 1213-1232. DOI:10.1007/s10980-011-9600-8
[10]
International Organization for Standardization. Acoustics Soundscape Part 1: Definition and Conceptual Framework ISO 12913-1: 2014(E). Geneva: International Organization for Standardization, 2014.
[11]
Dumyahn S L, Pijanowski B C. Soundscape conservation. Landscape Ecology, 2011, 26(9): 1327. DOI:10.1007/s10980-011-9635-x
[12]
Zappatore M, Longo A, Bochicchio M A. Crowd-sensing our smart cities: a platform for noise monitoring and acoustic urban planning. Journal of Communications Software and Systems, 2017, 13: 53-67. DOI:10.24138/jcomss.v13i2.373
[13]
Pilcher E J, Newman P, Manning R E. Understanding and managing experiential aspects of soundscapes at Muir woods national monument. Environmental Management, 2009, 43(3): 425-435. DOI:10.1007/s00267-008-9224-1
[14]
Weinzimmer D, Newman P, Taff D, Benfield J, Lynch E, Bell P. Human responses to simulated motorized noise in National Parks. Leisure Sciences, 2014, 36(3): 251-267. DOI:10.1080/01490400.2014.888022
[15]
Watts G R, Pheasant R J. Tranquillity in the Scottish Highlands and Dartmoor National Park - The importance of soundscapes and emotional factors. Applied Acoustics, 2015, 89: 297-305. DOI:10.1016/j.apacoust.2014.10.006
[16]
Hunt M. Management of the environmental noise effects associated with sightseeing aircraft in the Milford Sound area, New Zealand. Noise Control Engineering Journal, 1999, 47(4): 133-141. DOI:10.3397/1.599310
[17]
Graham O J. Measuring the effects of commercial jet boats on the Dart River on the experiences of recreationists in natural settings. Noise Control Engineering Journal, 1999, 47(3): 104. DOI:10.3397/1.599295
[18]
Beal D J. Campers′ attitudes to noise and regulation in Queensland national parks. Australian Parks and Recreation, 1994, 30(4): 38-40.
[19]
张薇, 洪昕晨, 段芮, 郑艺琦, 林洲瑜, 兰思仁. 声景观边缘效应对福州西湖公园声景观评价的影响. 声学技术, 2017, 36(6): 503-508.
[20]
陈俊杰, 张捷, 曾湛荆, 张卉. 中介效应模型下声景观对旅游社交心理的影响分析——以厦门鼓浪屿为例. 地域研究与开发, 2018, 37(6): 110-116.
[21]
崔志华, 杨昕雨. 基于GIS的南京市中山陵景区核心区域声景观评价. 南京林业大学学报: 自然科学版, 2019, 43(2): 121-127.
[22]
徐薛艳, 席宇斌, 孙雪飞, 高峻. 国家地质公园声景构成与游客感知研究——以云台山风景名胜区为例. 地域研究与开发, 2018, 37(5): 112-117.
[23]
朱天媛, 刘江, 郭渲, 任维. 城市森林公园声景感知的空间差异性特征及其影响因素. 声学技术: 1-8[2022-09-13]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/31.1449.TB.20220530.1636.002.html.
[24]
洪昕晨, 王欣, 段芮, 张皓, 池梦薇, 兰思仁. 基于声漫步法的森林公园声景喜好度评价研究. 声学技术, 2018, 37(6): 584-588.
[25]
彭杨靖, 黄治昊, 林乐乐, 王锐锋, 崔国发. 国家公园陆地自然生态系统完整性与原真性评价方法探索: 以钱江源国家公园体制试点为例. 生物多样性, 2021, 29(10): 1295-1307.
[26]
庄鸿飞, 陈君帜, 史建忠, 王伟, 黄璐, 叶菁, 栾晓峰. 大熊猫国家公园四川片区自然保护地空间关系对大熊猫分布的影响. 生态学报, 2020, 40(7): 2347-2359.
[27]
魏钰, 何思源, 雷光春, 苏杨. 保护地役权对中国国家公园统一管理的启示——基于美国经验. 北京林业大学学报: 社会科学版, 2019, 18(1): 70-79.
[28]
刘富国, 李姣, 汪杰, 张灿明. 南山国家公园生态补偿标准研究——基于生态系统服务功能价值和机会成本. 湖南林业科技, 2019, 46(5): 9-16.
[29]
郑德凤, 郝帅, 吕乐婷, 徐文瑾, 王燕燕, 王辉. 三江源国家公园生态系统服务时空变化及权衡-协同关系. 地理研究, 2020, 39(1): 64-78.
[30]
李华, 王雨晴, 陈飞平. 梅岭国家森林公园声景观的游客调查评价. 林业科学, 2018, 54(6): 9-15.
[31]
Jensen F S. Landscape managers′ and politicians′ perception of the forest and landscape preferences of the population. Forest Snow and Landscape Research, 1993, 1(1): 79-93.
[32]
Schroeder H, Daniel T C. Progress in predicting the perceived scenic beauty of forest landscapes. Forest Science, 1981, 27(1): 71-80.
[33]
陈克安, 闫靓. 声景观的主观与客观评价. 中国声学学会2006年全国声学学术会议论文集. 厦门, 2006: 291-292.
[34]
Shin S H, Ih J G, Hashimoto T, Hatano S. Sound quality evaluation of the booming sensation for passenger cars. Applied Acoustics, 2009, 70(2): 309-320.
[35]
Lee S K. Objective evaluation of interior sound quality in passenger cars during acceleration. Journal of Sound and Vibration, 2008, 310(1/2): 149-168.
[36]
石岩, 舒歌群, 毕凤荣. 车辆排气噪声声音品质的主观评价与模型预测. 天津大学学报, 2011, 44(6): 511-515.
[37]
胡佩佩, 戢金国, 金江明, 卢奂采. 汽车座椅水平驱动器声品质客观参量分析. 噪声与振动控制, 2016, 36(2): 116-120.
[38]
宋博文, 马斌. 基于声漫步法的包头市五当召景区声景观研究. 建筑与文化, 2021(9): 206-209.
[39]
郝泽周, 王成, 徐心慧, 王艳英, 张昶, 段文军, 王子研, 金一博. 深圳城市森林声景观对人体心理及生理影响分析. 西北林学院学报, 2019, 34(3): 231-239.
[40]
Hong X C, Zhu Z P, Liu J, Geng D H, Wang G Y, Lan S R. Perceived occurrences of soundscape influencing pleasantness in urban forests: a comparison of broad-leaved and coniferous forests. Sustainability, 2019, 11(17): 4789.
[41]
Hong X C, Wang G Y, Liu J, Song L, Wu E T Y. Modeling the impact of soundscape drivers on perceived birdsongs in urban forests. Journal of Cleaner Production, 2021, 292: 125315.
[42]
Hayes F E, Samad I. Diversity, abundance and seasonality of birds in a Caribbean pine plantation and native broad-leaved forest at Trinidad, West Indies. Bird Conservation International, 1998, 8(1): 67-87.
[43]
陈怡冰, 黄建锋, 谢嘉琪, 刘嘉慧, 张天尧. 基于GIS的高密度城市声景质量及其影响因素研究——以广州天河区为例. 应用声学, 2021, 40(4): 619-627.
[44]
扈军, 葛坚, 李东浩. 基于GIS的声景观地图制作与分析——以杭州柳浪闻莺公园为例. 浙江大学学报: 工学版, 2015, 49(7): 1295-1304.
[45]
甘永洪, 罗涛, 张天海, 张婷, 邱全毅. 城乡视听景观的变化及其对认知评价的影响. 环境科学与技术, 2013, 36(S1): 347-354.
[46]
Mazaris A D, Kallimanis A S, Chatzigianidis G, Papadimitriou K, Pantis J D. Spatiotemporal analysis of an acoustic environment: interactions between landscape features and sounds. Landscape Ecology, 2009, 24(6): 817-831.
[47]
Irvine K N, Devine-Wright P, Payne S R, Fuller R A, Painter B, Gaston K J. Green space, soundscape and urban sustainability: an interdisciplinary, empirical study. Local Environment, 2009, 14: 155-172.