塞罕坝机械林场林内景观对公众健康恢复性效果的影响因素研究

聂蓓捷，伏学习，和家欢，杨会娟,2

(1河北农业大学 园林与旅游学院，河北 保定 071000；2河北省城市森林健康技术创新中心，河北 保定 071000)

随着经济的发展和城市化进程的加快，人们长期生活在充满压力、高度紧张的城市环境之中，导致各种疾病的发病率上升和亚健康出现，因此寻求有益于健康恢复的环境需求日益增加[1]。恢复(Restoration)是指人们重新获得在日常生活或工作中被不断损耗的生理、心理和社会能力的过程。具有身心恢复功能的环境被称为恢复性环境。早期的研究对比了不同景观类型的恢复性效果，如比较森林、城市、海域等，多采用二分法将环境分为自然环境与城市环境，通过实证研究发现，自然环境较城市环境更具恢复效果[2，4-6]。为进一步探究自然环境的恢复性效果，有研究比较了如荒漠、苔原等差异较大的自然环境，证明不同类型的自然环境具有不同的恢复效果[7]。随着研究的深入，研究者开始关注更为相似的环境，如GAO T等研究发现半开敞的绿地环境较开敞和封闭绿地环境更有益于人类健康恢复，张嘉琦等研究表明无论是天然林还是人工林，森林环境都对人体身心恢复产生了一定的积极影响[8-9]。由于相似环境的恢复性效果难以区分，相关研究还需深入，如人工林的恢复性效果是否有差异未见研究。

近年来，前往森林旅游的人数日益增加，森林以其天然的生态环境、适宜的气候成为理想的恢复场所。大量的研究表明，经常去森林环境可以降低患病几率，观看或身处森林环境可以有效降低人们的血压、缓解负面情绪、增加活力、使注意力更集中等[8,10-13]。一些研究调查了不同森林类型、林分密度和植被类型对人体健康恢复效果的影响，但总体上森林环境的林分结构对人体健康恢复效果的影响研究较为缺乏，如缺少对林分环境较为单调的人工林林内环境的恢复性效果的比较研究，更为重要的是，以往的研究主要集中在恢复性效果比较研究，研究结果不能对环境如何改造提供指导[14-15]。

景观视觉质量评价研究方法较为成熟，其中，以大众审美评价为基础的心理物理学派受到诸多学者推崇，该学派认为景观质量是由风景的各组成要素决定的，并通过风景质量评判结果保护或者改造风景要素。美景度评判法(Scenic beauty estimation method，SBE法),是公认的比较成熟的分析方法[16]。借鉴心理物理学派的基本思想，建立恢复性效果与风景的各组成要素之间的关系，可以直接将研究结果指导森林经营。

本研究以落叶松林林内景观为研究对象，进行恢复性评价与美景度评价，探讨人体健康恢复与森林景观美景度之间的关系，同时研究林分结构指标对人体健康恢复的影响，探索促进人体健康恢复的林分空间，以满足居民健康恢复的需求，为营造恢复性林内环境提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于河北省最北部，冀蒙交界地。地理坐标为E 116°51′～ 117°39′，N 42°02′～ 42°36′，海拔1 010.0～1 939.9 m，森林覆盖率80%。林场属寒温性大陆季风气候，全年平均气温约-1.3 ℃，年均降水量460 mm。土壤类型多为灰色森林土、棕壤土、沼泽土。研究区主要森林类型为落叶针叶林、针阔混交林，主要树种为华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、白桦(Betulaplatyphylla)等。

2 研究方法

2.1 样地调查与照片获取

选择以图片为媒介进行林内景观的恢复性效果与美景度进行研究，已有研究证实幻灯片和实景评价结果具有高度一致性，并且这种方法广泛应用于景观评价中[17-20]。

分别于2016年、2018年、2019年在研究区设置落叶松林样地并进行了调查，选取样地40块，其中落叶松纯林24块，落桦混交林16块，样地面积为30 m×30 m。根据试验研究目的，选取17个指标，其中反映林分组成结构的指标10个，分别为混交比、平均胸径、平均树高、平均冠幅、平均冠长、径高比、冠径比、胸径变异系数、树高变异系数、冠幅变异系数；反映林分空间结构的指标7个，分别为密度、平均枝下高、相对枝下高、灌木相对高度、郁闭度、灌草总盖度、下木高度。根据以上指标对每块样地进行每木检尺、灌草调查等。

调查的同时对林内景观进行了拍摄。拍摄时选择晴朗、可见度高的天气，由同一人员使用同一设备在同一高度进行拍摄，每块样地拍摄3张，拍摄方法是从样地原点向中心拍摄l张，然后从样地原点出发的2个边的中点向样地中心各拍摄1张，共计120张。剔除拍摄模糊、视线遮挡较多的照片，最终选取1张照片代表1块样地，共40张。

2.2 量表设计

在评判恢复性效果的试验中，主要通过仪器或量表测量被试的生理(心率、脑电等)和心理反应。但由于生理反应受个体差异影响较大且相关仪器不易操作，故本研究采用量表的形式来评价恢复效果[21]。目前，知觉恢复量表(Perceived restorativeness scale，PRS)被广泛应用到恢复性环境评价[22]。PRS量表最早由Hartig等基于卡普兰夫妇的注意恢复理论编制而成，包括远离性、连接性、魅力性和兼容性4个维度26个陈述句条目[23]。多个条目的测量可以更加准确的反应感受，但需要花费大量的时间，并且容易引起被试的疲劳，而每个被试只对每个维度的1个条目进行评分，可以比以往的研究评估更多的图像[24-26]。

美景度与恢复性评价量表内容，见表1。

表1 美景度与恢复性评价量表内容Table 1 Content of scenic beauty and restoration evaluation scale

本研究借鉴前人设计的量表，依据注意恢复理论中4个维度的定义，对4个维度进行了高度的总结概括，最后确定每个维度由1个条目代表[24]。每个问题评价尺度均采用7分制，即“非常不赞同、很不赞同、不赞同、一般、赞同、很赞同、非常赞同”分别对应分值“-3、-2、-1、0、1、2、3”。

2.3 试验流程

大多数研究表明评价者的年龄、受教育程度等人口特征因素对景观评价无显著影响，因此，选取140名河北农业大学旅游管理专业学生作为评判者，他们在评价景观前都参加了期末考试[27-28]。期末考试对评判者来说是一个施压过程，以期能更准确的评判林内景观的恢复性效果与美景度。将景观照片随机排列制成幻灯片，采用室内放映的方式进行评判，每张照片播放时间15 s，评判者在播放过程中填写量表。最终回收有效量表131份。

2.4 数据处理

各维度值的计算采用Daniel的标准化处理方法[29]。操作步骤为：(1)等级大小排序后统计各评分等级的频数、频率、各等级对应的累积概率、正态分布单侧分位数；(2)计算的均值；(3)随机选取1块样地为对照景观，SBE=(Zi-Z0)×100。其中Zi为第i个景观对应z值的均值，Z0为对照景观z的均值。恢复性效果以4个维度的均值计算。

为消除不同指标量纲的影响，对林分结构指标值进行归一化处理。使用IBM SPSS Statistics 20.0对数据进行统计分析。涉及的主要功能包括信效度分析、Pearson相关性分析、因子分析等。

3 结果分析

3.1 量表信效度分析

3.1.1 信度分析 由于将恢复性效果与美景度结合起来设计量表并进行评价，故在评价试验的第一步是要进行量表的信度和效度分析，以确保结果可靠。信度即可靠性，主要是用来评价量表的精确性、稳定性和一致性。量表信度检验，见表2。

表2 量表信度检验Table 2 Reliability test of the scale

由表2可知，落叶松纯林与混交林的Cronbach′s α系数分别为0.916和0.921，系数均大于0.900。分析2种林分的不同维度，Cronbach′s α系数均在0.887～0.909之间，以上结果显示，量表具有较好的信度。

3.1.2 效度分析 量表效度一般从其内容效度和结构效度2个方面进行分析。内容效度是指量表内容的适当性和代表性。本研究采用单项与总分相关分析法，即计算每个条目的分数与条目总分间的相关系数，根据相关是否显著判断量表的内容效度，其相关性越高，说明量表的内容效度越好。量表内容效度检验，见表3。

表3 量表内容效度检验Table 3 Content validity test of the scale

由表3可知，各条目与总分的Pearson相关系数在0.834～0.892之间(P<0.01)，表明量表内容效度较好。

结构效度指测量结果表现出的某种结构与测值之间的对应程度，即量表所能测量理论的概念或特质的程度。量表结构效度检验，见表4。

表4 量表结构效度检验Table 4 Validity test of scale structure

由表4可知，KMO=0.890>0.800，说明各条目间信息的重叠程度不高；Barlett检验显著性P=0.000<0.001，说明条目间具有较强的相关性。

从以上信度与效度的分析结果来看，本研究所使用的量表可靠性较高，内容与结构间具有较强的联系性。

3.2 林内景观恢复性效果与美景度分析

3.2.1 恢复性效果与美景度分析 林内景观恢复性效果与美景度分析，见表5。

表5 林内景观恢复性效果与美景度分析Table 5 Analysis of landscape restorative effect and beauty degree in forest

由表5可知，落叶松林内景观恢复性效果得分在-42.880～70.357之间，美景度值在-57.883～69.987之间，恢复性效果与美景度均值分别为7.126、2.139，塞罕坝林内景观恢复性效果与美景度整体处于较低水平，标准差分别为25.123和31.468，反映出各样地之间恢复性效果与美景度具有较大差异。单因素方差分析结果显示落叶松纯林与落桦混交林之间的恢复性效果与美景度差异均不显著(P>0.05)。

量表各维度相关性检验，见表6。

表6 量表各维度相关性检验Table 6 Correlation test of dimensions of the scale

由表6可知，兼容性与恢复性效果之间的相关性分值最高，得分为0.965；其次是远离性，分值为0.962，魅力性和连贯性的分值虽没有前2项得分高，但均与恢复性效果呈显著正相关关系。

3.2.2 恢复性效果与美景度的关系 恢复性效果与美景度相关关系，见表7。

由表7可知，恢复性效果与美景度间的相关性得分为0.945，二者呈极显著正相关关系(P<0.01)。

表7 美景度与恢复性效果相关关系Table 7 Correlation between beauty degree and restorative effect

3.2.3 恢复性效果、美景度与林分指标的相关性 美景度与林分指标相关性分析，见表8。

表8 美景度与林分指标相关性分析Table 8 Correlation analysis between beauty degree and stand index

由表8可知，美景度与混交比、郁闭度、下木高度、胸径变异系数、平均冠幅和平均冠长呈显著相关(P<0.05)，与平均胸径、平均树高、密度呈极显著相关(P<0.01)。其中，混交比、郁闭度、胸径变异系数、密度与美景度呈负相关关系。恢复性效果与林分指标相关性分析，见表9。

表9 恢复性效果与林分指标相关性关系Table 9 Correlation between restorative effect and stand indexes

由表9可知，恢复性效果与平均胸径、郁闭度、下木高度、胸径变异系数、平均冠长呈显著相关(P<0.05)，与平均树高、密度呈极显著相关关系(P<0.01)。与美景度相似，郁闭度、胸径变异系数、密度与恢复性效果呈负相关关系。

3.3 影响因素的因子分析

3.3.1 影响因素公因子提取 为减小各指标的相关性及共线性的影响，因此采用因子分析法对指标进行降维。对林分结构的17个指标进行了KMO和Bartlett球形检验，显示KMO=0.682>0.500，显著性P=0.000<0.001，适合因子分析。将17个因子进行降维，前4个成分累积贡献率大于80%，可以反映原始因子的绝大部分信息。旋转后的成分矩阵，见表10。

表10 旋转后的成分矩阵Table 10 Component matrix after rotation

由表10可知，第一因子主要由混交比、平均胸径、胸径变异系数指标控制，将其命名为胸径因子；第二因子主要由冠径比、平均冠长指标控制，将其命名为树冠因子；第三因子主要由平均枝下高、冠幅变异系数、灌草总盖度指标控制，将其命名为透视因子；第四因子主要由灌木相对高度、下木高度指标控制，将其命名为灌层因子。成分得分系数矩阵，见表11。

表11 成分得分系数矩阵Table 11 Component score coefficient matrix

由表11可知，各公共因子得分如下：

F1=0.216X1-0.196X2+0.181X8

F2=0.262X17+0.177X16

F3=0.344X4-0.263X15+0.274X13

F4=0.424X12+0.366X7

其中F1为胸径因子，F2为树冠因子，F3为透视因子，F4为灌层因子。将数据代入公共因子得分表达式中，获取每个样地的公共因子得分。

3.3.2 恢复性效果、美景度与公因子相关性 将恢复性效果、美景度与提取的公因子进行Pearson相关性分析，结果表明，恢复性效果和美景度与胸径因子、树冠因子呈显著正相关关系(P<0.05)，说明林分的恢复性效果、美景度均随胸径因子与树冠因子的增大而增加。

4 讨论与结论

4.1 讨论

以往研究主要对差异较大的环境进行了恢复性效果的对比，近年来，学者开始关注更为相似的环境恢复性效果的比较，但未见对林分环境较为单调的人工林林内环境的恢复性效果的研究[7-9]。本研究以落叶松林为研究对象，扩展了恢复性环境研究的边界。为了评价大量的样地照片并获得可靠的数据，研究采用4个条目代表恢复性效果的4个维度，且与美景度相结合设计量表，从信度与效度2个方面对量表进行检验，结果表明量表设计具有良好的可靠性[25-26]。恢复性评价结果表明，落叶松纯林和落桦混交林的恢复性效果无显著性差异(P>0.05)，但不同样地间恢复性效果具有较大差异，恢复性效果的均值和标准差分别为7.126和25.123。

借鉴心理物理学派的思想，进一步研究了恢复性效果与林分结构指标之间的关系，以对林分结构进行调控。恢复性效果与平均胸径、平均树高呈正相关关系，与密度呈负相关关系(P<0.01)，与下木高度、平均冠长呈正相关关系，与郁闭度、胸径变异系数呈负相关关系(P<0.05)。密度的研究结果与前人一致，但未见有研究探讨恢复性效果与其他林分结构指标的关系[14]。恢复性效果与美景度呈极显著正相关关系(P<0.01)，这与骆金初等人研究结果一致，说明美景度较高的森林也应该是恢复性效果较好的森林[30]。且因恢复性效果、美景度与林分指标的关系基本保持一致，与已有美景度相关研究结果对比，可以知道林分的恢复性效果随林内透视距离、胸径、冠长的增大而提高[31-33]。本研究结果显示恢复性效果随下木高度的增大而提升，而已有研究表明，林下层高度过高或过低均会对恢复性效果产生负面影响，所以林下层植被的高度应控制在合理范围[34]。

4.2 结论

本研究以落叶松林为研究对象，采用量表和数理统计方法，对恢复性效果进行评价，并探讨了恢复性效果与林分指标间的关系，可以得出以下结论：(1)纯林与混交林的恢复性效果无明显差异，但不同样地间落叶松林内景观的恢复性效果差异较大；(2)恢复性效果随平均胸径、下木高度、平均冠长、平均树高的增大而提高，而郁闭度、密度的增大不利于人体健康的恢复。因此，可以通过降低密度、培育大径阶树木、控制林下层高度来提升林内景观的恢复性效果；(3)美景度高的林分环境同样具有良好的恢复性效果，即营建风景优美森林环境的同时也营建了恢复性效果好的森林环境。

因此，根据林分指标与恢复性效果的相关关系，结合塞罕坝地区实际经营情况，可采取以下经营管理措施提高林内美景度、营造恢复性森林环境：(1)降低林分密度。林分密度过高会增加郁闭度，可采取间伐措施控制林分密度，提高林内视线范围。(2)培育大径阶树木。及时去除枯枝促进林木主干生长，对长势较弱的林木进行补植更新。(3)控制林下层高度。有针对性地补植灌木、地被植物丰富林下空间，定期割灌并保证整体不杂乱。

影响森林恢复性效果与美景度的影响因素有很多，包括地形、季节、色彩等，本研究仅从林分结构方面探讨其与恢复性效果和美景度之间的关系，在将来的研究中可将其他影响因素纳入评价指标，丰富研究成果。