龚梦柯, 吴建平, 南海龙. 森林环境对人体健康影响的实证研究[J]. 北京林业大学学报（社会科学版）, 2017, 16(4): 44-51. doi: 10.13931/j.cnki.bjfuss.2017060 引用本文: 龚梦柯, 吴建平, 南海龙. 森林环境对人体健康影响的实证研究[J]. 北京林业大学学报（社会科学版）, 2017, 16(4): 44-51. doi: 10.13931/j.cnki.bjfuss.2017060 GONG Meng-ke, WU Jian-ping, NAN Hai-long. An Empirical Study on the Effects of Viewing Forest on Human Physical and Mental Health[J]. Journal of Beijing Forestry University (Social Science), 2017, 16(4): 44-51. doi: 10.13931/j.cnki.bjfuss.2017060 Citation: GONG Meng-ke, WU Jian-ping, NAN Hai-long. An Empirical Study on the Effects of Viewing Forest on Human Physical and Mental Health[J]. Journal of Beijing Forestry University (Social Science) , 2017, 16(4): 44-51. doi: 10.13931/j.cnki.bjfuss.2017060 采用现场研究的方法对北京市延庆城区和延庆松山森林公园进行调研, 评估森林环境对体验者血压、心率变异性、情绪、环境复愈性、环境感知等方面的影响。结果发现, 森林环境的复愈性显著高于城市环境。森林环境可以显著降低体验者的消极情绪, 提升积极情绪, 这种效应不受活动类型的限制。森林环境可以提高人体自主神经系统的整体调控能力, 增加副交感神经对心脏的调节, 改善血压, 使体验者的血压更加趋向理想血压值。在森林环境中进行不同的活动, 对血压和心率的影响效应不同。在未来的研究中, 可以增加森林环境影响身心健康的社会因素调节变量, 探索森林中不同林分对人体健康的影响, 结合脑神经成像技术, 进一步探讨自然对人体健康影响的脑神经作用机制。 自主神经系统 /  血压 /  心率变异性 /  情绪 /  环境复愈性 Abstract: By surveying Beijing Yanqing City and Yanqing Songshan Forest Park through field experiments, we assessed the effects of the forest landscapes on the human blood pressure, heart rate variability (HRV), mood states, environmental recovery and environmental perception. As results, the forest environment restoration was significantly higher than that in urban environment. The forest environment significantly reduced the participants' negative emotions, increased their positive emotions, and this effect is not limited by the type of activity. The forest environment improved the overall regulation ability of human's autonomic nervous system, increased the parasympathetic regulation of the heart, and improved blood pressure, making blood pressure close to be ideal. The different activities in forest environment have different impact on blood pressure and heart rate. In the future study, the social factors that affect the physical and mental health of the human into forest environment should be investigated, the effects of different forest types on the human health should be explored, and the brain neural action mechanism on the positive effect of the nature on human health should be probed while combined with the brain imaging technology. Key words: autonomic nervous system /  blood pressure /  heart rate variability /  mood state /  environment restoration  KJELLGREN A, BUHRKALL H. A comparison of the restorative effect of a natural environment with that of a simulated natural environment[J]. Journal of Environmental Psychology, 2010, 30 (4):464-472. http://cn.bing.com/academic/profile?id=006dc6810d728c78bc6f3cdd3bc1b935&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn MARTENS D, GUTSCHER H, BAUER N. Walking in "wild" and "tended" urban forests: the impact on psychological well-being[J]. Journal of Environmental Psychology, 2011, 31(1): 36-44. http://cn.bing.com/academic/profile?id=d1f4f7b030badbe364320cda736ce429&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn BOWLER D E, BUYUNGALI L M, KNIGHT T M, et al. A systematic review of evidence for the added benefits to health of exposure to natural environments[J]. 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摘要: 采用现场研究的方法对北京市延庆城区和延庆松山森林公园进行调研, 评估森林环境对体验者血压、心率变异性、情绪、环境复愈性、环境感知等方面的影响。结果发现, 森林环境的复愈性显著高于城市环境。森林环境可以显著降低体验者的消极情绪, 提升积极情绪, 这种效应不受活动类型的限制。森林环境可以提高人体自主神经系统的整体调控能力, 增加副交感神经对心脏的调节, 改善血压, 使体验者的血压更加趋向理想血压值。在森林环境中进行不同的活动, 对血压和心率的影响效应不同。在未来的研究中, 可以增加森林环境影响身心健康的社会因素调节变量, 探索森林中不同林分对人体健康的影响, 结合脑神经成像技术, 进一步探讨自然对人体健康影响的脑神经作用机制。

1. Department of Humanities and Social Science, Beijing Forestry University, 100083, P. R. China

2. Landscaping International Cooperation Project Management Office, Beijing, 100083, P. R. China

Keywords:

autonomic nervous system /

blood pressure /

heart rate variability /

mood state /

environment restoration

Abstract: By surveying Beijing Yanqing City and Yanqing Songshan Forest Park through field experiments, we assessed the effects of the forest landscapes on the human blood pressure, heart rate variability (HRV), mood states, environmental recovery and environmental perception. As results, the forest environment restoration was significantly higher than that in urban environment. The forest environment significantly reduced the participants' negative emotions, increased their positive emotions, and this effect is not limited by the type of activity. The forest environment improved the overall regulation ability of human's autonomic nervous system, increased the parasympathetic regulation of the heart, and improved blood pressure, making blood pressure close to be ideal. The different activities in forest environment have different impact on blood pressure and heart rate. In the future study, the social factors that affect the physical and mental health of the human into forest environment should be investigated, the effects of different forest types on the human health should be explored, and the brain neural action mechanism on the positive effect of the nature on human health should be probed while combined with the brain imaging technology.

龚梦柯, 吴建平, 南海龙. 森林环境对人体健康影响的实证研究[J]. 北京林业大学学报（社会科学版）, 2017, 16(4): 44-51. doi: 10.13931/j.cnki.bjfuss.2017060 引用本文: 龚梦柯, 吴建平, 南海龙. 森林环境对人体健康影响的实证研究[J]. 北京林业大学学报（社会科学版）, 2017, 16(4): 44-51. doi: 10.13931/j.cnki.bjfuss.2017060 GONG Meng-ke, WU Jian-ping, NAN Hai-long. An Empirical Study on the Effects of Viewing Forest on Human Physical and Mental Health[J]. Journal of Beijing Forestry University (Social Science), 2017, 16(4): 44-51. doi: 10.13931/j.cnki.bjfuss.2017060 Citation: GONG Meng-ke, WU Jian-ping, NAN Hai-long. An Empirical Study on the Effects of Viewing Forest on Human Physical and Mental Health[J]. Journal of Beijing Forestry University (Social Science) , 2017, 16(4): 44-51. doi: 10.13931/j.cnki.bjfuss.2017060 大量实证研究证明, 与自然接触有益于身心健康, 对认知、情感、行为具有复愈作用, 在城市绿地中步行可促使个体心理幸福感提升 ^{[ 4 ]} 。在生理方面, 接触自然环境可以改善血压、降低心率 ^{[ 5 ]} 。在认知方面, 暴露于自然可以减少认知疲劳, 恢复损耗的注意资源 ^{[ 6 ]} , 甚至是日常生活中接触自然也可以提高注意力的品质 ^{[ 7 ]} 。相比城市环境, 自然环境可以更好地恢复有意注意, 给予个体更多的反思机会 ^{[ 8 ]} 。在情感方面, 自然环境可以降低焦虑 ^{[ 9 ]} , 增加活力 ^{[ 10 ]} , 减少个体消极情感体验, 促进积极情感体验 ^{[ 11 - 13 ]} 。行为方面, 在美丽的自然环境中, 人们会表现出更多的亲社会行为倾向, 从而更加慷慨, 增加了人和人之间的信任, 产生更多的助人行为 ^{[ 14 ]} 。以上研究表明单纯地暴露于自然环境或者在自然中进行简单的锻炼, 如步行等可以达到放松、减压、改善情绪、提高幸福感的目的。如果有朋友陪伴, 自然环境的复愈效果会更加明显。在户外自然环境中, 相比独自一人, 有人陪伴会增加安全感, 可以与亲密的人互相分享感受, 从而更加促进积极情感体验, 使身心指标都得到更好的恢复 ^{[ 15 - 16 ]} 。

接触自然产生积极效应主要基于3个理论。Wilson ^{[ 17 ]} 提出亲生命假设, 认为个体对水体、草原、森林等自然景观的偏好是人类进化的结果。在进化过程中, 自然环境可以帮助人们获得食物, 躲避危险, 久而久之, 形成偏好自然的机制。人们体验自然越多, 就越能与自己的进化本源建立联结, 就会变得越健康。Ulrich ^{[ 18 ]} 提出压力减少理论, 认为接触自然能够激活人类的积极情绪, 有效缓解压力产生的消极影响。但是能产生这种效果的自然环境必须具备一定的条件, 如中等的深度和复杂性, 一定的总体空间结构和特定聚焦点, 足够的绿色植物、水体、山等自然元素, 并且不存在危险物。Kaplan等 ^{[ 19 ]} 的注意恢复理论认为自然的复愈过程主要是认知资源的恢复。Kaplan等 ^{[ 20 ]} 提出人类具有定向注意和无意注意两种注意类型。定向注意一般指向特定的注意对象, 需要努力和大量精力才能保持; 无意注意是指自动发生的、无需努力的, 也不需要投入大量精力的注意。人们在自然中注意力得到恢复就是指从定向注意的疲劳中恢复过来。该理论认为使人得到恢复的环境具有4种关键特征:“远离”是指可以使人离开日常的生活环境, 避开使用定向注意的事物; “吸引”是环境中的事物具有魅力, 不需要意志努力就可以获得人们的注意; “兼容”是指环境设置和人们的目标与爱好相匹配; “丰富”是指环境刺激是丰富和连贯的, 可以促使人们具有探索欲, 心境更加愉悦。很多环境设置都有这4种环境特征, 然而自然环境的这4种特征明显优于城市环境。这4种特征可以用问卷进行测量, 以其测量结果作为衡量环境复愈性高低的标准。相比高楼林立、车水马龙的城市环境, 城市森林环境是否更益于人类的身心健康?其复愈性程度怎样?这些问题对改善在城市中生活的人们的健康水平尤为重要, 但国内关于森林或自然环境的复愈作用研究还处于起步阶段, 实证研究还是一片空白。

笔者在剔除实验中的极端值后, 得到有效数据40个。相比延庆城区, 松山森林公园复愈性的“远离”“吸引和兼容”“丰富”的因子分以及总分均更高( p < 0.01), 见 表 1 。说明森林环境更具有复愈性, 给人们带来更加积极的感受, 这一点和前人的研究一致 ^{[ 23 ]} 。SD量表的结果显示, 森林环境明显让人感觉更加愉快、友好、舒适、迷人、放松和安全, 见 图 1 。将城市组和森林组参与者SD量表的总分进行独立样本 t 检验, 结果显示森林组被试对环境感受性的总分(48.25)比城市组总分(120.20)低71.95, 两组方差不齐, t (29.13) = 12.99, p < 0.001, 说明参与者对松山森林公园的主观积极感受显著优于延庆城区, 与前人的研究结果相符 ^{[ 24 ]} 。

对活动类型(步行和静坐)、分组(城市组和森林组)进行重复测量方差分析, 结果发现, 收缩压活动类型主效应不显著, F (1, 37) = 2.85, p > 0.05, 分组主效应边缘显著, F (1, 37) = 3.00, 0.05 < p < 0.1, 交互作用边缘显著, F (1, 37) = 3.66, 0.05 < p < 0.1。舒张压活动类型主效应显著, F (1, 37) = 5.99, p < 0.05, 舒张压步行后降低, 静坐后增加; 分组主效应显著, F (1, 37) = 7.78, p < 0.01, 舒张压森林组增加, 城市组降低; 交互作用不显著, F (1, 37) = 0.98, p > 0.05, 见 图 3 。

心率变异性(heart rate variability, 简称HRV)是指连续窦性心跳间心率在一定时间内周期性改变的现象, 可以精细地反映自主神经系统对心血管系统的调控及该系统对各种因素的应答。因具有操作简单、无创、灵敏度高和定量测量的特点, HRV成为监测心脏自主神经系统的重要指标。HRV的生理学基础归因于交感-迷走神经系统(主要指副交感神经系统, 迷走神经是一种副交感神经), 其中迷走神经对HRV起决定作用。本研究选取HRV指标中的SDNN、SD1、SD2以及RMSSD作为衡量自主神经系统张力的指标。SDNN(R-R间期的标准差)用以衡量自主神经系统的张力水平, 可评价心脏自主神经系统总的调控情况。SD1和SD2代表R-R间期的标准差, 是各点到对称线距离的标准差。SD1代表纵坐标, 反应连续心率的起伏, 对应副交感神经张力水平, 其值越大, 副交感神经张力水平越高。SD2代表横坐标, 反应心率的总波动频率, 对应自主神经系统总的张力水平, 如果自主神经系统张力提高, 其值增加。RMSSD(相邻R-R间期之差的均方根值)衡量副交感神经张力水平, 其值增加, 副交感神经张力提高。

笔者剔除实验中的极端值后, 得到心率有效数据35个, 其中城市组18个, 森林组17个(见 表 4 )。在本研究中能量消耗用来评估参与者的活动量, 在步行后5 min内同时测量心率和能量消耗, 结果显示森林组能量消耗(16.92 kcal)大于城市组(13.25 kcal), 没有达到统计学上的差异。步行实验阶段, 城市组平均心率略减少, 森林组增加, 两者差异不显著。城市组和森林组SDNN均增加, 城市组和森林组RMSSD均减少, 差异均不具有统计学意义。静坐实验阶段, 森林组静坐后平均心率减少量比城市组更大, 森林组静坐后SDNN、SD1、SD2以及RMSSD增加量均比城市组更多, 差异具有统计学意义( p < 0.05), 说明相比城市环境, 在森林环境中静坐30 min, 可以降低心率, 提高自主神经系统的整体调节能力, 显著增加副交感神经对心脏的调节, 副交感神经和交感神经的平衡性增强, 从而达到放松减压的效果。

本研究发现森林环境可以有效改善参与者的血压, 使其更加趋近理想血压值。在森林环境中步行后, 被试的收缩压和舒张压都增加。以往的研究结果显示森林环境可以降低收缩压和舒张压 ^{[ 5 , 25 ]} , 可能的原因是以往研究中参与者都是血压偏高(收缩压为141 ± 19 mmHg, 舒张压为87 ± 11 mmHg)或高血压患者。如有学者以老年高血压患者(原发性高血压)为研究对象, 发现在浙江森林旅游度假区疗养一周后, 老年人的舒张压和收缩压都降低了 ^{[ 25 ]} 。本研究中的参与者都是身体健康的大学生, 收缩压在101 ± 9 mmHg左右, 舒张压在64 ± 7 mmHg左右, 都比理想血压值(收缩压120 mmHg, 舒张压80 mmHg)低。另外一个原因可能是参加试验的学生都是第一次来到松山森林公园, 看到优美的环境和各种新奇的事物激发了他们兴奋、活跃的情绪, 在进行体验者主观心理感受评估时, 森林组的体验也是更偏向有趣和活跃。这种情绪上的兴奋可能导致血压的短暂增加。

以往研究显示森林环境可以降低心率, 提高副交感神经张力水平 ^{[ 26 ]} 。本研究中静坐的实验结果和前人研究一致, 步行结果不太一致, 在森林中步行心率增加, 副交感神经张力水平没有太大变化, 可能的原因是城市组和森林组在步行阶段活动量上的差异。在心率变异性的分析结果部分, 虽然城市组和森林组步行阶段能量消耗的差异没有达到统计学上的差异, 但森林组的能量消耗确实高出城市组很多。有关运动方面的研究确实发现, 在运动中平均HR会增加, RMSSD会降低, 运动会抑制副交感神经活动的张力 ^{[ 27 - 28 ]} 。本研究中城市组步行路线是在平地, 森林组受到松山森林公园地形影响, 其步行路线有爬坡, 需要更多能量消耗, 森林组被试在步行后的5 min平均消耗能量18.92 kcal, 大于城市组(13.25 kcal)。静坐后两组消耗的能量很接近, 森林组消耗的能量为8.1 kcal, 城市组消耗能量7.9 kcal。本研究中森林组步行后RMSSD减少量(0.3 ms)比城市组RMSSD减少量(2.02 ms)小, 平均心率增加, 可以看出森林组在步行过程中森林环境和步行锻炼同时对副交感神经起作用, 步行对副交感神经张力的抑制抵消了森林环境对副交感神经张力的提升, 整体表现出来的是步行起主导作用。因此, 森林环境对自主神经系统的影响不单纯是环境本身起作用, 也受到环境中活动的调节。

本研究显示, 森林环境可以显著降低体验者的消极情绪, 提升积极情绪, 这种影响不受活动类型的限制, 在森林中步行和静坐对情绪的影响结果是一致的。步行活动后, 森林组参与者的紧张、疲劳、困惑和抑郁以及总情绪紊乱均比城市组显著降低, 森林组的活力感比城市组增加。静坐后, 森林组消极情绪所有维度均比城市组显著下降, 森林组活力感比城市组增加。本研究和以往研究一致, 森林环境可以显著降低紧张、生气、疲劳等消极情绪, 增加活力感 ^{[ 29 - 31 ]} 。实验结束后对参与者进行访谈, 询问参与者对实验的感受, 发现体验者情绪体验的变化最明显。从数据结果的显著性( p < 0.01), 也说明短时间接触森林环境就会使体验者产生更加明显的积极心理感受, 这与压力减少理论内容吻合。Ulrich提出的压力减少理论认为人对环境的首要反应是普遍的、快速的情感反应, 森林环境具备恢复性特征, 当人们处在其中时, 首要反应是积极情感的转变 ^{[ 18 ]} 。

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