城市绿地梅花听嗅刺激对人体情绪及压力恢复研究

王一凡 金荷仙 周艳慧 张林浩 陆 磊

随着城市建设向着高密度发展，城市绿地空间不断被压缩，经历了重大健康卫生事件后，公众健康更是成为重点关注对象。快节奏的生活和高强度的工作给城市居民带来了越来越多的压力[1-2]。《2022年中国国民心理健康报告》蓝皮书指出，国民心理健康问题凸显，其中，作为社会重点关注的学生群体，面临着学业、就业等压力，心理健康问题日益突出，焦虑、抑郁等风险不断升高。人民的心理问题受到了党和国家的高度重视。党的二十大报告中也强调要“重视心理健康和精神卫生”。《“十四五”国民健康规划》将心理健康内容明确纳入发展目标。综上，构建身体和心理健康的城市空间成为研究热点和重点。

城市绿地作为居民最直接接触自然环境的区域，承载着帮助居民降低压力，恢复健康的作用。而与环境健康相关的理论有Ulrich提出的压力恢复理论(SRT)，该理论认为人在压力环境下会发生短期的生理变化，而在某些自然中个体的消极情绪被阻断，积极情绪被激发，从而达到恢复状态[3]；同时Kaplan提出了注意力恢复理论(ART)，认为人天生倾向于与自然接触得到放松，以此达到恢复状态[4]。2个理论都证明了自然对人具有恢复效果，也说明自然环境对人的恢复效果与人接近自然的程度相关。

1 研究背景

在人与自然环境接触的过程中，环境对人生理、心理及情绪恢复都有正向效益[5]，目前关于恢复性的研究多集中于感知方面。人从外界收集到的信息有80%通过眼睛[6]，所以视觉研究最多，听觉次之，最后是嗅觉。视觉研究集中于探讨绿视率[7]、绿地结构[8]、绿地种类[9]、植物色彩[10]等对人的影响。听觉研究集中于声音景观在绿地中的分布[11]，以及不同类型的声音景观对人的影响及喜好程度[12]。嗅觉研究集中于气味景观中的气味分布[13]，以及植物挥发物的成分和对人的影响[14]。就目前研究来看，感官交互类研究较少，吴晓云等结合校园常见气味及场景研究其恢复效果，得出气味可以协助绿地降低人的心率及情绪纷乱值[15]；崔雪等探讨了栀子香气与校园声环境之间的关系，发现听嗅交互感官刺激对压力恢复的效益高于单一感官刺激[16]；巴美慧等同样通过嗅听交互研究，得到积极的感官刺激可以提升其他感官感知的评价，并且当一种感官刺激越强时，另一种感官的感知强度会越弱[17]。

关于绿地及感官刺激对人影响的研究多集中于对人生理效应的研究，如对被试者进行心率、血压、皮肤电位、心率、脑电波等生理信号的测试，而情绪却常被忽视或作为次要探讨的要素。情绪健康作为人类健康的重要组成部分，是联合国可持续发展目标及全球发展议程中的重大优先事项[18]。情绪是多维度分化的，相关研究领域形成了情绪研究的多维模型，其中A-V模型以简洁的二维形式(图1)被广泛应用于情感评价，Arousal表示受刺激后情绪的反应程度，Valence表示情绪的正负价值程度[19]。

图1 A-V情绪模型

脑电信号受中枢神经控制，是不受到主观意识控制的客观数据，可以真实地反映情绪信号，已有部分研究利用脑电仪器中情绪指标获得环境对人体的影响，如冯建喜等分析不同城市空间环境对人情绪的影响，发现绿地环境有助于缓减疲劳和恢复注意力[20]；同时也有研究利用脑电中的情绪指标进行分析，发现在绿地中进行不同的活动也会对人的情绪产生不同的影响，并且步行是减轻压力最好的办法[21]，如Rafael等研究了不同听觉刺激下被试者的情绪反应，并结合脑电波进行了评价[22]；Du等根据脑电图分析不同颜色虎舌红植物对有无认知障碍的老人神经情绪的影响，发现并且提出应用建议[23]；Rodríguez等使用便携式脑电设备研究了虚拟公园环境中负面情绪诱导过程中大脑活动的变化，发现两者都唤起了他们客观的负面情绪[24]，这些研究都支持了使用脑电设备可以测量情绪指标这一可能性。目前关于嗅觉的研究较少，但已有研究者将嗅觉与情绪联系起来证明嗅觉感知、气味和情绪之间的关系[25-27]。如Weber等的研究结果显示，芳香植物散发出的复杂、自然的气味可以改善人的情绪状态，具体表现在提高人的平静、警觉，以及稳定情绪[28]。

基于上述研究现状，认为从探索情绪影响的角度进行听嗅感官交互的研究具有重要意义，选择梅花为嗅觉刺激材料，以及同时期城市公园的声音为听觉刺激材料，探讨听嗅交互刺激下的恢复效果，主要聚焦于2个问题：1)听觉、嗅觉及听嗅交互刺激下人的情绪值的差异；2)听觉、嗅觉及听嗅交互刺激下人的压力恢复水平之间的差异。

2 实验材料与方法

2.1 刺激源

2.1.1 声音刺激

声音刺激来源于初春时城市公园绿地中的常见声音——水声和人声，使用录音设备在公园中分别录制2种类型的声音，录制设备距地面1.5m，每个音频录制时间不少于3min。将录好的音频导入Adobe Audition 2022软件中进行处理，分别导出2种声音的音频(MP3)。为确保被试者在实验室内能清楚地听到声音，并不会感到不适，设置声压级为40～60dBA。先由15名被试者进行主观响度预实验打分(1～5代表非常安静-非常吵闹)。结果显示，声压级在50dBA，距离被试者约0.6m处可清楚地听到所有声音刺激但不会感到不适。后续实验音频均在同一响度、同一声压级范围内。

2.1.2 气味刺激

梅花在我国种植历史悠久，是中华民族的精神象征，梅花在风景园林中的应用也十分普遍，多用于梅岭、梅林等景观营造。关于梅花的恢复性研究，国内最早由金荷仙对南京及武汉18个不同的梅花品种挥发物进行了测定，发现被试者在嗅闻梅花后可以使人体肌电值下降、降低血压及心率[29]。Hyunju等也发现接触梅花香味可以改善情绪状态，并可能促进记忆、语言和大脑运动功能，从而可能改善情绪、抑郁和记忆障碍[30]。

气味刺激材料由于实验场地限制，选择浙江农林大学常用的梅花品种“骨里红”(Prunus mume‘Gulihong’)，选择盛花期完整的40朵，实验时定期更换以保证其香味浓度不变。实验前将同等数量的梅花花朵置于密封盒中，由15名被试者对气味进行辨别，确定花朵数量在35～45朵时气味浓度与在环境中闻到的近似，最终确定使用40朵梅花为实验使用数量，在实验前将梅花先放置在密封盒中进行气味挥发，密封5min后开始进行嗅闻实验，避免由于初始气味浓度的不同而带来差异。

2.1.3 压力刺激

计算题会给被试者带来一定的压力刺激，同时工业噪声也会使被试者感到烦躁，研究将二者结合，被试者需在工业噪声中完成3min计算题进行施压，以保证被试者处于同一压力水平下开始实验。

2.2 实验地点

实验地点选在浙江农林大学东湖校区工程实验室，实验时门窗关闭，室温维持在26℃。被试者坐在实验室中央，面前桌子摆放植物，周围0.6m位置放置音响，形成声音环绕，除必要环境光照外，没有其他光源刺激，窗户等透光玻璃用黑色布遮挡，所有被试者均在同一环境中进行实验。

2.3 实验对象

已有研究表明，在校大学生作为实验参与者具有广泛性和科学性，大学生与普通大众的景观偏好没有显著差异[31]，故认为学生可以替代大众进行实验评价。实验共招100名浙江农林大学在校大学生(20～25岁)，男女比例2:3，随机分配到5组即梅花组、梅花&水声组、梅花&人声组、水声组、人声组中进行实验。实验要求被试者无听觉、嗅觉障碍，对某种气味没有特别的喜好，在实验前不得饮用酒或含咖啡因等刺激兴奋的饮料，并于实验前签署知情同意书。

2.4 实验流程

已有研究表明，接触自然环境3～5min可以得到较高信度的研究结论[32]，故实验将施压与恢复测试时间定为3min。实验流程如图2。

图2 实验仪器及实验流程

1)被试者到达实验室填写知情同意书，佩戴脑电仪。

2)3min施压，被试者将被置于建筑施工时的噪声下，独立完成数学测试，结束后测量血压指标，并填写测前POMS量表。

3)3min恢复实验，实验过程中给予不同感官刺激，为排除声音和光线的干扰，实验室以室内灯光为恒定光源，实验过程中保持窗户关闭。在每组实验完成后，为防止上一组的气味残留影响下一组被试者，会开窗进行充分通风。实验结束后摘掉脑电仪，测量其血压指标并填写测后POMS量表。

4)简单访谈2min，被试者在全部实验流程结束之后将被进行如对气味的打分，以及在实验时的感受等问题的简要访谈，以推测气味及声音对情绪产生影响的原因。

2.5 实验测量指标、仪器及处理方法

2.5.1 脑电数据

情绪的产生伴随着生理信号的变化，逐渐向神经学科靠拢，伴随着神经学科的发展及技术的创新，有研究者发现不同的情绪与大脑特定区域的神经活动具有关系[33-34]。大脑活动是理解人类心理生理状态的关键，使用前额有干电极的无创脑电图，可以测量和分析大脑状态，而不需要复杂的医疗程序。虽然大脑是最复杂的器官，但脑科学的进步已经产生了关于脑电波特征和心理生理学状态之间关系的理论[35]。脑电仪具有高时间分辨率，可以采集细微的脑电情绪变化，实时数据便于分析感官刺激对人的影响[36-37]。

使用Emotiv Epoc X便携式脑电仪对被试者的脑电波进行采集，该设备具有多通道采集的优点，具有14个电极(AF3、AF4、F3、F4、F7、F8、FC5、FC6、T7、T8、P7、P8、O1和O2)，覆盖了4个脑叶(额叶皮层、颞叶皮层、顶叶皮层和枕叶皮层)。电极通过蓝牙将数据传输至计算机，该设备的准确性在此前的研究中已得到证明[38-39]，脑电设备除可导出脑波数据外，还可选择其导出6个情绪指标“Engagement、Excitement、Stress、Relaxation、Interest、Focus”即“参与、兴奋、压力、放松、兴趣、专注”，各指标含义见表1。

表1 情绪指标含义

2.5.2 心理数据

简明心境状态量表(POMS量表)用于评估被试者情绪及心境状态，情绪因子分值越高表示情绪越强烈。该量表在研究中被发现具有较好的信效度，并得到广泛应用。量表由40条词条组成，涵盖紧张、愤怒、疲劳、抑郁、慌乱5个消极情绪因子及精力、自尊感2个积极因子，以五级评分法打分(1～5分)；情绪状态总估价(TMD)是由这7个情绪因子分计算得出的：TMD=紧张+愤怒+压抑+疲劳-活力+慌乱-自尊感+100，TMD值越大表明消极的情绪状态越多，心情更消极烦闷，反之则TMD分值越低，表示情绪状态越稳定[40]，研究选择TMD值作为主观情绪的衡量标准。

2.5.3 压力数据

使用Omron血压仪，该仪器可测量被试者的舒张压、收缩压及心率，选择舒张压及收缩压作为分析其压力恢复情况的指标。

2.5.4 处理方法

首先使用Excel对实验数据进行整合，继续使用SPSS 26.0进行分析处理，脑电波属于生理数据，为避免个体间差异对实验结果的影响，故使用协方差分析法将测前数值作为协变量，测后数值作为因变量，不同刺激组为固定因子，最终比较各组实验后情绪数值的大小，POMS量表、收缩压及舒张压的处理在使用配对样本T检验后，使用单因素方差分析及事后检验的方法比较不同组之间恢复值的差异，由于实验属于小样本实验，在正式进行数据分析前已进行方差齐性及正态性检验，结果基本符合。

3 结果与分析

3.1 脑电波结果分析

对6组情绪的脑电波数据进行对比发现，除放松值处于上升状态外，各组其余5个指标均呈下降趋势，故使用协方差分析各组指标在感官刺激后的结果。协方差分析后数据显示如图3，参与值方面，水声组明显低于其他组，而气味和声音交互组较高；兴奋值方面，水声组明显低于其他组，人声组明显高于其他组，气味与声音交互组适中；压力方面，梅花&水声组明显低于其他组，水声组次之，其余3组压力值近似；放松值方面，人声组明显低于其他组，而梅花组明显高于其他组，其余3组数值近似；兴趣值方面，梅花组明显高于其他组，其余4组结果近似，气味及声音交互组数值适中；专注值方面，人声组明显高于其他组，梅花&水声组明显低于其他组，剩余3组数值近似。脑电波结果显示，听嗅交互在一定程度上感官刺激越多，参与值、兴趣值及放松值就随之上涨，而兴奋值、压力值及专注度会随之下降。后续对协方差处理矫正后的数据进行交互分析，结果显示，气味和声音交互会对人的情绪产生显著影响。

图3 协方差分析后情绪指标结果

3.2 POMS量表结果分析

首先运用配对样本T检验各组测前及测后TMD数值，结果显示，除人声组数值上升2.05外，其余4组TMD值均下降，其中除水声组变化值3.52为显著外(p＜0.05)，梅花组、梅花&水声组、梅花&人声组的变化值均为极显著(p＜0.01)，变化值分别为26.08、31.62、23.29，其中梅花&人声组的变化值最大。

继续对测前及测后的TMD差值进行单因素方差分析，结果显示，不同组之间的TMD值存在显著差异[F(4，51)=12.14，p＜0.01)]，后续进行多重比较，结果显示，梅花组、梅花&水声组、梅花&人声组变化值均显著高于水声组和人声组，而水声组显著高于人声组。结果表明，除人声组外，其余各组均可以对被试者主观情绪有所缓解，且交互刺激下结果更加明显(图4)。

图4 TMD值测前测后变化情况

3.3 收缩压及舒张压结果分析

首先使用独立样本T检验各组测前及测后收缩压及舒张压数值，结果显示，收缩压数值除人声组上升0.71mmHg外，其余4组数值均为下降趋势且测前测后变化极显著(p＜0.01)，下降值分别为梅花组7.06mmHg、梅花&水声组7.79mmHg、梅花&人声组7.46mmHg、水声组4.62mmHg，其中梅花&水声组的下降值最大。舒张压方面，同样人声组为上升，上升值为0.69mmHg，其余4组数值均下降，其中梅花&水声组下降3.05mmHg，而梅花&人声组下降3.04mmHg，变化为显著(p＜0.05)，梅花组下降3.84mmHg、水声组下降2.44mmHg，变化为极显著(p＜0.01)(图5)。

图5 舒张压、收缩压测前测后变化情况

继续将测前与测后的差值认定为感官刺激下的压力影响值，将各组间收缩压及舒张压差值进行单因素方差分析，结果显示，不同组之间的收缩压存在极显著差异[F(4，54)=7.16，p＜0.01)]，而各组间舒张压存在显著差异[F(4，54)=2.75，p＜0.05)]，后续进行事后检验，结果显示，除人声组与其余4组存在显著差异外，其他各组间均无显著差异。结果表明，除人声组外其余各组均可使被试者压力得到恢复。

4 讨论

本研究探索了不同感官刺激下，声音组、气味组、声音气味交互组对人体情绪及压力恢复之间的影响，首先利用脑电信号导出的6个情绪指标及POMS量表探究听嗅刺激对人情绪值的影响，同时利用收缩压及舒张压探究对人体压力恢复的影响。结果显示，无论何种刺激对人均有一定的影响，而不同刺激组之间的结果有明显差异。本研究中的嗅觉分组为有花香及无花香，听觉分组为水声及人声，将其各自组合，由于本研究仅讨论人在听觉、嗅觉即听嗅交互干预情况下的变化，故没有设置空白对照组，最后组成了5个实验组。

4.1 梅花气味及水声对人情绪及压力恢复有影响

研究结果显示，单一感官实验中被试者在嗅闻梅花及水声实验前后，被试者TMD值、收缩压及舒张压较施压环节呈显著下降趋势，而给予人声刺激后的TMD值、收缩压及舒张压呈上升趋势，说明梅花香气及水声可以缓解人的情绪及压力，此前研究也证明了水声及芳香植物气味有助于恢复身心健康[41-42]。

4.2 不同感官刺激对人情绪和压力恢复的影响

情绪方面，由于研究中情绪变化主要参考脑电波数据，而人的情绪与大脑活动相关，从整体趋势上看，由于施压阶段使用了工业噪声及数学计算题，所以在该阶段被试者需处于精神集中状态，且要参与到题目的运算中，无形之中提升了施压阶段被试者的参与感、兴奋感及专注度，由此使得测前脑电数据除压力值外都高于测后数值，所以在脑电波的处理上没有分析变化值而是采用了协方差分析。

从6组情绪数据的变化看，整体趋势并不一致，这是由于脑电波的形容词和我们常认为的有所差异，参与、压力、放松和我们所认为的一致，而兴奋是指大脑的活跃程度较高；兴趣是一个中性词，大脑活动对某刺激产生兴趣并不指喜欢这个刺激，而是指这个刺激对人产生了一定的影响，大脑给出了反应；而专注可以理解为注意力，注意力分为定向注意力和非定向注意力。本研究中为定向注意力，指人的注意力会集中于某处或被吸引，定向注意力需要投入更多的认知学习精力；而非定向注意力则不会耗费太多的精力。因此，定向注意力的恢复往往发生在非定向注意力被投入的时候[43-44]。研究中梅花香味的加入消耗了被试者的非定向注意力，而水声和人声则消耗被试者的定向注意力，所以结果中由于梅花香味的加入，被试者专注值下降。

基于上述的解释就可以理解为什么脑电波所呈现的情绪数值与我们所预计的并不相同。在情绪数据中，仅讨论气味刺激对结果的影响可以发现，在加入了气味指标后交互组的参与、放松、压力、兴趣、专注5个指标相比仅有水声或人声的组有所改善，交互组明显参与感增加，压力得到改善，放松感增加，注意力降低，这与此前关于气味对声音有协同或掩蔽效果的研究结果相一致[16-17]。发现兴趣与专注在变化趋势上有一定的一致性，但在水声组会有差别，猜测是由于加入了气味刺激使得大脑需要对气味信息进行处理，所以兴奋值提高。同时将交互组与嗅闻组进行对比，发现加入声音刺激会提升参与感并且兴奋值降低。在抛除气味刺激后，仅讨论水声和人声，这2种声音中前者被认为是令人愉悦的自然声，而后者则令人烦躁，从实验结果也可以看出，除放松值外，其余5个指标人声组均高于水声组，可能是在实验室环境中被试者会试图解读游客交谈内容以至于提升了其参与、兴奋、兴趣及专注数值，而在人声中采集到了部分儿童吵闹的声音，多数被试者在测后表示这让他们感到烦躁，这也是压力值升高的原因之一。梅花组的放松及兴趣值为最高，猜测可能是由于没有其他刺激在安静的实验室环境内被试者会更加放松，同时部分被试者测后表示在嗅闻花香时会产生联想，并且许多被试者实验前并不知道嗅闻的植物为梅花，对实验时所使用的梅花气味不熟悉，这使得其兴趣值上升。且有研究表明大脑的活跃程度会影响人的休息[45]，从各项指标来看水声更利于降低人大脑的活跃度，而嗅觉环境下加入水声也会在一定程度上降低大脑的活动，使人可以快速进入休息状态。

POMS量表在本研究中也是衡量情绪变化的一个指标，由于脑电波指标更加客观，所以将POMS量表作为辅助，故没有使用其本身所含有的7个指标，而是对这些指标进行了整合即TMD数值，从结果可以得出梅花香味与水声都被认为是可以让人愉悦的感觉[12，29]，2种感官刺激相叠加使其恢复效果更佳，而人声会让人的TMD值增加，令人烦躁，但气味的掩蔽效果使得嗅闻&人声组的TMD值的变化虽然较小，但是仍呈下降趋势。

血压方面，首先从变化情况来看，除人声组外，其余4组的收缩压及舒张压都有显著的下降，说明除人声外，其余4组都可以让人得到压力恢复，这与脑电波中的情绪数值一致。

从压力恢复理论和注意力恢复理论来看，实验恰好证明了人越接近自然，其压力和注意力就越能得到恢复，人声不属于自然界本身所有，所以人声组的被试者得不到压力恢复及放松，而加入气味干预的嗅闻&人声组明显恢复情况优于人声组，从注意力来看，人声会消耗人的定向注意力，而加入气味干预可以减少定向注意力的消耗，人得到了注意力的恢复，所以实验结果证明刚结束了高度紧张状态的人应适当地接触自然环境，如自然界的气味或自然界的声音，这与Hallgrimsdottir等的研究结果相同，其证明了短时间的绿地暴露有助于注意力的恢复[46]。

4.3 听嗅交互在设计中的应用

选择大学生作为研究代表，校园绿地是学生群体接触最多的绿地，对大学生压力恢复及注意力恢复有重要作用[47-48]，大学生群体具有一定的代表性，所以结果适用于大部分居民群体。研究中，声音采集地点为城市公园，而这一时期城市各类梅花景观的主要声音就是游人声及流水声，如果将实验环境选择在校园或城市街道中，声音刺激则需考虑交通声、工业声等。本研究及此前研究都证明了气味对令人烦躁的声音具有掩蔽作用[49]，同理推测梅花香味会“掩蔽”一定的交通声及工业声。

基于以上研究及讨论提出几点关于梅花景观营造建议。

1)营造具有多元化的香景环境，利用香气可以掩蔽声音的特点，在一些游人聚集，或声音较大且繁杂的环境中适当种植梅花等芳香植物。

2)优化公园声音景观资源，水声属于令人愉悦的自然声，样本研究只分析了其中一种，而在实际的绿地营造中可以考虑泉水声、溪水声或瀑布声等，同时鸟鸣声、风声等也属于自然声，同样也应考虑其中，尤其在靠近街道的附近要适当加以植物隔离并且利用声音环境减少噪声对人的影响。

3)梅花属于季节性植物，本研究仅讨论了其盛花期情况，在梅花凋谢后应考虑与其相搭配的其他景观如何延续与游人的互动性，如搭配其他季节的开花或芳香植物，建造适配的娱乐场所等。

4)优化公园休息场所，前面的讨论证明了令人愉悦的声音及气味可以降低人的大脑兴奋程度，从而进一步让人得到放松，在绿地的建设中休息场所是必不可少的，所以在设计休息区时可以考虑加入声音及气味让人得到更深层次的放松。

5 结语

研究聚焦于梅花香味与声音之间的协同和掩蔽作用，讨论了不同情况下对人体的情绪及压力的恢复情况。结果显示，虽然不同的感官刺激会有不同的结果，但是都在一定程度上对测前所施加的刺激做出了反应，且除了会令人烦躁的声音外，其余刺激对人的影响都是正向的。这为之后的城市声音和芳香环境的建设提供了思路。实验中使用生理指标更加客观准确，而心理指标及问卷会体现出个体之间的主观偏好，所以在后续的研究中也可以考虑将更多的心理指标作为结果的判断依据。

近年来提升感官环境的质量成为研究重点，无论是单一感官的研究或是交互研究，都在一定程度上推进了感官环境的建设，为后续建筑、景观、规划提供了建议。研究只考虑了一种植物的听嗅交互效果，在一定程度上对梅花的应用起到了建议作用，但不同植物与不同声音之间的交互产生的效果不同，后续研究可以考虑多种植物与声音的搭配。感官中最重要的视觉并未在此次研究中开展，加入视觉刺激后会带来不同的效果，同时科研方法多种多样，不同仪器及量表所能得到的结果也不同，有待后续研究继续探讨。

注：文中图片均由作者绘制或拍摄。