植物颜色与鸟鸣的视听感知：基于实验室的心理生理学实验，使用来源于城市绿地的刺激材料

《Urban Forestry & Urban Greening》：Audiovisual Perception of Vegetation Colour and Birdsong: Laboratory-Based Psychophysiological Experiment Using Urban Green Space-Derived Stimuli

　　摘要
城市绿地逐渐被认为是潜在的恢复性环境，然而对特定视觉和听觉线索的短期心理生理反应仍了解不足。这项实验室研究探讨了在中国昆明町的755名大学生中，单独呈现或结合呈现的以植被颜色为主的图像和鸟鸣与心理和生理恢复之间的关联。植被颜色使用HSV模型进行量化，28种鸟鸣通过Log-Mel频谱图特征被分类为五种声学类别。参与者在诱发情绪激发后被分配到单色图像、单色鸟鸣、视听结合或空白对照组。生理反应通过心率、心率变异性和皮肤电导进行评估；心理反应通过平静度、紧张度、易怒性和基于PCA的指数进行评估。选定的绿色和蓝紫色植被图像以及FM类型的鸟鸣与更强的短期恢复效果相关。视听结合在心率、心率变异性和心理指数上显示出显著的交互作用，但这些作用往往是拮抗的而非协同的：综合暴露产生的恢复效果低于各单一效应的总和，叠加的第二种刺激仅实现了预期附加效果的20-30%，表明恢复反应已达到饱和状态。皮肤电导遵循叠加模型，颜色与鸟鸣之间没有显著的交互作用。大多数效应大小较小到中等。因此，这些发现应被视为初步的实验室证据，而不是生理机制或普遍设计规范的直接证明，并为未来关于多感官城市绿地设计的实地研究提供假设。

引言
随着城市化加速，人口密度的增加使居民面临多感官压力源，相比农村人口，这加剧了心理健康风险（Pedersen, 2015；Lydia等人, 2020）。接触自然世界被认为对健康有益（Hartig等人, 2014），并通过促进恢复来提升心理福祉（Evans, 2003）。随着对福祉需求的增加，传统的高密度城市形式已不足以满足生物亲和性福利需求。城市绿地直接提升了公共健康和福祉（Wei等人, 2026）；它们保护了生物多样性和鸟类及蝴蝶（Zhang和Zhang, 2025；Zhang等人, 2025）。因此，城市绿地被视为缓解人为压力源和促进生物亲和体验的重要资源。在环境心理学中，有两个主要理论框架解释了恢复机制：注意力恢复理论（ART）（Kaplan, 1995）和压力减少理论（SRT）（Ulrich等人, 1991）。尽管提出的机制不同，但这两种理论都认同自然环境的恢复优势（Kaplan和Berman, 2010）。视觉感知在环境解读中起主导作用（Korpela等人, 2008）。与城市街道景观相比，自然环境具有更强的恢复能力（Van den Berg等人, 2014）。树木和水生特征通过情绪调节（Mackay和Neill, 2010；Ryan等人, 2010）、压力减轻、疲劳缓解和注意力增强（Berman等人, 2008）促进生理和心理恢复。治疗效果与结构复杂性、生物多样性和生态完整性有关，带来了可测量的健康、社会和行为改善（Sun等人, 2021）。植物元素增强了心理健康（Reyes-Riveros等人, 2021）和市民满意度（Wood等人, 2017）。颜色是引发不同心理生理反应的主要视觉刺激。接触绿色环境有助于视觉恢复并提高心血管效率（Kaufman和Lohr, 2004；Seiz等人, 2008）。医疗环境中的绿色植被促进了恢复效果，如缩短恢复时间和减少止痛药使用（Park和Mattson, 2009）。颜色影响空间感知：冷色调植被给人一种距离感，而暖色调则传达接近感（Chen等人, 2014）。文化背景塑造了颜色联想；在某些东方社会中，白色植物可能象征忧郁，而在西方庆祝场合中常偏好红色元素（Thorpert和Nielsen, 2014）。从恢复的角度来看，以绿色和黄色为主的景观有益于公共健康，尽管红色植被通常引起的放松效果较弱（ZHANG Shuangquan等人, 2022）。尽管对植物颜色的作用认识逐渐增加，但整个光谱的恢复潜力，特别是蓝紫色色调，仍是一个新兴的研究领域。

听觉感知是人类与环境互动的基本方式。城市公园的研究证实，声音景观对心理恢复有显著贡献（Payne, 2008），声音类型通常比绝对音量具有更大的影响（Payne, 2013）。在生物声学成分中，鸟鸣是城市地区最易感知的自然声音之一，可带来放松、降低心率和减少焦虑（Ratcliffe等人, 2013；Stobbe等人, 2022）。恢复效果受到鸟鸣的感知和心理声学属性的影响，包括频率、音色和时间模式（Hong等人, 2025）。情境调节了这种恢复能力；视觉环境和城市形态影响感知的愉悦度和适宜性（Gan, 2020）。鸟鸣与水声和植被等特征协同作用以增强恢复效果（Zhao等人, 2018），同时减轻交通噪音的干扰（HONG Xinchen等人, 2024）。这些效应与认知-情感评估相关，受声学特性、审美品质和文化联想的影响（Ratcliffe等人, 2016；Yi等人, 2024）。然而，鸟鸣的效果并不统一；物种间差异和听众熟悉度会影响接受度，某些物种的叫声可能在不同的文化和生态背景下被负面感知（Yi等人, 2024）。鸟鸣的结构反映了当地的生物多样性和鸟类行为生态学，表明城市声音景观设计必须考虑发声特征、物种组成和景观背景。鸟鸣通过增强与自然的联系来提升主观福祉（Benfield等人, 2010），但理解声学参数如何与视觉和空间环境相互作用以产生恢复效果仍至关重要。视觉输入调节听觉感知，无论声音是自然的还是人为的，反之亦然。这种跨模态交互在环境体验中很重要：当注意力集中在一个感官渠道上时，对其他感官的敏感度会降低。实证研究表明，彩色景观可以减轻噪音效应（Marín-Gómez和MacGregor-Fors, 2019），这种现象可能源于视觉主导下的神经调节。恢复性环境的形成受到视听交互的影响。结合视听刺激比单一模式暴露产生更好的恢复效果（Wang和Zhao, 2019），这强调了综合评估的必要性。尽管ART和SRT为理解自然环境的恢复反应提供了理论基础，但将其应用于特定感官线索需要谨慎的操作化。ART认为自然刺激可能通过柔和的吸引力、兼容性和远离感来支持恢复，而SRT强调压力后的情绪和生理恢复。在这个背景下，植被颜色和鸟鸣是可能影响短期反应的显著视觉和听觉线索。然而，这些框架并不意味着特定颜色或声音类型会在所有情境中直接激活固定的自主机制。

先前的研究通常分别考察视觉或听觉恢复，而较少有研究在同一实验框架内量化植被颜色和鸟鸣的声学特征。此外，视听组合产生加成、拮抗或潜在协同反应模式的具体程度仍不甚明了。为解决这些不足，本研究使用来自城市绿地的图像和鸟鸣录音进行受控实验室实验，以考察大学生的短期心理生理反应，并在昆明的绿地中进行实地调查，通过HSV建模量化植物颜色参数，并从鸟鸣中提取Log-Mel频谱图特征。研究基于以下假设进行：H1：冷色调植被图像（绿色、蓝紫色）与更大的生理放松（例如，降低心率、增加心率变异性）和减少负面情绪相关，相比暖色调植被图像（红色、黄色）。H2：具有动态声学变化的频率调制（FM）鸟鸣在心理生理指标上表现出优于宽带或单调声学类型的效果。H3：结合视听暴露的恢复效果将偏离加成性，即结果将不同于相应单一效应的总和；鉴于多感官文献中的竞争性预测，这种偏差的方向（协同作用或拮抗作用）保持开放。H4：恢复的幅度和模式将在生理和心理指标上有所不同，反映不同的感官处理路径。具体来说，预期心脏指标和综合心理状态会表现出显著的视听交互（协同作用或拮抗作用）。相比之下，预计电皮肤活动将反映独立视觉和听觉贡献的线性叠加，没有显著的交互效应。需要注意的是，当前实验诱发的是急性情绪激发，而不是上述的慢性、低级别的城市压力源；因此，从当前的恢复模式推断日常城市压力恢复能力仍具有推测性。

研究区域
作为云南省的首府和中国西南部的关键枢纽，昆明具有独特的地理特征，海拔主要在1,500-2,800米之间，城市平均海拔为1,891米。其亚热带高原季风气候保持年均温度15°C、2,200小时的日照时间和1,000毫米的降水量，降水集中在5月至11月，随后是干燥期，同时空气透明度极高。昆明拥有丰富的鸟类资源，环境管理工作使其获得了相关称号。

基于植被颜色的视觉感知的恢复效果
统计分析显示，不同颜色类别的ΔHR、ΔHRV和ΔSC测量值在直方图中呈现正态分布。Levene检验表明方差异质性显著（p = 0.000、0.000、0.008；所有p < 0.05），需要使用Welch的ANOVA进行分析。分析揭示了植物颜色方案的生理效益层次：心率：蓝紫色 > 绿色 > 黄色 > 红色（部分η2 = 0.221）；心率变异性：蓝紫色 > 绿色 > 黄色 > 红色（部分η2 = 0.236）；皮肤电导：绿色 > 黄色 > 蓝紫色 >

植物景观颜色的恢复效果差异
本研究使用HSV建模量化了植物景观，根据最大色调指数对颜色类型进行分类。结果表明，植物群落的颜色分布与心理生理结果显著相关。使用心率、心率变异性、皮肤电导和心理测量，所有颜色景观相比对照组都显示出积极的恢复效果，并存在特定颜色的变化。冷色调（绿色/蓝紫色）景观与相对较高的放松效果相关。

结论
这项实验室研究了植被颜色和鸟鸣对年轻人的恢复效果（主要是景观建筑及相关学科的学生），采用心理生理指标——心率（HR）、心率变异性（HRV）、皮肤电导（SC）和心理调查来评估对昆明城市公园多模态刺激的反应。研究结果支持以下几个观点：首先，以不同颜色为主的植被图像

作者贡献声明
Zhe Zhang：写作——审稿与编辑、可视化、监督、项目管理、资金获取。Kaiyuan Yi：写作——原始草稿、可视化、验证、方法论、调查、正式分析、数据管理。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能与本文所述工作有关的竞争性财务利益或个人关系。

致谢
感谢EYESO ECGM3系统（北京Braincraft Technology有限公司）的技术支持以及所有参与实验的志愿者。同时感谢审稿人和编辑对该论文的贡献。本研究得到了国家自然科学基金（项目编号32560393）、云南省“星电人才”支持计划（青年人才项目）、云南省基础研究项目（项目编号202301AT070222和项目编号）的支持。

Kaiyuan Yi|Tianyu Li|Ruohan Xiong|Jiajia Li|Xiaoli Zhang|Zhe Zhang