32年空气生物学数据揭示城市致敏杂草荨麻科（Urticaceae）花粉长期动态及对西班牙Granada环境变化与城市管理的响应

《Urban Forestry & Urban Greening》：Aerobiological data as a tool to monitor allergenic urban weeds (Urticaceae) in the city of Granada over 32 years

　　

荨麻科（Urticaceae）包含荨麻属（Urtica）和墙草属（Parietaria），它们是部分常见城市杂草，其花粉是过敏的重要原因，尤其在地中海地区。本研究分析了Granada（西班牙南部）32年间荨麻科（Urticaceae）花粉的空气传播动态及其与近几十年环境变化和管理的关系。空气生物学分析显示，荨麻科（Urticaceae）花粉每年在城市大气中平均检测到255天，峰值浓度出现在2月至6月之间，通常4月初峰值可超过100花粉粒/天。Annual Pollen Integral (APIn)在整个时期呈下降趋势，尤其自2010年以来，原因包括环境因素，如长期干旱，也包括密集型城市杂草管理技术，即全城清除植物。为识别荨麻科（Urticaceae）花粉主要来源，在城市中进行的探索性实地调查发现，历史Albayzín区种群数量最多。该区除拥有最多Parietaria等物种偏好的基质，如旧石墙裂隙、教堂和历史建筑裂隙外，其UNESCO World Heritage Site（联合国教科文组织世界遗产地）认定还要求特定的清洁和管理。可以得出结论，对长序列空气生物学数据的分析可作为工具，用于分析地中海城市中一种主要致敏杂草的环境和人为影响。

研究背景与问题：荨麻科（Urticaceae）包括Urtica（荨麻属）和Parietaria（墙草属），是地中海城市常见杂草。其花粉是重要过敏原，尤其Parietaria花粉在地中海地区人群致敏率高，可引起鼻结膜炎和支气管哮喘，并因花粉几乎全年存在而使症状持续。该科植物适应城市裂隙、旧石墙、路面、教堂、废墟等生境，既是城市杂草，也可造成历史遗产生物劣化。Granada是西班牙南部典型中型地中海紧凑城市，Urticaceae花粉占大气致敏生物气溶胶负荷的6.1%。因此，研究人员需要利用长期空气生物学数据，分析32年间Urticaceae花粉动态及其对气象变化、城市化和城市杂草管理的响应，并建立风险阈值预测模型。

主要关键技术方法：样本队列来自Granada大学UCBA-UGR的Hirst型容积式采样器（Hirst-type volumetric sampler）1992—2024年日花粉记录，除2020年，遵循REA、EAS和IAA指南。计算日花粉浓度、Annual Pollen Integral (APIn，年花粉总量)、Main Pollen Season (MPS，主要花粉季节，15%—85%累计)和峰值日；选取1993—1994与2021—2022作日内小时分析。气象数据来自AEMET Armilla站1992—2024。2024年2—6月在采样器5 km内四区随机半小时晨间踏查，记录138个Parietaria/Urtica定位、环境、基质、土壤分类并QGIS制图。统计用Spearman's Rho、Theil-Sen、R 4.3.1；预测用LOGIT，变量Tmax、Taver、Prec、Precpast，阈值1、10、20 pollen/m³，1992—2022训练，2009、2023、2024验证。

研究结果：
3.1 空气生物学研究1992—2024：长期采样分析显示，平均APIn为3,680 pollen/m³，范围1,346—6,120；花粉平均255天/年，范围139—294天；最大日浓度平均113 pollen/m³，范围30—305；峰值日平均4月7日，范围1月7日至5月12日；MPS平均141天，平均2月25日开始、7月15日结束，平均2,599 pollen/m³。年际差异显著，2004、2002、2006、1998年最高，2012—2015年较低。Spearman检验确认显著下降趋势（-0.325；p<0.05），Theil-Sen估算年均减少52 pollen/m³-year。峰值集中在2—6月，4月初常超100花粉粒/天。

3.2 Urticaceae花粉日内动态：通过1993—1994与2021—2022小时数据比较，早期01:00—09:00花粉低而稳定，10:00上升，13:00—15:00达峰约11%，随后下降；近期则逐渐上升，19:00—20:00达峰约8%，午夜急降。说明日内动态可能改变，但仅四年数据不能明确原因。

3.3 气象变量与花粉浓度相关性：32年相关分析显示，除最高温外，所有气象参数与Urticaceae花粉显著相关。日照时数正相关（0.143^**），最低温（-0.107^**）、平均温（-0.033^**）、降水（-0.108^**）、平均相对湿度（-0.070^**）负相关；最高温负相关但不显著。长序列中夏季高温低花粉、春季花粉高但温度较低导致总体负相关；春季温度对花粉为正相关。

3.4 城市Urticaceae花粉排放源识别：2024年2—6月12次调查、138个定位。Zone 3（Central-Eastern，含Albayzín）种群最多，为69个，主要为Parietaria，平均温度最高、绝对RH最高，近Darro河。Zone 4最少，为20个，平均温湿最低，可开发地最少。57%位于石灰岩基质，尤其旧石墙、教堂、路面、废墟裂隙；花园22%，碎石14%，砂质7%。82%为城市土地，13%非可开发，5%可开发。

3.5 花粉预测回归模型：LOGIT模型显示，降水及前两日降水不显著；仅用Tmax和Taver时，Tmax正系数高度显著，Taver负系数显著。模型对阈值1、10、20 pollen/m³预测正确率均>50%，敏感性>74%，特异性较低，因花粉全年持续。URTI1预测较好，验证年正确率83.1%—97.8%；URTI10和URTI20低于50%。仅用最高温和平均温可获得>80%准确率，可作简易每日预报，但需注意误差。

讨论部分总结：
4.1 空气生物学动态：Granada 32年Urticaceae花粉几乎全年存在，早冬和春季较高。年际差异可由气象和人为活动解释。近30年Granada平均温增>1.5 °C，年降雨减少近20%，变率134%。花粉下降可能指示对环境变化的响应，与地中海其他地区及瑞士类似；其他地区上升可能因城市生境利用不足和休耕地增加。年模式与Jaén、Estepona、Málaga相似，早于西班牙北部；Catalonia峰值5—6月，大陆性气候可延迟至9月中。动态不规则，>70%天数（平均216天）日花粉<10 pollen/m³，20%天数（平均59天，最高95天）>20 pollen/m³，为中度风险。极端花粉事件（EPEs）按第95、97、99百分位（44、58、96 pollen/m³）定义，自2010年以来急剧减少。

4.2 花粉与气象变量关系：最低温、平均温、降水、相对湿度、日照时数显著相关。总体高温暖低花粉的负相关不典型，因长序列中夏季高温低花粉、春季高花粉较低温；春季花粉与温度正相关。日照正相关因花药快速失水爆炸释放花粉。降水和湿度通过冲刷、增重、湿花药降低空气花粉；但水分可促进植物生长，故高降雨年APIn高，如1997、2001、2002、2004、2006；最低浓度出现在极端干旱期1993—1995、1998—1999、2005、2013—2015。

4.3 日内变化：历史与近期小时数据表明日内动态可能改变，峰值移至傍晚，白天更稳定。原因尚不清楚，需更多年份分析；临床需注意症状可能全天增加。

4.4 城市花粉源：Albayzín为主要热点，Darro河和石灰岩旧石墙裂隙有利。其他区在树坑、花园、La Vega附近废弃农田零星。分布不均与绿地管理有关。Granada市议会1996年园林保护和利用条例要求维护清洁，清除自生植物；2010年以来集约城市化与新型除草剂可能减少种群和花粉。Albayzín因UNESCO严格规定、狭窄街道、历史和废弃建筑促进持续存在。新城市再自然化理念和较不剧烈除草可能促成2021年以来花粉恢复。

4.5 预测模型：三个回归模型基于气象变量预测超过1、10、20 pollen/m³概率，确认与每日天气尤其温度强相关。LOGIT可用免费网站简单气象参数预警。URTI1预测好，但10和20阈值正确率低于50%，敏感性<80%，阳性病例中约20%可能误报无风险。尽管如此，仅Tmax和Taver准确率>80%，为有用预测工具。

4.6 研究局限：仅一个空气生物学采样器，虽位于中心且标准代表40—50 km，但草本源记录代表性不足；地面花粉扩散受微气候和城市设计影响。种群全城分布，源定位困难；采样限于最有利微生境。无法获知城市杂草管理频率；维护无固定时间表，按需进行，Centro-Albayzín区3在旅游旺季3—7月更密集。回归模型未纳入风速风向，因无各区具体数据。

结论翻译：研究人员的研究呈现了Granada城市Urticaceae 32年花粉数据分析结果，该城市此类花粉是地中海地区主要致敏城市杂草之一。长于气候序列的花粉数据集使研究人员能够评估其年际和季节动态以及对变化天气条件，尤其降雨和相对湿度的响应，后者继而对草本物种产生即时响应。另一突出结果是通过采样区周边探索性实地调查，识别了最有利于不同Urticaceae物种，主要为Parietaria，存在的生境和环境条件，以及其因此对大气花粉水平的直接影响。城市不同地区绿地采用的不同管理实践对该科自生植物种群及花粉排放产生不同影响。在历史城区尤为明显，更严格的清洁和维护法规，加上大量历史和废弃建筑，有利于这些植物形成更大队群。为预测超过特定阈值花粉浓度而建立的回归模型显示与温度强相关。然而，由于模型不确定性，20%误差，所得每日预报应谨慎使用。可以得出结论，长期花粉序列分析在识别因气候变化和人为活动相关效应而在某一地域发生的环境、城市乃至绿地和历史遗产管理变化方面，可提供独特视角。