马德里地区草本致敏物种空气花粉的时空动态：气候—土地利用协同驱动及花粉季估算方法敏感性

《Environmental Pollution》：Spatiotemporal dynamics of airborne pollen from herbaceous allergenic species in the Madrid Region

　　

草本花粉表现出强烈的空间与时间变异性。气候与土地利用共同塑造花粉季动态。季前（preseason）温度升高与花粉季开始日期（Start Of Pollen season, SOP）呈正相关。气象关联在不同时间窗口间相似。花粉季估算在不同分析方法间存在显著差异。

论文解读

研究背景与问题
多达30%的人口受过敏性疾病影响，花粉是呼吸道过敏的主要诱因。地中海地区相当比例的过敏人群对 Amaranthaceae、Artemisia、Plantago、Rumex 和 Urticaceae 花粉类型敏感，但这些类群在临床上受到的关注相对较少。它们可在多个季节持续存在于大气中，且花粉季常与更丰富、更高致敏性的类群重叠。对这些类群来源进行建模存在困难：第一，同一花粉类型常包含多个物候不同的类群，导致花粉季延长或呈双峰；第二，其物种生活史策略多样、生态可塑性强；第三，其来源广泛，包含在养分丰富、受扰动环境和人为生境中生长的泛化种和 ruderal（荒地/扰动生境）物种，常处于破碎、异质、难以表征的景观中。年际气象变化与气候变化分别在短期和长期影响花粉季，温度通常调控开花，但水分对草本物种更关键。伊比利亚半岛的人类活动已显著提高平均温度和降水变率。城市地区还叠加城市热岛、污染物和管理措施，可能加重花粉健康影响。马德里地区是欧洲最大都市区之一，具有明显环境和土地利用梯度，适合研究空气花粉时空动态。研究人员旨在探索五种花粉类型的时空动态，并利用1994年以来花粉和气象数据结合 Corine Land Cover（CLC）数据，在区域尺度建模，具体目标为：花粉季开始日期（SOP）、长度（LOP）和年花粉积分（APIn）的时空趋势；气象条件与这些变量的关系；与年花粉总量相关的最重要土地利用类型。

研究人员开展的研究与结论/意义
研究人员利用马德里地区花粉监测网络和西班牙国家气象局数据，结合 CLC，对 Amaranthaceae、Artemisia、Plantago、Rumex 和 Urticaceae 的花粉季参数、历史趋势、气象关联和景观组成与配置进行分析。结论表明，这些草本花粉具有强烈空间与时间变异性；气候和土地利用共同塑造花粉季动态；季前偏暖与 SOP 正相关；不同时间窗口的气象关联相似；花粉季估算在不同分析方法间差异显著。该研究的意义在于识别气候和土地利用变化对空气花粉动态的相对影响，为解释长期空气生物学记录提供更稳健框架，并对花粉监测和早期预警具有参考价值。

关键技术方法（不超过250字）
研究使用马德里地区花粉监测网络（Palinocam Network）1994—2025年10个站点的全年每日空气花粉浓度，样本队列来源为马德里地区；气象数据来自西班牙国家气象局（AEMET）8个气象站；土地利用来自 CLC 2000、2006、2012、2018年，并以每个花粉站10 km圆形缓冲区表征潜在源区。对每个花粉类型、站点和年份，用 percentage、logistic、moving、clinical 和 grains 五种方法估算 SOP 和 LOP，并计算 APIn。统计方法包括 Spearman 秩相关和 Benjamini–Hochberg 错误发现率（FDR）校正、Sen 斜率与 Hamed–Rao 方差校正 Mann–Kendall 趋势检验、非度量多维尺度（NMDS）与 envfit，以及边缘密度、斑块密度和 Shannon 景观多样性等指标。

研究结果

季节花粉动态（Seasonal pollen dynamics）
五种花粉类型均呈明显季节趋势。最早为 Urticaceae，SOP 为64 ± 20 Day of Year（DOY），随后为 Plantago 105 ± 11、Rumex 114 ± 16、Amaranthaceae 171 ± 47、Artemisia 222 ± 15。Urticaceae 花粉季最长，为102 ± 65天，其次为 Artemisia 99 ± 22天、Amaranthaceae 93 ± 61天、Plantago 78 ± 22天、Rumex 52 ± 24天。SOP 的类群顺序在各站点大体一致，但 Amaranthaceae 的年际变异最大。Plantago 总丰度最高，APIn 中位数为1137 ± 733 grains × day m^-3，其次为 Urticaceae 617 ± 366、Amaranthaceae 471 ± 257、Rumex 455 ± 269、Artemisia 62 ± 32；Aranjuez 例外，以 Amaranthaceae 最丰富。线性模型显示，SOP 主要受花粉类型影响（η²=0.66），方法影响中等（η²=0.05）；LOP 主要受方法（η²=0.22）和花粉类型（η²=0.19）影响；APIn 主要受花粉类型（η²=0.20）、季节（η²=0.06）和站点（η²=0.03）影响。

温度和降水与花粉季的关联（Temperature and precipitation associations with the pollen season）
不同季前时间窗口所得结果可比，温度关联较降水更稳定。季前平均温度与 SOP 正相关，与 LOP 负相关，在 Amaranthaceae 中尤其明显。季前累计降水在 Amaranthaceae 中与更早 SOP 相关。季内累计降水与 LOP 正相关。总体而言，统计支持较弱。

历史花粉趋势（Historical pollen trends）
仅 Urticaceae 显示中等证据的 SOP 提前（-0.99 ± 0.60 days year^-1）和 LOP 延长（1.40 ± 1.45 days year^-1）。APIn 显著正趋势见于 Plantago（49.23 ± 36.89 grains × day m^-3 year^-1）和 Urticaceae（27.94 ± 4.48 grains × day m^-3 year^-1）。其他趋势不显著；观测年份较少的站点需谨慎解释。

花粉源分布与景观配置（Pollen source distribution and landscape configuration）
NMDS 分析 stress 为0.09，表明拟合良好；10个土地覆盖类均与花粉组成显著关联，R²=0.18–0.79。最强关联为永久灌溉地（R²=0.789）、永久作物（R²=0.723）、森林（R²=0.633）和硬叶林（R²=0.622），牧场最弱（R²=0.183）。Amaranthaceae 与非灌溉耕地、永久作物和永久灌溉地关联；Artemisia 与多种自然和农业用地关联，尤其硬叶林和永久作物；Rumex 与灌木地、天然草地和农业镶嵌体等相对自然或异质景观关联；Plantago 和 Urticaceae 主要与城市区域关联。时间变化上，天然草地、非灌溉耕地、永久灌溉地、永久作物和斑块密度增加与较高 APIn 正相关；城市区域、硬叶林和牧场增加与 APIn 负相关；Rumex 关联较弱；边缘密度和 Shannon 景观多样性不显著。

讨论总结
马德里这五类花粉从二月 Urticaceae 开始，至十一月 Artemisia 结束。其季节顺序符合地中海环境预期。Amaranthaceae 的 SOP 变异较大，研究区约有50种，开花期可为春季或夏季。Urticaceae 可在主花粉季外检出，与 Parietaria spp. 和 Urtica spp. 有关；Artemisia 长花粉季与 A. glutinosa、A. herba-alba、A. vulgaris 等不同物候有关。Plantago 是马德里最丰富类型，与西班牙其他城市一致。站点间 APIn 差异大，Aranjuez 的 Amaranthaceae 受作物、ruderal 群落和盐生/硝生灌丛影响，Collado Villalba 的 Urticaceae 最低。方法选择会影响趋势方向，无单一最优方法；percentage 对 Amaranthaceae 和 Urticaceae 易给出较早 SOP 和更长 LOP，logistic 对 Plantago 和 Rumex 给出较早 SOP。气象方面，温度对草本花粉物候重要，季前偏暖与 SOP 正相关，可能与地中海水分胁迫、蒸散、冷激需求和物种组成变化有关，但仍需进一步研究；Amaranthaceae 对温度和降水关联更强，季前降水提前 SOP 并延长 LOP；季内降水延长 LOP；APIn 与气象关联弱于 SOP 和 LOP，年花粉总量增加不必意味着花粉季提前或延长。源分布方面，Amaranthaceae 与农田相关，Artemisia 与多样生境相关；城市扩张对 APIn 为负向影响，但 Plantago 和 Urticaceae 的正趋势可能被区域环境因素抵消；硬叶林和集约牧场负相关，天然草地、非灌溉耕地和斑块密度正相关。局限性包括10个站点位于同一区域、并非完全空间独立重复，观测设计不能推断因果，且未纳入 CO₂、城市热岛、管理措施和污染物等因素。

研究结论翻译
马德里地区 Amaranthaceae、Artemisia、Plantago、Rumex 和 Urticaceae 花粉类型的空气花粉动态，由类群特异性物候（taxa-specific phenology）、气象条件以及景观组成和配置的共同作用所塑造，导致花粉类型间存在显著的空间与时间变异性。研究还表明，用于定义花粉季参数的方法会显著影响估算的花粉季参数，这凸显了在分析高度变异花粉类群时需要标准化和多方法途径。通过识别气候和土地利用变化对空气花粉动态的相对影响，该研究为解释长期空气生物学记录提供了更稳健的框架。从环境暴露角度看，花粉季时间、持续时间和丰度的变化可能对过敏人群具有重要意义。因此，本研究所识别的物候变化可能与花粉监测和预警系统相关，尤其是与气象信息结合以预判暴露增加时期时。