《Agricultural and Forest Meteorology》：Comprehensive analysis of factors influencing temporal changes in airborne grass pollen
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草花粉（grass pollen）被视为全球主要的致敏原来源，构成一项重要的全球公共卫生问题。这是由于若干特征，包括风媒传粉的大量花粉产生，以及人口密集区域附近以草类为主的植被（grass-dominated vegetation）的丰度。影响这些特征中任何一
草花粉（grass pollen）被视为全球主要的致敏原来源，构成一项重要的全球公共卫生问题。这是由于若干特征，包括风媒传粉的大量花粉产生，以及人口密集区域附近以草类为主的植被（grass-dominated vegetation）的丰度。影响这些特征中任何一项的因素的时间变化，都可能长期显著影响草类的致敏率。本研究的主要目的是分析1996–2025年期间马德里自治区（Madrid Autonomous Region）（西班牙中部）各站点的草花粉趋势，并识别影响空气中草花粉（airborne grass pollen）时间变化的因素。研究人员分析了三个主要因素，即被确定为空气中草花粉主要贡献者的花粉源丰度、季节性气象影响（seasonal meteorological influence），以及遥感植被生产力（remotely-sensed vegetation productivity）。自然和半自然草地（natural and semi-natural grasslands）的分布和丰度与空气中草花粉量显著相关。结果未揭示出草花粉发生率的普遍性趋势，尽管北部和南部的特定站点显示出增加模式。虽然全球变暖是明显的，但影响花粉发生率的大多数相关气象变量在整个研究区域内并未表现出任何一致的长时期气候趋势。因此，气候变化似乎并未显著影响空气中草花粉量。此外，短期可能发生一种补偿效应（compensation effect），即人为土地利用转变减少了花粉源的丰度。另一方面，花粉源的植被生产力也与空气中花粉产量相关，这证实了营养生产速率与生殖生产速率之间存在重要联系。花粉发生率最高的年份与最大植被生产力速率以及有利于花粉生产和扩散的气象条件相吻合。除了一般趋势外，极端花粉事件必须被视为非典型环境条件，可能引发偏离平均值的意外高暴露事件。
**研究背景、问题与研究意义**
草花粉（grass pollen）是全球主要的致敏原来源，影响20-30%的欧洲人口，在西班牙约75%的过敏患者对草类致敏。草类满足Thommen高致敏性所有假设：大量致敏原产生、花粉形态利于风媒传播、高花粉产量、以及人口密集区附近草类植被的丰度。气候变暖和人为土地利用变化显著影响花粉源分布和花粉产量，导致空气中花粉量长期变化。然而，相较于树木花粉（如柏科、悬铃木属）的普遍上升趋势，草花粉量在不同区域呈现不一致模式：地中海地区某些区域增加，其他区域稳定或下降。因此，需要区域尺度分析以解析局部因素对草花粉时间变化的影响。本研究旨在分析马德里自治区（西班牙中部）1996-2025年期间10个花粉监测站（Palinocam网络）的草花粉趋势，并识别影响时间变化的主要因素，包括花粉源分布、季节性气象变量和遥感植被生产力（remotely-sensed vegetation productivity）。研究结果有助于理解地中海地区草花粉长期变化及其驱动因素，并为过敏风险预测和公共卫生管理提供依据。论文发表在《Agricultural and Forest Meteorology》。
**主要关键技术方法**
1. **花粉采样**：使用Hirst型体积采样器（volumetric Hirst-type device）进行空气采样，通过光学显微镜鉴定和计数草花粉（Poaceae科），计算每日浓度（花粉粒·m
-3）和年度花粉积分（Annual Pollen Integral, APIn）。2. **气象数据**：来自西班牙国家气象局（AEMET），提取季节性（秋、冬、春、夏）最高/最低温度（°C）和降水量（mm）。3. **植被制图**：利用Copernicus土地监测服务（2018年）的耕地（Corine Land Cover 2.1类）和永久草地（自然和半自然草地，排除牧场）图层，空间分辨率100 m。4. **同心圆法**（concentric ring method）：以5 km为半径间隔计算至70 km范围内植被丰度与APIn的相关性，拟合多项式曲线，计算特定影响指数（Specific Influence Index, SII）。5. **遥感数据**：从PROBA-V和Sentinel-3卫星获取10天合成的归一化差异植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI），提取永久草地覆盖像素（20 km缓冲区内）的中位NDVI，计算3-6月累积值作为植被生产力。6. **统计分析**：线性回归分析趋势与相关性；线性混合效应模型（Linear Mixed-effects Model, LMM）以花粉站点为随机效应，评估年份、NDVI、气象变量对APIn的联合影响，使用方差膨胀因子（Variance Inflation Factor, VIF）检验多重共线性。样本队列来源：马德里地区Palinocam网络的10个花粉监测站（Alcalá de Henares, Alcobendas, Aranjuez, Madrid-Arganzuela, Coslada, Madrid-Ciudad Universitaria, Getafe, Leganés, Las Rozas, Collado Villalba），时间跨度1996-2025年，其中两个站点自1999年/2009年起。
**研究结果**
**3.1 花粉源和气象变量的影响**
通过同心圆法，研究人员发现永久草地的丰度与距离对APIn呈一致影响模式：最大相关性在20 km半径处，而耕地（包括谷物作物）呈现异常的反向模式。SII与APIn的线性回归显著（R2=0.47, p<0.05），表明自然和半自然草地是空气中草花粉的主要贡献者。地理分布上，西北部站点（Las Rozas, Collado Villalba）因草地丰度高而花粉量最高，东南部站点（Coslada, Getafe等）因耕地主导而花粉量最低。春季（MAM）降水和最大温度与APIn分别呈正相关和负相关；冬季（DJF）最低温度与APIn呈正相关。
**3.2 影响空气中草花粉因素的时间变化**
气候趋势分析显示，多数站点最高温度呈显著上升趋势（夏季和冬季最显著，变化率0.05-0.20°C/年），最低温度也有类似但较弱趋势，而降水量无显著变化。草地覆盖在2018-2023年期间普遍下降，尤其在2021年后加剧，但北部Collado Villalba站点变化最小。3-6月累积NDVI与APIn在5个站点（Alcobendas, Madrid-Arganzuela, Madrid-Ciudad Universitaria, Getafe, Las Rozas）呈显著正相关，支持植被生产力与花粉产量的关联。
**3.3 花粉参数趋势**
APIn线性趋势仅在Aranjuez（107 [95% CI: 29, 185] 花粉·天·m
-3/年）和Collado Villalba（136 [95% CI: 35, 236] 花粉·天·m
-3/年）呈显著正向增加，其余站点趋势不显著或符号不一致。高花粉发生天数（>26 花粉粒·m
-3）的趋势类似，仅这两个站点接近1天/年。
**3.4 草花粉APIn的多变量分析**
线性混合效应模型（LMM）中，站点随机效应解释了18%（1996-2025模型）和36%（2014-2025模型）的残差方差，证实需控制空间自相关。年份（趋势）固定效应不显著（β=17.3和5.6，95% CI包含0）。冬季最低温度（β=427.0和472.7 花粉·天·m
-3/°C）和春季降水量（β=6.5和8.5 花粉·天·m
-3/mm）对APIn有显著正向影响。累积NDVI在2014-2025模型中呈显著正向关系（β=941.1 花粉·天·m
-3/NDVI单位），支持植被生产力的重要性。
**3.5 高/低花粉量年份的比较**
最高花粉量年份（2016, 2024, 2025）APIn>4000 花粉·天·m
-3，其特征为春季最高温度低于正常、春季降水高于正常（2016和2025），或冬季最低温度高、前秋降水异常高（2024）。最低花粉量年份（2017, 2019, 2023）APIn≤2500 花粉·天·m
-3，春季干燥温暖、冬季最低温度较低。这些年份的3-6月累积NDVI也相应高于或低于平均值，说明植被生产力与气象条件协同影响花粉量。
**讨论与结论总结**
讨论部分强调，准确识别主要花粉源是关键，本研究通过同心圆法证实自然和半自然草地是主要贡献者，而耕地因自花授粉策略和低花粉产量贡献较小。植被生产力（累积NDVI）与APIn的正相关验证了“营养生长旺盛的植物产生更多花粉”的假设，但受限于空间和时间分辨率，个体尺度的机制仍需深入研究。春季水分可用性（降水）和冬季最低温度是影响APIn的关键气象因素，而最高温度通过蒸散作用间接影响水分。在趋势分析中，尽管全球变暖明显，但春季最高温度无显著趋势，冬季最低温度仅在少数站点有显著上升，且草地覆盖普遍下降，这可能导致补偿效应：花粉源减少抵消了气候对花粉产量潜在的正向影响，因此草花粉量未呈现普遍趋势。北部Collado Villalba因草地覆盖稳定且冬季最低温度上升，是少数显示正向趋势的站点。极端高花粉事件（如2024-2025年Aranjuez）需特别关注，因其可能由非典型气象条件引发，偏离历史平均。
**研究结论部分翻译**：
尽管北部和南部的特定站点在过去几十年中显示出草花粉发生率的增加，但结果未揭示马德里地区的普遍性趋势，与其他地中海地区发现类似。气候变化似乎并未以影响其他植物物种花粉产量相同的方式和幅度影响空气中草花粉量；此外，先前的实验研究已显示气候驱动因子对不同草类物种繁殖的影响存在不一致性。无论如何，短期可能发生一种补偿效应，即人为土地利用转变导致花粉源丰度减少。这些结果因草花粉的致敏潜力而具有重要的临床意义。高发生率花粉暴露事件的频率和分布也超越了年度花粉量本身的重要性，尽管这两个参数明显相关。植被生产力与空气中花粉强度之间的关系是本研究另一项重要发现。植被生产力提供了关于花粉源的有价值信息，因为它融合了植被健康状况和年度气象影响。本研究揭示，植物发育期间的累积NDVI是建模APIn的有力因素，尤其在草花粉情况下。此外，该因素可通过遥感监测，并用于大空间尺度上模拟空气中花粉水平；因此有必要在地中海环境以外的其他气候下验证这一关系。
