花粉日历与季节多模态：智利南部特木科

《Environmental Challenges》：Pollen calendars and seasonal multimodality in Temuco, southern Chile

　　

空气花粉监测（airborne pollen monitoring）为理解过敏原暴露、植物物候（phenology）以及环境变化的潜在影响提供了基本信息，特别是在气生物学数据（aerobiological data）仍然稀缺的地区。本研究描述了智利南部高度污染城市特木科（Temuco）的空气花粉谱（airborne pollen spectrum），该城市以本地和引入城市植被的多样混合为特征。研究人员使用Hirst型体积采样器（Hirst-type volumetric sampler）记录了2006年1月至2012年12月每日空气花粉浓度。根据丰度和过敏原相关性（allergenic relevance）选择了14个花粉类群。分析了主要花粉季节（main pollen season, MPS）参数、年花粉积分（annual pollen integral, APIn）、周和日花粉日历（pollen calendar）以及季节曲线结构（seasonal curve structure）。花粉谱以禾本科（Poaceae）和栗属（Castanea）为主，其次是柏科（Cupressaceae）和酸模属（Rumex），尽管也检测到几种本地或区域特征性类群，包括冬青假山毛榉（Nothofagus dombeyi）、斜叶假山毛榉（Nothofagus obliqua）、桃金娘科（Myrtaceae）和南洋杉属（Araucaria）。花粉日历显示了一个延长且顺序性的花粉季节，从5月开始，柏科和其他乔木类群早期贡献，随后禾本科、栗属、酸模属和车前属（Plantago）占主导。大多数类群表现出主要为单峰（unimodal）的季节模式，特别是栗属和斜叶假山毛榉，而槭属（Acer）、酸模属和车前属观察到反复出现的双峰性（bimodality）。这些多模态模式可能反映了复杂的物候行为、源异质性或气象对花粉释放和运输的调节。总体而言，本研究为解释特木科的空气花粉暴露提供了详细的基线，并强调了智利南部需要本地适应的花粉信息。

**论文解读：花粉日历与季节多模态：智利南部特木科**

**研究背景与问题**
近年来，过敏性疾病（特别是过敏性鼻炎，allergic rhinitis, AR）的患病率显著上升，构成全球公共卫生负担。城市环境中，植被提供碳汇、空气净化等生态系统服务，但同时也释放气传花粉（airborne pollen），成为呼吸道过敏的主要诱因。气候变化进一步改变植物物候，导致花粉季节提前、延长且强度增加。然而，在智利，气生物学监测（aerobiological monitoring）仍零散且地理分布不均，尤其在南部的特木科（Temuco）——该市因住宅木柴燃烧导致颗粒物污染严重，呼吸过敏患病率高，本地花粉暴露的基线数据极为匮乏。现有研究多依赖短期或单一年份数据，缺乏对花粉季节结构（如单峰或多峰模式）的系统分析，难以准确评估过敏原暴露风险。因此，开展长期连续监测并构建花粉日历（pollen calendar）及季节多模态分析，对于理解当地物候、指导过敏诊断和城市绿化管理至关重要。

**研究内容与结论**
研究人员利用2006年1月至2012年12月（共7年）的连续空气花粉监测数据，采用Hirst型体积采样器（Hirst-type volumetric sampler），在特木科市中心22米高处采集样本。选取14个丰度或过敏原相关性高的花粉类群，基于95%方法定义主要花粉季节（main pollen season, MPS），提取开始日期、峰值日期、结束日期、持续时间和峰值浓度等参数，计算年花粉积分（annual pollen integral, APIn），并构建周和日花粉日历。此外，采用9天移动平均平滑和自动化峰值检测算法（基于最小峰高、突出度、峰间距、峰面积、谷深和峰宽等标准）评估季节曲线结构，识别单峰（unimodal）、双峰（bimodal）或多峰（multimodal）模式。

**主要结论**：
1. **花粉组成与丰度**：禾本科（Poaceae）为最丰富类群，占总花粉量的三分之一以上，其次为栗属（Castanea）、柏科（Cupressaceae）和酸模属（Rumex）。本地特征性类群如冬青假山毛榉（Nothofagus dombeyi）、斜叶假山毛榉（Nothofagus obliqua）、桃金娘科（Myrtaceae）和南洋杉属（Araucaria）也有检出，赋予特木科花粉谱独特的南智利特征。
2. **花粉季节时间**：花粉季节从5月（冬季）开始，柏科、南洋杉等早期类群率先出现，随后春季以槭属（Acer）、悬铃木属（Platanus）、金合欢属（Acacia）等乔木为主，夏季禾本科、酸模属、车前属（Plantago）和栗属达到高峰，整个季节持续至夏季末。
3. **季节曲线结构**：大多数类群（如栗属、斜叶假山毛榉）呈稳定的单峰模式，表明单一主要开花期。但槭属、酸模属和车前属表现出高度重复的双峰性（6年中5年或4年双峰），暗示复杂的物候行为或多种源贡献。柏科和冬青假山毛榉呈单峰与双峰年际交替，桃金娘科则出现个别三峰年。

**意义**：本研究首次为特木科提供了涵盖7年的详细花粉日历和季节多模态分析，填补了南智利地区气生物学数据的空白，为过敏原暴露评估、临床诊断面板（如禾本科、车前属、酸模属等致敏原）的本地化调整以及城市绿化管理提供了科学依据。论文发表在《Environmental Challenges》。

**关键方法**
- **采样与数据**：使用Hirst型体积采样器（Lanzoni VPPS 2000），在特木科市中心22米高处连续采样2006-2012年，每日花粉浓度按标准流程（REA、EAS、EN 16868:2019）鉴定计数，共14个花粉类群（包括禾本科、栗属、柏科、酸模属、假山毛榉属、桃金娘科、南洋杉属等）。
- **季节参数定义**：采用95%方法定义MPS，即累积花粉浓度达到2.5%为开始、97.5%为结束，计算开始日期、峰值日期、结束日期、持续时间和年花粉积分（APIn）。
- **多模态分析**：对每日花粉浓度数据进行9天移动平均平滑，基于迭代算法识别局部极大值，应用最小峰高（平滑序列最大值的20%）、最小突出度（最大值的15%）、最小峰间距（40天）、最小峰面积（总曲线下面积的15%）、谷深（相邻峰之间谷值低于较小峰的50%）和最小峰宽（高于20%最大高度持续10天）等标准，将季节曲线分类为单峰、双峰、三峰或多峰。

**研究结果**

**3.1 花粉季节描述**
通过相对丰度和年花粉积分（APIn）分析，禾本科（Poaceae）占花粉总量超过三分之一，APIn最高且年际变异最大；栗属（Castanea）为第二贡献者，柏科（Cupressaceae）和酸模属（Rumex）次之。本地类群如冬青假山毛榉（Nothofagus dombeyi）、斜叶假山毛榉（Nothofagus obliqua）、桃金娘科（Myrtaceae）和南洋杉属（Araucaria）占比虽小，但具区域代表性。MPS时间差异显著：柏科、南洋杉、槭属（Acer）、悬铃木属（Platanus）、金合欢属（Acacia）和榆属（Ulmus）于冬季至早春开始；斜叶假山毛榉、桦木属（Betula）和冬青假山毛榉集中于春季；酸模属、桃金娘科、禾本科、车前属（Plantago）和栗属则从春季延续至夏季或早秋。

**3.2 花粉日历**
周花粉日历显示，花粉季节从冬季（5月）开始，柏科率先出现，随后春季乔木类群（南洋杉、槭属、悬铃木属等）依次开花，夏季禾本科和栗属达到最高浓度（12月-1月），酸模属和车前属补充夏季谱系。桃金娘科局限于春末夏初。该日历揭示了特木科花粉季节并非单一高峰期，而是多类群顺序交替的延长过程。

**3.3 季节多模态模式**
基于6个完整气生物学年（2006年5月至2012年4月）的多模态分析，共52例单峰、28例双峰、2例三峰，无持续多峰。栗属和斜叶假山毛榉在所有6年均呈单峰，稳定性最高；槭属和酸模属在5/6年呈双峰，车前属在4/6年呈双峰（另1年单峰、1年三峰），显示强烈双峰倾向。柏科和冬青假山毛榉单峰与双峰各半，桃金娘科出现三峰（1年）。这些结果表明，多数类群季节结构简单，但槭属、酸模属和车前属的反复双峰性可能源于种内物候异质性、不同种源贡献或气象调节。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究的更新基线证实了特木科花粉谱以禾本科和栗属为主导，与现有临床致敏研究（如Grau等，2018）一致，支持将禾本科、车前属、酸模属、桦木属和斜叶假山毛榉纳入本地诊断面板。花粉日历揭示了冬季至夏季的连续季节性替代，并突出了本地类群（假山毛榉属、桃金娘科、南洋杉属）的区域特征。多模态分析中，槭属、酸模属和车前属的双峰性可能代表不同物种开花期重叠或次生开花事件，但需结合物候观察和植被调查验证。研究局限性包括：仅7年数据不足以推断长期趋势，未纳入气象或空气污染序列，缺乏同步物候观测。

**结论**：特木科具有延长且分类多样的气传花粉季节，由草本植被、观赏树木和本地/区域特征类群共同塑造。通过整合花粉季节参数、花粉日历和季节曲线结构，本研究为解释该南智利城市环境中的花粉暴露动态提供了详细基线。禾本科和栗属的主导地位、花粉源在气生物学年中的顺序替代以及槭属、酸模属和车前属的反复双峰性，强调了需要本地适应的花粉信息，而非从其他气候或生物地理区域外推。未来结合气生物学监测、物种级物候、城市植被清单和气象建模的研究，对于确认复杂花粉曲线的起源并评估智利南部花粉暴露的长期变化至关重要。