综述：城市绿色基础设施中致敏花粉风险的空间评估：系统综述与综合危害-暴露-风险-规划框架

《Sustainability》：Spatial Assessment of Allergenic Pollen Risk in Urban Green Infrastructure: A Systematic Review and an Integrated Hazard-Exposure-Risk-Planning Framework

　　

城市绿色基础设施（UGI）是可持续城市发展的核心支柱，提供包括缓解城市热岛效应、调节雨水径流和促进健康在内的多重效益。然而，城市植被释放的致敏花粉代表了一种典型的生态系统负服务，在绿化效益与居民过敏风险之间造成了显著的可持续性权衡。长期以来，该领域的研究沿两条相对独立的线索发展：植被致敏危害评估和大气花粉暴露分析。在指标体系、空间尺度和结果转化方面仍存在明显脱节，且缺乏整合的空间评估框架。基于对Web of Science核心合集（2000~2025年）中127篇出版物的系统综述，采用框架合成方法，研究人员构建了用于城市绿色基础设施中致敏花粉风险空间评估的危害-暴露-风险-规划（HERP）框架。本文系统性地综合了各框架层面的核心指标、技术方法及其固有局限性，并识别出五个关键障碍：指标定义不一致、地表植被与大气花粉数据之间缺乏交叉验证、人口脆弱性层缺失、多尺度耦合不足以及研究成果向规划实践的转化薄弱。所提出的框架为跨区域致敏风险评估提供了一条潜在的可比较、可复制的标准化路径，并为平衡生态系统服务与居民呼吸健康的健康城市规划提供了方法学支持。

论文主体部分总结如下：

**1. 引言**
城市绿色基础设施（UGI）是可持续城市发展的核心组成部分，提供缓解热岛效应、调节径流、支持生物多样性等多重效益，并与改善心理健康和呼吸健康相关。然而，植被是城市空气中致敏花粉的主要来源，花粉过敏影响大量且不断增长的城市人口，表现为过敏性鼻炎、结膜炎和哮喘加重。UGI在气候适应和公共福祉的绿化目标与居民过敏负担之间形成显著的可持续性权衡，这一权衡与联合国可持续发展目标3（良好健康与福祉）和可持续发展目标11（可持续城市与社区）紧密相关。若规划实践仅优先考虑生态效益或人类健康，将导致不均衡的城市发展。花粉致敏性值（PAV）通过物种内在性状（如传粉策略、花粉致敏性及花期时长）量化植物物种的固有致敏潜力。城市绿地致敏性指数（IUGZA）及其衍生工具整合物种清单、各分类单元致敏性评分、花期和植株大小，对公园和社区进行分级评估。监管导向致敏植物分类（CARE-S）评估框架将危害和暴露构建为两个相互独立的计算模块，并保留完全定量分级能力。近年来，研究重点从简单致敏性评估转向空间暴露风险评估，这得益于高分辨率遥感、激光雷达（LiDAR）和深度学习技术用于致敏植物属和冠层体积的制图，空气生物学监测网络和卫星物候数据集建立植被特征与吸入性花粉之间的联系，以及流行病学文献阐明绿色环境提供保护性健康效应的时空和人口条件。然而，现有研究体系存在三个明显脱节：指标体系不一致导致跨区域比较障碍；空间尺度不匹配阻碍系统耦合；研究成果向规划实践的转化不足。因此，本综述设定了四个核心研究目标：构建危害-暴露-风险-规划（HERP）框架；批判性综合各组成部分的代表性指标和技术；识别限制集成风险评估的核心障碍；提出未来研究方向。

**2. 方法**
2.1 文献检索与筛选
本系统综述按照PRISMA 2020声明设计和报告，文献检索于2025年10月完成。采用系统综述和框架合成方法，数据来源包括Web of Science核心合集、Elsevier ScienceDirect、中国知网（CNKI）和万方数据知识服务平台，检索范围限定为2000~2025年间的同行评议中英文期刊文章。开发了两组核心检索词，分别涵盖城市绿色基础设施与花粉致敏性相关术语，以及空间评估、遥感、花粉扩散、风险评价和城市规划相关关键词。经去重后获得856条记录，由两名独立评审员根据预定义的纳入和排除标准依次筛选标题、摘要和全文，最终保留127篇文章。
2.2 信息提取与主题编码
对所有纳入论文进行结构化信息提取，包括作者、发表年份、研究区域、空间研究尺度、数据来源、研究方法和核心结论。随后进行主题编码，根据研究重点在危害-暴露-风险-规划分析链中的位置对论文分类。编码过程遵循三个标准化步骤：制定编码手册，明确界定四个主题的概念含义和分类边界；进行正式独立双编码并评估一致性，四个主题维度的一致性均超过0.77；通过第三方仲裁解决分歧，建立最终编码数据集。框架合成用于分析不同研究类型的方法学特征、尺度差异和证据关联。
2.3 框架合成与结果组织
HERP框架区分了不同研究环节的功能边界，并识别了跨组成部分的方法学联系和尺度转换规则。基于植被清单和致敏性指数的研究归入危害层；大气花粉监测、扩散模拟和源解析研究属于暴露层；呈现健康证据、人口脆弱性分析和复合风险评估的论文归入风险层；研究树种配置、植被管理策略和花粉预警系统的部分形成规划层。

**3. 基于HERP框架的城市绿色基础设施致敏花粉风险空间评估**
3.1 危害评估与空间化
3.1.1 致敏性评估指数
早期致敏性评估主要依赖野外植被调查，发展了多个代表性指数，包括PAV、IUGZA、LiDAR增强空气生物学风险指数（UGZAR）、国家致敏树木分级系统和CARE-S。这些评估方法应用于不同区域和空间尺度，如国家公园、郊区森林、观赏植物、大学校园和住宅绿地。所需输入数据主要来自物种清单和致敏性评级表，对城市规划部门可获取性强。学术团体持续推进评估体系的标准化，研究者将树木物种分为不同管理类别，便于评估结果直接应用于城市管理和法规制定。
3.1.2 危害的空间表达
野外植被调查无法支撑区域尺度致敏危害评估，发展出三种主流空间化方法。第一种方法结合高分辨率卫星影像和深度学习，绘制城市绿地中致敏树种的空间分布，卷积神经网络从厘米级正射影像实现高精度识别，结合LiDAR数据校正冠层体积引起的分类偏差，但多数研究采用单期影像反映静态空间格局。第二种方法利用机载LiDAR反演冠层体积和三维植被结构，花粉总释放量更与植被生物量相关，LiDAR提供了传统指数缺失的垂直维度信息，支撑基于冠层体积的致敏性评估模型，但现有案例仅反映单采样点观测条件。第三种方法应用卫星物候数据和归一化植被指数（NDVI）识别花粉释放期的时空分布和动态变化，植被指数和卫星物候数据集将地表绿化过程与花粉季节起止日期、持续时间和强度相联系，支撑大区域花粉季节的空间制图和预测，该方法保持较强时间连续性但空间分辨率有限。不同技术在空间分辨率与时间分辨率之间存在权衡，尚无单一技术能同时实现高空间和高时间分辨率，多源数据交叉验证仍有限。
3.2 暴露
3.2.1 大气花粉监测与暴露表征
容积式采样器（如Hirst型Burkard捕集器）和重力沉降采样器是监测大气花粉浓度、季节节律和昼夜变化的基本工具，为评估人类实际吸入花粉剂量提供关键参考数据。长期监测数据集支持城市花粉日历和时空花粉景观的生成。多数监测研究针对高致敏性典型城市花粉源，如悬铃木、栎树、桦树、柏科植物、白蜡树、禾本科草本植物以及蒿属和豚草等杂草。花粉颗粒计数不能完全代表总致敏蛋白浓度，针对悬铃木及其主要致敏蛋白Pla a 1的研究证实，大气致敏蛋白浓度与花粉颗粒数量的变化趋势不一致，仅依赖花粉浓度数据的暴露评估可能低估或高估实际生物活性暴露剂量。
3.2.2 花粉扩散与传输特征
空气生物学监测仅提供单一采样点的浓度数据，无法解释花粉在城市内的空间传输模式。扩散模型填补了这一分析空白，数值模拟工具和计算流体动力学方法模拟花粉从独立绿色斑块经复杂城市下垫面的扩散过程，建立空间绿化设计方案与局部花粉浓度的定量联系。不同街道峡谷形态和植被布局方案改变春季花粉的传输路径和浓度分布，空间城市设计是塑造人类花粉暴露水平的关键因素。气团轨迹分析、风场数据和土地覆盖数据集支持识别各监测站点的潜在花粉来源，仪器捕获的大部分花粉来自远距离外部源，周边植被不能完全决定当地人群暴露水平。城市化梯度改变乔木和草本花粉的峰值浓度值和出现时期，花粉暴露呈现明显的区域传输特征。
3.2.3 地表植被数据与大气花粉记录之间的不匹配
现有研究很少建立地表植被分布与实测花粉暴露浓度之间的定量验证联系。植被数据对大气花粉浓度的解释力有限，且相关性表现出明显的尺度依赖性。植被制图产品的空间分辨率对花粉浓度模拟结果产生显著影响。观测边界不一致构成另一核心限制，花粉采样器的监测覆盖范围随风向变化，采样数据的空间边界不明确，而物种分布图和LiDAR数据达到米级空间精度，两类数据集的精确空间匹配仍困难。高精度植被危害图与单点暴露监测数据只能分别展示，缺乏系统耦合。从危害评估到暴露分析的过渡环节是整个风险链中最薄弱但最关键的节点。
3.3 健康风险
3.3.1 城市绿化诱发的致敏风险
城市绿化产生双向健康影响。居住区、校园和社区设施周围的绿地对居民呼吸健康具有保护作用，多项队列研究报告绿色覆盖水平与哮喘和过敏性鼻炎发病率呈负相关，保护机制包括改善微生物多样性、减少空气污染物暴露、缓解精神压力和增加体育活动机会。然而，某些绿化方案产生不良健康结局，花粉致敏性是典型负面影响。绿色覆盖增加与致敏率升高和临床症状加重相关，高致敏花粉暴露是主要驱动机制之一。两个NDVI值相同的居住区可能因致敏植物物种配置不同而呈现显著不同的过敏风险。城市绿化的不良健康结局源于植物物种组成、花粉释放特征和空间植被布局的联合效应，仅靠绿色覆盖指标无法解释健康结局变异。花粉致敏性健康风险在不同年龄组间存在差异，儿童疾病负担最重，老年人在部分案例中敏感性高。流行病学证据证实大气花粉浓度与过敏性鼻炎、哮喘发作、儿科急诊增加、药品销售上升、住院和雷暴哮喘等多种健康结局显著相关。
3.3.2 调节暴露与健康风险之间联系的核心因素
大量证据验证了花粉暴露与人类健康结局的相关性，但现有风险制图产品大多仅描述危害分布或暴露浓度，未将人口脆弱性数据纳入统一分析框架。完整的脆弱性层需要四类支撑信息：当地主要致敏物种对应的人群致敏率、人口易感性权重（特别是儿童和老年人比例）、基础呼吸系统疾病患病率、社会经济剥夺水平。另外两类因素组调节花粉暴露与健康风险之间的相关性强度：第一类是空气污染物与花粉的协同作用，颗粒物和臭氧作为免疫佐剂，损害花粉颗粒结构并加速致敏蛋白释放，联合暴露提高呼吸系统疾病发病风险；第二类是气候变化效应，气候变暖延长花粉季节、提高花粉浓度、提前植物物候期、增强植被致敏能力并扩大入侵性致敏物种分布范围，城市化和热岛效应在局部空间尺度放大这些变化，仅基于当前气候条件校准的风险模型将系统性低估未来长期人口疾病负担。
3.3.3 城市植被驱动的净化功能
城市植被作为大气颗粒物（包括花粉）的天然过滤器，叶片表面捕获多种大气颗粒，通过拦截人为污染物和生物颗粒改善局部空气质量。然而，这种净化能力表现出明显的尺度依赖性：可测量的颗粒去除主要发生在树木周围邻域尺度，其城市尺度缓解效果有限。许多具有强颗粒捕获能力的树木分类单元同时释放大量致敏花粉，这构成了内在权衡：城市绿化提供有价值的空气净化生态系统服务，但可能引入花粉相关的公共健康风险。
3.4 规划启示
空间风险评估的核心价值在于指导实际城市规划工作。现有研究提出了多项独立控制措施，但尚未形成由风险制图产品支撑的完整决策工作流程。在城市绿地规划中，规划者应联合考虑植被的空气净化生态系统服务和潜在花粉致敏风险，不应高估植物颗粒去除效果或简单排挤致敏树种。物种选择是最直接的源头控制方法，开发低致敏树种目录和分级管理系统，提高物种多样性并避免连续单一种植可减少城市尺度花粉峰值和单一致敏蛋白的集中暴露风险。致敏树种的空间布局和植被管理策略同等重要，街道峡谷形态、致敏树木与居住区的相对距离以及种植密度可调节局部花粉浓度水平，在敏感受体（如住宅、学校、诊所）周围设置缓冲隔离带有效降低人群致敏率。基于Hirst型花粉监测网络和遥感数据建立的序贯预警系统将风险控制扩展到高花粉季节的时间维度。规划干预需平衡致敏风险控制与其他生态功能，并考虑公众参与和多利益相关方发展目标。为弥合理论评估与实践实施之间的差距，研究通过一个假设示例展示了HERP框架的决策逻辑：综合风险评分由危害等级（1-4）、暴露等级（1-3）和脆弱性等级（1-3）通过乘法模型计算，根据评分排序干预优先级，确保有限规划资源分配到致敏危害、高暴露和脆弱人群最严重交汇的区域。

**4. 讨论**
4.1 综合框架的贡献
现有研究从植被致敏危害、大气花粉暴露、健康影响和规划策略等独立视角积累了丰富证据，但多数证据分散在不同学科和空间尺度，缺乏统一分析框架支持城市绿色基础设施的系统管理。本文将这些分散研究成果整合为HERP框架，明确了各分析组件的功能边界和连接规则。HERP框架并非完全独立的新系统，它继承并扩展了已有评估工具，保留了PAV的物种级内在致敏性分级逻辑，采纳了CARE-S中危害和暴露组件的概念分离，并允许两者之间有限的空间重叠以保持动态植被-大气相互作用。与主要关注危害量化的现有系统相比，HERP框架将分析范围扩展到健康风险评估和规划响应，定义了相邻组件之间的明确数据接口要求，以支持标准化跨研究比较。该框架可整合散乱研究方法、证据和管理建议为一个统一的空间决策系统，并明确数据接口要求、尺度转换规则和跨组件验证标准，填补城市基于自然的解决方案（NbS）中精细化风险控制工具的空白。
4.2 数据验证与不确定性分析
数据验证和不确定性沿HERP分析链传播是框架面临的最关键内部挑战。危害层需要稳定的花粉排放源识别，暴露层研究需要浓度曲面数据与实地监测梯度进行验证，风险层评估需要整合人口脆弱性数据和相应健康差异记录。地表植被数据与大气花粉浓度记录之间的空间尺度不匹配，以及花粉颗粒计数与致敏蛋白负荷之间的变化趋势不一致，导致跨层验证不足，模型精度降低。各模块固有不确定性在HERP分析链中顺序累积传播，上游偏差被逐步放大，最终影响风险分级和干预优先级排序的准确性。因此，解读框架输出时需高度关注这种级联不确定性，风险制图产品应附带明确的不确定性描述。为应对这一局限，应在两个互补层面推进跨层验证：理想条件下构建空间匹配的大气花粉和致敏蛋白验证数据集，支持危害制图与暴露曲面产品的交叉验证；在蛋白监测不可行时，采用电子症状日记（如患者花粉热日记系统）作为实用工具，通过每日记录器官特异性症状和用药情况生成标准化症状评分，实现症状模式与特定致敏花粉类型的统计关联，并利用空间解析的群体症状负荷数据评估城市绿地干预的实际健康效果。
4.3 未来研究方向
五个核心研究方向指引未来学术探索。第一，建立统一的致敏性评估最低标准规范，附有版本可追溯的物种评分表，HERP框架通过进一步整合暴露和人口脆弱性维度补充CARE-S，但需更广泛的评估协议协调。第二，建立植被与大气花粉数据的空间匹配验证协议，采用多尺度匹配方法，设定标准化性能指标（如R²、RMSE、MAE和物候匹配误差），实施融合遥感植被清查、地面花粉监测和人群过敏记录的混合校准策略。第三，构建空间匹配的大气花粉和致敏蛋白验证数据集。第四，构建覆盖植被源危害制图、花粉扩散模拟和空气生物学校准暴露曲面生成的端到端分析工作流，以解决单一技术在高空间和高时间分辨率之间的权衡限制。第五，将人口脆弱性和环境公平性指标纳入风险制图产品，并将气候变化适应需求纳入长期绿地规划，以应对未来变暖情景下延长的花粉季节和升高的花粉产量。风险制图、分级管理规则和项目后评估需形成闭环规划工作流，优先干预贫困和脆弱社区，以减少致敏风险中的健康差异。不同国家因监管框架、数据可获取性和制度能力差异，HERP框架的实施可能有所不同，未来应用研究应探索适应地方条件的框架调整方式。

**5. 结论**
致敏花粉风险是城市绿色基础设施建设过程中不可回避的可持续性权衡因素。基于对127篇已发表论文的分析，本文整合分散研究成果，形成危害-暴露-风险-规划分析框架，系统综述了植物潜在致敏性、大气花粉暴露、人类健康风险和规划干预策略的研究进展。尽管集成致敏花粉风险评估仍面临实际挑战，本研究为基于证据的城市绿地规划提供了一个方法学框架，支持证据驱动的城市绿地规划。