北京城區(qū)氣傳花粉季節(jié)分布特征

孟 齡，王效科，歐陽志云，任玉芬，逯 非

(中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京城市生態(tài)系統(tǒng)研究站，北京 100085)

氣傳花粉是一種主要致敏原，花粉濃度與患者的癥狀密切相關(guān)［1］，且在不同地區(qū)或同一地區(qū)的不同季節(jié)，因植被習(xí)性及氣候條件的不同，其空氣中氣傳花粉濃度及飄散規(guī)律也不同，各地具有各自不同的特性［2］。北京隸屬暖溫帶半濕潤氣候區(qū)，具有豐富的植物資源的同時，也使花粉致敏植物的種類非常多樣。因此，調(diào)查北京城市空氣中花粉的濃度變化及飄散規(guī)律，對于指導(dǎo)患者進(jìn)行自我防護以及花粉預(yù)報均有重大意義，也為建設(shè)有益健康的城市綠地提供建議。

1 材料與方法

1.1 樣品采集點及時間

花粉收集器自2010年12月31日至2011年12月31日被置于中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心北京城市生態(tài)系統(tǒng)研究站頂樓，距離地面高度約12m，周圍較開闊，無高大建筑物及樹木阻擋，有長期的電源供應(yīng)，采樣器固定在水平位置，進(jìn)氣孔的位置高出屋頂圍欄75cm以上，進(jìn)氣孔與房頂上較高建筑夾角小于20°。北京城市生態(tài)系統(tǒng)研究站所在單位場院北面和西面是居民小區(qū)，南面是北京林業(yè)大學(xué)，東邊不足500m處是城市主干道，屬于典型的城市區(qū)域。

1.2 樣品采集及鑒定

在本次研究中用于樣品采集的是英國Burkard七天孢子容量測定收集器。它依靠氣室產(chǎn)生固定的氣流，帶動外部空氣通過采樣口(口徑為2mm×14mm)，并到達(dá)涂有粘附劑且以2mm/h轉(zhuǎn)動的聚酯薄膜采樣帶上，采樣器以10L/min的速度抽吸空氣進(jìn)入密閉的內(nèi)室，空氣中的顆粒被黏附在內(nèi)室中轉(zhuǎn)動的采樣鼓表面，不同時間被吸入的顆粒黏附在采樣鼓表面的不同位置上，相互間沒有疊加。在研究期間，花粉收集器全天24h工作。

采樣周期設(shè)定為7d，1個采樣周期結(jié)束后，將采樣聚酯帶取下平均剪成7份，每份為1d的采樣樣品，經(jīng)過染色、制片，在光學(xué)顯微鏡高倍鏡(×400)下從每小時2mm的截面隨機選取5個區(qū)域(全天共計120個區(qū)域)進(jìn)行花粉的計數(shù)和鑒定(圖1)。

1.3 花粉濃度計算方法

根據(jù)儀器說明書設(shè)定要求，Burkard采樣器以10L/min的速度抽吸空氣，24h內(nèi)共采樣的空氣體積為:3

24h采樣期間內(nèi)的花粉濃度為:

圖1 花粉計數(shù)示意圖Fig.1 Instruction of pollen counting

式中，N代表24h內(nèi)所采集到的花粉總數(shù);P為花粉濃度(粒/m3)

1.4 花粉季節(jié)計算方法

花粉季節(jié)是指氣傳花粉植物的主要傳粉周期，此段時間內(nèi)出現(xiàn)了全年花粉總量的95%。當(dāng)自然年初的花粉量占全年總量的2.5%時開始計時，截止于花粉量達(dá)到全年總量97.5%的時候［3］。

2 結(jié)果

2.1 北京城區(qū)花粉致敏植物物候特征

根據(jù)《中國氣傳花粉和植物彩色圖譜》等資料，確定了花粉致敏植物的物候特征。北京城區(qū)花粉致敏植物的盛花時期分為兩個峰期，第1個在春季，第2個在秋季(圖2)。從3月開始平均氣溫在6—13℃時，植物開始萌動、發(fā)芽、開花，指標(biāo)植物為榆樹始花，預(yù)示著春季花粉期的來臨。4月中旬花粉致敏植物的開花物種數(shù)達(dá)到了春季的最高值，此時以喬木植物開花為主，包括木犀科(Oleaceae)、松科(Pinaceae)、柏科(Cupressaceae)及?？?Moraceae)等。到了5月中旬，當(dāng)日平均氣溫升高達(dá)20—23℃時為初夏時令，指標(biāo)植物為刺槐盛花。雖然夏季花團錦簇，但多為艷麗的蟲媒花開，故為花粉淡季。北京秋季的盛花期以7—9月為最高峰，此時以草本植物開花較多，包括蒿屬(Artemisia)、葎草屬(Humulus)、豚草屬(Ambrosia)、藜科(Polygonaceae)及莧科(Amaranthaceae)等。在11月初，日平均氣溫由10℃逐漸下降至6℃，初冬開始，當(dāng)農(nóng)歷霜降節(jié)之后，花草已趨于枯萎，花粉致敏植物亦都凋謝［4-5］。

圖2 北京城區(qū)花粉致敏植物每月的開花種數(shù)Fig.2 Amount of monthly blooming allergenic pollen plant species in Beijing urban area

2.2 北京城區(qū)氣傳花粉濃度年內(nèi)比重分析

本次北京城區(qū)氣傳花粉調(diào)查是從2010年12月31日到2011年12月31日，共曝片336張，采集到花粉136858粒。氣傳花粉濃度監(jiān)測的結(jié)果顯示，2011年度北京城區(qū)最具代表性的氣傳花粉來自于菊科(Asteraceae)，比重占了收集到氣傳花粉的35%，其中蒿屬(Artemisia)比重為11%。其次是木犀科(Oleaceae)、楊柳科(Salicaceae)、?？?Moraceae)、黎科(Chenopodiaceae)和莧科(Amaranthaceae)，比重之和為39%(圖3)。

圖3 北京城區(qū)2011年花粉濃度的百分比Fig.3 Percentage of pollen concentration of Beijing urban area in 2011

氣傳花粉的種類比重與其所在城市的植被分布有直接關(guān)系，如懸鈴木是武漢市街道和庭院的骨干樹種，因此懸鈴木花粉在武漢的氣傳花粉中比重最大，達(dá)46%［6］;東營的綠化樹種主要來自柏科(Cupressaceae)和楊柳科(Salicaceae)，是氣傳花粉中的優(yōu)勢種類［7］;松科植物(Pinaceae)是吉林市城市綠地的重要組成，因此松科的花粉比重最大，達(dá)50%［8］。

2.3 北京城區(qū)年平均花粉濃度變化趨勢

根據(jù)氣傳花粉濃度監(jiān)測結(jié)果，2011年度北京城區(qū)花粉季節(jié)從3月20日起始，至10月18日截止，持續(xù)213d，占全年天數(shù)的58%。花粉濃度大于25粒/m3的天數(shù)為151d，大于30粒/m3的有101d，大于80粒/m3的有16d，分別占花粉季節(jié)長度的70%，47%和7.5%。在花粉季中大氣花粉的濃度變化呈現(xiàn)雙峰式，即在春季(3—4月)和秋季(8—9月)出現(xiàn)了兩個峰值。在4月11日北京城區(qū)花粉濃度到達(dá)第1個峰值，日平均濃度最高達(dá)到280粒/m3;第2個高峰出現(xiàn)在8月27日，日平均濃度最高為179粒/m3(圖4)。

圖4 2011年北京城區(qū)年平均花粉濃度Fig.4 Annual average pollen concentration of Beijing urban area in 2011

這樣的雙峰式變化趨勢與北京城區(qū)花粉致敏植物的花期主要集中在春季和秋季有關(guān)。第1個氣傳花粉濃度的峰值出現(xiàn)在4月中旬，此時收集到的花粉比重占到全年的近30%(圖5)，大氣花粉以致敏性較弱的樹木花粉為主(圖6)，包括松屬(Pinus)、云杉屬(Picea)、圓柏屬(Sabina)、楊屬(Populus)和柳屬(Salix)等。特別是花粉量比重最大的木犀科(Oleaceae)梣屬(Fraxinus)在4月盛花。第2個花粉高峰期出現(xiàn)在8月下旬到9月下旬，這段時間內(nèi)收集到的花粉比重占全年的近50%(圖5)，大氣花粉的主要組成是強致敏性的草本植物花粉，如蒿屬(Artemisia)、葎草屬(Humulus)、地膚屬(Kochia)和藜屬(Chenopodium)等(圖6)。夏季雖然花團錦簇，但多為艷麗的蟲媒花開，故為花粉淡季。伴隨氣傳花粉數(shù)量的季節(jié)性變化，花粉的發(fā)病也具有了鮮明的季節(jié)性特征。由于秋季的氣傳花粉致敏性強，所以北京花粉癥的高發(fā)季節(jié)主要集中在秋季，以8—9月為最高，其中有95%的病人在此期間出現(xiàn)花粉癥癥狀［9］。

圖5 月花粉濃度百分比Fig.5 Percentage of monthly pollen concentration

3 討論與結(jié)論

氣傳花粉的研究正日益受到社會各界的關(guān)注。綜述以往的報道，發(fā)現(xiàn)大部分是從醫(yī)學(xué)角度關(guān)注氣傳花粉的分布和致敏性分析，很少從生態(tài)學(xué)角度考慮花粉致敏植物的構(gòu)成、來源及物候特征。然而花粉致敏植物的這些生態(tài)學(xué)特征卻在很大程度上影響空氣中致敏花粉品種與濃度，直接關(guān)系到花粉癥的地區(qū)性分布和發(fā)病時間［4，9，11］。因此掌握致敏花粉濃度變化對于宏觀系統(tǒng)地研究城市生態(tài)系統(tǒng)中花粉致敏植物的構(gòu)成和來源，以及改善城市空氣質(zhì)量，建設(shè)合理綠化環(huán)境，提高人民的健康水平都具有重要的現(xiàn)實意義，也是從源頭上防治花粉癥的關(guān)鍵。

在進(jìn)行氣傳花粉調(diào)查等方面，國內(nèi)外做了大量的工作。1989年，意大利的D'Amato G調(diào)查了處于地中海那不勒斯地區(qū)的致敏花粉，主要是墻草屬［12］。同年，Cralan C等調(diào)查了西班牙科爾多瓦城的氣傳花粉，確定了空氣中藜科與莧科花粉濃度的年變化與日變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)這兩個科的花粉在空氣中全年均有飄散，最高含量在夏季［13］。1997年，Kosisky等報道了美國華盛頓哥倫比亞區(qū)樹木優(yōu)勢氣傳致敏花粉調(diào)查結(jié)果，其中橡樹花粉計數(shù)50%以上［14］。2002年，瑞典的Ferreiro M等確定了Coruna城的主要致敏花粉種類，有禾本科、車前屬、藜屬和墻草屬［15］。此外，日本的Kishikawa R和Narita S等在空氣致敏花粉調(diào)查方面也做了大量的工作［16-17］。在國內(nèi)，鄭卓1994年采用Cour風(fēng)標(biāo)式花粉收集器對中山大學(xué)校園內(nèi)大氣中的氣傳花粉進(jìn)行調(diào)查研究，確定了廣州地區(qū)致敏花粉的主要類型［18］。1992—1994年，黃賜璇、陳志清等和法國P Cour共同合作，在北京市、山東省禹城市、湖南省桃源縣采集花粉，進(jìn)行花粉污染研究，總結(jié)了上述地區(qū)的主要致敏花粉類型［19］。1998年，楊炯等調(diào)查得出武昌地區(qū)春季主要致敏花粉是懸鈴木屬的花粉，夏秋季主要致敏花粉是蒿屬、豚草屬、葎草屬的花粉［20］。此外，其他研究者針對不同地區(qū)氣傳花粉也開展了一些研究工作［21-26］。

圖6 北京城區(qū)氣傳花粉致敏性的季節(jié)性變化Fig.6 Seasonal change of airborne pollen allergy in Beijing urban area

本次調(diào)查共采集到花粉136858粒，北京城區(qū)全年花粉含量月分布呈現(xiàn)兩個高峰，秋季(8—9月)為主要花粉季節(jié)，此季節(jié)主要氣傳花粉為菊科及黎科、莧科等莠草(草本)花粉，占全年花粉總量的50%;春季(3—4月)為次要花粉季節(jié)，此季節(jié)主要氣傳花粉為木犀科、楊屬、柳屬等樹木(木本)花粉，占全年花粉總量的30%。菊科花粉含量最高，占全年花粉總量的35%，其中蒿屬比重為11%。這與20世紀(jì)80年代中期北京城區(qū)的大氣花粉比重組成有較大差異，當(dāng)時菊科蒿屬的比重占總花粉濃度的31%，導(dǎo)致此種變化的原因之一可能是北京市在80年代后期開始進(jìn)行大規(guī)模市政建設(shè)，特別是大量公園、居民區(qū)以及二、三環(huán)路的修建，使城區(qū)內(nèi)來自蒿屬等的雜草大量減少［27］。此外，伴隨城市道路的擴展，道路綠地中大量花粉致敏植物的栽種，如木犀科洋白蠟，楊柳科加楊、毛白楊以及垂柳等，使得大氣中樹木花粉的比重進(jìn)一步提高。

本研究中2011年度北京城區(qū)的花粉濃度年變化趨勢與其它研究報告的結(jié)果一致［3，28-29］。但本研究中花粉濃度秋季大于春季，這與辛嘉楠在2007年度同一地點的研究結(jié)果相反，導(dǎo)致兩個年度在同一地點研究結(jié)果不一致的原因可能是因為2011年度儀器監(jiān)測點周邊有大面積拆遷，從而使得樹木栽種減少雜草增加，因而樹木花粉減少，草本花粉增加，但是影響空氣花粉飄散規(guī)律的因素除了地區(qū)植被狀況、植物自身生長發(fā)育規(guī)律和花粉本身特征等內(nèi)因外，還有溫度、濕度、日照時數(shù)、風(fēng)速等氣象外因，因此，下一步還要進(jìn)行氣傳花粉與氣象等外因的相關(guān)性研究，以便更準(zhǔn)確的預(yù)報氣傳花粉的飄散規(guī)律。

綜上所述，花粉濃度及飄散規(guī)律受當(dāng)?shù)刂脖粻顩r及氣候等多種因素影響。以上調(diào)查結(jié)果對該地區(qū)過敏患者有重要參考價值，也可以為進(jìn)一步建立北京市氣傳花粉濃度預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)提供依據(jù)。

4 建議

鑒于花粉致敏植物與花粉癥的密切關(guān)系，為了降低花粉癥的發(fā)病率，應(yīng)利用生態(tài)學(xué)原理采取相關(guān)措施，從根本上控制致敏花粉的來源，減少威脅城市居民健康的隱患。

(1)控制致敏花粉植物在城市綠地建設(shè)中的利用

在綠化物種的選擇與配置時，要考慮到植物花粉致敏性對人體健康的影響，盡量選擇那些既美觀又無致敏性的植物。對于致敏性較弱而在其他方面具有較佳性能的植物，可通過一定的配置措施減小對人體的危害。如在配置位置上，將其栽植于人群活動中心主風(fēng)向的下風(fēng)口;在配置布局上，栽植地與人群活動中心保持或間隔一定距離，或選用無致敏性的鄉(xiāng)土樹種設(shè)置隔離帶等，均可有效控制空氣中的致敏花粉數(shù)量［30］。

(2)加大對引進(jìn)花粉致敏性植物的管理力度

由于北京城區(qū)的花粉致敏植物中，引進(jìn)種達(dá)到近一半的比例，人為增加了花粉癥的發(fā)病風(fēng)險。為此，檢疫等相關(guān)部門應(yīng)將花粉致敏植物列入檢疫名單，控制強致敏性植物進(jìn)入我國并擴散蔓延。

(3)加強對綠化植物的管理

根據(jù)花粉致敏植物的物候特征合理修剪，或通過改變栽培密度和水肥條件等方法，可減少現(xiàn)有花粉致敏植物的開花數(shù)量。例如，將行道樹的修剪時間安排在開花季節(jié)前，或通過化學(xué)的方法抑制開花，則可大大降低空中的致敏花粉濃度［29］。

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