奧林匹克森林公園內(nèi)乙型腦炎媒介蚊蟲的監(jiān)測與分析*

劉美德 張 勇 佟 穎 張洪江 李秋紅 劉 婷 葛軍旗 周小潔 錢 坤 付學(xué)鋒 曾曉芃**

(1.北京市預(yù)防醫(yī)學(xué)研究中心，北京市疾病預(yù)防控制中心，北京 100013；2.北京市朝陽區(qū)疾病預(yù)防控制中心，北京 100021)

三帶喙庫蚊Culextritaeniorhynchus是乙腦的主要傳播媒介，其密度和病毒攜帶率是影響特定地區(qū)乙腦發(fā)生率的主要因素 (Olsonetal.,1985)。有研究表明，乙腦流行新特征與三帶喙庫蚊的生態(tài)學(xué)密切相關(guān)(呂煒等, 2012)。三帶喙庫蚊主要孳生在稻田、池塘等農(nóng)村典型水體中(張淑媛, 1986)；然而，近年來三帶喙庫蚊在南京(周明浩, 2008)和北京(李春曉等, 2007)的等繁華市區(qū)也發(fā)現(xiàn)有孳生。結(jié)合近年乙腦病例在北京等城市化水平較高地區(qū)發(fā)現(xiàn)，提示北京城區(qū)居民同樣面臨著較大的乙腦感染傳播的風(fēng)險(xiǎn)。

媒介種群與環(huán)境因素密切相關(guān)(Garzonetal., 2014; Calzolarietal., 2015)，本研究以北京重要公共場所——奧森公園為研究區(qū)域，對其各類環(huán)境中孳生的三帶喙庫蚊的動(dòng)態(tài)分布特征，并應(yīng)用3 S技術(shù)探索奧森公園內(nèi)環(huán)境因子與媒介種群的相關(guān)性。研究將為闡明三帶喙庫蚊在北京城市化區(qū)域內(nèi)生態(tài)習(xí)性及其可能的傳播乙腦風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)，也可為奧森公園內(nèi)媒介蚊蟲的預(yù)防和控制提供相應(yīng)的措施。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

北京奧林匹克森林公園是亞洲最大的城市綠化景觀，位于朝陽區(qū)，占地680公頃。奧森公園被北京五環(huán)路分為南、北兩個(gè)園區(qū)，兩個(gè)園區(qū)由一條模擬的穿越城市高速公路的自然生態(tài)走廊相連，從而確保了城市森林公園生態(tài)綠地系統(tǒng)的連續(xù)性和物種多樣性。奧森公園是北京重要的生態(tài)屏障之一，對改善城市環(huán)境和氣候質(zhì)量具有重要的生態(tài)戰(zhàn)略意義。作為城市重要的公共職能區(qū)域之一，在奧森公園研究乙腦媒介的時(shí)空分布及其規(guī)律，對于降低人群被蚊蟲叮咬和蚊媒相關(guān)疾病的傳播具有重要意義。因?yàn)閵W森公園的南園是游人及休閑人群活動(dòng)主要場所，所以從公共衛(wèi)生意義的角度出發(fā)本研究選擇南園作為研究現(xiàn)場。

1.2 三帶喙庫蚊密度調(diào)查

北京地區(qū)三帶喙庫蚊的高峰期一般7、8、9三個(gè)月，所以研究中在2013年7—9月使用CO2誘蚊燈(北京隆冠科技發(fā)展有限公司，型號：MD-1型)進(jìn)行密度監(jiān)測，每個(gè)月份上旬和下旬各進(jìn)行一次監(jiān)測。每次監(jiān)測時(shí)依據(jù)中國天氣網(wǎng)(http://www.weather.com.cn)的預(yù)報(bào)結(jié)果，選擇上、下旬氣候條件合適各一日作為監(jiān)測日；每個(gè)監(jiān)測日的日落前1 h開燈監(jiān)測至日落后1 h，共監(jiān)測2 h?，F(xiàn)場收集誘蚊燈誘集的蚊蟲帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行種類鑒定與計(jì)數(shù)，計(jì)算三帶喙庫蚊密度(計(jì)算單位為：只/(燈·小時(shí)))。

1.3 三帶喙庫蚊監(jiān)測點(diǎn)位的設(shè)計(jì)與遙感數(shù)據(jù)獲取

在南園的東北門(灌木環(huán)境)、濕地、南門(草坪環(huán)境)、東門(樹林環(huán)境，)、中心島分別確定一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)(圖1)。研究中使用GPS設(shè)備對每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行了定位；并基于GPS數(shù)據(jù)獲取WorldView-2(美國DigitalGlobe公司)高分辯率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)用于后續(xù)遙感與空間分析。

圖1 研究區(qū)域中監(jiān)測點(diǎn)與水草環(huán)境類型示意圖Fig.1 Schematic monitoring sites and grass-water(GW) landscape in the study area

1.4 奧森公園環(huán)境分類遙感分析

基于WV2衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，采用無監(jiān)督的k均值聚類算法(k-means clustering algorithm)將奧森公園地面環(huán)境分為6類：住宅區(qū)(RA)—人類生活環(huán)境、開放水體(OW)—沒有任何覆蓋物的水體、喬木(HT)—高大喬木樹林、灌木(LT)—人工或自然生長的低矮灌木、水生植物水體(GW)—種植或自然生長有水生植物的水體、草坪區(qū)(LA)—人工或自然草坪覆蓋的區(qū)域。

1.5 監(jiān)測點(diǎn)周邊環(huán)境緩沖區(qū)GIS分析

在奧森公園衛(wèi)星影像上，在QGIS(3.8.3)中以監(jiān)測點(diǎn)為中心分別生成不同空間距離(100、200、400、600、800、1 000 m)的緩沖區(qū)。在QGIS(3.8.3)系統(tǒng)中使用空間分析方法提取并建立每個(gè)緩沖區(qū)的各類環(huán)境分類數(shù)據(jù)庫，同時(shí)建立了環(huán)境分類數(shù)據(jù)庫(劉美德等, 2019)。

1.6 三帶喙庫蚊密度與環(huán)境的相關(guān)與回歸分析

應(yīng)用SPSS 19.0軟件對不同監(jiān)測月以及整個(gè)監(jiān)測周期中三帶喙庫蚊與環(huán)境因素的關(guān)系進(jìn)行Pearson相關(guān)與多元線性回歸模型分析。根據(jù)AIC值和P值，篩選出與三帶喙庫蚊密度相關(guān)的環(huán)境因素，并應(yīng)用于多元線性回歸分析(P值以0.05作為統(tǒng)計(jì)顯著性的判斷標(biāo)準(zhǔn))。

1.7 相關(guān)環(huán)境因素的現(xiàn)場勘察

為克服遙感分類的局限性，本研究在實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)束以后，去奧森公園現(xiàn)場對研究中發(fā)現(xiàn)的與三帶喙庫蚊密度顯著相關(guān)的環(huán)境因素進(jìn)行進(jìn)一步的現(xiàn)場實(shí)地勘察，并將之與實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果進(jìn)行比對和分析。

2 結(jié)果

2.1 三帶喙庫蚊密度在三個(gè)監(jiān)測月中的時(shí)間分布特征

奧森公園里每個(gè)監(jiān)測月內(nèi)三帶喙庫蚊分布見圖2所示，從圖中可以看出奧森公園內(nèi)每個(gè)監(jiān)測月都能監(jiān)測到三帶喙庫蚊。在整個(gè)監(jiān)測期間，三帶喙庫蚊的密度在9月份達(dá)到最高(11只/燈·小時(shí))，而7和8月三帶喙庫蚊的密度極低，都不足9月密度值的10%。

圖2 奧森公園內(nèi)各個(gè)監(jiān)測月中三帶喙庫蚊的密度Fig.2 Monthly density of Cx. tritaeniorhynchus in BOFP

2.2 三帶喙庫蚊空間分布特征

所有監(jiān)測點(diǎn)位中，如圖3所示，濕地環(huán)境中點(diǎn)位密度最高(27只/燈·小時(shí))，而東北門、東門和中心島點(diǎn)密度分別為3、2和7 只/燈·小時(shí)。在南門點(diǎn)位上未捕獲到三帶喙庫蚊。

圖3 整個(gè)監(jiān)測期內(nèi)各點(diǎn)位上三帶喙庫蚊密度Fig.3 Density of Cx. tritaeniorhynchus in each site during the survey period

2.3 三帶喙庫蚊時(shí)間—空間分布特征

據(jù)圖4(為圖形顯示方便，分別將東北門標(biāo)號為1、濕地標(biāo)號為2、南門標(biāo)號為3、東門標(biāo)號為4、中心島標(biāo)號為5)顯示：在7和8月中無三帶喙庫蚊在東北門(1)、南門(3)、東門(4)和中心島(5)的監(jiān)測點(diǎn)位上被捕獲；而在9月在這4個(gè)點(diǎn)位上都能監(jiān)測到三帶喙庫蚊。濕地環(huán)境(2)是唯一在7、8和9月均能監(jiān)測到三帶喙庫蚊的點(diǎn)位，其中9月份濕地環(huán)境中三帶喙庫蚊密度最高。

圖4 三個(gè)監(jiān)測月中各監(jiān)測點(diǎn)位上三帶喙庫蚊的密度Fig.4 Density of Cx. tritaeniorhynchus at each site during three survey months (July, August, September)

2.4 奧森公園環(huán)境因素與三帶喙庫蚊密度相關(guān)分析

3 S分析與相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)各監(jiān)測點(diǎn)位周邊400 m緩沖區(qū)中的環(huán)境因素對監(jiān)測點(diǎn)位上三帶喙庫蚊的密度的影響更大。例如，研究中發(fā)現(xiàn)400 m緩沖區(qū)內(nèi)帶植被水體的面積(GW_400)，400 m緩沖區(qū)內(nèi)植被指數(shù)(NDVI_400)和400 緩沖區(qū)內(nèi)植被覆蓋度(FC_400)都與三帶喙庫蚊密度顯著相關(guān)，其相關(guān)值分別為0.989(P=0.001)、 0.88(P=0.049)和0.912(P=0.031)。另外，200 m緩沖區(qū)內(nèi)帶植被水體的面積(GW_200)和100 m緩沖區(qū)內(nèi)低矮植被的面積(LT_100)也顯示出與三帶喙庫蚊密度的顯著相關(guān)性，相關(guān)指數(shù)為0.986(P=0.002)和0.876(P=0.05)。

2.5 奧森公園內(nèi)環(huán)境因素與三帶喙庫蚊密度的線性回歸分析

將與三帶喙庫蚊密度具有顯著相關(guān)性水平的環(huán)境因素逐步納入線性模型進(jìn)行回歸分析，能產(chǎn)生包括GW_400和LT_100線性回歸模型。最終的線性回歸模型可以擬合為：D=1.535*GW_400-0.004*LT_100-108.242(R2=0.999，P=0.001)，其中D是三帶喙庫蚊的密度。結(jié)果顯示GW_400(P=0.001)與三帶喙庫蚊密度呈現(xiàn)正相關(guān)，而LT_100(P=0.016)與三帶喙庫蚊密度呈負(fù)相關(guān)。

2.6 三帶喙庫蚊密度相關(guān)環(huán)境因素的現(xiàn)場勘察分析

在奧森公園中隨機(jī)檢查了在遙感分析被分類為帶水草特征的水體30個(gè)點(diǎn)位(圖1)，并對這些實(shí)際的地物類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)?，F(xiàn)場實(shí)地勘察與統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，在奧森公園內(nèi)與三帶喙庫蚊密度相關(guān)的實(shí)際地物及占抽取樣點(diǎn)的比例分別為：公園澆灌林地(圖5-A)占43.33%，灌溉的花叢灌木(圖5-B)占40%，水生植被覆蓋的濕地(圖5-C)占10%和澆灌的草坪(圖5-D)占6.67%。

圖5 奧森公園中的澆灌林地(A)、澆灌花叢灌木(B)、水草叢生的濕地(C)和澆灌的草坪(D)Fig.5 The landscape of well-irrigated grades (A), regularly irrigating flower shrubs (B), wetland covering with aquatic vegetation (C) and turf with water (D) in BOPF

3 討論

3.1 三帶喙庫蚊在北京高度城市化地區(qū)孳生及其公共衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)

研究中發(fā)現(xiàn)在北京高度城市化區(qū)域的奧森公園能夠監(jiān)測到三帶喙庫蚊，提示三帶喙庫蚊在城市環(huán)境中可以尋找到相應(yīng)孳生地。在中國，三帶喙庫蚊通常被認(rèn)為是農(nóng)村地區(qū)孳生的蚊種，但本研究發(fā)現(xiàn)在奧森公園的特定時(shí)間(9月)和特定環(huán)境(濕地)條件下，三帶喙庫蚊的密度也很高(23只/燈·小時(shí))，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過近年來全市蚊蟲平均密度水平(劉美德等,2019)。隨著城市城市化進(jìn)程的推進(jìn)，媒介蚊蟲可以改變它們的生活習(xí)慣以適應(yīng)城市的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)得到證明 (Mattingly,1962; Lietal., 2014)。2008年專門為奧運(yùn)會(huì)設(shè)計(jì)的奧森公園是來源于一片農(nóng)村土地；然而，在2008年奧運(yùn)會(huì)及后續(xù)城市化水平快速提高推動(dòng)的背景下，奧森公園迅速成為首都城市的熱點(diǎn)地區(qū)?？紤]到三帶喙庫蚊的重要的乙腦傳播媒介作用，我們應(yīng)該對這種現(xiàn)象持謹(jǐn)慎態(tài)度。后續(xù)還應(yīng)加強(qiáng)對該地區(qū)的三帶喙庫蚊動(dòng)態(tài)及其對當(dāng)?shù)厝巳旱牧餍胁W(xué)影響進(jìn)行深入調(diào)查，避免在研究區(qū)域或北京其他類似環(huán)境區(qū)域出現(xiàn)乙腦疫情的暴發(fā)。

3.2 奧森公園內(nèi)三帶喙庫蚊密度的時(shí)間—空間分布特征

三帶喙庫蚊種群的動(dòng)態(tài)在不同的環(huán)境地點(diǎn)表現(xiàn)出多樣性模式(劉美德等, 2007; Kipyabetal., 2015; Yeeetal.,2015)。例如：在上海，四月有一個(gè)早春高峰，八月和九月有另一個(gè)高峰(薛瑞德等, 1991)；而在北京地區(qū)，三帶喙庫蚊的峰值主要出現(xiàn)在8與9月。而本研究中的奧森公園內(nèi)，三帶喙庫蚊峰值主要出現(xiàn)在9月；而根據(jù)北京的乙腦病例的監(jiān)測，病例通常也是在8與9月達(dá)到高峰期(江載芳等，1953)，本研究結(jié)果基本符合蚊傳疾病的流行規(guī)律。所以本文的研究結(jié)果對于奧森及周邊區(qū)域提供乙腦預(yù)防與媒介控制提供了科學(xué)依據(jù)，對于北京乙腦防控也有著重要的公共衛(wèi)生意義。

3.3 影響三帶喙庫蚊在奧森公園孳生的重要環(huán)境因素

三帶喙庫蚊通常是在水質(zhì)清澈、流動(dòng)緩慢、很少遭受陽光照射和水生植物生長的地方繁殖(張淑媛, 1986)。在奧森公園中帶有水生植物的濕地環(huán)境在生態(tài)學(xué)上與典型的三帶喙庫蚊孳生地高度類似，這可能是三帶喙庫蚊在奧森公園內(nèi)高密度孳生的生態(tài)學(xué)原因。另外，水體是蚊蟲繁殖的基本要求(Cardoetal., 2012; Hardyetal.,2013)，帶水草的濕地、灌溉條件良好的林間空地和經(jīng)常澆水的灌木叢會(huì)產(chǎn)生大量的微水體環(huán)境，能為蚊蟲幼蟲提供良好的繁殖場所(Medlocketal.,2014; Medlocketal., 2015;)，而低矮的樹木為成年蚊蟲提供了更好的棲息場所(Muturietal., 2015)，這可能是這些環(huán)境因素與三帶喙庫蚊密度相關(guān)的原因。而本研究還發(fā)現(xiàn)奧森公園中澆灌條件較好的林地、灌木叢、草坪與三帶喙庫蚊密度高度相關(guān)；這提示，在北京其他類似環(huán)境中也要注意綠化澆灌有可能帶來的蚊蟲孳生密度增加的風(fēng)險(xiǎn)因素。

最后，本文不僅指出了影響奧森公園內(nèi)三帶喙庫蚊密度密切相關(guān)的環(huán)境因素的類別，而且還指出了環(huán)境因素影響三帶喙庫蚊密度的確切空間緩沖距離。蚊蟲對人類或其他宿主的影響也是被限制在其幼蟲部位附近的有限距離緩沖區(qū)內(nèi)(Caillyetal., 2011; Landauetal., 2012;)。因此，飛行距離不僅會(huì)影響蚊蟲對人類的騷擾，還會(huì)導(dǎo)致蚊蟲分布的多樣性、密度和感染率的差異( Nixonetal., 2014; Rezza, 2014; Barrosetal., 2015)。因此，本研究也從空間的角度為控制三帶喙庫蚊提供具體空間尺度的指導(dǎo)。