城市空氣花粉的研究進展

江偉明, 潘睿聰, 羅傳秀, 林媚珍,*

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城市空氣花粉的研究進展

江偉明1, 潘睿聰1, 羅傳秀2,*, 林媚珍1,*

1. 廣州大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 廣州 510006 2. 中國科學(xué)院南海海洋研究所, 邊緣海重點實驗室, 廣州 510301

通過綜述城市空氣花粉的研究進展, 總結(jié)城市空氣花粉的采集方式并進行對比, 分析各主要城市的空氣花粉的種屬以及時空傳播規(guī)律以及各地理環(huán)境和氣候條件與空氣花粉的關(guān)系,并指出了研究中存在的問題,并對研究前景進行了展望。對研究進展進行總結(jié)可知, 城市化所伴隨的交通污染, 熱島效應(yīng), 城市綠化和硬質(zhì)地面增多等現(xiàn)象會在一定程度上增強了空氣花粉的致敏性, 對空氣花粉的飄散起到積極影響, 因此, 能夠加劇花粉癥的發(fā)病情況。而基于空氣花粉研究存在的樣品采集技術(shù)的問題, 原因分析太淺現(xiàn)和不能很好解答科學(xué)問題等三大現(xiàn)狀, 筆者提出注重相鄰城市之間的空氣花粉的研究, 與遙感技術(shù)相結(jié)合進行分析和結(jié)合現(xiàn)實問題進行研究等三個未來的研究方向。

城市空氣花粉; 致敏病; 花粉種屬; 氣候因子; 城市化

1 前言

城市化的快速發(fā)展, 伴隨了一系列問題的發(fā)生, 其中就包括了城市空氣花粉致敏病的問題。所謂的花粉致敏病指的就是漂浮在空氣中的花粉在與人體發(fā)生接觸后, 導(dǎo)致人體產(chǎn)生一系列的過敏性疾病, 例如過敏性鼻炎, 過敏性皮疹, 支氣管炎和哮喘等。根據(jù)歷年的中國國土綠化狀況公報的數(shù)據(jù)顯示, 中國城市的綠地面積不斷擴大, 截至2016年末, 城市建成區(qū)的綠地率達到了36.4%, 人均公園綠地面積達13.5 m2[1]。隨著城市綠地面積的增大, 花粉過敏原也隨之增加, 花粉病的發(fā)病率也呈不斷上升的趨勢。在美國, 花粉病的發(fā)生率大約為5%, 有點地方高達15%, 而在歐洲的發(fā)病率達到20%。在中國, 雖然花粉過敏的發(fā)病率較低, 但發(fā)病率呈現(xiàn)一種持續(xù)上升的趨勢[2]。

一般來說, 致敏花粉主要以風(fēng)媒花的花粉為主。早在國外學(xué)者就認識到花粉可引起過敏, 并命名為枯草熱(hay fever)(就是現(xiàn)在診斷的季節(jié)性變應(yīng)性眼鼻炎), 這是田野里的草開花后播散的花粉所致, 熱并不是指患者發(fā)燒, 只是指患者處于十分激奮的狀態(tài)。我國對花粉和花粉癥的認識和研究始于1956年, 北京協(xié)和醫(yī)院變態(tài)反應(yīng)科成立之際。其中, 絕大部分的調(diào)查研究主要是通過對空氣花粉的收集, 得到可能引起過敏病的花粉含量在一年中的時空變化, 進一步確定致敏花粉類型和致病的花粉濃度, 以此來建立氣傳致敏花粉日歷。除此之外, 一些研究還將空氣花粉飄散的時空變化與氣象站氣候數(shù)據(jù)或醫(yī)院關(guān)于花粉病發(fā)生的時間和病例數(shù)量的變化進行對比, 以探討空氣花粉的數(shù)量變化及其致敏性與氣候的關(guān)系, 并為空氣花粉過敏癥的防治與預(yù)報提供新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 城市空氣花粉的采集方式

從1873年B .Blackely成功發(fā)明了第一個空氣花粉采集器之后, 空氣花粉的研究從之前的設(shè)想轉(zhuǎn)為了實驗研究[3]。在這144年間, 隨著人們對于空氣花粉研究的認識的不斷加深, 花粉采樣器的種類也越來越豐富, 對空氣花粉采集方法的要求也越來越高。

從本文論述的文章中的空氣花粉的采集方法來看, 基本上分為了重力法和體積法兩種。重力法主要是在特定的取樣平臺上放置涂有甘油或者軟性凡士林等粘附劑的載玻片, 讓花粉因為重力原因而被粘附在上面, 從而進行空氣花粉的收集。這種方法簡單方便, 但是花粉的沉積會因為風(fēng)力增強而減少, 同時容易吸附大量灰塵。利用重力法生產(chǎn)出來的花粉采集器有很多, 例如, 在國外, 最早的B .Blackely發(fā)明的花粉采集器就是將玻片放置在風(fēng)標(biāo)上, 隨著風(fēng)標(biāo)的轉(zhuǎn)動, 將大氣中的花粉粘附在玻片上[3]。還有1943年美國Durham采取的重力收集方法, 也是通過將玻片暴露在取樣平臺上, 然后利用花粉的重力, 使花粉粘附在玻片上[4]。重力法在國內(nèi)上個世紀(jì)的文章中多有體現(xiàn)。張金談和方潤琪等在上個世紀(jì)60到80年代, 利用重力法分別收集了北京市西郊, 廣西南寧市和云南昆明市的大氣花粉, 建立了我國首都和云貴高原主要省會城市的空氣花粉傳播預(yù)報[5-7]。王凱萍利用重力法, 于1989年采集了南京地區(qū)空氣中的花粉, 結(jié)合南京市第一附屬醫(yī)院呼吸科所收集的支氣管哮喘的病例, 分析出南京地區(qū)主要的致喘過敏原為花粉類過敏原[8]。中山大學(xué)的張華利用重力法對廣州市空氣中飄散的花粉和真菌孢子進行了調(diào)查, 建立了廣州市空氣致敏花粉, 真菌和真菌孢子日歷[9]。中山大學(xué)鄭卓教授在1984到1985年利用庫爾的風(fēng)標(biāo)收集器, 在中山大學(xué)校園內(nèi)空氣中花粉的散布情況進行了初步調(diào)查, 探討出了廣州市區(qū)的空氣花粉傳播規(guī)律[10]。黃賜璇研究員在東北平原上, 利用庫爾花粉儀, 以一周7天為一個單元, 收集了共52個樣品作為全年的花粉數(shù)據(jù), 對東北平原進行了大范圍的空氣花粉分析[11]。2000年以后, 不斷有研究人員利用重力法相繼在麗江, 深圳, 上海等地進行了空氣花粉的研究調(diào)查[12-15]。

除了重力法之外, 還有另外一種主要的關(guān)于空氣花粉的采集方法——體積法。體積法主要是采取具有通風(fēng)功能的花粉采集器, 利用氣流將花粉吸附在濾網(wǎng)或者玻片上, 從而對空氣花粉進行收集。例如, 國內(nèi)研究人員近年來比較常用的基于Hirst原理制成的Burkard空氣記錄采樣器。這種收集器同樣也是利用體積法, 將花粉吸附在收集帶上, 但是與庫爾風(fēng)標(biāo)收集器相比而言, Burkard空氣記錄采樣器的采樣周期相對較長, 每次采樣能夠連續(xù)工作7天[16-18], 極大地減少了工作量。

3 各主要城市的空氣花粉的種屬以及時空傳播規(guī)律

3.1 國內(nèi)現(xiàn)有空氣花粉研究在空間上的特征

綜合各地空氣花粉的文章后, 發(fā)現(xiàn)由于各地的氣候條件差異以及各地景觀和行道樹選擇的差異, 導(dǎo)致了各地主要的花粉種屬存在著空間分布差異。鄭卓和張華對廣州市的空氣花粉的進行了調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)廣州市大多數(shù)的高濃度空氣花粉都有一定的致敏性, 而這些主要的致敏花粉主要以馬尾松, 桑科, 木麻黃, 禾本科, 莎草科, 藜科等13種[9-10]。2010年, 蔣素雪利用體積法分別對蘭州市的空氣花粉進行了調(diào)查, 補充了該地空氣花粉研究的空白[19]。2015年, 昆明醫(yī)科大學(xué)的程晟總結(jié)了自1986年到2013年以來, 中國26個主要城市關(guān)于空氣花粉的最新報道, 綜述得出23個中國主要城市的空氣花粉的種類和分布, 并得出表1[20]。2017年李全生等綜述全國7個主要地理分區(qū)的26個主要城市2000年到2016年12月的氣傳花粉的種類和分布情況, 并得到表2[21]。筆者在兩位前人研究的基礎(chǔ)上, 并對兩篇研究中并未涉及的其他主要城市的空氣花粉研究進行了總結(jié), 得出自1986年1月到2016年12月30年間33個中國主要城市空氣花粉的種類, 并得到表3。綜述前人研究可知, 在中國, 空氣致敏花粉的主要種類有松屬, 蒿屬, 禾本科, 藜科, 懸鈴木屬, 楊屬, 柳屬和杉屬等16種。同時, 由表3可以看出, 我國空氣花粉的分布因氣候條件不同、植物的物候特征不同而存在一定空間差異, 主要的分布情況為: 我國北方地區(qū)的空氣花粉種類主要以草本植物花粉為主, 具體而言, 草本植物花粉主要以蒿屬, 豚草屬, 藜科, 莧科和葎草科為主, 而木本植物花粉主要以松屬, 楊屬, 柳屬和榆屬為主; 相反, 我國南方地區(qū)的空氣花粉種類主要以木本植物花粉為主, 其中, 常見的草本植物花粉主要以禾本科為主, 而常見的木本植物花粉主要以松屬, 懸鈴木屬, 杉屬, 柏屬, 桑屬和木麻黃屬為主。

3.2 國內(nèi)現(xiàn)有空氣花粉研究在時間上的特征

而從時間上來看, 中國33個主要城市的空氣致敏花粉的傳播有春季和秋季兩個高潮, 其中, 春季以松屬, 柏屬, 楊屬, 柳屬, 榆屬, 桑屬和木麻黃屬等木本花粉為主, 秋季則是以蒿屬, 豚草屬, 藜科, 莧科和葎草科等草本花粉為主, 主要的原因是植物的物候特征不同, 所以木本植物和草本植物的花期也不盡相同。同時入秋后, 我國的降水逐漸減少, 氣候越發(fā)干燥, 冬季風(fēng)不斷增強, 使得空氣致敏花粉的傳播更為廣泛, 花粉癥的情況也更為嚴(yán)重。

表1 中國主要城市氣傳花粉植物的種類及構(gòu)成(1986年1月至2013年12月)[20]

表2 中國7個地理分區(qū)主要城市氣傳花粉植物種類(2000年1月至2016年12月)[21]

3.3 國外現(xiàn)有空氣花粉研究的時空特征

而國外對于空氣花粉的研究也在不斷發(fā)展, 尤其是對于空氣花粉的日變化的研究非常熱門。Markku K?pyl?分別在芬蘭中部和南部的圖爾庫和于韋斯屈萊收集了當(dāng)?shù)鼗ǚ? 并進行分析其濃度, 其研究發(fā)現(xiàn)花粉濃度的日變化是變化大的分別是榿木屬、樺木屬和松屬[22]。Jane Norris-Hill 和 Jean Emberlin在英國倫敦中北部收集了將近3年的花粉樣品, 然后統(tǒng)計各種屬花粉并建立模型, 分析對比包括每小時溫度、濕度、日照、雨水、云量、風(fēng)速和風(fēng)向等數(shù)據(jù), 從而確定的日變化與氣象條件、花粉源區(qū)與物候花粉釋放規(guī)律的關(guān)系[23]。N. Keynan等人對以色列沿海平原空氣花粉的年變化進行研究, 發(fā)現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)向、溫度等因素對空氣中花粉含量的影響, 并指出, 在一定條件下, 在空氣中也能發(fā)現(xiàn)一些蟲媒植物的花粉[24]。D'Amato G對歐洲的過敏花粉進行研究中提出, 大氣中的過敏物質(zhì)的多少, 受氣候、地理和植被等因素影響, 并有所不同。除此以外, 文化因素也是導(dǎo)致歐洲的花粉地圖不斷發(fā)生改變的原因, 例如白樺和柏樹等外來植物在城市公園的種植, 豚草植物在法國、意大利北部、奧地利、匈牙利移植等因素[25]。

4 城市氣候因子與空氣花粉的關(guān)系

對各城市空氣花粉的文獻進行分析后, 發(fā)現(xiàn)空氣花粉的傳播情況與很多氣候因子存在著密不可分的關(guān)系。

表3 33個中國主要城市空氣花粉的種類(1986年1月至2016年12月)

首先, 王玉珍和張金談等人通過對天津市的不同最高溫度的日數(shù)的空氣花粉含量進行分析, 發(fā)現(xiàn)氣溫與空氣中的空氣花粉含量存在正相關(guān)關(guān)系[26]。黃賜璇認為空氣花粉在全年的分布情況與氣象因素中的氣溫和降水尤為密切。在平均溫度大于10 ℃的時候, 是最適宜植物生長的, 因此, 在這段時間內(nèi)空氣花粉的濃度都比較高[27]。李摯使用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)處理。對于不同時間組間花粉飄散數(shù)量、各氣象要素數(shù)據(jù)的樣本均數(shù)比較, 在檢測方差齊性后采取獨立樣本t檢驗; 采用Pearson相關(guān)系數(shù)反映花粉飄散數(shù)量與各氣象要素數(shù)據(jù)、花粉癥患者數(shù)之間的相關(guān)性, 得出結(jié)論認為北京地區(qū)花粉總數(shù)與溫度呈中度正相關(guān)[28]。李英在研究石家莊市空氣花粉散布規(guī)律及與氣候因子的關(guān)系中, 為了更好地反映出主要花粉類型百分比與氣候因子之間的響應(yīng)程度, 采用了多響應(yīng)置換過程分析法(MRPP)以及典范對應(yīng)分析(CCA)來研究兩者之間的關(guān)系[29]。

降水對花粉飄散有很重大的影響。一般來說, 降水量越大, 花粉含量就越少。但是這些年來, 越來越多的研究提出了一些獨特的看法。黃賜璇在東北平原海倫市和山東禹城市進行花粉研究發(fā)現(xiàn), 適當(dāng)?shù)慕邓欣谥参锏纳L和花粉的傳播, 但是連續(xù)性的降水則會降低花粉的含量[11]。

其次是濕度與花粉濃度存在著密不可分的關(guān)系。大部分研究對花粉濃度和濕度的關(guān)系以負相關(guān)的關(guān)系進行簡單的概括。例如, 張金談在研究廣西南寧空氣中花粉的時候發(fā)現(xiàn), 相對濕度低, 空氣較干燥有利于植物花粉的飄散[6]。肖小軍利用統(tǒng)計學(xué)軟件SAS 9.13對深圳市不同高度的花粉濃度進行單因素方差, 協(xié)方差等分析, 結(jié)果顯示深圳春季天氣潮濕相對濕度較高, 所以濕度降低從而容易對花粉粒進行干燥, 從而使花粉更容易釋放, 增加其在空氣中的飄散[16]。

風(fēng)速與大氣中的花粉含量也存在著正相關(guān)關(guān)系。方潤琪, 張金談, 肖小軍等人在對各自研究區(qū)的大氣中花粉飄散情況進行調(diào)查和分析都發(fā)現(xiàn)風(fēng)速越大, 大氣中的花粉含量就越高[7],[16-18]。而王凱萍在對南京市空氣花粉進行分析后則認為大風(fēng)天不利于花粉的傳播[8]。

還有, 不同采集高度等因素也會對花粉濃度產(chǎn)生影響。雷超在深圳大學(xué)校園內(nèi)不同高度的樓層上進行氣傳真菌孢子的收集和研究后發(fā)現(xiàn), 孢子在不同高度的分布取決于孢子的大小, 形狀和直徑。例如, 大孢子隨著高度的增加而不斷減少, 而小孢子在30 m的高度的數(shù)量最多, 但是在10 m和70 m卻很少[30]。

5 城市化與空氣花粉的關(guān)系

進入21世紀(jì)后, 我國從中央到地方紛紛提出建設(shè)“綠色城市, 使得城市綠地面積也在不斷增大。城市植被在美化城市環(huán)境的同時, 也增加了花粉癥病人的數(shù)量, 花粉癥發(fā)病率也在不斷提高。由此可見, 城市化在一定程度上加劇了花粉癥的發(fā)生。

5.1 交通污染物會增強空氣花粉致敏性

越來越多的研究表明, 交通工具排放的污染物(主要成分為一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)和鉛化合物及3,4-苯并芘等)有助于增強空氣花粉的致敏性, 從而增加花粉癥發(fā)生的幾率。例如, Diaz SD等在空氣污染對花粉致敏性的研究當(dāng)中發(fā)現(xiàn), 柴油燃燒后排放的顆粒物一旦與豚草花粉相結(jié)合, 能夠更好地增加豚草花粉的致敏強度[31]。Michael Riediker等對15名不抽煙的花粉癥患者進行跟蹤調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)空氣污染會增強過敏癥的癥狀, 主要表現(xiàn)為在NOx和O3含量增加的地區(qū), 對過敏原的敏感性可能會增加[32]。Yuji Okuyama通過對日本的空氣花粉致敏性的研究發(fā)現(xiàn), 污染物會吸附在花粉表面從而增強其致敏性, 尤其是NOx能夠?qū)又参锂a(chǎn)生生理刺激作用, 增強花粉的致敏性[33]。王青躍在對日本的杉樹花粉癥患者中發(fā)現(xiàn), 交通量較多的地區(qū), 杉樹花粉癥患者增多, 主要的原因是致敏杉樹花粉抗原蛋白的空氣污染變性, 增強了其致敏性, 導(dǎo)致病患的增多。同時, 研究也發(fā)現(xiàn)交通量較多的地區(qū), 水稻和豚草花粉的點刺試驗(prick test)的陽性反應(yīng)濃度增加[34]。

5.2 城市熱島效應(yīng)對空氣花粉飄散產(chǎn)生積極影響

城市化所伴隨的城市熱島效應(yīng)對空氣花粉飄散產(chǎn)生影響, 主要表現(xiàn)為城市熱島效應(yīng)會導(dǎo)致花粉數(shù)量增多, 花粉的致敏性增強和花粉的季節(jié)延長等。絕大部分的研究表明, 在一定的范圍內(nèi), 花粉的數(shù)量會隨著溫度的升高而增加。城市熱島會導(dǎo)致城市內(nèi)部溫度升高, 有利于城市植被花粉數(shù)量的增多。同時, 花粉的致敏性也會隨溫度升高而增強。如同一株白樺樹南面的花粉所含的致敏蛋白無論是異質(zhì)性還是致敏性都要高于北面, 這可能是由于南北面的氣溫差異所致。當(dāng)溫度升高1.1 ℃時, 山樺樹花粉中的主要致敏原有所增加。城市內(nèi)部溫度升高, 會導(dǎo)致城市植被提前開花, 同時也會延后凋零的時間, 從而延長花粉飄散的時間[35]。同時, 李勁松在研究北京市大氣花粉時空分布提出, 城市高層建筑布局對局部微氣象有較大的影響, 從而影響到局部大氣花粉氣溶膠的輸送、擴散和沉降[36]。

5.3 不合理的城市綠化增加了花粉癥的發(fā)生幾率

城市綠化對城市花粉致敏也產(chǎn)生極大的影響。由于對于相關(guān)知識的缺乏以及調(diào)研, 很多城市對于行道樹和城市綠地植被進行了不合理的配置, 選育了大量的花粉致敏植被, 使得城市內(nèi)部致敏性空氣花粉大量增加, 加劇花粉癥的發(fā)生。在程晟總結(jié)的中國主要城市氣傳花粉植物種類與分布中, 可以發(fā)現(xiàn)在城市中常見的致敏花粉分布十分廣泛。例如懸鈴木屬的植被作為主要的花粉致敏原, 在我國的北京, 上海, 武漢, 南京, 石家莊等城市有十分廣泛的分布。而在西安, 太原, 呼和浩特, 銀川, 西寧, 蘭州等黃河中游和西北地區(qū)的城市中, 蒿屬植被是絕對優(yōu)勢植被, 并且蒿屬是主要的致敏類型。而在東南沿海, 例如廣東深圳, 廣州則主要的致敏花粉為木麻黃屬。木麻黃屬在亞熱帶多用于海邊的防護林, 因此在沿海地區(qū)空氣致敏花粉含量中占有較大的比重[20]。

5.4 硬質(zhì)地面對花粉飄散的影響

硬質(zhì)地面會對花粉濃度產(chǎn)生一定的影響。一般而言, 花粉濃度“日變化”應(yīng)呈現(xiàn)“單峰型”變化, 花粉濃度最大值出現(xiàn)在12: 00到15: 00。但是郄光發(fā)等人在對北京市城區(qū)硬質(zhì)地面近地空間樹木花粉濃度的的研究中發(fā)現(xiàn): 硬質(zhì)地面近地空間花粉濃度“日變化”呈現(xiàn)“雙峰型”的日變化特征, 花粉濃度呈現(xiàn)14: 00和20: 00兩個高峰。出現(xiàn)這種差異的原因可能就在于自然林地和人工硬質(zhì)地面對花粉飄散影響的差異[37]。在城市中, 由于混凝土地面, 瀝青地面的廣泛存在, 導(dǎo)致熱力環(huán)流加劇, 空氣花粉粒子在強空氣對流中不斷飄散, 這在一定程度上改變了近地面空間空氣中的花粉濃度, 進而在硬質(zhì)地表上層空氣中形成花粉濃度晚高峰。

6 存在問題

在綜合相關(guān)的空氣花粉散布的文章中, 我們可以發(fā)現(xiàn)以下幾個問題:

6.1 空氣花粉的采樣方式的科學(xué)性和準(zhǔn)確性還有待提高

在綜述本文的文章中, 無論是重力法還是體積法, 都存在一定的問題。同時, 空氣花粉飄散存在時空分布特征, 甚至在同一個采樣地, 在不同高度的樓層進行采樣, 花粉的數(shù)量變化也會有較大的變化。而在花粉的鑒定中, 由于一些不同的種、屬甚至是科的花粉存在著一定相似性, 沒有辦法完全進行詳細的分類。因此, 應(yīng)該采用“分類單元”這種形式, 無論是科還是屬都只是分類標(biāo)準(zhǔn)中的一個單元, 這樣就能夠提高花粉種類描述的準(zhǔn)確性。

6.2 為了分析而分析, 卻不分析背后的原因

綜述中很多文章采取各種相關(guān)性分析方法進行探討, 得出花粉類型百分比和氣候因子之間的相關(guān)關(guān)系, 但是并沒有探討其深層次的含義。例如, 李摯和李英等在研究主要花粉類型和氣候因子之間的關(guān)系中均采取了相關(guān)性分析方法, 但是結(jié)果僅僅表達出某一類花粉和不同氣候因子存在顯著正相關(guān)關(guān)系或者存在顯著反相關(guān)關(guān)系, 但是沒有深入探討并驗證這一類花粉與這一種氣候因子存在相關(guān)關(guān)系的潛在原因[28-29]。

6.3 不能很好的解答文章的科學(xué)問題

很多的文章的科學(xué)問題并不明確, 很多的文章只是初步研究, 是調(diào)查性的論文, 也只是簡單的得出了空氣花粉的散布情況, 但是研究的科學(xué)意義并沒有深入探討。并且, 絕大部分的文章得出幾乎如出一轍的結(jié)論形式: 第一, 得出研究區(qū)的花粉組合類型; 第二, 得出花粉類型與氣候因子的相關(guān)性情況; 第三, 得出主要的致敏花粉或得到主要花粉飄散的時間。但實際上, 綜述中的絕大部分文章沒有將結(jié)論和實際情況相結(jié)合, 提出相關(guān)的一些建議, 也沒有探討研究的結(jié)論對于現(xiàn)實的意義。

7 未來研究方向

在綜述了前人文章后, 筆者認為, 對于空氣花粉的傳播機制的文章不應(yīng)該僅僅只是調(diào)查性報告, 而是要更進一步深入探討, 并與時俱進, 與當(dāng)下熱點問題和快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)相適應(yīng)。因此, 未來城市空氣花粉的研究應(yīng)該有以下幾個發(fā)展的可能性:

7.1 注重城市之間的空氣花粉的研究

在前人的文章中, 絕大部分都是對單一城市或同一時間內(nèi)多個不同區(qū)域城市空氣花粉的研究, 并未涉及較大的城市群內(nèi)或者兩個相鄰城市之間的研究。因此, 這類研究不能夠很好的反映出同時期鄰近的城市之間的花粉飄散情況, 也不能對比城市群內(nèi)不同空氣質(zhì)量的城市當(dāng)中空氣致敏花粉類型的變化情況。同時, 由于我國城市規(guī)模不斷擴張, 區(qū)域內(nèi)城市連片發(fā)展, 形成所謂的城市群。城市群內(nèi)空氣花粉的飄散又會受大氣環(huán)流及大氣化學(xué)的雙重作用,相互影響明顯。例如, 鄭卓在1990年曾用庫爾風(fēng)標(biāo)收集器對廣州地區(qū)的空氣花粉進行了收集, 提出采樣點的空氣花粉組合能夠很好地反映有效半徑為25 km以內(nèi)的植被狀況的結(jié)論[38]。按照其結(jié)論, 如圖1所示, 在粵港澳大灣區(qū)的城市群中能夠劃出像廣佛, 深港, 珠江西部城市區(qū)(珠海, 澳門, 中山和江門)等多個半徑為25 km的區(qū)域, 而對于這些城市之間空氣花粉的飄散情況和類型變化情況的研究至今仍然處于空白, 是否會存在城市間空氣花粉交叉影響的情況仍然不得而知。因此, 空氣致敏花粉防治應(yīng)當(dāng)從單個城市的防治研究上升到相鄰城市或城市群內(nèi)的聯(lián)合防治, 以達到降低花粉癥發(fā)病數(shù)的目的。

圖1 粵港澳大灣區(qū)城市群中半徑25 km的城市區(qū)

7.2 與遙感技術(shù)相結(jié)合進行分析

基于空氣花粉的研究與氣候因子的相關(guān)性, 筆者認為空氣花粉研究可以結(jié)合遙感技術(shù)進行分析。例如, 氣候變化中最不確定的因素之一就有氣溶膠的變化, 氣溶膠一方面可以影響太陽輻射和日照時間, 改變研究區(qū)溫度的變化[39-43]; 另一方面, 氣溶膠粒子又可以影響云的光學(xué)特性, 從而對降水量進行改變[44-46]。因此, 在對于大氣氣溶膠時空分布的研究中, 筆者認為可以運用到MODIS大氣氣溶膠光學(xué)厚度(AOD)資料進行分析, 分析空氣花粉與不同的大氣氣溶膠光學(xué)厚度下的氣候條件之間的關(guān)系, 探討氣溶膠光學(xué)厚度變化與空氣花粉飄散的變化規(guī)律。例如, 蘭天鴿等曾提出氣溶膠云團溫度與儀器視場背景輻射、投射到云團的四周輻射的等效亮溫之間溫差以及云團光學(xué)厚度是影響生物氣溶膠被動紅外探測的關(guān)鍵因素; 因此要想利用紅外探測等遙感技術(shù)對空氣花粉這類生物氣溶膠進行識別, 就不得不涉及氣溶膠光學(xué)厚度的研究[47]。除此以外, 一些利用遙感技術(shù)來探測生物氣溶膠中花粉成分的研究也已經(jīng)在探索當(dāng)中。蘭天鴿曾通過增加程長L來獲得較大的光學(xué)厚度 ,可以使測量的光譜信號有足夠的信噪比用于生物氣溶膠探測、識別[47]。李樂等曾采用壓片法對梨花粉2.5—15 m波段的反射光譜進行了測量, 利用Krames Kronig( K— K)關(guān)系計算了復(fù)折射率, 并就傅里葉紅外光譜儀測試壓片的入射角和復(fù)折射率長波長、短波長區(qū)外推兩方面對結(jié)果作了誤差分析。結(jié)果表明, 利用反射光譜計算花粉復(fù)折射率的方法是可行的, 而且計算得到的復(fù)折射率譜對梨花粉光學(xué)特性的研究以及生物氣溶膠成分的探測、識別有一定的參考價值[48]。

7.3 結(jié)合現(xiàn)實問題進行研究

對于城市空氣致敏花粉的研究, 最終的目的是為了改善城市環(huán)境, 減少城市花粉癥的發(fā)病情況。因此, 我們必須結(jié)合現(xiàn)實問題進行研究。例如, 霧霾對城市空氣花粉與致敏病存在影響, 主要體現(xiàn)在: 1)城市燃煤和汽車尾氣排放的高濃度氣溶膠導(dǎo)致霧霾天氣增加, 而且, 氣溶膠光學(xué)厚度變化會對氣溫和降水產(chǎn)生一定的影響[39-46]; 2)空氣污染會使得花粉變性, 或增強空氣致敏花粉的致敏性和抗藥性, 使得花粉癥高發(fā)[31-34]。這些問題都不只是簡單的調(diào)查報告能夠解決的, 而是要求我們更深入, 更緊扣生活實際和現(xiàn)實問題進行分析和研究。

[1] 全國綠化委員會辦公室. 2016年中國國土綠化狀況公報[M]. 2017

[2] 楊瓊梁, 歐陽婷, 顏紅, 等. 花粉過敏的研究進展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2015, 31(24): 163–167.

[3] BLACKELY CH. Experimental Researches on the Nature and Causes of Catarrhus Aestivus[M]. Londrés: Bailliere, Tindal & Cox, 1873.

[4] DURHAM O C. The volumetric incidence of atmospheric allergens : I. Specific gravity of pollen grains[J]. Journal of Allergy, 1943, 14(6): 455–461.

[5] 張金談. 北京西郊空氣中的花粉[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(英文版), 1964, 12(3): 282–285.

[6] 張金談, 陳克, 莫廣友, 等. 廣西南寧空氣中孢粉及其致敏性研究[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(英文版), 1984(6): 9–15.

[7] 方潤琪, 謝淑瓊, 楊素芳, 等. 昆明市大氣中花粉飄散情況的調(diào)查報告[J]. 昆明醫(yī)科大學(xué)學(xué)報, 1989, (4): 70.

[8] 王凱萍, 李淑云. 南京地區(qū)空氣中孢粉與支氣管哮喘發(fā)病的關(guān)系[J]. 南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 1989, (3).

[9] 張華, 鄭卓. 廣州市氣傳真菌散布規(guī)律與氣候的關(guān)系[J]. 中山大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)科學(xué)版), 2006, 27(5): 2–4.

[10] 鄭卓. 中山大學(xué)校園內(nèi)空氣中孢子花粉散布的初步調(diào)查[J].生態(tài)科學(xué), 1994, (2): 11–17.

[11] 黃賜璇, 許清海, 陽小蘭, 等. 東北平原海倫空氣孢粉分析[J]. 地理科學(xué)進展, 2001, 20(4): 371–377.

[12] 和艷琴, 楊松生, 白翠菊, 等. 麗江市大氣花粉分布及其與變態(tài)反應(yīng)性疾病的關(guān)系[J]. 中華臨床免疫和變態(tài)反應(yīng)雜志, 2010, 4(3): 176–185.

[13] 賀楊宇, 李蘭, 鄭躍杰. 深圳市氣傳花粉調(diào)查分析[J]. 海南醫(yī)學(xué), 2011, 22(6): 136–138.

[14] 馮滿, 呂森林, 張睿, 等. 上海大氣中花粉與顆粒物的復(fù)合污染特征[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2011, 31(7): 1095–1101.

[15] 任晶晶. 上海飛散致敏花粉與典型大氣污染之間的復(fù)合污染特征及其誘導(dǎo)的致敏蛋白表達差異研究[D]. 上海:上海大學(xué), 2013.

[16] 肖小軍, 謝雄杰, 康敏雄, 等. 深圳市春季氣傳致敏花粉的調(diào)查[J]. 免疫學(xué)雜志, 2011(10): 837–839.

[17] 肖小軍, 劉玉琳, 謝雄杰, 等. 深圳市秋季氣傳致敏花粉的調(diào)查[J]. 江西師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版, 2011, 35(6): 587–590.

[18] 肖小軍, 胡東生, 劉志剛, 等. 深圳市氣傳致敏花粉調(diào)查及其與氣候條件相關(guān)性研究[J]. 江西師范大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2015(6): 580–583.

[19] 蔣素雪, 李月叢, 許清海, 等. 蘭州郊區(qū)空氣孢粉組合及特殊天氣的影響[J]. 古地理學(xué)報, 2010, 12(5): 629–638.

[20] 程晟, 余詠梅, 阮標(biāo). 中國主要城市氣傳花粉植物種類與分布[J]. 中華臨床免疫和變態(tài)反應(yīng)雜志, 2015(2): 136– 141.

[21] 李全生, 江盛學(xué), 李欣澤, 等. 中國氣傳致敏花粉的季節(jié)和地理播散規(guī)律[J]. 解放軍醫(yī)學(xué)雜志, 2017, 42(11): 951– 955.

[22] KAPYLA M. Diurnal variation of non-arboreal pollen in the air in Finland[J]. Grana, 1981, 20(1): 55–59.

[23] NORRIS-HILL J, EMBERLIN J. Diurnal variation of pollen concentration in the air of north-central London[J]. Grana, 1991, 30(1): 229–234.

[24] KEYNAN N, WAISEL Y, SHOMER-ILAN A, et al. Annual variations of air-borne pollen in the coastal plain of Israel[J]. Grana, 1991, 30(2): 477–480.

[25] D’AMATO G, CECCHI L, BONINI S, et al. Allergenic pollen and pollen allergy in Europe[J]. Allergy, 2007, 62(9): 976–990.

[26] 王玉珍, 黃夏, 張金談. 天津市氣傳致敏花粉探討[J]. Journal of Integrative Plant Biology, 1989, 3: 9.

[27] 黃賜璇, 陳志清, 馬瑞. 空氣中致敏花粉的定量研究[J]. 地理科學(xué)進展, 1999, 18(3): 263–266.

[28] 李摯, 何海娟, 孫國強, 等. 北京市區(qū)與過敏相關(guān)的氣傳花粉[J]. 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床, 2015, 35(6): 734–738.

[29] 李英, 李月叢, 呂素青, 等. 石家莊市空氣花粉散布規(guī)律及與氣候因子的關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2014, 34(6): 1575– 1586.

[30] 雷超, 李荔, 劉志剛, 等. 不同高度樓層致敏氣傳真菌的調(diào)查[J]. 中國醫(yī)療前沿, 2008, 3(13): 4–5.

[31] DIAZ-SANCHEZ D, TSIEN A, FLEMING J, et al. Combined diesel exhaust particulate and ragweed allergen challenge markedly enhances human in vivo nasal ragweed-specific IgE and skews cytokine production to a T helper cell 2-type pattern[J]. The Journal of Immunology, 1997, 158(5): 2406–2413.

[32] RIEDIKER M, MONN C, KOLLER T, et al. Air pollutants enhance rhinoconjunctivitis symptoms in pollen-allergic individuals[J]. Ann Allergy Asthma Immunol, 2001, 87(4): 311–318.

[33] OKUYAMA Y, MATSUMOTO K, OKOCHI H, et al. Adsorption of air pollutants on the grain surface of Japanese cedar pollen[J]. Atmospheric Environment, 2007, 41(2): 253–260.

[34] 王青躍, 董詩洋, 呂森林, 等. 致敏杉樹花粉抗原蛋白的空氣污染變性與其對于生物細胞的凋亡的誘導(dǎo)能力的評估[C]// 2014中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會, 2014.

[35] 辛嘉楠, 歐陽志云, 鄭華, 等. 城市化加劇花粉過敏癥的機制研究進展[J]. 環(huán)境與健康雜志, 2007, 24(10): 833– 836.

[36] 李勁松, 孫潤橋. 北京市大氣花粉時空分布的研究[J]. 中國公共衛(wèi)生, 2000, 16(12): 1089-1091.

[37] 郄光發(fā), 楊穎, 王成, 等. 軟質(zhì)與硬質(zhì)地表對樹木花粉日飄散變化的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2010, 30(15): 3974-3981.

[38] ZHENG Z. A primary study on airborne pollen and spore grains by means of Cours sampler in Guangzhou[J]. Journal of Graduate Students of Zhongshan University(Natural Science Edition), 1990, 11(2):20–28.

[39] WILD M, TRUSSEL B, OHMURA A, et al. Global dimming and brightening: An update beyond 2000[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2009, 114: 1–14.

[40] KAISER D P, QIAN Y. Decreasing trends in sunshine duration over China for 1954-1998: Indication of increased haze pollution?[J]. Geophysical Research Letters, 2002, 29(21): 20–42.

[41] ZHENG Xiaobo, KANG Weimin, ZHAO Tianliang, et al. Long-term trends in sunshine duration over Yunnan- Guizhou Plateau in Southwest China for 1961–2005[J]. Geophysical Research Letters , 2008, 35: 1–4

[42] STANHILL G. A perspective on global warming, dimming, and brightening[J]. Eos, Transactions American Geophy-sical Union, 2007, 88(5): 58–58.

[43] ROMANOU A, LIEPERT B, SCHMIDT G A, et al. 20th century changes in surface solar irradiance in simulations and observations[J]. Geophysical Research Letters, 2007, 34(5): 89–103.

[44] WANG K, DICKINSON R E, LIANG S. Clear Sky Visibility Has Decreased over Land Globally from 1973 to 2007[J]. Science, 2009, 323(5920): 1468.

[45] ROSENFELD D, DAI Jin, YU Xing, et al. Inverse Relations between Amounts of Air Pollution and Orographic Precipitation[J]. Science, 2007, 315(5817): 1396.

[46] 丁一匯, 李巧萍, 柳艷菊, 等. 空氣污染與氣候變化[J]. 氣象, 2009, 35(3): 3–16．

[47] 蘭天鴿, 熊偉, 方勇華, 等. 應(yīng)用被動傅里葉變換紅外光譜技術(shù)探測生物氣溶膠研究[J]. 光學(xué)學(xué)報, 2010, 30(6): 1656–1661.

[48] 李樂, 胡以華, 顧有林, 等. 梨花粉紅外波段復(fù)折射率測定與分析[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2015, 35(1): 89–92.

Advances in urban airborne pollen

Jiang Weiming1, PAN Ruicong1, LUO Chuanxiu2,*, LIN Meizhen1,*

1. School of Geographical Sciences, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China 2. CAS Key Laboratory of Marginal Sea Geology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, 164 Xingang Xilu, Guangzhou 510301, China

By reviewing the advances in urban air pollen, it summarizes and compares the collection methods of urban air pollen, analyzes the species of air pollen, the law of space-time propagation, the relationship between the geographical environment and climate conditions and the air pollen, points out the problems in the study, and looks forward to the prospect of the research. The summary of the research progress shows that the traffic pollution, the heat island effect, the urban greening and the increase of the hard ground will increase the sensitivities of the air pollen to a certain extent, and have a positive influence on the air pollen dispersal, so it can aggravate the incidence of pollen disease. Based on the problem of sample collection technology in the study of air pollen, the analysis of the reason is too simple and can not solve the scientific problems. The author puts forward three future research directions, such as the research on the air pollen between contiguous cities, the combination of remote sensing technology and combination with the practical problems.

urban airborne pollen; sensitization; pollen genera; climatic factors; urbanization

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.06.026

Q948.12+2.6

A

1008-8873(2018)06-199-10

2017-10-10;

2018-04-06

廣州市孢粉致敏病學(xué)研究與預(yù)報(201510010043); 珠江口西岸基塘系統(tǒng)格局演變及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究(41771097)

江偉明(1993—), 男, 廣東珠海人, 碩士, 主要從事自然地理學(xué)研究, E-mail: gzdxjwm@126.com

羅傳秀, 女, 博士, 副研究員, 主要從事孢粉學(xué)研究, E-mail:luocx30@126.com

江偉明, 潘睿聰, 羅傳秀, 等. 城市空氣花粉的研究進展[J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(6): 199-208.

Jiang Weiming, PAN Ruicong, LUO Chuanxiu, et al. Advances in urban airborne pollen[J]. Ecological Science, 2018, 37(6): 199-208.