摘要：城市绿色空间是市民与环境互动、维持人类健康的重要空间。城市绿色空间中部分树木释放出的孢粉（孢子与花粉）会诱发人类产生过敏反应，严重威胁人类健康。根据世界卫生组织预测，未来20年内将会有35％的世界人口对孢粉产生过敏反应。文中综述国内外65个主要城市树木孢粉致敏的研究进展，梳理孢粉致敏的研究历程和监测方法，比较得出城市中引发孢粉致敏的主要树种及风险期；在此基础上，归纳出诱导城市树木孢粉致敏发生率提升的4大因素——气候因子、城市空气污染物、城市绿化方式以及植物之间的交叉反应，并提炼出目前树木孢粉致敏研究存在的短板；从5个方面阐述孢粉致敏对公园城市营造的启示，并提出未来研究展望，以期科学指导我国公园城市的园林建设，推动“健康中国”发展战略的实施。

关键词:城市树木，孢粉，致敏，公园城市

作者：宗  桦    姚鳗卿    吴晓奕

　　据美国南加利福尼亚大学统计数据预测，2009—2050年居住在城市地区的人口比例将从50％增至69％，其中美国、中国和印度的城市土地扩张率最高，几乎占总扩张面积的43％。不断增长的城市化率对城市绿地空间的质量提出了越来越高的要求。城市树木包括街道树木、私家花园树木、公园树木和郊区森林等，是城市绿地空间的重要组成部分。树木为城市创造的生态效益和价值持续成为近20年的研究热点，如有效调节气候变化和雨水径流、保护动植物多样性、削减城市噪声、拦截UV-B辐射，以及吸收气态污染物和吸附颗粒物等。尽管城市树木对人类社会具有有益影响，但也同时带来了生态威胁。几乎所有的树木都会释放出挥发性有机物（BVOCs）进而造成空气污染，如桃金娘科、山龙眼科树木释放出的异戊二烯是形成光化学烟雾和地面臭氧的关键前体。某些城市树木则会释放出孢粉（孢子与花粉），导致人体产生一系列的过敏性疾病，包括过敏性鼻炎、过敏性皮疹、支气管炎和哮喘等，严重威胁人类健康。根据世界卫生组织数据，在未来20年内将会有35％的世界人口对孢粉产生过敏反应。迄今为止，发达国家已经开展了孢粉的持续监测和预报，密切关注城市植被对孢粉过敏症发展的影响。

　　截至2016年末，我国城市建成区的绿地率已达到了36.4%，人均公园绿地面积已达13.5 m2，孢粉过敏原、过敏率呈现不断攀升的趋势。党的十九大报告明确了我国城市将朝向“绿色、健康、生态、可持续”的方向发展，医防融合的城市建设更需要适宜的城市树木加以护航。因此，本文拟总结归纳国内外城市中树木孢粉致敏的研究现状，以期为建设医防可控、绿色健康的城市园林，改善城市环境、提升居民社会福祉提供支撑。

　　1  国内外城市树木孢粉致敏研究发展历程

　　国外的城市树木孢粉致敏研究起始较早。1873年Blackley明确提出孢粉会导致人类过敏，并成功发明了全球第1个孢粉采集器。借助于孢粉采集器和现代医疗技术的发展，人们对于孢粉致敏的研究不断加深，从草本发展到木本，从山区发展到城市。近20年来，世界各地有关城市树木致敏的研究呈现井喷式爆发，研究区域涉及欧洲、美国、澳大利亚、新西兰和日本，研究对象既包含整个城市，又包含城市内具体公园、街道、街区和住宅周围等，类型丰富多样。

　　我国的研究始于1956年北京协和医院变态反应科成立之际。从20世纪80年代开始，各主要医疗机构和科研单位先后在广州、济南、西安、重庆、海口和北京等城市采集空气中的孢粉，确定当地孢粉致敏植物种类。然而与国外相比，我国的研究成果数量较少，鲜有小尺度的城市内部空间和特异性的树木孢粉收集与研究。

　　2  城市树木孢粉致敏程度的评估方式

　　目前，城市树木孢粉致敏程度的评估主要通过实测孢粉浓度和公式计算法来实现。

　　2.1  实测收集法

　　实测法是评估孢粉致敏程度的传统方法，常用的有重力法和体积法2种。重力法是在特定的取样平台上放置涂有甘油或者软性凡士林等粘附剂的载玻片，让孢粉在重力作用下粘附于载玻片上。这种方法操作简单、成本低廉，但孢粉沉积受风速和风向的干扰大，容易吸附灰尘，且需要较高频次的人工置换。重力法的测试仪器主要是Durham采样器，在我国的研究中应用最为广泛。在20世纪80—90年代，国内学者采用重力法分别收集了北京、禹城、南宁、广州和南昌城区等地的大气孢粉；国外学者也通过重力法收集了美国图森市的空气孢粉。2000年之后，Hong等采用重力法辨别出桤木、胡杨、栎树和松树是首尔市致敏孢粉的主要来源。张贵生等采用重力法发现，近20年西安城区孢粉种类增加了25种，总量增加了2.7倍，悬铃木属花粉比例由7.40%增至65.31%。

　　为了减少重力收集的误差，Hirst采用体积法开发了利用气流将孢粉吸附在滤网或者玻片上的Hirst采样器。随后，Burkard公司改良并生产出Hirst-Burkard收集器，其优势在于可以长时间（7 d）连续自动捕捉孢子。从20世纪90年代国外就开始广泛使用Hirst-Burkard收集器，而国内则在2010年以后才开始使用。在本研究涉及的65个城市中，有84.38%的国内城市选用了重力法，87.88%的国外城市选用了体积法。孟龄使用体积法研究发现，北京树木孢粉以松属孢子最多。Sercombe等采用体积法研究发现，悉尼市悬铃木属占总花粉量的76％。另外，也有部分研究比较了重力法和体积法的差异。如用2种方法分别收集日本柳杉和巴塞罗那油橄榄的孢粉，均证实了重力法和体积法的效果差异不显著。

　　2.2  公式计算法

　　目前常用的公式有致敏指数公式和城市绿地致敏指数公式()，其中IUGZA公式在近几年应用较为频繁。Mrđan等利用A.I.公式在诺维萨德市的8所学校中筛选出21种高致敏树种。多名学者先后使用IUGZA公式计算了地中海6个国家20余个公园树木的致敏风险。然而，国内还未曾使用公式法评估过城市树木的致敏风险。

　　3  城市中产生主要孢粉致敏原的树种及风险期分析

　　3.1  国内城市中产生主要孢粉致敏原的树种及风险期分析

　　由于地理位置和气候背景的差异，在我国33个城市中引发致敏的乔木种类呈现出明显的地域差异(表1、表2)。在东北地区和华北地区，4—5月是孢粉致敏的高峰期，杨、榆、柳属乔木的花粉致敏威胁最高，随后是桦木、悬铃木和柏属树木。在华东地区，悬铃木、松、桑和柏属乔木产生的孢粉是城市的主要致敏原，风险期主要在集中在3—4月。在华中地区，松和柏属乔木是致敏风险最高的2种乔木类型，风险期主要为3—4月。在华南地区，松、桉和羊蹄甲属乔木是主要致敏原，孢粉期主要集中在2—4月。在西南地区，除了松属乔木外，各城市致敏乔木种类分散，除拉萨外，孢粉高发期主要为3—4月。在西北地区的城市，产生较多致敏孢粉的乔木主要为为松、杨、柳和桦木属，风险期为4—5月。此外，与30年前相比，春季孢粉出现提前且持续时间不断延长。随着城市绿地率的提升，树木孢粉的数量及品种均有所增加，但在北方地区，杨和柳属花粉全年占比明显下降。

　　3.2  国外城市树木主要致敏孢粉类型及风险期分析

　　比较国外32个城市致敏孢粉乔木种类发现（表3、表4），栎属和桑属的乔木是美国城市的主要孢粉致敏原，高风险期主要集中于3—5月。在欧洲国家，桦木、栎、柏和齐墩果属的乔木则是主要的致敏原。地中海沿岸的欧洲国家，高浓度孢粉释放期主要集中在3—6月，而英国的城市则集中在5—9月。在澳洲的6个主要城市中，柏、桃金娘和松属乔木是数量最多的3类孢粉致敏树种类型，高浓度孢粉爆发期为7—11月。印度城市的致敏孢粉主要输出树种为楝、山麻黄、木麻黄和椰子属；韩国是栎、松、桤和鹅耳枥属；日本则是扁柏和柳杉属，但风险期大多集中于2—5月。国外的致敏树种通常都是城市中重要的行道树，如在马德里30万棵行道树中，有超过6万棵是法桐和侧柏，这2种乔木也约占巴塞罗那城市树种的1/3以上。日本常用行道树——日本柳杉也是当地孢粉致敏的主要诱因之一。另有研究表明，西班牙沿海城市树木孢粉期提前，孢粉的总量和每日浓度在逐年递增，在美国和瑞士的多个城市也出现了类似现象。 

　　4  影响城市树木孢粉释放的因素

　　4.1  气候因子

　　研究表明，城市气候包括温度、降雨、湿度和风速等对孢粉的产生和传播有着密不可分的影响。

　　温度是物候学的重要决定因素，植物物候性状（如开花，叶和芽的形成，果实和花粉的产生）对温度变化非常敏感。因此，温度直接制约着城市树木孢粉的生产量和生产周期。研究表明，城市化率引发的全球变暖可能是城市孢粉数量不断增加、生产季节提前和持续时间延长的重要诱因。如北京崇文区的树木孢粉产生量受温度的正影响显著。从20世纪中期起，伦敦、斯德哥尔摩等地的桦木花粉数量随温度的升高呈增加趋势，东京日本柳杉的孢粉数量也与温度呈正相关。

　　降水时期会对孢粉的产生和飘散带来不同程度的影响。通常认为，在花序生产、花粉形成和释放之前的降水量有利于孢粉产量的增加，但在孢粉释放周期内的降水会导致“雨水冲刷”现象，降低空气中的孢粉浓度。Xu等和肖小军等在不同城市中均观察到，降水量与空气中每日孢粉含量呈负相关。

　　城市环境的相对湿度也会影响到孢粉的散发，夜晚的高湿度能促进花药/孢子体发育，而白天的低湿度则有利于花药/孢子体破裂，如果相对湿度低于50％，致敏树种则会更快地释放孢粉。柏林市的桦木、北京的松柏、成都的松和胡桃以及什切青的橡树孢粉释放量均与当地相对湿度呈显著负相关。

　　树木的孢粉产生期和散发期通常不能完全重合，这是风所造成的结果。风速会直接影响着孢粉传播的时间、距离以及高度。研究发现，风速和孢粉脱离之间不存在线性关系，但可能存在一个较低的临界风速值。某些乔木的孢粉需经风的震荡来释放，否则它们重叠的物理结构将困住孢粉粒，适度的风速有利于花粉/孢子体的开裂。一旦孢粉被释放到大气中，风引起的气流机械力将成为唯一将孢粉保留在空气中的因素。因此，风向和风速是影响孢粉浓度最重要、最直接的气象因素。如局部风向是造成瓜达拉哈拉市孢粉浓度变化的主要因素。在南京市区观测到的乔木孢粉峰值期所对应的风速要高于市内草本。

　　4.2  城市空气污染物

　　流行病学研究表明，城市空气污染物会导致孢粉过敏症状恶化。城市热岛引起的CO2浓度增高会令乔木单株孢粉量增加和花期提前，提高的O3水平可导致孢粉中的致敏原含量更高。此外，颗粒物（PM）、柴油机尾气颗粒（DEP）、NO2或SO2还可以通过影响孢粉致敏原的吸附、传播途径或改变孢粉的基因组，产生更强的致敏反应。例如，PM会积聚在桦树花粉颗粒的表面，改变孢粉的形状和外壁；高剂量的CO会诱导桦木孢粉的晶粒塌陷；德黑兰地区的柏木由于受到SO2的影响，孢粉的总蛋白质量减少；高浓度的NO2能够从柏木花粉粒中分离出游离亚颗粒，并释放到大气中。

　　4.3  城市绿化方式的改变

　　绿化物种多样性通常与城市生活质量呈正相关。物种多样性低的城市，会产生高浓度的单特异性孢粉。而在城市绿化中，出于功能性的考虑（如分隔空间和设置屏障等），会大量使用单一树种。例如，伊比利亚半岛的所有城市都采用了花粉高致敏的悬铃木；西班牙埃尔切市单一且大量使用棕榈树，以至孢粉过敏症患者比例位居西班牙首位；格拉纳达市有超过3 000棵孢粉高产的柏木，以致当地过敏症的发病率接近30％。同样，北京市郊也因大量种植高致敏的杨树作为城市防沙林，而引发较高的过敏率。

　　外来乔木会为当地带来新的孢粉致敏原。例如，原产澳大利亚和南亚的木麻黄已作为景观乔木广泛用于广州、福州和伊比利亚半岛等沿海城市，成为当地秋季花粉症的诱因。在国外城市绿化中广泛使用的原产于我国的银杏，具有较强的致敏能力，目前已被认定为韩国和地中海城市的重要致敏孢粉释放原之一。当然，亦有部分致敏性强的乔木是自然入侵物种，但是由于其观赏价值最终也被用于城市绿化，如阿拉伯金合欢（Acacia dealbata）、刺槐（Robinia pseudoacacia）和刺柏（Parkinsonia aculeata）等。另外，为了防止落花落果、方便城市绿化管理，有意选择雄性植株，导致雄树的使用比例明显增加，也是城市孢粉过敏发生率不断上升的主要原因，这种现象在柳、桑和银杏等城市乔木应用时尤为突出。

　　4.4  城市植物之间的交叉反应

　　人体免疫系统对于吸入的孢粉粒产生过敏反应是由蛋白质类的过敏原导致的，这些特异性较强的蛋白质类过敏原大多位于孢粉外壁。但是，孢粉壁还含有许多特异性不强的次要过敏原，此类蛋白质在序列和结构上显示出高度的相似性，会引发不同孢粉之间的免疫学交叉反应，增强了过敏效应，亲缘关系较近的乔木具有更多的共享抗原。因此，柏属乔木的孢粉之间不仅能产生交叉反应，还能与松属植物产生交叉反应；桦树花粉既与白蜡树的花粉存在交叉抗原，又能与苹果、猕猴桃等乔木发生交叉反应。

　　5  现有研究存在的短板

　　目前对于城市树木孢粉致敏的研究已经在机制阐述和防治措施等方面取得了一定程度的进展，但从已发表的成果中可以发现研究仍存在以下3个方面的主要问题：

　　1）孢粉实测采样方式的科学性和准确性亟待提高。在孢粉采样中，国内外都存在设备高度不一致、布点数量不均匀、测量周期不一致等问题，使数据采集的科学性和准确性大打折扣。在本文涉及的65个城市中，有66.67%的城市都只设置了一个观测点，设备放置高度从1.5 m到45 m不等。由于受绿化不均和风向的影响，即便在同一个采样地的不同高度采样，孢粉数量也会有较大的差别。国内90%以上的研究观测周期都在1年内，而国外的观测周期通常在2年以上。事实上，由于树木本身的营养原因，开花量也会存在大小年的差异，仅1年的数据并不能准确反映城市树木孢粉撒播的真实情况。

　　2）孢粉种类的鉴定不够精确。由于乔木孢粉在种、属甚至是科层面上的形态存在着一定相似性，鉴定较为困难。且现有成果大都来自医学院、医科大学或气象学专业，因此孢粉鉴定仍停留在科和属的层面，对孢粉种类的鉴定还不够专业和精确。

　　3）目前虽已明确孢粉致敏的风险会随着交通污染物的增加而增高，但大多数研究都只考虑了单一交通污染物的影响。实际上，交通污染物是复合物，因此有必要弄清复合污染物与孢粉致敏之间的协同关系。另外，虽然通过实验得出了许多结论，但这些结论是否可以应用于真实的户外环境仍值得商榷。

　　6  孢粉致敏对公园城市建设的启示与研究展望

　　在2000年之后，城市园林建设愈发关注健康与人类福祉，欧洲已经开始实施无过敏园艺，选择低或中度致敏潜力或不同性别的植物参与城市绿化，这对我国的“公园城市”建设带来了一系列的启示。一是为了准确诊断孢粉病患者的过敏原并体现城市中景观植物选择的意义，有必要建立一个包含孢粉形态、化学组成以及分子生物学技术信息的数据库。二是可适度引进外来树种，增加城市树木的多样性，避免单特异性孢粉的来源，有效降低致敏花粉的释放率，但应避免过度使用外来树种作为行道树。三是城市绿地应选择孢粉产量较少的树种，并保持树木性别数量均衡。四是严格保持树木之间的最小种植距离，在邻近树种的选择时应考虑系统发育的“相似性和相关性”原则，谨慎选择同属的植物，避免交叉反应。五是应邀请植物分类及其相关专业专家参与完善当地绿地设计规范，支持推广低敏城市绿地建设。

　　城市树木孢粉致敏的未来研究重点将聚焦于以下几个方向：一是开展长期的孢粉监测与预报。多年监测既可透彻了解某一种树木孢粉的浓度变化，又可监测城市范围内孢粉总量的变化，以清楚地揭示大规模绿化对城市树木孢粉时空格局的影响。二是关注小尺度空间，如行道区域、街头绿地、口袋绿地、附属绿地（校园、企业绿地）和屋顶花园等城市绿地的孢粉变化，有助于剖析不同下垫面和城市微气候对树木孢粉传播的影响。三是强化城市间孢粉的迁移规律研究。孢粉的移动会受到大气环流的影响，且随着我国城市面积的不断扩大和城市群逐渐形成，其受到的影响更加复杂。致敏孢粉的防治将从本地防治上升到相邻城市或城市群内的联防联治。

第一作者：宗桦，女，西南交通大学风景园林系副教授、硕士生导师，四川大学植物学博士，澳大利亚昆士兰大学农业与食品学院访问学者，主要研究方向为园林生态，E-mail:huangjiaqiutian@aliyun.com。