隨著全球氣候變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及人類生產(chǎn)生活的全球化以及密切的森林木材產(chǎn)品貿(mào)易往來(lái)，森林病蟲(chóng)害的爆發(fā)及傳播愈發(fā)頻繁，造成的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)危害日益加劇。其中，“樹(shù)流感”就是典型代表之一。

來(lái)源：中科院之聲公眾號(hào)

隨著全球氣候變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及人類生產(chǎn)生活的全球化以及密切的森林木材產(chǎn)品貿(mào)易往來(lái)，森林病蟲(chóng)害的爆發(fā)及傳播愈發(fā)頻繁，造成的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)危害日益加劇。其中，“樹(shù)流感”就是典型代表之一。

究竟什么是“樹(shù)流感”？

“樹(shù)流感”的學(xué)名是“櫟樹(shù)猝死病”（Sudden Oak Death， SOD），是由櫟樹(shù)猝死病菌引起的林木和觀賞植物病害，能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)樹(shù)木造成致命傷害（枝干潰瘍、枝葉枯萎），從感染到出現(xiàn)癥狀只需3-4周。引起“樹(shù)流感”的櫟樹(shù)猝死病菌為一種類真菌，可隨感病葉片、幼枝、植物苗木進(jìn)行傳播擴(kuò)散，且植物受到感染后沒(méi)有有效的防治方法。

櫟樹(shù)猝死病菌首次于1993年在德國(guó)和荷蘭的杜鵑和莢蒾上被檢測(cè)出，1996年出現(xiàn)在美國(guó)加州沿海地區(qū)的密花石櫟和櫟屬植物上，美國(guó)動(dòng)植物健康檢疫局（APHIS）于2013年發(fā)布的最新櫟樹(shù)猝死病菌已確認(rèn)寄主及易感寄主名單，全球共發(fā)現(xiàn)137種（屬）植株可在自然條件下受到侵染，在人工接種條件下，還有100多種植物能感染而造成葉片枯萎?？膳碌氖?，目前寄主植物名單還在不斷擴(kuò)大，“樹(shù)流感”既可危害闊葉樹(shù)也可危害針葉樹(shù)，既可危害喬木又可危害灌木，在危害苗木的同時(shí)還可危害成熟林。隨著全球化發(fā)展，一個(gè)地域的櫟樹(shù)猝死病菌比過(guò)去更易攜帶或轉(zhuǎn)移到另一地域，并在缺乏天敵等制約因素的新環(huán)境下擴(kuò)散，導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的生態(tài)災(zāi)難。目前該病害已引起加拿大、新西蘭、歐盟、韓國(guó)、中國(guó)以及美國(guó)等多個(gè)國(guó)家地區(qū)的高度關(guān)注，紛紛采取措施嚴(yán)防其傳入或擴(kuò)散。

圖1 櫟樹(shù)猝死病菌在寄主間傳播途徑：①表示游動(dòng)孢子通過(guò)雨水、風(fēng)攜帶或者人類活動(dòng)等到達(dá)寄主；②表示孢子侵入寄主軀干；③表示游動(dòng)孢子侵入低矮喬木或灌木；④表示植被上的孢子隨落葉到達(dá)地面；⑤表示地面落葉上的孢子又侵入寄主底部；⑥表示孢子掉落至地面，形成厚垣孢子在土壤中存活。（California Oak Mortality Task Force）。

在此背景下，中科院遙感地球所遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曹春香研究員帶領(lǐng)的環(huán)境健康遙感研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了“樹(shù)流感”爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)遙感診斷與預(yù)警研究，并且先后得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和國(guó)家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)的經(jīng)費(fèi)資助。目前在研的林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)任務(wù)包括：基于遙感等多源數(shù)據(jù)，建立全球“樹(shù)流感”環(huán)境背景因子數(shù)據(jù)集，研究“樹(shù)流感”在全球的時(shí)空分布特征；以遙感和GIS等空間信息技術(shù)為主要手段分析影響“樹(shù)流感”分布和傳播的主要環(huán)境因子，并對(duì)其在全球的潛在適生區(qū)進(jìn)行劃分；根據(jù)有害生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論，建立“樹(shù)流感”的入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系和預(yù)警模型，針對(duì)“樹(shù)流感”在中國(guó)的潛在入侵及傳播風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警。

圖2 全球“樹(shù)流感”（櫟樹(shù)猝死?。┍l(fā)點(diǎn)分布圖

目前已知的“樹(shù)流感”野外爆發(fā)點(diǎn)分布在美國(guó)、歐洲兩地，其中，美國(guó)地區(qū)爆發(fā)點(diǎn)采集時(shí)間為2000-2013年，加州 Humboldt 郡的樹(shù)流感爆發(fā)點(diǎn)數(shù)最多，共998個(gè)；其次加州 Sonoma、Marin、SanMateo、SantaClara、Monterey郡與俄勒岡州Curry郡的樹(shù)流感爆發(fā)點(diǎn)數(shù)較多，在201-500個(gè)之間；其次為加州ContraCosta、Alameda、SantaCruz等郡，爆發(fā)點(diǎn)數(shù)在101-200個(gè)之間；再其次是加州Mendocino、Napa、Solano、LosAngeles、SanDiego等郡的爆發(fā)點(diǎn)數(shù)介于11-100個(gè)之間。歐洲地區(qū)爆發(fā)點(diǎn)采集時(shí)間為2004-2006年（歐洲全區(qū)調(diào)查，RAPRA協(xié)調(diào)）、2010-2013年（英國(guó)林業(yè)委員會(huì)）。英國(guó)Devon郡的樹(shù)流感爆發(fā)點(diǎn)最多，爆發(fā)點(diǎn)數(shù)大于151個(gè)；其次英國(guó)Cornwall、Dumfries& Galloway等郡的爆發(fā)點(diǎn)數(shù)在100-151個(gè)之間；而西班牙、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)都存在爆發(fā)點(diǎn)數(shù)為11-50個(gè)的郡。

圖3 美國(guó)/歐洲各郡“樹(shù)流感”爆發(fā)點(diǎn)數(shù)分級(jí)圖

時(shí)空掃描統(tǒng)計(jì)量在空間掃描統(tǒng)計(jì)量上引入時(shí)間維，使掃描統(tǒng)計(jì)量能同時(shí)在空間和時(shí)間上對(duì)聚集性進(jìn)行探測(cè)。利用回顧性時(shí)空掃描統(tǒng)計(jì)量對(duì)美國(guó)2000-2013年、歐洲2004-2013年爆發(fā)的樹(shù)流感疫情地進(jìn)行時(shí)空聚集性分析。由疫情地各郡“樹(shù)流感”爆發(fā)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以每個(gè)郡的空間質(zhì)心作為發(fā)病點(diǎn)，時(shí)間步長(zhǎng)分別設(shè)為1個(gè)月（美國(guó)）、1年（歐洲），時(shí)空聚集掃描的最大時(shí)間都為12個(gè)月，空間掃描窗口最大半徑都為1000km，結(jié)果見(jiàn)圖4。在美國(guó)，時(shí)空聚集最強(qiáng)的區(qū)域在加州Sonoma、Napa等郡，發(fā)生于2006年4月；在歐洲地區(qū)，時(shí)空聚集最強(qiáng)的區(qū)域在英格蘭、蘇格蘭及愛(ài)爾蘭等地區(qū)，發(fā)生于2013年。

圖4 美國(guó)/歐洲“樹(shù)流感”爆發(fā)點(diǎn)時(shí)空聚集性專題圖

限制物種的潛在分布區(qū)的因素包括生物學(xué)特性、環(huán)境和人為等因素，但氣候條件始終是制約物種陸地分布的最基本的因素。對(duì)于物種適生性評(píng)價(jià)的方法很多，其中AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)方法在專家知識(shí)和主觀經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用具有嚴(yán)密邏輯性的數(shù)學(xué)方法較全面地綜合評(píng)價(jià)主體的意見(jiàn)，客觀反映評(píng)價(jià)對(duì)象的隸屬程度，合理確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，用定量手段刻畫(huà)適生評(píng)價(jià)中的定性問(wèn)題，從而為“樹(shù)流感”在中國(guó)的適生區(qū)預(yù)測(cè)提供客觀準(zhǔn)確可靠的依據(jù)。

我國(guó)“樹(shù)流感”爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)有多大？

根據(jù)病菌的生理生態(tài)特性，并調(diào)研總結(jié)國(guó)內(nèi)外學(xué)者已有結(jié)論，研究選取的“樹(shù)流感”適生評(píng)判因子為降水量、最高氣溫、最低氣溫和相對(duì)濕度4個(gè)環(huán)境變量。基于AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)方法得到“樹(shù)流感”在我國(guó)的適生度分布和適生分級(jí)圖。進(jìn)一步把“樹(shù)流感”寄主植被分布圖與適生分級(jí)分布專題圖進(jìn)行空間疊置分析，得到“樹(shù)流感”在我國(guó)的潛在分布。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在有林地范圍內(nèi)，最適宜區(qū)域面積為48.88萬(wàn)平方千米，中等適宜區(qū)域面積為49.38萬(wàn)平方千米，對(duì)這些寄主植被覆蓋區(qū)域應(yīng)著重關(guān)注“樹(shù)流感”發(fā)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 基于AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)方法的中國(guó)“樹(shù)流感”適生度分布圖
圖6 基于AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)方法的中國(guó)“樹(shù)流感”適生分級(jí)圖
圖7 基于AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)方法的“樹(shù)流感”在中國(guó)的潛在適生分布圖

通過(guò)該公益專項(xiàng)研究，曹春香研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了喜馬拉雅山脈地區(qū)鄰近的中國(guó)南方地區(qū)在短期、中長(zhǎng)期都處于高侵入風(fēng)險(xiǎn)，雖然“樹(shù)流感”目前在國(guó)內(nèi)尚未爆發(fā)，但其主要寄主植物在我國(guó)都有廣泛的分布，一旦病菌侵入中國(guó)典型高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，該病害將快速擴(kuò)散，并在短期內(nèi)到達(dá)爆發(fā)高峰期，從而改變我國(guó)森林樹(shù)種構(gòu)成，導(dǎo)致我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)功能嚴(yán)重分裂，對(duì)我國(guó)的森林資源及森林生態(tài)建設(shè)造成極大的破壞，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生活質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響。

為了對(duì)“樹(shù)流感”爆發(fā)及傳播風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，曹春香研究團(tuán)隊(duì)在綜合考慮“樹(shù)流感”的氣候適宜性、寄主植物的分布范圍以及不同寄主對(duì)病菌的承載傳播能力的基礎(chǔ)上，選取了高、中、低風(fēng)險(xiǎn)的重慶市巫溪縣、云南省屏邊縣、江西省泰和縣、海南省白沙縣4個(gè)區(qū)域作為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)示范區(qū)。科研人員分別于2016年11月5日至10日在巫溪、11月24日至28日在屏邊、12月5日至9日在泰和，2017年3月8日至11日在白沙開(kāi)展了野外調(diào)查實(shí)驗(yàn)。

圖8 “樹(shù)流感”爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)驗(yàn)證示范區(qū)（重慶市巫溪縣、云南省屏邊縣、江西省泰和縣、海南省白沙縣）
圖9 “樹(shù)流感”野外調(diào)查實(shí)驗(yàn)工作場(chǎng)景

實(shí)驗(yàn)中調(diào)查了實(shí)驗(yàn)區(qū)森林樣方26個(gè)，探查了各樣方的寄主物種的組成、分布以及結(jié)構(gòu)參數(shù)；提取了氣溫、降水等氣候信息；采集了健康與非健康植物樣本60個(gè)；測(cè)量了42種植被的葉片光譜；構(gòu)建了“樹(shù)流感”寄主植被光譜庫(kù)。實(shí)驗(yàn)表明“樹(shù)流感”寄主植被在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)勢(shì)良好且分布廣泛，風(fēng)險(xiǎn)值和寄主植被的分布一致性很高。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)在云南省屏邊縣的杉木爆發(fā)了類似“樹(shù)流感”的枯黃病，實(shí)驗(yàn)小組對(duì)病株進(jìn)行采樣并送達(dá)有關(guān)部門(mén)進(jìn)行檢驗(yàn)。

除了針對(duì)中國(guó)地區(qū)的研究，以美國(guó)和歐洲為例，該公益專項(xiàng)還采用了Maxent、GARP 等多種生態(tài)位模型的技術(shù)手段對(duì)全球范圍的“樹(shù)流感”爆發(fā)和傳播風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了短期和中長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)預(yù)警?；诶碚擃A(yù)測(cè)研究和實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，利用遙感等空間信息技術(shù)診斷“樹(shù)流感”并對(duì)其爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，可以獲取櫟樹(shù)猝死病菌潛在寄主的分布狀況，發(fā)現(xiàn)“樹(shù)流感”的時(shí)空分布及傳播規(guī)律，識(shí)別全球及中國(guó)“樹(shù)流感”的潛在爆發(fā)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，進(jìn)而服務(wù)于最大限度保護(hù)全球森林植被資源，保障國(guó)家森林健康和生態(tài)安全。