北京奧林匹克森林公園蚊蟲停落指數(shù)時間—空間分布特征與環(huán)境關系的研究*

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

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

蚊蟲監(jiān)測是預測病原體傳播媒介的重要工具，可用于了解流行病的潛力并規(guī)劃早期有效的控制策略。蚊蟲停落指數(shù)是影響人與蚊蟲接觸之間準確關聯(lián)的重要參數(shù)(陸寶麟等,1961; Hameretal.,2011)。從蚊媒流行病學的角度來看，它不僅表明蚊蟲的密度，而且還預測了蚊媒疾病暴發(fā)的可能性(Jaletaetal., 2013)。因此，停落指數(shù)調查在保護人們免受蚊蟲侵襲和預防蚊媒疾病方面起著關鍵作用(Wallaceetal., 2014)。

自然條件下不同時間尺度和不同空間范圍內的停落指數(shù)可以為指導滅蚊提供重要信息。因此，許多研究集中在蚊蟲停落指數(shù)隨時間變化的特征(高強等, 2014a; Renetal., 2015)以及與環(huán)境特征的相關性(Cumminsetal., 2012; 高強等, 2014b)。盡管一些研究人員已經注意到環(huán)境對蚊蟲停落活動的影響，但只關注人誘停落數(shù)據，而沒有進一步定量分析環(huán)境特征與蚊蟲停落指數(shù)之間的關系。隨著3 S技術(特別是RS遙感和GIS地理信息系統(tǒng))的廣泛應用，研究人員能夠通過環(huán)境特征的定量提取(Arjunanetal., 2015)應用于蚊蟲種群指數(shù)研究(Regisetal., 2013)以及蚊媒疾病的預防(Espinosaetal., 2016)。本研究以北京奧林匹克森林公園(簡稱奧森公園)為實驗場所，研究蚊蟲停落指數(shù)的時空動態(tài)格局及其與周圍環(huán)境特征的關系，明確降落率的時空分布特征，以期為人們避開蚊蟲叮咬以及奧森公園內的滅蚊工作提供科學建議。

1 材料與方法

1.1 實驗區(qū)域及監(jiān)測點的設置

研究選擇亞洲最大的城市綠化景觀——北京奧森公園作為研究區(qū)域，該區(qū)域位于中國北京的中心地區(qū)，覆蓋著約680 hm2的草場、濕地、一個帶有中心島的小湖以及茂密的灌木叢和高大的喬木；公園由城市環(huán)路分為南部公園和北部公園，這兩部分通過模擬的自然生態(tài)走廊相連。采用文獻(劉美德等, 2019) 方法，本研究在南園的東門(樹林環(huán)境)、南門(草坪環(huán)境)、東北門(灌木環(huán)境)、濕地、中心島分別確定一個監(jiān)測點。為滿足后期環(huán)境空間分析的需要，研究中使用GPS設備對每個監(jiān)測點進行了定位；并基于GPS數(shù)據獲取WorldView-2(美國DigitalGlobe公司)高分辯率衛(wèi)星影像數(shù)據(分辨率為0.5 m)以用于后續(xù)遙感與空間分析。

1.2 環(huán)境遙感分析

采用文獻(劉美德等, 2019) 方法，對奧森公園地面環(huán)境分類。應用GRASS 7.6.1采取無監(jiān)督的k均值聚類算法(k-means clustering algorithm)，基于WV2衛(wèi)星遙感影像數(shù)據完成對研究現(xiàn)場環(huán)境的遙感分類。結合現(xiàn)場勘察，將奧森公園的環(huán)境因素大致分為住宅區(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)域等。基于奧森公園的WV2數(shù)據(2013年8月)，應用GRASS 7.6.1中波段運算的方法計算與生成研究區(qū)域的NDVI值(歸一化差異植被指數(shù))柵格地圖和NDWI值(歸一化差異水指數(shù))柵格地圖(劉美德等,2019)。

1.3 空間分析

采用文獻(劉美德等, 2019) 方法，基于奧森公園衛(wèi)星影像，應用QGIS(3.8.3) 分別生成以監(jiān)測點為中心不同空間距離(100、200、400、600、800、1 000 m半徑)的緩沖區(qū)；使用空間分析方法提取每個緩沖區(qū)的各類環(huán)境定量數(shù)據，同時建立環(huán)境分類數(shù)據庫(劉美德等,2019)。經遙感與空間分析，能夠提取到各采樣點不同緩沖距離(100、200、400、600、800、1 000 m半徑)內的：人工建筑、開放水面、喬木、灌木、水體植物水體、草坪等地物面積，NDVI和NDWI值，以備后續(xù)相關與回歸分析。

1.4 蚊蟲停落指數(shù)的調查

本研究蚊蟲停落指數(shù)實驗始于2013年7月，并于當年9月結束。在每個調查月份中，停落指數(shù)實驗每月進行2次，一次在月初旬，另一次在月末旬。每次降落實驗持續(xù)約15 min，并在1 h內進行2次。隨機選擇5名志愿者在每個站點進行測試，計算測試時間內停落于他們身體上的蚊蟲的只數(shù)，并用吸蚊器捕獲停落的蚊蟲。然后在下次測試中依次輪換他們的順序，以避免個體引誘力帶來的系統(tǒng)性誤差。最后，捕獲到的蚊蟲被帶到實驗室進行形態(tài)學鑒定，停落指數(shù)的單位計為：只/(人·次)。

1.5 統(tǒng)計分析

應用SPSS 19.0軟件對蚊蟲停落指數(shù)與環(huán)境因素的關系進行Pearson相關與多元線性回歸模型分析。根據AIC值和P值，篩選出與蚊蟲停落指數(shù)相關的環(huán)境因素，并應用于多元線性回歸分析。相關與多元線性回歸模型統(tǒng)計分析中P值以0.05作為統(tǒng)計顯著性的判斷標準。

2 結果

2.1 蚊蟲停落指數(shù)的時間動態(tài)

從7—9月，平均蚊蟲停落指數(shù)呈逐步上升的趨勢，分別為3.6、5.1和10.3只/(人·次)；其中9月的停落指數(shù)達到峰值(圖1)。

圖1 7—9月平均蚊蟲停落指數(shù)

在整個調查期間，奧森公園的5個點位的停落指數(shù)顯示出空間異質性。9月在濕地、東門和中心島的停落指數(shù)達到全年最高點；在東北門、南門和東門，最低停落指數(shù)在7月可見；在濕地和中心島，最低停落指數(shù)在8月可見(圖2)。各個點位中不同月份組別間停落指數(shù)比較情況如下：在東北門，月份組別間(F= 1.129，P= 0.365)以及所有月份之間差異均無統(tǒng)計學意義，即使在圖形上顯示為8月和9月高于7月的停落指數(shù)。在濕地地區(qū)，月份組別(F= 1.223，P= 0.344)以及月份之間差異均無統(tǒng)計學意義。在南門區(qū)域，月份組別(F= 0.444，P= 0.657)和月份之間差異均無統(tǒng)計學意義。在東門位置，月份組別間(F= 2.433，P= 0.158)和月份之間差異均無統(tǒng)計學意義。在中心島區(qū)域，月份組別之間有統(tǒng)計學差異(F= 6.509，P= 0.021)，其中8—9月的停落指數(shù)具有統(tǒng)計學意義(P= 0.007)，而其他幾個月份之間差異均無統(tǒng)計學意義。

圖2 不同點位上7—9月蚊蟲停落指數(shù)

2.2 蚊蟲停落指數(shù)的空間動態(tài)

在整個研究期間，濕地(13只/(人·次))的停落指數(shù)在5個地點中排名最高，然后按停落指數(shù)從高至低依次為東門、東北門、中心島和南門，停落指數(shù)分別為8、6、3.17和1.5只/(人·次)(圖3)。

圖3 不同點位蚊蟲停落指數(shù)

從7—9月，奧森公園內的蚊蟲停落指數(shù)在不同月份、不同站點之間顯示出不同的分布模式。其中，7、9月在濕地出現(xiàn)了最高停落指數(shù)點位，在南部出現(xiàn)了2次最低停落指數(shù)點位(圖4)。

圖4 7月至9月中各個點位的蚊蟲停落指數(shù)

7月，蚊蟲停落指數(shù)從高到低依次為：濕地、中心島、東北門、東門和南門(圖2)。此外，7月份各點位組別之間的差異具有統(tǒng)計學意義(F= 3.655，P= 0.04)。LSD分析結果還顯示，濕地與其他4個地點之間的停落指數(shù)存在顯著性差異(濕地對東北門：P= 0.027；濕地對南門：P= 0.006；濕地對東門：P= 0.009；濕地與中心島：P= 0.036)，其他點位組別之間沒有顯著性差異。

8月，停落指數(shù)在東門位置最高，而這里的停落指數(shù)高于7月停落點的最高點(在濕地)。8月份濕地的停落指數(shù)低于7月份相應點位，甚至低于東北門停落指數(shù)。5個地點的蚊蟲停落指數(shù)從高到低按以下順序排列：東門、東北門、濕地、南門、中心島(圖2)。此外，對5個點位級別進行了方差分析，8月份的站點組之間的差異具有統(tǒng)計學意義(F= 4.491，P= 0.015)；此外，級別間的LSD分析結果還顯示，各站點之間停落指數(shù)存在4個顯著差異組，包括東北門與南門(P= 0.018)，東北門與中心島(P= 0.007)，南門與東門(P= 0.013)和東門與中心島(P= 0.006)。

9月，停落指數(shù)與7月一樣，再次在濕地達到峰值，同時也是所有監(jiān)測月份和所有點位中的峰值。9月份以及整個監(jiān)視期間，東門點位的停落指數(shù)在所有月份的各點位中排名第2(圖2)。此外，通過對5個點位組別進行比較，9月份該地點的組之間的差異在統(tǒng)計學上不顯著(F= 1.547，P= 0.239)。但是，LSD分析結果表明，各點位組別之間仍有一個顯著差異組合：濕地對南門(P= 0.039)。

2.3 BOFP停落指數(shù)與環(huán)境特征之間相關性的時空動態(tài)

從奧森公園內蚊蟲停落指數(shù)與環(huán)境因素不同時間段的線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，奧森公園各點位上蚊蟲停落指數(shù)相關的環(huán)境因素也呈現(xiàn)出時間—空間尺度上的特異性。其中，7月的停落指數(shù)與400 m緩沖范圍內有水草水體的面積(GW_400)正相關(系數(shù)= 2.816，P= 0.003)，8月的停落指數(shù)與100 m緩沖區(qū)水體指數(shù)值(MDWI_100)負相關(系數(shù)= -0.003，P= 0.043)，而9月的停落指數(shù)與100緩沖區(qū)內喬木的面積(HT_100)正相關(系數(shù)= 0.003，P= 0.004)。

3 討論

3.1 奧森公園內蚊蟲停落指數(shù)的空間尺度分布特征

本研究結果表明，同一個監(jiān)測月份內，在奧森公園的不同點位之間的停落指數(shù)存在一些顯著性差異點位組合，特別是濕地與其他點位之間顯著性差異的機率更高(圖2)，這說明隨著時間—空間的變化，不同點位的蚊蟲停落指數(shù)是有顯著性的時間—空間異質性。蚊蟲繁殖是需要一定的時間—空間環(huán)境條件的，不同的環(huán)境條件決定了不同環(huán)境之間停落指數(shù)的多樣性(Cumminsetal.,2012; 高強等, 2014)；在合適的蚊蟲繁殖環(huán)境下，蚊蟲的停落指數(shù)可以始終保持很高水平(Smithetal., 2004)，這可能是出現(xiàn)本研究結果的生態(tài)學原因。水體以及其中的植物是蚊蟲幼蟲高密度繁殖的良好條件(Govoetchanetal., 2014)；本研究中，濕地里有豐富的水生植物，是很好的蚊蟲繁殖地，所以奧林公園的濕地在不同調查時間窗口中都顯示出很高的蚊蟲停落指數(shù)；相反，由于植被稀少，生態(tài)系統(tǒng)簡單的南門地區(qū)只能維持較低的蚊蟲停落指數(shù)，這些都與蚊蟲的生態(tài)特征非常吻合。為了達到最佳控制效果，不同的時間窗口與空間位置上需要制定特異化的預防和控制措施( Sogoba, 2007; 劉京利等, 2012; Prosperetal., 2012)，而了解蚊蟲停落指數(shù)的時間—空間特異性可以為制定這種特異化蚊蟲控制策略提供支持。此外，了解蚊蟲停落指數(shù)的時間—空間分布，也有助于在公園內指導人群在合適時間—空間上采取相應的保護措施，更好地降低人群受蚊蟲叮咬的機率。最后，了解公園內蚊蟲停落時間—空間分布的特異性，也可以指導科學用藥，減少殺蟲劑使用的盲目性，降低殺蟲劑殘留以及對環(huán)境的破壞。

3.2 奧森公園內蚊蟲停落指數(shù)的時間尺度分布特征

研究發(fā)現(xiàn)，奧林公園內濕地在蚊蟲停落指數(shù)上排名第一，而南門則是最低的(圖3)；而且在同一個監(jiān)測點位上，不同月份間停落指數(shù)多數(shù)沒有顯著性差異；這說明奧森公園的蚊蟲停落指數(shù)時間—空間分布模式主要體現(xiàn)在空間尺度上的變化。另一方面，在時間尺度上不管是總體的還是具體點位上的，蚊蟲停落指數(shù)都是從7—9月呈現(xiàn)上升的趨勢，在9月達到高峰。通常9月不是北京全市水平的蚊蟲平均密度高峰，但本研究通過停落指數(shù)監(jiān)測卻發(fā)現(xiàn)其高峰期出現(xiàn)在9月，這與前期奧森公園的蚊蟲密度CO2誘蚊燈監(jiān)測結果一致(劉美德等,2019)。同一個城市中的不同環(huán)境區(qū)域中出現(xiàn)蚊蟲密度動態(tài)不一致的現(xiàn)象已經被很多研究證實 (Smithetal., 2004; 高強 等, 2014), 而且這些研究也證實，這些差異性主要是歸因于城市不同區(qū)域的環(huán)境特征。本研究發(fā)現(xiàn)，奧森公園蚊蟲的停落指數(shù)密度表現(xiàn)出與全市平均水平不一致的現(xiàn)象是與奧森公園內特定的環(huán)境因素相關。深入對奧森公園內蚊蟲停落指數(shù)與環(huán)境因素關系進行研究，可以幫助居民如何在奧森內合理選擇活動時間與區(qū)域，以減少叮咬或傳播疾病的風險。

3.3 奧森公園內蚊蟲停落指數(shù)與環(huán)境因素的關系

蚊蟲的停落指數(shù)受周邊環(huán)境特征的影響 (Machaultetal., 2009)。本研究發(fā)現(xiàn)蚊蟲停落指數(shù)與不同月份的特征環(huán)境動態(tài)有關,包括9月的喬木(HT_100)，7月的長有植物水體(GW_400)和8月的水體指數(shù)(NDWI_100)，這種現(xiàn)象可能與蚊幼蟲高密度孳生的水體與植被特征相關(Jacupsetal., 2009; Kuruczetal., 2009)。同樣，本研究證明，停落指數(shù)可被視為蚊蟲繁殖的重要環(huán)境指示指標(Fondjoetal.,1992; Kigadyeetal., 2011; Zhuetal., 2015)。在本研究中，與停落指數(shù)相關的環(huán)境因素不斷變化，這表明蚊蟲停落指數(shù)受不同環(huán)境的影響。本研究結果可以科學客觀地確定奧森公園需要處理的特定環(huán)境因素，以提高蚊蟲防治的效率與準確性。這種有針對性的環(huán)境管理措施包括：間歇性灌溉生長有水生植物的水體；避免對公園內灌木叢、花卉和喬木的漫灌以減少蚊蟲孳生地；可能的話，還可以對低矮灌木叢進行滯留噴灑，降低蚊蟲繁殖或棲息的風險來降低蚊蟲的停落指數(shù)。另一方面，本研究中的空間分析也表明蚊蟲停落指數(shù)只與特定空間距離內的環(huán)境因素有關(例如：GW_400、NDWI_100和HT_100)，這種相關的空間特征對于指導公共衛(wèi)生部門確定公園內蚊蟲孳生地處理空間范圍具有積極的作用。

3.4 本研究的公共衛(wèi)生意義

奧森公園對于維持北京城市生態(tài)系統(tǒng)的結構(連續(xù)性、生物多樣性保護、物種及其棲息地保護)穩(wěn)定性和城市生態(tài)安全性具有重要意義。研究奧森公園蚊蟲停落叮咬的時空動態(tài)特征可以保護人們免受蚊蟲的騷擾(Prosperetal., 2012)，并降低蚊媒傳播疾病的感染風險(Panetal., 2012)。此外，本研究也可以支持有針對性的生態(tài)環(huán)境治理，防止盲目地進行生態(tài)環(huán)境改造、更有效地發(fā)揮奧森公園作為北京重要生態(tài)屏障的功能。