隨著全球氣候變化對森林生態(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，森林病蟲害的爆發(fā)及傳播愈發(fā)頻繁，造成的經(jīng)濟、社會和生態(tài)危害日益加劇。其中，“樹流感”就是典型代表之一。

來源：中科院之聲公眾號

隨著全球氣候變化對森林生態(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，森林病蟲害的爆發(fā)及傳播愈發(fā)頻繁，造成的經(jīng)濟、社會和生態(tài)危害日益加劇。其中，“樹流感”就是典型代表之一。

究竟什么是“樹流感”？

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

櫟樹猝死病菌首次于1993年在德國和荷蘭的杜鵑和莢蒾上被檢測出，1996年出現(xiàn)在美國加州沿海地區(qū)的密花石櫟和櫟屬植物上，美國動植物健康檢疫局（APHIS）于2013年發(fā)布的最新櫟樹猝死病菌已確認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。可怕的是，目前寄主植物名單還在不斷擴大，“樹流感”既可危害闊葉樹也可危害針葉樹，既可危害喬木又可危害灌木，在危害苗木的同時還可危害成熟林。隨著全球化發(fā)展，一個地域的櫟樹猝死病菌比過去更易攜帶或轉移到另一地域，并在缺乏天敵等制約因素的新環(huán)境下擴散，導致不可逆轉的生態(tài)災難。目前該病害已引起加拿大、新西蘭、歐盟、韓國、中國以及美國等多個國家地區(qū)的高度關注，紛紛采取措施嚴防其傳入或擴散。

圖1 櫟樹猝死病菌在寄主間傳播途徑：①表示游動孢子通過雨水、風攜帶或者人類活動等到達寄主；②表示孢子侵入寄主軀干；③表示游動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國家重點實驗室曹春香研究員帶領的環(huán)境健康遙感研究團隊開展了“樹流感”爆發(fā)風險遙感診斷與預警研究，并且先后得到了國家自然科學基金委和國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項的經(jīng)費資助。目前在研的林業(yè)公益性行業(yè)科研專項任務包括：基于遙感等多源數(shù)據(jù)，建立全球“樹流感”環(huán)境背景因子數(shù)據(jù)集，研究“樹流感”在全球的時空分布特征；以遙感和GIS等空間信息技術為主要手段分析影響“樹流感”分布和傳播的主要環(huán)境因子，并對其在全球的潛在適生區(qū)進行劃分；根據(jù)有害生物風險評估理論，建立“樹流感”的入侵風險評估指標體系和預警模型，針對“樹流感”在中國的潛在入侵及傳播風險進行預測預警。

圖2 全球“樹流感”（櫟樹猝死?。┍l(fā)點分布圖

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

圖3 美國/歐洲各郡“樹流感”爆發(fā)點數(shù)分級圖

時空掃描統(tǒng)計量在空間掃描統(tǒng)計量上引入時間維，使掃描統(tǒng)計量能同時在空間和時間上對聚集性進行探測。利用回顧性時空掃描統(tǒng)計量對美國2000-2013年、歐洲2004-2013年爆發(fā)的樹流感疫情地進行時空聚集性分析。由疫情地各郡“樹流感”爆發(fā)點統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以每個郡的空間質心作為發(fā)病點，時間步長分別設為1個月（美國）、1年（歐洲），時空聚集掃描的最大時間都為12個月，空間掃描窗口最大半徑都為1000km，結果見圖4。在美國，時空聚集最強的區(qū)域在加州Sonoma、Napa等郡，發(fā)生于2006年4月；在歐洲地區(qū)，時空聚集最強的區(qū)域在英格蘭、蘇格蘭及愛爾蘭等地區(qū)，發(fā)生于2013年。

圖4 美國/歐洲“樹流感”爆發(fā)點時空聚集性專題圖

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。對于物種適生性評價的方法很多，其中AHP-模糊綜合評價方法在專家知識和主觀經(jīng)驗的基礎上，利用具有嚴密邏輯性的數(shù)學方法較全面地綜合評價主體的意見，客觀反映評價對象的隸屬程度，合理確定評價指標權重，用定量手段刻畫適生評價中的定性問題，從而為“樹流感”在中國的適生區(qū)預測提供客觀準確可靠的依據(jù)。

我國“樹流感”爆發(fā)風險有多大？

根據(jù)病菌的生理生態(tài)特性，并調研總結國內外學者已有結論，研究選取的“樹流感”適生評判因子為降水量、最高氣溫、最低氣溫和相對濕度4個環(huán)境變量?；贏HP-模糊綜合評價方法得到“樹流感”在我國的適生度分布和適生分級圖。進一步把“樹流感”寄主植被分布圖與適生分級分布專題圖進行空間疊置分析，得到“樹流感”在我國的潛在分布。統(tǒng)計結果表明，在有林地范圍內，最適宜區(qū)域面積為48.88萬平方千米，中等適宜區(qū)域面積為49.38萬平方千米，對這些寄主植被覆蓋區(qū)域應著重關注“樹流感”發(fā)生的潛在風險。

圖5 基于AHP-模糊綜合評價方法的中國“樹流感”適生度分布圖
圖6 基于AHP-模糊綜合評價方法的中國“樹流感”適生分級圖
圖7 基于AHP-模糊綜合評價方法的“樹流感”在中國的潛在適生分布圖

通過該公益專項研究，曹春香研究團隊發(fā)現(xiàn)了喜馬拉雅山脈地區(qū)鄰近的中國南方地區(qū)在短期、中長期都處于高侵入風險，雖然“樹流感”目前在國內尚未爆發(fā)，但其主要寄主植物在我國都有廣泛的分布，一旦病菌侵入中國典型高風險區(qū)，該病害將快速擴散，并在短期內到達爆發(fā)高峰期，從而改變我國森林樹種構成，導致我國森林生態(tài)系統(tǒng)功能嚴重分裂，對我國的森林資源及森林生態(tài)建設造成極大的破壞，對社會經(jīng)濟和人民生活質量產(chǎn)生巨大的影響。

為了對“樹流感”爆發(fā)及傳播風險預測結果進行驗證，曹春香研究團隊在綜合考慮“樹流感”的氣候適宜性、寄主植物的分布范圍以及不同寄主對病菌的承載傳播能力的基礎上，選取了高、中、低風險的重慶市巫溪縣、云南省屏邊縣、江西省泰和縣、海南省白沙縣4個區(qū)域作為風險預測示范區(qū)?？蒲腥藛T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日在白沙開展了野外調查實驗。

圖8 “樹流感”爆發(fā)風險驗證示范區(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 “樹流感”野外調查實驗工作場景

實驗中調查了實驗區(qū)森林樣方26個，探查了各樣方的寄主物種的組成、分布以及結構參數(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；測量了42種植被的葉片光譜；構建了“樹流感”寄主植被光譜庫。實驗表明“樹流感”寄主植被在風險區(qū)內的長勢良好且分布廣泛，風險值和寄主植被的分布一致性很高。實驗中還發(fā)現(xiàn)在云南省屏邊縣的杉木爆發(fā)了類似“樹流感”的枯黃病，實驗小組對病株進行采樣并送達有關部門進行檢驗。

除了針對中國地區(qū)的研究，以美國和歐洲為例，該公益專項還采用了Maxent、GARP 等多種生態(tài)位模型的技術手段對全球范圍的“樹流感”爆發(fā)和傳播風險進行了短期和中長期的預測預警。基于理論預測研究和實地調查驗證發(fā)現(xiàn)，利用遙感等空間信息技術診斷“樹流感”并對其爆發(fā)風險進行預測預警，可以獲取櫟樹猝死病菌潛在寄主的分布狀況，發(fā)現(xiàn)“樹流感”的時空分布及傳播規(guī)律，識別全球及中國“樹流感”的潛在爆發(fā)高風險區(qū)，進而服務于最大限度保護全球森林植被資源，保障國家森林健康和生態(tài)安全。