人會打噴嚏，樹也會得「流感」，而且後果很嚴重

隨著全球氣候變化對森林生態系統的影響，以及人類生產生活的全球化以及密切的森林木材產品貿易往來，森林病蟲害的爆發及傳播愈發頻繁，造成的經濟、社會和生態危害日益加劇。其中，「樹流感」就是典型代表之一。

究竟什麼是「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（枝幹潰瘍、枝葉枯萎），從感染到出現癥狀只需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，且植物受到感染後沒有有效的防治方法。

櫟樹猝死病菌首次於1993年在德國和荷蘭的杜鵑和莢蒾上被檢測出，1996年出現在美國加州沿海地區的密花石櫟和櫟屬植物上，美國動植物健康檢疫局（APHIS）於2013年發布的最新櫟樹猝死病菌已確認寄主及易感寄主名單，全球共發現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，並在缺乏天敵等制約因素的新環境下擴散，導致不可逆轉的生態災難。目前該病害已引起加拿大、紐西蘭、歐盟、韓國、中國以及美國等多個國家地區的高度關注，紛紛採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表示遊動孢子通過雨水、風攜帶或者人類活動等到達寄主；②表示孢子侵入寄主軀幹；③表示遊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境健康遙感研究團隊開展了「樹流感」爆發風險遙感診斷與預警研究，並且先後得到了國家自然科學基金委和國家林業局林業公益性行業科研專項的經費資助。目前在研的林業公益性行業科研專項任務包括：基於遙感等多源數據，建立全球「樹流感」環境背景因子數據集，研究「樹流感」在全球的時空分布特徵；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境因子，並對其在全球的潛在適生區進行劃分；根據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」（櫟樹猝死病）爆發點分布圖

目前已知的「樹流感」野外爆發點分布在美國、歐洲兩地，其中，美國地區爆發點採集時間為2000-2013年，加州 Humboldt 郡的樹流感爆發點數最多，共998個；其次加州 Sonoma、Marin、SanMateo、SantaClara、Monterey郡與俄勒岡州Curry郡的樹流感爆發點數較多，在201-500個之間；其次為加州ContraCosta、Alameda、SantaCruz等郡，爆發點數在101-200個之間；再其次是加州Mendocino、Napa、Solano、LosAngeles、SanDiego等郡的爆發點數介於11-100個之間。歐洲地區爆發點採集時間為2004-2006年（歐洲全區調查，RAPRA協調）、2010-2013年（英國林業委員會）。英國Devon郡的樹流感爆發點最多，爆發點數大於151個；其次英國Cornwall、Dumfries& Galloway等郡的爆發點數在100-151個之間；而西班牙、法國、德國、英國等國都存在爆發點數為11-50個的郡。

圖3 美國/歐洲各郡「樹流感」爆發點數分級圖

時空掃描統計量在空間掃描統計量上引入時間維，使掃描統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計量對美國2000-2013年、歐洲2004-2013年爆發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」爆發點統計數據，以每個郡的空間質心作為發病點，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，時空聚集最強的區域在加州Sonoma、Napa等郡，發生於2006年4月；在歐洲地區，時空聚集最強的區域在英格蘭、蘇格蘭及愛爾蘭等地區，發生於2013年。

圖4 美國/歐洲「樹流感」爆發點時空聚集性專題圖

限制物種的潛在分布區的因素包括生物學特性、環境和人為等因素，但氣候條件始終是制約物種陸地分布的最基本的因素。對於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驗的基礎上，利用具有嚴密邏輯性的數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」在中國的適生區預測提供客觀準確可靠的依據。

我國「樹流感」爆發風險有多大？

根據病菌的生理生態特性，並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個環境變數。基於AHP-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。統計結果表明，在有林地範圍內，最適宜區域面積為48.88萬平方千米，中等適宜區域面積為49.38萬平方千米，對這些寄主植被覆蓋區域應著重關注「樹流感」發生的潛在風險。

圖5 基於AHP-模糊綜合評價方法的中國「樹流感」適生度分布圖

圖6 基於AHP-模糊綜合評價方法的中國「樹流感」適生分級圖

圖7 基於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，曹春香研究團隊發現了喜馬拉雅山脈地區鄰近的中國南方地區在短期、中長期都處於高侵入風險，雖然「樹流感」目前在國內尚未爆發，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，該病害將快速擴散，並在短期內到達爆發高峰期，從而改變我國森林樹種構成，導致我國森林生態系統功能嚴重分裂，對我國的森林資源及森林生態建設造成極大的破壞，對社會經濟和人民生活質量產生巨大的影響。

為了對「樹流感」爆發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、寄主植物的分布範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、雲南省屏邊縣、江西省泰和縣、海南省白沙縣4個區域作為風險預測示範區。科研人員分別於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」爆發風險驗證示範區（重慶市巫溪縣、雲南省屏邊縣、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；提取了氣溫、降水等氣候信息；採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。實驗中還發現在雲南省屏邊縣的杉木爆發了類似「樹流感」的枯黃病，實驗小組對病株進行採樣並送達有關部門進行檢驗。

除了針對中國地區的研究，以美國和歐洲為例，該公益專項還採用了Maxent、GARP 等多種生態位模型的技術手段對全球範圍的「樹流感」爆發和傳播風險進行了短期和中長期的預測預警。基於理論預測研究和實地調查驗證發現，利用遙感等空間信息技術診斷「樹流感」並對其爆發風險進行預測預警，可以獲取櫟樹猝死病菌潛在寄主的分布狀況，發現「樹流感」的時空分布及傳播規律，識別全球及中國「樹流感」的潛在爆發高風險區，進而服務於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安全。

作者陳偉，系中國科學院遙感與數字地球研究所研究人員