《Environmental Pollution》：Airborne
Alternaria and
Cladosporium at Ground Level: Influence of Land Use and Harvesting Activity
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真菌过敏原暴露评估：地面与屋顶浓度对比及农业用地影响研究。通过2023年波兰波兹南地区三次地面采样（便携式体积陷阱结合气象站），对比分析农业、城市、森林三类土地利用方式下Alternaria和Cladosporium孢子浓度的季节动态差异。结果显示农业用地周围 Alternaria（1369/m3）和Cladosporium（88,820/m3）浓度均显著高于屋顶水平（分别高47%和458%），且Cladosporium在收获期浓度上升，Alternaria则在收获后激增。研究证实地面监测对评估人体实际暴露水平至关重要，为区域真菌过敏原监测网络建设提供新方法。
Kacper Sobieraj|Oliwia Wieczorek|Micha? Delikta|Krzysztof Stawrakakis|?ukasz Grewling|Pawe? Bogawski
波兰波兹南亚当·密茨凯维奇大学生物学院系统与环境植物学系
摘要
真菌孢子是生物空气污染的常见成分，可能通过引发过敏症状对人类健康产生负面影响。为了评估接触过敏原的风险，人们通常会测量数量丰富且致敏性强的Alternaria属和Cladosporium属孢子的浓度，但几乎仅限于在屋顶进行测量。相比之下，关于人们大部分时间都在户外活动的地面水平的孢子浓度研究却很少。尽管有证据表明真菌孢子的主要来源是收获期间的农业区，但作物分布如何影响地面水平的孢子浓度仍不清楚。为了解决这个问题，我们在2023年的主要孢子产生季节使用便携式体积捕集器和气象站进行了三次地面水平测量（收获前、收获期间和收获后）。在波兹南选取了九个采样点，代表主要的土地利用类型：农业区、城市区和森林区。最高浓度分别为1,369个孢子/立方米（Alternaria，比屋顶测量值高出47%）和88,820个孢子/立方米（Cladosporium，高出458%），这两个数值均出现在农业区。平均而言，Cladosporium孢子的浓度在收获期间增加，而Alternaria孢子的浓度在收获后显著增加。Alternaria和Cladosporium孢子的最高浓度与来自耕地（rho = 0.20）和草地（仅Cladosporium，rho = 0.24）的空气流入有关。总体而言，我们成功建立了一个广泛的、可移动的地面水平孢子测量网络，揭示了不同土地利用类型、收获活动以及与区域水平测量结果之间的差异。这项研究是评估与人类暴露相关的空气中的真菌孢子浓度的重要一步。
引言
空气中的真菌孢子是生物空气污染的主要成分（Weryszko-Chmielewska等人，2018年），与多种不良环境和健康影响相关。例如，Alternaria会导致树木的叶斑病和枯萎病（Harteveld等人，2013年；Kant等人，2020年），以及油菜（Blagojevi?等人，2020年）和小麦（Mercado Vergnes等人，2006年）等农作物病害，从而导致产量下降和收获后的腐烂（Fernandes等人，2023年）。在面临生物退化的具有重大历史价值的地点，监测真菌孢子尤为重要（Camargo-Caicedo等人，2024年）。Alternaria属的毒性代谢物被认为是哺乳动物癌症发展的因素（Thomma，2003年），而Cladosporium属已被报道为从人类和动物样本中分离出的致病因子（Mckay等人，2001年；Sandoval-Denis等人，2016年）。此外，空气中的霉菌孢子会通过过敏反应引起和加重哮喘和鼻炎等呼吸系统疾病（Gabriel等人，2016年；Pomés等人，2016年；Price等人，2022年）。
在本研究中，我们重点关注了Alternaria和Cladosporium属，这两个属在气溶胶生物学研究中特别受到关注（Martinez-Bracero等人，2022年），其孢子也被纳入全球生物气溶胶监测范围。Alternaria和Cladosporium孢子与过敏引起的哮喘（Bush和Prochnau，2004年；Olsen等人，2023年；Pulimood等人，2007年）、湿疹和鼻炎（Tariq等人，1996年）有关。由真菌孢子引发的过敏症状会降低生活质量，并产生与住院、缺勤相关的费用（Zuberbier等人，2014年）。欧洲过敏患者的平均临床相关致敏率分别为Alternaria 5.3%至7.0%，Cladosporium 2.4%至3.6%（Burbach等人，2009年）。监测Alternaria和Cladosporium属非常重要，因为它们是全球最丰富的空气中的孢子之一（Abrego等人，2024年；Almaguer等人，2015年；Grinn-Gofroń等人，2020年；Kasprzyk和Worek，2006年；Levetin和Dorsey，2006年；Simovi?等人，2023年）。因此，它们被认为是普遍存在的，并对全球人口产生重大影响。
尽管空气中的孢子普遍存在，但它们的浓度在不同土地利用类型之间有所不同（Kasprzyk和Worek，2006年；Martinez-Bracero等人，2022年；Rodríguez-Fernández等人，2023年），并且通常与农业景观相关（Chow等人，2015年；Skj?th等人，2016年）。Alternaria孢子的主要来源是谷物作物，尤其是在收获期间（Apangu等人，2022a；Olsen等人，2019b；Skj?th等人，2012年），这也会增加Cladosporium的浓度（Olsen等人，2019a）。Cladosporium的出现更为广泛，因为其孢子在室内也很常见（Price等人，2022年），且其孢子产生季节更长，这表明这两个属可能有不同的来源或宿主植物。虽然孢子可以传播数百公里（Grewling等人，2022年），但当地来源是孢子总量的主要贡献者，因为绝大多数孢子是在短距离内传播的（Bashan等人，1991年）。
真菌孢子浓度的连续监测通常采用标准化方法（Galán等人，2014年），使用Hirst型采样器（Hirst，1952年）放置在建筑物屋顶几米到几十米的高度（以下简称屋顶水平）。这种方法可以提供区域尺度的可靠数据，例如用于生成过敏原类群的真菌孢子日历（??evková和Ková?，2019年）。然而，不同高度测量的浓度存在差异（Batluri等人，1988年；Bergamini等人，2004年；Charalampopoulos等人，2022年；Damialis等人，2017年；Khattab和Levetin，2008年；Rantio-Lehtim?ki等人，1991年）。因此，在人们大部分时间都在户外的地面水平进行测量至关重要。据此，我们提出了以下主要目标的实验研究：
•比较屋顶水平（区域尺度）的标准化体积测量结果与当地地面水平的孢子负荷；
•确定不同土地利用类型之间的地面水平真菌孢子浓度差异，并识别潜在的局部孢子来源；
•检查谷物作物收获前、收获期间和收获后的地面水平孢子浓度变化。
我们假设由于更接近潜在来源，地面水平的孢子浓度通常会更高。这将使潜在的人类暴露风险比屋顶花粉负荷所指示的风险更加多变。此外，我们预计根据收获时间的不同，孢子浓度会有明显差异。为了验证这些假设，我们在2023年的主要孢子产生季节在波兰进行了现场测量，并将结果与代表更广泛区域的固定监测站点的数据进行了比较。
研究区域
本研究在波兰西部的波兹南北部进行（图1），该城市规模中等（北纬52°24′，东经16°55′），人口约54万（波兹南统计办公室，2023年）。城市海拔约为100米。根据K?ppen气候分类（K?ppen，1936年），该地区气候属于温带湿润型，夏季温暖（Cfb）（Kottek等人，2006年），年平均气温为8°C，年降水量为529毫米（Wo?，2010年）。
协调PVAS和Hirst型采样器测得的孢子浓度
2025年使用PVAS和Hirst型采样器同时测量的孢子浓度显示，两种设备对这两种真菌属的测量结果具有显著的高相关性（p < 0.01），通常Hirst型采样器测得的数值更高（图13S，补充材料）。Spearman等级相关系数分别为Alternaria 0.58和Cladosporium 0.59。经过风速调整的转换模型能够合理拟合数据（R2 = 0.8和0.72，分别对应Alternaria和Cladosporium）。结果的重要性
我们的研究设计使我们能够评估人类接触空气中的真菌过敏原的潜在风险，这可能与常用的区域尺度、屋顶水平测量结果不同。这些信息对过敏患者和临床医生非常重要，因为它有助于解释基于屋顶的真菌孢子日历。我们还描述了Alternaria和Cladosporium孢子浓度的季节内变化，这些变化很可能与谷物作物的收获有关。
结论
通过使用广泛的、可移动的地面水平孢子测量网络，我们证明了真菌孢子浓度在不同土地利用类型和收获活动之间存在显著差异，并且与区域尺度的屋顶水平监测结果也有差异。这项研究的主要创新之处在于提供了关于人类（即所谓的“患者鼻子水平”）接触致敏性空气真菌孢子的独特见解。该研究提供了关于环境空气中真菌孢子的详细信息。
CRediT作者贡献声明
Pawe? Bogawski：撰写 – 审稿与编辑，资金获取，概念构思。Krzysztof Stawrakakis：撰写 – 审稿与编辑，调查。?ukasz Grewling：撰写 – 审稿与编辑，监督。Oliwia Wieczorek：撰写 – 审稿与编辑，可视化，调查。Micha? Delikta：撰写 – 审稿与编辑，调查。Kacper Sobieraj：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，项目管理，方法论，调查，数据管理，概念构思
未引用参考文献
Bastl等人，2019年；波兰国家测绘与地图编制局（GUGiK）；Magyar等人，2016年；R核心团队，2024年；Seinfield和Pandis Spyros，2006年；波兹南统计办公室，2023年；Alojzy，2010年。
利益冲突声明
? 作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Pawel Bogawski报告称获得了国家科学中心的财政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究由波兰国家科学中心资助，项目编号2021/43/D/ST10/01427。为了实现开放获取，作者已将本提交的所有作者接受的手稿（AAM）版本适用CC-BY公共版权许可。
作者感谢Monika Czerwińska在样本收集方面的宝贵帮助，以及Agata Szymańska和Ma?gorzata Nowak在处理Hirst型孢子采样器样本方面的协助。
