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无人机高光谱在松材线虫病监测中的应用_国朝胜.pdf
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1、学术研究 二二三年第七期林业科技通讯无人机高光谱在松材线虫病监测中的应用国朝胜,席磊,胥丽,高应群(西南林业大学林学院,昆明 )摘要:松材线虫病是中国的一大生态问题,已对数百万中国松树造成严重危害。为了控制松材线虫病的传播,有必要开发一种有效的方法,在感染早期进行检测。一个潜在的解决方案是使用基于无人机()的高光谱图像()。基于无人机的高光谱图像具有较高的空间和光谱分辨率,可以快速收集数据,有可能实现对大型森林的有效监测。尽管如此,很少有研究检验高光谱图像数据用于评估油松松材线虫病感染的阶段和严重程度的可行性。在广泛使用之前必须提高其准确性。关键词:松材线虫病;光谱分辨率;无人机的高光谱图像中
2、图分类号:;文献标识号:文章编号:():松材线虫病是一种主要的检疫性疾病,松材线虫会引起松树物种的毁灭性死亡。由于其发病迅速,传播速度快,死亡率高,这种疾病很难控制。目前,该疾病广泛分布于个国家,即北美的美国、墨西哥和加拿大;东亚的中国、日本、韩国和朝鲜;欧洲的葡萄牙。由于病害的不断传播,侵染的地域越来越多,受害的国家也越来越多。全球有 个国家宣布松材线虫为检疫性有害生物,松材线虫病为检疫性疾病。在受影响的国家中,中国、日本和韩国受到的影响最为严重。自 年在中国南京中山陵首次描述松材线虫病以来,该疾病仅在几十年内就在中国的热带和亚热带地区迅速传播,导致大量松树林感染死亡,为我国带来了极大的经济
3、损失和生态破坏。根据国家林业和草原局 年发布的国家松材线虫疫区公告,松材线虫病广泛分布于 个省份。许多森林被毁坏,导致松树大规模死亡,这严重破坏了我国林业生态环境,对我国森林生态和林木经济造成了毁灭性的损失。松树对环境友好,对经济发展有云南省教育厅科学研究基金项目()资助。第一作者:国朝胜(),硕士。通讯作者:席磊(),硕士学位。:很大价值,对生态环境改善也有很大的帮助,因此,中国政府和其他许多国家政府都非常重视这一资源,尤其是近年来,全国乃至全世界都加强了预防和控制松材线虫病的工作,对松树林的培育越来越重视。为了提高松材线虫病害防疫水平,减少松材线虫病对我国松树种植和生长的损害,我们必须从源
4、头解决问题。无人机遥感技术是由无人驾驶飞行技术、遥感传感器技术、遥感应用技术、技术以及通信技术等多个部分组成,具有较强的综合性。无人机遥感技术可以在短时间内调查清楚森林资源的情况,获得具体信息数据,对松林松材线虫病害的早期监测更精确、更便捷。松材线虫病害状态松材线虫病分为自然传播和人为传播种传播方式。自然传播是借助松褐天牛和云杉花墨天牛等昆虫作为媒介来完成传播的。当昆虫媒介以松树为食时,媒介昆虫从患松材线虫病林木中羽化时携带松材线虫,在补充营养和产卵时将病毒携带到健康松树上,侵染健康松树。人为传播主要是疫木传播,通过铁路、公路等一系列交通运输将带有松材线虫病的松木或感病苗木带入新的地区,最终导
5、致病害在新的地区大面积传播。由于自然屏障限制不了人为传播,且 朱金霞,郭生虎,李苗,等海原小茴香优良品种筛选及挥发油化学成分比较研究种子,():任安祥,何金明,王羽梅 不同发育阶段茴香种子精油含量及其成分组成比例变化种子,():刘群,邓治邦,杨智蕴,等大籽蒿挥发油化学成分的研究 东北师大学报(自然科学版),():周世兴,魏彩霞,等 全叶青兰花的挥发油成分分析及其除草活性检测精细化工,():,(),():学术研究 二二三年第七期林业科技通讯传播速度快、涉及领域宽、管理难度大,人为传播带来的危险最大,也是当前我国松材线虫病传播扩散的主要原因。松材线 虫 病 通 常 根 据 其 症 状 分 为 个阶
6、段。在病害初期,人类的肉眼无法观察到健康植物和疾病早期植物之间的差异。这一早期阶段的持续时间主要受松树年龄和种类、环境温度和松材线虫毒力的影响。松材线虫开始在松树的木质部繁殖,堵塞松树的内部导管。松树不能进行正常的水分代谢,松脂分泌减少,叶绿素和胡萝卜素含量略有变化。因此,通过无人机高光谱遥感检测叶绿素和胡萝卜素含量的变化,就能间接判断松树是否感染松材线虫病害。在病害中期,松树树脂分泌完全停止,蒸腾作用减弱。树冠上的针叶逐渐变黄。在这个阶段,健康松树和感染松树之间的视觉差异很明显。这一时期松树的萎蔫外观不同于健康松树。松材线虫病导致松针从内到外枯萎,最终死亡。在疾病的末期,树冠上的针叶会逐渐变
7、成棕色或红棕色。当松树针叶完全变成棕红色时,整株植物死亡。松材线虫病害监测 传统松材线虫病监测技术传统松材线虫病的诊断主要取决于人类的侦察和视觉评级,然后是在患病木材中发现线虫和分离。显微镜用于观察线虫的形态特征,并确定松树中是否存在松材线虫。传统的形态鉴定方法需要经过试验才能识别线虫。也可以进行分子鉴定,但大规模监测费用昂贵,且工作强度大,效果不佳,不能进行大面积的森林监测。在某些森林难以进入的恶劣条件下,松树感染线虫后无法及时处理传播源,得不到有效的控制和合理的处理,最后导致松林遭受大规模破坏。此外,基于视觉症状分析的松材线虫病现场诊断因评估者不同而有所不同,很容易得出错误的结论。许多研究
8、人员已经开发出基于 的方法,利用分子生物学方法快速识别松材线虫病。该方法可在内直接从感染马尾松的松材线虫中检测松材线虫,无需从样品中分离线虫。然而,这种方法并不能解决松材线虫病症状出现前的诊断问题,且工作强度大,费用昂贵。虽然通过线虫分离和形态学鉴定,可以诊断该病,但是传统的松材线虫病监测方法费时费力,因此,迫切需要一种智能有效的、能够早期发现大面积松材线虫病的监测方法来解决森林 松 材线虫 病 害 早期监测。利用高光谱遥感图像监测技术松材线虫病的早期监测一直是人们关注的话题,在管理受松材线虫病感染的松树的一个主要障碍是,它们所生存的森林是非常大的群落,这可能使传统的地面识别和采样方法不切实际
9、。早在 年,就有人开始将高质量的摄像系统与全球定位系统()导航、图像处理和地理信息系统相结合监测油松毛虫病害和松材线虫病害。无人机()可以携带传感器在无法到达的山区收集数据,并通过软件拼接获得更高分辨率的图像数据。经过多年的发展,遥感已成为监测林木病害的有效技术,遥感的优势在于可以以较低的成本评估林木疾病的空间分布,从而更好地控制疾病。高光谱遥感是一项相对先进的技术。这使得对发生松材线虫病的森林监测更加方便和精确。在松材线虫病的研究中,当涉及需要进行实地测量时,研究人员只能测量他们能够到达的森林,并在相对稳定的测量条件下进行测试。随着科学的进步,解决方案已经出现。无人机和高光谱技术在精准农业中
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