利用無人機(jī)近距離觀察園林樹木上的寄生植物

楊萍　茅裕婷　王上上　孫思

摘要：高等寄生植物引起的病害是一類特殊的病害，特別是當(dāng)寄主為高大的園林樹木時(shí)，這類病害更加難以觀察和理解。利用機(jī)動(dòng)靈活的無人機(jī)近距離觀察園林樹木樹冠上的兩種寄生植物——桑寄生和槲寄生。結(jié)果表明，對(duì)于不同的寄主，桑寄生均生長在樹冠的外層；一般老葉為綠色，嫩葉為紅色。槲寄生生長在寄主南洋楹樹冠的內(nèi)層，但當(dāng)南洋楹Faleataria moluccana的上層樹冠枝葉枯死后，其位置變?yōu)闃涔诘耐鈱?；同時(shí)槲寄生的顏色也因?yàn)楸┞对陉柟庵鄙渲掠删G色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S綠色。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；園林樹木；寄生植物；桑寄生；棱枝槲寄生

引言

高等寄生植物是一種常見的園林樹木病害病原。在廣州地區(qū)，最常見的高等寄生植物是桑寄生Taxillus chinensis和槲寄生Viscum sp.o桑寄生的寄主有多種，包括榕樹Ficus sp.、木棉Bombax ceiba和白蘭Micheliaalba等數(shù)十種。槲寄生的寄主主要是南洋楹Faleataria moluccana。這種槲寄生的學(xué)名叫做棱枝槲寄生Viscum diospyrosicolum。這類病害相對(duì)于普通微生物引起的病害來說較難理解，再加上一些園林樹木十分高大，當(dāng)寄生植物隱藏于樹冠時(shí)，不會(huì)引起人們太大的注意。例如，南洋楹樹冠中的槲寄生形成的球狀物常被誤認(rèn)為“鳥巢”、生態(tài)環(huán)境良好的象征。

利用無人機(jī)調(diào)查林木病害的優(yōu)勢是成本低、效率高，相關(guān)的工作早有開展。目前已有的報(bào)道主要集中在松材線蟲病的調(diào)查，中國和韓國都有進(jìn)行相關(guān)的研究。例如中國浙江省在2007年就進(jìn)行了無人機(jī)航拍調(diào)查松材線蟲病發(fā)生率的試驗(yàn)，效果較好。但這類研究覆蓋面積很大，均屬宏觀層面，而利用無人機(jī)進(jìn)行“微觀”層面即單株病害調(diào)查的報(bào)道尚未見到。

本研究嘗試?yán)脽o人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活的特性，從空中近距離觀察高大園林樹木上的寄生植物，拍攝其高清圖片，加深對(duì)這類特殊病害的理解。

1.材料與方法

1.1主要儀器設(shè)備

深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司Phantom 3 professional型無人機(jī)，攜帶4K攝像頭，分辨率為1 200萬有效像素。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

拍攝地點(diǎn)為廣州市天河區(qū)的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)和廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。拍攝時(shí)間為2016年1月。

首先從地面觀察，確定樹木上生長寄生植物后，用普通數(shù)碼相機(jī)拍攝照片。

利用無人機(jī)飛到樹冠之上，垂直向下拍攝。若因樹冠遮擋無法拍攝到寄生植物，再嘗試從樹冠側(cè)面拍攝。

最后，尋找極度衰弱或冬季落葉的寄主樹木，在不受寄主樹木本身樹葉“干擾”的條件下拍攝寄生植物。

相關(guān)的飛行數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)如表1。

2.結(jié)果與分析

2.1桑寄生的無人機(jī)觀察結(jié)果

2.1.1寄主白蘭的桑寄生感染狀況

從圖1可以發(fā)現(xiàn)第二株白蘭的樹冠頂部有一團(tuán)桑寄生。其主要特征是樹葉色調(diào)偏灰，且相對(duì)密集，與周圍的嫩綠色樹葉明顯不同。但由于從地面觀察距離太遠(yuǎn)，具體細(xì)節(jié)不清。

從圖2可以清楚地分辨寄主和病原的每一片樹葉。桑寄生的葉片顏色較深于白蘭的綠色葉片，部分枝條頂端的葉片為紅色；單個(gè)葉片面積明顯小于白蘭，但由于枝條較為密集，呈叢枝狀，所以葉片密度大于白蘭。整體來看，桑寄生呈聚集分布，和周圍的白蘭葉片有明顯的邊界。

2.1.2寄主黃葛榕Ficus virens的桑寄生感染狀況

從圖3看，寄主并無明顯異常，只在樹冠右上方發(fā)現(xiàn)了一小叢桑寄生。特征是葉片色調(diào)比榕樹本身葉色淺。因無法觀察到樹冠的頂部，不能掌握桑寄生發(fā)生的全面細(xì)節(jié)，與白蘭的例子類似。

從圖4發(fā)現(xiàn)桑寄生的數(shù)量遠(yuǎn)不止地面觀察到的1叢，而是大大小小超過10叢。顏色也與寄主榕樹的樹冠明顯不同，呈黃綠色和紅色。因此整體來看，這棵榕樹不是像地面觀察到的輕微受害，而是“病得十分嚴(yán)重”。由于距離稍遠(yuǎn)，具體細(xì)節(jié)尚不十分清楚，應(yīng)進(jìn)一步降低高度觀察。

從圖5可以十分清楚地觀察到桑寄生的細(xì)節(jié)。白蘭上的桑寄生同一枝條上就有紅色和綠色兩種葉片，而榕樹上的桑寄生同一叢基本為同一顏色，或黃或紅，差異明顯。

2.1.3木棉的桑寄生感染狀況

該木棉樹受到桑寄生的嚴(yán)重危害。由于是冬季，又或是因嚴(yán)重受害，該株木棉葉片稀疏，有利于桑寄生的觀察。航拍結(jié)果如圖6-7。

從圖6可以看到，木棉的葉片稀疏，呈土黃色，而桑寄生的葉片青綠茂密，部分枝條頂部的少量葉片為紅色，寄主病原差異明顯。

進(jìn)一步靠近其中一叢桑寄生拍攝，結(jié)果清楚地觀察到桑寄生的寄生細(xì)節(jié)。在圖7的中央，有一個(gè)十分特別的“子子生”枝條，枝條中間有幾個(gè)縫隙。實(shí)際上這兩個(gè)枝條一個(gè)是木棉的枝條，另一個(gè)是桑寄生的枝條，所有桑寄生的小枝都是從這個(gè)枝條上生長出來。桑寄生的枝條每隔一段距離就長出一個(gè)吸根插入寄主木棉的枝條吸收營養(yǎng)，兩個(gè)吸根之間露出一條縫隙。這些吸根把兩個(gè)枝條緊緊連接成了一個(gè)奇異的“孑子生”枝條。

2.2槲寄生的無人機(jī)觀察結(jié)果

2.2.1寄主南洋楹的槲寄生感染狀況（輕度）

從圖8看，南洋楹的樹冠并無明顯異常。實(shí)際上其內(nèi)部已經(jīng)生長了多叢槲寄生，即一些樹葉相對(duì)密集的團(tuán)狀圓形。

從圖9看出，葉片分布基本均勻，嫩葉為青綠色，老葉為深綠色，差異較為明顯，但沒觀察到明顯的槲寄生。因此改為從樹冠側(cè)面觀察，航拍結(jié)果如圖10。

從圖10看出，南洋楹的樹冠有明顯的分層，而槲寄生恰好分布于兩層之間，樹冠上層面向天空的枝葉中確實(shí)沒有槲寄生分布。槲寄生為大量枝條組成的叢狀結(jié)構(gòu)，枝條含有葉綠素，呈綠色，替代了退化的葉片進(jìn)行光合作用，其色調(diào)比南洋楹的葉片更深。

2.2.2寄主南洋楹的槲寄生感染狀況（重度）endprint

天河五山地區(qū)許多槲寄生危害嚴(yán)重的南洋楹已經(jīng)被砍伐或截頂。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了一棵嚴(yán)重受害且未處理的植株。航拍結(jié)果如圖11-12。

從圖11看出，南洋楹頂部已經(jīng)沒有葉片，只在樹冠下層還有部分葉片。除枯枝外，樹冠頂部生長了多叢槲寄生，均分布于頂層，數(shù)量超過20叢。近距離航拍結(jié)果如圖12。

從圖12看出，槲寄生的每一根枝條都十分清楚。與桑寄生有所不同，其枝條為黃綠色，并密集下垂，完全遮擋了受害的寄主枝，因此無法像桑寄生那樣觀察到槲寄生在南洋楹上著生的細(xì)節(jié)。

3.結(jié)論與討論

利用無人機(jī)近距離觀察園林樹木上的桑寄生和槲寄生兩種寄生植物，為進(jìn)一步理解這兩類特殊的病害提供了一些新的信息，下面主要討論寄生植物的生長位置和顏色兩方面。

當(dāng)寄主樹冠仍茂密時(shí)，無論是何種寄主，桑寄生都生長于樹冠外層，而槲寄生卻在內(nèi)部。已有研究表明這兩種寄生植物均依靠鳥類傳播，即鳥類食用寄生植物的漿果后，不能消化外有保護(hù)層的種子，將其排泄出去。當(dāng)種子掉落到寄主植物的枝干上，便長出吸根侵入，開始病理上的侵染過程。桑寄生和槲寄生生長位置不同或因不同寄生植物的生理特性不同所致。桑寄生在寄主枝條上萌發(fā)后，本身也會(huì)長出很長的枝條，這些枝條的功能和普通的木本植物相同，起支撐和輸導(dǎo)的作用。但桑寄生較特殊，枝條還會(huì)將其樹葉支撐到寄主樹冠外，以保證陽光充足。這可能是進(jìn)化過程中形成的競爭機(jī)制，由此可推斷桑寄生是一種陽生植物。而槲寄生沒有這種木質(zhì)化的枝條，且枝條柔軟無力，僅能像樹葉一樣進(jìn)行光合作用，無法如桑寄生般主動(dòng)長至寄主冠層之外，但這并沒有影響槲寄生的生長，其枝條呈一種特殊的密集著生的方式，由此可推斷槲寄生是一種陰生植物。已知桑寄生的寄主范圍極廣，而槲寄生的寄主范圍很窄，特別是對(duì)于廣州地區(qū)的園林樹木，僅南洋楹為常見，這也說明了桑寄生和槲寄生的生理特性差異較大。

南洋楹是一種速生樹種，可以在較短的時(shí)間內(nèi)生長成大樹，因此其材質(zhì)相對(duì)疏松。當(dāng)槲寄生越長越多，南洋楹頂部的枝條因離根部最遠(yuǎn)，接受水分和礦質(zhì)元素最難，而大量槲寄生對(duì)中部水分和礦質(zhì)元素的攔截，使頂部成為最先干枯死亡的部分，此時(shí)下層仍有部分枝葉存活。每當(dāng)暴風(fēng)雨之后，特別是臺(tái)風(fēng)時(shí)，南洋楹下總能見到大量的枝枯斷枝，原本在樹冠中層生長的槲寄生逐漸“移動(dòng)”到了上層（圖11-12）。桑寄生的葉色，與寄主種類有一定關(guān)系。在白蘭和木棉上，桑寄生嫩葉均偏紅，老葉綠色，推測是因嫩葉花青素的含量較高。而在榕樹上，桑寄生是黃和紅兩種顏色，且兩色處在同一個(gè)樹冠的不同位置，與白蘭和木棉差異明顯，這需要通過長期定點(diǎn)的觀察才能解釋。

長期受到陽光直射的植物的葉綠素含量會(huì)低于接受陽光不足的植物。在同一地區(qū)，同一寄主南洋楹和病原槲寄生，當(dāng)槲寄生隱藏于樹冠內(nèi)部時(shí)，顏色偏綠（圖10）；當(dāng)暴露于陽光之下時(shí)，其顏色偏黃（圖11～12）。

由于無人機(jī)飛行具有一定技術(shù)含量，且說明書上一般都會(huì)明確要求飛行過程中遠(yuǎn)離建筑物和樹木等障礙物，因此本實(shí)驗(yàn)的無人機(jī)操作具有一定危險(xiǎn)性。要完成這類操作，要求無人機(jī)性能優(yōu)良，能穩(wěn)定懸停，一旦產(chǎn)生漂移就可能撞向樹木；同時(shí)，還要求操作人員具備十分熟練的技術(shù)。無人機(jī)的操作沒有類似汽車的“剎車”功能，在飛行器停止運(yùn)動(dòng)后必因慣性繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，距離的大小與操作停止前的速度成正比，因此要求操作人員必須能夠進(jìn)行細(xì)微操作，使其僅作極短距離的運(yùn)動(dòng)。此外，因無人機(jī)飛行時(shí)間短（一般在20 min內(nèi)），拍攝時(shí)還需要提前實(shí)地調(diào)查，制定計(jì)劃。本研究就是先從地面拍攝寄主樹木，再根據(jù)相應(yīng)情況制定簡單的飛行計(jì)劃，保證拍攝和研究的順利進(jìn)行。endprint