“3S”在森林病蟲害預警中的應用與展望

（福建林業(yè)職業(yè)技術學院 福建，南平 353000）

森林病蟲害的產(chǎn)生會給森林帶來很大的危害，它既會影響林木的健康生長，使林木的觀賞性大大降低，還會導致林業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量降低。如今，世界上的很多森林都遭受到了不同程度的病蟲害威脅，我國是遭受森林病蟲害威脅最嚴重的國家之一，給國家?guī)碇匾?jīng)濟損失。在人們傳統(tǒng)的想法中，森林火災才是威脅森林健康的主要因素，但是經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國林業(yè)因病蟲害造成的損失是火災造成損失的214 倍，由此可見，病蟲害對森林健康的威脅是不容小覷的。為了使我國的自然生態(tài)資源得到合理的利用和充分的保護，使我國的林業(yè)資源能夠在未來的社會發(fā)展中發(fā)揮越來越大的積極作用，在政府的支持下，很多學者和科學家紛紛投入到了森林病蟲害監(jiān)測預警工作的研究中，傳統(tǒng)的森林病蟲害監(jiān)測預警工作存在較大的弊端，它不僅工作量大、效率低，而且監(jiān)測預警的準確性也比較低，而如今的以遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)為基礎的森林病蟲害監(jiān)測預警系統(tǒng)則能夠很好地避免這些缺點，能夠使森林病蟲害的監(jiān)測預警工作變得更加高效、更加精確。

1 3S技術簡述

顧名思義，3S技術主要包含了三種技術，遙感技術能夠幫助林業(yè)工作人員了解受害植物的具體信息，地理信息系統(tǒng)能夠?qū)ο嚓P的病蟲害數(shù)據(jù)進行分析處理，全球定位系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)森林內(nèi)精準的定位，這三種技術組成的系統(tǒng)給林業(yè)保護工作做出了很大的貢獻。3S技術不僅能讓森林病蟲害被及時地發(fā)現(xiàn)、解決，還能起到預測監(jiān)控森林火災的功能，在很多自然保護區(qū)里，也會運用到3S 技術。所以，我國林業(yè)的健康、穩(wěn)定發(fā)展離不開3S技術的科學運用，本文具體分析了3S 技術系統(tǒng)在森林病蟲害監(jiān)測預警中的主要應用。

2 3S技術在森林病蟲害預警方面的應用

在森林病蟲害監(jiān)測預警工作中，3S技術具有動態(tài)性、準確性的特點，它能夠快速地搜集呈現(xiàn)森林病蟲害的具體信息，并對這些信息進行分析。由于3S 技術在林業(yè)保護工作中具有很大的價值，所以很多國內(nèi)外學者、企業(yè)都紛紛投入了時間和財力來研究這項技術。

2.1 RS技術的特點和應用

森林里的植物在遭到病蟲害侵襲的時候，會發(fā)出一種波普值，這種波普值與植物正常時發(fā)射的波普值有所不同，遙感技術就是通過分辨波普值的不同來識別森林病蟲害的。遙感技術能夠通過分辨波普值的異常來呈現(xiàn)森林病蟲害的分布情況。遙感技術主要有三個方面的優(yōu)點，一方面，它的監(jiān)測面積比較大，工作人員在搜集病蟲害信息時更加快速便捷，另一方面，它能夠獲取到穩(wěn)定的信息，除此之外，它的監(jiān)測周期比較短，能夠幫助工作人員獲取及時、準確的一手資料。遙感技術能夠監(jiān)測到病蟲害的生活習性以及林木受危害的程度，能夠讓工作人員及時了解森林遭受病蟲害的基本情況。

目前，在森林病蟲害監(jiān)測預警工作中，使用最多的遙感技術是雷達遙感監(jiān)測技術、航空遙感監(jiān)測技術和衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術。遙感技術在森林病蟲害監(jiān)測預警中的應用始于19 世紀30 年代?？茖W家們運用遙感技術追蹤有害生物的遷移軌跡和植物的失葉率，并取得了顯著的成果，慢慢地，人們開始認識到遙感技術在森林病蟲害監(jiān)測預警工作中的重要作用。

在我國，遙感技術在森林病蟲害監(jiān)測預警中的應用始于20 世紀70 年代，我國最初使用的是雷達遙感技術。云麗麗在研究中應用雷達遙感監(jiān)測技術對馬尾松毛蟲成蟲進行了細致的研究，并在研究中掌握了馬尾松毛蟲成蟲危害植物的軌跡，令人興奮的是，該項科學研究并未打草驚蛇，馬尾松毛蟲的生活絲毫沒有受到影響，所以研究結果的價值是很大的。該項研究主要得出了兩條結論，首先，即使馬尾松毛蟲處于143 m 之外的位置，雷達遙感技術仍舊能夠及時探測到馬尾松毛蟲的具體信息，其次，如果一個馬尾松毛蟲成蟲被掛在緩緩上升的氫氣球上，當氫氣球上升到1020 m 的高空的時候，馬尾松毛蟲的相關信息仍舊逃不了雷達遙感技術的監(jiān)測。除此之外，大興安嶺和江山市的馬尾松毛蟲也受到了我國科學家的重視，我國科學家通過利用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)對這兩個地區(qū)的馬尾松毛蟲的危害進行了監(jiān)測研究，結果得出了兩條結論，首先，通過運用TM技術，植物葉片的損失率和數(shù)據(jù)圖像之間呈現(xiàn)出來的關系能夠被清晰明了地顯現(xiàn)出來，其次，不同松毛蟲的重危害等級能夠通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術被快速分辨出來。

2.2 GIS技術的特點和運用

GIS技術與電子計算機技術有著非常密切的關系，隨著電子計算機技術的飛速穩(wěn)定發(fā)展，GIS技術開始誕生并在森林病蟲害監(jiān)測預警工作中發(fā)揮越來越重要的作用。GIS技術能夠?qū)Ξ數(shù)亓謽I(yè)資源的具體信息、病蟲害信息以及外界環(huán)境的相關信息進行分析整合，從而以數(shù)據(jù)或圖片的形式輸出與當?shù)亓謽I(yè)資源有關的地理信息。通過合理地應用GIS技術，能夠使遙感技術的自動分類功能變得更加精確。與此同時，GIS技術還能夠使監(jiān)測預警數(shù)據(jù)具有更強的時效性、準確性和規(guī)范性。

一些發(fā)達國家對GIS 技術在森林病蟲害監(jiān)測預警中的研究開始得比較早，科學家們通過對有害生物的研究得出了許多非常有意義的結論，這些結論為后世治理森林病蟲害提供了很大的幫助。澳大利亞的一個科學家通過研究蝗蟲的生活習性得出了這樣一個結論，利用GIS技術可以較為準確地預測到蝗蟲種群的變化，這個結論給后世治理蝗災提供了很大的啟示。還有外國科學家通過利用GIS技術對有害生物時空動態(tài)分布進行分析，得出了害蟲在不同時間有不同的空間分布的結論。還有外國科學家針對黃杉毒蛾進行了研究，在運用GIS 技術的基礎上，科學家對一些遭受黃杉毒蛾侵害的植物進行了研究，科學家將森林類型圖、受害植物的葉片損失率、地理氣候圖進行了細致地分析，最后得出了這樣一個結論，通過運用GIS技術，黃杉毒蛾的爆發(fā)區(qū)域是可以提前被預測出來的，科學家只需要認真研究分析時空動態(tài)數(shù)據(jù)圖就可以。還有科學家運用GIS 技術，運用模型法的思想，針對往年搜集的關于病蟲害爆發(fā)的數(shù)據(jù)進行了研究，繪制出了與有害生物有關的種群密度分布圖，通過進行該項研究，人們掌握了預測有害生物爆發(fā)時間節(jié)點的方法。

目前，我國對GIS技術在森林病蟲害監(jiān)測預警方面的研究比較稀缺，在實際研究方面，研究活動主要集中在馬尾松毛蟲、沙漠蝗、草地螟、棉鈴蟲等昆蟲上面。我國科學家通過利用GIS 技術研究椰心葉甲在中國的分布得出了這樣一個結論：要想了解有害生物在我國森林資源中的分布情況，科學家可以通過合理科學地運用GIS技術來實現(xiàn)。除此之外，對松材線蟲爆發(fā)情況的研究也離不開GIS技術的運用，張志誠是我國的一個科學家，在利用GIS技術的基礎上，他對大量的與松材線蟲有關的數(shù)據(jù)資料進行了有效地分析，因此他掌握了我國松材線蟲的生活規(guī)律，正因為如此，我國的松材線蟲災害才得到了有效的控制和監(jiān)測。我國的武紅智等科學家也在充分運用GIS 技術的基礎上，對松毛蟲災害的爆發(fā)、蔓延、擴散進行了分析研究，從而幫助人們解開了松毛蟲在空間上的發(fā)生規(guī)律之謎，為松毛蟲災害的治理工作做出了很大的貢獻。我國科學家利用GIS 技術在遼寧省建立了松毛線蟲監(jiān)測預警系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對松毛線蟲活動軌跡的有效監(jiān)測，能夠使我國林業(yè)的松毛線蟲災害得到有效的控制。

2.3 GPS技術的特點和運用

GPS系統(tǒng)就是全球定位系統(tǒng)，它的功能的覆蓋面非常廣泛，它實現(xiàn)了海洋、陸地、天空三個層次的定位、導航和面積測量功能，GPS技術在森林病蟲害的監(jiān)測預警工作中有著非常廣泛的應用，它能夠幫助林業(yè)工作人員及時、精確地找到病蟲害爆發(fā)的區(qū)域，能夠使森林病蟲害監(jiān)測預警工作變得更有可靠性。

起初，國外主要將GPS技術運用在航空及地面導航、路線檢測工作中。如今，美國的DGPS技術能夠直接引導飛行員從機場來到需要工作的地區(qū)，如果飛行員在途中偏離了既定的軌道，那么地面的數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)會及時得到偏離信息，并將偏離信息傳遞給飛行員，這樣飛行員就能夠及時調(diào)整自己的飛行路線，使自己重新回到既定的軌道。飛行員在進行噴灑等工作的時候，GPS技術也能夠及時監(jiān)測、記錄飛行員的工作狀態(tài)，這樣的實時監(jiān)測能夠使森林病蟲害的監(jiān)測預警工作的精度更高。

GPS 技術在我國林業(yè)保護工作中有著非常普遍的應用，我國科學家通過利用GPS 技術中的復位功能進行研究，實驗結果證明，對于GPS 技術而言，復位率達到百分之百是沒有問題的。我國科學家利用GPS技術研究森林中松樹感染疾病的情況發(fā)現(xiàn)，利用GPS 技術能夠使松材線蟲的爆發(fā)情況得到及時、有效地監(jiān)測。我國一些機構合作建立了GPS 站，GPS 站通過對蝗蟲災害的監(jiān)測和研究，使我國的蝗蟲災害得到了有效的控制。

2.4“3S”技術集成的應用

2.4.1 GIS 與GPS 技術的集成 GIS 技術能夠幫助GPS 快速、準確地定位在電子地圖上面，GPS 技術能夠為GIS技術提供很多與病蟲害有關的地理位置信息，這兩種技術的集成能夠使林業(yè)工作人員及時發(fā)現(xiàn)病蟲害的源頭和分布情況，能夠切實保障森林資源不受病蟲害的侵襲。澳大利亞就建立了GPS和GIS集成技術的系統(tǒng)，澳大利亞通過利用這個技術系統(tǒng)，對林業(yè)內(nèi)的有害生物進行了及時、精準的監(jiān)測，從而及時避免了很多可能發(fā)生的森林病蟲災害。我國主要將GIS 和GPS 集成技術運用在沙漠蝗、松毛蟲、松材線蟲病的預防上面。

2.4.2 GIS 與RS 技術的集成 RS 技術能夠直接獲取很多關于植物病蟲害的一手資料，包括病蟲害的爆發(fā)信息和病蟲害的生活習性，這些信息能夠給GIS技術的使用提供豐富的數(shù)據(jù)，與此同時，GIS技術能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)信息進行分析，分析的結果能夠給RS技術的運用提供很大的幫助。我國科學家曾經(jīng)將該項新型監(jiān)測技術與傳統(tǒng)的森林病蟲害監(jiān)測技術做了詳細的對比，最后得出了這樣一個結論：在森林病蟲害防治工作中，GIS技術和RS技術的集成在選擇最優(yōu)路徑和分析緩沖區(qū)方面有很大的發(fā)展空間。除此之外，外國科學家通過RS技術獲取與有害生物有關的影像信息，之后，在對殺蟲劑的效果進行評價的時候，這個科學家通過GIS技術使評價的參考數(shù)據(jù)更豐富、更有代表性，最終幫助人類掌握了兩種治理舞毒蛾災害的方法[1]。

2.4.3 RS 與GPS 技術的集成 當森林發(fā)生病蟲災害的時候，GPS技術能夠及時定位到病蟲害發(fā)生的地點，RS技術雖然能夠?qū)Σ∠x害的具體情況以遙感影像的形式呈現(xiàn)出來，但是RS 技術的定位功能比較弱，所以GPS 技術剛好能夠彌補RS 技術的不足。外國科學家通過GPS 技術將研究對象定位到每一株具體的植物上面，之后再使用RS技術對每一株植物進行信息提取，通過綜合使用這兩種技術，科學家掌握了受病蟲害侵襲區(qū)域分布圖。我國科學家劉震宇利用RS技術獲取了航空影像圖，之后又利用GPS 技術對影像圖上的內(nèi)容進行實時的定位，最后快速、精準地掌握了松材線蟲的屬性和空間數(shù)據(jù)[2]。

2.4.4 “3S”集成技術 3S 技術的綜合運用能夠大大提升森林病蟲害監(jiān)測預警工作的效率，三種技術的集成能夠幫助林業(yè)工作人員準確地了解到森林病蟲害與環(huán)境因素之間的關系，這樣能夠給林業(yè)專家解決森林病蟲害問題提供豐富的研究資料。與此同時，在充分利用三種技術的基礎上，林業(yè)專家通過運用自己掌握的專業(yè)知識，能夠及時預測到病蟲害發(fā)生的基本情況，并能夠及時通過最優(yōu)路徑到達蟲源所在地，林業(yè)專家經(jīng)過專業(yè)化的調(diào)查研究，能夠及時使病蟲害得到治理[3]。

在國外，3S 集成技術在林業(yè)保護方面得到了廣泛的應用。美國在2000 年將3S 集成技術運用在了森林病蟲害監(jiān)測、預報方面，并取得了良好的成效。第二年，澳大利亞將3S集成技術運用在了監(jiān)測森林資源質(zhì)量和害蟲種群動態(tài)上面，同樣取得了良好的結果。除此之外，很多西方國家會通過使用3S 集成技術進行數(shù)據(jù)的收集、處理工作，使資源得到了有效的管理[4]。

在我國，最早提出在森林病蟲害監(jiān)測預警工作中利用3S集成技術的科學家是周立，后來，陳春葉將他的這一想法變成了現(xiàn)實，陳春葉在小隴山林區(qū)運用了3S 集成技術，通過利用3S技術對小隴山林區(qū)的病蟲害進行監(jiān)測、預報，通過進行這一研究，得出了一個結論：3S 集成技術能夠幫助小隴山林區(qū)清查森林資源，實現(xiàn)病蟲害的及時監(jiān)測和預警工作，能夠大大地提升林業(yè)資源的保護工作質(zhì)量[5]。

3 在森林病蟲害防治工作中，3S技術的發(fā)展前景

雖然3S技術在森林病蟲害的監(jiān)測預警工作中有著舉足輕重的重要價值，但是目前針對該項技術的研究條件和研究技術還不夠成熟，所以在開展森林病蟲害監(jiān)測預警工作的時候，3S 技術的應用還有很多可以開發(fā)的空間。目前，人們對森林保護工作越來越重視，所以人們對3S 技術的關注程度也越來越深，雖然有關這方面的新聞報道比較少，但是相信隨著科學家們的不斷努力，3S技術會在防治森林病蟲害方面做出更大的貢獻。通過對3S技術運用現(xiàn)狀的分析，預測3S 技術在未來將會有三方面的發(fā)展革新：首先，遙感技術將會在識別有害生物光譜圖像上有所進步，遙感技術對有害生物的分辨能力將會增強；其次，地理信息系統(tǒng)的信息處理分析能力將會增強；最后，全球定位系統(tǒng)在追蹤有害生物的行蹤軌跡方面的能力也會有所提升。除此之外，隨著3S技術的普及應用，3S技術的應用管理將成為未來學者研究的重點內(nèi)容[6]。

4 結束語

綜上所述，3S 技術在森林病蟲害的監(jiān)測預警工作中發(fā)揮著很大的作用，它能夠使有害生物的監(jiān)測預警工作具有更強的時效性和精確度，同時，它也能夠呈現(xiàn)給林業(yè)工作人員動態(tài)的地理信息，并對這些信息進行分析，這樣會給森林病蟲害監(jiān)測管理人員的工作帶來了很大的便利。在不久的未來，3S 技術的普及應用將會成為森林病蟲害防治工作的發(fā)展趨勢，到那個時候，我國的林業(yè)保護工作將會達到一個新的高度。在科技快速發(fā)展的背景下，在專家學者孜孜不倦的探索之下，相信我國的森林病蟲害監(jiān)測預警工作將會變得越來越高效、科學。