馬尾松林松材線蟲病遙感識(shí)別與防治技術(shù)

中圖分類號(hào)：S763.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-7897（2025）09-0184-03

0引言

松材線蟲為馬尾松林中存在的主要蟲害，為實(shí)現(xiàn)對(duì)地方森林資源安全的更好維護(hù)，應(yīng)當(dāng)在馬尾松林區(qū)內(nèi)，針對(duì)馬尾松林松材線蟲病進(jìn)行識(shí)別與防治。在當(dāng)前的實(shí)踐中，要持續(xù)更新松材線蟲病的識(shí)別技術(shù)方案，實(shí)施遙感識(shí)別，以此提升識(shí)別效率，增強(qiáng)防治效果。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步展開對(duì)馬尾松林松材線蟲病的綜合性防治，盡可能減少松材線蟲病對(duì)馬尾松林的負(fù)面影響。

1馬尾松林松材線蟲病遙感識(shí)別技術(shù)的關(guān)鍵要素

基于遙感技術(shù)對(duì)馬尾松林松材線蟲病監(jiān)測(cè)方法的研究，依托遙感技術(shù)展開對(duì)松材線蟲病的識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)大范圍松材線蟲病快速精準(zhǔn)的識(shí)別。為充分發(fā)揮出遙感識(shí)別技術(shù)在馬尾松林松材線蟲病監(jiān)測(cè)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，需系統(tǒng)解析松材線蟲病遙感識(shí)別技術(shù)的關(guān)鍵要素。

1.1數(shù)據(jù)獲取

采集衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，主要包括Landsat系列衛(wèi)星影像，空間分辨率在 30m 左右，能大范圍監(jiān)測(cè)馬尾松林分布變化;Sentinel-2衛(wèi)星影像，空間分辨率最高達(dá) 10m 重訪周期短，可及時(shí)捕捉林區(qū)動(dòng)態(tài)。同時(shí)，可采集并利用無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)，獲取高分辨率影像，空間分辨率可達(dá)厘米級(jí)，適合小范圍、高精度的馬尾松林監(jiān)測(cè)，可清晰識(shí)別單株染病樹木。

1.2遙感特征提取

基于健康馬尾松與染病馬尾松二者在光譜反射率、影像紋理方面的差異，可通過(guò)準(zhǔn)確分析、明確光譜特征和紋理特征等，實(shí)現(xiàn)對(duì)健康馬尾松與染病馬尾松的識(shí)別I。另外，根據(jù)松材線蟲病發(fā)展的季節(jié)性規(guī)律，掌握時(shí)序特征，通過(guò)多時(shí)相遙感影像分析林區(qū)光譜和物候變化，建立時(shí)序模型實(shí)現(xiàn)對(duì)染病區(qū)域的識(shí)別。

1.3分類識(shí)別方法

遙感技術(shù)識(shí)別松材線蟲病的方法主要分為機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)。在機(jī)器學(xué)習(xí)下，通過(guò)采用支持向量機(jī)（SVM）和隨機(jī)森林（RF），利用提取的遙感特征訓(xùn)練分類模型，建立健康與染病的馬尾松林分類模型，對(duì)馬尾松林健康和染病狀態(tài)進(jìn)行分類。在深度學(xué)習(xí)下，可通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）等自動(dòng)學(xué)習(xí)影像特征，在復(fù)雜背景下識(shí)別松材線蟲病效果較好。

2馬尾松林松材線蟲病遙感識(shí)別技術(shù)的實(shí)踐要點(diǎn)

為獲取更為理想的馬尾松林松材線蟲病遙感識(shí)別效果，在本次研究中，設(shè)計(jì)了基于微波與光學(xué)時(shí)間序列影像聯(lián)合的馬尾松林松材線蟲病遙感識(shí)別技術(shù)，實(shí)踐要點(diǎn)內(nèi)容如下。

2.1時(shí)序衛(wèi)星影像預(yù)處理

針對(duì)馬尾松林松材線蟲病進(jìn)行觀測(cè)識(shí)別時(shí)，為最大限度保障圖像數(shù)據(jù)精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)病害傳播發(fā)展路徑的實(shí)時(shí)跟蹤，需要結(jié)合時(shí)序衛(wèi)星影像技術(shù)作為主要觀測(cè)平臺(tái)。研究中，以歐空局Sentinel-1雙星系統(tǒng)回傳觀測(cè)信息為基礎(chǔ)，其影像分辨率較為突出，同時(shí)能夠有效節(jié)約數(shù)據(jù)處理時(shí)間與影像信息存儲(chǔ)空間。結(jié)合GEE針對(duì)雙星系統(tǒng)回傳觀測(cè)信息進(jìn)行篩選，主要選擇2年內(nèi)的研究目標(biāo)區(qū)衛(wèi)星觀測(cè)圖像作為主要研究對(duì)象。

Sentinel-1系統(tǒng)合成孔徑雷達(dá)（SAR）側(cè)視成像特征受到其成像原理等因素影響，干擾目標(biāo)區(qū)地形地勢(shì)影像清晰度、亮度等具體指標(biāo)，因此在基于衛(wèi)星影像進(jìn)行病害跟蹤與監(jiān)控前，需要針對(duì)時(shí)序衛(wèi)星影像進(jìn)行提前處理與校正，確保其亮度、分辨率能夠達(dá)到預(yù)期要求，減少圖像噪聲所造成的影響。

首先，需要結(jié)合GEE針對(duì)時(shí)序衛(wèi)星影像輻射坡度進(jìn)行校正，使衛(wèi)星影像所呈現(xiàn)出的亮度能夠回歸真實(shí)狀態(tài)，有效抑制外部環(huán)境對(duì)于成像質(zhì)量產(chǎn)生的沖擊。技術(shù)團(tuán)隊(duì)可基于相同的坐標(biāo)參考系統(tǒng)將影像數(shù)據(jù)集進(jìn)行對(duì)齊，使其能夠在空間狀態(tài)層面實(shí)現(xiàn)重疊。

其次，需要采用窗口化模式對(duì)時(shí)序衛(wèi)星影像進(jìn)行ReLee濾波，消除衛(wèi)星影像成像過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲，同時(shí)最大限度保留圖像當(dāng)中所涉及的具體信息，減少處理過(guò)程對(duì)于信息架構(gòu)產(chǎn)生的影響。

最后，通過(guò)對(duì)Sentinel-1雙星系統(tǒng)影像特征分析，大氣環(huán)境對(duì)于影像清晰度的影響同樣較為顯著，因此需要依托GEE平臺(tái)對(duì)時(shí)序衛(wèi)星影像進(jìn)行大氣校正，并結(jié)合波段標(biāo)記等方式實(shí)現(xiàn)云掩膜。

2.2光學(xué)微波制備指數(shù)時(shí)序曲線提取

分析馬尾松林松材線蟲病害的具體表現(xiàn)特征，相關(guān)病害的傳播發(fā)展將會(huì)對(duì)馬尾松林受害林材的含水率與葉綠素含量產(chǎn)生一定影響。因此，進(jìn)行病蟲害監(jiān)測(cè)之前，結(jié)合其具體特征，對(duì)遙感監(jiān)測(cè)過(guò)程中涉及的植被指數(shù)進(jìn)行明確劃定。其中主要涵蓋歸一化植被指數(shù)、重整化差異植被指數(shù)、綠度大氣阻抗植被指數(shù)等具體內(nèi)容，通過(guò)上述有關(guān)指標(biāo)的整合觀測(cè)與全面評(píng)估，系統(tǒng)地明確馬尾松林松材線蟲病害在當(dāng)前的傳播發(fā)展情況，進(jìn)而保障后續(xù)防治工作的針對(duì)性。為避免缺失值帶來(lái)的影響，減少影像數(shù)據(jù)當(dāng)中的噪聲，在研究過(guò)程中應(yīng)遵循月計(jì)周期進(jìn)行中值計(jì)算，同時(shí)結(jié)合濾波器針對(duì)植被指數(shù)的時(shí)序曲線進(jìn)行濾波重構(gòu)，使其能夠在保留原有數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上更加直觀立體地展現(xiàn)出有關(guān)病害的傳播特征，最大限度保障遙感技術(shù)對(duì)于松林病蟲害監(jiān)測(cè)的能力與效果，準(zhǔn)確定位松材線蟲病的受害范圍與受害面積，增強(qiáng)防治效果。在對(duì)馬尾松林松材線蟲病遙感識(shí)別中，所選定的微波與光學(xué)植被指數(shù)及其計(jì)算方法如表1所示。

2.3技術(shù)挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)

數(shù)據(jù)時(shí)空分辨率存在不匹配的問(wèn)題，可以使用時(shí)間序列重采樣（光學(xué)數(shù)據(jù)降采樣至SAR重訪周期）的方式進(jìn)行解決；對(duì)于云霧遮擋干擾的問(wèn)題，可以結(jié)合長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）填補(bǔ)缺失值，或使用Sentinel-2的場(chǎng)景分類（SCL）云掩膜層的方式進(jìn)行解決；對(duì)于異構(gòu)數(shù)據(jù)融合噪聲的問(wèn)題，可以采用互信息熵篩選互補(bǔ)特征的方式進(jìn)行解決；對(duì)于小樣本病害樣本不足的問(wèn)題，可以使用遷移學(xué)習(xí)（用全球森林監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)訓(xùn)練模型）的方式進(jìn)行解決回。

3馬尾松林松材線蟲病的防治技術(shù)要點(diǎn)

在馬尾松林松材線蟲病防治實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)使用綜合防治的方式，以此獲取到更為理想的防治效果，避免松材線蟲病的大范圍傳播，具體措施與技術(shù)要點(diǎn)如下。

3.1加強(qiáng)檢疫

嚴(yán)格展開檢疫監(jiān)管，實(shí)施流通環(huán)節(jié)管控，嚴(yán)禁從松材線蟲病疫區(qū)調(diào)運(yùn)松科植物、苗木、松木制品；進(jìn)行調(diào)入材料處理，對(duì)非疫區(qū)調(diào)入的松木材料，需進(jìn)行高溫處理或熏蒸處理，確保無(wú)松材線蟲存活；落實(shí)檢疫追溯，建立松木制品調(diào)運(yùn)臺(tái)賬，實(shí)施檢疫證書電子化管理，全程可追溯。同時(shí)，及時(shí)安排產(chǎn)地檢疫，育苗圃地應(yīng)遠(yuǎn)離松林，定期抽樣檢測(cè)苗木是否攜帶松材線蟲或松墨天牛幼蟲。對(duì)松木采伐剩余物進(jìn)行集中銷毀，防止松材線蟲擴(kuò)散。

3.2控制媒介昆蟲

松墨天牛是松材線蟲的主要傳播媒介，其防治需多手段協(xié)同。

3.2.1物理防治

實(shí)施誘捕監(jiān)測(cè)，懸掛松墨天牛性信息素誘捕器（甲基丁香酚誘芯），每公頃設(shè)置20～30個(gè)，定期更換誘芯并記錄捕獲量。安排誘木誘殺，在林間設(shè)置少量松木誘木，待松墨天牛產(chǎn)卵后集中銷毀。進(jìn)行燈光誘殺，在成蟲羽化期（5一8月），林間懸掛頻振式殺蟲燈或太陽(yáng)能殺蟲燈，每5～10畝（1畝 ≈667m²） 設(shè)置1盞，夜間開燈誘殺成蟲。

3.2.2化學(xué)防治

實(shí)施樹干注藥，對(duì)健康馬尾松注射內(nèi)吸性殺蟲劑，如噻蟲啉微膠囊劑或吡蟲啉溶液，藥劑通過(guò)木質(zhì)部傳導(dǎo)至樹體，預(yù)防松墨天牛取食傳毒。注藥時(shí)間設(shè)定為松墨天牛羽化前1～2個(gè)月（春季）[。安排樹干噴藥，在成蟲羽化高峰期，噴灑高效氯氟氰菊酯或氯氰菊酯乳油（濃度為 2%～5%） ，重點(diǎn)噴灑樹干和大枝，觸殺成蟲。需要注意的是，藥劑需要輪換使用，避免松墨天牛產(chǎn)生抗藥性。

3.2.3生物防治

天敵釋放，如花絨寄甲，人工繁育后釋放到林間，寄生松墨天牛幼蟲；腫腿蜂，將腫腿蜂蜂卡懸掛于樹干，寄生松墨天牛幼蟲。投放微生物制劑，噴施白僵菌或綠僵菌孢子粉，感染松墨天牛成蟲并致死。

3.3清除病源

及時(shí)清除病死木，定期踏查林區(qū)，結(jié)合無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)針葉褪綠、樹干流脂、枝條枯死等典型癥狀的馬尾松，立即標(biāo)記并采樣檢測(cè)。優(yōu)先清除瀕死木和枯死木，避免松材線蟲在樹體內(nèi)大量繁殖。病木實(shí)施粉碎或焚燒處理，伐除病死木后，需在媒介昆蟲羽化前完成處理。直徑 ?1cm 的枝干需粉碎至粒徑 ?0.5cm ，或焚燒徹底滅活松材線蟲和松墨天牛幼蟲[1I-13]。大型病木可分段切割后集中處理，嚴(yán)禁露天焚燒或隨意丟棄。對(duì)無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)處理的病木，采用溴甲烷或磷化鋁密閉熏蒸。

3.4監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)

搭建常年監(jiān)測(cè)體系，在地面監(jiān)測(cè)方面，固定專人定期踏查，記錄馬尾松生長(zhǎng)狀態(tài)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)交通沿線、松材加工廠周邊等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。采用誘捕器監(jiān)測(cè)松墨天牛種群動(dòng)態(tài)，每公頃設(shè)置20～30個(gè)誘捕點(diǎn)，每周檢查記錄。落實(shí)遙感監(jiān)測(cè)，利用無(wú)人機(jī)或多光譜衛(wèi)星遙感技術(shù)，識(shí)別馬尾松異常，結(jié)合地面驗(yàn)證提高精度[14-15]。優(yōu)化數(shù)據(jù)整合與預(yù)警，建立區(qū)縣級(jí)松材線蟲病監(jiān)測(cè)平臺(tái)，整合氣象、蟲情、林分?jǐn)?shù)據(jù)，設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)閾值，觸發(fā)預(yù)警信號(hào)。定期發(fā)布疫情動(dòng)態(tài)，指導(dǎo)基層開展防治。

設(shè)定并推行應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)疑似病株后，立即采樣送檢，確診后立即上報(bào)省級(jí)林業(yè)部門。疫情確認(rèn)后24h內(nèi)劃定疫區(qū)，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。實(shí)施聯(lián)防聯(lián)控，跨區(qū)域協(xié)作，統(tǒng)一清除疫區(qū)外圍松木，防止疫情反復(fù)。聯(lián)合氣象部門，利用風(fēng)雨預(yù)報(bào)提前部署防治。

4結(jié)語(yǔ)

馬尾松林松材線蟲病的遙感識(shí)別期間，可使用聯(lián)合微波與光學(xué)時(shí)間序列影像的松材線蟲病遙感識(shí)別，通過(guò)“多源互補(bǔ) + 動(dòng)態(tài)建?！?，突破傳統(tǒng)方法在時(shí)效性和空間覆蓋上的瓶頸。該技術(shù)核心在于以下方面： ① 數(shù)據(jù)層。融合光學(xué)植被指數(shù)與微波結(jié)構(gòu)參數(shù)，捕捉病害多維特征。 ② 模型層。利用LSTM、3D-CNN等時(shí)序模型，挖掘病害演變規(guī)律。 ③ 應(yīng)用層，從早期預(yù)警到政策評(píng)估，形成全鏈條監(jiān)測(cè)體系。同時(shí)，在馬尾松林松材線蟲病的防治中，要堅(jiān)持“預(yù)防為主、綜合治理\"原則，結(jié)合檢疫、媒介控制、病木清理和生態(tài)調(diào)控，形成長(zhǎng)效防控機(jī)制。定期評(píng)估防治效果，動(dòng)態(tài)調(diào)整策略，最大限度減少松材線蟲病的危害。

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作者簡(jiǎn)介：陳穎睿（1996一），女，侗族，貴州榕江人，碩士研究生，助理工程師，主要從事森林資源管理工作。