淺論林業(yè)有害生物防治中新技術(shù)及運(yùn)用

中圖分類號(hào)：S763 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-7897（2025）09-0187-03

0引言

林業(yè)是維護(hù)生態(tài)安全、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。然而，隨著全球氣候變化、國際貿(mào)易頻繁化及人類活動(dòng)范圍擴(kuò)大，林業(yè)有害生物的傳播與危害逐漸加劇。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，全球每年因林業(yè)有害生物造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過數(shù)百億美元，同時(shí)導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性減少等深遠(yuǎn)影響。在此背景下，如何高效防控有害生物、保障林業(yè)資源安全已成為全球林業(yè)科學(xué)研究的核心議題之一。

1轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用

1.1技術(shù)原理

通過在某種生物體內(nèi)植入其他生物的優(yōu)質(zhì)基因，對(duì)生物體基因加以改變，就形成了轉(zhuǎn)基因技術(shù)。相較于其他技術(shù)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)具有良好的先進(jìn)性特征，在林業(yè)領(lǐng)域加以應(yīng)用可有效管理林業(yè)有害生物，改變傳統(tǒng)人工防治方式，代替噴灑農(nóng)藥治理害蟲，有效規(guī)避破壞林場生態(tài)環(huán)境的問題。例如，在昆蟲生物中運(yùn)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，通過對(duì)昆蟲體內(nèi)信息素加以提取，以性信息素對(duì)異性昆蟲加以吸引，在大范圍內(nèi)傳播時(shí)，制造性誘劑并放置在釋放器內(nèi)，可有效吸引害蟲，并對(duì)其進(jìn)行誘殺。

1.2核心技術(shù)應(yīng)用

近年來，轉(zhuǎn)基因技術(shù)快速發(fā)展的過程中，形成了多種不同類型的核心應(yīng)用技術(shù)，可用于林業(yè)有害生物防治，本研究對(duì)此展開了詳細(xì)闡述。

首先，抗蟲基因?qū)爰夹g(shù)。通過在林業(yè)種植中對(duì)樹木導(dǎo)入抗蟲基因的方式，從而形成良好的蟲害抗性。例如，植入Bt毒素基因，通過Cry1Ac/Cry3A基因在楊樹中植入應(yīng)用，可特異性毒殺鱗翅目和鞘翅目幼蟲。據(jù)中國林科院實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，轉(zhuǎn)Bt基因楊樹葉片蟲口密度下降 85% ，對(duì)照普通非轉(zhuǎn)基因楊樹死亡率僅為 12% 。蛋白酶抑制劑基因也是近年來在林業(yè)有害生物防治中所常見應(yīng)用的種類之一，例如， CpTI 豇豆胰蛋白酶抑制劑在桉樹中加以應(yīng)用，當(dāng)其表達(dá)量達(dá) 0.8% 總可溶蛋白時(shí)，可抑制松毛蟲消化系統(tǒng)，導(dǎo)致幼蟲體重下降 72% 。此外，調(diào)查研究顯示，以RNA干擾為主的抗蟲基因?qū)οx害防治具有顯著作用。例如，針對(duì)松材線蟲的RNAi載體設(shè)計(jì)，靶向其能量代謝基因，實(shí)驗(yàn)室條件下蟲體死亡率達(dá) 95% 。

其次，性別調(diào)控與種群壓制技術(shù)。通過在有害生物中轉(zhuǎn)移顯性致死基因的方式，達(dá)到良好的生物防治效果。例如，將雌性特異性致死基因?qū)胨赡炫?，在野外釋放后?dǎo)致其子代雌蟲死亡率超過 99% ，種群密度下降約 80% 。同時(shí)，可啟動(dòng)基因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，基于CRISPR/Cas9的基因驅(qū)動(dòng)載體靶向云杉八齒小蠹的性別決定基因，理論模型顯示5代內(nèi)可滅絕局部種群2。

最后，基于共生微生物改造的轉(zhuǎn)基因技術(shù)。該技術(shù)主要是通過重組熒光假單胞菌分泌Bt毒素Cry7Ca1，以接種于松樹韌皮部后的方式，可降低小蠹蟲生長率，促使小蠹蟲幼蟲死亡率達(dá) 87% 。

1.3標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)流程

以轉(zhuǎn)基因技術(shù)為例，分析林業(yè)有害生物防治新技術(shù)的應(yīng)用。首先，需要設(shè)計(jì)并篩選靶標(biāo)基因。分析害蟲靶點(diǎn)通過轉(zhuǎn)錄組測序，對(duì)關(guān)鍵基因進(jìn)行篩選，如常見的保幼激素合成酶基因JHA（圖1），利用CRISPR-Cas9設(shè)計(jì)sgRNA，可提高害蟲靶點(diǎn)分析效率，最高可達(dá)到80% 以上。然后優(yōu)化植物抗性基因，對(duì)Bt基因進(jìn)行密碼子偏好性優(yōu)化，將GC含量調(diào)整至 55%～60% ，提升至楊樹中表達(dá)量3～5倍。

其次，展開載體構(gòu)建與遺傳轉(zhuǎn)化。打造雙元載體系統(tǒng)，采用含潮霉素抗性標(biāo)記的pCAMBIA1301載體，使用EHA105菌株，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法侵染楊樹愈傷組織，轉(zhuǎn)化效率約為 18%～25% 。圖2為EHA105菌株的分類。而針對(duì)部分難以轉(zhuǎn)化的樹種，則需要使用基因槍輔助，如云杉等，需使用 1.0μm 粒徑金粉包被DNA，按照 1100psi 的氨壓轟擊參數(shù)進(jìn)行處理，則可促使轉(zhuǎn)化率提升至 5%～8%^[3] 。

再次，展開轉(zhuǎn)化體篩選與表型驗(yàn)證。對(duì)轉(zhuǎn)化體進(jìn)行分子檢測，由PCR擴(kuò)增目的基因，并聯(lián)合Southernblot確認(rèn)單拷貝插入，探針標(biāo)記效率可達(dá)到 90% 以上。對(duì)轉(zhuǎn)化體展開抗性表型評(píng)估，在室內(nèi)展開接蟲試驗(yàn)，按照50頭/株的標(biāo)準(zhǔn)測試轉(zhuǎn)化后的樹木抗性，統(tǒng)計(jì)72h死亡率，聯(lián)合ELISA檢測Bt蛋白含量并進(jìn)行總結(jié)，觀察整體技術(shù)應(yīng)用效果是否良好。

最后，展開田間試驗(yàn)與生態(tài)監(jiān)控。使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)林業(yè)有害生物加以防治，其自的是為了促進(jìn)林業(yè)健康發(fā)展，因此在實(shí)際應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)的過程中，最后應(yīng)當(dāng)針對(duì)具體林業(yè)環(huán)境展開多場地測試，設(shè)置試驗(yàn)區(qū)對(duì)其進(jìn)行隔離，周圍規(guī)劃 500m 半徑作為緩沖區(qū)，對(duì)試點(diǎn)范圍內(nèi)的林木3年內(nèi)生長數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。例如，我國某楊樹林地針對(duì)美國白蛾進(jìn)行防治時(shí)，轉(zhuǎn)CpTI+Snowdrop凝集素形成雙基因楊樹，觀察其生長狀態(tài)，常規(guī)楊樹胸徑年成長量約為 1.8cm ，而轉(zhuǎn)基因楊樹胸徑年增長達(dá)2.1cm 。田間試驗(yàn)時(shí)控制基因流，基于Barnase基因表達(dá)配置雄性不育株，使轉(zhuǎn)基因花粉擴(kuò)散距離控制在 30m 以內(nèi)，并使用全球定位系統(tǒng)（GPS）標(biāo)記追蹤數(shù)據(jù)。結(jié)合實(shí)際成果表明，在應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)之后，轉(zhuǎn)基因楊樹的田間蟲口密度從120頭/株降至15頭/株，葉片損失率控制在 10% 以內(nèi)，相較于非轉(zhuǎn)基因楊樹 65% 的損失形成了良好的控制效果。轉(zhuǎn)基因苗木單價(jià)提高0.8元，但減少農(nóng)藥噴灑3次/年，每公頃節(jié)省防治成本320元。轉(zhuǎn)基因技術(shù)可成為林業(yè)有害生物防治的變革性工具，但需持續(xù)優(yōu)化技術(shù)路徑并完善監(jiān)管體系。

2遙感與物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)

2.1 技術(shù)背景

林業(yè)有害生物，如松材線蟲、美國白蛾等對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的破壞具有隱蔽性和擴(kuò)散性，傳統(tǒng)人工巡查效率低、成本高且易遺漏早期病灶。遙感與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，通過“天-空-地”一體化監(jiān)測，可實(shí)現(xiàn)病蟲害的早期預(yù)警與精準(zhǔn)定位。近年來對(duì)遙感與物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，如華北地區(qū)應(yīng)用該技術(shù)預(yù)測美國白蛾蟲口密度。美國的蛾若進(jìn)入幼蟲暴食期可導(dǎo)致闊葉林葉片損失 90% ，但基于遙感與物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測可提前 7～ 15d預(yù)警蟲害爆發(fā)。

2.2技術(shù)原理與系統(tǒng)構(gòu)架

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)應(yīng)用水平不斷提高，在林業(yè)有害生物防治中應(yīng)用較為廣泛，通過衛(wèi)星系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，仔細(xì)分析林業(yè)有害生物類型，從而制定科學(xué)合理的預(yù)防措施，有助于提高林業(yè)有害生物防治工作效率。遙感與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合應(yīng)用，主要是建立在多光譜遙感的基礎(chǔ)上，通過植被指數(shù)反演樹木健康狀態(tài)，如松樹感染松材線蟲后將導(dǎo)致葉綠素含量下降，光譜反射率在近紅外波段顯著降低，從而根據(jù)這一狀況對(duì)松樹狀態(tài)進(jìn)行判斷。通過部署溫濕度、土壤傳感器等方式構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合美國白蛾發(fā)育積溫模型，設(shè)定發(fā)育閾值為 10^°C ，每日有效積溫為 450^°C 的監(jiān)測目標(biāo)，從而預(yù)測幼蟲孵化高峰期。此外隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)遙感監(jiān)測中也逐漸應(yīng)用，人工智能（AI）圖像識(shí)別技術(shù)，基于YOLOv5算法訓(xùn)練松材線蟲疫木識(shí)別模型，準(zhǔn)確率可高達(dá) 92% 。一般遙感物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)組成如表1所示。物聯(lián)網(wǎng)傳感監(jiān)測結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.3實(shí)施流程

以某地林場為例，該地林場總計(jì)占地面積約為3420hm² ，以松樹與楊樹為主展開種植，逐步形成完整的林場生態(tài)結(jié)構(gòu)，為典型商業(yè)林。在近年來的發(fā)展中發(fā)現(xiàn)林場中存在一定的蟲害問題，對(duì)林木生長質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，因此在傳統(tǒng)有害生物防治的基礎(chǔ)上，該林場為了實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展，提出創(chuàng)新技術(shù)的有害生物防治理念?；谶b感結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)松林與楊樹的蟲害問題進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警。

首先，展開松材線蟲監(jiān)測，初步展開衛(wèi)星遙感篩選。由林場管理人員使用 10m 分辨率的Sentinel-2衛(wèi)星獲取林場遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算區(qū)域NDVI值，篩選NDVIlt;0.35 的低活力區(qū)域，對(duì)比健康松林 NDVIgt;0.5 的標(biāo)準(zhǔn)判斷林場異常情況。初篩結(jié)果劃定疑似疫區(qū)范圍約為 1200hm² ，如圖4所示。

其次，展開無人機(jī)詳查。在衛(wèi)星標(biāo)記區(qū)域部署無人機(jī)，飛行高度設(shè)定為 100m ，獲取5波段多光譜影像，要求分辨率達(dá)到 5cm ，展開傾斜影像測繪作業(yè)。通過AI模型識(shí)別松樹冠層變色特征，感染松材線蟲后葉片呈紅褐色，根據(jù)松樹冠層顏色進(jìn)行識(shí)別，定位疫木坐標(biāo)。此次結(jié)果驗(yàn)證共計(jì)在本林區(qū)內(nèi)確認(rèn)疫木327株，定位精度達(dá) ±1.5m 。護(hù)林員攜帶平板終端現(xiàn)場核查，對(duì)疫木標(biāo)記并砍伐焚燒，單日處理疫木50～80株，較傳統(tǒng)巡查效率提升 85% 。

再次，對(duì)林區(qū)內(nèi)楊樹的美國白蛾蟲口密度展開遙感預(yù)測，使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器展開數(shù)據(jù)采集。由管理人員在林區(qū)每平方公里部署5個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感點(diǎn)間距按照 200m 加以布置，形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度、濕度及光照強(qiáng)度等參數(shù)，并將傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過LoRa網(wǎng)關(guān)傳輸至云端，存儲(chǔ)為時(shí)序數(shù)據(jù)庫。

最后，創(chuàng)建蟲害發(fā)育模型，基于有效積溫模型進(jìn)行計(jì)算，測量蟲害的發(fā)育進(jìn)度，經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)當(dāng)累計(jì)積溫達(dá) 400^°C^?"日時(shí)，提前10d觸發(fā)幼蟲孵化預(yù)警。在結(jié)束遙感監(jiān)測之后，使用AI輔助展開決策，結(jié)合該林場2018一2022年的歷史蟲情數(shù)據(jù)訓(xùn)練LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，70% 數(shù)據(jù)作為模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)， 30% 數(shù)據(jù)為測試數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)預(yù)測蟲口密度峰值。最終預(yù)測該區(qū)域內(nèi)的楊樹美國白蛾幼蟲密度將達(dá)35頭/株，需立即噴灑生物農(nóng)藥。

2.4應(yīng)用效果與數(shù)據(jù)驗(yàn)證

表2為松材線蟲監(jiān)測效果對(duì)比。根據(jù)表2數(shù)據(jù)對(duì)本次應(yīng)用遙感 + 無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)防治林中有害生物的實(shí)際結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)相較于傳統(tǒng)人工巡查方式，遙感 + 無人機(jī)監(jiān)測方式對(duì)松林松材線蟲的單日監(jiān)測覆蓋面積提升程度高達(dá) 2400% ，并且相較于傳統(tǒng)人工巡查方式，遙感 無人機(jī)監(jiān)測方式發(fā)病林木識(shí)別準(zhǔn)確率提高到 92% ，能夠精準(zhǔn)防控蟲害問題，增強(qiáng)防治效果，監(jiān)測成本從12元/畝（1畝 ≈667m²） 降至2.3元/畝。此外本次展開美國白蛾防治，模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)際蟲口密度相關(guān)系數(shù) R²=0.89 ，預(yù)警提前7～12d，防控響應(yīng)時(shí)間縮短至3d內(nèi)，控制蟲害爆發(fā)區(qū)域減少 62% 。

3結(jié)語

通過運(yùn)用林業(yè)有害生物防治新技術(shù)，可幫助林業(yè)人員對(duì)林業(yè)有害生物展開有效防治，提高林業(yè)收益，并加強(qiáng)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)。本文著重以轉(zhuǎn)基因技術(shù)以及遙感物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)為主，對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述，旨在促進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]翁振堅(jiān).林業(yè)有害生物防治中新技術(shù)及運(yùn)用分析[J].中國林副特產(chǎn)，2023（2）：94-96.

[2]田茂賢.林業(yè)有害生物防治中新技術(shù)的應(yīng)用探討[J].中國林副特產(chǎn)，2022（6）：108-109，112.

[3]席穎.新技術(shù)在林業(yè)有害生物防治中的應(yīng)用分析[J].智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊，2022，2（9）：89-91.

[4] 陳余元.簡析新技術(shù)在林業(yè)有害生物防治中的具體應(yīng)用[J].種子科技，2021，39（17）：95-96.

[5]楊磊.林業(yè)新技術(shù)在有害生物防治中的應(yīng)用探析[J].造紙裝備及材料，2021，50（8）：145-146.

作者簡介：楊超（1985一），男，漢族，陜西寶雞人，本科，助理工程師，主要從事森林管護(hù)、森林病蟲害防治、森林防火等工作。

通信作者：王琳（1987一），女，漢族，陜西寶雞人，本科，助理工程師，主要從事森林管護(hù)、森林病蟲害防治、森林防火等工作。