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收稿日期：2023-04-01

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目（31760440）。

作者簡(jiǎn)介：包崇銀（1996—），男，云南宣威人，碩士，主要從事植物多樣性保護(hù)與利用研究。E-mail： 1179937359@qq.com。

包崇銀.RS技術(shù)在林業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].南方農(nóng)業(yè)，2023，17（21）：172-174.

摘 要 當(dāng)前碳匯、碳中和、碳達(dá)標(biāo)是林業(yè)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。簡(jiǎn)要介紹了RS技術(shù)（遙感技術(shù)）的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域，分析總結(jié)了RS技術(shù)在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展，包括森林病蟲害檢測(cè)和防治、植物資源調(diào)查、森林防火管理、森林碳儲(chǔ)量及其空間分布等相關(guān)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用情況，并對(duì)林業(yè)領(lǐng)域RS技術(shù)應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 RS技術(shù)；林業(yè)；森林病蟲害監(jiān)測(cè)；植物資源調(diào)查；森林防火管理

中圖分類號(hào)：S718 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.21.044

隨著我國(guó)科技水平的提高，信息化技術(shù)也在不斷發(fā)展，RS技術(shù)即遙感技術(shù)（Remote Sensing，RS）在生產(chǎn)中的應(yīng)用，引起了更多學(xué)者的關(guān)注。以森林病蟲害為對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，采用遙感信息作為主要信息源。通過增設(shè)地面監(jiān)控站、輔助衛(wèi)星定位等，在野外林業(yè)調(diào)查中應(yīng)用RS技術(shù)，定位精度高，自主可控性強(qiáng)，從而減少由其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)造成的干擾，同時(shí)也為森林資源管理工作提供更加準(zhǔn)確可靠的信息支撐。就林業(yè)生產(chǎn)而言，RS系統(tǒng)在應(yīng)用過程中還存在一些問題急需解決，必須結(jié)合具體情況來合理使用RS系統(tǒng)。分析RS技術(shù)的概況和特點(diǎn)，并探討其在林業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。

1" RS技術(shù)研究進(jìn)展

森林資源的管理越來越依賴于科技應(yīng)用能力的提高，RS技術(shù)可以為多種森林資源管理應(yīng)用貢獻(xiàn)信息[1]。對(duì)于全球溫室效應(yīng)這一重大熱點(diǎn)問題，加大力度研究森林在碳匯、碳中和、碳達(dá)標(biāo)中的重要作用，是解決溫室效應(yīng)問題的關(guān)鍵，RS技術(shù)也是解決這一棘手問題的突破口之一。3S技術(shù)[即遙感RS、全球定位系統(tǒng)GPS（Global Position System）和地理信息系統(tǒng)GIS（Geographic Information System）]一般是通過衛(wèi)星發(fā)射的電磁波，對(duì)所研究的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，RS技術(shù)在3S技術(shù)中起到了關(guān)鍵作用[2]。RS技術(shù)在3S技術(shù)應(yīng)用中起著研究項(xiàng)目信息采集的作用，其應(yīng)用原理是利用電磁波反射對(duì)所研究的領(lǐng)域探測(cè)后進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換，為采集工作的開展奠定有力的基礎(chǔ)[3]。

目前，信息的采集和利用是世界發(fā)展的主旋律，RS技術(shù)為森林資源的檢測(cè)和開發(fā)提供了重要的技術(shù)支撐和理論依據(jù)[4]。RS技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際林業(yè)調(diào)查中，可以根據(jù)實(shí)際需要和條件要求來選擇無人機(jī)、人造衛(wèi)星等。3S技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的也是RS技術(shù)，其屬于基礎(chǔ)類應(yīng)用技術(shù)，主要發(fā)揮對(duì)目標(biāo)研究區(qū)域的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，采集區(qū)域信息，然后將所采集的信息進(jìn)行分析處理、對(duì)外輸送反饋。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是可以對(duì)目標(biāo)研究區(qū)域的相關(guān)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并且有著很強(qiáng)的適應(yīng)性。RS技術(shù)常應(yīng)用于森林氣象變化情況、森林病蟲害檢測(cè)和防治、森林植被覆蓋情況、林間交通分布情況調(diào)查研究[5]。

2" RS技術(shù)在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1" RS技術(shù)在森林病蟲害調(diào)查中的應(yīng)用

RS技術(shù)是實(shí)施非接觸、高效和負(fù)擔(dān)得起的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)大面積病蟲害的基礎(chǔ)方法，可以極大地便利森林保護(hù)。對(duì)不同形式的遙感方法用于檢測(cè)和監(jiān)測(cè)森林病蟲害已有較多研究報(bào)道。根據(jù)其在檢查和監(jiān)測(cè)病蟲害方面的特點(diǎn)和成熟程度，將傳感系統(tǒng)分為可見光和近紅外光譜傳感器（Visible-Near Infrared，VIS-NIR）兩大類，熒光和熱敏傳感器，合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）和光探測(cè)測(cè)距（激光雷達(dá)）系統(tǒng)[6]。

病蟲害在世界范圍內(nèi)對(duì)農(nóng)林業(yè)的危害極大[7]。了解病蟲害發(fā)生的部位、程度對(duì)指導(dǎo)植保程序至關(guān)重要。鑒于常規(guī)田間病蟲害普查勞動(dòng)強(qiáng)度大、主觀性強(qiáng)、效率普遍較低，RS技術(shù)可作為一項(xiàng)關(guān)鍵補(bǔ)充，使病蟲害監(jiān)測(cè)工作能夠在較粗的范圍內(nèi)開展[8]。在觀察病原物與寄主的相互作用時(shí)，不同的森林病蟲害會(huì)引起多種癥狀和危害，這些癥狀和危害構(gòu)成了進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。值得注意的是，并非所有的森林病蟲害都適用遙感監(jiān)測(cè)，因?yàn)橛行┎∠x害缺乏可識(shí)別的特征。因此，利用遙感手段對(duì)森林病蟲害進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的一個(gè)基本要求就是有一定的響應(yīng)，能夠被特定的傳感器或傳感器系統(tǒng)檢測(cè)到。

在由病蟲害引起的森林癥狀和生理變化中，我們發(fā)現(xiàn)與遙感有關(guān)的病害癥狀主要有2類：1）生物量減少和葉面積指數(shù)降低[9]。這種破壞類型通常發(fā)生在一些害蟲的攻擊中，例如害蟲（例如玉米中的黏蟲）可以啃食林木的葉、莖等，從而造成葉面積和生物量的大量損失。然而，鑒于這種破壞缺乏光譜特異性，其監(jiān)測(cè)總是遇到高度不確定性的問題。2）感染引起的皮損或膿皰。病斑或膿皰是由病蟲害引起的干燥或壞死組織，是最常見的癥狀。病變和膿皰在顏色和形狀上往往因病蟲種類而異。應(yīng)該注意的是，這些病變和膿皰（例如在冠層內(nèi)均勻分布或定位于底層）的冠內(nèi)分布和豐度可能很大。森林病害或害蟲的發(fā)生可造成單一或多種破壞形式，遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)該能夠捕捉癥狀的累積。由于疾病感染或害蟲攻擊通常表現(xiàn)為一個(gè)時(shí)間過程，不同形式的癥狀可能相互疊加或相互作用，并在不同階段表現(xiàn)出不同的程度。例如，冬小麥黃銹病初期會(huì)引起葉片的病斑和葉綠素含量的降低。如果沒有適當(dāng)?shù)目刂?，受損的光合系統(tǒng)將導(dǎo)致生物量的減少，并將阻礙森林的水分代謝[10]。

可用于監(jiān)測(cè)病蟲害的遙感系統(tǒng)有多種RS系統(tǒng)，這些RS系統(tǒng)同時(shí)具有被動(dòng)輻射和主動(dòng)輻射功能，可以實(shí)現(xiàn)從γ射線到微波的數(shù)據(jù)采集[11]。為了有效地檢測(cè)和監(jiān)測(cè)森林病蟲害，人們利用不同的RS系統(tǒng)對(duì)森林病蟲害引起的侵染癥狀（如結(jié)痂、膿皰等）、生理反應(yīng)（如色素含量、含水量等）和結(jié)構(gòu)變化（如冠層結(jié)構(gòu)、景觀結(jié)構(gòu)等）進(jìn)行了監(jiān)測(cè)[12]?；趥鞲性砗图夹g(shù)成熟度，在森林病蟲害監(jiān)測(cè)問題上，傳感系統(tǒng)大致可分為可見光-近紅外光譜系統(tǒng)、光探測(cè)和測(cè)距設(shè)備（激光雷達(dá)）系統(tǒng)[13]。對(duì)于波長(zhǎng)短于可見光波段（即γ射線、X射線、紫外線）的傳感器，通常以主動(dòng)方式工作，這意味著便攜性差[14]。上述傳感系統(tǒng)的分類并不是嚴(yán)格按照波長(zhǎng)范圍或傳感方式進(jìn)行的，而是試圖強(qiáng)調(diào)傳感系統(tǒng)在森林病蟲害監(jiān)測(cè)中的作用。

2.2" RS技術(shù)在植物資源調(diào)查和森林防火中的應(yīng)用

2.2.1" 植物資源調(diào)查

植物資源清查是指對(duì)區(qū)域內(nèi)植物資源的規(guī)模、林木種類、林木結(jié)構(gòu)分布等情況進(jìn)行系統(tǒng)性清查[15]，根據(jù)調(diào)研結(jié)果可以為國(guó)家后續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的制定提供基礎(chǔ)保障，以起到優(yōu)化植物資源分配的作用。在2009—2013年，我國(guó)開展了一次全國(guó)植物資源清查工作[16]。在清查工作中，技術(shù)人員借助RS技術(shù)對(duì)重點(diǎn)保護(hù)樹種進(jìn)行標(biāo)注，同時(shí)利用統(tǒng)一記錄表格對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，有效提升了植物資源清查效率。植物資源是處于變動(dòng)的資源，因此林業(yè)部門要檢測(cè)植物資源，應(yīng)對(duì)森林中發(fā)生的各種狀況進(jìn)行調(diào)查，從而尋找出合適的解決對(duì)策。RS技術(shù)的誕生能夠讓森林植物資源的檢測(cè)工作變得高效，在實(shí)際檢測(cè)過程中，RS技術(shù)可以充分了解到森林中樹木的生長(zhǎng)情況，進(jìn)而幫助林業(yè)管理人員開展數(shù)據(jù)分析工作。

2.2.2" 森林防火管理

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)體系的不斷完善，這為RS技術(shù)發(fā)展提供了一個(gè)良好機(jī)遇。目前，相關(guān)調(diào)查表明，國(guó)家林業(yè)局結(jié)合已經(jīng)完善的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)和世界地理信息系統(tǒng)框架，建立了適合國(guó)家森林防火要求的森林防火管理應(yīng)急預(yù)防檢測(cè)管理系統(tǒng)，以更好地發(fā)現(xiàn)著火區(qū)域位置信息和著火強(qiáng)度大小，從而提出合理的防火措施和對(duì)策，以降低林火對(duì)森林資源造成的影響，減少林火造成的人身安全和財(cái)產(chǎn)損失。RS技術(shù)的應(yīng)用對(duì)森林防火應(yīng)急工作來說是一個(gè)技術(shù)上的突破，對(duì)防火工作的高效開展是一劑強(qiáng)有力的催化劑。RS技術(shù)起初主要應(yīng)用于我國(guó)東北和西南地區(qū)的森林防火，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，當(dāng)前調(diào)查數(shù)據(jù)顯示該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)取得了較好的防火檢測(cè)管理效果。

3" 林業(yè)領(lǐng)域RS技術(shù)應(yīng)用展望

調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，我國(guó)是世界上人工林覆蓋率最高的國(guó)家[17]，近年來對(duì)森林資源的重視度與日俱增，但由于很多無法避免的限制因素的影響，依然有很多安全隱患需要解決，這給林業(yè)調(diào)查、研究、發(fā)展帶來了很大的影響。RS技術(shù)是3S技術(shù)之一，也是3S技術(shù)的基礎(chǔ)[18]。當(dāng)前林業(yè)領(lǐng)域在對(duì)RS技術(shù)的應(yīng)用中存在很多不合理的地方，未能深入開發(fā)應(yīng)用RS技術(shù)。將RS技術(shù)深入應(yīng)用到林業(yè)研究領(lǐng)域中，可以進(jìn)一步提高林業(yè)管理、經(jīng)營(yíng)效率和質(zhì)量，與此同時(shí)，保證各項(xiàng)林業(yè)研究項(xiàng)目和工作的順利開展。在將來的林業(yè)研究領(lǐng)域，特別是森林與碳的關(guān)系問題的解決，管理部門和專家學(xué)者應(yīng)該進(jìn)一步重視RS技術(shù)的應(yīng)用和完善。

RS技術(shù)的應(yīng)用是優(yōu)化森林經(jīng)營(yíng)管理、促進(jìn)林業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵一筆，例如調(diào)查一定區(qū)域的森林覆蓋面積、樹種概況、地理位置特點(diǎn)等，用傳統(tǒng)的方法和技術(shù)是無法在短時(shí)間內(nèi)完成的，但應(yīng)用RS技術(shù)是很容易實(shí)現(xiàn)的?；诖耍瑢S技術(shù)深入應(yīng)用于林業(yè)研究中，可為其發(fā)展注入新的動(dòng)力。未來RS技術(shù)應(yīng)該在森林碳匯中得到實(shí)際應(yīng)用，森林是碳匯的源泉，是碳中和的關(guān)鍵，是碳達(dá)標(biāo)的重點(diǎn)，利用RS技術(shù)對(duì)林木的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行觀測(cè)具有良好前景。

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（責(zé)任編輯：易" 婧）