利用無人機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，特別是當寄主為高大的園林樹木時，這類病害更加難以觀察和理解。利用機動靈活的無人機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。結果表明，對于不同的寄主，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層，但當南洋楹Faleataria moluccana的上層樹冠枝葉枯死后，其位置變為樹冠的外層；同時槲寄生的顏色也因為暴露在陽光直射之下由綠色轉變為黃綠色。

關鍵詞：無人機；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，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等數十種。槲寄生的寄主主要是南洋楹Faleataria moluccana。這種槲寄生的學名叫做棱枝槲寄生Viscum diospyrosicolum。這類病害相對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，當寄生植物隱藏于樹冠時，不會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為“鳥巢”、生態環境良好的象征。

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

本研究嘗試利用無人機機動靈活的特性，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，加深對這類特殊病害的理解。

1.材料與方法

1.1主要儀器設備

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

1.2實驗方法

拍攝地點為廣州市天河區的華南農業大學和廣東省農業科學院。拍攝時間為2016年1月。

首先從地面觀察，確定樹木上生長寄生植物后，用普通數碼相機拍攝照片。

利用無人機飛到樹冠之上，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。

相關的飛行數據和觀測數據如表1。

2.結果與分析

2.1桑寄生的無人機觀察結果

2.1.1寄主白蘭的桑寄生感染狀況

從圖1可以發現第二株白蘭的樹冠頂部有一團桑寄生。其主要特征是樹葉色調偏灰，且相對密集，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，具體細節不清。

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，只在樹冠右上方發現了一小叢桑寄生。特征是葉片色調比榕樹本身葉色淺。因無法觀察到樹冠的頂部，不能掌握桑寄生發生的全面細節，與白蘭的例子類似。

從圖4發現桑寄生的數量遠不止地面觀察到的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“病得十分嚴重”。由于距離稍遠，具體細節尚不十分清楚，應進一步降低高度觀察。

從圖5可以十分清楚地觀察到桑寄生的細節。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重危害。由于是冬季，又或是因嚴重受害，該株木棉葉片稀疏，有利于桑寄生的觀察。航拍結果如圖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。

進一步靠近其中一叢桑寄生拍攝，結果清楚地觀察到桑寄生的寄生細節。在圖7的中央，有一個十分特別的“子子生”枝條，枝條中間有幾個縫隙。實際上這兩個枝條一個是木棉的枝條，另一個是桑寄生的枝條，所有桑寄生的小枝都是從這個枝條上生長出來。桑寄生的枝條每隔一段距離就長出一個吸根插入寄主木棉的枝條吸收營養，兩個吸根之間露出一條縫隙。這些吸根把兩個枝條緊緊連接成了一個奇異的“孑子生”枝條。

2.2槲寄生的無人機觀察結果

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。實際上其內部已經生長了多叢槲寄生，即一些樹葉相對密集的團狀圓形。

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。因此改為從樹冠側面觀察，航拍結果如圖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沒有槲寄生分布。槲寄生為大量枝條組成的叢狀結構，枝條含有葉綠素，呈綠色，替代了退化的葉片進行光合作用，其色調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

天河五山地區許多槲寄生危害嚴重的南洋楹已經被砍伐或截頂。調查中發現了一棵嚴重受害且未處理的植株。航拍結果如圖11-12。

從圖11看出，南洋楹頂部已經沒有葉片，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，數量超過20叢。近距離航拍結果如圖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節。

3.結論與討論

利用無人機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。

當寄主樹冠仍茂密時，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，不能消化外有保護層的種子，將其排泄出去。當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后，本身也會長出很長的枝條，這些枝條的功能和普通的木本植物相同，起支撐和輸導的作用。但桑寄生較特殊，枝條還會將其樹葉支撐到寄主樹冠外，以保證陽光充足。這可能是進化過程中形成的競爭機制，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化的枝條，且枝條柔軟無力，僅能像樹葉一樣進行光合作用，無法如桑寄生般主動長至寄主冠層之外，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，特別是對于廣州地區的園林樹木，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，可以在較短的時間內生長成大樹，因此其材質相對疏松。當槲寄生越長越多，南洋楹頂部的枝條因離根部最遠，接受水分和礦質元素最難，而大量槲寄生對中部水分和礦質元素的攔截，使頂部成為最先干枯死亡的部分，此時下層仍有部分枝葉存活。每當暴風雨之后，特別是臺風時，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”到了上層（圖11-12）。桑寄生的葉色，與寄主種類有一定關系。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低于接受陽光不足的植物。在同一地區，同一寄主南洋楹和病原槲寄生，當槲寄生隱藏于樹冠內部時，顏色偏綠（圖10）；當暴露于陽光之下時，其顏色偏黃（圖11～12）。

由于無人機飛行具有一定技術含量，且說明書上一般都會明確要求飛行過程中遠離建筑物和樹木等障礙物，因此本實驗的無人機操作具有一定危險性。要完成這類操作，要求無人機性能優良，能穩定懸停，一旦產生漂移就可能撞向樹木；同時，還要求操作人員具備十分熟練的技術。無人機的操作沒有類似汽車的“剎車”功能，在飛行器停止運動后必因慣性繼續運動，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行細微操作，使其僅作極短距離的運動。此外，因無人機飛行時間短（一般在20 min內），拍攝時還需要提前實地調查，制定計劃。本研究就是先從地面拍攝寄主樹木，再根據相應情況制定簡單的飛行計劃，保證拍攝和研究的順利進行。endprint