“3S”在森林病蟲害預(yù)警中的應(yīng)用與展望

（福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 福建，南平 353000）

森林病蟲害的產(chǎn)生會(huì)給森林帶來很大的危害，它既會(huì)影響林木的健康生長，使林木的觀賞性大大降低，還會(huì)導(dǎo)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(yán)重的國家之一，給國家?guī)碇匾?jīng)濟(jì)損失。在人們傳統(tǒng)的想法中，森林火災(zāi)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(zāi)造成損失的214 倍，由此可見，病蟲害對(duì)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(hù)，使我國的林業(yè)資源能夠在未來的社會(huì)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(xué)者和科學(xué)家紛紛投入到了森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的研究中，傳統(tǒng)的森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)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(cè)預(yù)警的準(zhǔn)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(chǔ)的森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)則能夠很好地避免這些缺點(diǎn)，能夠使森林病蟲害的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作變得更加高效、更加精確。

1 3S技術(shù)簡(jiǎn)述

顧名思義，3S技術(shù)主要包含了三種技術(shù)，遙感技術(shù)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(guān)的病蟲害數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，全球定位系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)森林內(nèi)精準(zhǔn)的定位，這三種技術(shù)組成的系統(tǒng)給林業(yè)保護(hù)工作做出了很大的貢獻(xiàn)。3S技術(shù)不僅能讓森林病蟲害被及時(shí)地發(fā)現(xiàn)、解決，還能起到預(yù)測(cè)監(jiān)控森林火災(zāi)的功能，在很多自然保護(hù)區(qū)里，也會(huì)運(yùn)用到3S 技術(shù)。所以，我國林業(yè)的健康、穩(wěn)定發(fā)展離不開3S技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用，本文具體分析了3S 技術(shù)系統(tǒng)在森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警中的主要應(yīng)用。

2 3S技術(shù)在森林病蟲害預(yù)警方面的應(yīng)用

在森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警工作中，3S技術(shù)具有動(dòng)態(tài)性、準(zhǔn)確性的特點(diǎn)，它能夠快速地搜集呈現(xiàn)森林病蟲害的具體信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行分析。由于3S 技術(shù)在林業(yè)保護(hù)工作中具有很大的價(jià)值，所以很多國內(nèi)外學(xué)者、企業(yè)都紛紛投入了時(shí)間和財(cái)力來研究這項(xiàng)技術(shù)。

2.1 RS技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用

森林里的植物在遭到病蟲害侵襲的時(shí)候，會(huì)發(fā)出一種波普值，這種波普值與植物正常時(shí)發(fā)射的波普值有所不同，遙感技術(shù)就是通過分辨波普值的不同來識(shí)別森林病蟲害的。遙感技術(shù)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(shù)主要有三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)，一方面，它的監(jiān)測(cè)面積比較大，工作人員在搜集病蟲害信息時(shí)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(cè)周期比較短，能夠幫助工作人員獲取及時(shí)、準(zhǔn)確的一手資料。遙感技術(shù)能夠監(jiān)測(cè)到病蟲害的生活習(xí)性以及林木受危害的程度，能夠讓工作人員及時(shí)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(cè)預(yù)警工作中，使用最多的遙感技術(shù)是雷達(dá)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)、航空遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)和衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)。遙感技術(shù)在森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用始于19 世紀(jì)30 年代。科學(xué)家們運(yùn)用遙感技術(shù)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(rèn)識(shí)到遙感技術(shù)在森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警工作中的重要作用。

在我國，遙感技術(shù)在森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用始于20 世紀(jì)70 年代，我國最初使用的是雷達(dá)遙感技術(shù)。云麗麗在研究中應(yīng)用雷達(dá)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)馬尾松毛蟲成蟲進(jìn)行了細(xì)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(xiàng)科學(xué)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(jié)果的價(jià)值是很大的。該項(xiàng)研究主要得出了兩條結(jié)論，首先，即使馬尾松毛蟲處于143 m 之外的位置，雷達(dá)遙感技術(shù)仍舊能夠及時(shí)探測(cè)到馬尾松毛蟲的具體信息，其次，如果一個(gè)馬尾松毛蟲成蟲被掛在緩緩上升的氫氣球上，當(dāng)氫氣球上升到1020 m 的高空的時(shí)候，馬尾松毛蟲的相關(guān)信息仍舊逃不了雷達(dá)遙感技術(shù)的監(jiān)測(cè)。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(xué)家的重視，我國科學(xué)家通過利用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)這兩個(gè)地區(qū)的馬尾松毛蟲的危害進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究，結(jié)果得出了兩條結(jié)論，首先，通過運(yùn)用TM技術(shù)，植物葉片的損失率和數(shù)據(jù)圖像之間呈現(xiàn)出來的關(guān)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(jí)能夠通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)被快速分辨出來。

2.2 GIS技術(shù)的特點(diǎn)和運(yùn)用

GIS技術(shù)與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)有著非常密切的關(guān)系，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速穩(wěn)定發(fā)展，GIS技術(shù)開始誕生并在森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警工作中發(fā)揮越來越重要的作用。GIS技術(shù)能夠?qū)Ξ?dāng)?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(guān)信息進(jìn)行分析整合，從而以數(shù)據(jù)或圖片的形式輸出與當(dāng)?shù)亓謽I(yè)資源有關(guān)的地理信息。通過合理地應(yīng)用GIS技術(shù)，能夠使遙感技術(shù)的自動(dòng)分類功能變得更加精確。與此同時(shí)，GIS技術(shù)還能夠使監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)具有更強(qiáng)的時(shí)效性、準(zhǔn)確性和規(guī)范性。

一些發(fā)達(dá)國家對(duì)GIS 技術(shù)在森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警中的研究開始得比較早，科學(xué)家們通過對(duì)有害生物的研究得出了許多非常有意義的結(jié)論，這些結(jié)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(gè)科學(xué)家通過研究蝗蟲的生活習(xí)性得出了這樣一個(gè)結(jié)論，利用GIS技術(shù)可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)到蝗蟲種群的變化，這個(gè)結(jié)論給后世治理蝗災(zāi)提供了很大的啟示。還有外國科學(xué)家通過利用GIS技術(shù)對(duì)有害生物時(shí)空動(dòng)態(tài)分布進(jìn)行分析，得出了害蟲在不同時(shí)間有不同的空間分布的結(jié)論。還有外國科學(xué)家針對(duì)黃杉毒蛾進(jìn)行了研究，在運(yùn)用GIS 技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學(xué)家對(duì)一些遭受黃杉毒蛾侵害的植物進(jìn)行了研究，科學(xué)家將森林類型圖、受害植物的葉片損失率、地理氣候圖進(jìn)行了細(xì)致地分析，最后得出了這樣一個(gè)結(jié)論，通過運(yùn)用GIS技術(shù)，黃杉毒蛾的爆發(fā)區(qū)域是可以提前被預(yù)測(cè)出來的，科學(xué)家只需要認(rèn)真研究分析時(shí)空動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)圖就可以。還有科學(xué)家運(yùn)用GIS 技術(shù)，運(yùn)用模型法的思想，針對(duì)往年搜集的關(guān)于病蟲害爆發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，繪制出了與有害生物有關(guān)的種群密度分布圖，通過進(jìn)行該項(xiàng)研究，人們掌握了預(yù)測(cè)有害生物爆發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的方法。

目前，我國對(duì)GIS技術(shù)在森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警方面的研究比較稀缺，在實(shí)際研究方面，研究活動(dòng)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(xué)家通過利用GIS 技術(shù)研究椰心葉甲在中國的分布得出了這樣一個(gè)結(jié)論：要想了解有害生物在我國森林資源中的分布情況，科學(xué)家可以通過合理科學(xué)地運(yùn)用GIS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。除此之外，對(duì)松材線蟲爆發(fā)情況的研究也離不開GIS技術(shù)的運(yùn)用，張志誠是我國的一個(gè)科學(xué)家，在利用GIS技術(shù)的基礎(chǔ)上，他對(duì)大量的與松材線蟲有關(guān)的數(shù)據(jù)資料進(jìn)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?yàn)槿绱耍覈乃刹木€蟲災(zāi)害才得到了有效的控制和監(jiān)測(cè)。我國的武紅智等科學(xué)家也在充分運(yùn)用GIS 技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)松毛蟲災(zāi)害的爆發(fā)、蔓延、擴(kuò)散進(jìn)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(zāi)害的治理工作做出了很大的貢獻(xiàn)。我國科學(xué)家利用GIS 技術(shù)在遼寧省建立了松毛線蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)松毛線蟲活動(dòng)軌跡的有效監(jiān)測(cè)，能夠使我國林業(yè)的松毛線蟲災(zāi)害得到有效的控制。

2.3 GPS技術(shù)的特點(diǎn)和運(yùn)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(shí)現(xiàn)了海洋、陸地、天空三個(gè)層次的定位、導(dǎo)航和面積測(cè)量功能，GPS技術(shù)在森林病蟲害的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作中有著非常廣泛的應(yīng)用，它能夠幫助林業(yè)工作人員及時(shí)、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(cè)預(yù)警工作變得更有可靠性。

起初，國外主要將GPS技術(shù)運(yùn)用在航空及地面導(dǎo)航、路線檢測(cè)工作中。如今，美國的DGPS技術(shù)能夠直接引導(dǎo)飛行員從機(jī)場(chǎng)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(jì)算系統(tǒng)會(huì)及時(shí)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(shí)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(jìn)行噴灑等工作的時(shí)候，GPS技術(shù)也能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄飛行員的工作狀態(tài)，這樣的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能夠使森林病蟲害的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的精度更高。

GPS 技術(shù)在我國林業(yè)保護(hù)工作中有著非常普遍的應(yīng)用，我國科學(xué)家通過利用GPS 技術(shù)中的復(fù)位功能進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，對(duì)于GPS 技術(shù)而言，復(fù)位率達(dá)到百分之百是沒有問題的。我國科學(xué)家利用GPS技術(shù)研究森林中松樹感染疾病的情況發(fā)現(xiàn)，利用GPS 技術(shù)能夠使松材線蟲的爆發(fā)情況得到及時(shí)、有效地監(jiān)測(cè)。我國一些機(jī)構(gòu)合作建立了GPS 站，GPS 站通過對(duì)蝗蟲災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和研究，使我國的蝗蟲災(zāi)害得到了有效的控制。

2.4“3S”技術(shù)集成的應(yīng)用

2.4.1 GIS 與GPS 技術(shù)的集成 GIS 技術(shù)能夠幫助GPS 快速、準(zhǔn)確地定位在電子地圖上面，GPS 技術(shù)能夠?yàn)镚IS技術(shù)提供很多與病蟲害有關(guān)的地理位置信息，這兩種技術(shù)的集成能夠使林業(yè)工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)病蟲害的源頭和分布情況，能夠切實(shí)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(shù)的系統(tǒng)，澳大利亞通過利用這個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，對(duì)林業(yè)內(nèi)的有害生物進(jìn)行了及時(shí)、精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)，從而及時(shí)避免了很多可能發(fā)生的森林病蟲災(zāi)害。我國主要將GIS 和GPS 集成技術(shù)運(yùn)用在沙漠蝗、松毛蟲、松材線蟲病的預(yù)防上面。

2.4.2 GIS 與RS 技術(shù)的集成 RS 技術(shù)能夠直接獲取很多關(guān)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(xí)性，這些信息能夠給GIS技術(shù)的使用提供豐富的數(shù)據(jù)，與此同時(shí)，GIS技術(shù)能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，分析的結(jié)果能夠給RS技術(shù)的運(yùn)用提供很大的幫助。我國科學(xué)家曾經(jīng)將該項(xiàng)新型監(jiān)測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)的森林病蟲害監(jiān)測(cè)技術(shù)做了詳細(xì)的對(duì)比，最后得出了這樣一個(gè)結(jié)論：在森林病蟲害防治工作中，GIS技術(shù)和RS技術(shù)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(xué)家通過RS技術(shù)獲取與有害生物有關(guān)的影像信息，之后，在對(duì)殺蟲劑的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)的時(shí)候，這個(gè)科學(xué)家通過GIS技術(shù)使評(píng)價(jià)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(zāi)害的方法[1]。

2.4.3 RS 與GPS 技術(shù)的集成 當(dāng)森林發(fā)生病蟲災(zāi)害的時(shí)候，GPS技術(shù)能夠及時(shí)定位到病蟲害發(fā)生的地點(diǎn)，RS技術(shù)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(shù)的定位功能比較弱，所以GPS 技術(shù)剛好能夠彌補(bǔ)RS 技術(shù)的不足。外國科學(xué)家通過GPS 技術(shù)將研究對(duì)象定位到每一株具體的植物上面，之后再使用RS技術(shù)對(duì)每一株植物進(jìn)行信息提取，通過綜合使用這兩種技術(shù)，科學(xué)家掌握了受病蟲害侵襲區(qū)域分布圖。我國科學(xué)家劉震宇利用RS技術(shù)獲取了航空影像圖，之后又利用GPS 技術(shù)對(duì)影像圖上的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位，最后快速、精準(zhǔn)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(shù) 3S 技術(shù)的綜合運(yùn)用能夠大大提升森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的效率，三種技術(shù)的集成能夠幫助林業(yè)工作人員準(zhǔn)確地了解到森林病蟲害與環(huán)境因素之間的關(guān)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(shí)，在充分利用三種技術(shù)的基礎(chǔ)上，林業(yè)專家通過運(yùn)用自己掌握的專業(yè)知識(shí)，能夠及時(shí)預(yù)測(cè)到病蟲害發(fā)生的基本情況，并能夠及時(shí)通過最優(yōu)路徑到達(dá)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(shí)使病蟲害得到治理[3]。

在國外，3S 集成技術(shù)在林業(yè)保護(hù)方面得到了廣泛的應(yīng)用。美國在2000 年將3S 集成技術(shù)運(yùn)用在了森林病蟲害監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)方面，并取得了良好的成效。第二年，澳大利亞將3S集成技術(shù)運(yùn)用在了監(jiān)測(cè)森林資源質(zhì)量和害蟲種群動(dòng)態(tài)上面，同樣取得了良好的結(jié)果。除此之外，很多西方國家會(huì)通過使用3S 集成技術(shù)進(jìn)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(cè)預(yù)警工作中利用3S集成技術(shù)的科學(xué)家是周立，后來，陳春葉將他的這一想法變成了現(xiàn)實(shí)，陳春葉在小隴山林區(qū)運(yùn)用了3S 集成技術(shù)，通過利用3S技術(shù)對(duì)小隴山林區(qū)的病蟲害進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)，通過進(jìn)行這一研究，得出了一個(gè)結(jié)論：3S 集成技術(shù)能夠幫助小隴山林區(qū)清查森林資源，實(shí)現(xiàn)病蟲害的及時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警工作，能夠大大地提升林業(yè)資源的保護(hù)工作質(zhì)量[5]。

3 在森林病蟲害防治工作中，3S技術(shù)的發(fā)展前景

雖然3S技術(shù)在森林病蟲害的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作中有著舉足輕重的重要價(jià)值，但是目前針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究條件和研究技術(shù)還不夠成熟，所以在開展森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的時(shí)候，3S 技術(shù)的應(yīng)用還有很多可以開發(fā)的空間。目前，人們對(duì)森林保護(hù)工作越來越重視，所以人們對(duì)3S 技術(shù)的關(guān)注程度也越來越深，雖然有關(guān)這方面的新聞報(bào)道比較少，但是相信隨著科學(xué)家們的不斷努力，3S技術(shù)會(huì)在防治森林病蟲害方面做出更大的貢獻(xiàn)。通過對(duì)3S技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)狀的分析，預(yù)測(cè)3S 技術(shù)在未來將會(huì)有三方面的發(fā)展革新：首先，遙感技術(shù)將會(huì)在識(shí)別有害生物光譜圖像上有所進(jìn)步，遙感技術(shù)對(duì)有害生物的分辨能力將會(huì)增強(qiáng)；其次，地理信息系統(tǒng)的信息處理分析能力將會(huì)增強(qiáng)；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(huì)有所提升。除此之外，隨著3S技術(shù)的普及應(yīng)用，3S技術(shù)的應(yīng)用管理將成為未來學(xué)者研究的重點(diǎn)內(nèi)容[6]。

4 結(jié)束語

綜上所述，3S 技術(shù)在森林病蟲害的監(jiān)測(cè)預(yù)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(cè)預(yù)警工作具有更強(qiáng)的時(shí)效性和精確度，同時(shí)，它也能夠呈現(xiàn)給林業(yè)工作人員動(dòng)態(tài)的地理信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行分析，這樣會(huì)給森林病蟲害監(jiān)測(cè)管理人員的工作帶來了很大的便利。在不久的未來，3S 技術(shù)的普及應(yīng)用將會(huì)成為森林病蟲害防治工作的發(fā)展趨勢(shì)，到那個(gè)時(shí)候，我國的林業(yè)保護(hù)工作將會(huì)達(dá)到一個(gè)新的高度。在科技快速發(fā)展的背景下，在專家學(xué)者孜孜不倦的探索之下，相信我國的森林病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警工作將會(huì)變得越來越高效、科學(xué)。