淺論林業有害生物防治中新技術及運用

中圖分類號：S763 文獻標識碼：A 文章編號：1005-7897（2025）09-0187-03

0引言

林業是維護生態安全、促進可持續發展的重要基礎性產業。然而，隨著全球氣候變化、國際貿易頻繁化及人類活動范圍擴大，林業有害生物的傳播與危害逐漸加劇。據聯合國糧農組織統計，全球每年因林業有害生物造成的直接經濟損失超過數百億美元，同時導致森林生態系統退化、生物多樣性減少等深遠影響。在此背景下，如何高效防控有害生物、保障林業資源安全已成為全球林業科學研究的核心議題之一。

1轉基因技術的應用

1.1技術原理

通過在某種生物體內植入其他生物的優質基因，對生物體基因加以改變，就形成了轉基因技術。相較于其他技術，轉基因技術具有良好的先進性特征，在林業領域加以應用可有效管理林業有害生物，改變傳統人工防治方式，代替噴灑農藥治理害蟲，有效規避破壞林場生態環境的問題。例如，在昆蟲生物中運用轉基因技術，通過對昆蟲體內信息素加以提取，以性信息素對異性昆蟲加以吸引，在大范圍內傳播時，制造性誘劑并放置在釋放器內，可有效吸引害蟲，并對其進行誘殺。

1.2核心技術應用

近年來，轉基因技術快速發展的過程中，形成了多種不同類型的核心應用技術，可用于林業有害生物防治，本研究對此展開了詳細闡述。

首先，抗蟲基因導入技術。通過在林業種植中對樹木導入抗蟲基因的方式，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用，可特異性毒殺鱗翅目和鞘翅目幼蟲。據中國林科院實驗數據顯示，轉Bt基因楊樹葉片蟲口密度下降 85% ，對照普通非轉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有害生物防治中所常見應用的種類之一，例如， CpTI 豇豆胰蛋白酶抑制劑在桉樹中加以應用，當其表達量達 0.8% 總可溶蛋白時，可抑制松毛蟲消化系統，導致幼蟲體重下降 72% 。此外，調查研究顯示，以RNA干擾為主的抗蟲基因對蟲害防治具有顯著作用。例如，針對松材線蟲的RNAi載體設計，靶向其能量代謝基因，實驗室條件下蟲體死亡率達 95% 。

其次，性別調控與種群壓制技術。通過在有害生物中轉移顯性致死基因的方式，達到良好的生物防治效果。例如，將雌性特異性致死基因導入松墨天牛，在野外釋放后導致其子代雌蟲死亡率超過 99% ，種群密度下降約 80% 。同時，可啟動基因驅動系統，基于CRISPR/Cas9的基因驅動載體靶向云杉八齒小蠹的性別決定基因，理論模型顯示5代內可滅絕局部種群2。

最后，基于共生微生物改造的轉基因技術。該技術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 87% 。

1.3標準化技術流程

以轉基因技術為例，分析林業有害生物防治新技術的應用。首先，需要設計并篩選靶標基因。分析害蟲靶點通過轉錄組測序，對關鍵基因進行篩選，如常見的保幼激素合成酶基因JHA（圖1），利用CRISPR-Cas9設計sgRNA，可提高害蟲靶點分析效率，最高可達到80% 以上。然后優化植物抗性基因，對Bt基因進行密碼子偏好性優化，將GC含量調整至 55%～60% ，提升至楊樹中表達量3～5倍。

其次，展開載體構建與遺傳轉化。打造雙元載體系統，采用含潮霉素抗性標記的pCAMBIA1301載體，使用EHA105菌株，通過農桿菌介導法侵染楊樹愈傷組織，轉化效率約為 18%～25% 。圖2為EHA105菌株的分類。而針對部分難以轉化的樹種，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 的氨壓轟擊參數進行處理，則可促使轉化率提升至 5%～8%^[3] 。

再次，展開轉化體篩選與表型驗證。對轉化體進行分子檢測，由PCR擴增目的基因，并聯合Southernblot確認單拷貝插入，探針標記效率可達到 90% 以上。對轉化體展開抗性表型評估，在室內展開接蟲試驗，按照50頭/株的標準測試轉化后的樹木抗性，統計72h死亡率，聯合ELISA檢測Bt蛋白含量并進行總結，觀察整體技術應用效果是否良好。

最后，展開田間試驗與生態監控。使用轉基因技術對林業有害生物加以防治，其自的是為了促進林業健康發展，因此在實際應用轉基因技術的過程中，最后應當針對具體林業環境展開多場地測試，設置試驗區對其進行隔離，周圍規劃 500m 半徑作為緩沖區，對試點范圍內的林木3年內生長數據進行監測。例如，我國某楊樹林地針對美國白蛾進行防治時，轉CpTI+Snowdrop凝集素形成雙基因楊樹，觀察其生長狀態，常規楊樹胸徑年成長量約為 1.8cm ，而轉基因楊樹胸徑年增長達2.1cm 。田間試驗時控制基因流，基于Barnase基因表達配置雄性不育株，使轉基因花粉擴散距離控制在 30m 以內，并使用全球定位系統（GPS）標記追蹤數據。結合實際成果表明，在應用轉基因技術之后，轉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，相較于非轉基因楊樹 65% 的損失形成了良好的控制效果。轉基因苗木單價提高0.8元，但減少農藥噴灑3次/年，每公頃節省防治成本320元。轉基因技術可成為林業有害生物防治的變革性工具，但需持續優化技術路徑并完善監管體系。

2遙感與物聯網監測技術

2.1 技術背景

林業有害生物，如松材線蟲、美國白蛾等對森林生態系統的破壞具有隱蔽性和擴散性，傳統人工巡查效率低、成本高且易遺漏早期病灶。遙感與物聯網技術的融合，通過“天-空-地”一體化監測，可實現病蟲害的早期預警與精準定位。近年來對遙感與物聯網監測技術的應用較為廣泛，如華北地區應用該技術預測美國白蛾蟲口密度。美國的蛾若進入幼蟲暴食期可導致闊葉林葉片損失 90% ，但基于遙感與物聯網監測可提前 7～ 15d預警蟲害爆發。

2.2技術原理與系統構架

隨著科學技術的發展，遙感技術應用水平不斷提高，在林業有害生物防治中應用較為廣泛，通過衛星系統收集數據，仔細分析林業有害生物類型，從而制定科學合理的預防措施，有助于提高林業有害生物防治工作效率。遙感與物聯網技術的融合應用，主要是建立在多光譜遙感的基礎上，通過植被指數反演樹木健康狀態，如松樹感染松材線蟲后將導致葉綠素含量下降，光譜反射率在近紅外波段顯著降低，從而根據這一狀況對松樹狀態進行判斷。通過部署溫濕度、土壤傳感器等方式構成物聯網傳感網絡，結合美國白蛾發育積溫模型，設定發育閾值為 10^°C ，每日有效積溫為 450^°C 的監測目標，從而預測幼蟲孵化高峰期。此外隨著現代技術的發展，在物聯網遙感監測中也逐漸應用，人工智能（AI）圖像識別技術，基于YOLOv5算法訓練松材線蟲疫木識別模型，準確率可高達 92% 。一般遙感物聯網監測系統組成如表1所示。物聯網傳感監測結構如圖3所示。

2.3實施流程

以某地林場為例，該地林場總計占地面積約為3420hm² ，以松樹與楊樹為主展開種植，逐步形成完整的林場生態結構，為典型商業林。在近年來的發展中發現林場中存在一定的蟲害問題，對林木生長質量產生負面影響，因此在傳統有害生物防治的基礎上，該林場為了實現綠色可持續發展，提出創新技術的有害生物防治理念。基于遙感結合物聯網技術的應用，對松林與楊樹的蟲害問題進行監測預警。

首先，展開松材線蟲監測，初步展開衛星遙感篩選。由林場管理人員使用 10m 分辨率的Sentinel-2衛星獲取林場遙感監測數據，計算區域NDVI值，篩選NDVIlt;0.35 的低活力區域，對比健康松林 NDVIgt;0.5 的標準判斷林場異常情況。初篩結果劃定疑似疫區范圍約為 1200hm² ，如圖4所示。

其次，展開無人機詳查。在衛星標記區域部署無人機，飛行高度設定為 100m ，獲取5波段多光譜影像，要求分辨率達到 5cm ，展開傾斜影像測繪作業。通過AI模型識別松樹冠層變色特征，感染松材線蟲后葉片呈紅褐色，根據松樹冠層顏色進行識別，定位疫木坐標。此次結果驗證共計在本林區內確認疫木327株，定位精度達 ±1.5m 。護林員攜帶平板終端現場核查，對疫木標記并砍伐焚燒，單日處理疫木50～80株，較傳統巡查效率提升 85% 。

再次，對林區內楊樹的美國白蛾蟲口密度展開遙感預測，使用物聯網傳感器展開數據采集。由管理人員在林區每平方公里部署5個傳感器節點，傳感點間距按照 200m 加以布置，形成環形結構，實時監測溫度、濕度及光照強度等參數，并將傳感器采集到的數據通過LoRa網關傳輸至云端，存儲為時序數據庫。

最后，創建蟲害發育模型，基于有效積溫模型進行計算，測量蟲害的發育進度，經過計算發現當累計積溫達 400^°C^?"日時，提前10d觸發幼蟲孵化預警。在結束遙感監測之后，使用AI輔助展開決策，結合該林場2018一2022年的歷史蟲情數據訓練LSTM神經網絡，70% 數據作為模型訓練數據， 30% 數據為測試數據，精準預測蟲口密度峰值。最終預測該區域內的楊樹美國白蛾幼蟲密度將達35頭/株，需立即噴灑生物農藥。

2.4應用效果與數據驗證

表2為松材線蟲監測效果對比。根據表2數據對本次應用遙感 + 無人機監測技術防治林中有害生物的實際結果進行分析，發現相較于傳統人工巡查方式，遙感 + 無人機監測方式對松林松材線蟲的單日監測覆蓋面積提升程度高達 2400% ，并且相較于傳統人工巡查方式，遙感 無人機監測方式發病林木識別準確率提高到 92% ，能夠精準防控蟲害問題，增強防治效果，監測成本從12元/畝（1畝 ≈667m²） 降至2.3元/畝。此外本次展開美國白蛾防治，模型預測結果與實際蟲口密度相關系數 R²=0.89 ，預警提前7～12d，防控響應時間縮短至3d內，控制蟲害爆發區域減少 62% 。

3結語

通過運用林業有害生物防治新技術，可幫助林業人員對林業有害生物展開有效防治，提高林業收益，并加強對自然生態環境的有效保護。本文著重以轉基因技術以及遙感物聯網聯合技術為主，對其應用進行詳細闡述，旨在促進林業產業繁榮發展。

參考文獻

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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、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、森林病蟲害防治、森林防火等工作。