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研究亮点
HIGHLIGHTS
1. 基于无人机遥感技术探究槲寄生侵害发生概率；
2. 对更好理解槲寄生感染模式及气候变化下的生态系统功能具有重要意义；
3. 为全面评估槲寄生在特定林分中的分布及其与林分和立地特征的关系提供指导。
01
研究背景
槲寄生(Viscum album ssp. austriacum)属寄生或半寄生灌木，主要危害云杉属植物。受槲寄生侵染的健康树木，其枝条和茎干组织会扭曲生长，最终导致寄主抵抗力降低，严重时甚至会造成树木干枯死亡。目前，槲寄生已成为世界范围内对针叶树最具破坏力的病原之一。因此，准确掌握其主要生长因素和传播特性，对及时有效管理并预防槲寄生危害极具实际意义。槲寄生的传播受多种因素影响，其中气候条件扮演着关键角色。冬季气温与槲寄生的发生存在着显著的相关性，春季气温的上升以及降水量的减少，同样也会促使槲寄生的生长与扩散。此外，地理位置和树木的特性，如树龄、健康状况和生长速度等，也是影响槲寄生分布的重要因素。相比于传统的现场观测方法，利用无人机(UAV)搭载激光雷达(ALS)技术可大幅降低研究成本，实现高精度、广覆盖的测绘和成像。
目前，使用无人机技术以识别槲寄生感染的研究尚不多见。但实际上，了解影响槲寄生分布模式的特定林分因素，对森林管理策略的制定极为关键。因此，本研究以无人机和航空激光扫描(ALS)数据为基础，识别槲寄生的发生模式，旨在探究欧洲赤松(Pinus sylvestris L.)林分中槲寄生发生概率与林分内源性因素之间的关联。本文为森林健康管理和生态监测提供了新的技术手段。
02
研究方法
研究区域位于波兰托伦地区国家森林管理局的4个森林。使用无人机(UAV)获取2,247个欧洲赤松林分的高分辨率图像，并通过AgisoftMetashape软件处理成正射影像图；利用机载激光扫描(ALS)数据获取林分和场地特征。基于无人机图像，采用QGIS软件手动矢量化方法检测槲寄生，并根据槲寄生的存在将林分分为两组: 无槲寄生(Group 0)和有槲寄生(Group 1)。利用ALS数据计算平均树高、林分密度和立地指数(SI)等林分特征，生成林冠高度模型(CHM)。
使用1 m分辨率的数字高程模型(DEM)数据计算林分相对地形位置(RTP)、地形湿度指数(TWI)、地表水深(DTW)和高于水流的高程(EAS)等地形指数。使用广义加性模型(GAM)分析槲寄生发生的概率与林分特征之间的关系，并分析林分年龄、树高、林分密度、地形指数和气候水平衡(CWB)对槲寄生发生概率的影响。
图 1｜研究区域: (a) 研究区域位置；(b) 托伦国家森林管理局内无人机图像覆盖内的林分位置(浅黄色)
图 2｜受槲寄生感染的欧洲赤松林分无人机影像
03
研究结果
图 3｜(a) 基于ALS点云的树顶可视化。(b) 在指定的10 m x 10 m网格单元内确定最大林冠高度模型(CHM)值(ZMAX)。(c) 过滤ZMAX小于平均ZMAX 2/3的像素。(d) 树高(TH)被计算为每个林分中ZMAX的平均值
图 4｜有槲寄生和无槲寄生组树高、林分年龄、林分密度和林冠高度模型(CHM)数据分布
图 5｜树高(a)、林分年龄(b)和林分密度(c)对林分级槲寄生发生概率的偏效应
图 6｜坡度(a)、地形湿度指数(b, TWI)、海拔高度(c, DEM)和气候水平衡(d, CWB)对林分级槲寄生发生概率的偏效应
图 7｜立地类型对林分级槲寄生发生概率的偏效应
Cite this article
Tymińska-Czabańska, L., Janiec, P., Hawryło, P., Ślopek, J., Zielonka, A., Netzel, P., Janczyk, D., & Socha, J., 2024. Modeling the effect of stand and site characteristics on the probability of mistletoe infestation in Scots pine stands using remote sensing data. For. Ecosyst. 11, 100191.
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100191
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100191
关于本刊
《森林生态系统(英文)》（Forest Ecosystems）是由教育部主管、北京林业大学主办的林学、生态学类的开放获取学术期刊。主要收录森林生态系统、森林群落、森林环境、遥感、气候变化、大数据等相关研究领域的高质量、原创性研究论文和评论性文章。影响因子4.1，在中科院期刊分区表中居农林科学大类一区，林学小类一区。
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森林生态系统(英文)
微信号：Forest Ecosystems
https://www.sciencedirect.com/journal/forest-ecosystems
编辑：唐珊珊
审核：李杰
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