北京理加联合科技有限公司

LICA United Technology Limited

服务热线: 13910499761 010-51292601
企业邮箱
应用支持 Application Support
News 应用支持

ASD | 从生理响应到光谱变异:多维特征融合构建松树健康动态监测框架

日期: 2026-05-18
浏览次数: 89

ASD | 从生理响应到光谱变异:多维特征融合构建松树健康动态监测框架

研究背景

松树枯萎病(PWD)是由松材线虫引发的毁灭性森林病害,具有传播快、致死率高和防控难度大的特点。当前防控多依赖病后治理,存在明显滞后性,难以满足早期预警需求。研究表明,PWD的发生发展与树体水分和叶绿素含量变化密切相关,二者可作为判断病害侵染程度的重要生理指标。然而,传统地面检测成本高、效率低,难以实现大范围、无损监测。近年来,随着光谱遥感技术的成熟,如何在病害无症状阶段实现早期识别,已成为防控研究的重点。然而,早期松树枯萎病的动态演变规律尚不明确,遥感监测的最佳时间窗口也缺乏系统性研究。

近期,中国科学院空天信息创新研究院黄文江老师团队在《Ecological Informatics》发表了一项研究,研究通过构建“高光谱—色度—病理”多维监测框架,揭示了早期松树枯萎病的时间响应序列,并确定了遥感指标的最佳检测时机。

ASD | 从生理响应到光谱变异:多维特征融合构建松树健康动态监测框架

 

图1.研究区域概述。

研究方法

研究以安徽省宣城市麻姑山林场为研究区,选取马尾松及PWD为研究对象。通过人工接种设置24株样本,其中12株为健康对照,并分两批接种以模拟自然异步侵染过程;接种后每3天开展一次连续观测,持续约4个月;

测量指标:

(1)病理指标:PCR检测线虫传播距离;

(2)光谱指标:ASD FieldSpec 4 Hi-Res NG 地物光谱仪获取针叶反射率,计算20种植被胁迫指数;

光谱参数:

波长范围:350~2500 nm;

光谱通道数:2151个;

光谱分辨率:3 nm@700 nm;6 nm@1400/2100 nm;

(3)色度指标:RGB专业影像获取;

最后,采用时间序列敏感性分析(ATSI)筛选关键监测指标,并结合Mann-Kendall趋势与突变检验确定其显著变化时点;同时,通过HSV颜色空间变换与线性判别分析(LDA)评估病害色度差异,并利用非线性回归和相关分析揭示病害传播动态与光谱指标之间的关系。

ASD | 从生理响应到光谱变异:多维特征融合构建松树健康动态监测框架 

图2.ASD地物光谱仪测量的观测位置。(a) 一年生枝条。(b) 成熟枝条。(c) ASD地物光谱仪。(d) 校准后的白色参考面板。

ASD | 从生理响应到光谱变异:多维特征融合构建松树健康动态监测框架 

图3.早期动态监测指标的时间敏感性。(a)植被胁迫色素指标。(b)植被胁迫水分指标。

(c)综合植被压力指标。

ASD | 从生理响应到光谱变异:多维特征融合构建松树健康动态监测框架 

图4.综合植被胁迫指标(PRI)的时间序列分析。(a) 健康对照组 - 幼枝。(b) 健康对照组 - 成熟枝。(c) 接种组A - 幼枝。(d) 接种组A - 成熟枝。(e) 接种组B - 幼枝。(f) 接种组B - 成熟枝。

表1.代表性时间窗色度指标分类精度。

ASD | 从生理响应到光谱变异:多维特征融合构建松树健康动态监测框架 

研究结果

最佳监测指标:PRI(综合类)、WASCOSBNDI(水分类)、CI(色素类);

最佳检测时间窗口:接种后约27天,PRI出现显著且稳定的下降趋势,比肉眼可见症状提前约一个月;

病害响应时间序列:病理指标(线虫传播速率激增,~20天)→ 光谱指标(PRI突变,~27天)→ 色度指标(HSV可分离,~55天);

生理机制:PRI的早期变化源于线虫侵染导致的木质部堵塞、水分胁迫和光合效率下降,且一年生幼嫩针叶比多年生老叶更早响应;

结语

研究基于光谱时间序列分析,明确了松材线虫病早期监测的关键时间窗口,并证实PRI可在视觉症状出现前约一个月捕捉病害信号。该结果揭示了病害生理响应与遥感观测之间的关联,为松树枯萎病由病后处置向早期预警转变提供了科学依据。未来,可进一步结合地面光谱观测、无人机遥感和卫星遥感数据,构建多尺度森林病害监测体系。结合机器学习与多源数据融合,有望实现病虫害的快速识别、动态监测和早期预警,为森林健康管理与精准防控提供技术支撑。

发表期刊:Ecological Informatics【影响因子:7.3】

研究单位:中国科学院航天信息研究所、中国科学院大学、北京市林业和园林科学研究院等

研究地点:安徽省宣城市宣州区

使用设备:ASD FieldSpec 4 Hi-Res NG地物光谱仪

DOI:https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2026.103802


News / 相关新闻 More
2026 - 09 - 07
研究背景黍子是我国最早驯化的谷物之一,栽培历史超过1万年,至今仍是长城沿线地区的重要粮食作物。氮素直接影响黍子的生长、产量和籽粒品质,但过量施氮会降低肥料利用效率,并增加资源浪费和环境负荷。传统黍子叶片氮含量主要采用凯氏定氮法测定,虽然结果准确,但需要破坏性采样,且难以满足大田快速监测需求。无人机遥感与深度学习为作物氮素无损监测提供了新途径,但相关研究多集中于主粮作物,针对黍子的高精度估测方法仍较缺乏。近日,山西农业大学农业遗传资源研究中心王君杰老师团队在《Agronomy》发表研究,融合ASD冠层光谱、无人机RGB影像、植被指数和纹理特征,并结合机器学习与深度学习估算黍子叶片氮含量,为黍子氮素无损诊断和小杂粮表型监测提供了新的技术方法。 图1.实验区域、无人机影像和实验数据采集。(a) 中国山西省位置。(b) 山西省忻州市繁峙县位置。(c) 实验场地布局。(d) 使用ASD FieldS...
2026 - 08 - 31
研究背景干旱区森林的植物水文过程是区域水循环的重要组成部分,不仅影响群落结构、生态功能和生产力,也关系到区域物质与能量平衡。作为干旱生态系统最主要的水分输入,降水具有显著的季节差异和有限的时间可利用性。天山北麓针叶林是典型的寒温带森林,春夏降雨较为充沛,冬季寒冷漫长,降雪量较大且积雪持续时间较长,形成了独特的季节性水分供给格局。然而,在这一降水时空格局下,植物在生长季对夏季降雨与冬季来源水分的相对利用程度仍不清楚。基于此,新疆大学常顺利老师团队联合新疆生产建设兵团等团队,以天山北坡的异果小檗和黑果栒子为研究对象,借助稳定同位素技术,解析不同季节降水对土壤补给及灌木用水的贡献,为认识干旱区山地森林的水分利用策略及其对气候变化的响应提供了数据支撑。相关成果发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》。 图1.研究区及采样样地的位置。a为中国及天山山脉的...
2026 - 08 - 24
小麦蛋白质含量直接影响面粉的加工品质与经济价值。传统凯氏定氮法虽准确,但耗时且会破坏样品,难以满足快速检测需求。近红外高光谱成像为蛋白质无损估算提供了新方法,但海量波段也带来了较高的数据处理和设备成本。因此,如何筛选少量关键波长,在简化模型与硬件的同时保持估算精度,成为推动该技术实际应用的关键。针对这一问题,印度科学与创新研究院与澳大利亚皇家墨尔本理工大学联合团队利用高光谱成像技术,结合混合波长筛选与光谱分箱方法,从147个波长中锁定6个关键波长,实现了小麦蛋白质含量的准确估算,相关成果发表于《Food Chemistry》。 图1.实验流程:数据处理、光谱预处理、波长选择、光谱分箱及模型构建。实验设计研究团队采集了2021至2022年度印度5个小麦主产区的621份样本,蛋白含量覆盖9.5%至17.25%的宽幅范围。采用Resonon Pika NIR-320高光谱成像仪获取光谱数据,每份...
2026 - 08 - 24
研究背景多年冻土区CH₄排放是全球变暖的重要潜在正反馈,但已有研究和模型大多以CH₄通量与温度呈单调响应为基本假设,对CH₄产生/氧化过程可能存在的非线性阈值特征、以及升温—降温季节间水热条件的不对称性关注较少。这提示相同温度在升温相与降温相可能对应不同的通量状态(即“滞后效应”),但这一现象在水文异质性较强的森林—湿地过渡带此前尚缺乏长期原位证据的检验。为此,哈尔滨师范大学臧淑英老师团队依托中国东北大兴安岭北极镇,开展两年高频监测,系统检验CH₄通量的相位依赖性温度阈值及其水文—微生物调控机制,成果发表于《Journal of Forestry Research》。图1.研究区域、样地位置和实验装置。研究方法研究区位于中国东北大兴安岭北极镇,地处欧亚多年冻土带南缘,多年冻土退化剧烈;设置三个关键采样期:活动层融化初期(5 月初)、生长旺季(7 月中旬)、土壤冻结前期(10 月末)。每个生...
关闭窗口】【打印
Copyright ©2018-2023 北京理加联合科技有限公司
犀牛云提供企业云服务

北京理加联合科技有限公司

地址:北京市海淀区安宁庄东路18号光华创业园5号楼(生产研发)
          光华创业园科研楼四层
电话:13910499761 13910124070  010-51292601
传真:010-82899770-8014
邮箱:info@li-ca.com
邮编:100085

 



 


 


  • 您的姓名:
  • *
  • 公司名称:
  • *
  • 地址:
  • *
  • 电话:
  • *
  • 传真:
  • *
  • 电子邮箱:
  • *
  • 邮政编码:
  • *
  • 留言主题:
  • *
  • 详细说明:
  • *
在线留言
关注我们
  • 官方微信
  • 官方手机端
友情链接:
X
1

QQ设置

3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

5

电话号码管理

  • 010-51292601
6

二维码管理

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

展开