利用天空中的相机跟踪入侵植物

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世界上很多地方的装饰性花园中，都很常见马缨丹和野生鼠尾草漂亮的粉色、橙色和白色的花朵。虽然在园林设计师看来这些植物又漂亮又耐寒，但保护生物学家却将其斥为“有史以来最坏的野草之一”。

马缨丹在原始生长地(美国热带地区)之外疯狂侵略生长，已扩散超过2千万公顷。在印度南半岛的Biligiri Ranganathaswamy山老虎保护区，这种多刺的灌木已经到处都是，闭死了其他植物，并且妨碍了野生生物的移动，令园区管理人员大为头疼，我们就在这里进行了研究。

马缨丹并不是唯一一个。其他入侵外来植物，比如源于欧亚大陆的臭名昭著的柽柳，在几年内就迅速生长扩展，改变了大陆景象。

Biligiri Ranganathaswamy保护区的管理人员等保护规划人员很难包容这种入侵外来植物的侵略性扩张，这严重影响了本地生物的多样性和生态系统服务。

马缨丹等大部分侵略性灌木入侵者部分或完全取代了森林中的当地灌木种类。虽然马缨丹是作为装点性植物引入的，并且现在广泛扩散都是由于食用浆果的鸟类，但飞机草等其他类似入侵物种却是风媒传播的。

追踪入侵者

因此我们需要找到一个解决方案，得到入侵植物分布的高质量、频繁更新地图，从而有效定位入侵植物，定靶并移除。鉴于植物分布的区域很大，管理者逐渐开始寻求高科技手段，比如遥感。

其中包括利用空间(卫星上)或者空中(飞行器上)的特殊相机对地面摄像，检测到人眼所见之外的东西，比如相机能记录红外线和热可见光谱信息，然后根据这些图像推演信息。

近几年，已经可以获得极高分辨率卫星数据。这些数据能检测不到1米大小的物体，另外在窄的特定高波长电磁谱摄像，能更好地分辨植物身份。

我们回顾了这个方向的近些年研究，发现虽然技术的进步确有帮助，但需要与入侵植物行为的生态知识相结合才能更有效地建图。

利用植物功能特性能有效地捕获入侵植物的很多重要方面，可被用于卫星建图。植物特性是影响植物传播、生存和对环境和其他条件响应的植物结构和功能特性。在众多植物特性中，某些很适合用于卫星数据建图。大致可以分为三类：季节性(物候)，结构性以及生理性。

季节性特性

在每年中特定的时间，植物会生长出叶子、种子和花朵，这些可以被遥感所跟踪。入侵物种和本地物种之间的差异在于衰老(叶子变色和脱落)、生叶(绿色的叶子)、开花(出现多彩的花朵)的生发时令，在每年的特定时段利用卫星传感器上的特定谱波长就能清晰地表现出来。

这是创建灌木和草药地图的特别有效的方法，这些植物位于林冠下方，容易被遮蔽。例如，在晚秋时节可以建图入侵植物金银木，那时落叶树没有叶子，透过上层木的空隙就能清晰地看到这种入侵植物。

结构和生理特性

结构特性，比如在本地植物中成团分布，或者是高度，也可被用于有效地建图。我们在Biligiri Ranganathaswamy保护区进行的研究中，我们成功创建了马缨丹的连续成团分布模式地图。利用激光脉冲得到的LIDAR数据，可以获得地球表面的三维数据，用以监控夏威夷森林中物种入侵树木的分布。

由于更高的资源利用率而生长迅速等生理性特性，入侵外来物种常能蔓延得更快。例如，研究表明入侵植物的叶子氮浓度和湿度与本地物种不同。

LIDAR，RADAR(使用无线电波的传感器)和成像光谱技术通过评估植物光合作用效能，能帮助区分入侵物种。

保护世界生物多样性

我们对利用植物特性遥感入侵物种的研究回顾表明，物候和结构特性已被用于建图，但生理特性可以被更好地使用。

这一入侵物种监控工作是20个目标之一。这些目标是在2010年日本爱知县举办的生物多样性大会上确定的，试图保护生物多样性。

从那以后，遥感越来越多的被提议用于实现这一目标，目前与无人机建图一道进入鼎盛时期。

结合生态学知识和先进遥感技术，将能使社会更好地履行对生物多样性保护的承诺。

本文译自 conversation，由 CliffBao 编辑发布。Harini Nagendra(阿齐姆·普莱姆基大学)&Madhura Niphadkar(阿育王生态环境研究信托)

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