利用无人机近距离观察园林树木上的寄生植物

杨萍　茅裕婷　王上上　孙思

摘要：高等寄生植物引起的病害是一类特殊的病害，特别是当寄主为高大的园林树木时，这类病害更加难以观察和理解。利用机动灵活的无人机近距离观察园林树木树冠上的两种寄生植物——桑寄生和槲寄生。结果表明，对于不同的寄主，桑寄生均生长在树冠的外层；一般老叶为绿色，嫩叶为红色。槲寄生生长在寄主南洋楹树冠的内层，但当南洋楹Faleataria moluccana的上层树冠枝叶枯死后，其位置变为树冠的外层；同时槲寄生的颜色也因为暴露在阳光直射之下由绿色转变为黄绿色。

关键词：无人机；园林树木；寄生植物；桑寄生；棱枝槲寄生

引言

高等寄生植物是一种常见的园林树木病害病原。在广州地区，最常见的高等寄生植物是桑寄生Taxillus chinensis和槲寄生Viscum sp.o桑寄生的寄主有多种，包括榕树Ficus sp.、木棉Bombax ceiba和白兰Micheliaalba等数十种。槲寄生的寄主主要是南洋楹Faleataria moluccana。这种槲寄生的学名叫做棱枝槲寄生Viscum diospyrosicolum。这类病害相对于普通微生物引起的病害来说较难理解，再加上一些园林树木十分高大，当寄生植物隐藏于树冠时，不会引起人们太大的注意。例如，南洋楹树冠中的槲寄生形成的球状物常被误认为“鸟巢”、生态环境良好的象征。

利用无人机调查林木病害的优势是成本低、效率高，相关的工作早有开展。目前已有的报道主要集中在松材线虫病的调查，中国和韩国都有进行相关的研究。例如中国浙江省在2007年就进行了无人机航拍调查松材线虫病发生率的试验，效果较好。但这类研究覆盖面积很大，均属宏观层面，而利用无人机进行“微观”层面即单株病害调查的报道尚未见到。

本研究尝试利用无人机机动灵活的特性，从空中近距离观察高大园林树木上的寄生植物，拍摄其高清图片，加深对这类特殊病害的理解。

1.材料与方法

1.1主要仪器设备

深圳大疆创新科技有限公司Phantom 3 professional型无人机，携带4K摄像头，分辨率为1 200万有效像素。

1.2实验方法

拍摄地点为广州市天河区的华南农业大学和广东省农业科学院。拍摄时间为2016年1月。

首先从地面观察，确定树木上生长寄生植物后，用普通数码相机拍摄照片。

利用无人机飞到树冠之上，垂直向下拍摄。若因树冠遮挡无法拍摄到寄生植物，再尝试从树冠侧面拍摄。

最后，寻找极度衰弱或冬季落叶的寄主树木，在不受寄主树木本身树叶“干扰”的条件下拍摄寄生植物。

相关的飞行数据和观测数据如表1。

2.结果与分析

2.1桑寄生的无人机观察结果

2.1.1寄主白兰的桑寄生感染状况

从图1可以发现第二株白兰的树冠顶部有一团桑寄生。其主要特征是树叶色调偏灰，且相对密集，与周围的嫩绿色树叶明显不同。但由于从地面观察距离太远，具体细节不清。

从图2可以清楚地分辨寄主和病原的每一片树叶。桑寄生的叶片颜色较深于白兰的绿色叶片，部分枝条顶端的叶片为红色；单个叶片面积明显小于白兰，但由于枝条较为密集，呈丛枝状，所以叶片密度大于白兰。整体来看，桑寄生呈聚集分布，和周围的白兰叶片有明显的边界。

2.1.2寄主黄葛榕Ficus virens的桑寄生感染状况

从图3看，寄主并无明显异常，只在树冠右上方发现了一小丛桑寄生。特征是叶片色调比榕树本身叶色浅。因无法观察到树冠的顶部，不能掌握桑寄生发生的全面细节，与白兰的例子类似。

从图4发现桑寄生的数量远不止地面观察到的1丛，而是大大小小超过10丛。颜色也与寄主榕树的树冠明显不同，呈黄绿色和红色。因此整体来看，这棵榕树不是像地面观察到的轻微受害，而是“病得十分严重”。由于距离稍远，具体细节尚不十分清楚，应进一步降低高度观察。

从图5可以十分清楚地观察到桑寄生的细节。白兰上的桑寄生同一枝条上就有红色和绿色两种叶片，而榕树上的桑寄生同一丛基本为同一颜色，或黄或红，差异明显。

2.1.3木棉的桑寄生感染状况

该木棉树受到桑寄生的严重危害。由于是冬季，又或是因严重受害，该株木棉叶片稀疏，有利于桑寄生的观察。航拍结果如图6-7。

从图6可以看到，木棉的叶片稀疏，呈土黄色，而桑寄生的叶片青绿茂密，部分枝条顶部的少量叶片为红色，寄主病原差异明显。

进一步靠近其中一丛桑寄生拍摄，结果清楚地观察到桑寄生的寄生细节。在图7的中央，有一个十分特别的“子子生”枝条，枝条中间有几个缝隙。实际上这两个枝条一个是木棉的枝条，另一个是桑寄生的枝条，所有桑寄生的小枝都是从这个枝条上生长出来。桑寄生的枝条每隔一段距离就长出一个吸根插入寄主木棉的枝条吸收营养，两个吸根之间露出一条缝隙。这些吸根把两个枝条紧紧连接成了一个奇异的“孑子生”枝条。

2.2槲寄生的无人机观察结果

2.2.1寄主南洋楹的槲寄生感染状况（轻度）

从图8看，南洋楹的树冠并无明显异常。实际上其内部已经生长了多丛槲寄生，即一些树叶相对密集的团状圆形。

从图9看出，叶片分布基本均匀，嫩叶为青绿色，老叶为深绿色，差异较为明显，但没观察到明显的槲寄生。因此改为从树冠侧面观察，航拍结果如图10。

从图10看出，南洋楹的树冠有明显的分层，而槲寄生恰好分布于两层之间，树冠上层面向天空的枝叶中确实没有槲寄生分布。槲寄生为大量枝条组成的丛状结构，枝条含有叶绿素，呈绿色，替代了退化的叶片进行光合作用，其色调比南洋楹的叶片更深。

2.2.2寄主南洋楹的槲寄生感染状况（重度）endprint

天河五山地区许多槲寄生危害严重的南洋楹已经被砍伐或截顶。调查中发现了一棵严重受害且未处理的植株。航拍结果如图11-12。

从图11看出，南洋楹顶部已经没有叶片，只在树冠下层还有部分叶片。除枯枝外，树冠顶部生长了多丛槲寄生，均分布于顶层，数量超过20丛。近距离航拍结果如图12。

从图12看出，槲寄生的每一根枝条都十分清楚。与桑寄生有所不同，其枝条为黄绿色，并密集下垂，完全遮挡了受害的寄主枝，因此无法像桑寄生那样观察到槲寄生在南洋楹上着生的细节。

3.结论与讨论

利用无人机近距离观察园林树木上的桑寄生和槲寄生两种寄生植物，为进一步理解这两类特殊的病害提供了一些新的信息，下面主要讨论寄生植物的生长位置和颜色两方面。

当寄主树冠仍茂密时，无论是何种寄主，桑寄生都生长于树冠外层，而槲寄生却在内部。已有研究表明这两种寄生植物均依靠鸟类传播，即鸟类食用寄生植物的浆果后，不能消化外有保护层的种子，将其排泄出去。当种子掉落到寄主植物的枝干上，便长出吸根侵入，开始病理上的侵染过程。桑寄生和槲寄生生长位置不同或因不同寄生植物的生理特性不同所致。桑寄生在寄主枝条上萌发后，本身也会长出很长的枝条，这些枝条的功能和普通的木本植物相同，起支撑和输导的作用。但桑寄生较特殊，枝条还会将其树叶支撑到寄主树冠外，以保证阳光充足。这可能是进化过程中形成的竞争机制，由此可推断桑寄生是一种阳生植物。而槲寄生没有这种木质化的枝条，且枝条柔软无力，仅能像树叶一样进行光合作用，无法如桑寄生般主动长至寄主冠层之外，但这并没有影响槲寄生的生长，其枝条呈一种特殊的密集着生的方式，由此可推断槲寄生是一种阴生植物。已知桑寄生的寄主范围极广，而槲寄生的寄主范围很窄，特别是对于广州地区的园林树木，仅南洋楹为常见，这也说明了桑寄生和槲寄生的生理特性差异较大。

南洋楹是一种速生树种，可以在较短的时间内生长成大树，因此其材质相对疏松。当槲寄生越长越多，南洋楹顶部的枝条因离根部最远，接受水分和矿质元素最难，而大量槲寄生对中部水分和矿质元素的拦截，使顶部成为最先干枯死亡的部分，此时下层仍有部分枝叶存活。每当暴风雨之后，特别是台风时，南洋楹下总能见到大量的枝枯断枝，原本在树冠中层生长的槲寄生逐渐“移动”到了上层（图11-12）。桑寄生的叶色，与寄主种类有一定关系。在白兰和木棉上，桑寄生嫩叶均偏红，老叶绿色，推测是因嫩叶花青素的含量较高。而在榕树上，桑寄生是黄和红两种颜色，且两色处在同一个树冠的不同位置，与白兰和木棉差异明显，这需要通过长期定点的观察才能解释。

长期受到阳光直射的植物的叶绿素含量会低于接受阳光不足的植物。在同一地区，同一寄主南洋楹和病原槲寄生，当槲寄生隐藏于树冠内部时，颜色偏绿（图10）；当暴露于阳光之下时，其颜色偏黄（图11～12）。

由于无人机飞行具有一定技术含量，且说明书上一般都会明确要求飞行过程中远离建筑物和树木等障碍物，因此本实验的无人机操作具有一定危险性。要完成这类操作，要求无人机性能优良，能稳定悬停，一旦产生漂移就可能撞向树木；同时，还要求操作人员具备十分熟练的技术。无人机的操作没有类似汽车的“刹车”功能，在飞行器停止运动后必因惯性继续运动，距离的大小与操作停止前的速度成正比，因此要求操作人员必须能够进行细微操作，使其仅作极短距离的运动。此外，因无人机飞行时间短（一般在20 min内），拍摄时还需要提前实地调查，制定计划。本研究就是先从地面拍摄寄主树木，再根据相应情况制定简单的飞行计划，保证拍摄和研究的顺利进行。endprint