气候变化背景下的多尺度松材线虫病害监测与预测

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870534
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1608.森林信息学与森林经理学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The frequency and intensity of the disturbance events in the forest ecosystem are obviously increasing under the strong influence of climate change and human activity. One disturbance event is caused by pine wood nematode, one of the main exotic pests in China. And the nematode is spreading from south to north in recent years which has caused serious disturbance to the forest ecosystem. So it is of great signification to study the monitoring and prediction of pine wood nematode disease in the context of climate change. This study aims at the key technologies of multi-scale monitoring and predicting the nematode disaster from bottom to top, with the complementarity of the data synergism which contains satellite, airborne and ground. To achieve the goal, this study is based on the theory of insect ecology and geo-statistics, and supported by remote sensing and machine learning technology. Two prediction models and an early identification method for the nematode would be studied by combining the biological and ecological characteristics of pine wood nematode with the relationship between climate change, human factors and the spatial pattern of host plants. One model is disaster risk prediction model in regional scale. The other is disaster degree monitoring and prediction model in high risk area. The models and method would achieve risk prediction under climate change, high efficiency, low cost monitoring and prediction in fragile zone, and early detection of the nematode disaster. As a result, this study would improve the accuracy and efficiency of the nematode monitoring and forecasting, would provide data support for the interpretation of the nematode disease propagation mechanism. Furthermore, this study would provide the basis for the prevention and control of the nematode disease, would lay the foundation for the rational control of ecological safety and the health of the ecosystem.
气候变化和人类活动强烈影响下,森林生态系统扰动事件发生的频度和强度明显呈增加之势。松材线虫是我国主要的外来有害生物之一,近年来出现由南向北蔓延的趋势,对我国森林生态系统造成严重的扰动,开展气候变化背景下的松材线虫病害监测预测研究, 具有重要的意义。本研究以昆虫生态学、地统计学为理论基础,遥感和机器学习为支撑技术,利用星机地协同观测数据特征的互补性,研究自下而上的多尺度灾害监测预测关键技术。将松材线虫的生物和生态学特征与气候变化、人为因素及寄主植物空间格局的关系结合,研建区域尺度灾害发生风险预测模型、高风险区灾害程度监测预测模型以及林分尺度受害木早期识别方法,实现气候变化条件下的风险预测,脆弱区灾害程度高效率低成本监测预测,以及灾害早期发现。提高监测预测精度和效率,以期为松材线虫病害发生蔓延机制的解释提供数据支撑,为松材线虫病害防控提供决策依据,为生态安全和生态系统健康的合理调控奠定基础。

结项摘要

松材线虫病作为一种极具破坏性的病害,对中国松林带来了巨大的经济损失和生态破坏。随着全球气候变暖,该病害出现由南向北蔓延的趋势,因此,开展气候变化背景下的松材线虫病监测预测研究具有重要意义。本研究选择山东省、安徽省、辽宁省、长江经济带为主要实验区,叶片高光谱、无人机高光谱、Landsat等遥感数据为主要数据源,辅以外业调查数据、各地发生防治数据、气象数据及其他基础数据,将松材线虫病的生物生态学特征同遥感技术结合,在小尺度上, 明确了松材线虫病不同感病阶段诊断光谱波段、特征,发展了基于深度学习的受害木识别模型,构建了松材线虫病监测模型4个,其中:基于逐步判别分析的感病阶段识别模型精度达93.33%,基于3D-CNN模型的早期识别精度达96.62%,基于Faster R-CNN模型的监测精度为74.63%,基于Mask R-CNN模型的监测精度为84.06%,在中尺度上,明确了县域尺度环境因素对松材线虫病害发生的影响规律,提出了一种新的松材线虫病害监测指数,构建了中尺度松林枯死率监测模型,精度为75.96%。在大尺度上,明确了长江经济带松材线虫病时空扩散影响因素,提出了一种新的用以提取松材线虫寄主植物范围的空间分布的植被指数,构建了松材线虫病监测预测模型3个,其中:松材线虫病疫区监测模型精度为81.67%,松材线虫病害GAM预测模型能够解释预测松材线虫病受害率的80%的变化,CA-Markov松材线虫病灾害预测模型精度为93.19%。本研究实现了高精度的松材线虫病早期识别和感病阶段监测,松材线虫在中国的适生区分析,以及气候变化背景下的病害预测。为病害防控和森林科学经营管理提供快速、高效、准确的技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
Remote Sensing Monitoring of Pine Wilt Disease Based on Time-series Remote Sensing Index
基于时间序列遥感指数的松材线虫病遥感监测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Remote sensing
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Lin Long;Yuanyuan Chen;Shaojun Song;Xiaoli Zhang;Xiang Jia;Yagang Lu;Gao Liu
  • 通讯作者:
    Gao Liu
Tree defoliation classification based on point distribution features derived from single-scan terrestrial laser scanning data
基于单扫描地面激光扫描数据点分布特征的树木落叶分类
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Ecological Indicators
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Langning Huo;Ning Zhang;Xiaoli Zhang;Yanshuang Wu
  • 通讯作者:
    Yanshuang Wu
Classification of pine wilt disease at different infection stages by diagnostic hyperspectral bands
根据诊断高光谱波段对不同感染阶段的松材线虫病进行分类
  • DOI:
    10.1016/j.ecolind.2022.109198
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Ecological Indicators
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Niwen Li;Langning Huo;Xiaoli Zhang
  • 通讯作者:
    Xiaoli Zhang
华北地区光肩星天牛空间分异性及驱动因素研究
  • DOI:
    10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.024
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘德庆;张天媛;张晓丽;宗世祥;黄季夏
  • 通讯作者:
    黄季夏
Occurrence Prediction of Pine Wilt Disease Based on CA–Markov Model
基于CA·马尔可夫模型的松材线虫病发生预测
  • DOI:
    10.3390/f13101736
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Forests
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Deqing Liu;Xiaoli Zhang
  • 通讯作者:
    Xiaoli Zhang

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    --
  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    谢芳毅

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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