Using UAV-LiDAR for stem volume phenotyping in the genetic selection of radiata pine
Diese Studie zeigt, dass durch UAV-LiDAR abgeleitete Metriken, insbesondere die Oberfläche des 3D-konvexen Hüllkörpers und die Baumhöhe, als hoch erblich und skalierbar ersetzbare Stellvertreter für das Stammvolumen dienen können, die den genetischen Zuwachs in Zuchtprogrammen für Radiata-Kiefer effektiv beschleunigen können, während gleichzeitig die Abhängigkeit von arbeitsintensiven Feldmessungen reduziert wird.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Detektiv, der versucht, die „Superhelden“ des Waldes zu finden. In der Welt der Baumzucht suchen Wissenschaftler ständig nach den speziellen Bäumen, die am größten, geradesten und am schnellsten wachsen, damit diese zur Anpflanzung von Wäldern genutzt werden können, die mehr Holz produzieren. Aber hier liegt der Haken: Bäume brauchen Jahrzehnte, um ausgewachsen zu werden. Wenn man wartet, bis ein Baum ausgewachsen ist, um zu sehen, ob er ein Gewinner ist, hat man eine ganze Generation an Zeit verschwendet. Deshalb müssen Züchter raten, welche jungen Setzlinge zu Riesen heranwachsen werden, basierend auf Hinweisen, die sie bereits jetzt sehen können.
Traditionell war der wichtigste Hinweis die „Taillengröße“ des Baumes, gemessen in Brusthöhe. Dies wird als Brusthöhendurchmesser oder DBH bezeichnet. Es ist so, als würde man den Taillenumfang eines Menschen messen, um zu erraten, wie viel Muskelmasse er als Erwachsener haben wird. Aber das Messen von tausenden Bäumen mit einem Maßband ist langsam, langweilig und teuer. Zudem kann man das Volumen eines ganzen Baumes nicht allein durch das Betrachten seines Taillenumfangs bestimmen; man muss auch wissen, wie hoch und buschig er ist.
Hier kommt die neue Technologie ins Spiel: Drohnen, die mit Laserscannern (LiDAR) ausgestattet sind. Betrachten Sie diese Drohnen als fliegende Roboter, die Millionen von unsichtbaren Laserstrahlen auf den Wald schießen. Diese Strahlen werden zurückgeworfen und erstellen eine superdetaillierte 3D-Karte jedes einzelnen Baumes, die dessen Höhe, Form und den Raum, den er in der Luft einnimmt, erfasst. Die große Frage für Wissenschaftler war: Können diese Laserkarten die alten Maßbänder ersetzen? Kann eine Drohne die zukünftigen Riesen genauso gut entdecken wie ein Mensch mit einem Maßband, nur viel schneller?
Genau das wollte ein Team von Forschern in einer aktuellen Studie über die Radiata-Kiefer herausfinden, einen schnell wachsenden Baum, der in Neuseeland berühmt ist. Sie haben nicht einfach nur geraten; sie flogen Drohnen über 11 verschiedene Waldversuchsparzellen mit etwa 27.000 Bäumen. Sie verglichen die Lasermessungen der Drohne mit dem „Goldstandard“ des Baumvolumens, das mithilfe des Taillenumfangs (DBH) und der Höhe des Baumes berechnet wird.
Die Forscher entdeckten, dass die Drohne unglaublich gut darin ist, die Bäume mit dem meisten „holzigen Volumen“ zu identifizieren. Während die Messung der Gesamthöhe eines Baumes durch die Drohne die zuverlässigste Einzelzahl war, um vorherzusagen, wie schnell ein Baum wachsen würde, war der wahre Star der Show eine spezifische 3D-Messung namens „Konvex-Hüllkörper-Oberfläche“ (Convex Hull Surface Area). Stellen Sie sich vor, man würde einen Baum in eine enge, unsichtbare Plastiktüte einwickeln, die jede Verzweigung und jedes Blatt eng umschließt; die Oberfläche dieser Tüte ist der Konvex-Hüllkörper. Die Studie fand heraus, dass diese 3D-„Taschengröße“ die beste laserbasierte Schätzung dafür war, wie viel Holz ein Baum schließlich haben würde, wobei sie eine sehr starke Verbindung (eine Korrelation von bis zu 0,87) zu den traditionellen Messungen aufwies.
Das Papier schließt jedoch auch die Idee aus, dass Drohnen den Menschen demnach noch vollständig ersetzen sollten. Die Forscher fanden heraus, dass die Drohne zwar fantastisch ist, aber einen blinden Fleck hat: Sie kann nicht ohne Weiteres erkennen, ob ein Baum „gebrochen“ oder „verformt“ ist (wie zum Beispiel mit zwei Spitzen statt einer), wenn man nur die Laserkarte betrachtet. Im Wald ist ein gebrochener Baum ein Verlierer, aber die Drohne könnte ihn immer noch für einen Riesen halten, weil er groß und buschig ist. Als die Wissenschaftler diese gebrochenen Bäume in ihre reine Drohnen-Analyse einbezogen, sank die Genauigkeit ein wenig.
Also, wie lautet das Urteil? Das Paper legt nahe, dass die beste Strategie nicht darin besteht, sich zwischen der Drohne oder dem Maßband zu entscheiden, sondern sie als dynamisches Duo einzusetzen. Die Drohne kann tausende Bäume schnell scannen, um diejenigen mit der besten Höhe und 3D-Form zu finden, und so als super schneller Filter fungieren. Dann können die Züchter das traditionelle Maßband an den Top-Kandidaten ansetzen, um Defekte zu überprüfen und das endgültige Taillenmaß zu ermitteln. Diese Kombination ermöglicht es ihnen, die genetischen Superstars viel früher und kostengünstiger zu entdecken, was potenziell die Erstellung besserer Wälder beschleunigt, ohne die notwendige Genauigkeit für die richtigen Entscheidungen zu verlieren. Die Drohne ersetzt nicht den Detektiv; sie gibt dem Detektiv nur eine hochtechnologische Lupe, um den Fall schneller zu lösen.
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