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XyloTron:分秒之间查获非法盗伐

11.08.2015
三美•道达尔
 
一种新的设备可以让海关人员快速准确地鉴别木材种类,当场查获非法盗伐木材。
 
图片来源:George Powell
 
全球各地人们的日常生活都离不开各种各样的林业产品:硬木地板、笔记本、蘑菇、浆果等。对于发展中国家的农村居民而言,他们尤为依赖森林所提供的木柴、建筑材料以及食物。除了这些直接用途之外,森林还提供了一系列生态服务,包括碳封存、滤水、水土保持及为各种物种提供栖息地等。
 
但不幸的是,人类出于农业需要和为了获取木材,不惜进行非法采伐,使全球各地的森林生态系统产品和服务遭到了严重的破坏。
 
非法采伐不仅对环境造成了破坏,同时也带来严重的经济损失和社会问题。树木的非法采伐、运输、以及加工压低了全球合法木材的价格。世界银行指出,由于非法采伐,全球市场每年大约损失100亿美元,各国政府损失50亿美元的税收。对木材进出口国家的海关来说,执法任务变得十分艰巨。
 
有效执法面临的一个阻碍就是缺乏相应的机制,从而能够快速准确地判断木材是否受到国家法律或《濒临绝种野生动植物国际贸易公约》(CITES)保护。目前,非法采伐木材的鉴定需要专业人士对其进行解剖然后借用显微镜进行检查,或是在实验室进行大量的基因测试。为了实现对木材的现场鉴定,美国农业部林产品实验室(FPL)正在研发一种便携式木材结构扫描仪和辅助鉴定软件——XyloTron。
 
虽然体积不大,但XyloTron却名副其实地像变形金刚一般令人兴奋(至少对海关人员和林业官员来说)。林产品实验室这一“未来机械”项目的原型机包括一个便携式巨视显微镜(XyloScope)和配套鉴定软件。XyloScope配有一组LED照明灯和一个科研级摄像头,LED灯可以照亮木头的横截面,摄像头则可以捕捉放大的图像。
 
发明者之一:亚历克斯·威登侯福德(Alex Wiedenhoeft)演示使用XyloTron系统鉴定木材。图片来源:安德鲁·爱夫里尔,《硬木地板杂志》
 
木材结构的图像可以通过USB传输至电脑上,然后电脑上的软件依据10种空间规格图像,借助小波分析获取木材横向、纵向、对角向的信息。如此一来,可以得到三十点光谱特征,这些特征将会用来与参考数据库进行对比。如果将搜索范围限制在普通中美商用木材,XyloTron可以在几秒内鉴别出木材所在的属和可能所在的种(Hermanson et al. 2013)。在分辨桃花心木属木材所在的种时,XyloTron的准确率可以达到80%,而专业人士即使依靠放大镜、甚至显微镜也无法辨别木材所属的种类。
 
XyloTron尚未被用来鉴别标本的来源地,但这一功能很重要,因为一些木材在有的区域采伐是合法行为,但在其它区域采伐则是非法行为。非法伐木者经常在进出口文件中篡改木材来源地,尤其是当这些木材来自于保护区时。鉴别木材来源的技术有可能实现,但需要使用DNA或稳定同位素鉴别法,以及大量的参考数据(如相关区域生物变种的DNA数据库,有可能包括保护区内外树根附近的叶片样本)。
 
Xylotron对木材结构进行表征(A),并根据10项标准计算小波能量(B)。通过这种方法可以产生30点的能谱(C)并在此基础上进行分析和鉴定。图像来源于Hermanson et al.(2013)。
 
想要了解更多与木材DNA分析的信息,请参阅对德州理工大学查克·坎农(Chuck Cannon)博士的专访,以及这篇关于通过DNA对木材进行追踪的文章。如今是打击非法采伐的关键时期,因为亚马逊、印尼等地的森林面积正在锐减,林业管理部门和技术人员必须着手应对这一挑战。在巴西圣保罗州,当地环保警察和隶属环保部门的林业科研院合作开展了“亚马逊之友”(SPAA)项目。他们在数百座检查站布置了木材解剖专家和训练有素执法人员。通过他们的共同努力和专业能力,在2010年到2014年之间,当地环保警察每年的罚款金额超过了一千万巴西里尔(最高达到了2700万巴西里尔)。
 
美国农业部林产品实验室将与亚马逊之友进行合作,测试并改进XyloTron设备,以协助专家鉴定木材、打击非法亚马逊木材交易。该实验室的巴西商用木材建模工作已经进入尾声,并通过亚马逊之友项目在巴西进行实地测试。该实验室同时还与世界各地的实验室合作,对XyloTron进行测试,并在参考数据库中增加了木材图片,以提高系统可识别的木材种类数量。
 
鉴别专家约翰·霍曼森在新奥尔良港和西雅图塔科马国际机场对XyloTron进行了实地测试,结果表明,如果使用得当,该设备的准确率要超过经历一周培训的工作人员(Wiedenhoeft and Hermanson 2015)。
 
美国农业部林产品实验室正在重点针对中美洲和巴西的树种进行建模。中美洲和巴西是盗伐最为猖獗的区域。XyloTron目前虽尚不能商用,但据FPL称,该设备的价格在每台2000美元左右。如果该设备能够用于地方海关、警察以及木材交易管理等部门,则可以帮助这些部门打击跨州非法盗伐。
 
本文最初发表于Mongabay网站 
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