現在海關人員可以快速準確地鑑別木材種類,當場查獲非法盜伐木材。
全球各地人們的日常生活都離不開各種各樣的林業產品:硬木地板、筆記本、蘑菇、漿果等。對於發展中國家的農村居民而言,他們尤為依賴森林所提供的木柴、建築材料以及食物。除了這些直接用途之外,森林還提供了一系列生態服務,包括碳封存、濾水、水土保持及為各種物種提供棲息地等。
但不幸的是,人類出於農業需要和為了獲取木材,不惜進行非法採伐,使全球各地的森林生態系統產品和服務遭到了嚴重的破壞。
非法採伐不僅對環境造成了破壞,同時也帶來嚴重的經濟損失和社會問題。樹木的非法採伐、運輸、以及加工壓低了全球合法木材的價格。世界銀行指出,由於非法採伐,全球市場每年大約損失100億美元 ,各國政府損失50億美元的稅收。對木材進出口國家的海關來說,執法任務變得十分艱鉅。 有效執法面臨的一個阻礙就是缺乏相應的機制,從而能夠快速準確地判斷木材是否受到國家法律或《瀕臨絕種野生動植物國際貿易公約》(CITES)保護。目前,非法採伐木材的鑑定需要專業人士對其進行解剖然後藉用顯微鏡進行檢查,或是在實驗室進行大量的基因測試。為了實現對木材的現場鑑定, 美國農業部林產品實驗室(FPL)正在研發一種便攜式木材結構掃描儀和輔助鑑定軟體——XyloTron。
雖然體積不大,但XyloTron卻名副其實地像變形金剛一般令人興奮(至少對海關人員和林業官員來說)。林產品實驗室這一「未來機械」項目的原型機包括一個便攜式巨視顯微鏡(XyloScope)和配套鑑定軟體。XyloScope配有一組LED照明燈和一個科研級鏡頭,LED燈可以照亮木頭的橫截面,鏡頭則可以捕捉放大的圖像。
發明者之一:亞歷克斯·威登侯福德(Alex Wiedenhoeft)示範使用XyloTron系統鑑定木材。 圖片擷取自:《硬木地板雜誌》youtube影片 |
木材結構的圖像可以通過USB傳輸至電腦上,然後電腦上的軟體依據10種空間規格圖像,借助小波分析獲取木材橫向、縱向、對角向的訊息。如此一來,可以得到30點光譜特徵,這些特徵將會用來與參考數據庫進行對比。如果將搜索範圍限制在普通中美商用木材,XyloTron可以在幾秒內鑑別出木材所在的屬和可能所在的種(Hermanson et al. 2013)。在分辨桃花心木屬木材所在的種時,XyloTron的準確率可以達到80%,而專業人士即使依靠放大鏡、甚至顯微鏡也無法辨別木材所屬的種類。
XyloTron尚未被用來鑑別標本的來源地,但這一功能很重要,因為一些木材在有的區域採伐是合法行為,但在其它區域採伐則是非法行為。非法伐木者經常在進出口文件中篡改木材來源地,尤其是當這些木材來自於保護區時。鑑別木材來源的技術有可能實現,但需要使用DNA或穩定同位素鑑別法 ,以及大量的參考數據(如相關區域生物變種的DNA數據庫,有可能包括保護區內外樹根附近的葉片樣本)。
Xylotron對木材結構進行表徵(A),並根據10項標準計算小波能量(B)。 通過這種方法可以產生30點的能譜(C)並在此基礎上進行分析和鑑定。 圖片來源:Hermanson et al.(2013)。 |
想要了解更多與木材DNA分析的訊息,請參閱對德州理工大學查克·坎農(Chuck Cannon)博士的專訪 ,以及這篇關於通過DNA對木材進行追踪的文章 。如今是打擊非法採伐的關鍵時期,因為亞馬遜 、 印尼等地的森林面積正在銳減,林業管理部門和技術人員必須著手應對這一挑戰。在巴西聖保羅州,當地環保警察和隸屬環保部門的林業科研院合作開展了「亞馬遜之友」(SPAA)項目。他們在數百座檢查站佈置了木材解剖專家和訓練有素執法人員。透過他們的共同努力和專業能力 ,在2010年到2014年之間,當地環保警察每年的罰款金額超過了1000萬巴西里爾(最高達到了2700萬巴西里爾)。
美國農業部林產品實驗室將與亞馬遜之友進行合作,測試並改進XyloTron設備,以協助專家鑑定木材、打擊非法亞馬遜木材交易。該實驗室的巴西商用木材建模工作已經進入尾聲,並通過亞馬遜之友項目在巴西進行實地測試。該實驗室同時還與世界各地的實驗室合作,對XyloTron進行測試,並在參考數據庫中增加了木材圖片,以提高系統可識別的木材種類數量。
鑑別專家約翰·霍曼森在新奧爾良港和西雅圖塔科馬國際機場對XyloTron進行了實地測試,結果表明,如果使用得當,該設備的準確率要超過經歷一周培訓的工作人員(Wiedenhoeft and Hermanson 2015)。
美國農業部林產品實驗室正在重點針對中美洲和巴西的樹種進行建模。中美洲和巴西是盜伐最為猖獗的區域。XyloTron目前雖尚不能商用,但據FPL稱,該設備的價格在每台2000美元左右。如果該設備能夠用於地方海關、警察以及木材交易管理等部門,則可以幫助這些部門打擊跨州非法盜伐。