柑橘黃龍病蒸汽快速熱處理升溫特性及田間防治效果

賈志成，Ehsani Reza，鄭加強，許林云，周宏平，丁 銳

（1. 南京林業(yè)大學(xué)機械電子工程學(xué)院，南京 210037；2. 美國佛羅里達大學(xué)柑橘研究與教育中心，萊克艾爾弗雷德 33850）

柑橘黃龍病蒸汽快速熱處理升溫特性及田間防治效果

賈志成1,2，Ehsani Reza2，鄭加強1※，許林云1，周宏平1，丁 銳1

（1. 南京林業(yè)大學(xué)機械電子工程學(xué)院，南京 210037；2. 美國佛羅里達大學(xué)柑橘研究與教育中心，萊克艾爾弗雷德 33850）

為了深入了解柑橘黃龍病濕熱蒸汽快速熱處理時韌皮部的升溫特性，針對柑橘黃龍病細菌位于韌皮部的特點，構(gòu)建了室內(nèi)和田間試驗裝置，主要包含加熱罩、濕熱蒸汽發(fā)生裝置、樹體表面和韌皮部溫度采集裝置。通過比較熱處理前后韌皮部溫度變化，作物恢復(fù)程度差異和黃龍病病菌濃度變化，分析獲取濕熱蒸汽快速熱處理合理參數(shù)組合。室內(nèi)試驗選用1 a生柑橘樹，研究了樹體表面溫度為55～65℃，蒸汽輸送壓力為0.015和0.03 MPa，不保溫和保溫處理30 s對于韌皮部升溫和作物恢復(fù)的影響。試驗結(jié)果：樹體表面溫度為65 ℃及以上時，作物都因熱損而死亡，采用60 ℃作為熱處理溫度閾值，有利于韌皮部溫度提高。較高的蒸汽輸送壓力（如0.03 MPa），雖有利于作物所在環(huán)境溫度的快速升高，但其作用于韌皮部的傳熱時間短，韌皮部溫度并沒有得到有效提高，而加熱后的30 s保溫處理普遍有利于韌皮部溫度提高。田間試驗選用9 a生柑橘樹，研究了樹體表面溫度為60 ℃，蒸汽輸送壓力為0.03 MPa，保溫時間30 s的組合參數(shù)對于黃龍病病菌濃度和作物恢復(fù)的影響。試驗結(jié)果：4棵染病柑橘樹經(jīng)過熱處理，其中2棵恢復(fù)到未染病狀態(tài)，2棵病菌濃度降低。2棵未經(jīng)過熱處理的染病柑橘樹，其病菌濃度沒有變化。室內(nèi)和田間試驗結(jié)果表明：濕熱蒸汽快速熱處理能有效促進染病柑橘樹的生命力恢復(fù)，明顯降低病菌濃度；對于柑橘黃龍病田間濕熱蒸汽快速熱處理，不能只關(guān)注樹體表面溫度的快速提高，而應(yīng)關(guān)注韌皮部溫度的有效提高；熱處理應(yīng)考慮直接蒸汽加熱和關(guān)閉蒸汽后保溫的綜合影響，為了增加韌皮部傳熱，應(yīng)盡量選取較高升溫上限和較低輸送壓力。研究結(jié)果為柑橘黃龍病田間熱處理防治提供參考。

病害防治；熱處理；溫度；柑橘黃龍病；韌皮部；升溫特性

0 引 言

柑橘黃龍?。╟itrus huanglongbing，HLB）是由韌皮部桿菌屬類細菌（Candidatus Liberibacter Spp.）引起的一種毀滅性柑橘病害，在全球40多個國家和地區(qū)均有分布[1-5]，由于其危害嚴重和致死率高被稱為柑橘“癌癥”。世界主要柑橘產(chǎn)區(qū)長期經(jīng)受黃龍病危害，巴西圣保羅州黃龍病感染率達到53.4%，研究表明如果對黃龍病不加以植物檢疫控制，未來20 a后，該州因黃龍病造成的經(jīng)濟損失累計將達到89.70億美元，產(chǎn)量將銳減45.3%[6-7]。美國佛羅里達州已遍布亞洲木虱和黃龍病[8]。中國柑橘果園90%位于山地，立地條件差[9-11]。現(xiàn)有柑橘栽培的19個省、區(qū)中有11個遭受黃龍病危害[12-14]。

利用熱處理方法防治柑橘病害由來已久，主要用于嫁接脫毒，近年來開始應(yīng)用于田間防治。按傳熱介質(zhì)可分為干熱空氣熱處理、熱水熱處理和濕熱蒸汽熱處理。駱學(xué)海對染病柑橘芽條用48 ℃熱水，對病苗用47 ℃熱水進行6 min間歇處理消毒，證明熱水脫毒有效[15]。林孔湘發(fā)現(xiàn)利用飽和水蒸氣在短時間內(nèi)可有效破壞黃龍病病菌致病力且不損傷芽條生命力，證明在濕熱空氣中，芽條過熱致死溫度與黃龍病病菌耐受溫度間有明顯差距[16-17]。Doud等使用田間移動溫室進行太陽光照熱處理[18-20]，大部分染病柑橘樹表現(xiàn)出恢復(fù)性生長，9個月后檢測發(fā)現(xiàn)黃龍病病菌濃度降低。Hoffman M T等使用溫度可控的生長室進行干熱空氣熱處理，發(fā)現(xiàn)黃龍病病菌濃度降低且所有存活柑橘樹長勢旺盛，而未經(jīng)處理的仍高度感染[21]。

美國佛羅里達大學(xué)柑橘研究與教育中心對感染黃龍病的成年柑橘樹進行紅外熱處理。結(jié)果表明大部分染病柑橘樹病情得到緩解，長勢良好。熱處理后柑橘樹的生理恢復(fù)程度和PCR病理分析結(jié)果表明，55 ℃是干熱空氣熱處理較佳環(huán)境溫度，但存在加熱慢，熱效率低，熱傷害明顯的缺點[22]。為了提高熱處理田間應(yīng)用效率，進一步采用工業(yè)濕熱蒸汽作為傳熱介質(zhì)，成功將熱處理時間縮短至1～2 min，且經(jīng)熱處理后的染病柑橘樹大部分呈現(xiàn)恢復(fù)性生長[19,22-24]。上述研究結(jié)果表明，使用不同傳熱介質(zhì)對于柑橘黃龍病進行熱處理都能夠起到一定的防治效果。其中，光照熱處理由于受氣候影響，處理耗時，不適合田間快速應(yīng)用。

本文研究目的是針對濕熱蒸汽傳熱介質(zhì)，通過室內(nèi)模擬田間封閉環(huán)境內(nèi)柑橘作物快速熱處理，分析快速熱處理時封閉環(huán)境內(nèi)致死溫度上限，蒸汽輸送壓力和保溫時間對韌皮部升溫的影響，進而開展田間熱處理防治試驗，為柑橘黃龍病的田間快速熱處理參數(shù)選擇和方案確定提供依據(jù)。

1 試驗裝置及方法

1.1 黃龍病快速熱處理原理、方法、測定指標和溫度采集裝置設(shè)計

柑橘黃龍病快速熱處理是利用移動加熱罩罩住染病柑橘作物，通入干熱空氣、濕熱水霧或濕熱蒸汽等傳熱介質(zhì)，使罩內(nèi)溫度快速升溫。熱量通過介質(zhì)，透過樹皮，傳遞到韌皮部區(qū)域，在2～5 min內(nèi)使韌皮部溫度高于病菌耐熱溫度極限，抑制甚至殺滅病菌，使柑橘作物恢復(fù)生機。初步測試發(fā)現(xiàn)，田間濕熱蒸汽快速熱處理時黃龍病病菌的耐熱溫度上限約為55 ℃，成年柑橘樹生理耐熱溫度上限約為65 ℃。當然，這還取決于對熱損程度的判斷和接受程度。該方法利用植物本體與致病菌耐熱溫度上限差，通過快速傳遞熱量抑制甚至殺滅位于韌皮部的黃龍病病原細菌，不使用農(nóng)藥、抗生素等化學(xué)物質(zhì)，經(jīng)濟環(huán)保，且不受氣候條件影響[25]。本文采用的1 a生柑橘樹，樹皮及韌皮部整體厚度平均值僅為0.6 mm，截取枝干直徑平均值為6 mm。所用9 a生柑橘樹樹皮及韌皮部整體厚度平均值為1.3 mm，截取枝干直徑平均值為16 mm。樹皮與韌皮部整體厚度僅占截取枝干直徑的1/10甚至更少，這為熱量有效傳遞到韌皮部提供了條件。

為了提高熱處理傳熱效果，同時減少對田間柑橘作物的熱傷害，首先在室內(nèi)對濕熱蒸汽快速熱處理效果的影響因素進行測試，以確定合理參數(shù)組合。然后進行田間濕熱蒸汽快速熱處理試驗，根據(jù)熱處理前后黃龍病病菌濃度變化和作物恢復(fù)情況，對熱處理效果進行驗證。病菌濃度檢測采用實時熒光定量聚合酶鏈式反應(yīng)，（polymerase chain reaction-PCR），PCR實質(zhì)是特異性片段的體外酶促合成反應(yīng)。通過已公布的黃龍病菌核酸序列，設(shè)計特異性引物對，體外離體對目的片段進行克隆。擴增時加入熒光染料，熒光染料與擴增形成的產(chǎn)物結(jié)合而發(fā)出熒光被檢測器實時檢測。由于初始模板量不同，反應(yīng)管內(nèi)的熒光物質(zhì)達到設(shè)定的可檢測閾值時所經(jīng)歷的循環(huán)數(shù)不同，因此，Ct值（cycle threshold value, Ct）可用于判定檢測樣品的初始菌量。一般Ct數(shù)值越低，意味著越容易檢測到，即病菌濃度越高，通常Ct值高于32可視為未感染[26-30]。

鑒于柑橘黃龍病致病菌所處位置比較特殊，即只存在于韌皮部，本文設(shè)計了樹體表面及韌皮部溫度測試裝置，由意大利Arduino公司的Mega2560控制開發(fā)板和美國Adafruit公司的AD8495模擬輸出放大電路構(gòu)成，具有16通道。通過編程和水浴校準，連接美國Omega公司的微型銅-康銅T型熱電偶，導(dǎo)線直徑為0.25 mm，測溫范圍?200～260 ℃，測溫精度為0.01 ℃。加熱罩內(nèi)環(huán)境溫度監(jiān)測裝置由美國Omega公司的RDXL12SD12通道溫度記錄儀和銅-康銅T型熱電偶構(gòu)成，導(dǎo)線直徑為0.51 mm，測溫范圍?200～260 ℃，測溫精度為0.01 ℃。

韌皮部溫度測試方法：柑橘作物的韌皮部與樹皮緊密相連，從樹體表面很難區(qū)分，因此將枝干截斷，在截面上韌皮部和木質(zhì)部的分界處，選取圓周對稱位置，采用0.3 mm的微型鉆頭開2～3個20 mm的深孔。為避免端部傳熱影響，鉆孔時應(yīng)確保鉆孔沿分界面往下且避免穿透樹皮。在鉆孔內(nèi)埋入微型T型熱電偶直至鉆孔底部，在端面處用絕熱膠密封，以確保熱電偶所測試的韌皮部溫度變化只來源于透過樹皮表面?zhèn)鳠?，如圖1所示。

圖1 熱處理時韌皮部溫度測試示意圖Fig.1 Diagram of outer and inner bark temperature testing

1.2 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理試驗裝置及方法

1.2.1 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理試驗裝置設(shè)計

室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理試驗裝置如圖2所示，加熱罩采用密閉金屬柜，使用120 ℃的飽和濕熱蒸汽作為傳熱介質(zhì)，輸出壓力范圍為0～0.5 MPa。為達到向柜內(nèi)均勻快速輸送蒸汽的目的，柜內(nèi)設(shè)置3根呈品字形布置的蒸汽輸送管路，其中1根管路位于柜體后部中間位置，安裝呈90°夾角的兩列噴頭，每列按柜體高度均布4個噴頭。2根管路位于柜體內(nèi)左右兩端位置，每列按柜體高度均布4個噴頭，面向柜體中心。室內(nèi)環(huán)境溫度為30 ℃。使用時，設(shè)置蒸汽輸送壓力后，濕熱蒸汽由柜體上端的總管道輸入，通過Y形支管分別輸送至3根內(nèi)部蒸汽管路，打開開關(guān)，將濕熱蒸汽快速輸送至柜內(nèi)空間，升到指定溫度后迅速關(guān)閉蒸汽輸送閥門，完成熱處理后打開柜門，待完全冷卻后，繼續(xù)進行下一組熱處理。整套裝置使用濕熱蒸汽作為傳熱介質(zhì)，壓力可調(diào)，溫度可測，熱處理迅速。

圖2 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理試驗裝置示意圖Fig.2 Diagram of indoor testing system of rapid steam treatment

1.2.2 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理試驗和數(shù)據(jù)處理方法

室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理試驗對象為1 a生染病柑橘樹，設(shè)置濕熱蒸汽輸送壓力，開始輸送蒸汽加熱直到指定的柜內(nèi)環(huán)境溫度上限（55～65℃）后，停止加熱，同時記錄樹體表面和韌皮部溫度變化，分析濕熱蒸汽快速傳熱對升溫速度和升溫上限的影響。

樹體表面和韌皮部溫度測試布置如圖3所示，在已經(jīng)選取的用于韌皮部溫度測量的枝干外表面，捆綁1個微型T型熱電偶以測量該枝干樹體表面溫度。熱電偶測點位置盡量貼近樹皮但不和樹皮接觸。

試驗時，16通道微型熱電偶溫度記錄儀記錄樹體表面和韌皮部溫度。計算每次升溫差值和升溫時間平均值。在達到設(shè)定環(huán)境溫度前提下，對韌皮部溫度的升溫曲線及升溫差值進行比較，分析升溫速度和傳熱效果。持續(xù)觀察熱處理后苗木存活情況，分析濕熱蒸汽快速熱處理時韌皮部溫度變化。

根據(jù)目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[19,22-24]，初步設(shè)定主要試驗參數(shù)為樹體表面溫度、熱處理后保溫時間和濕熱蒸汽輸送壓力。樹體表面溫度設(shè)為55，60和65 ℃，濕熱蒸汽輸送壓力設(shè)為0.015和0.03MPa，保溫時間設(shè)為0和30 s。

圖3 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理樹體表面和韌皮部溫度測試實物圖Fig.3 Inner and outer bark temperature test of indoor rapid steam treatment

試驗時，每2棵為1組，每一溫度區(qū)間按照輸送壓力和保溫參數(shù)組合，分別做4組熱處理，3個溫度區(qū)間共計12組24棵柑橘樹。調(diào)節(jié)濕熱蒸汽輸送壓力為0.015和0.03 MPa。打開開關(guān)，進行室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理，同時記錄溫度。當樹體表面升溫至55，60和65 ℃時，停止加熱，分別做不保溫和保溫30 s處理，關(guān)閉溫度記錄儀。為了消除熱處理后殘余熱量的影響，每組試驗結(jié)束后冷卻15 min再進行下一組試驗。

1.3 田間濕熱蒸汽快速熱處理試驗裝置及方法

1.3.1 田間濕熱蒸汽快速熱處理試驗裝置設(shè)計

田間試驗裝置如圖4所示，采用美國Sioux公司蒸汽機（型號為SF-20），加熱罩由滌綸材料制成，尺寸為3 m×3 m×3 m（長×寬×高）。

圖4 田間濕熱蒸汽快速熱處理試驗裝置實物圖Fig.4 Field testing system of rapid steam treatment

作業(yè)時，卡車將田間試驗系統(tǒng)運載至熱處理現(xiàn)場，液壓缸驅(qū)動加熱罩覆蓋柑橘樹，蒸汽機啟動，濕熱蒸汽快速輸送至罩內(nèi)空間，完成熱處理后迅速收回，繼續(xù)移至下一棵柑橘樹進行熱處理。整套系統(tǒng)使用120 ℃的飽和蒸汽作為傳熱介質(zhì)，輸出壓力在0～0.1 MPa之間可調(diào)，可在1～3 min內(nèi)完成對一棵成年柑橘樹的田間熱處理，適合于平原大面積果園。

1.3.2 田間濕熱蒸汽快速熱處理試驗方法

田間濕熱蒸汽快速熱處理試驗選用4棵感染黃龍病的9 a生柑橘樹，移動加熱罩罩住樹體，開始輸送濕熱蒸汽進行加熱。根據(jù)室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理和田間熱處理早期測試結(jié)果，設(shè)定試驗參數(shù)組合。當罩內(nèi)加熱到指定溫度后，停止加熱并保溫。記錄樹體表面和韌皮部溫度變化，分析蒸汽快速傳熱對升溫速度和升溫上限的影響。同時選取2棵感染黃龍病且未經(jīng)熱處理，2棵健康的9a生柑橘樹作為參照。

田間濕熱蒸汽快速熱處理時樹體表面和韌皮部溫度測試布置如圖5所示。

圖5 田間濕熱蒸汽快速熱處理時樹體表面和韌皮部溫度測試實物圖Fig.5 Inner and outer bark temperature test of field rapid steam treatment

2 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理試驗結(jié)果分析

2.1 升溫上限55 ℃的升溫曲線

試驗參數(shù)組合設(shè)置：樹體表面升溫上限為55 ℃，蒸汽輸送壓力為0.015和0.03 MPa，保溫時間為30 s。每組試驗數(shù)據(jù)取平均值，4組試驗升溫曲線如圖6所示。

圖6 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理樹體表面升溫至55℃時升溫曲線Fig.6 Heating curve of indoor rapid steam treatment till outer bark temperature was 55℃

壓力0.015 MPa，當樹體表面升溫至55 ℃時即停止輸送蒸汽且不進行保溫：韌皮部由34 ℃升溫至44 ℃為止；保溫30 s的熱處理：樹體表面首先升溫至55 ℃，韌皮部由36 ℃升溫至50 ℃，停止輸送蒸汽但繼續(xù)保溫30 s，樹體表面繼續(xù)升溫至58 ℃，韌皮部繼續(xù)升溫至56 ℃。

壓力0.03 MPa，當樹體表面升溫至55 ℃時即停止輸送蒸汽且不進行保溫：韌皮部由30 ℃升溫至40 ℃為止；保溫30 s的熱處理：樹體表面首先升溫至55 ℃，韌皮部由31 ℃升溫至38 ℃，停止輸送蒸汽但繼續(xù)保溫30 s，樹體表面繼續(xù)升溫至58 ℃，韌皮部繼續(xù)升溫至51 ℃。經(jīng)觀察，經(jīng)過熱處理和保溫處理的柑橘樹都生長正常。

2.2 升溫上限60℃的升溫曲線

試驗參數(shù)組合設(shè)置：樹體表面升溫上限為60 ℃，蒸汽輸送壓力為0.015和0.03 MPa，保溫時間為30 s。每組試驗數(shù)據(jù)取平均值，4組試驗升溫曲線如圖7所示。

壓力0.015 MPa，當樹體表面升溫至60 ℃時即停止輸送蒸汽且不做保溫：韌皮部由34 ℃升溫至56 ℃為止；保溫30s的熱處理：樹體表面首先升溫至60 ℃，韌皮部由31 ℃升溫至56 ℃，停止輸送蒸汽但繼續(xù)保溫30 s，樹體表面繼續(xù)升溫至63 ℃，韌皮部繼續(xù)升溫至61 ℃。

壓力0.03 MPa，當樹體表面升溫至60 ℃時即停止輸送蒸汽且不做保溫：韌皮部由32 ℃升溫至50 ℃為止；保溫30 s的熱處理：樹體表面首先升溫至60 ℃，韌皮部由32 ℃升溫至43 ℃，停止輸送蒸汽但繼續(xù)保溫30 s，樹體表面繼續(xù)升溫至64 ℃，韌皮部繼續(xù)升溫至55 ℃。經(jīng)觀察，經(jīng)過熱處理但不做保溫處理的柑橘樹都生長正常，經(jīng)過熱處理及后續(xù)保溫處理的柑橘樹有輕微熱損傷。

圖7 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理樹體表面升溫至60 ℃時升溫曲線Fig.7 Heating curve of indoor rapid steam treatment till outer bark temperature was 60 ℃

2.3 升溫上限65 ℃的升溫曲線

試驗參數(shù)組合設(shè)置：樹體表面升溫上限為65 ℃，蒸汽輸送壓力為0.015和0.03 MPa，保溫時間為30 s。每組試驗數(shù)據(jù)取平均值，4組試驗升溫曲線如圖8所示。

圖8 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理樹體表面升溫至65 ℃時升溫曲線Fig.8 Heating curve of indoor rapid steam treatment till outer bark temperature was 65 ℃

壓力0.015 MPa，當樹體表面升溫至65 ℃時即停止輸送蒸汽且不進行保溫：韌皮部由32 ℃升溫至62 ℃為止；保溫30s的熱處理：樹體表面首先升溫至65 ℃，韌皮部由32 ℃升溫至60 ℃，停止輸送蒸汽但繼續(xù)保溫30 s，樹體表面繼續(xù)升溫至69 ℃，韌皮部繼續(xù)升溫至65 ℃。

壓力0.03 MPa，當樹體表面升溫至65 ℃時即停止輸送蒸汽且不進行保溫：韌皮部由32 ℃升溫至58 ℃為止；保溫30 s的熱處理：樹體表面首先升溫至65 ℃，韌皮部由31 ℃升溫至55 ℃，停止輸送蒸汽但繼續(xù)保溫30 s，樹體表面繼續(xù)升溫至72 ℃，韌皮部繼續(xù)升溫至66 ℃。經(jīng)觀察，熱處理后的柑橘樹都因嚴重熱損傷而死亡。

2.4 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理時蒸汽輸送壓力對韌皮部升溫影響分析

在相同蒸汽輸送壓力條件下，樹體表面溫度取值越高，所需加熱時間越長，韌皮部溫度增加越大。在達到相同樹體表面溫度時，蒸汽輸送壓力越高，樹體表面升溫時間越短，但韌皮部溫度增加反而減少。

具體分析原因：熱處理需要使熱量透過樹皮到達韌皮部，這需要一定的時間，而樹體表面溫度的提高則相對迅速。因此，輸送壓力越大，僅僅是加速了樹體表面溫度升高，并不利于韌皮部溫度的提高。也就是說，輸送壓力不是越大越好，應(yīng)以韌皮部溫度有效提高作為依據(jù)。僅以本文中研究的1 a生柑橘樹為例，樹體表面溫度選取生理承受上限60 ℃，輸送壓力選取較低的0.015 MPa，是有效提高韌皮部溫度的較優(yōu)參數(shù)組合。

2.5 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理后保溫處理對韌皮部升溫影響分析

不同樹體表面溫度和蒸汽輸送壓力下，保溫都能明顯提高韌皮部溫度。其中，樹體表面溫度升至相同溫度條件下，蒸汽輸送壓力越高，關(guān)閉閥門后開始保溫處理，經(jīng)過相同時間保溫后，韌皮部升溫效果越明顯。具體分析原因，應(yīng)該是樹體表面溫度升至相同溫度條件下，較高輸送壓力加熱后殘留的熱量更多，保溫效果更好。

2.6 室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理時樹體表面溫度、蒸汽輸送壓力和保溫時間的參數(shù)組合對韌皮部升溫影響分析

為檢驗個體差異對結(jié)果的影響，采用協(xié)方差分析室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理的樹體表面溫度、蒸汽輸送壓力和保溫時間的參數(shù)組合對韌皮部升溫影響的差異顯著性。樹體表面溫度對結(jié)果有顯著性影響（P=0.018）；蒸汽輸送壓力對結(jié)果有顯著性影響（P=0.036）；加熱前韌皮部溫度（個體差異）對最終結(jié)果沒有顯著性影響（P=0.986）。

對于本文研究的1 a生柑橘樹而言，當不進行保溫處理時，鑒于韌皮部的升溫效果，60 ℃-0.015 MPa是較優(yōu)熱處理參數(shù)，當進行30s的保溫處理后，在同樣溫度上限（60 ℃）的情況下，雖然較高蒸汽輸送壓力（0.03 MPa）下保溫后韌皮部升溫效果更明顯，但考慮樹體表面溫度，蒸汽輸送壓力和保溫時間的綜合熱處理對韌皮部升溫的總體提高效果，60 ℃-0.015 MPa-30 s是1 a生柑橘樹熱處理的較優(yōu)組合參數(shù)。

3 田間濕熱蒸汽快速熱處理試驗及黃龍病防治效果分析

3.1 田間快速濕熱蒸汽熱處理試驗結(jié)果分析

根據(jù)室內(nèi)濕熱蒸汽快速熱處理結(jié)果，選取60 ℃為樹體表面溫度上限，根據(jù)田間熱處理耗時的初步測試，考慮到田間和室內(nèi)熱處理時加熱罩的密封性差異，設(shè)定蒸汽輸出壓力為全壓的1/3，即0.03 MPa，設(shè)定保溫時間為30 s?，F(xiàn)場田間環(huán)境溫度為33 ℃，相對濕度為43%。4次試驗數(shù)據(jù)取平均值，田間熱處理加熱前后和保溫前后韌皮部溫度變化如圖9所示。

圖9 田間快速濕熱蒸汽熱處理樹體表面加熱至60 ℃時韌皮部升溫曲線Fig.9 Heating curve of field rapid steam treatment till outer bark temperature was 60 ℃

當4棵染病柑橘樹樹體表面升溫至60 ℃時即停止輸送蒸汽且進行保溫30 s的熱處理：首先樹體表面溫度平均升溫至60 ℃，平均耗時為87 s，滿足快速熱處理要求。韌皮部加熱前后平均升溫差值為21 ℃，停止輸送蒸汽但繼續(xù)保溫30 s，韌皮部保溫前后平均升溫差值為4.5℃。

3.2 熱處理前后黃龍病病菌濃度比較

對經(jīng)過熱處理的4棵染病柑橘樹，同時對未經(jīng)熱處理的2棵染病柑橘樹和2棵健康柑橘樹，在熱處理前10 d和熱處理后40 d，分別進行采樣并送至美國農(nóng)業(yè)部南方園藝診斷實驗室進行qPCR測試，Ct值>32診斷為未感染，對比測試結(jié)果如表1所示。

表1 田間濕熱蒸汽快速熱處理前后黃龍病病菌濃度對比Table 1 Ct value comparison before and after field rapid steam treatment

由表1可知，經(jīng)過田間快速濕熱蒸汽熱處理的感染黃龍病的4棵9 a生柑橘樹，其Ct值明顯提高，表明病菌濃度有顯著降低。其中，2棵從染病恢復(fù)到健康，Ct值分別從27.23和26.38升高到35.81和35.69，2棵病菌濃度明顯降低，Ct值分別從23.35和23.12升高到29.80和28.96，長勢明顯好轉(zhuǎn)，萌發(fā)了大量新芽。同期未經(jīng)蒸汽熱處理的2棵染病柑橘樹，其Ct值沒有顯著變化，Ct值僅分別從24.26和25.03變化到24.03和24.39，長勢依舊衰弱。同期健康柑橘樹Ct值沒有顯著變化，Ct值僅分別從39.55和39.63變化到39.07和38.72，依然保持健康狀態(tài)。

4 結(jié) 論

1）本文所研究的1 a生柑橘樹，其濕熱蒸汽快速熱處理致死溫度閾值為60 ℃，實際熱處理樹體表面溫度為60 ℃，蒸汽輸送壓力為0.015 MPa，保溫時間為30 s。9 a生柑橘樹，田間熱處理溫度-壓力-保溫時間組合為60 ℃?0.03 MPa-30 s。

2）黃龍病田間濕熱蒸汽快速熱處理不能僅關(guān)注樹體表面溫度的快速提高，而應(yīng)關(guān)注韌皮部溫度的有效提高。綜合考慮濕熱蒸汽快速直接熱處理和關(guān)閉蒸汽后保溫熱處理對韌皮部溫度的總體影響。

3）經(jīng)田間濕熱蒸汽快速熱處理后的4棵染病柑橘樹，Ct值都有明顯提高。其中，2棵Ct值分別從23.35和23.12升高到29.80和28.96，另2棵Ct值從27.23和26.38升高到35.81和35.69，且長勢都明顯好轉(zhuǎn)。而同期未經(jīng)熱處理的染病柑橘樹，Ct值沒有顯著變化，長勢依舊衰弱。

本文針對濕熱蒸汽介質(zhì)傳熱，從植物傳熱的角度分析柑橘作物的蒸汽快速熱處理，未來還需要研究其他傳熱介質(zhì)和作物熱處理后的果實生長及持續(xù)效果研究。此外，還可根據(jù)國內(nèi)作業(yè)環(huán)境和不同作物選用小型蒸汽發(fā)生裝置和載具，開展進一步的研究和修正。

致謝：本文研究由江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目(PAPD)，美國農(nóng)業(yè)部項目（Steam-generated supplementary heat thermotherapy as an immediate treatment for prolonging productivity of HLB-infected citrus trees），中國“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃課題（2014BAD08B04），江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程（CXZZ11_0513）資助。感謝Sherrie Buchanon, Fazly Bin Mail，Roy Sweeb和Saman Souri等人對我試驗的幫助。

[1] Bové J M. Huanglongbing: A destructive, newly emerging, century old disease of citrus[J]. Journal of Plant Pathology, 2006, 88(1): 7－37.

[2] Bové J M. Huanglongbing or yellow shoot, a disease of Gondwanan origin: Will it destroy citrus worldwide[J]. Phytoparasitica, 2014, 42(5): 579－583.

[3] Wang N, Trivedi P. Citrus huanglongbing: A newly relevant disease presents unprecedented challenges[J]. Phytopathology, 2013, 103(7): 652－665.

[4] Gasparoto M, Coletta H, Bassanezi R, et al. Influence of temperature on infection and establishment of ‘Candidatus Liberibacter americanus’ and ‘Candidatus Liberibacter asiaticus’ in citrus plants[J]. Plant Pathology, 2012, 61(4): 658－664.

[5] Lee J A, Halbert S E, Dawson W O, et al. Asymptomatic spread of huanglongbing and implications for disease control[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112(24): 7605－7610.

[6] de Miranda S H G, de Oliveira Adami A C, Bassanezi R B. Economic impacts of huanglongbing disease in S?o Paulo State[C]//Poster presented at the International Association of Agricultural Economists (IAAE) Triennial Conference, Foz do Igua?u, Brazil: International Association of Agricultural Economists, 2012.

[7] Bassanezi R B, Montesino L H, Gasparoto M C G, et al. Yield loss caused by huanglongbing in different sweet orange cultivars in S?o Paulo, Brazil[J]. European Journal of Plant Pathology, 2011, 130(4): 577－586.

[8] USDA. National quarantine map[EB/OL]. 2014-05-22. http://www.aphis.usda.gov/plant_health/plant_pest_info/citrus_ greening/downloads/pdf_files/nationalquarantinemap.pdf.

[9] 洪添勝，張衍林，宋淑然，等. 山地果園運輸與噴霧機械的研究與應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2014(5)：21－27. Hong Tiansheng, Zhang Yanlin, Song Shuran, et al. Research and application of mountainous orchard transportationand spray machinery[J]. Modern Agricultural Equipment, 2014(5): 21－27. (in Chinese with English abstract)

[10] 范國成，劉波，吳如健，等. 中國柑橘黃龍病研究30年[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報，2009，24(2)：183－190. Fan Guocheng, Liu Bo, Wu Rujian, et al. Thirty years of research on citrus Huanglongbing in China[J]. Fujiau Journal of Agricultural Sciences, 2009, 24(2): 183－190. (in Chinese with English abstract)

[11] 陳凱男，李充璧. 柑橘黃龍病研究概況[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，56(7)：1048－1050. Chen Kainan, Li Chongbi. Research overview on citrus huanglongbing disease[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2015, 56(7): 1048－1050. (in Chinese with English abstract)

[12] 梅慧蘭，鄧小玲，洪添勝，等. 柑橘黃龍病高光譜早期鑒別及病情分級[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30(9)：140－147. Mei Huilan, Deng Xiaoling, Hong Tiansheng, et al. Early detection and grading of citrus huanglongbing using hyperspectral imaging technique[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(9): 140－147. (in Chinese with English abstract)

[13] 羅守進. 柑橘幾種主要病蟲害的識別與防治[J]. 農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究，2014，4(10)：28－33，47. Luo Shoujin. Identification and control methods of the main diseases and insect pests of citrus[J]. Journal of Agricultural Catastrophology, 2014, 4(10): 28－33, 47. (in Chinese with English abstract)

[14] 吳越，周常勇. 柑橘黃龍病防控研究進展[J]. 中國果樹，2013(4)：77－81.

[15] 駱學(xué)海. 柑桔黃龍病熱水間歇消毒試驗[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1983，4(1)：97－103. Lo Xuehai. Studies on the sterilieation effect of the intermittent hot water treatment on citrus budwood and nursling infected with citrus yellow shoot[J]. Journal of South China Agricultural University: Natural Science Edition, 1983, 4(1): 97－103. (in Chinese with English abstract)

[16] 林孔湘. 柑桔黃梢（黃龍）病的進一步研究[J]. 植物保護學(xué)報，1963，2(3)：243－251. Lin Kunghsiang. Further studies on citrus yellow shoot[J]. Journal of Plant Protection, 1963, 2(3): 243－251. (in Chinese with English abstract)

[17] 林孔湘，鄭儒鈺. 柑桔黃梢（龍）病毒和柑桔枝條組織耐熱力的初步研究[J]. 植物病理學(xué)報，1964，7(1)：61－65. Lin Kunghsiang, Zheng Ruyu. A preliminary study on the resistance of yellow shoot virus and citrus budwood tissue to heat[J]. Acta Phytopathologica Sinica, 1964, 7(1): 61－65. (in Chinese with English abstract)

[18] Doud M, Zhang M Q, Powell C A, et al. Thermotherapy and chemotherapy to control citrus HLB in the field[J]. Journal of Citrus Pathology, 2014, 1(1): 213－221.

[19] Foundation C R A D. Thermal-Therapy-Day-Summary [EB/OL]. 2014-04-30. http://citrusrdf.org/thermal-therapyfor-citrus-trees-affected-by-huanglongbing-hlb.

[20] Duan Yongping, Doud M. How to Live with HLB?[EB/OL]. 2014-04-30.http://stlucie.ifas.ufl.edu/media/2014/ARS_Duan _Thermo%20field%20day%202014.pdf

[21] Hoffman M T, Doud M S, Williams L, et al. Heat treatment eliminates’ Candidatus Liberibacter asiaticus’ from infected citrus trees under controlled conditions[J]. Phytopathology, 2013, 103(1): 15－22.

[22] Leavitt Stefani. Treatment of HLB-affected Citrus Using a Supplemental Heating System[D]. Gainesville, FL: University of Florida, Graduate School, 2015.

[23] Al-Jumaili A, Ehsani R. Mobile batch heat treatment system for treating HLB-infected citrus trees[C]//ASABE Annual International Meeting, 2015.

[24] Ehsani R, Corcuera, J I R D Khot L. The potential of thermotherapy in combating HLB[EB/OL]. 2013-09-01. http://www.crec.ifas.ufl.edu/extension/trade_journals/2013/ 2013_September_Thermo.pdf.

[25] 賈志成，鄭加強，黃雅杰，等. 柑橘黃龍病熱處理防治技術(shù)研究進展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31(23)：1－9. Jia Zhicheng, Zheng Jiaqiang, Huang Yajie, et al. Thermotherapy for citrus huanglongbing-review and prospect[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(23): 1－9. (in Chinese with English abstract)

[26] 王愛民，鄧曉玲. 柑桔黃龍病診斷技術(shù)研究進展[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，(6)：101－103.

[27] 黃偉鋒，洪添勝，吳偉斌，等. 柑橘黃龍病檢測方法研究進展[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012(16)：60－64. Huang Weifeng, Hong Tiansheng, Wu Weibin, et al. Advances in detection technique of citrus Huanglongbing[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2012(16): 60－64. (in Chinese with English abstract)

[28] Liao H L, Burns J K. Gene expression in Citrus sinensis fruit tissues harvested from huanglongbing-infected trees: comparison with girdled fruit[J]. Journal of experimental botany, 2012, 63(8): 3307－3319.

[29] 盧乃會，李強有，張曼其，等. 柑橘黃龍病分子生物學(xué)檢測方法研究進展[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016(12)：130－131. Lu Naihui, Li Qiangyou, Zhang Manqi, et al. Reseach progress in molecular detection technique of citrus huanglongbing[J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2016(12): 130－131. (in Chinese with English abstract)

[30] GB/T 28062-2011，柑橘黃龍病菌實時熒光PCR檢測方法[S].

Heating characteristics and field control effect of rapid citrus huanglongbing steam heat treatment

Jia Zhicheng1,2, Ehsani Reza2, Zheng Jiaqiang1※, Xu Linyun1, Zhou Hongping1, Ding Rui1
(1. College of Mechanical and Electronic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 2. Citrus Research and Education Center, University of Florida, Lake Alfred 33850, USA)

The citrus Huanglongbing (HLB), caused by the bacterium limited in the phloem, Candidatus Liberibacter spp, is a highly destructive citrus disease for the worldwide citrus industry. Until now, the field thermotherapy has showed effect in HLB control. However, all sorts of thermotherapies only focus on the canopy temperature without considering the inner bark or phloem temperature. In this study, indoor and field steam treatment system consists of enclosure, circumstance temperature monitoring system, outer and inner bark temperature testing system. Temperature distribution of outer and inner bark when heating up with different steam supplying pressure and heat preserving time showed that: 1) For the 1-year-old plants, the 65 ℃ was the deadly outer temperature limit. The confirmation of deadly outer bark temperature was the most important in field heat treatment. Based on the inner bark temperature increasing effect, the outer temperature of 60 ℃ was better than lower temperature for inner bark temperature increasing. For achieving the higher outer temperature, more heating time is needed, which allows more heat transfer from the outer to inner bark. For the 9-year-old plants, the 60 ℃ was the better outer temperature without obvious heat damage to the plants. 2) For effective control of HLB, the inner bark temperature was more important than the outer bark temperature. The heat preserving time following steam treatment is beneficial for inner bark temperature increasing. The preserving temperature increase from the treatment with higher transfer pressure was higher than lower pressure. However, based on the total heating effect of inner bark, comprehensively considering the temperature increase from treatment and the following heat preserving, the lower pressure was the better choice. 3) For the 9-year plants, after field heat treatment with the 60 ℃-0.03 MPa-30 s, the results of quantitative polymerase chain reaction (qPCR) after treatment showed significant change in the ‘Ca.L.asiaticus’ bacterial titer, combined with vigorous growth from all 4 treated infected trees. The qPCR testing also confirmed that 2 previously infected plants with heat treatment showed no detectable levels of‘Ca.L.asiaticus’, while untreated infected plants remained highly infected. 4) Based on the steam treatment, it was concluded that the procedure should be as follows: Based on the inner bark temperature increase, first of all, confirm the deadly outer temperature of the specific plant; then, compare the heating effect with different combination of the steam supplying pressure and the following heat preserving time. As a conclusion, from the view of heat transfer, the best steam treatment parameters should be determined based on the analysis of inner bark temperature increase.

disease control; heat treatment; temperature; citrus huanglongbing (HLB); phloem; heating characteristics

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.028

S3; S432

A

1002-6819(2017)-11-0219-07

賈志成，Ehsani Reza，鄭加強，許林云，周宏平，丁 銳. 柑橘黃龍病蒸汽快速熱處理升溫特性及田間防治效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(11)：219－225.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.028 http://www.tcsae.org

Jia Zhicheng, Ehsani Reza, Zheng Jiaqiang, Xu Linyun, Zhou Hongping, Ding Rui. Heating characteristics and field control effect of rapid citrus huanglongbing steam heat treatment[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(11): 219－225. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.028 http://www.tcsae.org

2017-01-05

2017-03-03

江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目(PAPD)；“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃課題（2014BAD08B04）；美國農(nóng)業(yè)部項目（Steam-generated supplementary heat thermotherapy as an immediate treatment for prolonging productivity of HLB-infected citrus trees），江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程（CXZZ11_0513）

賈志成，男，江蘇南京人，講師，博士生，2014年赴美國佛羅里達大學(xué)柑橘研究與教育中心研修，主要從事植物病蟲害物理防治技術(shù)研究。南京 南京林業(yè)大學(xué)機械電子工程學(xué)院，210037。Email：jzcnfu@gmail.com※通信作者：鄭加強，男，浙江溫州人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事植保機械和農(nóng)林智能測控技術(shù)研究。南京 南京林業(yè)大學(xué)機械電子工程學(xué)院，210037。Email：jqzheng@njfu.edu.cn