微波處理北美進(jìn)口山核桃木材的殺蟲效果?

戴秋慧 劉森林 張競(jìng)文 周旭峰 鄭雅楠

（1.大窯灣海關(guān)，遼寧 大連 116000；2.大連港森立達(dá)木材交易中心有限公司，遼寧 大連 116001；3.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866）

近年來(lái)，隨著全球貿(mào)易日益頻繁，進(jìn)境農(nóng)林產(chǎn)品中頻繁發(fā)現(xiàn)外來(lái)物種[1-2]，我國(guó)對(duì)外來(lái)有害生物傳入的控制也愈加重視[3-4]。中國(guó)是世界最大的木材進(jìn)口國(guó)[5-6]，在進(jìn)口木材檢疫中，常用的檢疫處理方法主要是化學(xué)藥劑熏蒸處理和熱處理[7-8]。其中，溴甲烷為檢疫處理中應(yīng)用最廣泛的化學(xué)試劑。但溴甲烷的使用會(huì)對(duì)臭氧層造成破壞，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在2005 年停止使用[9-11]。從保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，物理處理手段已經(jīng)在檢疫除害處理中占有重要地位[12-14]。其中，微波加熱處理技術(shù)[15-16]因其快速、效果好、無(wú)殘毒、無(wú)余熱、無(wú)污染和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，而成為重要的檢疫處理手段之一[17-18]。

微波加熱與常規(guī)加熱不同，其是在微波磁場(chǎng)的作用下，通過介質(zhì)分子相互“摩擦”而產(chǎn)生的熱能[19], 不僅加熱速度快，而且效率高，可在不影響介質(zhì)質(zhì)量的前提下，把害蟲殺死，是一種快速殺滅檢疫性林木害蟲的新方法[20-22]。本研究采用遼寧出入境檢驗(yàn)檢疫局、大連港集團(tuán)以及航天科工集團(tuán)共同研發(fā)的工業(yè)化微波介電加熱檢疫處理設(shè)備對(duì)進(jìn)口原木進(jìn)行微波處理。為了保障檢疫木材質(zhì)量不受到損害的前提下的滅蟲效果，對(duì)微波加熱滅蟲過程中不同擺放位置的木材的受熱最高溫度和殺蟲效果進(jìn)行測(cè)定[23]，以確定最佳的微波加熱溫度，旨在為實(shí)際檢疫處理工作的開展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試原木：選用遼寧省大窯灣檢驗(yàn)檢疫局截獲的從北美進(jìn)口的山核桃（C.cathayensis）原木，木材規(guī)格分為細(xì)原木和粗原木2種規(guī)格，直徑范圍分別為20～40 cm和40～70 cm。

1.2 設(shè)備

微波介電加熱檢疫處理設(shè)備由遼寧出入境檢驗(yàn)檢疫局、大連港集團(tuán)以及航天科工集團(tuán)共同研發(fā)，該設(shè)備采用915 MHz的微波，輸出功率560 kW，上下雙向微波發(fā)射方式，處理艙體積為15 m × 4 m × 3 m；光線溫度傳感器，南京五石金傳感技術(shù)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

選取細(xì)原木12根、粗原木9根單層放入設(shè)備處理艙托盤中（圖1A、B）。由于微波為上下雙向發(fā)射，每個(gè)托盤內(nèi)被害原木會(huì)存在微波加熱不均勻現(xiàn)象，因此將其分為外側(cè)行-外緣原木（Ⅰ）、外側(cè)行-中間原木（Ⅱ）、內(nèi)側(cè)行-外緣原木（Ⅲ）和內(nèi)側(cè)行-中間原木（Ⅳ） 4種類型的擺放位置。隨機(jī)選取每個(gè)供試的被害原木的一個(gè)橫截面，分別在45°水平2個(gè)方向，深度分別為1、3、5 cm處各插入1個(gè)溫度探頭，共8個(gè)方位，編號(hào)為Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅳ-A、Ⅳ-B，如圖2所示。各編號(hào)分別表示：Ⅰ-A：外側(cè)行-外緣原木45°方向；Ⅰ-B：外側(cè)行-外緣原木水平方向；Ⅱ-A：外側(cè)行-中間原木45°方向；Ⅱ-B：外側(cè)行-中間原木水平方向，Ⅲ-A：內(nèi)側(cè)行-外緣原木45°方向；Ⅲ-B：內(nèi)側(cè)行-外緣原木水平方向；Ⅳ-A：內(nèi)側(cè)行-中間原木45°方向；Ⅳ-B：內(nèi)側(cè)行-中間原木水平方向。

根據(jù)相關(guān)研究，將熱處理的最低溫度設(shè)置為51、56、61 ℃，當(dāng)達(dá)到最低溫度時(shí)，保溫處理1 min[24-25]。采用西門子工業(yè)PLC模塊搭建控制和處理中心全程自動(dòng)獲取試驗(yàn)時(shí)間、加熱溫度、輸出功率和輸出能量等數(shù)據(jù)。

微波加熱處理結(jié)束后，將山核桃原木全部剝皮，劈開，通過放大鏡和顯微鏡等工具觀察原木內(nèi)害蟲種類、蟲態(tài)、數(shù)量以及死亡情況。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用SPSS 23.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相同樣品不同處理間的比較采用單因素方差分析（LSD多重比較法，P≤0.05）。

微波處理效果等級(jí)：合格：死亡率達(dá)100%；不合格：死亡率低于100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 山核桃原木不同方位的平均最高溫度變化

在51、56 、61 ℃三個(gè)供試溫度微波處理下，山核桃原木不同方位的所有測(cè)定點(diǎn)的溫度均高于供試溫度，但不同方位測(cè)定點(diǎn)的最高溫度有所差異。溫度檢測(cè)結(jié)果如圖3、4所示。

2.1.1 細(xì)山核桃原木不同方位的平均最高溫度

如圖3A所示，51 ℃微波處理1 min后，外側(cè)行-外緣原木水平方向（I‐B）的平均最高溫度值最大，為82.57 ℃；內(nèi)側(cè)行-外緣原木水平方向（Ⅲ-B）的平均最高溫度值最小，為56.53 ℃，這兩個(gè)方位的平均最高溫度差異顯著（P≤0.05）。其中外側(cè)行-外緣原木水平方向（I-B）與內(nèi)側(cè)行-外緣原木45°方向（Ⅲ-A）、內(nèi)中間原木側(cè)行-45°方向（Ⅳ-A）和內(nèi)側(cè)行-中間原木水平方向（Ⅳ-B）之間的平均最高溫度差異不顯著（PⅢ-A=0.614；PⅣ-A=0.872；PⅣ-B=0.990）；內(nèi)側(cè)行-外緣原木水平方向（Ⅲ-B）與外側(cè)行-外緣原木45°方向（IA）、外側(cè)行-中間原木45°方向（Ⅱ-A）、外側(cè)行-中間原木水平方向（Ⅱ-B）之間的平均最高溫度差異不顯著（PⅠ-A=0.054；PⅡ-A=0.824；PⅡ-B=0.248）。

由圖3B可見，56 ℃微波處理1 min后，細(xì)山核桃原木樣本中內(nèi)側(cè)行-外緣原木45°方向（Ⅲ-A）的平均最高溫度值最大，為78.23 ℃；外側(cè)行-外緣原木水平方向（I-B）的平均最高溫度值最小，為57.40 ℃，這兩個(gè)方位的平均最高溫度差異顯著（P≤0.05）。其中內(nèi)側(cè)行-外緣原木45°方向（Ⅲ-A）與外側(cè)行-中間原木45°方向（Ⅱ-A）的平均最高溫度差異不顯著（PⅡ-A=0.364），與其他方位的平均最高溫度均呈現(xiàn)顯著差異（P≤0.05）。外側(cè)行-外緣原木水平方向（I-B）與外側(cè)行-中間原木45°方向（Ⅱ-A）、內(nèi)側(cè)行-外緣原木45°方向（Ⅲ-A）的平均最高溫度差異顯著（P≤0.05），與其他方位的平均最高溫度差異不顯著（PⅠ-A=0.119；PⅡ-B=0.051；PⅢ-B=0.548；PⅣ-A=0.238；PⅣ-B=0.190）。

如圖3C所示，61 ℃微波處理1 min后，細(xì)山核桃原木樣本中內(nèi)側(cè)行-中間原木45°方向（Ⅳ-A）的平均最高溫度值最大，為85.53 ℃；內(nèi)側(cè)行-外緣原木水平方向（Ⅲ-B）的平均最高溫度值最小，為66.37 ℃，這兩個(gè)方位的平均最高溫度差異顯著（P≤0.05）。其中內(nèi)側(cè)行-中間原木45°方向（Ⅳ-A）與外側(cè)行-中間原木45°方向（Ⅱ-A）、內(nèi)側(cè)行-外緣原木水平方向（Ⅲ-B）之間的平均最高溫度差異顯著（P≤0.05）；內(nèi)側(cè)行-外緣原木水平方向（Ⅲ-B）與外側(cè)行-外緣原木45°方向（I-A）、外側(cè)行-中間原木45°方向（Ⅱ-A）、內(nèi)側(cè)行-外緣原木45°方向（Ⅲ-A）和內(nèi)側(cè)行-中間原木水平方向（Ⅳ-B）之間的平均最高溫度差異不顯著（PⅠ-A=0.142；PⅡ-A=0.892；PⅢ-A=0.153；PⅣ-B=0.129）。

圖3 不同溫度下細(xì)山核桃原木不同方位的平均最高溫度Fig.3 The average miaximum temperature of different positions of the small logs of C.cathayensis at different microwave treatments

2.1.2 粗山核桃原木不同方位的平均最高溫度

如圖4A所示，51 ℃微波處理1 min后，粗山核桃原木樣本中內(nèi)側(cè)行-外緣原木水平方向（Ⅲ-B）的平均最高溫度值最大，為67.43 ℃；外側(cè)行-外緣原木45°方向（I-A）的平均最高溫度值最小，為53.37 ℃。其中內(nèi)側(cè)行-外緣原木水平方向（Ⅲ-B）和外側(cè)行-外緣原木45°方向（I-A）、外側(cè)行-外緣原木水平方向（I-B）、內(nèi)側(cè)行-外緣原木45°方向（Ⅲ-A）、內(nèi)中間原木側(cè)行-45°方向（Ⅳ-A）、內(nèi)側(cè)行-中間原木水平方向（Ⅳ-B）的平均最高溫度差異顯著（P≤0.05）。外側(cè)行-中間原木水平方向（Ⅱ-B）和其他方位之間的最高溫度差異均不顯著（PⅠ-A=0.076；PⅠ-B=0.185；PⅡ-A=0.568；PⅢ-A=0.325；PⅢ-B=0.192；PⅣ-A=0.087；PⅣ-B=0.205）。

圖4 不同溫度下粗山核桃原木不同方位的平均最高溫度Fig.4 The average miaximum temperature of different positions of the wide logs of C.cathayensis at different microwave treatments

由圖4B可見，56 ℃微波處理1 min后，粗山核桃原木樣本中外側(cè)行-中間原木45°方向（Ⅱ-A）的平均最高溫度值最大，為99.47 ℃；外側(cè)行-外緣原木45°方向（I-A）的平均最高溫度值最小，為60.47℃。其中外側(cè)行-中間原木45°方向（Ⅱ-A）與其他方位的平均最高溫度差異顯著（P≤0.05）。外側(cè)行-外緣原木45°方向（I-A）與外側(cè)行-外緣原木水平方向（I-B）、內(nèi)側(cè)行-中間原木水平方向（Ⅳ-B）之間的平均最高溫度差異不顯著（PⅠ-B=0.350；PⅣ-B=0.950）；其與其他方位的平均最高溫度差異顯著（P≤0.05）。

如圖4C所示，61 ℃微波處理1 min，粗山核桃原木樣本中內(nèi)側(cè)行-外緣原木45°方向（Ⅲ-A）的平均最高溫度值最大，為90.53 ℃；內(nèi)側(cè)行-中間原木水平方向（Ⅳ-B）的平均最高溫度值最小，為67.33 ℃。其中內(nèi)側(cè)行-外緣原木45°方向（Ⅲ-A）與外側(cè)行-外緣原木水平方向（I-B）、外側(cè)行-中間原木45°方向（Ⅱ-A）、內(nèi)側(cè)行-外緣原木水平方向（Ⅲ-B）、內(nèi)側(cè)行-中間原木水平方向（Ⅳ-B）之間的平均最高溫度差異顯著（P≤0.05）。內(nèi)側(cè)行-中間原木水平方向（Ⅳ-B）與外側(cè)行-外緣原木45°方向（I-A）、內(nèi)側(cè)行-外緣原木45°方向（Ⅲ-A）、內(nèi)中間原木側(cè)行-45°方向（Ⅳ-A）之間的平均最高溫度差異顯著（P≤0.05）。

2.2 微波處理山核桃原木殺蟲效果

2.2.1 小蠹蟲類害蟲殺蟲效果

微波處理進(jìn)口山核桃原木試驗(yàn)中，共殺死小蠹蟲類害蟲707頭，其中成蟲220頭、幼蟲463頭、蛹24頭。在51、56、61 ℃三個(gè)溫度處理下，小蠹蟲各蟲態(tài)的死亡率均達(dá)到100%，見表1。

2.2.2 天牛類害蟲殺蟲效果

本次試驗(yàn)中，殺死天牛類害蟲共計(jì)4 963頭，其中成蟲106頭、幼蟲4 822頭、蛹35頭。在51、56 ℃微波處理下，均發(fā)現(xiàn)1頭天牛幼蟲，天牛幼蟲死亡率分別為99.95 %和99.91 %；在61 ℃微波處理下，天牛各蟲態(tài)的死亡率達(dá)到100%，如表1所示。造成51℃和56℃微波處理不合格的原因可能有以下2點(diǎn)，1）天牛類幼蟲個(gè)體體積較大，抗性較強(qiáng)，在微波處理過程中較低溫度的處理不足以完全殺死害蟲；2）被害木個(gè)體理化性質(zhì)（密度、含水量）差異較大，存在處理死角，影響微波穿透性。

2.2.3 吉丁蟲類害蟲殺蟲效果

本次試驗(yàn)殺死的吉丁蟲類害蟲的蛹8頭，在51、56、61 ℃三個(gè)溫度處理下，吉丁蟲蛹的死亡率均達(dá)到100%，如表1所示。

表1 不同溫度下微波處理山核桃原木中害蟲死亡率Tab.1 Killing rates of pests in C.cathayensis logs at different microwave treatments

3 結(jié)論

采用微波法處理北美進(jìn)口的山核桃原木，以殺滅其中的蛀干害蟲。通過試驗(yàn)得出以下主要結(jié)論：

1）在51、56、61 ℃微波處理下，在原木上不同方位、不同深度探測(cè)到的最高溫度均高于處理設(shè)置的溫度；

2）在微波處理過程中，小蠹類害蟲和吉丁蟲類害蟲在三個(gè)溫度下，害蟲的死亡率均達(dá)到100%；而天牛類害蟲在51 ℃和56 ℃溫度下均發(fā)現(xiàn)有存活的天牛幼蟲，死亡率低于100%，未達(dá)到檢疫殺蟲的標(biāo)準(zhǔn)。因此，建議在微波處理過程中選用61 ℃處理溫度。

后期，針對(duì)不同樹種的木材，還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行微波處理研究，以確定殺蟲效果最佳的處理溫度和處理時(shí)間。