柑橘黄龙病远红外热处理温度场分布特性试验研究

2019-11-04张建桃林耿纯尹选春邓小玲

农业机械学报 2019年10期

张建桃林耿纯陈鸿文晟尹选春邓小玲

(1.华南农业大学数学与信息学院，广州 510642； 2.国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心，广州 510642； 3.华南农业大学工程基础教学与训练中心，广州 510642； 4.华南农业大学工程学院，广州 510642； 5.华南农业大学电子工程学院，广州 510642)

0 引言

柑橘黄龙病(HLB)是由韧皮部杆菌属的病原菌引起的毁灭性疾病[1]，除了采取预防措施，如移除受感染的植株、种植无疾病的幼苗和管理昆虫媒介之外，没有其他有效管理办法[2]。根据发病特点及发现地域的不同，柑橘黄龙病分为CandidatusLiberibacterasiaticus(CaLas)、CandidatusLiberibacterafricanus(CaLaf)和CandidatusLiberibacteramericanus(CaLam)3种类型[3-4]。其中， CaLas和 CaLam侵染植株后，在22～24℃和27～32℃均可引起症状，属于耐热型；CaLaf侵染植株后，在22～24℃可使植株表现严重症状，在30℃以上症状减轻或消失，属于热敏感型[5-6]。患有黄龙病的柑橘树表现为植株矮化，结果变少，果实变小、畸形，且着色不均匀[7-9]。柑橘黄龙病传播途径除了嫁接、用病树接穗繁殖以及接穗和染病苗木的远距离传播之外，柑橘木虱是重要的传播媒介[10]。目前, 针对柑橘黄龙病的防控仍以防为主, 尚无特效药及抗病品种[11]。化学防治主要作为一种间接防治方法，它是利用化学药品杀死柑橘黄龙病传播媒介柑橘木虱等，阻止黄龙病的传播，进而对柑橘黄龙病进行防治。但化学药品的使用容易使柑橘木虱产生抗药性，且会造成环境污染。砍除病树对于防治黄龙病具有一定的效果，但是大量砍除病树将对以柑橘为经济来源的果农造成巨大损失。针对柑橘木虱进行生物防治，对抑制柑橘黄龙病的传播具有一定的作用，但成本过高，见效慢。除此之外，热处理方法是抑制黄龙病传播的有效物理防治方法，该方法利用黄龙病菌对温度的敏感性，直接抑制黄龙病菌的传播[12]。

热处理也称热疗, 是应用较早的一种脱毒技术[13-15]。柑橘黄龙病热处理技术的主要原理就是利用外界的传热介质,如光照、湿热空气、热水或蒸汽等, 向感染黄龙病的柑橘植株传递足够热量, 在不影响其正常生长的前提下, 使黄龙病病菌钝化甚至死亡, 黄龙病症状消失[13-16]。文献[17-28]研究证明，热处理对于柑橘黄龙病的防治是有效的。但自然热罩热处理存在处理周期长、效率低、对自然条件依赖大、处理罩内温差过大等问题；热空气快速热处理以空气作为传热介质，存在加热设备笨重、传热慢、能耗高等问题。

远红外线具有除菌杀毒的作用，利用远红外线加热细菌内毒素时，180℃温度下加热120 min，或250℃下加热30 min，内毒素均转阴性[29]。文献[30]利用远红外加热技术处理桑椹菌核病，当远红外灯管与菌核间距离为45 mm、加热60 s、温度为120℃时，可有效杀死病原菌。文献[31]采用远红外基质消毒机处理蔬菜育苗基质，能够杀死基质中的病菌、虫卵、害虫以及杂草种子。远红外热处理具有加热快、能耗低、无污染等特点，已在植物除菌杀毒等方面得到了成功的应用。

本文提出采用远红外对柑橘黄龙病进行热处理。搭建柑橘黄龙病远红外热处理温度场分布特性试验平台。通过研究远红外灯管组数量、灯管功率、加热时间等对温度场分布的影响，为柑橘黄龙病远红外热处理设备的优化设计提供依据。

1 材料与方法

1.1 柑橘黄龙病远红外热处理试验平台

图1 柑橘黄龙病远红外快速热处理试验平台Fig.1 Citrus HLB far infrared rapid heat treatment test platform1.处理罩 2.远红外灯管组 3.柑橘树 4.功率表 5.功率调节器 6.12通道温度记录仪 7.无纸记录仪 8.铝板

搭建的柑橘黄龙病远红外快速热处理温度场分布特性试验平台如图1所示。此试验平台配置有远红外灯，其灯管为碳纤维石英加热管，额定电压220 V，额定功率1 000 W，长度600 mm，灯罩尺寸为620 mm×180 mm×46 mm；功率调节器(衡鑫电热电器制造厂)，额定电压220 V，最大调节功率9 kW；功率表型号为PZEM-061(V2.0)，量程0～22 kW；无纸记录仪(杭州盘古自动化系统有限公司)型号为VX8140R，具有40路输入端口，连接PT100型温度传感器，量程为-200～650℃，精度为0.1℃；12通道温度记录仪(台湾路昌电子企业股份有限公司)，型号为BTM-4208SD，K型探头，分辨率为0.1℃，量程为-50.0～999.9℃，精度为±0.4%FS+0.5℃；在线式红外测温仪(南京隆顺仪表有限公司)，型号LSCI-SJG/300A，量程-50～300℃，精度为2%FS，可以测量物体的最小尺寸为22.5 mm，最大尺寸为50 mm，测量的最佳距离为360 mm，最远测量距离为700 mm；处理罩由PVC双面涂塑防水布制成，防水布厚度0.45 mm；镜面反射铝板，厚度为0.3 mm。

两盏远红外灯竖直拼接在一起，各连接一根灯管(每盏远红外灯内可平行安装两根管式红外加热灯管)，并以此作为一个整体，即一组远红外灯管。远红外灯管组垂直布置在处理罩内侧。在红外灯辐射区域内，辐射能不需要任何中介物质，直接辐射或经反射涂层反射到柑橘树表面，柑橘树吸收辐射转换为内部的蓄热能[26]，柑橘树叶和树枝温度升高。灯管功率由功率调节器调节，功率用功率表测量。柑橘树叶、枝干的温度通过PT100型温度传感器、K型温度传感器和在线式红外测温仪测量。由于柑橘树的树叶比较稀疏，部分红外灯辐射会透过柑橘树空隙，照射到对面的处理罩上。为了充分利用这部分能量，处理罩内侧布置镜面铝板，透过柑橘树的红外辐射就会被反射到柑橘树，从而提高热辐射效率。

处理罩内共布置52个温度测试点，如图1a所示，温度传感器分布位置如图1b所示。其中a1～a32号温度传感器测量树叶温度，a33～a52号温度传感器测量枝干温度。树冠层树叶密度由上到下逐层降低，测温探头数量由上到下逐渐减少。第1层和第2层各布置17个测试点，其中12个用于测量树叶温度，另外5个用于测量枝干温度；第3层和第4层各布置9个测试点，每层4个用于测量树叶温度，5个用于测量枝干温度。试验装置实物如图1c所示，远红外灯管组用于加热柑橘树，外侧铝板用于反射远红外辐射，由无纸记录仪和通道温度记录仪同时记录各测点温度，试验时室内平均温度为18℃。树叶、枝干温度利用绝缘胶布将PT100和K型温度传感器固定在树叶或枝干表面上进行测量。

1.2 柑橘树温度测量方法

为了明确柑橘黄龙病远红外热处理时柑橘树的温度场分布，需测量树叶和枝干的温度。在线式红外测温仪能够直接测量物体表面温度，但只能用于环境温度为0～50℃的场合。试验过程中处理罩内温度会超过这个范围。PT100型温度传感器和K型温度传感器可以测量固体表面温度，以及气体、流体等的温度[32]。本研究采用PT100型温度传感器和K型温度传感器测量树叶和枝干温度。测量时要将传感器固定在树叶或树干上，为了测定试验中采用的固定方法是否能真实反映被测物的温度，需要用红外测温仪对PT100型温度传感器和K型温度传感器进行标定。

1.2.1树叶温度测量

测量树叶温度的传感器布置方法如图2所示。用2 kW的远红外灯在距离为50 cm的地方对树叶进行加热，加热5 min，记录各传感器测量的温度变化。其中位置1用在线式红外测温仪直接测量树叶温度；位置2、3分别用绝缘胶布将K型温度传感器和PT100型温度传感器固定在树叶上；位置4用在线式红外测温仪测量绝缘胶布外表面的温度；位置5、6分别将PT100型温度传感器和K型温度传感器直接暴露在空气中，用于测量远红外加热对PT100型温度传感器和K型温度传感器金属探头的加热效果。

图2 树叶温度测量试验Fig.2 Leaf temperature measurement test

用远红外加热柑橘树5 min，各传感器的温度变化如图3所示，从图3可以看出，位置1、2、3在前2 min内温度上升了20℃，2.5～5 min时测量的温度相近；位置4的温度明显高于其他位置，高出位置1、2、3约6℃；位置6测得的温度最低，为26.4℃，在2～5 min时几乎没有变化；位置5测得的温度随着远红外加热时间的延长而升高，5 min内温度低于位置1、2、3传感器测得的温度。试验结果表明：绝缘胶布外表面温度明显高于树叶温度；树叶温度高于传感器金属探头直接暴露在空气中的温度；利用绝缘胶布固定PT100和K型温度传感器测量的树叶温度，与用在线式红外测温仪直接测量的树叶表面温度接近，故可用此方法测量树叶温度。

图3 树叶温度测量试验结果Fig.3 Temperature measurement results of citrus leaves

1.2.2枝干温度测量

测量枝干温度的传感器布置方法如图4所示。用2 kW的远红外灯在距离为50 cm的地方对枝干进行加热，记录各传感器测量的温度变化，加热时间为5 min。其中位置1用在线式红外测温仪直接测量枝干温度，位置2、3分别用绝缘胶布将K型温度传感器和PT100型温度传感器固定在枝干上，测量枝干表皮温度；位置4用在线式红外测温仪测量绝缘胶布外表面温度，验证位置2、3的传感器测量的是枝干表皮温度还是绝缘胶布的温度；位置5、6的PT100温度传感器和K型温度传感器直接暴露在空气中，用于测量远红外加热对PT100型温度传感器和K型温度传感器金属探头的加热效果。

图4 枝干温度测量Fig.4 Temperature measurement of citrus branch

用远红外加热柑橘树5 min，各位置的温度变化如图5所示，从图5可以看出，位置1、2、3在前2 min内温度均上升了12℃左右，并在2～4 min内测量的温度相近，差值在1℃以内；3 min后位置4传感器测出的绝缘胶布温度与位置1、2、3测得的温度相比略高；位置5传感器测量的温度随着远红外加热时间的延长而升高，但低于位置1、2、3、4测得的温度；位置6传感器测得的温度最低，为29.45℃，在1～5 min内几乎没有上升。试验结果表明，利用绝缘胶布固定PT100和K型温度传感器测量的枝干温度与用在线式红外测温仪测量的枝干表皮温度在2～4 min内接近，绝缘胶布外表面经远红外加热后的温度在3 min后高于枝干温度，同时5 min内测得的枝干温度高于传感器金属探头受远红外加热后测得的自身温度。故使用绝缘胶布固定PT100和K型温度传感器测量枝干表皮温度是可行的。

图5 枝干温度测量试验结果Fig.5 Temperature measurement results of citrus branch

1.3 试验方法

将5年生柑橘树(高1.87 m，树冠最大直径1.0 m)置于处理罩内，首先通过对远红外灯管组数量、单根远红外灯管功率、加热时间、远红外灯管组与支架顶部距离4个影响因素进行单因素试验研究，分析这些因素对柑橘黄龙病远红外热处理温度场分布的影响；然后在确定因素水平对其影响的基础上，利用正交试验确定较优的试验参数组合。

选取的各因素和实际取值如表1所示，将两盏远红外灯竖直拼接在一起，各连接1根灯管，并以此作为一个整体，组成远红外灯管组。改变远红外灯管组数量时，各远红外灯管均匀布置在处理罩内四周，如图1c所示，当灯管组数为1时，布置在左侧；当灯管组数为2时，左右各布置1个；当灯管组数为3时，以左侧为基准，均匀布置；当灯管组数为4时，前后左右4个方位各布置1个。试验时处理罩封闭，起到保温作用。首先进行单因素试验，研究远红外灯管组数量、单根远红外灯管功率、加热时间、远红外灯顶端与支架顶部距离等因素对温度场分布的影响；然后进行正交试验，优选出能使柑橘树均匀加热的参数；最后利用优选的参数，对柑橘黄龙病进行远红外热处理田间试验，检测处理效果。

表1 试验因素与取值Tab.1 Experiment factors and values

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1远红外灯管组数量对温度场的影响

试验条件：单根远红外灯管功率固定为0.8 kW，加热时间3 min，远红外灯与支架顶部距离10 cm，通过改变远红外灯管组数量来改变加热功率，其他试验条件不改变，远红外灯管组数量分别选取为1、2、3、4，试验重复3次，试验结果如表2、3所示。根据表2中不同远红外灯管组数量下树叶温度，利用Matlab分别进行曲面插值，插值结果如图6所示。图6中坐标原点位于处理罩中心，边缘位置与远红外灯的最近距离为20 cm。从理论分析，图6b～6d中温度应为对称分布，但从图6中可以看出，实际测得的温度分布并不对称，其主要原因应该是柑橘树叶和枝干分布不均匀，导致柑橘树吸收红外辐射量不一致，造成温度不对称。

表2 远红外灯管组数量对树叶温度场的影响Tab.2 Citrus leaves temperature under different far infrared lamp groups quantity ℃

表3 远红外灯管组数量对枝干温度场的影响Tab.3 Citrus branches temperature under different far infrared lamp groups quantity ℃

图6 不同远红外灯管组数量树叶温度分布图Fig.6 Leaf temperature distribution maps under different far infrared lamp groups quantity

从表2和表3可以得出，远红外灯管组数量对树叶(表2)和枝干(表3)的温度场分布均有极显著影响(P<0.01)。随着远红外灯管组数量的增加，树叶以及枝干的平均温度均增加，且树叶温度高于枝干温度。结合图6可以得出，当远红外灯管组数量为1或2时，处理罩内树叶温度场非常不均匀。

当远红外灯管组数量为3和4时，树叶平均温度分别为53.6、60.0℃，树叶温度极差分别为30.5、26.9℃；枝干平均温度分别为39.9、45.2℃，枝干温度极差分别为35.3、41.2℃。说明采用4组灯管组与3组灯管组加热相比，前者树叶温度场更均匀，而后者枝干温度场更均匀。

从以上试验结果及分析可以看出，远红外灯管组数量对树叶以及枝干温度场分布影响显著。随着远红外灯管组数量的增加，树叶以及枝干的平均温度值增加，且树叶温度高于枝干温度。灯管组数量为4时，树叶温度均匀，灯管组数量为3时，枝干温度较均匀。当远红外灯管组数量为3时，树叶平均温度为53.6℃，枝干为39.9℃。

2.1.2单根远红外灯管功率对温度场的影响

试验条件：固定远红外灯管组数量为3，加热时间2 min，远红外灯与支架顶部距离10 cm，其他试验条件不变，改变远红外灯功率来加热柑橘树，远红外灯功率取0.7、0.8、0.9、1.0 kW，试验重复3次，试验结果如表4和表5所示。

表4 单根远红外灯管功率对树叶温度场的影响Tab.4 Citrus leaves temperature under different far infrared lamp power ℃

从表4和表5可以看出，当远红外灯管组数量为3，加热时间为2 min，远红外灯与支架顶部距离为10 cm时，单根远红外灯管功率对树叶(表4)和枝干(表5)温度场分布均影响显著(P<0.05)。树叶的平均温度均达到40℃以上，当单根远红外灯管功率为0.9 kW和1.0 kW时，树叶、枝干温度平均值接近，当单根远红外灯管功率为0.7 kW和0.8 kW时，树叶、枝干的温度平均值也接近，但与0.9 kW和1.0 kW相比时，温度更低，同时温度标准差也稍低。

表5 单根远红外灯管功率对枝干温度场的影响Tab.5 Citrus branches temperature under different far infrared lamp power ℃

不同功率下树叶平均温度的变化如图7所示。从图7可以看出，不同功率下树叶平均温度上升趋势相似；加热功率为0.9、1.0 kW时，树叶温度明显高于0.7、0.8 kW；功率为0.9、1.0 kW时，树叶温度上升速度基本接近，但前者温度高于后者。当单根远红外灯管的功率为1.0 kW时，树叶温度平均值在1.5 min时上升到38.5℃，2 min时上升为47.2℃，0.5 min内上升8.7℃，上升速度与0.9 kW时接近。当单根远红外灯管的功率为0.7 kW时，树叶温度平均值在1.5 min时上升为35.2℃，2 min时上升为42.5℃，0.5 min内上升7.3℃，上升速度与0.8 kW时接近。

图7 不同功率下树叶平均温度变化曲线Fig.7 Average temperature curves of leaves under different far infrared lamp powers

试验结果表明，增加单根远红外灯管功率可在一定程度上增加树叶以及枝干的温度平均值，且相同条件下树叶温度高于枝干温度。相同加热时间，功率越高树叶平均温度上升幅度越大。0.7、0.8 kW以及0.9、1.0 kW时测得的树叶以及枝干温度相近。

2.1.3加热时间对温度场的影响

试验条件：远红外灯管组数量固定为3个，单根远红外灯管功率0.8 kW，远红外灯与支架顶部距离10 cm，其他试验条件不变，探究不同加热时间对温度场分布的影响，加热时间取2.0、2.5、3.0、3.5 min，试验重复3次。树叶以及枝干的温度平均值、标准差、显著性分析结果如表6所示。

表6 加热时间对温度场的影响Tab.6 Effects of heating time on temperature field

从表6可以看出，加热时间对树叶以及枝干的温度场分布均有显著影响(P<0.01)。随着加热时间的增加，树叶以及枝干的温度平均值均增加，当加热时间为3.5 min时，树叶温度达到59.6℃，枝干温度平均值达43.6℃；当加热时间为2.0 min时，树叶温度平均值为41.0℃，枝干温度平均值为31.2℃，温度上升幅度随着时间推移逐步降低。

图8 不同加热时间树叶温度分布图Fig.8 Leaf temperature distribution maps under different heating time

由于树叶与枝干不能单独加热，且相同加热条件下树叶温度高于枝干温度，因此应该重点考虑树叶温度，根据表6中不同远红外灯管组数量下树叶温度，利用Matlab分别进行曲面插值，插值结果如图8所示。图中坐标原点位于处理罩中心，边缘位置与远红外灯的最近距离为20 cm。

对于树叶而言，加热时间为2.0、2.5、3.0、3.5 min时，在灯的正前方距离灯20 cm处，平均温度分别为50.2、56.2、61.8、67.7℃，最高温度分别为53.5、62.4、64.2、72.7℃。在灯的正前方距离灯40 cm处，平均温度分别为31.8、37.7、42.4、46.6℃。随着加热时间的增加，虽然距离远红外灯20 cm以及40 cm处的树叶温度平均值均增加，但从20 cm至40 cm的温度降低的幅度没有变化。

试验结果表明，在2～3.5 min内，加热时间增加0.5 min，树叶温度平均值升高6℃左右。在远红外灯正前方，距离从20 cm增加到40 cm时，树叶温度平均值下降幅度不随加热时间的变化而变化。相同条件下树叶温度高于枝干温度。

2.1.4远红外灯顶端与支架顶部距离对温度场的影响

试验条件：远红外灯管组数量固定为3个，单根远红外灯管功率0.8 kW，加热时间3 min，其他试验条件不变，改变远红外灯与支架顶部距离来加热柑橘树，选取水平为10、15、20、25 cm，试验重复3次。不同远红外灯与支架顶部距离下，树叶以及枝干的温度平均值、标准差、显著性计算结果如表7所示。

表7 远红外灯与支架顶部距离对温度场的影响Tab.7 Influence of distance between far infrared lamp and top of bracket on temperature field

从表7可以看出，当固定远红外灯管组数量为3，单根远红外灯管功率为0.8 kW，加热时间为3 min时，远红外灯与支架顶部距离对树叶的温度场分布影响显著(P<0.05)，对枝干的温度场分布无显著影响(P>0.05)。树叶以及枝干各水平下的温度平均值接近，树叶温度平均值达到50℃以上，枝干温度平均值在40℃左右。当远红外灯与支架顶部距离为20 cm时，树叶以及枝干的温度标准差较其他水平时更小，且树叶温度标准差低于枝干温度标准差。

2.2 正交试验结果与分析

2.2.1正交试验方案

根据单因素试验结果，正交试验考虑远红外灯管组数量(A)、单根远红外灯管功率(B)、加热时间(C)、远红外灯与支架顶部距离(D)4个因素。选用L64(421)正交表，正交试验因素水平如表8所示。根据L64(421)正交表安排正交试验，试验测量指标分为两类：温度平均值和温度标准差，包含树叶、枝干、整体(即所有测试点)温度平均值和树叶、枝干、整体温度标准差共6个具体评价指标，试验结果如表9所示。

表8 正交试验因素水平Tab.8 Factors and levels of orthogonal test

表9 正交试验结果Tab.9 Orthogonal test results ℃

2.2.2正交试验直观分析

正交试验直观分析是利用极差衡量各因素对各指标影响情况，极差越大则说明对该指标的影响越大，为重要影响因素，相反极差小则为次要因素[33]。直观分析结果如表10所示，图9则表示了各因素水平与各指标均值、标准差之间的关系。

由表10可知，因素A、B、C对树叶、枝干、整体的温度平均值以及温度标准差这6个指标均有影响，除树叶温度标准差指标外，对其他指标的影响大小一致，从大到小的顺序为A、C、B。D对6个评价指标也均有影响。对于树叶、枝干和整体温度平均值指标，各因素对其影响大小顺序为A、C、B、D，最优组合为A4B4C4D1。对于树叶、枝干和整体温度标准差指标，各因素对其影响大小顺序为A、C、B、D(其中树叶温度标准差为A、C与B、D相同)，最优组合为A1B1C1D4。从表10还可以看出，对于温度平均值类指标，各因素的最优水平一致，因素A、B、C的最优水平为4，因素D的最优水平为1。对于温度标准差类指标，各因素的最优水平也一致，且与温度平均值类指标均不同，因素A、B、C的最优水平为1，因素D的最优水平为4。

表10 直观分析结果Tab.10 Visual analysis result

图9 因素水平与各指标均值、标准差的关系Fig.9 Diagrams of relationship between factor level and mean value, standard deviation of each index

由图9可知，从温度平均值类指标来看，因素A可以明显提高树叶、枝干、整体的温度平均值。因素B以及因素C对树叶、枝干、整体的温度平均值的提高具有一定的促进作用，且因素C的促进作用比因素B明显。因素D对树叶、枝干、整体的温度平均值的提高无明显作用。从温度标准差类指标来看，因素A对整体温度标准差的影响随着A的增加而逐渐增大，当因素A水平为3时，枝干温度标准差与水平2、4相比有所降低，树叶温度标准差随着A的增加变化较缓慢。因素B水平变化时树叶、枝干、整体的温度标准差无明显改变，因素C对枝干、整体的温度标准差的影响随着C的增加也逐步加大，但对树叶温度标准差无明显作用。随着因素D的加大，树叶、枝干以及整体的温度标准差在一定程度上有所降低。

2.2.3正交试验方差分析

直观分析虽然能够将各因素对评价指标的影响按照极差大小进行排序，但是各因素对指标的影响是否显著却不清楚。对于评价指标有显著影响的因素应进行严格控制，而对于评价指标影响不显著的因素则不用考虑。选取显著性水平α≤0.05，对试验结果进行方差分析，分析结果如表11所示，其中贡献率为因素平方和与总平方和的比值，贡献率越大则该因素对评价指标的影响越大。

从表11可知，因素A、B以及C对温度平均值都是显著影响因素。因素A、C对温度平均值类指标的贡献率最高，对树叶温度平均值的贡献率分别为78%、14%，对于枝干温度平均值的贡献率分别为77%、15%，对于整体温度平均值的贡献率分别为78%、14%。而因素D对温度平均值影响不显著。因素A、B、C对温度标准差类指标均有极显著影响。因素A对温度标准差指标的贡献率最高，对树叶、枝干、整体温度标准差的贡献率分别为56%、58%、68%。因素C对树叶、枝干、整体温度标准差的贡献率分别为18%、26%、19%。因素B对树叶、枝干、整体温度标准差的贡献率为11%、6%、8%。因素D对枝干、整体温度标准差有极显著影响，但对树叶温度标准差没有显著影响。表11还表明，对于各评价指标，因素A的贡献率是最大的，因素C次之，说明远红外灯管组数量对评价指标的影响能力最大，其次是加热时间。因素D仅对枝干和整体温度标准差指标有显著影响。

表11 方差分析结果Tab.11 Variance analysis results

2.2.4同一因素不同水平差异显著性检验

采用邓肯式新复极差检验法(Shortest significant ranges,SSR)对同一因素不同水平均值间的差异进行显著性检验，检验结果如表12所示。

由表12可知，对于树叶温度平均值，因素A、C的4个水平均达到极显著差异，因素B的第3水平和第4水平均与第1、2水平达到极显著差异。对于枝干温度平均值，因素A、C的4个水平均达到极显著差异，因素B的第3水平和第4水平均与第1、2水平达到极显著差异，因素D的第1水平与第4水平达到极显著差异。对于整体温度平均值，因素A、C的4个水平均达到极显著差异，因素B的第3水

表12 同一因素各水平间差异显著性SSR检验Tab.12 Significant SSR test for differences between levels of the same factor

平和第4水平均与第1、2水平达到极显著差异，因素D的第1个水平与第4个水平达到极显著差异。对于树叶温度标准差，因素A的第2水平和第3水平均与第1、4水平达到极显著差异，因素B的第1水平和第4水平达到极显著差异，因素C的第3水平和第4水平均与第1水平和第2水平达到极显著差异，因素D的第3个水平与第4个水平达到极显著差异。对于枝干温度标准差，因素A的第2水平和第3水平均与第1、4水平达到极显著差异，因素B的第3水平和第4水平均与第1、2水平达到极显著差异，因素C的4个水平均达到极显著差异，因素D的第1、3、4水平达到显著差异。对于整体温度标准差，因素A、B、C的4个水平均达到极显著差异，因素D的第1、2、3水平与第4水平达到极显著差异。除此之外，其他因素不同水平均值间的差异均不显著。同一因素不同水平差异显著性检验，为确定多指标正交试验的最优水平提供了帮助。

2.2.5正交试验结果验证

对于多指标正交试验，不同的评价指标受不同因素以及因素水平的影响也存在一定的差异，若仅注重优化某一评价指标，则其他评价指标对应的结果可能较差，因此，应综合考虑各评价指标的试验效果，综合选择各参数的最优水平。在采用直观分析、方差分析、SSR检验的基础上利用综合平衡法确定最优参数水平组合。

评价指标不同，各因素的最优水平存在差异，根据表11和表12的方差分析、贡献率以及同一因素各水平间差异显著性SSR检验可知，在确定最优参数水平时，优先考虑整体温度平均值，然后考虑树叶温度平均值、整体温度标准差，再考虑枝干温度平均值、枝干温度标准差，最后考虑树叶温度标准差。

对于整体温度平均值，各显著性影响因素贡献率由大到小依次为：A、C、B，首先分析因素A、C，考虑病菌、树叶的耐热性，剔除温度在40℃以下，60℃以上的搭配，整体温度平均值在40℃以上，60℃以下，A、C搭配按温度由高到低进行排列的结果为：A4C2、A3C4、A3C3、A4C1、A3C2、A2C4、A2C3、A3C1，A、B搭配的排列顺序为：A4B2、A4B1、A3B4、A3B3、A3B2、A3B1、A2B4。在以上排列的基础上对树叶温度平均值试验结果进行排序，剔除温度在40℃以下，60℃以上的搭配，A、C搭配按温度由高到低进行排列顺序为：A3C3、A4C1、A3C2、A2C4、A2C3、A3C1，A、B搭配的排列顺序为：A4B1、A3B4、A3B3、A3B2、A3B1、A2B4。在以上排列的基础上对整体温度标准差按照从小到大的顺序排列为：A3C1、A2C3、A3C2、A2C4、A4C1、A3C3。在以上排列的基础上对枝干温度平均值按照从高到低的顺序排列为：A3C3、A4C1。在以上排列的基础上对枝干温度标准差试验结果平均值按照从小到大的顺序排列为：A4C1、A3C3。

考虑整体以及树叶温度平均值指标时，在40～60℃内，在因素A与因素C的搭配中，A3C3温度平均值最高，A4C1次之，A3C3比A4C1高出2℃左右；在因素A与因素B的搭配中，A4B1最高，A3B4次之，且二者之间相差也为2℃。枝干温度平均值在40～60℃内的搭配为A3C3、A4C1。因素A的贡献率最大，然后是因素C和因素B，综合考虑各指标试验结果、因素以及显著性交互作用搭配，对于A、B、C3个因素考虑选取A3B4C3，对于因素D，选择其在整体温度平均值指标下对应的最优水平1，因此得到优化的参数组合为A3B4C3D1。

按照优化后的参数组合进行试验，远红外灯管组数量为3，单根远红外灯管功率为1.0 kW，加热时间为3 min，远红外灯与支架顶部距离为10 cm，各测点温度以及各指标结果如表13所示。树叶温度平均值为58.1℃，枝干温度平均值为43.1℃，整体温度平均值为52.3℃。

2.3 处理效果检测

根据以上试验结果，处理田间带病柑橘树，对处理前后柑橘树叶进行实时荧光定量聚合酶链反应(Polymerase chain reaction，PCR)检测[34]，以研究柑橘黄龙病远红外处理效果。

试验在华南农业大学柑橘黄龙病研究室的柑橘实验园进行，试验选取4棵柑橘树，分为两组，每组2棵，一组作为对照组，不进行处理，另一组作为试验组，进行远红外处理。根据本研究得出的最优参数进行设置，远红外灯管组数量为3，单根远红外灯管功率为1.0 kW，加热时间为3.0 min，远红外灯与支架顶部距离为10 cm。外界温度为20℃，加热3.0 min后，树叶平均温度达到58℃，关闭加热，自然降温9 min至30℃时结束，试验装置如图10所示，该试验每7 d进行一次，连续进行28 d。

表13 优化参数组合下的温度分布Tab.13 Temperature distribution under optimal parameter combination

图10 远红外田间效果试验装置Fig.10 Far-infrared field test equipment diagram1.处理罩 2.通道温度记录仪 3.功率调节器

试验开始前，采集对照组(R-CK-1，R-CK-2)以及试验组(R-1，R-2)4棵树症状明显的树叶样本，每棵树东西南北方各采集一片，然后提取叶中脉DNA进行实时荧光定量PCR检测。第4次试验结束1个月后，用同样方法采集对照组以及试验组的树叶样本进行检测。试验前后检测以及计算结果如表14所示。T表示在PCR扩增过程中，扩增产物(荧光信号)到达阈值时(进入指数增长期)所经过的扩增循环次数，当T小于30时，则可认为样本感染了黄龙病。从表14可以看出，所选试验树均感染了黄龙病。根据检测结果计算处理前后试验组以及对照组的T平均值和病菌平均浓度(N)值。处理前试验组的T平均值为19.84，N平均值为1.64×106，经过4次处理后，试验组T值增加，T平均值为20.54，N平均值为1.01×106，平均降低率为34.4%。处理前对照组的T平均值为19.73，N平均值为1.95×106，处理后，对照组T平均值仍为19.74，N平均值为1.73×106，病菌平均浓度降低了11%。因此，可以认为远红外处理对于柑橘黄龙病防治具有一定效果。

表14 样本实时荧光定量PCR检测结果Tab.14 Sample real-time fluorescent quantitative PCR detection results

注：T为4片树叶检测结果的平均值；处理后指4次热处理完1个月后的测量值。病菌浓度(N)为每ng总DNA中黄龙病菌拷贝数[20]，计算公式为:N=35.50×108×10(T-19.3)/-3.1692。

3 讨论

通过试验得出柑橘黄龙病远红外处理的较佳参数为：远红外灯管组数量为3，单根远红外灯管功率为1.0 kW，加热时间为3 min，远红外灯与支架顶部距离为10 cm。在此条件下，树叶温度平均值为58.1℃，枝干温度平均值为43.1℃，整体温度平均值为52.3℃。

远红外灯管组数量为4时，加热源更均匀，温度场应该比灯管组数量为3更均匀，但研究结果并非如此。因为当红外灯管组数量为4(偶数)时，每组灯管的对面是另一组红外灯，而红外灯管组数量为3(奇数)时，每组灯管对面没有其他红外灯，对面是镜面反射铝板，因柑橘树枝叶比较稀疏，透过柑橘树的红外辐射会被反射到柑橘树上，枝干的温度会比较均匀一些。因此红外灯管组数量为3(奇数)时，柑橘树温度差小。

远红外热处理方法对柑橘黄龙病的防治具有一定效果，在优化的参数下，远红外方式处理后病菌浓度平均降低34.4%。而热空气快速处理病菌浓度平均降低率为66.2%[23]，对比热空气快速处理方法，热空气处理方式的处理效果更佳。热空气加热方式使处理罩内温度从32℃上升到48℃，耗时约为9 min，热风机功率20 kW，能耗约为3 kW·h；但采用红外加热方式时，只需加热3 min，树叶温度平均值可从18℃上升为58.1℃，3组灯管组(6根，每根功率约为1.0 kW)能耗约为0.3 kW·h，仅为热空气加热能耗的1/10左右。热空气加热风机质量达70 kg，而3组灯管总质量约为3 kg，不及热风机质量的1/20。因此远红外快速热处理方法具有加热快、质量轻、能耗低等优势，处理成本将更低，但病菌浓度去除率还有待提高。

利用远红外处理方式防治柑橘黄龙病，对病树进行红外热处理所需要的最佳温度、处理时间、处理的次数、相邻两次处理的时间间隔等因素对柑橘黄龙病处理效果的影响，以及如何提高处理效果，还需进行进一步研究。另外，远红外加热对柑橘树木的长势、挂果率、柑橘品质等的影响未知，还有待进一步研究。