微波处理北美进口山核桃木材的杀虫效果∗

戴秋慧 刘森林 张竞文 周旭峰 郑雅楠

（1.大窑湾海关，辽宁 大连 116000；2.大连港森立达木材交易中心有限公司，辽宁 大连 116001；3.沈阳农业大学林学院，辽宁 沈阳 110866）

近年来，随着全球贸易日益频繁，进境农林产品中频繁发现外来物种[1-2]，我国对外来有害生物传入的控制也愈加重视[3-4]。中国是世界最大的木材进口国[5-6]，在进口木材检疫中，常用的检疫处理方法主要是化学药剂熏蒸处理和热处理[7-8]。其中，溴甲烷为检疫处理中应用最广泛的化学试剂。但溴甲烷的使用会对臭氧层造成破坏，发达国家已经在2005 年停止使用[9-11]。从保护环境的角度出发，物理处理手段已经在检疫除害处理中占有重要地位[12-14]。其中，微波加热处理技术[15-16]因其快速、效果好、无残毒、无余热、无污染和操作简便等优点，而成为重要的检疫处理手段之一[17-18]。

微波加热与常规加热不同，其是在微波磁场的作用下，通过介质分子相互“摩擦”而产生的热能[19], 不仅加热速度快，而且效率高，可在不影响介质质量的前提下，把害虫杀死，是一种快速杀灭检疫性林木害虫的新方法[20-22]。本研究采用辽宁出入境检验检疫局、大连港集团以及航天科工集团共同研发的工业化微波介电加热检疫处理设备对进口原木进行微波处理。为了保障检疫木材质量不受到损害的前提下的灭虫效果，对微波加热灭虫过程中不同摆放位置的木材的受热最高温度和杀虫效果进行测定[23]，以确定最佳的微波加热温度，旨在为实际检疫处理工作的开展提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试原木：选用辽宁省大窑湾检验检疫局截获的从北美进口的山核桃（C.cathayensis）原木，木材规格分为细原木和粗原木2种规格，直径范围分别为20～40 cm和40～70 cm。

1.2 设备

微波介电加热检疫处理设备由辽宁出入境检验检疫局、大连港集团以及航天科工集团共同研发，该设备采用915 MHz的微波，输出功率560 kW，上下双向微波发射方式，处理舱体积为15 m × 4 m × 3 m；光线温度传感器，南京五石金传感技术有限公司。

1.3 试验方法

选取细原木12根、粗原木9根单层放入设备处理舱托盘中（图1A、B）。由于微波为上下双向发射，每个托盘内被害原木会存在微波加热不均匀现象，因此将其分为外侧行-外缘原木（Ⅰ）、外侧行-中间原木（Ⅱ）、内侧行-外缘原木（Ⅲ）和内侧行-中间原木（Ⅳ） 4种类型的摆放位置。随机选取每个供试的被害原木的一个横截面，分别在45°水平2个方向，深度分别为1、3、5 cm处各插入1个温度探头，共8个方位，编号为Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅳ-A、Ⅳ-B，如图2所示。各编号分别表示：Ⅰ-A：外侧行-外缘原木45°方向；Ⅰ-B：外侧行-外缘原木水平方向；Ⅱ-A：外侧行-中间原木45°方向；Ⅱ-B：外侧行-中间原木水平方向，Ⅲ-A：内侧行-外缘原木45°方向；Ⅲ-B：内侧行-外缘原木水平方向；Ⅳ-A：内侧行-中间原木45°方向；Ⅳ-B：内侧行-中间原木水平方向。

根据相关研究，将热处理的最低温度设置为51、56、61 ℃，当达到最低温度时，保温处理1 min[24-25]。采用西门子工业PLC模块搭建控制和处理中心全程自动获取试验时间、加热温度、输出功率和输出能量等数据。

微波加热处理结束后，将山核桃原木全部剥皮，劈开，通过放大镜和显微镜等工具观察原木内害虫种类、虫态、数量以及死亡情况。

1.4 数据分析

利用Excel软件对数据进行整理，利用SPSS 23.0软件对数据进行分析，相同样品不同处理间的比较采用单因素方差分析（LSD多重比较法，P≤0.05）。

微波处理效果等级：合格：死亡率达100%；不合格：死亡率低于100%。

2 结果与分析

2.1 山核桃原木不同方位的平均最高温度变化

在51、56 、61 ℃三个供试温度微波处理下，山核桃原木不同方位的所有测定点的温度均高于供试温度，但不同方位测定点的最高温度有所差异。温度检测结果如图3、4所示。

2.1.1 细山核桃原木不同方位的平均最高温度

如图3A所示，51 ℃微波处理1 min后，外侧行-外缘原木水平方向（I‐B）的平均最高温度值最大，为82.57 ℃；内侧行-外缘原木水平方向（Ⅲ-B）的平均最高温度值最小，为56.53 ℃，这两个方位的平均最高温度差异显著（P≤0.05）。其中外侧行-外缘原木水平方向（I-B）与内侧行-外缘原木45°方向（Ⅲ-A）、内中间原木侧行-45°方向（Ⅳ-A）和内侧行-中间原木水平方向（Ⅳ-B）之间的平均最高温度差异不显著（PⅢ-A=0.614；PⅣ-A=0.872；PⅣ-B=0.990）；内侧行-外缘原木水平方向（Ⅲ-B）与外侧行-外缘原木45°方向（IA）、外侧行-中间原木45°方向（Ⅱ-A）、外侧行-中间原木水平方向（Ⅱ-B）之间的平均最高温度差异不显著（PⅠ-A=0.054；PⅡ-A=0.824；PⅡ-B=0.248）。

由图3B可见，56 ℃微波处理1 min后，细山核桃原木样本中内侧行-外缘原木45°方向（Ⅲ-A）的平均最高温度值最大，为78.23 ℃；外侧行-外缘原木水平方向（I-B）的平均最高温度值最小，为57.40 ℃，这两个方位的平均最高温度差异显著（P≤0.05）。其中内侧行-外缘原木45°方向（Ⅲ-A）与外侧行-中间原木45°方向（Ⅱ-A）的平均最高温度差异不显著（PⅡ-A=0.364），与其他方位的平均最高温度均呈现显著差异（P≤0.05）。外侧行-外缘原木水平方向（I-B）与外侧行-中间原木45°方向（Ⅱ-A）、内侧行-外缘原木45°方向（Ⅲ-A）的平均最高温度差异显著（P≤0.05），与其他方位的平均最高温度差异不显著（PⅠ-A=0.119；PⅡ-B=0.051；PⅢ-B=0.548；PⅣ-A=0.238；PⅣ-B=0.190）。

如图3C所示，61 ℃微波处理1 min后，细山核桃原木样本中内侧行-中间原木45°方向（Ⅳ-A）的平均最高温度值最大，为85.53 ℃；内侧行-外缘原木水平方向（Ⅲ-B）的平均最高温度值最小，为66.37 ℃，这两个方位的平均最高温度差异显著（P≤0.05）。其中内侧行-中间原木45°方向（Ⅳ-A）与外侧行-中间原木45°方向（Ⅱ-A）、内侧行-外缘原木水平方向（Ⅲ-B）之间的平均最高温度差异显著（P≤0.05）；内侧行-外缘原木水平方向（Ⅲ-B）与外侧行-外缘原木45°方向（I-A）、外侧行-中间原木45°方向（Ⅱ-A）、内侧行-外缘原木45°方向（Ⅲ-A）和内侧行-中间原木水平方向（Ⅳ-B）之间的平均最高温度差异不显著（PⅠ-A=0.142；PⅡ-A=0.892；PⅢ-A=0.153；PⅣ-B=0.129）。

图3 不同温度下细山核桃原木不同方位的平均最高温度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温度

如图4A所示，51 ℃微波处理1 min后，粗山核桃原木样本中内侧行-外缘原木水平方向（Ⅲ-B）的平均最高温度值最大，为67.43 ℃；外侧行-外缘原木45°方向（I-A）的平均最高温度值最小，为53.37 ℃。其中内侧行-外缘原木水平方向（Ⅲ-B）和外侧行-外缘原木45°方向（I-A）、外侧行-外缘原木水平方向（I-B）、内侧行-外缘原木45°方向（Ⅲ-A）、内中间原木侧行-45°方向（Ⅳ-A）、内侧行-中间原木水平方向（Ⅳ-B）的平均最高温度差异显著（P≤0.05）。外侧行-中间原木水平方向（Ⅱ-B）和其他方位之间的最高温度差异均不显著（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）。

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

由图4B可见，56 ℃微波处理1 min后，粗山核桃原木样本中外侧行-中间原木45°方向（Ⅱ-A）的平均最高温度值最大，为99.47 ℃；外侧行-外缘原木45°方向（I-A）的平均最高温度值最小，为60.47℃。其中外侧行-中间原木45°方向（Ⅱ-A）与其他方位的平均最高温度差异显著（P≤0.05）。外侧行-外缘原木45°方向（I-A）与外侧行-外缘原木水平方向（I-B）、内侧行-中间原木水平方向（Ⅳ-B）之间的平均最高温度差异不显著（PⅠ-B=0.350；PⅣ-B=0.950）；其与其他方位的平均最高温度差异显著（P≤0.05）。

如图4C所示，61 ℃微波处理1 min，粗山核桃原木样本中内侧行-外缘原木45°方向（Ⅲ-A）的平均最高温度值最大，为90.53 ℃；内侧行-中间原木水平方向（Ⅳ-B）的平均最高温度值最小，为67.33 ℃。其中内侧行-外缘原木45°方向（Ⅲ-A）与外侧行-外缘原木水平方向（I-B）、外侧行-中间原木45°方向（Ⅱ-A）、内侧行-外缘原木水平方向（Ⅲ-B）、内侧行-中间原木水平方向（Ⅳ-B）之间的平均最高温度差异显著（P≤0.05）。内侧行-中间原木水平方向（Ⅳ-B）与外侧行-外缘原木45°方向（I-A）、内侧行-外缘原木45°方向（Ⅲ-A）、内中间原木侧行-45°方向（Ⅳ-A）之间的平均最高温度差异显著（P≤0.05）。

2.2 微波处理山核桃原木杀虫效果

2.2.1 小蠹虫类害虫杀虫效果

微波处理进口山核桃原木试验中，共杀死小蠹虫类害虫707头，其中成虫220头、幼虫463头、蛹24头。在51、56、61 ℃三个温度处理下，小蠹虫各虫态的死亡率均达到100%，见表1。

2.2.2 天牛类害虫杀虫效果

本次试验中，杀死天牛类害虫共计4 963头，其中成虫106头、幼虫4 822头、蛹35头。在51、56 ℃微波处理下，均发现1头天牛幼虫，天牛幼虫死亡率分别为99.95 %和99.91 %；在61 ℃微波处理下，天牛各虫态的死亡率达到100%，如表1所示。造成51℃和56℃微波处理不合格的原因可能有以下2点，1）天牛类幼虫个体体积较大，抗性较强，在微波处理过程中较低温度的处理不足以完全杀死害虫；2）被害木个体理化性质（密度、含水量）差异较大，存在处理死角，影响微波穿透性。

2.2.3 吉丁虫类害虫杀虫效果

本次试验杀死的吉丁虫类害虫的蛹8头，在51、56、61 ℃三个温度处理下，吉丁虫蛹的死亡率均达到100%，如表1所示。

表1 不同温度下微波处理山核桃原木中害虫死亡率Tab.1 Killing rates of pests in C.cathayensis logs at different microwave treatments

3 结论

采用微波法处理北美进口的山核桃原木，以杀灭其中的蛀干害虫。通过试验得出以下主要结论：

1）在51、56、61 ℃微波处理下，在原木上不同方位、不同深度探测到的最高温度均高于处理设置的温度；

2）在微波处理过程中，小蠹类害虫和吉丁虫类害虫在三个温度下，害虫的死亡率均达到100%；而天牛类害虫在51 ℃和56 ℃温度下均发现有存活的天牛幼虫，死亡率低于100%，未达到检疫杀虫的标准。因此，建议在微波处理过程中选用61 ℃处理温度。

后期，针对不同树种的木材，还会继续进行微波处理研究，以确定杀虫效果最佳的处理温度和处理时间。