潘 杰，劉 翔，邵沛澤，顏柳松，安榆林，溫俊寶

(1.連云港出入境檢驗(yàn)檢驗(yàn)局，江蘇連云港 222042;2.江蘇出入境檢驗(yàn)檢驗(yàn)局，南京 210001;3.北京林業(yè)大學(xué)省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

我國(guó)一直都是木材消費(fèi)大國(guó)，近年來(lái)原木進(jìn)口量不斷增加，其來(lái)源十分廣泛。我國(guó)進(jìn)口原木樹(shù)種繁多，而且來(lái)源十分廣泛，攜帶疫情也非常復(fù)雜，已給我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和林業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)巨大威脅(安榆林等，2010)。大量林木有害生物緊叩國(guó)門(mén)，給口岸植物檢疫工作帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。而原木所攜帶的有害生物大多為蛀干害蟲(chóng)，具有一定的隱蔽性，難以發(fā)現(xiàn)，如天牛、小蠹、象甲、吉丁類等，均蛀食于樹(shù)皮甚至木質(zhì)部?jī)?nèi)，給檢疫工作帶來(lái)了較大困難。所以檢驗(yàn)檢疫部門(mén)要改進(jìn)檢疫工具和檢疫手段，不能一直停留在眼觀手扒刀鑿斧劈的水平上，要積極研發(fā)新方法新技術(shù)。

害蟲(chóng)聲音探測(cè)技術(shù)已然成為昆蟲(chóng)聲學(xué)研究較為熱點(diǎn)的領(lǐng)域，而美國(guó)主要將此技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的出口及存儲(chǔ)檢疫等方面，實(shí)時(shí)對(duì)貨物中的害蟲(chóng)的數(shù)量和種類進(jìn)行監(jiān)測(cè)和鑒別(Webb et al.，1988;Hagastrum et al.，1996;唐為民等，2000;徐昉等，2001;趙麗穩(wěn)等，2008;趙源吉等，2009;)，這也為此技術(shù)應(yīng)用于口岸原木檢疫提供了可行性。隨著國(guó)外害蟲(chóng)聲音探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)這方面的研究也取得了較大的進(jìn)步，研究對(duì)象也由水果類害蟲(chóng)和倉(cāng)儲(chǔ)類害蟲(chóng)逐步擴(kuò)大到林木蛀干害蟲(chóng)。例如先后對(duì)天牛、小蠹類害蟲(chóng)聲音探測(cè)技術(shù)做了一定研究，取得了較好的成果，為此技術(shù)應(yīng)用于口岸原木檢疫提供了依據(jù)。程驚秋(1993)對(duì)兩種桑粒肩天牛Apriona germari 和桔褐天牛Nadezhdiella cantori 幼蟲(chóng)的聲音進(jìn)行了收集與分析;羅茜(2011)則采用語(yǔ)音處理與識(shí)別技術(shù)，通過(guò)收集與分析華山松大小蠹Dendroctonus armandi、短毛切梢小蠹Tomicus brevipilosus、云南切梢小蠹 Tomicus yunnanensis 和紅脂大小蠹Dendroctonus valens 4種小蠹蟲(chóng)雄蟲(chóng)的脅迫聲進(jìn)行鑒別;Soroker 等(2004，2005)利用聲波探測(cè)裝置及相應(yīng)軟件分析以識(shí)別不同齡期幼蟲(chóng)的為害;魏娟(2010)對(duì)紅棕象甲R(shí)hynchophorus ferrugineus幼蟲(chóng)爬行、蛀食的聲音進(jìn)行了探測(cè)與分析。本文主要對(duì)口岸經(jīng)常截獲的檢疫性有害生物雙鉤異翅長(zhǎng)蠹Heterobostrychus aequalis 進(jìn)行了聲學(xué)特征的研究，以期為進(jìn)一步研究林木鉆蛀類害蟲(chóng)聲音探測(cè)技術(shù)提供一些思路，積累一定的經(jīng)驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 帶蟲(chóng)木段準(zhǔn)備

試驗(yàn)中所用幼蟲(chóng)均為來(lái)自菲律賓的南洋楹木檢疫截獲所得，羽化后經(jīng)連云港出入境檢驗(yàn)檢驗(yàn)局鑒定。對(duì)南洋楹木內(nèi)所寄生的幼蟲(chóng)進(jìn)行封閉飼養(yǎng)于生化培養(yǎng)箱內(nèi)(溫度24℃)，并進(jìn)行編號(hào)，待其發(fā)育為老熟幼蟲(chóng)進(jìn)行試驗(yàn)。

1.1.2 儀器設(shè)備

生化培養(yǎng)箱(ZSP-A0270);AED2010 便攜式聲音監(jiān)測(cè)儀:可存儲(chǔ)250個(gè)數(shù)據(jù)，前置放大器能提供20 dB 的增益;R09 便攜錄音機(jī):Wav 格式信號(hào)的采樣率也可達(dá)44.10/48.00 KHz，位深16 bits或24 bits;Goldwave 處理軟件:過(guò)濾信號(hào)中的噪聲;MATLAB 信號(hào)處理工具箱進(jìn)行聲音分析。

1.2 方法

1.2.1 信號(hào)采集

選擇具有較強(qiáng)隔音效果的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行錄制聲音，使用AED-2010 進(jìn)行信號(hào)采集時(shí)，要避免SP-1探針與其它物體接觸產(chǎn)生噪音。2014年6月3 日-6月5 日，室內(nèi)溫度22℃、濕度60%，將雙鉤異翅老熟幼蟲(chóng)放在劈開(kāi)的南洋楹木上，觀察幼蟲(chóng)活動(dòng)，在距離幼蟲(chóng)5 cm 處采集信號(hào)，并記錄幼蟲(chóng)活動(dòng)狀況。

1.2.2 信號(hào)分析

對(duì)所采集的聲信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕厝。糜诮y(tǒng)計(jì)分析信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間等。然后利用Goldwave軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪。最后使用MATLAB 工具箱進(jìn)行信號(hào)的時(shí)域、頻域分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 幼蟲(chóng)取食聲學(xué)特征分析

2.1.1 時(shí)域特征

首先，對(duì)采集到的聲音進(jìn)行物理降噪，通過(guò)Goldwave 軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。再利用MATLAB 打開(kāi)處理后的取食聲(下同)，可以看出聲信號(hào)脈沖時(shí)間較短，但脈沖間隔較長(zhǎng)(圖1、圖2)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析其取食聲信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間，可以看出雙鉤異翅長(zhǎng)蠹幼蟲(chóng)取食聲信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間主要分布于32-41 ms 區(qū)間(表1)。

圖1 信號(hào)時(shí)域圖Fig.1 The time domain graph of signal

圖2 信號(hào)單脈沖時(shí)域圖Fig.2 The time domain graph of signal pulse

表1 幼蟲(chóng)取食聲信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間Table 1 Heterobostrychus aequalis larvae feeding acoustic signal pulse duration

2.1.2 頻域特征

利用Goldwave 軟件對(duì)聲信號(hào)進(jìn)行降噪，再利用MATLAB 打開(kāi)處理后的幼蟲(chóng)取食聲，通過(guò)圖3、圖4 可以看出雙鉤異翅長(zhǎng)蠹幼蟲(chóng)取食聲信號(hào)的主頻小于2.5 KHz。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析其取食聲信號(hào)的信號(hào)頻率，可以看出雙鉤異翅長(zhǎng)蠹幼蟲(chóng)取食聲信號(hào)頻率主要分布于334.10-813.50 Hz(表2)。

圖3 信號(hào)頻域圖Fig.3 The signal of frequency-domain

圖4 信號(hào)時(shí)頻圖Fig.4 The signal of frequency chart

表2 幼蟲(chóng)取食聲信號(hào)頻率Table 2 Heterobostrychus aequalis larvae feeding frequency sound signal

2.2 幼蟲(chóng)爬行聲學(xué)特征分析

2.2.1 時(shí)域特征

從處理后的取食聲(圖5)中可以看出雙鉤異翅長(zhǎng)蠹幼蟲(chóng)爬行聲信號(hào)時(shí)域特征無(wú)明顯規(guī)律，特征較雜亂。

圖5 信號(hào)時(shí)域圖Fig.5 The time domain graph of signal

2.2.2 頻域特征

利用Goldwave 軟件對(duì)聲信號(hào)進(jìn)行降噪，再利用MATLAB 打開(kāi)處理后的幼蟲(chóng)爬行聲，通過(guò)圖6可以看出雙鉤異翅長(zhǎng)蠹幼蟲(chóng)爬行聲信號(hào)的主頻大約為0.2 KHz。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析其爬行聲信號(hào)的信號(hào)頻率，可以看出雙鉤異翅長(zhǎng)蠹幼蟲(chóng)爬行聲信號(hào)頻率主要分布于140.60-382.20 Hz(表3)。

圖6 信號(hào)頻域圖Fig.6 The signal of frequency-domain

表3 幼蟲(chóng)爬行聲信號(hào)頻率Table 3 Frequency of Heterobostrychus aequalis larvae crawling acoustic signals

3 結(jié)論與討論

雙鉤異翅長(zhǎng)蠹幼蟲(chóng)取食與爬行聲學(xué)特征有較大差別。雙鉤異翅長(zhǎng)蠹幼蟲(chóng)取食聲信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間主要分布于32-41 ms 區(qū)間，主頻小于2.5 KHz，信號(hào)頻率主要分布于334.10-813.50 Hz;而幼蟲(chóng)爬行聲信號(hào)時(shí)域特征無(wú)明顯規(guī)律，主頻大約為0.2 KHz，頻率主要分布于140.60-382.20 Hz。這說(shuō)明利用聲音探測(cè)系統(tǒng)對(duì)林木蛀干害蟲(chóng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是可行的。其幼蟲(chóng)取食聲信號(hào)主頻、頻率均大于其爬行聲信號(hào)主頻、頻率。

婁定風(fēng)等(2013)對(duì)雙鉤異翅長(zhǎng)蠹幼蟲(chóng)取食聲做了研究，采用截獲的帶有木材鉆蛀性害蟲(chóng)幼蟲(chóng)的木段直接進(jìn)行測(cè)試，其取食聲則推斷是咬斷木纖維的瞬間發(fā)出聲波。本文相對(duì)于前人研究增加了爬行聲學(xué)特征研究，分別獨(dú)立研究爬行與取食聲學(xué)特征，則排除了爬行與取食等聲混合疊加而影響研究效果。婁定風(fēng)還研究了棕異翅長(zhǎng)蠹Heterstrychus brunneas 幼蟲(chóng)、鱗毛粉蠹 Minthea rugicollis 幼蟲(chóng)、寬斑脊虎天牛Xylotrechus colonus 幼蟲(chóng)得到其蛀食聲信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間主要分布于9-15 ms、7-14 ms、7-13 ms，信號(hào)頻率主要分布于5.60-7.00 KHz、1.50-6.20 KHz、1.50-1.70 KHz。可以看出雙鉤異翅長(zhǎng)蠹幼蟲(chóng)與其它幾種鉆蛀類害蟲(chóng)幼蟲(chóng)取食聲學(xué)特征有較大差別，可以實(shí)現(xiàn)不同鉆蛀類害蟲(chóng)間有效聲識(shí)別。

由于從現(xiàn)場(chǎng)截獲的蟲(chóng)樣較少，飼養(yǎng)較為困難，還沒(méi)有進(jìn)行不同齡期幼蟲(chóng)和不同寄主中發(fā)聲特征的比較，另外，如何較為真實(shí)的模擬現(xiàn)場(chǎng)檢疫條件，以期為一線工作起到更大的指導(dǎo)作用，設(shè)置不同的溫濕度梯度，是下一步試驗(yàn)的重點(diǎn)。不同科屬種的林木蛀干害蟲(chóng)聲學(xué)特征有待下一步研究。不同科之間、同科不同屬之間、同屬不同種之間聲學(xué)特征是否有顯著性差異，還需要大范圍進(jìn)行探討研究。目前國(guó)內(nèi)缺乏數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)口岸檢疫收集信號(hào)，建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)好途徑?？赏ㄟ^(guò)搭建聲音探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)與昆蟲(chóng)行為特性有關(guān)的聲音特性，建立林木蛀干害蟲(chóng)聲學(xué)信息庫(kù)。聲音探測(cè)技術(shù)在原木檢疫應(yīng)用方面具有很大的優(yōu)越性，可以預(yù)言林木蛀干害蟲(chóng)聲音探測(cè)技術(shù)將會(huì)有良好的發(fā)展前景。但聲音探測(cè)技術(shù)上也有一定的困難，對(duì)做過(guò)熏蒸處理的原木進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不能很好的探測(cè)到卵、蛹以及死蟲(chóng)，具有一定的局限性;另外，同一批原木中可能有多種昆蟲(chóng)，其個(gè)體和形態(tài)也有較大的差別，如何甄別多種昆蟲(chóng)是此項(xiàng)技術(shù)亟待解決的問(wèn)題。

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