潘 杰，劉 翔，邵沛澤，顏柳松，安榆林，溫俊寶

(1.連云港出入境檢驗檢驗局，江蘇連云港 222042;2.江蘇出入境檢驗檢驗局，南京 210001;3.北京林業(yè)大學(xué)省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083)

我國一直都是木材消費大國，近年來原木進口量不斷增加，其來源十分廣泛。我國進口原木樹種繁多，而且來源十分廣泛，攜帶疫情也非常復(fù)雜，已給我國生態(tài)環(huán)境保護和林業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大威脅(安榆林等，2010)。大量林木有害生物緊叩國門，給口岸植物檢疫工作帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。而原木所攜帶的有害生物大多為蛀干害蟲，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，均蛀食于樹皮甚至木質(zhì)部內(nèi)，給檢疫工作帶來了較大困難。所以檢驗檢疫部門要改進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)。

害蟲聲音探測技術(shù)已然成為昆蟲聲學(xué)研究較為熱點的領(lǐng)域，而美國主要將此技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的出口及存儲檢疫等方面，實時對貨物中的害蟲的數(shù)量和種類進行監(jiān)測和鑒別(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。隨著國外害蟲聲音探測技術(shù)的不斷發(fā)展，我國這方面的研究也取得了較大的進步，研究對象也由水果類害蟲和倉儲類害蟲逐步擴大到林木蛀干害蟲。例如先后對天牛、小蠹類害蟲聲音探測技術(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)對兩種桑粒肩天牛Apriona germari 和桔褐天牛Nadezhdiella cantori 幼蟲的聲音進行了收集與分析;羅茜(2011)則采用語音處理與識別技術(shù)，通過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種小蠹蟲雄蟲的脅迫聲進行鑒別;Soroker 等(2004，2005)利用聲波探測裝置及相應(yīng)軟件分析以識別不同齡期幼蟲的為害;魏娟(2010)對紅棕象甲Rhynchophorus ferrugineus幼蟲爬行、蛀食的聲音進行了探測與分析。本文主要對口岸經(jīng)常截獲的檢疫性有害生物雙鉤異翅長蠹Heterobostrychus aequalis 進行了聲學(xué)特征的研究，以期為進一步研究林木鉆蛀類害蟲聲音探測技術(shù)提供一些思路，積累一定的經(jīng)驗。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 帶蟲木段準(zhǔn)備

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

1.1.2 儀器設(shè)備

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

1.2 方法

1.2.1 信號采集

選擇具有較強隔音效果的實驗室進行錄制聲音，使用AED-2010 進行信號采集時，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放在劈開的南洋楹木上，觀察幼蟲活動，在距離幼蟲5 cm 處采集信號，并記錄幼蟲活動狀況。

1.2.2 信號分析

對所采集的聲信號進行適當(dāng)?shù)慕厝?，用于統(tǒng)計分析信號脈沖持續(xù)時間等。然后利用Goldwave軟件對信號進行降噪。最后使用MATLAB 工具箱進行信號的時域、頻域分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 幼蟲取食聲學(xué)特征分析

2.1.1 時域特征

首先，對采集到的聲音進行物理降噪，通過Goldwave 軟件來實現(xiàn)。再利用MATLAB 打開處理后的取食聲(下同)，可以看出聲信號脈沖時間較短，但脈沖間隔較長(圖1、圖2)。通過統(tǒng)計分析其取食聲信號的脈沖持續(xù)時間，可以看出雙鉤異翅長蠹幼蟲取食聲信號脈沖持續(xù)時間主要分布于32-41 ms 區(qū)間(表1)。

圖1 信號時域圖Fig.1 The time domain graph of signal

圖2 信號單脈沖時域圖Fig.2 The time domain graph of signal pulse

表1 幼蟲取食聲信號脈沖持續(xù)時間Table 1 Heterobostrychus aequalis larvae feeding acoustic signal pulse duration

2.1.2 頻域特征

利用Goldwave 軟件對聲信號進行降噪，再利用MATLAB 打開處理后的幼蟲取食聲，通過圖3、圖4 可以看出雙鉤異翅長蠹幼蟲取食聲信號的主頻小于2.5 KHz。通過統(tǒng)計分析其取食聲信號的信號頻率，可以看出雙鉤異翅長蠹幼蟲取食聲信號頻率主要分布于334.10-813.50 Hz(表2)。

圖3 信號頻域圖Fig.3 The signal of frequency-domain

圖4 信號時頻圖Fig.4 The signal of frequency chart

表2 幼蟲取食聲信號頻率Table 2 Heterobostrychus aequalis larvae feeding frequency sound signal

2.2 幼蟲爬行聲學(xué)特征分析

2.2.1 時域特征

從處理后的取食聲(圖5)中可以看出雙鉤異翅長蠹幼蟲爬行聲信號時域特征無明顯規(guī)律，特征較雜亂。

圖5 信號時域圖Fig.5 The time domain graph of signal

2.2.2 頻域特征

利用Goldwave 軟件對聲信號進行降噪，再利用MATLAB 打開處理后的幼蟲爬行聲，通過圖6可以看出雙鉤異翅長蠹幼蟲爬行聲信號的主頻大約為0.2 KHz。通過統(tǒng)計分析其爬行聲信號的信號頻率，可以看出雙鉤異翅長蠹幼蟲爬行聲信號頻率主要分布于140.60-382.20 Hz(表3)。

圖6 信號頻域圖Fig.6 The signal of frequency-domain

表3 幼蟲爬行聲信號頻率Table 3 Frequency of Heterobostrychus aequalis larvae crawling acoustic signals

3 結(jié)論與討論

雙鉤異翅長蠹幼蟲取食與爬行聲學(xué)特征有較大差別。雙鉤異翅長蠹幼蟲取食聲信號脈沖持續(xù)時間主要分布于32-41 ms 區(qū)間，主頻小于2.5 KHz，信號頻率主要分布于334.10-813.50 Hz;而幼蟲爬行聲信號時域特征無明顯規(guī)律，主頻大約為0.2 KHz，頻率主要分布于140.60-382.20 Hz。這說明利用聲音探測系統(tǒng)對林木蛀干害蟲進行監(jiān)測是可行的。其幼蟲取食聲信號主頻、頻率均大于其爬行聲信號主頻、頻率。

婁定風(fēng)等(2013)對雙鉤異翅長蠹幼蟲取食聲做了研究，采用截獲的帶有木材鉆蛀性害蟲幼蟲的木段直接進行測試，其取食聲則推斷是咬斷木纖維的瞬間發(fā)出聲波。本文相對于前人研究增加了爬行聲學(xué)特征研究，分別獨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)還研究了棕異翅長蠹Heterstrychus brunneas 幼蟲、鱗毛粉蠹 Minthea rugicollis 幼蟲、寬斑脊虎天牛Xylotrechus colonus 幼蟲得到其蛀食聲信號脈沖持續(xù)時間主要分布于9-15 ms、7-14 ms、7-13 ms，信號頻率主要分布于5.60-7.00 KHz、1.50-6.20 KHz、1.50-1.70 KHz?？梢钥闯鲭p鉤異翅長蠹幼蟲與其它幾種鉆蛀類害蟲幼蟲取食聲學(xué)特征有較大差別，可以實現(xiàn)不同鉆蛀類害蟲間有效聲識別。

由于從現(xiàn)場截獲的蟲樣較少，飼養(yǎng)較為困難，還沒有進行不同齡期幼蟲和不同寄主中發(fā)聲特征的比較，另外，如何較為真實的模擬現(xiàn)場檢疫條件，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，是下一步試驗的重點。不同科屬種的林木蛀干害蟲聲學(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，還需要大范圍進行探討研究。目前國內(nèi)缺乏數(shù)據(jù)庫，通過口岸檢疫收集信號，建設(shè)數(shù)據(jù)庫是一個好途徑。可通過搭建聲音探測系統(tǒng)進行長期監(jiān)測，統(tǒng)計與昆蟲行為特性有關(guān)的聲音特性，建立林木蛀干害蟲聲學(xué)信息庫。聲音探測技術(shù)在原木檢疫應(yīng)用方面具有很大的優(yōu)越性，可以預(yù)言林木蛀干害蟲聲音探測技術(shù)將會有良好的發(fā)展前景。但聲音探測技術(shù)上也有一定的困難，對做過熏蒸處理的原木進行檢測時，不能很好的探測到卵、蛹以及死蟲，具有一定的局限性;另外，同一批原木中可能有多種昆蟲，其個體和形態(tài)也有較大的差別，如何甄別多種昆蟲是此項技術(shù)亟待解決的問題。

References)

An YL，Qian L，Xu M，et al.Analysis and suggestions of intercepted exotic forest pests of China［J］.Plant Quarantine，2010，24(3):45-48.［安榆林，錢路，徐梅，等.外來林木有害生物疫情截獲分析與建議［J］.植物檢疫，2010，24(3):45-48］

Cheng JQ.A study on the acoustic behavior of larvae in the longhorned beetle，Nadezhdiella cantori(Hope)，and Apriona germari(Hope)(Coleopteran:Cerambycidae)［J］.Scientia Silvae Sinicae，1993，29(4):307-312.［程驚秋.桔褐天牛和桑粒肩天牛幼蟲聲行為的研究［J］.林業(yè)科學(xué)，1993，29(4):307-312］

Hagastrum DW，F(xiàn)linn PW，Shuman D.Automated monitoring using acoustical sensors for insects in farm stored wheat［J］.Econ.Entomol.，1996，89(1):211-217.

Lou DF，Xu XF，Li J，et al.Acoustic characteristics and their comparison of six boring insects［J］.Plant Quarantine，2013，27(1):6-10.［婁定風(fēng)，許小芳，李嘉，等.6種木材鉆蛀性昆蟲的聲學(xué)特征與比較［J］.植物檢疫，2013，27(1):6-10］

Luo Q，Wang HB，Zhang Z，et al.Automatic stridulation identification of bark beetles based on MFCC and BP network［J］.Journal of Beijing Forestry University，2011，33(5):81-85.［羅茜，王鴻斌，張真，等.基于MFCC 與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的小蠹聲音種類自動鑒別［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，33(5):81-85］

Soroker V，Blumberg D，Haberman A.Current status of red weevil infestation in date palm plantations inisrael［J］.Phytoparasitica，2005，33(1):97-106.

Soroker V，Nakache Y，Landau U.Utilization of sounding methodology to detect infestation by Rhynchophorus ferrugineus on palm offshoots［J］.Phytoparasitica，2004，32(1):6-8.

Tang WM，Zhang XJ，Wu YH，et al.New progress of grain pest control on domestic and abroad［J］.Grain Storage，2000，68(4):36-38.［唐為民，張旭晶，巫幼華，等.國內(nèi)外儲糧害蟲防治技術(shù)研究的新進展［J］.糧油儲藏，2000，68(4):36-38］

Webb JC，Litzkow CA，Slaughter DC.A computerized acoustical larval detection system［J］.Applied Engineering in Agriculture，1988，81(3):268-274.

Wei J.A Preliminary Study on Rhynchophorus ferrugineus Control Technology［D］.Hainan:Hainan University，2010.［魏娟.紅棕象甲防控技術(shù)初步研究［D］.海南:海南大學(xué)，2010］

Xu F，Bai XG，Zhang CH，et al.Grain pests detection method on domestic and abroad［J］.Grain Storage Technology Newsletter，2001，5:41-43.［徐昉，白旭光，張成花，等.國內(nèi)外儲糧害蟲檢測方法［J］.糧油倉儲科技通訊，2001，5:41-43］

Zhao LW，Wang HB，Zhang Z，et al.Research advances in insect acoustic signals and their applications［J］.Plant Protection，2008，34(4):5-12.［趙麗穩(wěn)，王鴻斌，張真，等.昆蟲聲音信號和應(yīng)用研究進展［J］.植物保護，2008，34(4):5-12］

Zhao YJ，Wei XQ，Wen JB，et al.Preliminary study on the acoustic detection of larvae Semanotus bifasciatus(Motschulsky)［J］.Ecological Science，2009，28(3):242-246.［趙源吉，韋雪青，溫俊寶，等.雙條杉天牛幼蟲聲音探測技術(shù)初報［J］.生態(tài)科學(xué)，2009，28(3):242-246］