雙鉤異翅長蠹幼蟲聲學特征初探

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.北京林業大學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，攜帶疫情也非常復雜，已給我國生態環境保護和林業資源的可持續發展帶來巨大威脅(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。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，難以發現，如天牛、小蠹、象甲、吉丁類等，均蛀食于樹皮甚至木質部內，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，要積極研發新方法新技術。

害蟲聲音探測技術已然成為昆蟲聲學研究較為熱點的領域，而美國主要將此技術應用于農產品的出口及存儲檢疫等方面，實時對貨物中的害蟲的數量和種類進行監測和鑒別(Webb et al.，1988;Hagastrum et al.，1996;唐為民等，2000;徐昉等，2001;趙麗穩等，2008;趙源吉等，2009;)，這也為此技術應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的不斷發展，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做了一定研究，取得了較好的成果，為此技術應用于口岸原木檢疫提供了依據。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，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。本文主要對口岸經常截獲的檢疫性有害生物雙鉤異翅長蠹Heterobostrychus aequalis 進行了聲學特征的研究，以期為進一步研究林木鉆蛀類害蟲聲音探測技術提供一些思路，積累一定的經驗。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 帶蟲木段準備

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，羽化后經連云港出入境檢驗檢驗局鑒定。對南洋楹木內所寄生的幼蟲進行封閉飼養于生化培養箱內(溫度24℃)，并進行編號，待其發育為老熟幼蟲進行試驗。

1.1.2 儀器設備

生化培養箱(ZSP-A0270);AED2010 便攜式聲音監測儀:可存儲250個數據，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生噪音。2014年6月3 日-6月5 日，室內溫度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的截取，用于統計分析信號脈沖持續時間等。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 結果與分析

2.1 幼蟲取食聲學特征分析

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。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)。通過統計分析其取食聲信號的脈沖持續時間，可以看出雙鉤異翅長蠹幼蟲取食聲信號脈沖持續時間主要分布于32-41 ms 區間(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 結論與討論

雙鉤異翅長蠹幼蟲取食與爬行聲學特征有較大差別。雙鉤異翅長蠹幼蟲取食聲信號脈沖持續時間主要分布于32-41 ms 區間，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對林木蛀干害蟲進行監測是可行的。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出聲波。本文相對于前人研究增加了爬行聲學特征研究，分別獨立研究爬行與取食聲學特征，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。可以看出雙鉤異翅長蠹幼蟲與其它幾種鉆蛀類害蟲幼蟲取食聲學特征有較大差別，可以實現不同鉆蛀類害蟲間有效聲識別。

由于從現場截獲的蟲樣較少，飼養較為困難，還沒有進行不同齡期幼蟲和不同寄主中發聲特征的比較，另外，如何較為真實的模擬現場檢疫條件，以期為一線工作起到更大的指導作用，設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。目前國內缺乏數據庫，通過口岸檢疫收集信號，建設數據庫是一個好途徑。可通過搭建聲音探測系統進行長期監測，統計與昆蟲行為特性有關的聲音特性，建立林木蛀干害蟲聲學信息庫。聲音探測技術在原木檢疫應用方面具有很大的優越性，可以預言林木蛀干害蟲聲音探測技術將會有良好的發展前景。但聲音探測技術上也有一定的困難，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，其個體和形態也有較大的差別，如何甄別多種昆蟲是此項技術亟待解決的問題。

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