柑橘黃龍病熱空氣快速處理溫度場分布特性試驗研究

張建桃，陳 鴻，文 晟，李晟華，鄧小玲，蘭玉彬

?

柑橘黃龍病熱空氣快速處理溫度場分布特性試驗研究

張建桃1，陳 鴻1，文 晟2※，李晟華3，鄧小玲4，蘭玉彬3

（1. 華南農業大學數學與信息學院，廣州510642；2. 華南農業大學工程基礎教學與訓練中心，廣州510642；3. 華南農業大學工程學院，廣州510642；4. 華南農業大學電子工程學院，廣州 510642）

針對柑橘黃龍病自然熱罩熱處理存在的處理周期長、效率低、對自然條件依賴大、處理罩內溫差過大等不足，提出了一種柑橘黃龍病熱空氣快速處理方法。為解決熱空氣快速處理時罩內溫差過大的問題，搭建了柑橘黃龍病熱空氣快速處理溫度場分布特性試驗平臺，研究了有無回風道、風速、熱空氣入口位置、熱空氣出口位置、入風口熱空氣溫度對處理罩內溫度場分布的影響。試驗結果表明：風速、熱空氣入口位置、熱空氣出口位置、入風口熱空氣溫度對處理罩內各截面溫度場均有顯著影響（<0.05）；回風道不僅能使處理罩內溫度場更均勻，而且能夠降低能耗。通過試驗得出柑橘黃龍病快速熱空氣處理的優選參數為：有回風道，風速14.5 m/s，熱空氣入口位于處理罩下層，熱空氣出口位于處理罩上層，且與入口呈90°，入風口熱空氣溫度90℃。在該優選參數下，處理罩內溫度從32 ℃上升到48 ℃，耗時約為9 min，處理罩內的溫度極差為3.9℃，比非優選參數下罩內的溫度極差相比下降了14.1 ℃。并在此參數下對柑橘黃龍病進行快速熱空氣處理田間試驗，處理后病菌濃度平均降低80.28%。研究結果為黃龍病熱空氣規模化處理設備的優化設計提供參考。

病害防治；熱處理；溫度；均勻性；黃龍病

0 引 言

1956年，華南農業大學林孔湘教授根據中國廣東潮汕地區農民對柑橘黃龍病的俗稱，稱其為黃龍病，1995年“huanglongbing-HLB”被正式確定為該病的英文名稱[1-2]。黃龍病(HLB)是由屬于韌皮部桿菌屬的病原菌引起的毀滅性疾病[3]，根據特點及發現地域的不同，分為Candidatus Liberibacter asiaticus（CaLas）、Candidatus Liberibacter africanus（CaLaf）和Candidatus Liberibacter americanus（CaLam）3種類型[4-5]。其中， CaLaf和 CaLam為熱敏感型[6]，僅在30～32 ℃的涼爽地帶傳播，CaLas為耐熱型，耐熱溫度達到30 ℃以上[7]。患有黃龍病的柑橘樹表現為植株矮化，結果變少，果實變小畸形，且著色不均勻[8-10]。通常新樹患病后1～2 a內死亡，老樹患病后3～5 a內死亡或喪失結果能力，嚴重時可造成毀園[11]。目前，亞洲、非洲、大洋洲、北美洲和南美洲近50個國家和地區已經出現黃龍病，中國19個柑橘生產省（自治區、市）中有11個已受到該病危害。據估計柑橘黃龍病已經造成全世界上億株柑橘樹染病或死亡[12-14]，截至2016年，美國的佛羅里達州超過80%的柑橘樹已感染黃龍病[15]。由于黃龍病的存在，2011年佛羅里達州的柑橘產量大約為1.5億箱，預計20 a后將保持在該值；若沒有黃龍病，20 a后產量預計達到2.25億箱[16]。如果黃龍病出現在巴西的巴伊亞州，那么未來20 a黃龍病將給該州造成巨大損失；如果不對該病進行控制，不對病樹進行治療，那么造成的損失將達8.9億元[17]。

100多年前，熱治療就已開始在植物上應用，后來用于除去柑橘等多年生植物體中通過嫁接傳染的病原菌[18]。Fan等[19]將感染黃龍病的柑橘樹置于受控的溫室環境中，讓其在45和48 ℃的環境下接受4 h處理，8周之后黃龍病癥狀明顯減輕。在溫室環境中處理盆栽柑橘樹幼苗可以消除黃龍病癥狀，并且至少可以維持2 a[20]。Hoffman等[21]將感染了CaLas病菌的柑橘樹置于40～42 ℃溫度可控的溫室環境中，連續處理48 h，可有效減少或消除感染了黃龍病苗木中的CaLas病菌；該方法可以用于處理生長于苗圃或溫室環境中，且受到CaLas病菌感染的柑橘幼苗。但用該種方法在田間處理帶病柑橘樹3～10 d，結論卻不相同，這可能與試驗使用的便攜式溫室中溫度波動和土壤溫度低有關[22]。鄧曉玲利用自然熱罩，將染病柑橘樹置于45～52 ℃環境下持續處理2～5 h，連續處理3～4周，能大大減少或消除病樹中的病原菌含量[23-25]。范國成采用自然熱罩方法，利用夏秋季強光照處理帶病柑橘樹7 h（10:00-17:00），間歇處理3次，90 d后田間柑橘黃龍病樹癥狀明顯減輕，黃龍病菌濃度也顯著降低[26-27]。利用自然熱罩處理帶病柑橘樹時，樹冠頂部溫度處于50～53 ℃范圍內，而樹冠底部僅有36～43 ℃[28]，且樹冠頂部容易因為處理罩內頂部溫度過高而灼傷[29]。林孔湘教授通過利用48 ℃濕熱空氣處理帶病柑橘苗木可使其恢復健康，但空氣溫度不均勻會使電烘箱內植株實際所受的溫度低于預設的處理溫度，進而對處理結果產生影響[30]。

上述研究結果表明，熱處理對于柑橘黃龍病的防治是有效的。雖然自然熱罩處理對柑橘園地面情況要求不高，但是嚴重依賴天氣條件，且處理罩內溫差大，處理周期長，不利于推廣應用。本文針對自然熱罩處理周期長、效率低、對自然條件依賴大、處理罩內溫差大等不足，提出了柑橘黃龍病熱空氣快速處理方法，并為解決熱空氣處理時罩內溫差過大的問題，搭建了柑橘黃龍病熱空氣快速處理溫度場分布特性試驗平臺。通過研究有無回風道、風速、熱空氣入口位置、出口位置、入風口熱空氣溫度對熱空氣處理溫度場分布的影響，為處理罩的結構優化設計提供可靠的依據。

1 試驗裝置及方法

1.1 熱空氣快速處理方法

熱空氣快速處理方法，利用處理罩罩住染病柑橘樹，并向其中通入熱空氣，使罩內溫度快速達到均勻狀態，各個位置快速達到處理所需溫度，以縮短處理時間。該方法使用熱處理殺死樹體中的病原菌，無需使用農藥、抗生素等化學物質，經濟環保。與自然熱罩相比，不受天氣條件影響，即使是在秋冬低溫季節，也可用該方法處理帶病樹體。

1.2 試驗平臺

柑橘黃龍病熱空氣處理溫度場分布特性試驗平臺如圖1所示。此試驗平臺配置有HLJT-3380-TX20A工業熱風機（浙江嘉興航林機電設備有限公司），溫控方式為PID/SSR，電熱功率為20 kW，風機功率為0.75 kW，風機頻率為50 Hz，風壓為1 210 Pa，最大風量為1 200 m3/h。處理罩由PVC雙面涂塑防水布制成，開口位置在圖1a中標出，共12個，1號位置對面為3號位置，4號位置對面為2號位置。無紙記錄儀（杭州盤古自動化系統有限公司），型號為VX8140R，具有40路輸入端口，連接PT100溫度傳感器，量程為–200～650 ℃。12通道溫度記錄儀（臺灣路昌電子企業股份有限公司），型號為BTM-4208SD，K型探頭分辨率為0.1 ℃，量程為–50.0～999.9 ℃，精度為±（0.4%+0.5）℃。工作空間共布置52個溫度測試點，其中第52個測試點測試入風口熱空氣溫度，其余51個測試點分布在處理罩內部。樹冠層樹葉密度由上到下逐層降低，布置測溫探頭時數量由上到下逐漸減少。第1層和第2層各布置17個測試點，第3層布置9個測試點，第4層布置8個測試點，溫度探頭分布位置如圖1b所示。試驗裝置見圖1c，工業熱風機經處理罩上的通風口向其內部通入熱風，由無紙記錄儀和12通道溫度記錄儀同時記錄各測點溫度，本文試驗時室內平均溫度為30 ℃。

a. 試驗平臺原理圖

a. Schematic diagram of experimental platform

b. 測溫探頭分布

b. Temperature measuring probe distribution

c. 試驗平臺實物圖

c. Physical diagram of experimental platform

1. 溫度傳感器（a1～a52為測溫探頭） 2. 通風口（1–1～3–4為各通風口標號）3. 處理罩 4. 工業熱風機 5. 12通道溫度記錄儀 6. 無紙記錄儀 7. 柑橘樹 8. 處理罩

1. Temperature sensor (from a1to a52are temperature measuring probes) 2. Air vent(1–1 to 3–4 for each vent label) 3. Heat treatment enclosure 4. Industrial hot air blower 5. 12 channels temperature recorder 6. Paperless recorder 7. Citrus tree 8. Heat treatment enclosure

圖1 溫度場分布特性試驗平臺

Fig.1 Experimental platform of temperature field distribution characteristics

1.3 試驗方法

試驗選取1棵3年生柑橘樹（高1.86 m，樹冠最大直徑1.2 m），考慮柑橘樹形狀以及高度對試驗結果的影響，并根據前期試驗結果，選取有無回風道、風速、熱空氣入口位置、出口位置、入風口熱空氣溫度5個影響因素，以及相應的水平，如表1所示。然后將柑橘樹置于處理罩（直徑1.2 m，高度1.9 m）內，通過對5個影響因素進行單因素試驗研究，分析這些因素對柑橘黃龍病快速熱空氣處理溫度場均勻性的影響，得出相應的較佳參數。

表1 試驗因素水平值

回風道（長度為4 m）為連接處理罩熱空氣出口和工業熱風機進風口的耐高溫管道（=89 mm），作用在于將處理罩出口處溫度較高的空氣直接導入到工業熱風機進風口。每次試驗只設置一個熱空氣入口位置和一個熱空氣出口位置，其余的通風口用扎帶封閉。在選取熱空氣入口、出口位置時，入口位置和出口位置不位于同一層。試驗開始前，調節工業熱風機的加熱溫度，使第52個溫度探頭測得的溫度穩定在某一特定的值，然后在此加熱溫度下進行試驗，每次試驗進行10 min，每組試驗重復進行3次，進行重復試驗時根據室溫使處理罩內溫度降至32 ℃時開始下一次試驗。

1.4 數據處理方法

溫度場分布特性是指處理罩內溫度分布的均衡性，以溫度標準差和溫度極差來表示。試驗時，由無紙記錄儀和12通道溫度記錄儀實時采集各測點的溫度，每秒采集一次。分析計算每次試驗時各測點的穩定溫度值，即在1 min內溫度波動小于0.5 ℃時，該時間段內最高溫度值與最低溫度值的平均值，并計算每組試驗重復3次后各測點穩定溫度的平均值。計算不同參數下各截面的溫度標準差，通過SPSS數據處理軟件分析試驗因素對第1層、第2層、第3層、第4層、縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ的溫度場均勻性影響的顯著性。分別計算處理罩內溫度場達到穩定狀態后，非優選參數和優選參數下各測試點之間的溫度極差，分析試驗效果。

2 結果與分析

2.1 非優選參數下處理罩內溫度分布

選取無回風道、風速17 m/s、熱空氣入口位置2-1、出口位置3-1、入風口熱空氣溫度90 ℃進行試驗，分析處理罩內各測試點溫度分布情況。試驗重復進行3次，各測試點溫度在9 min后趨于穩定，穩定溫度值及試驗分析結果如表2所示。從表2可知，第1層的溫度極差為4.8 ℃，第2層的溫度極差為14.6 ℃，第3層的溫度極差為9.2 ℃，第4層的溫度極差為6.5 ℃。根據表2中各測試點溫度值，計算出縱截面Ⅰ的溫度平均值為58.8 ℃，溫度極差為18 ℃，縱截面Ⅱ的溫度平均值為57.4 ℃，溫度極差為13.5℃。

表2 非優選參數下溫度分布

注：無回風道、風速17 m·s–1、熱空氣入口位置2-1、熱空氣出口位置3-1、入風口熱空氣溫度90 ℃。

Note: No air return duct, wind speed is 17 m·s–1, hot air inlet position is 2-1, hot air outlet position is 3-1, and inlet hot air temperature is 90 ℃.

從以上計算結果可以看出，第2層的溫度平均值最高，第4層的溫度平均值最低，第2層的溫度平均值比第4層高6 ℃。整個處理罩內的溫度極差為18 ℃，各截面中，縱截面Ⅰ的溫度極差最大，這與第2層溫度值較高而第4層溫度值較低有關。第2層的溫度極差為14.6 ℃，由于第2層所在位置分布著大量樹葉，過大的溫差容易導致一部分樹葉因為過熱而出現干枯的現象，另一部分樹葉因為熱不足出現治療效果不佳的現象。針對溫差過大問題，接下來將對各影響因素進行逐一優選，最后對優選參數進行組合試驗，以期減小處理罩內溫差，并將優選參數結果與該非優選參數結果進行比較。

2.2 回風道對處理罩內溫度場的影響

由于在參數無回風道、風速17 m/s、熱空氣入口位置1-1、出口位置3-1、入風口熱空氣溫度90 ℃下，處理罩內溫差較非優選參數下有所降低，為了得到更優的參數組合，接下來對該參數組合依次進行輪換，分析有回風道和無回風道對處理罩內第1層至第4層、縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ的溫度場均勻性的影響。試驗重復進行3次，各測點溫度在9 min后趨于穩定，穩定溫度平均值及第1、2、3、4層試驗分析結果如表3所示。從表3可知，有回風道時，第1、2、3、4層的平均溫度依次為50.2、50.8、50.6、52.5 ℃；無回風道時，第1、2、3、4層的平均溫度依次為53.4、53.8、52.2、51.8 ℃。根據表3中各點溫度值分析計算縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ在有、無回風道條件下的溫度平均值、標準差和顯著性。有、無回風道時，縱截面Ⅰ的溫度平均值依次為50.6、51.8 ℃，標準差依次為1.8、1.8 ℃，顯著性=0.05；縱截面Ⅱ的平均值依次為50.8、52.6 ℃，標準差依次為1.8、1.7 ℃，顯著性=0.00。

表3 回風道對處理罩內第1、2、3、4層溫度場的影響

注：風速17 m·s–1、熱空氣入口位置1-1、熱空氣出口位置3-1、入風口熱空氣溫度90 ℃。

Note: wind speed is 17 m·s–1, hot air inlet position is 1-1, hot air outlet position is 3-1, and inlet hot air temperature is 90 ℃.

從計算結果可以看出，在風速為17 m/s、熱空氣入口位置為1-1、熱空氣出口位置為3-1、入風口熱空氣溫度為90 ℃的情況下，回風道對處理罩內1、2、3層及縱截面Ⅱ的溫度場分布影響顯著（<0.05）。綜合各截面溫度標準差可知，有回風道時，第1、2、3層的溫度標準差都明顯小于無回風道時，縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ的溫度標準差在有、無回風道時接近，即有回風道時，處理罩內溫度場均勻性優于無回風道時。這是因為工業熱風機通過回風道吸取處理罩內的空氣，使處理罩內出風口處形成負壓，處理罩內壓差增大，內部空氣運動加劇，有助于提高內部溫度場均勻性。有回風道時，工業熱風機吸入的是處理罩內經過加熱的熱空氣，與無回風道時吸入溫度為室溫的空氣相比，加熱空氣所消耗的能量有所降低。因此，試驗結果表明，回風道不僅能使處理罩內的溫度場更加均勻，而且能夠降低加熱空氣所需的能耗。

2.3 風速對處理罩內溫度場的影響

選取有回風道、熱空氣入口位置1-1、熱空氣出口位置3-1、入風口熱空氣溫度90 ℃，分析風速對處理罩內第1層至第4層、縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ的溫度場均勻性的影響。風速分別為8.5、14.5、17.0、19.5 m/s。試驗重復進行3次，各測試點溫度在9 min后趨于穩定，穩定溫度平均值如圖2所示。根據圖2中各數據點的值，計算各截面在不同風速下的溫度平均值、標準差和顯著性。當風速為8.5、14.5、17.0、19.5 m/s時，第1層的溫度平均值依次為44.5、49.2、50.2、54.5 ℃，標準差依次為1.4、0.9、1.3、1.6 ℃，顯著性=0.00；第2層的溫度平均值依次為44.6、50.1、50.8、55.0 ℃，標準差依次為1.4、0.9、1.4、1.9 ℃，顯著性=0.00；第3層的溫度平均值依次為44.0、49.4、50.6、55.2 ℃，標準差依次為1.4、0.7、1.3、2.5 ℃，顯著性=0.00；第4層的溫度平均值依次為45.0、50.5、52.5、55.9 ℃，標準差依次為2.0、0.6、2.4、1.9 ℃，顯著性=0.00；縱截面Ⅰ的溫度平均值依次為43.8、49.6、50.6、54.8 ℃，標準差依次為1.1、1.0、1.8、1.6 ℃，顯著性=0.00；縱截面Ⅱ的溫度平均值依次為44.8、50.1、50.9、55.9 ℃，標準差依次為1.5、0.8、1.8、2.2 ℃，顯著性=0.00。

從計算結果可以看出，在有回風道、熱空氣入口位置為1-1、熱空氣出口位置為3-1、入風口熱空氣溫度為90 ℃的情況下，風速對處理罩內各截面溫度場均勻性均有顯著影響（<0.05），且風速為14.5 m/s時，各截面溫度標準差均小于其他風速時的溫度標準差。風速為8.5 m/s時各截面溫度平均值均低于其他風速下的溫度平均值，風速為19.5 m/s時各截面溫度平均值最高。試驗結果表明，各截面溫度平均值隨著風速的增加而增加；當風速為14.5 m/s時，處理罩內各截面溫度場均勻性優于其他風速。

2.4 熱空氣入口位置對處理罩內溫度場的影響

選取有回風道、風速14.5 m/s、熱空氣出口位置3-1、入風口熱空氣溫度90 ℃，分析熱空氣入口位置對處理罩內第1、2、3、4層、縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ的溫度場均勻性的影響。熱空氣入口位置分別為1-1、2-1。試驗重復進行3次，各測點溫度在8 min后趨于穩定，穩定溫度平均值及第1、2、3、4層試驗分析結果如表4所示。從表4可知，熱空氣入口位置為1-1時，第1、2、3、4層的溫度平均值依次為49.2、50.1、49.4、50.5 ℃；熱空氣入口位置為2-1時，第1、2、3、4層的溫度平均值依次為49.8、51.2、52.2、51.9 ℃。根據表4中各點溫度值分析計算縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ在不同熱空氣入口位置下的溫度平均值、標準差和顯著性。熱空氣入口位置分別為1-1、2-1時，縱截面Ⅰ的平均值依次為49.6、50.9℃，標準差依次為1.0、1.3 ℃，顯著性=0.00；縱截面Ⅱ的平均值依次為50.1、51.1 ℃，標準差依次為0.8、1.3 ℃，顯著性=0.01。

注：有回風道、熱空氣入口位置1-1、熱空氣出口位置3-1、入風口熱空氣溫度90 ℃。

從計算結果可以看出，在有回風道、風速為14.5 m/s、熱空氣出口位置為3-1、入風口熱空氣溫度為90℃的情況下，熱空氣入口位置對處理罩內各截面溫度場均勻性影響顯著（<0.05）。當熱空氣入口位置為1-1時，各截面溫度平均值接近；當熱空氣入口位置為2-1時，各截面溫度平均值比熱空氣入口位置為1-1時高，同時各截面的溫度標準差也相對較高。因此，綜合各截面溫度標準差可知，當熱空氣入口位置為1-1時，處理罩內的溫度場分布相對均勻。試驗結果表明，熱空氣入口位于處理罩下層時，處理罩內的溫度場均勻性更優。

表4 熱空氣入口位置對處理罩內第1、2、3、4層溫度場的影響

注：有回風道、風速14.5 m·s–1、熱空氣出口位置3-1、入風口熱空氣溫度90 ℃。

Note: Air return duct, wind speed is 14.5 m·s–1, hot air outlet position is 3-1, and inlet hot air temperature is 90 ℃.

2.5 熱空氣出口位置對處理罩內溫度場的影響

選取有回風道、風速14.5 m/s、熱空氣入口位置1-1、入風口熱空氣溫度90 ℃，分析熱空氣出口位置對處理罩內第1、2、3、4層、縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ的溫度場均勻性的影響。熱空氣出口位置分別為2-1、2-2、2-3、2-4、3-1、3-2、3-3、3-4。試驗重復進行3次，各測點溫度在8 min后趨于穩定，穩定溫度平均值及試驗分析結果如表5所示。從表5可知，熱空氣出口位置分別為2-1、2-2、2-3、2-4、3-1、3-2、3-3、3-4時，第1層的溫度平均值依次為49.4、49.1、49.0、49.1、49.2、50.9、48.3、47.2 ℃，第2層的溫度平均值依次為49.3、50.6、49.2、49.7、50.1、52.0、48.2、46.6 ℃，第3層的溫度平均值依次為48.4、49.9、48.3、48.9、49.4、50.5、47.4、45.9 ℃，第4層的溫度平均值依次為47.8、49.2、47.8、48.3、50.5、49.6、46.9、46.3 ℃。根據表5中各點溫度值分析計算縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ在不同出風口下的平均值、標準差和顯著性。熱空氣出口位置分別為2-1、2-2、2-3、2-4、3-1、3-2、3-3、3-4時，縱截面Ⅰ的平均值依次為48.6、49.2、48.3、48.7、49.6、50.7、47.3、46.3 ℃，標準差依次為1.2、1.3、1.3、1.0、1.0、1.0、1.2、0.7 ℃，顯著性=0.00；縱截面Ⅱ的平均值依次為48.5、49.5、48.6、48.8、50.1、50.7、47.7、46.4 ℃，標準差依次為0.9、1.5、1.0、0.8、0.8、1.4、1.0、1.0 ℃，顯著性=0.00。

從表5可知，在有回風道、風速為14.5 m/s、熱空氣入口位置為1-1、入風口熱空氣溫度為90 ℃的情況下，熱空氣出口位置對處理罩內各截面的溫度場均勻性影響顯著（<0.05）。對于第1、2、3層，當出風口位于3-4時，溫度標準差最小。由于樹冠層位于1、2、3層，故對于1、2、3層溫度均勻度要求更高。綜合各截面溫度標準差，可知當熱空氣出口位于3-4時，處理罩內的溫度場均勻性最好。出風口3-2與3-4處于相對位置，均與入風口1-1成90°，故效果應一致，但由于柑橘樹長勢以及試驗誤差的影響，使其與3-4效果存在一定差異。因此，試驗結果表明，熱空氣出口位于處理罩上層，且與熱空氣入口成90°時，處理罩內溫度場更均勻。且與一般的下方入風上方出風的設計不同，本設計則重點討論了不同的出風角度對溫度場的影響。

表5 熱空氣出口位置對處理罩內第1、2、3、4層溫度場的影響

注：有回風道、風速14.5 m·s–1、熱空氣入口位置1-1、入風口熱空氣溫度90 ℃。

Note: Air return duct, wind speed is 14.5 m·s–1, hot air inlet position is 1-1, and inlet hot air temperature is 90 ℃.

2.6 入風口熱空氣溫度對處理罩內溫度場的影響

選取有回風道、風速14.5 m/s、熱空氣入口位置1-1、出口位置3-4，分析入風口熱空氣溫度對處理罩內第1、2、3、4層、縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ的溫度場均勻性的影響。入風口熱空氣溫度分別為75、90、105 ℃。試驗重復進行3次，各測點溫度在8 min后趨于穩定，穩定溫度平均值及第1、2、3、4層試驗分析結果如表6所示。從表6可知，入風口熱空氣溫度為75 ℃時，第1、2、3、4層的溫度平均值分別為45.3、46.0、46.3、47.3 ℃；入風口熱空氣溫度為90 ℃時，第1、2、3、4層的溫度平均值分別為47.2、46.6、45.9、46.3 ℃；入風口熱空氣溫度為105 ℃時，第1、2、3、4層的溫度平均值分別為54.7、55.4、55.8、57.4 ℃。根據表6中各點溫度值分析計算縱截面Ⅰ和縱截面Ⅱ在不同入風口熱空氣溫度下的溫度平均值、標準差和顯著性。入風口熱空氣溫度為75、90、105 ℃時，縱截面Ⅰ的溫度平均值依次為45.8、46.3、55.2 ℃，標準差依次為1.1、0.7、1.4 ℃，顯著性=0.00；縱截面Ⅱ的平均值依次為46.4、46.4、56.0 ℃，標準差依次為1.2、1.0、1.7 ℃，顯著性=0.00。

從計算結果可以看出，在有回風道、風速為14.5 m/s、熱空氣入口位置為1-1、出口位置為3-4的情況下，入風口熱空氣溫度對處理罩內各截面溫度場均勻性影響顯著（<0.05）。各截面平均溫度隨著入風口熱空氣溫度的升高而升高，綜合各截面溫度標準差可知，入風口熱空氣溫度為105 ℃時，處理罩內各截面標準差最大，且與75、90 ℃相差較大，而入風口熱空氣溫度為75 ℃與90 ℃時，各截面溫度標準差相差較小。以第1層中心位置a3點為例，繪制入風口熱空氣溫度為75、90和105 ℃時該點的溫度上升曲線，如圖3所示。從圖3可知，當入風口熱空氣溫度為75 ℃時，a3點溫度從32 ℃上升到45 ℃需要8 min，前2 min溫度升高9 ℃，2 min后溫度上升幅度降低，從41 ℃上升到45 ℃用時高達 6 min，且未能達到48 ℃；當入風口熱空氣溫度為90 ℃時，a3點溫度從32 ℃上升到45 ℃，用時比75 ℃時減少了一半，為4 min，且2 min后溫度上升速度變緩，從41 ℃上升到45 ℃用時為2 min，上升到48 ℃用時為 9 min；當入風口熱空氣溫度為105 ℃時，a3點從32 ℃上升到45 ℃僅需2 min，上升到48 ℃需3 min，且該階段為溫度快速上升階段，直到第4 min后該點溫度上升速度才變緩。

表6 入風口熱空氣溫度對處理罩內第1、2、3、4層溫度場的影響

注：有回風道、風速14.5 m·s–1、熱空氣入口位置1-1、熱空氣出口位置3-4。

Note: Air return duct, wind speed is 14.5 m·s–1, hot air inlet position is 1-1, and hot air outlet position is 3-4.

綜合計算結果和圖3可知，入風口熱空氣溫度為75 ℃時，處理罩內各截面溫度場均勻性較105 ℃時好，但溫度上升速度慢，耗時長；入風口熱空氣溫度為105 ℃時，溫度上升速度比75 ℃和90 ℃時快，但各層溫度場均勻性最差，容易出現某些位置過熱和某些位置欠熱的情況；入風口熱空氣溫度為90 ℃時，各層溫度場均勻性最好，且溫度上升速度居中。因此，試驗結果表明，入風口熱空氣溫度對處理罩內各層溫度場的均勻性影響顯著；入風口熱空氣溫度越高，處理罩內溫度上升越快；入風口熱空氣溫度為90 ℃時，處理罩內溫度場均勻性最好，溫度上升速度較快。

圖3 不同入風口熱空氣溫度下a3點溫度上升曲線

2.7 優選參數下處理罩內溫度分布

選取優選參數有回風道、風速14.5 m/s、熱空氣入口位置1-1、熱空氣出口位置3-4、入風口熱空氣溫度90 ℃，進行3次重復試驗，分析處理罩內各測試點溫度分布情況。試驗重復進行3次，將48 ℃視為參考溫度[30]，罩內溫度從32 ℃上升到48 ℃耗時約9 min，未出現大量落葉情況。各測試點穩定溫度值及試驗分析結果如表7所示。從表7可知，第1層的溫度極差為2.9 ℃，第2層的溫度極差為2.9 ℃，第3層的溫度極差為1.6 ℃，第4層的溫度極差為3.5 ℃。根據表7中各測試點溫度值，計算出縱截面Ⅰ的溫度平均值為46.3 ℃，溫度極差為3.0 ℃，縱截面Ⅱ的溫度平均值為46.4 ℃，溫度極差為3.6 ℃。

表7 優選參數下溫度分布

注：有回風道、風速14.5 m·s–1、熱空氣入口位置1-1、熱空氣出口位置3-4、入風口熱空氣溫度90 ℃。

Note: Air return duct, wind speed is 14.5 m·s–1s, hot air inlet position is 1-1, hot air outlet position is 3-4, and inlet hot air temperature is 90 ℃.

從計算結果可以看出，第1層與第3層的溫度平均值相差最大，為1.3 ℃。整個處理罩內的溫度極差為3.9 ℃，與非優選參數下整個處理罩內的溫度極差（18 ℃）相比下降了14.1 ℃。各截面的溫度極差與2.1節中非優選參數下各截面的溫度極差相比，第1層下降了1.9 ℃，第2層下降了11.7 ℃，第3層下降了7.6 ℃，第4層下降了3 ℃，縱截面Ⅰ下降了15 ℃，縱截面Ⅱ下降了9.9 ℃。因此，試驗結果表明，優選參數組合下處理罩內溫度場分布與非優選參數下相比更加均勻，優選參數下罩內各點溫度從32 ℃上升到48 ℃耗時約9 min。

3 處理效果檢測

根據以上試驗結果，處理田間帶病柑橘樹，對處理前后柑橘樹葉進行實時熒光定量聚合酶鏈反應（polymerase chain reaction，PCR）檢測，以研究柑橘黃龍病快速熱空氣處理效果。

試驗在華南農業大學柑橘黃龍病研究室的柑橘實驗園進行，選取6棵帶病柑橘樹，分為2組，每組3棵。第一組（hot-1，hot-2，hot-3）采用熱空氣快速處理方法進行處理，所用參數根據本研究得出的最優參數進行設置，為有回風道，風速14.5 m/s，熱空氣入口位于處理罩下層，熱空氣出口位于處理罩上層，且與入口成90°。由于進行該試驗時外界溫度（20 ℃）較低，根據已有的試驗經驗以及柑橘樹的耐熱性[31]，調節入風口熱空氣溫度至100 ℃，加熱9 min處理罩內平均溫度升至48℃，保持6 min后，關閉加熱，自然降溫10 min至30 ℃時結束，試驗裝置布置如圖4所示，該試驗每周進行一次，連續進行四周。第二組（hot-CK-1，hot-CK-2，hot-CK-3）作為對照組，不進行處理。在第一次試驗前，采集來自試驗組以及對照組共6棵樹的樹葉樣本，在東西南北4個方位各采集一片，進行實時熒光定量PCR檢測，第4次試驗結束一個月后，再次采集樹葉樣本進行檢測，檢測結果如表8所示。

1. 處理罩 2. 工業熱風機 3. 入風道 4. 回風道

表8 樣本實時熒光定量PCR檢測結果

注：值為4片樹葉檢測結果的平均值；處理后表示第4次處理結束一個月后；病菌濃度()為每ng總DNA中黃龍病菌拷貝數[26]，計算公式為。

Note:value is the average of four leaves test results; After treatment means one month after the end of the fourth treatment; Bacterial concentration () is the copy number of huanglongbing bacteria in the total DNA of each nanogram, the formula is.

值表示在PCR擴增過程中，擴增產物（熒光信號）到達閾值時（進入指數增長期）所經過的擴增循環次數，當值低于30時，則可認為樣本感染了黃龍病[32]。從表8可以看出，所選試驗樹均感染了黃龍病，處理前實驗組的平均值為21.15，病菌平均濃度（）為1.50×109，經過4次處理后，試驗組值增加，平均值為23.38，病菌平均濃度變為3.05×108，病菌濃度平均降低率為80.28%。處理前對照組的平均值為20.22，病菌平均濃度為2.53×109，一個月后，對照組平均值降低，為19.74，病菌平均濃度變為4.42×109，一個月后對照組病菌平均濃度比處理前升高了75%。因此，可以認為熱空氣快速處理對于柑橘黃龍病防治具有一定效果。

4 結 論

研究結果表明：1）回風道對處理罩內第1、2、3層和縱截面Ⅱ有顯著影響（<0.05），對第4層和縱截面Ⅰ無顯著影響（>0.05）。回風道不僅能使處理罩內的溫度場更加均勻，而且能夠降低能耗。2）風速對處理罩內各截面的溫度場均有顯著影響（<0.05）。各截面溫度平均值隨著風速的增加而增加，當風速為14.5 m/s時，處理罩內各截面溫度場均勻性優于其他風速。3）熱空氣入口位置對處理罩內各截面溫度場均有顯著影響（<0.05）。熱空氣入口位于處理罩下層時，處理罩內的溫度更均勻。4）熱空氣出口位置對處理罩內各截面溫度場均有顯著影響（<0.05）。熱空氣出口位于處理罩上層，且與熱空氣入口位置成90°時，處理罩內溫度更均勻。5）入風口熱空氣溫度對處理罩內各截面溫度場均有顯著影響（<0.05）；入風口熱空氣溫度越高，處理罩內溫度上升越快；從處理罩內溫度場均勻性和溫度上升速度兩方面考慮，入風口熱空氣溫度為90 ℃時，處理罩內各截面溫度場均勻性較其他溫度好。6）熱空氣快速處理方法對于柑橘黃龍病的防治具有一定效果。

通過試驗得出柑橘黃龍病快速熱空氣處理的優選參數為：有回風道，風速為14.5 m/s，熱空氣入口位于處理罩下層，熱空氣出口位于處理罩上層，且與入口成90°，入風口熱空氣溫度為90 ℃。在優選參數下，罩內溫度從32 ℃上升至48 ℃，加熱時間約為9 min，且罩內溫度場分布較均勻。處理罩內溫度場達到穩定狀態后，優選參數下整個處理罩內的溫度極差為3.9 ℃，非優選參數下處理罩內的溫度極差為18 ℃，與非優選參數相比，優選參數下處理罩內的溫度極差下降了14.1 ℃。各截面的溫度極差與非優選參數下各截面的溫度極差相比，第1層下降了1.9 ℃，第2層下降了11.7 ℃，第3層下降了7.6 ℃，第4層下降了3 ℃，縱截面Ⅰ下降了15 ℃，縱截面Ⅱ下降了9.9 ℃。經過熱空氣處理后患病柑橘樹的病菌濃度下降，平均降低率為80.28%

此次試驗雖然說明了熱空氣處理對柑橘黃龍病的防治具有一定的效果，但是未能考慮各影響因素之間的交互作用，除此之外，利用熱空氣處理方式防治柑橘黃龍病需要對病樹進行處理的次數、相鄰兩次處理的時間間隔、每次處理的時間以及處理溫度等對柑橘黃龍病處理效果的影響，以及如何提高處理效果，還需進行進一步的研究。

[1] Bové J M. Half a century on huanglongbing learning about the disease, trying to control it[J]. Journal of Citrus Pathology, 2015, 2(1): 1－4.

[2] Bové J M. Huanglongbing or yellow shoot, a disease of Gondwanan origin: Will it destroy citrus worldwide?[J]. Phytoparasitica, 2014, 42(5): 579－583.

[3] Wang N, Trivedi P. Citrus huanglongbing: A newly relevant disease presents unprecedented challenges[J]. Phytopathology, 2013, 103(7): 652－665.

[4] 程春振，曾繼吾，鐘云，等. 柑橘黃龍病研究進展[J]. 園藝學報，2013，40(9)：1656－1668. Cheng Chunzhen, Zeng Jiwu, Zhong Yun, et al. Research progress on citrus huanglongbing disease[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2013, 40(9): 1656－1668. (in Chinese with English abstract)

[5] Trivedi P, He Z, Van Nostrand J D, et al. Huanglongbing alters the structure and functional diversity of microbial communities associated with citrus rhizosphere[J]. Isme J, 2012, 6(2): 363－383.

[6] Gasparoto M, Coletta H, Bassanezi R, et al. Influence of temperature on infection and establishment of 'Candidatus Liberibacter americanus' and 'Candidatus Liberibacter asiaticus' in citrus plants[J]. Plant Pathology, 2012, 61(4): 658－664.

[7] 賈志成，鄭加強，黃雅杰，等. 柑橘黃龍病熱處理防治技術研究進展[J]. 農業工程學報，2015，31(23)：1－9. Jia Zhicheng, Zheng Jiaqiang, Huang Yajie, et al. Review and prospect of thermotherapy for citrus huanglongbing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(23): 1－9. (in Chinese with English abstract)

[8] 陳凱男，李充璧. 柑橘黃龍病研究概況[J]. 浙江農業科學，2015，56(7)：1048－1050. Chen Kainan, Li Chongbi. Research overview on citrus huanglongbing disease[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2015, 56(7): 1048－1050. (in Chinese with English abstract)

[9] 梅慧蘭，鄧小玲，洪添勝，等. 柑橘黃龍病高光譜早期鑒別及病情分級[J]. 農業工程學報，2014，30(9)：140－147. Mei Huilan, Deng Xiaoling, Hong Tiansheng, et al. Early detection and grading of citrus huanglongbing using hyperspectral imaging technique[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(9): 140－147. (in Chinese with English abstract)

[10] Lee J A, Halbert S E, Dawson W O, et al. Asymptomatic spread of huanglongbing and implications for disease control[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112(24): 7605－7610.

[11] 陳國慶，鹿連明，杜丹超，等. 柑橘黃龍病防控技術研究進展[J]. 浙江柑橘，2012，29(3)：20－27. Chen Guoqing, Lu Lianming, Du Danchao, et al. Research progress on citrus huanglongbing disease prevention and control technology[J]. Zhejiang Citrus, 2012, 29(3): 20－27.(in Chinese with English abstract)

[12] 許美容，戴澤翰，孔維文，等. 基于分子技術的柑橘黃龍病研究進展[J]. 果樹學報，2015，32(2)：322－334. Xu Meirong, Dai Zehan, Kong Weiwen, et al. Citrus Huanglongbing research based on molecular biology techniques[J]. Journal of Fruit Science, 2015, 32(2): 322－334. (in Chinese with English abstract)

[13] 張娟，王寧，張以民，等. 基于Web of Science的國際柑橘黃龍病文獻計量分析[J]. 果樹學報，2014，31(6)：1139－1146. Zhang Juan, Wang Ning, Zhang Yiming, et al. Bibliometric analisis of the research on Citrus Huanblongbing based on Web of Science[J]. Journal of Fruit Science, 2014, 31(6): 1139－1146. (in Chinese with English abstract)

[14] 劉蕊，杜小珍，鐘進良，等. 梅州市柑橘黃龍病的發生與防治[J]. 現代農業科技，2012(4)：209－213. Liu Rui, Du Xiaozhen, Zhong Jinliang, et al. Occurrence and control of citrus yellow shoot disease in meizhou city[J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2012(4): 209－213. (in Chinese with English abstract)

[15] Stover E, Inch S, Richardson M L, et al. Conventional citrus of some Scion/Rootstock combinations show field tolerance under high huanglongbing disease pressure[J]. HortScience, 2016, 51(2): 127－132.

[16] Spreen T H, Baldwin J. The impact of huanglongbing (HLB) on citrus tree planting in Florida[C]// Annual Meeting of the Southern Agricultural Economics Association, 2013.

[17] de Oliveira J, Do Nascimento A, de Miranda S, et al. Estimating the economic impact of an eventual introduction of huanglongbing (HLB) in the state of Bahia, Brazil[J]. Revista Brasileira De Fruticultura, 2013, 35(3): 755－762.

[18] 林雄杰，范國成，胡菡青，等. 濕度對田間自然熱罩防治柑橘黃龍病的影響[J]. 福建農業學報，2014，29(5)：475－482. Lin Xiongjie, Fan Guocheng, Hu Hanqing, et al. The effect of humidity on citrus huanglongbing thermotherapy in the field[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2014, 29(5): 475－482. (in Chinese with English abstract)

[19] Fan G, Xia Y, Lin X, et al. Evaluation of thermotherapy against Huanglongbing (citrus greening) in the greenhouse[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2016, 15(1): 111－119.

[20] Brien D O, Duan Y. Prescription for curing citrus greening[J]. Agricultural Research, 2013, 61(7): 4-6.

[21] Hoffman M T, Doud M S, Williams L, et al. Heat treatment eliminates' Candidatus Liberibacter Asiaticus' from infected citrus trees under controlled conditions[J]. Phytopathology, 2013, 103(1): 15－22.

[22] Doud M, Hoffman M, Zhang M, et al. Thermal treatments eliminate or suppress the bacterial pathogen in huanglongbing-affected citrus[C]// Annual Meeting of the American-Phytopathological-Society (APS), Providence, RI, 2012. Amer Phytopathological Soc, 3340 Pilot Knob Road, St Paul, Mn 55121 Usa, Aug 04-08, 2012.

[23] 鄧曉玲，許美容，關磊，等. 一種利用熱處理防治柑橘黃龍病的方法：103404397 A[P]，2013-11-27.

[24] Deng X L, Guan L, Liang M D, et al. Heat treatment of huanglongbing-affected citrus trees in field for reduction of “ Candidatus Liberibacter asiaticus” [C]// International Citrus Congress Proceedings, 2012.

[25] 關磊，梁美丹，仇綺琪，等. 利用熱處理技術降低柑橘黃龍病菌的濃度[C]// 中國植物病理學會2012年學術年會, 青島，2012. Guan Lei, Liang Meidan, Chou Qiqi, et al. Reducing the concentration of citrus huanglongbing virus by heat treatment technology[C]// Academic annual meeting of the Chinese Society for plant path ology 2012. Qingdao, China, 2012. (in Chinese with English abstract)

[26] 范國成，林雄杰，王賢達，等. 田間自然熱罩治療柑橘黃龍病的效果分析[J]. 果樹學報，2016：1－12. Fan Guocheng, Lin Xiongjie, Wang Xianda, et al. Field study of the efficacy of PVC film cover against Huanglongbing[J]. Journal of Fruit Science, 2016: 1－12.(in Chinese with English abstract)

[27] Fan G, Liu B, Lie X, et al. Study of thermotherapy against citrus huanglongbing in fujian province, china[J]. Journal of Citrus Pathology, 2014, 1(1): 216.

[28] Khot L R, Jones S E, Trivedi P, et al. In-field thermal treatment of Huanglongbing (HLB) infected trees [J]. Journal of Citrus Pathology, 2014, 1(1): 212.

[29] Ehsani R, De Corcuera J I R, Khot L. The potential of thermotherapy in combating HLB[J]. Resource Magazine, 2013, 20(6): 18－19.

[30] 林孔湘, 駱學海. 柑桔黃稍（黃龍）病熱治療的初步研究[J]. 植物保護學報, 1965, 4(2): 169－175. Lin Kongxiang, Luo Xuehai. A preliminary study on thermotherapy of Yellow shoot disease of citrus[J]. Acta Phytophylacica Sinica, 1965, 4(2): 169－175. (in Chinese with English abstract)

[31] Lopes S A, Frare G F, Bertolini E, et al. Liberibacters associated with citrus huanglongbing in Brazil:‘Candidatus Liberibacter asiaticus’ is heat tolerant,‘Ca. L. americanus’ is heat sensitive[J]. Plant Disease, 2009, 93(3): 257－262.

[32] 張賀，李波，周虛，等. 實時熒光定量pcr技術研究進展及應用[J]. 動物醫學進展，2006，27（增刊1）：5－12.Zhang He, Li Bo, Zhou Xu, et al. Progress and application of real-time fluorescent quantitative polymerase chain reaction [J]. Progress in Veterinary Medicine, 2006, 27(Supp.1): 5－12. (in Chinese with English abstract)

Experiment on temperature field distribution characteristics of citrus huanglongbing hot air rapid treatment

Zhang Jiantao1, Chen Hong1, Wen Sheng2※, Li Shenghua3, Deng Xiaoling4, Lan Yubin3

(1.510642,; 2.510642,; 3.510642,;510642,)

For the weak points of citrus huanglongbing (HLB) heat treatment by sunlight, such as long treatment period, low efficiency, serious dependence on natural condition, and large temperature difference in treatment enclosure, one citrus HLB hot air rapid treatment method was proposed. To solve the problem of large temperature difference in the heat treatment enclosure, an experimental platform was set up for analyzing the temperature field distribution characteristics of HLB hot air rapid treatment, which consisted of heat treatment enclosure, industrial hot air blower, paperless recorder and 12-channel temperature recorder. And the influence of air return duct existence or not, wind speed, hot air inlet position, outlet position, and inlet hot air temperature on the temperature field distribution of hot air treatment were investigated. The results showed that: (a) Return air duct had a significant impact on the cross section of middle and upper layer and the longitudinal section where the hot air inlet position existed in the enclosure, but had no significant effect on the cross section of lower layer and the longitudinal section where the hot air outlet position existed. When there was a air return duct, not only the uniformity was better in the enclosure, but also the energy consumption was lower than the condition without it. (b) Wind speed had a significant impact on each section in the heat treatment enclosure, and the average temperature of each section increased with the increase of wind speed. When the wind speed was 14.5 m/s, the uniformity of each section was better. (c) Hot air inlet position had a significant impact on each section in the heat treatment enclosure, and the uniformity of each section was better when the hot air inlet position was located at the lower layer of the enclosure. (d) Hot air outlet position had a significant impact on each section in the heat treatment enclosure, and the uniformity of each section was better when the hot air outlet position was located at the upper layer of the enclosure, which had a 90° angle with the inlet position. (e) Inlet hot air temperature had a significant impact on each section in the heat treatment enclosure, and the higher the inlet temperature, the faster the temperature rising in the heat treatment enclosure. When the uniformity and the rising speed of temperature in the enclosure were taken into consideration, 90 ℃ was the best temperature of inlet hot air. (f) The optimal parameters were that there was a return air duct, the wind speed was 14.5 m/s, the hot air inlet position was located at the lower layer of the enclosure, the hot air outlet position was located at the upper layer of the enclosure, which had a 90° angle with the inlet position, and the inlet hot air temperature was 90℃. Under the optimal parameters, the temperature in the treatment enclosure rising from 32 to 48 ℃took about 9 min, and the temperature range of the whole enclosure was 3.9 ℃, which dropped by 14.1 ℃compared to that under non-optimal parameters; and the temperature range of each section under the optimal parameters was also decreased. Under the optimal parameters, the effectiveness of rapid hot air treatment on the control of citrus HLB was proved, and the average reduction rate of bacteria concentration after treatment was 80.28%. The results provide a reference for the optimization design of large-scale HLB hot air treatment equipment.

disease control; heat treatment; temperature; uniformity; Huanglongbing

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.036

S121

A

1002-6819(2017)-08-0267-11

2016-06-24

2017-03-29

國家自然科學基金項目（61675003）；廣東省科技計劃項目（2016A020210092，2016A020210100）；教育部高等學校博士學科點專項科研基金（20134404120020）；廣東省自然科學基金（2015A030310182）

張建桃，男，湖南雙峰人，博士，副教授，主要從事精細農業和壓電器件方面的研究。廣州 華南農業大學數學與信息學院，510642。 Email：zhangjiantao@yeah.net

文 晟，男，湖南長沙人，博士，副教授，主要從事植保機械和精準噴霧技術的研究。廣州 華南農業大學工程基礎教學與訓練中心，510642。Email: vincen@scau.edu.cn

張建桃，陳 鴻，文 晟，李晟華，鄧小玲，蘭玉彬. 柑橘黃龍病熱空氣快速處理溫度場分布特性試驗研究[J]. 農業工程學報，2017，33(8)：267－277. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.036 http://www.tcsae.org

Zhang Jiantao, Chen Hong, Wen Sheng, Li Shenghua, Deng Xiaoling, Lan Yubin. Experiment on temperature field distribution characteristics of citrus huanglongbing hot air rapid treatment[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(8): 267－277. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.036 http://www.tcsae.org