双钩异翅长蠹幼虫声学特征初探

潘 杰，刘 翔，邵沛泽，颜柳松，安榆林，温俊宝

(1.连云港出入境检验检验局，江苏连云港 222042;2.江苏出入境检验检验局，南京 210001;3.北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083)

我国一直都是木材消费大国，近年来原木进口量不断增加，其来源十分广泛。我国进口原木树种繁多，而且来源十分广泛，携带疫情也非常复杂，已给我国生态环境保护和林业资源的可持续发展带来巨大威胁(安榆林等，2010)。大量林木有害生物紧叩国门，给口岸植物检疫工作带来了前所未有的挑战。而原木所携带的有害生物大多为蛀干害虫，具有一定的隐蔽性，难以发现，如天牛、小蠹、象甲、吉丁类等，均蛀食于树皮甚至木质部内，给检疫工作带来了较大困难。所以检验检疫部门要改进检疫工具和检疫手段，不能一直停留在眼观手扒刀凿斧劈的水平上，要积极研发新方法新技术。

害虫声音探测技术已然成为昆虫声学研究较为热点的领域，而美国主要将此技术应用于农产品的出口及存储检疫等方面，实时对货物中的害虫的数量和种类进行监测和鉴别(Webb et al.，1988;Hagastrum et al.，1996;唐为民等，2000;徐昉等，2001;赵丽稳等，2008;赵源吉等，2009;)，这也为此技术应用于口岸原木检疫提供了可行性。随着国外害虫声音探测技术的不断发展，我国这方面的研究也取得了较大的进步，研究对象也由水果类害虫和仓储类害虫逐步扩大到林木蛀干害虫。例如先后对天牛、小蠹类害虫声音探测技术做了一定研究，取得了较好的成果，为此技术应用于口岸原木检疫提供了依据。程惊秋(1993)对两种桑粒肩天牛Apriona germari 和桔褐天牛Nadezhdiella cantori 幼虫的声音进行了收集与分析;罗茜(2011)则采用语音处理与识别技术，通过收集与分析华山松大小蠹Dendroctonus armandi、短毛切梢小蠹Tomicus brevipilosus、云南切梢小蠹 Tomicus yunnanensis 和红脂大小蠹Dendroctonus valens 4种小蠹虫雄虫的胁迫声进行鉴别;Soroker 等(2004，2005)利用声波探测装置及相应软件分析以识别不同龄期幼虫的为害;魏娟(2010)对红棕象甲Rhynchophorus ferrugineus幼虫爬行、蛀食的声音进行了探测与分析。本文主要对口岸经常截获的检疫性有害生物双钩异翅长蠹Heterobostrychus aequalis 进行了声学特征的研究，以期为进一步研究林木钻蛀类害虫声音探测技术提供一些思路，积累一定的经验。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 带虫木段准备

试验中所用幼虫均为来自菲律宾的南洋楹木检疫截获所得，羽化后经连云港出入境检验检验局鉴定。对南洋楹木内所寄生的幼虫进行封闭饲养于生化培养箱内(温度24℃)，并进行编号，待其发育为老熟幼虫进行试验。

1.1.2 仪器设备

生化培养箱(ZSP-A0270);AED2010 便携式声音监测仪:可存储250个数据，前置放大器能提供20 dB 的增益;R09 便携录音机:Wav 格式信号的采样率也可达44.10/48.00 KHz，位深16 bits或24 bits;Goldwave 处理软件:过滤信号中的噪声;MATLAB 信号处理工具箱进行声音分析。

1.2 方法

1.2.1 信号采集

选择具有较强隔音效果的实验室进行录制声音，使用AED-2010 进行信号采集时，要避免SP-1探针与其它物体接触产生噪音。2014年6月3 日-6月5 日，室内温度22℃、湿度60%，将双钩异翅老熟幼虫放在劈开的南洋楹木上，观察幼虫活动，在距离幼虫5 cm 处采集信号，并记录幼虫活动状况。

1.2.2 信号分析

对所采集的声信号进行适当的截取，用于统计分析信号脉冲持续时间等。然后利用Goldwave软件对信号进行降噪。最后使用MATLAB 工具箱进行信号的时域、频域分析。

2 结果与分析

2.1 幼虫取食声学特征分析

2.1.1 时域特征

首先，对采集到的声音进行物理降噪，通过Goldwave 软件来实现。再利用MATLAB 打开处理后的取食声(下同)，可以看出声信号脉冲时间较短，但脉冲间隔较长(图1、图2)。通过统计分析其取食声信号的脉冲持续时间，可以看出双钩异翅长蠹幼虫取食声信号脉冲持续时间主要分布于32-41 ms 区间(表1)。

图1 信号时域图Fig.1 The time domain graph of signal

图2 信号单脉冲时域图Fig.2 The time domain graph of signal pulse

表1 幼虫取食声信号脉冲持续时间Table 1 Heterobostrychus aequalis larvae feeding acoustic signal pulse duration

2.1.2 频域特征

利用Goldwave 软件对声信号进行降噪，再利用MATLAB 打开处理后的幼虫取食声，通过图3、图4 可以看出双钩异翅长蠹幼虫取食声信号的主频小于2.5 KHz。通过统计分析其取食声信号的信号频率，可以看出双钩异翅长蠹幼虫取食声信号频率主要分布于334.10-813.50 Hz(表2)。

图3 信号频域图Fig.3 The signal of frequency-domain

图4 信号时频图Fig.4 The signal of frequency chart

表2 幼虫取食声信号频率Table 2 Heterobostrychus aequalis larvae feeding frequency sound signal

2.2 幼虫爬行声学特征分析

2.2.1 时域特征

从处理后的取食声(图5)中可以看出双钩异翅长蠹幼虫爬行声信号时域特征无明显规律，特征较杂乱。

图5 信号时域图Fig.5 The time domain graph of signal

2.2.2 频域特征

利用Goldwave 软件对声信号进行降噪，再利用MATLAB 打开处理后的幼虫爬行声，通过图6可以看出双钩异翅长蠹幼虫爬行声信号的主频大约为0.2 KHz。通过统计分析其爬行声信号的信号频率，可以看出双钩异翅长蠹幼虫爬行声信号频率主要分布于140.60-382.20 Hz(表3)。

图6 信号频域图Fig.6 The signal of frequency-domain

表3 幼虫爬行声信号频率Table 3 Frequency of Heterobostrychus aequalis larvae crawling acoustic signals

3 结论与讨论

双钩异翅长蠹幼虫取食与爬行声学特征有较大差别。双钩异翅长蠹幼虫取食声信号脉冲持续时间主要分布于32-41 ms 区间，主频小于2.5 KHz，信号频率主要分布于334.10-813.50 Hz;而幼虫爬行声信号时域特征无明显规律，主频大约为0.2 KHz，频率主要分布于140.60-382.20 Hz。这说明利用声音探测系统对林木蛀干害虫进行监测是可行的。其幼虫取食声信号主频、频率均大于其爬行声信号主频、频率。

娄定风等(2013)对双钩异翅长蠹幼虫取食声做了研究，采用截获的带有木材钻蛀性害虫幼虫的木段直接进行测试，其取食声则推断是咬断木纤维的瞬间发出声波。本文相对于前人研究增加了爬行声学特征研究，分别独立研究爬行与取食声学特征，则排除了爬行与取食等声混合叠加而影响研究效果。娄定风还研究了棕异翅长蠹Heterstrychus brunneas 幼虫、鳞毛粉蠹 Minthea rugicollis 幼虫、宽斑脊虎天牛Xylotrechus colonus 幼虫得到其蛀食声信号脉冲持续时间主要分布于9-15 ms、7-14 ms、7-13 ms，信号频率主要分布于5.60-7.00 KHz、1.50-6.20 KHz、1.50-1.70 KHz。可以看出双钩异翅长蠹幼虫与其它几种钻蛀类害虫幼虫取食声学特征有较大差别，可以实现不同钻蛀类害虫间有效声识别。

由于从现场截获的虫样较少，饲养较为困难，还没有进行不同龄期幼虫和不同寄主中发声特征的比较，另外，如何较为真实的模拟现场检疫条件，以期为一线工作起到更大的指导作用，设置不同的温湿度梯度，是下一步试验的重点。不同科属种的林木蛀干害虫声学特征有待下一步研究。不同科之间、同科不同属之间、同属不同种之间声学特征是否有显著性差异，还需要大范围进行探讨研究。目前国内缺乏数据库，通过口岸检疫收集信号，建设数据库是一个好途径。可通过搭建声音探测系统进行长期监测，统计与昆虫行为特性有关的声音特性，建立林木蛀干害虫声学信息库。声音探测技术在原木检疫应用方面具有很大的优越性，可以预言林木蛀干害虫声音探测技术将会有良好的发展前景。但声音探测技术上也有一定的困难，对做过熏蒸处理的原木进行检测时，不能很好的探测到卵、蛹以及死虫，具有一定的局限性;另外，同一批原木中可能有多种昆虫，其个体和形态也有较大的差别，如何甄别多种昆虫是此项技术亟待解决的问题。

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