柑橘黃龍病遠紅外熱處理溫度場分布特性試驗研究

張建桃 林耿純 陳 鴻 文 晟 尹選春 鄧小玲

(1.華南農業大學數學與信息學院， 廣州 510642； 2.國家精準農業航空施藥技術國際聯合研究中心， 廣州 510642； 3.華南農業大學工程基礎教學與訓練中心， 廣州 510642； 4.華南農業大學工程學院， 廣州 510642； 5.華南農業大學電子工程學院， 廣州 510642)

0 引言

柑橘黃龍病(HLB)是由韌皮部桿菌屬的病原菌引起的毀滅性疾病[1]，除了采取預防措施，如移除受感染的植株、種植無疾病的幼苗和管理昆蟲媒介之外，沒有其他有效管理辦法[2]。根據發病特點及發現地域的不同，柑橘黃龍病分為CandidatusLiberibacterasiaticus(CaLas)、CandidatusLiberibacterafricanus(CaLaf)和CandidatusLiberibacteramericanus(CaLam)3種類型[3-4]。其中， CaLas和 CaLam侵染植株后，在22～24℃和27～32℃均可引起癥狀，屬于耐熱型；CaLaf侵染植株后，在22～24℃可使植株表現嚴重癥狀，在30℃以上癥狀減輕或消失，屬于熱敏感型[5-6]。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[7-9]。柑橘黃龍病傳播途徑除了嫁接、用病樹接穗繁殖以及接穗和染病苗木的遠距離傳播之外，柑橘木虱是重要的傳播媒介[10]。目前, 針對柑橘黃龍病的防控仍以防為主, 尚無特效藥及抗病品種[11]。化學防治主要作為一種間接防治方法，它是利用化學藥品殺死柑橘黃龍病傳播媒介柑橘木虱等，阻止黃龍病的傳播，進而對柑橘黃龍病進行防治。但化學藥品的使用容易使柑橘木虱產生抗藥性，且會造成環境污染。砍除病樹對于防治黃龍病具有一定的效果，但是大量砍除病樹將對以柑橘為經濟來源的果農造成巨大損失。針對柑橘木虱進行生物防治，對抑制柑橘黃龍病的傳播具有一定的作用，但成本過高，見效慢。除此之外，熱處理方法是抑制黃龍病傳播的有效物理防治方法，該方法利用黃龍病菌對溫度的敏感性，直接抑制黃龍病菌的傳播[12]。

熱處理也稱熱療, 是應用較早的一種脫毒技術[13-15]。柑橘黃龍病熱處理技術的主要原理就是利用外界的傳熱介質,如光照、濕熱空氣、熱水或蒸汽等, 向感染黃龍病的柑橘植株傳遞足夠熱量, 在不影響其正常生長的前提下, 使黃龍病病菌鈍化甚至死亡, 黃龍病癥狀消失[13-16]。文獻[17-28]研究證明，熱處理對于柑橘黃龍病的防治是有效的。但自然熱罩熱處理存在處理周期長、效率低、對自然條件依賴大、處理罩內溫差過大等問題；熱空氣快速熱處理以空氣作為傳熱介質，存在加熱設備笨重、傳熱慢、能耗高等問題。

遠紅外線具有除菌殺毒的作用，利用遠紅外線加熱細菌內毒素時，180℃溫度下加熱120 min，或250℃下加熱30 min，內毒素均轉陰性[29]。文獻[30]利用遠紅外加熱技術處理桑椹菌核病，當遠紅外燈管與菌核間距離為45 mm、加熱60 s、溫度為120℃時，可有效殺死病原菌。文獻[31]采用遠紅外基質消毒機處理蔬菜育苗基質，能夠殺死基質中的病菌、蟲卵、害蟲以及雜草種子。遠紅外熱處理具有加熱快、能耗低、無污染等特點，已在植物除菌殺毒等方面得到了成功的應用。

本文提出采用遠紅外對柑橘黃龍病進行熱處理。搭建柑橘黃龍病遠紅外熱處理溫度場分布特性試驗平臺。通過研究遠紅外燈管組數量、燈管功率、加熱時間等對溫度場分布的影響，為柑橘黃龍病遠紅外熱處理設備的優化設計提供依據。

1 材料與方法

1.1 柑橘黃龍病遠紅外熱處理試驗平臺

圖1 柑橘黃龍病遠紅外快速熱處理試驗平臺Fig.1 Citrus HLB far infrared rapid heat treatment test platform1.處理罩 2.遠紅外燈管組 3.柑橘樹 4.功率表 5.功率調節器 6.12通道溫度記錄儀 7.無紙記錄儀 8.鋁板

搭建的柑橘黃龍病遠紅外快速熱處理溫度場分布特性試驗平臺如圖1所示。此試驗平臺配置有遠紅外燈，其燈管為碳纖維石英加熱管，額定電壓220 V，額定功率1 000 W，長度600 mm，燈罩尺寸為620 mm×180 mm×46 mm；功率調節器(衡鑫電熱電器制造廠)，額定電壓220 V，最大調節功率9 kW；功率表型號為PZEM-061(V2.0)，量程0～22 kW；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型溫度傳感器，量程為-200～650℃，精度為0.1℃；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%FS+0.5℃；在線式紅外測溫儀(南京隆順儀表有限公司)，型號LSCI-SJG/300A，量程-50～300℃，精度為2%FS，可以測量物體的最小尺寸為22.5 mm，最大尺寸為50 mm，測量的最佳距離為360 mm，最遠測量距離為700 mm；處理罩由PVC雙面涂塑防水布制成，防水布厚度0.45 mm；鏡面反射鋁板，厚度為0.3 mm。

兩盞遠紅外燈豎直拼接在一起，各連接一根燈管(每盞遠紅外燈內可平行安裝兩根管式紅外加熱燈管)，并以此作為一個整體，即一組遠紅外燈管。遠紅外燈管組垂直布置在處理罩內側。在紅外燈輻射區域內，輻射能不需要任何中介物質，直接輻射或經反射涂層反射到柑橘樹表面，柑橘樹吸收輻射轉換為內部的蓄熱能[26]，柑橘樹葉和樹枝溫度升高。燈管功率由功率調節器調節，功率用功率表測量。柑橘樹葉、枝干的溫度通過PT100型溫度傳感器、K型溫度傳感器和在線式紅外測溫儀測量。由于柑橘樹的樹葉比較稀疏，部分紅外燈輻射會透過柑橘樹空隙，照射到對面的處理罩上。為了充分利用這部分能量，處理罩內側布置鏡面鋁板，透過柑橘樹的紅外輻射就會被反射到柑橘樹，從而提高熱輻射效率。

處理罩內共布置52個溫度測試點，如圖1a所示，溫度傳感器分布位置如圖1b所示。其中a1～a32號溫度傳感器測量樹葉溫度，a33～a52號溫度傳感器測量枝干溫度。樹冠層樹葉密度由上到下逐層降低，測溫探頭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，其中12個用于測量樹葉溫度，另外5個用于測量枝干溫度；第3層和第4層各布置9個測試點，每層4個用于測量樹葉溫度，5個用于測量枝干溫度。試驗裝置實物如圖1c所示，遠紅外燈管組用于加熱柑橘樹，外側鋁板用于反射遠紅外輻射，由無紙記錄儀和通道溫度記錄儀同時記錄各測點溫度，試驗時室內平均溫度為18℃。樹葉、枝干溫度利用絕緣膠布將PT100和K型溫度傳感器固定在樹葉或枝干表面上進行測量。

1.2 柑橘樹溫度測量方法

為了明確柑橘黃龍病遠紅外熱處理時柑橘樹的溫度場分布，需測量樹葉和枝干的溫度。在線式紅外測溫儀能夠直接測量物體表面溫度，但只能用于環境溫度為0～50℃的場合。試驗過程中處理罩內溫度會超過這個范圍。PT100型溫度傳感器和K型溫度傳感器可以測量固體表面溫度，以及氣體、流體等的溫度[32]。本研究采用PT100型溫度傳感器和K型溫度傳感器測量樹葉和枝干溫度。測量時要將傳感器固定在樹葉或樹干上，為了測定試驗中采用的固定方法是否能真實反映被測物的溫度，需要用紅外測溫儀對PT100型溫度傳感器和K型溫度傳感器進行標定。

1.2.1樹葉溫度測量

測量樹葉溫度的傳感器布置方法如圖2所示。用2 kW的遠紅外燈在距離為50 cm的地方對樹葉進行加熱，加熱5 min，記錄各傳感器測量的溫度變化。其中位置1用在線式紅外測溫儀直接測量樹葉溫度；位置2、3分別用絕緣膠布將K型溫度傳感器和PT100型溫度傳感器固定在樹葉上；位置4用在線式紅外測溫儀測量絕緣膠布外表面的溫度；位置5、6分別將PT100型溫度傳感器和K型溫度傳感器直接暴露在空氣中，用于測量遠紅外加熱對PT100型溫度傳感器和K型溫度傳感器金屬探頭的加熱效果。

圖2 樹葉溫度測量試驗Fig.2 Leaf temperature measurement test

用遠紅外加熱柑橘樹5 min，各傳感器的溫度變化如圖3所示，從圖3可以看出，位置1、2、3在前2 min內溫度上升了20℃，2.5～5 min時測量的溫度相近；位置4的溫度明顯高于其他位置，高出位置1、2、3約6℃；位置6測得的溫度最低，為26.4℃，在2～5 min時幾乎沒有變化；位置5測得的溫度隨著遠紅外加熱時間的延長而升高，5 min內溫度低于位置1、2、3傳感器測得的溫度。試驗結果表明：絕緣膠布外表面溫度明顯高于樹葉溫度；樹葉溫度高于傳感器金屬探頭直接暴露在空氣中的溫度；利用絕緣膠布固定PT100和K型溫度傳感器測量的樹葉溫度，與用在線式紅外測溫儀直接測量的樹葉表面溫度接近，故可用此方法測量樹葉溫度。

圖3 樹葉溫度測量試驗結果Fig.3 Temperature measurement results of citrus leaves

1.2.2枝干溫度測量

測量枝干溫度的傳感器布置方法如圖4所示。用2 kW的遠紅外燈在距離為50 cm的地方對枝干進行加熱，記錄各傳感器測量的溫度變化，加熱時間為5 min。其中位置1用在線式紅外測溫儀直接測量枝干溫度，位置2、3分別用絕緣膠布將K型溫度傳感器和PT100型溫度傳感器固定在枝干上，測量枝干表皮溫度；位置4用在線式紅外測溫儀測量絕緣膠布外表面溫度，驗證位置2、3的傳感器測量的是枝干表皮溫度還是絕緣膠布的溫度；位置5、6的PT100溫度傳感器和K型溫度傳感器直接暴露在空氣中，用于測量遠紅外加熱對PT100型溫度傳感器和K型溫度傳感器金屬探頭的加熱效果。

圖4 枝干溫度測量Fig.4 Temperature measurement of citrus branch

用遠紅外加熱柑橘樹5 min，各位置的溫度變化如圖5所示，從圖5可以看出，位置1、2、3在前2 min內溫度均上升了12℃左右，并在2～4 min內測量的溫度相近，差值在1℃以內；3 min后位置4傳感器測出的絕緣膠布溫度與位置1、2、3測得的溫度相比略高；位置5傳感器測量的溫度隨著遠紅外加熱時間的延長而升高，但低于位置1、2、3、4測得的溫度；位置6傳感器測得的溫度最低，為29.45℃，在1～5 min內幾乎沒有上升。試驗結果表明，利用絕緣膠布固定PT100和K型溫度傳感器測量的枝干溫度與用在線式紅外測溫儀測量的枝干表皮溫度在2～4 min內接近，絕緣膠布外表面經遠紅外加熱后的溫度在3 min后高于枝干溫度，同時5 min內測得的枝干溫度高于傳感器金屬探頭受遠紅外加熱后測得的自身溫度。故使用絕緣膠布固定PT100和K型溫度傳感器測量枝干表皮溫度是可行的。

圖5 枝干溫度測量試驗結果Fig.5 Temperature measurement results of citrus branch

1.3 試驗方法

將5年生柑橘樹(高1.87 m，樹冠最大直徑1.0 m)置于處理罩內，首先通過對遠紅外燈管組數量、單根遠紅外燈管功率、加熱時間、遠紅外燈管組與支架頂部距離4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遠紅外熱處理溫度場分布的影響；然后在確定因素水平對其影響的基礎上，利用正交試驗確定較優的試驗參數組合。

選取的各因素和實際取值如表1所示，將兩盞遠紅外燈豎直拼接在一起，各連接1根燈管，并以此作為一個整體，組成遠紅外燈管組。改變遠紅外燈管組數量時，各遠紅外燈管均勻布置在處理罩內四周，如圖1c所示，當燈管組數為1時，布置在左側；當燈管組數為2時，左右各布置1個；當燈管組數為3時，以左側為基準，均勻布置；當燈管組數為4時，前后左右4個方位各布置1個。試驗時處理罩封閉，起到保溫作用。首先進行單因素試驗，研究遠紅外燈管組數量、單根遠紅外燈管功率、加熱時間、遠紅外燈頂端與支架頂部距離等因素對溫度場分布的影響；然后進行正交試驗，優選出能使柑橘樹均勻加熱的參數；最后利用優選的參數，對柑橘黃龍病進行遠紅外熱處理田間試驗，檢測處理效果。

表1 試驗因素與取值Tab.1 Experiment factors and values

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1遠紅外燈管組數量對溫度場的影響

試驗條件：單根遠紅外燈管功率固定為0.8 kW，加熱時間3 min，遠紅外燈與支架頂部距離10 cm，通過改變遠紅外燈管組數量來改變加熱功率，其他試驗條件不改變，遠紅外燈管組數量分別選取為1、2、3、4，試驗重復3次，試驗結果如表2、3所示。根據表2中不同遠紅外燈管組數量下樹葉溫度，利用Matlab分別進行曲面插值，插值結果如圖6所示。圖6中坐標原點位于處理罩中心，邊緣位置與遠紅外燈的最近距離為20 cm。從理論分析，圖6b～6d中溫度應為對稱分布，但從圖6中可以看出，實際測得的溫度分布并不對稱，其主要原因應該是柑橘樹葉和枝干分布不均勻，導致柑橘樹吸收紅外輻射量不一致，造成溫度不對稱。

表2 遠紅外燈管組數量對樹葉溫度場的影響Tab.2 Citrus leaves temperature under different far infrared lamp groups quantity ℃

表3 遠紅外燈管組數量對枝干溫度場的影響Tab.3 Citrus branches temperature under different far infrared lamp groups quantity ℃

圖6 不同遠紅外燈管組數量樹葉溫度分布圖Fig.6 Leaf temperature distribution maps under different far infrared lamp groups quantity

從表2和表3可以得出，遠紅外燈管組數量對樹葉(表2)和枝干(表3)的溫度場分布均有極顯著影響(P<0.01)。隨著遠紅外燈管組數量的增加，樹葉以及枝干的平均溫度均增加，且樹葉溫度高于枝干溫度。結合圖6可以得出，當遠紅外燈管組數量為1或2時，處理罩內樹葉溫度場非常不均勻。

當遠紅外燈管組數量為3和4時，樹葉平均溫度分別為53.6、60.0℃，樹葉溫度極差分別為30.5、26.9℃；枝干平均溫度分別為39.9、45.2℃，枝干溫度極差分別為35.3、41.2℃。說明采用4組燈管組與3組燈管組加熱相比，前者樹葉溫度場更均勻，而后者枝干溫度場更均勻。

從以上試驗結果及分析可以看出，遠紅外燈管組數量對樹葉以及枝干溫度場分布影響顯著。隨著遠紅外燈管組數量的增加，樹葉以及枝干的平均溫度值增加，且樹葉溫度高于枝干溫度。燈管組數量為4時，樹葉溫度均勻，燈管組數量為3時，枝干溫度較均勻。當遠紅外燈管組數量為3時，樹葉平均溫度為53.6℃，枝干為39.9℃。

2.1.2單根遠紅外燈管功率對溫度場的影響

試驗條件：固定遠紅外燈管組數量為3，加熱時間2 min，遠紅外燈與支架頂部距離10 cm，其他試驗條件不變，改變遠紅外燈功率來加熱柑橘樹，遠紅外燈功率取0.7、0.8、0.9、1.0 kW，試驗重復3次，試驗結果如表4和表5所示。

表4 單根遠紅外燈管功率對樹葉溫度場的影響Tab.4 Citrus leaves temperature under different far infrared lamp power ℃

從表4和表5可以看出，當遠紅外燈管組數量為3，加熱時間為2 min，遠紅外燈與支架頂部距離為10 cm時，單根遠紅外燈管功率對樹葉(表4)和枝干(表5)溫度場分布均影響顯著(P<0.05)。樹葉的平均溫度均達到40℃以上，當單根遠紅外燈管功率為0.9 kW和1.0 kW時，樹葉、枝干溫度平均值接近，當單根遠紅外燈管功率為0.7 kW和0.8 kW時，樹葉、枝干的溫度平均值也接近，但與0.9 kW和1.0 kW相比時，溫度更低，同時溫度標準差也稍低。

表5 單根遠紅外燈管功率對枝干溫度場的影響Tab.5 Citrus branches temperature under different far infrared lamp power ℃

不同功率下樹葉平均溫度的變化如圖7所示。從圖7可以看出，不同功率下樹葉平均溫度上升趨勢相似；加熱功率為0.9、1.0 kW時，樹葉溫度明顯高于0.7、0.8 kW；功率為0.9、1.0 kW時，樹葉溫度上升速度基本接近，但前者溫度高于后者。當單根遠紅外燈管的功率為1.0 kW時，樹葉溫度平均值在1.5 min時上升到38.5℃，2 min時上升為47.2℃，0.5 min內上升8.7℃，上升速度與0.9 kW時接近。當單根遠紅外燈管的功率為0.7 kW時，樹葉溫度平均值在1.5 min時上升為35.2℃，2 min時上升為42.5℃，0.5 min內上升7.3℃，上升速度與0.8 kW時接近。

圖7 不同功率下樹葉平均溫度變化曲線Fig.7 Average temperature curves of leaves under different far infrared lamp powers

試驗結果表明，增加單根遠紅外燈管功率可在一定程度上增加樹葉以及枝干的溫度平均值，且相同條件下樹葉溫度高于枝干溫度。相同加熱時間，功率越高樹葉平均溫度上升幅度越大。0.7、0.8 kW以及0.9、1.0 kW時測得的樹葉以及枝干溫度相近。

2.1.3加熱時間對溫度場的影響

試驗條件：遠紅外燈管組數量固定為3個，單根遠紅外燈管功率0.8 kW，遠紅外燈與支架頂部距離10 cm，其他試驗條件不變，探究不同加熱時間對溫度場分布的影響，加熱時間取2.0、2.5、3.0、3.5 min，試驗重復3次。樹葉以及枝干的溫度平均值、標準差、顯著性分析結果如表6所示。

表6 加熱時間對溫度場的影響Tab.6 Effects of heating time on temperature field

從表6可以看出，加熱時間對樹葉以及枝干的溫度場分布均有顯著影響(P<0.01)。隨著加熱時間的增加，樹葉以及枝干的溫度平均值均增加，當加熱時間為3.5 min時，樹葉溫度達到59.6℃，枝干溫度平均值達43.6℃；當加熱時間為2.0 min時，樹葉溫度平均值為41.0℃，枝干溫度平均值為31.2℃，溫度上升幅度隨著時間推移逐步降低。

圖8 不同加熱時間樹葉溫度分布圖Fig.8 Leaf temperature distribution maps under different heating time

由于樹葉與枝干不能單獨加熱，且相同加熱條件下樹葉溫度高于枝干溫度，因此應該重點考慮樹葉溫度，根據表6中不同遠紅外燈管組數量下樹葉溫度，利用Matlab分別進行曲面插值，插值結果如圖8所示。圖中坐標原點位于處理罩中心，邊緣位置與遠紅外燈的最近距離為20 cm。

對于樹葉而言，加熱時間為2.0、2.5、3.0、3.5 min時，在燈的正前方距離燈20 cm處，平均溫度分別為50.2、56.2、61.8、67.7℃，最高溫度分別為53.5、62.4、64.2、72.7℃。在燈的正前方距離燈40 cm處，平均溫度分別為31.8、37.7、42.4、46.6℃。隨著加熱時間的增加，雖然距離遠紅外燈20 cm以及40 cm處的樹葉溫度平均值均增加，但從20 cm至40 cm的溫度降低的幅度沒有變化。

試驗結果表明，在2～3.5 min內，加熱時間增加0.5 min，樹葉溫度平均值升高6℃左右。在遠紅外燈正前方，距離從20 cm增加到40 cm時，樹葉溫度平均值下降幅度不隨加熱時間的變化而變化。相同條件下樹葉溫度高于枝干溫度。

2.1.4遠紅外燈頂端與支架頂部距離對溫度場的影響

試驗條件：遠紅外燈管組數量固定為3個，單根遠紅外燈管功率0.8 kW，加熱時間3 min，其他試驗條件不變，改變遠紅外燈與支架頂部距離來加熱柑橘樹，選取水平為10、15、20、25 cm，試驗重復3次。不同遠紅外燈與支架頂部距離下，樹葉以及枝干的溫度平均值、標準差、顯著性計算結果如表7所示。

表7 遠紅外燈與支架頂部距離對溫度場的影響Tab.7 Influence of distance between far infrared lamp and top of bracket on temperature field

從表7可以看出，當固定遠紅外燈管組數量為3，單根遠紅外燈管功率為0.8 kW，加熱時間為3 min時，遠紅外燈與支架頂部距離對樹葉的溫度場分布影響顯著(P<0.05)，對枝干的溫度場分布無顯著影響(P>0.05)。樹葉以及枝干各水平下的溫度平均值接近，樹葉溫度平均值達到50℃以上，枝干溫度平均值在40℃左右。當遠紅外燈與支架頂部距離為20 cm時，樹葉以及枝干的溫度標準差較其他水平時更小，且樹葉溫度標準差低于枝干溫度標準差。

2.2 正交試驗結果與分析

2.2.1正交試驗方案

根據單因素試驗結果，正交試驗考慮遠紅外燈管組數量(A)、單根遠紅外燈管功率(B)、加熱時間(C)、遠紅外燈與支架頂部距離(D)4個因素。選用L64(421)正交表，正交試驗因素水平如表8所示。根據L64(421)正交表安排正交試驗，試驗測量指標分為兩類：溫度平均值和溫度標準差，包含樹葉、枝干、整體(即所有測試點)溫度平均值和樹葉、枝干、整體溫度標準差共6個具體評價指標，試驗結果如表9所示。

表8 正交試驗因素水平Tab.8 Factors and levels of orthogonal test

表9 正交試驗結果Tab.9 Orthogonal test results ℃

2.2.2正交試驗直觀分析

正交試驗直觀分析是利用極差衡量各因素對各指標影響情況，極差越大則說明對該指標的影響越大，為重要影響因素，相反極差小則為次要因素[33]。直觀分析結果如表10所示，圖9則表示了各因素水平與各指標均值、標準差之間的關系。

由表10可知，因素A、B、C對樹葉、枝干、整體的溫度平均值以及溫度標準差這6個指標均有影響，除樹葉溫度標準差指標外，對其他指標的影響大小一致，從大到小的順序為A、C、B。D對6個評價指標也均有影響。對于樹葉、枝干和整體溫度平均值指標，各因素對其影響大小順序為A、C、B、D，最優組合為A4B4C4D1。對于樹葉、枝干和整體溫度標準差指標，各因素對其影響大小順序為A、C、B、D(其中樹葉溫度標準差為A、C與B、D相同)，最優組合為A1B1C1D4。從表10還可以看出，對于溫度平均值類指標，各因素的最優水平一致，因素A、B、C的最優水平為4，因素D的最優水平為1。對于溫度標準差類指標，各因素的最優水平也一致，且與溫度平均值類指標均不同，因素A、B、C的最優水平為1，因素D的最優水平為4。

表10 直觀分析結果Tab.10 Visual analysis result

圖9 因素水平與各指標均值、標準差的關系Fig.9 Diagrams of relationship between factor level and mean value, standard deviation of each index

由圖9可知，從溫度平均值類指標來看，因素A可以明顯提高樹葉、枝干、整體的溫度平均值。因素B以及因素C對樹葉、枝干、整體的溫度平均值的提高具有一定的促進作用，且因素C的促進作用比因素B明顯。因素D對樹葉、枝干、整體的溫度平均值的提高無明顯作用。從溫度標準差類指標來看，因素A對整體溫度標準差的影響隨著A的增加而逐漸增大，當因素A水平為3時，枝干溫度標準差與水平2、4相比有所降低，樹葉溫度標準差隨著A的增加變化較緩慢。因素B水平變化時樹葉、枝干、整體的溫度標準差無明顯改變，因素C對枝干、整體的溫度標準差的影響隨著C的增加也逐步加大，但對樹葉溫度標準差無明顯作用。隨著因素D的加大，樹葉、枝干以及整體的溫度標準差在一定程度上有所降低。

2.2.3正交試驗方差分析

直觀分析雖然能夠將各因素對評價指標的影響按照極差大小進行排序，但是各因素對指標的影響是否顯著卻不清楚。對于評價指標有顯著影響的因素應進行嚴格控制，而對于評價指標影響不顯著的因素則不用考慮。選取顯著性水平α≤0.05，對試驗結果進行方差分析，分析結果如表11所示，其中貢獻率為因素平方和與總平方和的比值，貢獻率越大則該因素對評價指標的影響越大。

從表11可知，因素A、B以及C對溫度平均值都是顯著影響因素。因素A、C對溫度平均值類指標的貢獻率最高，對樹葉溫度平均值的貢獻率分別為78%、14%，對于枝干溫度平均值的貢獻率分別為77%、15%，對于整體溫度平均值的貢獻率分別為78%、14%。而因素D對溫度平均值影響不顯著。因素A、B、C對溫度標準差類指標均有極顯著影響。因素A對溫度標準差指標的貢獻率最高，對樹葉、枝干、整體溫度標準差的貢獻率分別為56%、58%、68%。因素C對樹葉、枝干、整體溫度標準差的貢獻率分別為18%、26%、19%。因素B對樹葉、枝干、整體溫度標準差的貢獻率為11%、6%、8%。因素D對枝干、整體溫度標準差有極顯著影響，但對樹葉溫度標準差沒有顯著影響。表11還表明，對于各評價指標，因素A的貢獻率是最大的，因素C次之，說明遠紅外燈管組數量對評價指標的影響能力最大，其次是加熱時間。因素D僅對枝干和整體溫度標準差指標有顯著影響。

表11 方差分析結果Tab.11 Variance analysis results

2.2.4同一因素不同水平差異顯著性檢驗

采用鄧肯式新復極差檢驗法(Shortest significant ranges,SSR)對同一因素不同水平均值間的差異進行顯著性檢驗，檢驗結果如表12所示。

由表12可知，對于樹葉溫度平均值，因素A、C的4個水平均達到極顯著差異，因素B的第3水平和第4水平均與第1、2水平達到極顯著差異。對于枝干溫度平均值，因素A、C的4個水平均達到極顯著差異，因素B的第3水平和第4水平均與第1、2水平達到極顯著差異，因素D的第1水平與第4水平達到極顯著差異。對于整體溫度平均值，因素A、C的4個水平均達到極顯著差異，因素B的第3水

表12 同一因素各水平間差異顯著性SSR檢驗Tab.12 Significant SSR test for differences between levels of the same factor

平和第4水平均與第1、2水平達到極顯著差異，因素D的第1個水平與第4個水平達到極顯著差異。對于樹葉溫度標準差，因素A的第2水平和第3水平均與第1、4水平達到極顯著差異，因素B的第1水平和第4水平達到極顯著差異，因素C的第3水平和第4水平均與第1水平和第2水平達到極顯著差異，因素D的第3個水平與第4個水平達到極顯著差異。對于枝干溫度標準差，因素A的第2水平和第3水平均與第1、4水平達到極顯著差異，因素B的第3水平和第4水平均與第1、2水平達到極顯著差異，因素C的4個水平均達到極顯著差異，因素D的第1、3、4水平達到顯著差異。對于整體溫度標準差，因素A、B、C的4個水平均達到極顯著差異，因素D的第1、2、3水平與第4水平達到極顯著差異。除此之外，其他因素不同水平均值間的差異均不顯著。同一因素不同水平差異顯著性檢驗，為確定多指標正交試驗的最優水平提供了幫助。

2.2.5正交試驗結果驗證

對于多指標正交試驗，不同的評價指標受不同因素以及因素水平的影響也存在一定的差異，若僅注重優化某一評價指標，則其他評價指標對應的結果可能較差，因此，應綜合考慮各評價指標的試驗效果，綜合選擇各參數的最優水平。在采用直觀分析、方差分析、SSR檢驗的基礎上利用綜合平衡法確定最優參數水平組合。

評價指標不同，各因素的最優水平存在差異，根據表11和表12的方差分析、貢獻率以及同一因素各水平間差異顯著性SSR檢驗可知，在確定最優參數水平時，優先考慮整體溫度平均值，然后考慮樹葉溫度平均值、整體溫度標準差，再考慮枝干溫度平均值、枝干溫度標準差，最后考慮樹葉溫度標準差。

對于整體溫度平均值，各顯著性影響因素貢獻率由大到小依次為：A、C、B，首先分析因素A、C，考慮病菌、樹葉的耐熱性，剔除溫度在40℃以下，60℃以上的搭配，整體溫度平均值在40℃以上，60℃以下，A、C搭配按溫度由高到低進行排列的結果為：A4C2、A3C4、A3C3、A4C1、A3C2、A2C4、A2C3、A3C1，A、B搭配的排列順序為：A4B2、A4B1、A3B4、A3B3、A3B2、A3B1、A2B4。在以上排列的基礎上對樹葉溫度平均值試驗結果進行排序，剔除溫度在40℃以下，60℃以上的搭配，A、C搭配按溫度由高到低進行排列順序為：A3C3、A4C1、A3C2、A2C4、A2C3、A3C1，A、B搭配的排列順序為：A4B1、A3B4、A3B3、A3B2、A3B1、A2B4。在以上排列的基礎上對整體溫度標準差按照從小到大的順序排列為：A3C1、A2C3、A3C2、A2C4、A4C1、A3C3。在以上排列的基礎上對枝干溫度平均值按照從高到低的順序排列為：A3C3、A4C1。在以上排列的基礎上對枝干溫度標準差試驗結果平均值按照從小到大的順序排列為：A4C1、A3C3。

考慮整體以及樹葉溫度平均值指標時，在40～60℃內，在因素A與因素C的搭配中，A3C3溫度平均值最高，A4C1次之，A3C3比A4C1高出2℃左右；在因素A與因素B的搭配中，A4B1最高，A3B4次之，且二者之間相差也為2℃。枝干溫度平均值在40～60℃內的搭配為A3C3、A4C1。因素A的貢獻率最大，然后是因素C和因素B，綜合考慮各指標試驗結果、因素以及顯著性交互作用搭配，對于A、B、C3個因素考慮選取A3B4C3，對于因素D，選擇其在整體溫度平均值指標下對應的最優水平1，因此得到優化的參數組合為A3B4C3D1。

按照優化后的參數組合進行試驗，遠紅外燈管組數量為3，單根遠紅外燈管功率為1.0 kW，加熱時間為3 min，遠紅外燈與支架頂部距離為10 cm，各測點溫度以及各指標結果如表13所示。樹葉溫度平均值為58.1℃，枝干溫度平均值為43.1℃，整體溫度平均值為52.3℃。

2.3 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[34]，以研究柑橘黃龍病遠紅外處理效果。

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，試驗選取4棵柑橘樹，分為兩組，每組2棵，一組作為對照組，不進行處理，另一組作為試驗組，進行遠紅外處理。根據本研究得出的最優參數進行設置，遠紅外燈管組數量為3，單根遠紅外燈管功率為1.0 kW，加熱時間為3.0 min，遠紅外燈與支架頂部距離為10 cm。外界溫度為20℃，加熱3.0 min后，樹葉平均溫度達到58℃，關閉加熱，自然降溫9 min至30℃時結束，試驗裝置如圖10所示，該試驗每7 d進行一次，連續進行28 d。

表13 優化參數組合下的溫度分布Tab.13 Temperature distribution under optimal parameter combination

圖10 遠紅外田間效果試驗裝置Fig.10 Far-infrared field test equipment diagram1.處理罩 2.通道溫度記錄儀 3.功率調節器

試驗開始前，采集對照組(R-CK-1，R-CK-2)以及試驗組(R-1，R-2)4棵樹癥狀明顯的樹葉樣本，每棵樹東西南北方各采集一片，然后提取葉中脈DNA進行實時熒光定量PCR檢測。第4次試驗結束1個月后，用同樣方法采集對照組以及試驗組的樹葉樣本進行檢測。試驗前后檢測以及計算結果如表14所示。T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T小于30時，則可認為樣本感染了黃龍病。從表14可以看出，所選試驗樹均感染了黃龍病。根據檢測結果計算處理前后試驗組以及對照組的T平均值和病菌平均濃度(N)值。處理前試驗組的T平均值為19.84，N平均值為1.64×106，經過4次處理后，試驗組T值增加，T平均值為20.54，N平均值為1.01×106，平均降低率為34.4%。處理前對照組的T平均值為19.73，N平均值為1.95×106，處理后，對照組T平均值仍為19.74，N平均值為1.73×106，病菌平均濃度降低了11%。因此，可以認為遠紅外處理對于柑橘黃龍病防治具有一定效果。

表14 樣本實時熒光定量PCR檢測結果Tab.14 Sample real-time fluorescent quantitative PCR detection results

注：T為4片樹葉檢測結果的平均值；處理后指4次熱處理完1個月后的測量值。病菌濃度(N)為每ng總DNA中黃龍病菌拷貝數[20]，計算公式為:N=35.50×108×10(T-19.3)/-3.1692。

3 討論

通過試驗得出柑橘黃龍病遠紅外處理的較佳參數為：遠紅外燈管組數量為3，單根遠紅外燈管功率為1.0 kW，加熱時間為3 min，遠紅外燈與支架頂部距離為10 cm。在此條件下，樹葉溫度平均值為58.1℃，枝干溫度平均值為43.1℃，整體溫度平均值為52.3℃。

遠紅外燈管組數量為4時，加熱源更均勻，溫度場應該比燈管組數量為3更均勻，但研究結果并非如此。因為當紅外燈管組數量為4(偶數)時，每組燈管的對面是另一組紅外燈，而紅外燈管組數量為3(奇數)時，每組燈管對面沒有其他紅外燈，對面是鏡面反射鋁板，因柑橘樹枝葉比較稀疏，透過柑橘樹的紅外輻射會被反射到柑橘樹上，枝干的溫度會比較均勻一些。因此紅外燈管組數量為3(奇數)時，柑橘樹溫度差小。

遠紅外熱處理方法對柑橘黃龍病的防治具有一定效果，在優化的參數下，遠紅外方式處理后病菌濃度平均降低34.4%。而熱空氣快速處理病菌濃度平均降低率為66.2%[23]，對比熱空氣快速處理方法，熱空氣處理方式的處理效果更佳。熱空氣加熱方式使處理罩內溫度從32℃上升到48℃，耗時約為9 min，熱風機功率20 kW，能耗約為3 kW·h；但采用紅外加熱方式時，只需加熱3 min，樹葉溫度平均值可從18℃上升為58.1℃，3組燈管組(6根，每根功率約為1.0 kW)能耗約為0.3 kW·h，僅為熱空氣加熱能耗的1/10左右。熱空氣加熱風機質量達70 kg，而3組燈管總質量約為3 kg，不及熱風機質量的1/20。因此遠紅外快速熱處理方法具有加熱快、質量輕、能耗低等優勢，處理成本將更低，但病菌濃度去除率還有待提高。

利用遠紅外處理方式防治柑橘黃龍病，對病樹進行紅外熱處理所需要的最佳溫度、處理時間、處理的次數、相鄰兩次處理的時間間隔等因素對柑橘黃龍病處理效果的影響，以及如何提高處理效果，還需進行進一步研究。另外，遠紅外加熱對柑橘樹木的長勢、掛果率、柑橘品質等的影響未知，還有待進一步研究。

4 結論

(1)提出采用遠紅外對柑橘黃龍病進行熱處理，研究了遠紅外燈管組數量、單根遠紅外燈管功率、加熱時間、遠紅外燈與支架頂部距離對處理罩內溫度場分布的影響，并通過田間試驗驗證了柑橘黃龍病進行熱處理方法的有效性。

(2)遠紅外燈管組數量對樹葉以及枝干溫度場分布均影響顯著。隨著遠紅外燈管組數量的增加，樹葉以及枝干的平均溫度均升高，樹葉溫度高于枝干溫度。

(3)單根遠紅外燈管功率對樹葉以及枝干溫度場分布均影響顯著。相同加熱時間，功率越高樹葉平均溫度上升幅度越大。

(4)加熱時間對樹葉以及枝干的溫度場分布均有顯著影響。在2～3.5 min內，加熱時間每增加0.5 min，樹葉溫度平均值升高6℃左右。在遠紅外燈正前方，距離從20 cm增加到40 cm時，樹葉溫度平均值下降幅度不隨加熱時間的變化而變化。

(5)遠紅外燈與支架頂部距離對樹葉的溫度場分布影響顯著。