木质材料的昆虫侵蚀：检测方法与抗性评价

在工业与民用材料领域，众多源于生物的有机材料，特别是木材及其制品，时刻面临着害虫侵蚀的威胁。这些材料由木质素和纤维素构成，为多种害虫提供了集庇护、食物和繁殖于一体的理想栖息地。其中，最具破坏性的主要是鞘翅目昆虫（甲虫）和白蚁。在绝大多数情况下，是害虫的幼虫阶段以材料为食，导致其结构被破坏或功能被污染，直至无法修复。

图1 a-d 以家天牛（Hylotrupes bajulus）为例的木材蛀虫发育阶段。除成虫外，所有阶段均在木材内部，通常无法从外部观察到。（a）产卵的雌虫；（b）完全长成的幼虫（3至6年）；（c）蛹；（d）成虫（左雌右雄）

昆虫造成的破坏速率受到多种因素的显著影响，包括气候条件、材料的含水率、营养价值以及害虫的侵染密度。此外，高密度害虫群体的呼吸活动会产生热量和湿气，改变局部微气候，这反过来又为真菌、酵母和细菌的生长创造了有利条件，从而进一步加速了材料的整体腐朽进程。

因此，对潜在受威胁的材料，如木结构建筑、纸基保温材料、工具、家具及历史文物等，进行预防性保护和定期的专业检查至关重要。这不仅是保障其安全性和使用寿命的根本，更是责任所在。侵染发现得越早，采取补救措施成功的机会就越大。破坏的迹象通常具有材料特异性，有时也具有害虫特异性，这为我们实施精准的目标性修复与控制策略提供了依据。

然而，由蛀木昆虫造成的损害程度，尤其是内部损害，极易被忽视。因为蛀木甲虫的幼虫和某些白蚁物种只在木材内部进行挖掘，而保留一层浅薄的表面完好无损。尽管如此，仍有多种迹象可以揭示害虫的存在，且多数情况下无需特殊设备即可察觉。

图2 蛀木甲虫——常见家具窃蠹（Anobium punctatum）成虫

昆虫侵蚀的检测方法

侵蚀建筑木材最重要的昆虫类别是甲虫和白蚁。此外，少数种类的蚂蚁、树蜂（或称木蜂）、蛀木蛾和独栖蜂也可能造成一定程度的危害。通过观察木材表面的多种迹象，可以直接判断是否存在食木昆虫的侵袭，并且这些特征有助于区分不同的害虫种类。

目前，可用于检查蛀木昆虫存在的方法多种多样，包括目视检查、声学检测、X射线、红外成像，甚至可以动用专业的嗅探犬。

目视检查

对可能受昆虫侵害的材料进行检查，最直接简单的方法就是目视检查材料表面、掉落的碎屑以及昆虫活动留下的任何痕迹。

1. 羽化孔 (Flight holes) 羽化孔是成虫在木材内部完成幼虫阶段发育后，钻出木材时留下的出口。这些孔洞通常呈圆形或椭圆形，边缘锐利，需与螺丝孔或钉孔区分。宽椭圆形的孔洞是天牛科甲虫的典型特征，而圆形的孔洞则指向粉蠹或窃蠹科甲虫。

然而，单凭羽化孔的存在并不能最终证实侵染仍在持续，因为甲虫的发育和侵袭可能发生在很久以前。我们需要更多的信息来佐证。新出现的羽化孔颜色鲜亮，如同新锯开的木材，呈淡黄色，这表明近期有成虫羽化，且木材内部可能还有更多幼虫在发育。随着时间的推移，废弃的孔洞内会积聚灰尘，氧化作用会使孔洞内壁的粉末状边缘颜色变深。如果孔洞被旧的油漆层封住，且没有新的孔洞出现，也可能表明侵染已经停止。如有疑问，可以标记现有孔洞，并在一段时间后复查是否有新增孔洞。或者，用纸张将材料紧紧包裹或密封，新羽化的成虫会穿透纸张，留下出口，从而证实内部仍有活动。

干木白蚁的羽化孔可能与窃蠹科甲虫的出口混淆，它们是白蚁存在的首要迹象。干木白蚁生活在由数百个体组成的小型群体中，完全栖息于中度至极度干燥的木材内，无需与土壤接触。由于其生活方式隐蔽，它们的群体可能在木材中潜藏多年而不被发现，通常直到造成相当大的破坏后才显现出来。

图3 白蚁（Mastotermes darwiniensis）：底部为2只工蚁，顶部为3只兵蚁

户外常见的大型圆形孔洞（宽约12mm）通常是木蜂的巢穴入口。孔洞下方的木材常有黄色的粪便条痕。入口处通常有雄蜂守护，并发出嗡嗡声。

树蜂羽化时也形成圆形孔洞，直径在4到6mm之间。新鲜的孔洞只出现在新砍伐并在三年内使用的木材中。这是因为雌性树蜂在森林中将卵产在因火灾、病害或其他自然原因而衰弱或垂死的树木上，也包括新伐的原木和刚锯开的木材。它们极少会再次侵染干燥的结构木材。

2. 木材表面外观 蛀木昆虫的幼虫通常从木材最外层开始蛀食，仅留下一层纸一样薄的表皮。幼虫生长过程中产生的虫粪体积大于其蛀食的木材，导致被侵染的木材表面呈现出水泡状或波纹状外观。有时表皮会破裂，虫粪从细小的裂缝中掉落，在下方地面堆积。

从地面延伸至木质食物源的细小泥管（即蚁路），是地下白蚁存在的明确指标。这些蚁路呈圆形或扁平，宽度通常至少为8mm。这些白蚁生活在包含数千至数百万个体的群体中，与土壤环境紧密相关，它们在土壤中挖掘通道以寻找水源和食物（即木材）。

白蚁在取食木材时会挖掘出隧道或廊道，最终只留下一层薄薄的木质表皮。用硬物（如刀、锤子或螺丝刀）可以轻易压碎这些区域。在极端损坏的情况下，承重点部分坍塌的木材也可能暗示内部已被蛀空。通过敲击，未受损的木材会发出坚实的回声，而受损的木材则听起来是空洞的。

被称为“窗口”的狭缝状开口，其正下方有虫粪，是木匠蚁活动的明确迹象。这些虫粪通常含有蚂蚁和其他昆虫的碎片，与木纤维混合在一起。这是因为木匠蚁并不以木材为食，而是清除死去的昆虫、昆虫蜜露和其他物质。

3. 虫粪（排泄物）的出现 甲虫在取食时，常将粉末状的虫粪从其在木材中挖掘的孔洞中推出。虫粪堆积在孔洞下方或结构裂缝中。然而，这些粪堆并不一定表示侵染仍在活跃，因为振动也可能导致旧的虫粪掉落。搬运或移动曾被侵染的家具或其他木制品时，掉落的虫粪或昆虫碎片有时会让人误以为再次被侵染。一个简单的验证方法是：在静置的物体下方放置一张深色纸，观察是否有新的虫粪出现，以此判断侵染是否活跃。

虫粪的质地从极细到粗糙不等，这取决于害虫的种类。幼虫粪便的大小和形状通常具有物种特异性。例如，家天牛（Hylotrupes bajulus）产生的大颗粒圆柱形粪粒是天牛科甲醇的典型特征；而带有尖端的圆形粪粒则表明存在窃蠹科幼虫，如常见家具窃蠹（Anobium punctatum）；面粉或滑石粉状的虫粪则指向粉蠹科甲虫。用锤子轻敲木材，这些粪便会从羽化孔中掉落。使用放大镜可以更可靠地检查粪粒的形态。

干木白蚁的粪粒是其存在的可靠指标，通常在其木质栖息地附近发现。这些粪粒颜色因取食的木材而异，质地坚硬，呈细长形，大小均一（长度小于1mm），具有六个平坦或凹陷的侧面。粪堆中不含昆虫碎片或木纤维等杂物。

洞口外的一堆木屑是木匠蚁存在的线索。这些木屑较为粗糙，其中混杂有昆虫碎片和绝缘材料碎屑。这些木屑也可能在巢穴附近的蜘蛛网和窗台上找到。

4. 木材的损伤特征 大多数蛀木甲虫的幼虫在干燥木材的内部发育数年。隧道主要分布在边材，但也可能延伸到心材，特别是当心材部分腐烂时。取食隧道的大小和形状可以很好地指示致害的昆虫。然而，天牛科幼虫在初期蛀食产生的小隧道，很容易与窃蠹科甲虫的旧侵染痕迹混淆。因此，需要结合虫粪形态等其他指标进行最终判断。

一些蛀木昆虫只攻击软木，如家天牛；另一些则专门侵染硬木，如大多数长蠹科和粉蠹科甲虫。而某些窃蠹科物种则对软木和硬木都构成威胁。清理疑似受侵染木材的虫粪，可以暴露取食隧道，从而便于检查。

下表总结了常见蛀木昆虫造成的特征性损害。

表1 常见蛀木昆虫的特征性损害 (修改自 [14.18])

其他检测方法

声学检测 在夜深人静时，通过听觉也能捕捉到昆虫活动的线索。

• 幼虫啃食声：即使在侵染初期，也能听到幼虫蛀食时发出的“沙沙”或“滴答”声。这种声音在1-2米范围内，不分昼夜，以不规则的间隔出现。其振幅和频谱似乎具有物种特异性。
• 成虫敲击声：报死窃蠹的成虫会用头部敲击木材作为求偶信号。这种敲击声雌雄均可发出，无需借助工具即可听到。
• 白蚁奔跑声：使用高分辨率的接触式麦克风贴在待测木材上，可以探测到白蚁在隧道中奔跑的声音。
• 木匠蚁警报信号：活跃的蚁群会产生一种干燥的沙沙声，类似于揉搓玻璃纸的声音。在确定潜在巢穴位置后，用螺丝刀轻敲，可能会引发受惊蚂蚁发出的“咔哒”声作为回应。

技术辅助设备

• 内窥镜：可以提供关于损害程度的额外信息。
• 湿度计：在探测白蚁及其巢穴时特别有用。
• X射线和红外成像：X射线可以记录木材内部或建筑隐蔽部分的隐藏侵染，但其应用因缺乏安全的便携式设备和高昂的成本而受到限制。红外摄像机则通过记录生物体产生的热量来定位大规模的隐蔽侵染热点，如白蚁巢穴，但其准确性受建筑隔热和其他热源的影响。

其他迹象

• 昆虫本身：偶尔会直接发现成虫、白蚁或其他昆虫。在封闭结构中羽化的甲虫常被光线或窗户吸引。窗户周围或灯下大量脱落的膜质翅膀是白蚁活动的标志。
• 白蚁嗅探犬：经过特殊训练的犬只可以嗅出白蚁的踪迹气味，用于探测室内外的白蚁。佛罗里达大学的一项研究表明，其成功率高达96%。
• 粘性诱捕器：使用雌性信息素作为诱饵的粘性诱捕器，主要用于探测和监控甲虫种群，市面上有针对常见家具窃蠹的产品。

从复杂的侵染迹象判断，到利用专业设备进行精准定位，每一步都需要严谨的科学态度和丰富的实践经验。要准确识别害虫种类并评估损害程度，往往需要跨学科的知识。

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木材抗昆虫侵蚀性能的测试方法

木质材料的抗虫性可以是材料本身固有的，也可以通过改性木质基体或施用木材防腐剂（即杀虫剂）来获得。现有多种通用和特定的标准测试程序，这些程序使得在实验室获得的抗性数据能够有效地应用于实际场景。

针对蛀木甲虫的抗性测试

1. 预防性措施测试 这类测试旨在评估木材或防腐剂阻止昆虫初期侵染的能力。

• EN 46：测定对新孵化家天牛（Hylotrupes bajulus）幼虫的预防效果。该标准模拟了幼虫在木材裂缝中孵化并试图钻入的自然过程。
• EN 47：测定对新孵化家天牛幼虫的毒性值。通过全渗透处理，确定能阻止幼虫存活的防腐剂浓度。
• EN 21：通过幼虫转移法测定对常见家具窃蠹（Anobium punctatum）的毒性值。该方法适用于评估在维修工程中，经处理的木材与可能已被侵染的旧木材接触时的防护效果。
• EN 49-1 / EN 49-2：通过产卵和幼虫存活率，测定对常见家具窃蠹的保护效力。分别针对表面处理（Part 1）和渗透处理（Part 2）的木材。
• EN 20：测定对褐粉蠹（Lyctus brunneus）的预防作用，针对全渗透处理的木材。

2. 根除性措施测试 这类测试用于评估防腐剂清除现有侵染的效果。

• EN 22 (已被EN 1390取代)：测定对家天牛幼虫的根除作用。评估表面施用的防腐剂对已侵入木材试件的幼虫种群的致死效果。
• EN 48：测定对常见家具窃蠹幼虫的根除作用。模拟了对已受侵染但尚无羽化孔的木构件（如楼梯踏板）进行处理的情况。
• EN 370：测定阻止常见家具窃蠹羽化的根除效力。评估防腐剂对试图穿透处理过的木材表面的成虫的致死效果。

针对白蚁的抗性测试

白蚁的防治主要集中在预防上，因为一旦发现，损害通常已经非常严重。测试方法侧重于评估材料的预防性处理效果或土壤屏障的有效性。

• EN 117：测定对欧洲散白蚁（Reticulitermes species）的毒性值。确定能完全阻止白蚁攻击经渗透处理木材的防腐剂浓度。
• EN 118：测定对欧洲散白蚁的预防作用，主要针对表面处理。
• ASTM D 3345 / AWPA E1-72：美国标准，用于实验室评估木材和其他纤维素材料对地下白蚁的抗性。这些通常被视为筛选性测试，后续需要进行现场评估。
• 日本木材保存协会 (JWPA) 系列标准：
  • JWPA 11(2)：评估木材表面处理（刷涂、喷涂、浸渍）抗白蚁效果的现场测试方法。
  • JWPA 12：评估木材压力处理抗白蚁效果的实验室和现场测试方法。
  • JWPA 13：评估土壤处理剂抗白蚁效果的测试方法。

选择合适的测试标准并准确解读测试结果，是确保木质结构和产品长期耐久性的关键环节。如果您在实际工作中也面临类似的材料抗生物侵蚀性能评价挑战，我们非常乐意与您一同探讨解决方案。