《Nature》丨树木侦探，破解木材犯罪

2020-12-16 11:55:13, 木材地理华质泰科生物技术（北京）有限公司

本文转载自公众号： woodgeographic木材地理，有所删减。

始于1869年的英国《Nature》杂志是全世界最早、最权威及最有名望的科学期刊之一。2019年4月3日，《Nature》刊登了英国牛津郡（Oxfordshire，UK）自由撰稿人艾思林·欧文（Aisling Irwin）有关木材鉴定的文章：

Tree sleuths are using DNA tests and machine vision to crack timber crimes

树木侦探正在使用 DNA 测试和机器视觉来破解木材犯罪

Nature 568, 19-21 (2019)

doi: 10.1038/d41586-019-01035-7

Aisling Irwin

2016年，CITES 条约禁止许多种类的红木贸易，包括来自马达加斯加的物种。来源：Toby Smith/EIA

2014年4月，当420吨深红色原木抵达斯里兰卡的港口时，海关官员向它们投去了可疑的目光。这些木材从坦桑尼亚联合共和国的桑给巴尔岛（Zanzibar，Tanzania）离岸，目的地是香港，然后进入中国市场，可能会被制成昂贵的红木家具。

然而，国际刑警组织向斯里兰卡官员发出警告，称有3669枝红木原木来自马达加斯加，这个国家在2010年就禁止了此类木材的出口。

马达加斯加红木的走私路径

2014年，斯里兰卡查获马达加斯加红木现场（树种是卢维勒黄檀 Dalbergia louvelii），总计28条集装箱货柜，价值超过700万美元。

为了验证这批红木的起源，斯里兰卡当局将样品送到美国鱼类及野生动物管理局（United States Fish and Wildlife Service，FWS）位于俄勒冈州（Oregon）亚什兰（Ashland）的法医鉴定实验室，该实验室当时正在测试一种新型仪器，实时直接分析质谱仪（DART-MS），可用于打击非法采伐。仅仅几秒钟，实验室的化学家埃德加·埃斯皮诺萨（Edgard Espinoza）就确定了木材样本具有马达加斯加红木种类的独特化学特征，因而不是合法出口的木材。

美国鱼类及野生动物管理局，可点击查看14年华质君提及的动物大营救：濒危物种版 Chicken Run !

法医鉴定实验室的化学家 Edgard Espinoza，正在分析斯里兰卡送样的马达加斯加木材。

实时直接分析质谱系统（DART-MS）

DART 发明人 Chip Cody

更多木材鉴别应用，请点击：

识木寻踪 | 化学指纹妙说溯源

2000年之后，非法采伐木材的贸易量再次上升。国际刑警组织估计，全球木材贸易中有15％-30％违反了所在国法律或国际条约。不过在很多地方，非法采伐有可能超过合法木材的贸易量。在一些热带国家，如刚果，老挝和巴布亚新几内亚，非法木材占地方产量的70％以上。

2016年，濒危野生动植物种国际贸易公约（CITES）将所有属于黄檀属的红木列入了它的附录名单。

CITES 对于黄檀属等物种的管制信息

这些表明，非法木材的进出口，事实上正在继续蓬勃发展，其中的部分原因是犯罪行为很难被揭开。从巴西和马达加斯加到欧洲的喀尔巴阡山脉，那些树木通过蜿蜒的路线，从当地的森林最终来到我们的客厅，这其中经历各种曲折的加工和交易，非法木材得以被隐藏身份乃至漂白。

比如，单张人造胶合板可包含18种不同的热带木材，而来自俄罗斯的一株非法柞木（Oak Tree，白橡木的一种）可以远航到越南，并被制作成为一张桌子，当它到达一家美国零售商手中时，不知不觉，它的起源就已经被改变了。

一个在全世界众所周知的丑恶现实是：木材来源的纸质文件记录，往往都易于被涂改操纵。科学家正在开发一套工具，可以识别到树种和来源国家及地区。其中一些方法已被用于破案。

世界的森林

木材解剖发现犯罪痕迹

一株巨大的桉树在彼得·盖森（Peter Gasson）位于伦敦皇家植物邱园（Kew）的办公室中十分显眼，木材解剖学家的实验室总是能够吸引大家的好奇心。

英国皇家植物邱园，位列世界遗产名录

木材解剖后的宏观组成

技术是帮助海关官员识别和缉获来自濒危物种木材的关键点。盖森（Gasson）实验室里的一副木制百叶窗并非引人注目，却因制造商声称它们是用松木制成的，引起海关人员的怀疑。事实证明，这个怀疑是有根据的，因为通过木材解剖，盖森发现，百叶窗不是由松树的木材制成，而来自棱柱木（Ramin）。

“所有在东南亚生长的棱柱木都濒临灭绝，木材交易是非法的”，盖森说。

棱柱木（白木）的非法贸易

德国汉堡杜能研究所木材溯源能力中心的杰拉德·科赫（Gerald Koch）将木材解剖学推向了一个新的高度，利用这个新技术，曝光了一个涉及欧洲木炭供应的深远丑闻。

2017年，野生动物慈善机构世界自然基金会（WWF）德国分部与科赫接洽，表达了对于德国人无意中使用了由受保护的森林木材制成的木炭的担忧。

科赫团队使用3D反射光显微镜（3D reflected-light microscope）分析，并推断烧烤木炭样本中有40％来自热带国家，并最终帮助揭露了乌克兰的一次重大伐木欺诈行为。

杜能的研究人员在进行木炭来源树种鉴定分析

木材解剖学家人员的缺乏，激发了人们对于研究开发机器识别木材的兴趣。在美国林产品实验室，威登霍夫特（Wiedenhoeft）和工程师约翰·赫曼森（John C. Hermanson）发明了木电管（XyloTron），他们将其用作现场筛查工具，以便提示检查人员是否值得进一步的法医分析。

使用木电管（XyloTron）系统鉴定木材。来源：Andrew Averil, Hardwood Floors Magazine

木材犯罪现场调查

不过，即使使用了木电管和3D显微镜等技术，木材解剖学家通常仍无法确定这段树木或对应物种的确切来源。这些是非常重要的，因为木材合法性可能取决于其来源。

所有的棱柱木（Ramin）贸易都是非法的，因此识别特征足以让它们被扣押；但其他木材更复杂，比如柚木（Teak），来自泰国的允许贸易，而来自缅甸的则是非法的，所以需要能够找到柚木样品的种植地点。

正在被砍伐的缅甸的柚木林，来源：Soe Zeya Tun/Reuters

美国华盛顿特区环境调查署（EIA）怀疑美国硬木地板零售商林木宝（Lumber Liquidators）所购买的蒙古栎 Quercus mongolica（俗称柞木）来自非法采伐的俄罗斯东部森林，而不是来自合法的中国库存种群。

为此，EIA 联系了农业同位素实验室（Agroisolab / TÜV Rheinland Agroisolab GmbH）寻求帮助，以便得知是否能确定木材的来源。

科学家使用木材中的氧，氮和碳同位素模式来确定其确切的生长位置。同位素的比例会因不同的地质和气候模式而相异。最终鉴定显示：栎木（柞木）地板用材来自俄罗斯，而不是中国！

同位素数据证实了联邦调查人员已收集的证据。林木宝于2016年认罪并同意支付1300万美元的罚款——这是迄今为止美国因非法木材买卖而开出的最大罚单。

环境调查署（EIA）对于林木宝采购非法俄罗斯远东柞木的报道

树木的奥秘

沉香木（Agarwood）的内含物气味和红木（Rosewood）的材色花纹都来自木材内部的化学成分，而这些会随着遗传和环境的改变而变化。在美国鱼类及野生动物管理局法医鉴定实验室（US Fish and Wildlife Service Forensics Lab），现在可以使用实时直接分析-飞行时间质谱（Direct Analysis in Real Time，DART-TOF MS）技术来揭示这些木材的化学指纹（chemical fingerprints）。这项技术使用一股高温的氦等离子流轰击牙签大小的木材样品，当分子从样品表面脱附后即被电离推向质谱仪，这些离子由于质量不同在电磁场中被分离，从而产生各自的信号。

实验室化学家凯蒂·兰开斯特（Cady Lancaster）认为：“如果参考样本收集的足够多，木材解剖学家们无法区分的两个不同树种，使用 DART-MS 可以如同区别黑白双色一样容易（like night and day）。”

DART 实时直接分析原理

更多详情，请点击：

DART 原位质谱 Q&A （第3期）

识木寻踪 | 化学指纹妙说溯源

实验室化学家埃德加·埃斯皮诺萨（Edgard Espinoza）是实时直接分析质谱技术应用于木材鉴定的共同开创者，自2013年以来，Espinoza 一直为美国海关核实可疑物品，也包括在斯里兰卡截获的红木。他和凯蒂·兰开斯特（Cady Lancaster）正在建立一个来自世界各地的数千种木材样本的数据库，其中亦包括 CITES 下列出的所有商业交易品种。

法医鉴定实验室化学家凯蒂·兰开斯特，展示一片制琴用巴西黑黄檀 Dalbergia nigra（Brazilian rosewood）的木材面板。

树木数据库

尼古拉·特斯克林德（Niklas Tysklind）是法国国家农业研究院（INRA）的生态遗传学家。2014年，尼古拉来到南美洲的法属圭亚那（Guyane française），其目标是获取树种圭亚那铁线子的木材和叶片，这种树木隶属于山榄科 Sapotaceae，因出产巴拉塔树胶，故又名 balatá。此次科考旨在建立一个非洲和拉丁美洲地区树木的遗传学数据库，以供人们作为参考的重要依据。