光纖發(fā)光誘蟲燈對茶樹害蟲的誘捕效果研究

金　星

(遵義師范學(xué)院 物理與機(jī)電工程學(xué)院，貴州 遵義　563002)

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光纖發(fā)光誘蟲燈對茶樹害蟲的誘捕效果研究

金星

(遵義師范學(xué)院 物理與機(jī)電工程學(xué)院，貴州 遵義563002)

摘要：為了對茶樹害蟲進(jìn)行科學(xué)的測報(bào)和誘捕，設(shè)計(jì)了一種光纖發(fā)光誘蟲燈，開展了光纖發(fā)光誘蟲燈在不同發(fā)光顏色、不同亮滅規(guī)律的情況下與頻振式殺蟲燈對茶樹害蟲的誘集對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：光纖發(fā)光誘蟲燈在亮2min-滅1min的亮滅規(guī)律下誘蟲效果和能耗均好于頻振式殺蟲燈；在綠、黃、藍(lán)、白4種發(fā)光顏色中，黃色光誘蟲效果最好。同時(shí)，進(jìn)一步證實(shí)了頻振式殺蟲燈具有更好的殺蟲穩(wěn)定性；但對茶樹害蟲天敵也有很強(qiáng)的殺傷力，應(yīng)科學(xué)制定開燈方案。綜合誘蟲效果、能耗和使用壽命，光纖誘蟲燈具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：LED；誘蟲燈；側(cè)面發(fā)光光纖；頻振燈；對比研究

0引言

常見的茶樹蟲害主要有茶小地老虎、茶尺蠖、茶灰地老虎等趨嫩性害蟲和茶黑刺粉虱、茶小綠葉蟬及茶蚜等刺吸式害蟲。趨嫩性害蟲會直接嚼食茶樹芽葉，降低茶葉的嫩度；刺吸式害蟲會刺吸芽葉內(nèi)糖類、氨基酸等營養(yǎng)成分，破壞茶葉內(nèi)各種成分的比例，進(jìn)而影響整個(gè)茶葉的品質(zhì)。噴灑化學(xué)農(nóng)藥是使用最多的一種蟲害防治手段，但由于長期施藥及盲目施藥，導(dǎo)致農(nóng)藥殘留及環(huán)境污染，對人體健康產(chǎn)生危害，并對我國茶葉的國際聲譽(yù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

相關(guān)研究表明：這些害蟲具有趨色性和趨光性，因此可以利用害蟲對光和色的趨性對其進(jìn)行誘殺。頻振式殺蟲燈是近年來使用較多的新型植保燈具，具有誘集昆蟲種類和數(shù)量多及殺蟲效率高等優(yōu)點(diǎn)，在茶園殺蟲應(yīng)用中獲得了比較正面的肯定[1]；但該燈“敵我不分”，對天敵和其它無益無害昆蟲也具有較強(qiáng)的殺傷能力[2]，不利于保護(hù)生物多樣性。LED殺蟲燈是一種新型無公害滅蟲燈具，但其存在眩光污染、傷害人的眼角膜和虹膜等缺陷。

目前，利用LED殺蟲燈在誘殺農(nóng)作物害蟲等領(lǐng)域已有報(bào)道[3-5]，當(dāng)LED殺蟲燈處于不同亮滅狀態(tài)下對害蟲的誘捕數(shù)據(jù)以及LED殺蟲燈與頻振式殺蟲燈誘捕害蟲的對比試驗(yàn)還鮮有報(bào)道。學(xué)者周小云設(shè)計(jì)了一種基于MSP430單片機(jī)的新型殺蟲燈，并根據(jù)昆蟲行為學(xué)設(shè)計(jì)了16種燈光亮滅方式，在水稻試驗(yàn)基地進(jìn)行了田間試驗(yàn)，取得了較好的效果[6]。為了對茶樹害蟲進(jìn)行科學(xué)的測報(bào)和誘捕，筆者在此研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型光纖發(fā)光誘蟲燈，并于2014年7月1-25日開展了光纖發(fā)光誘蟲燈在不同顏色、不同亮滅規(guī)律的情況下與頻振式殺蟲燈對茶樹害蟲的誘集對比試驗(yàn)，現(xiàn)將光纖發(fā)光誘蟲燈設(shè)計(jì)思路、試驗(yàn)方法和結(jié)論進(jìn)行報(bào)道。

1光纖發(fā)光誘蟲燈

如圖1所示，光纖發(fā)光誘蟲燈主要由超高亮全彩LED光源、側(cè)面發(fā)光光纖、配光系統(tǒng)、散熱裝置和高壓電網(wǎng)等部分組成。由于LED光源發(fā)出的光線是散射光，為其加裝反光碗、反光膜、聚光透鏡和自聚焦透鏡以提高光線利用率、增強(qiáng)光源指向性和改變光源發(fā)散角度。當(dāng)側(cè)面發(fā)光光纖與LED發(fā)出的光線耦合后，一部分光線傳輸至光纖的出射端面，另一部分光線均勻地從光纖的側(cè)面?zhèn)鬏敵鋈?，從而形成光纖側(cè)面發(fā)光現(xiàn)象[7]。本誘蟲燈設(shè)計(jì)雙LED光源，兩個(gè)LED光源分別安裝在光纖兩個(gè)端面，最大限度地保證誘蟲燈的發(fā)光強(qiáng)度和均勻度。采用蓄電池作為儲能裝置為LED光源提供電能，利用光伏發(fā)電模塊為儲能裝置充電，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

光纖發(fā)光誘蟲燈相比傳統(tǒng)誘蟲燈，可以通過驅(qū)動(dòng)電路改變LED的發(fā)光顏色和發(fā)光方式，利用其更具誘集作用的光譜誘集害蟲，不僅可以在誘蟲燈上安裝高壓電網(wǎng)殺滅害蟲，還可以在誘蟲燈上覆蓋粘蟲膠誘捕害蟲，從而有效控制害蟲數(shù)量，促進(jìn)茶樹的生長發(fā)育。由于LED是冷光源，發(fā)熱量小，不會對茶樹造成危害；光纖具有柔軟、質(zhì)量小、抗腐蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以改變光路引導(dǎo)光線到達(dá)茶樹枝葉濃密處和植株下部的葉面[8]，解決傳統(tǒng)誘蟲燈對爬行類害蟲誘捕效果不好的問題。

1.反光膜　2.反光碗　3.鋁制散熱底座　4.導(dǎo)熱錫漿　5.銅制基

2試驗(yàn)過程與方法

試驗(yàn)場地位于貴州省遵義市湄潭縣永興茶場，茶叢高度0.8m。為避免外界光源對誘蟲效果的影響，試驗(yàn)地點(diǎn)需遠(yuǎn)離外界光源。試驗(yàn)時(shí)間為2014年7月1-25日，連續(xù)進(jìn)行25天試驗(yàn)，每天傍晚19:00接通誘蟲燈電源，次日早上7:00斷開誘蟲燈電源并進(jìn)行誘蟲量統(tǒng)計(jì)。

2.1試驗(yàn)器材

試驗(yàn)采取相同規(guī)格的光纖發(fā)光誘蟲燈(LED光源額定功率3W×2=6W，光纖長度1m，光纖直徑10mm，下文簡稱“光纖燈”)4臺，每個(gè)光纖燈均安裝高壓電網(wǎng)(電網(wǎng)電壓2 500V)；市場購置某品牌頻振式殺蟲燈(額定功率35W，波長320～400nm，電網(wǎng)電壓2 300V，下文簡稱“頻振燈”)1臺，筆記本電腦1臺，Microsoft Office Excel數(shù)據(jù)分析軟件1套。

2.2試驗(yàn)方法

總共5臺誘蟲燈，兩兩相距100m，呈正五邊形分布，光纖燈豎直安放，底座距離地面0.4m(茶樹冠下0.4m，茶樹冠上0.6m)，頻振燈的底座距離地面高度1.4m，5臺誘蟲燈下均安裝集蟲袋。為便于記錄，4臺光纖燈分別編號為1、2、3、4號燈，頻振燈編號為5號燈。

試驗(yàn)分為5個(gè)階段進(jìn)行：第1階段(7月1-5日)，4臺光纖燈常亮(下文簡稱“常亮”)。其中，1號燈發(fā)出綠色光(波長555～570nm)，2號燈發(fā)出黃色光(波長577～597nm)，3號燈發(fā)出藍(lán)色光(波長435～450nm)，4號燈發(fā)出白色光(波長390～760nm)，統(tǒng)計(jì)每天的誘蟲量；第2階段(7月6-10日)，4臺光纖燈的發(fā)光顏色與第1階段相同，亮滅規(guī)律同為亮2min-滅30s(下文簡稱“2min-30s”)；第3階段(7月11-15日)，4臺光纖燈的發(fā)光顏色與第1階段相同，亮滅規(guī)律同為亮2min-滅1min(下文簡稱“2min-1min”)；第4階段(7月16-20日)，4臺光纖燈的發(fā)光顏色與第1階段相同，亮滅規(guī)律同為亮5min-滅1min(下文簡稱“5min-1min”)；第5階段(7月21-25日)(下文簡稱“頻閃”)，控制1號燈間隔1min交替發(fā)出綠色光、黃色光、藍(lán)色光和白色光(下文簡稱“間隔1min”)，控制2號燈間隔2min交替發(fā)出綠色光、黃色光、藍(lán)色光和白色光(下文簡稱“間隔2min”)，控制3號燈間隔5min交替發(fā)出綠色光、黃色光、藍(lán)色光和白色光(下文簡稱“間隔5min”)，控制4號燈間隔10min交替發(fā)出綠色光、黃色光、藍(lán)色光和白色光(下文簡稱“間隔10min”)。

圖2　第1階段(常亮)誘蟲數(shù)據(jù)

3結(jié)果與分析

3.1第1階段(常亮)誘殺效果試驗(yàn)

第1階段各燈誘蟲數(shù)據(jù)如圖2所示。1號燈總誘蟲量為1 106頭，日均221.2頭，害蟲誘集量為1 011頭，益害比為1∶11；2號燈總誘蟲量為1 221頭，日均244.2頭，害蟲誘集量為1 143頭，益害比為1∶15；3號燈總誘蟲量為918頭，日均183.6頭，害蟲誘集量為846頭，益害比為1∶12；4號燈總誘蟲量為1 070頭，日均214頭，其中害蟲誘集量為1 005頭，益害比為1∶15；5號燈總誘蟲量為1 220頭，日均244頭，其中害蟲誘集量為1 025頭，益害比為1∶5。由此可見：①頻振燈的誘蟲量更大、誘蟲效率更穩(wěn)定；②在光纖燈常亮狀態(tài)下，對茶樹害蟲誘集效果最好的是黃色光，其誘蟲量與頻振燈誘蟲量相當(dāng)；③光纖燈的4種發(fā)光顏色中，誘蟲量由高到低的順序?yàn)辄S色光、綠色光、白色光、藍(lán)色光；④在頻振燈的集蟲袋中觀察到大量茶樹天敵，其益害比遠(yuǎn)高于光纖燈的益害比，光纖燈具有更好的綜合效應(yīng)。

3.2第2階段(2min-30s)誘殺效果試驗(yàn)

第2階段各燈誘蟲數(shù)據(jù)如圖3所示。1號燈總誘蟲量為584頭，日均116.8頭，害蟲誘集量為552頭，益害比為1∶17；2號燈總誘蟲量為724頭，日均144.8頭，害蟲誘集量為679頭，益害比為1∶15；3號燈總誘蟲量為491頭，日均98.2頭，害蟲誘集量為458頭，益害比為1∶14；4號燈總誘蟲量為658頭，日均131.6頭，害蟲誘集量為603頭，益害比為1∶11；5號燈總誘蟲量為1 156頭，日均231.2頭，害蟲誘集量為985頭，益害比為1∶6。從圖3的數(shù)據(jù)可見：①頻振燈誘蟲量大，誘蟲效率更穩(wěn)定；②光纖燈在“2min-30s”亮滅狀態(tài)下，其誘蟲量及誘蟲效果均不及頻振燈；③光纖燈的四種發(fā)光顏色中，誘蟲量由高到低依次為黃色光、白色光、綠色光、藍(lán)色光；④光纖燈誘蟲益害比低于頻振燈，綜合效應(yīng)更好。

圖3　第2階段(2min-30s)誘蟲數(shù)據(jù)

3.3第3階段(2min-1min)誘殺效果試驗(yàn)

第3階段各燈誘蟲數(shù)據(jù)如圖4所示。1號燈總誘蟲量為1 169頭，日均233.8頭，害蟲誘集量為1 054頭，益害比為1∶9；2號燈總誘蟲量為1 325頭，日均265頭，害蟲誘集量為1 206頭，益害比為1∶10；3號燈總誘蟲量為1 037頭，日均207.4頭，害蟲誘集量為974頭，益害比為1∶15；4號燈總誘蟲量為1 183頭，日均236.6頭，害蟲誘集量為1 107頭，益害比為1∶15；5號燈總誘蟲量為1 074頭，日均214.8頭，害蟲誘集量為943頭，益害比為1∶7。從圖4的數(shù)據(jù)可見:①頻振燈的誘蟲量依然大，但產(chǎn)生了小幅波動(dòng)；②光纖燈在“2min-1min”亮滅狀態(tài)下，其誘蟲量及誘蟲效果均好于頻振燈；③光纖燈的4種發(fā)光顏色中，誘蟲量由高到低依次為黃色光、綠色光、白色光、藍(lán)色光；④光纖燈誘蟲益害比低于頻振燈，綜合效應(yīng)更好。

圖4　第3階段(2min-1min)誘蟲數(shù)據(jù)

3.4第4階段(5min-1min)誘殺效果試驗(yàn)

第4階段各燈誘蟲數(shù)據(jù)如圖5所示。1號燈總誘蟲量為980頭，日均196頭，害蟲誘集量為917頭，益害比為1∶15；2號燈總誘蟲量為1 034頭，日均206.8頭，害蟲誘集量為946頭，益害比為1∶11；3號燈總誘蟲量為869頭，日均173.8頭，害蟲誘集量為799頭，益害比為1∶11；4號燈總誘蟲量為934頭，日均186.8頭，害蟲誘集量為852頭，益害比為1∶10；5號燈總誘蟲量為1 021頭，日均204.2頭，害蟲誘集量為847頭，益害比為1∶5。

圖5　第四階段(5min-1min)誘蟲數(shù)據(jù)

從圖5的數(shù)據(jù)可見:①頻振燈的誘蟲量依然比較穩(wěn)定；②光纖燈在“5min-1min”亮滅狀態(tài)下，其發(fā)出黃色光的誘蟲量及誘蟲效果略低于頻振燈；③光纖燈的4種發(fā)光顏色中，誘蟲量由高到低依次為黃色光、綠色光、白色光、藍(lán)色光；④光纖燈誘蟲益害比低于頻振燈，綜合效應(yīng)更好。

3.5第5階段(頻閃)誘殺效果試驗(yàn)

第5階段各燈誘蟲數(shù)據(jù)如圖6所示。1號燈總誘蟲量為798頭，日均159.6頭，害蟲誘集量為715頭，益害比為1∶9；2號燈總誘蟲量為911頭，日均182.2頭，害蟲誘集量為823頭，益害比為1∶9；3號燈總誘蟲量為1 005頭，日均201頭，害蟲誘集量為898頭，益害比為1∶8；4號燈總誘蟲量為804頭，日均106.8頭，害蟲誘集量為724頭，益害比為1∶9；5號燈總誘蟲量為993頭，日均198.6頭，害蟲誘集量為864頭，益害比為1∶7。從圖6的數(shù)據(jù)可見:①頻振燈的誘蟲量依然比較穩(wěn)定；②光纖燈在“間隔5min”的頻閃狀態(tài)下，其平均誘蟲量略高于頻振燈；③光纖燈的4種頻閃狀態(tài)中，誘蟲量由高到低依次為“間隔5min”、“間隔2min”、 “間隔10min”、“間隔1min”；④光纖燈誘蟲益害比低于頻振燈，綜合效應(yīng)更好。

3.6試驗(yàn)結(jié)論

整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)各燈誘蟲數(shù)據(jù)如圖7所示，綜上可得如下試驗(yàn)結(jié)論：

1)2014年7月1-25日，試驗(yàn)期內(nèi)實(shí)際開燈25天，共誘集各類茶樹昆蟲成蟲24 285頭。其中，第1階段共誘集昆蟲5 535頭，單燈日均誘集量221.4頭；第2階段共誘集昆蟲3 613頭，單燈日均誘集量144.5頭；第3階段共誘集昆蟲5 535頭，單燈日均誘集量231.5頭；第4階段共誘集昆蟲4 838頭，單燈日均誘集量193.5頭；第5階段共誘集昆蟲4 511頭，單燈日均誘集量180.4頭。由此可見：第3階段的誘蟲效果最好，這得益于光纖燈采取了“2min-1min”的燈光亮滅方式，與第3階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。

2)頻振燈的誘蟲量更大，誘蟲效果更穩(wěn)定，但在其集蟲袋中觀察到大量茶樹天敵，遠(yuǎn)多于光纖誘蟲燈對天敵的誘捕量。光纖燈1∶11.47的綜合益害比遠(yuǎn)低于頻振燈1∶5.83的綜合益害比，從保護(hù)生物多樣性的角度考慮，使用頻振燈時(shí)，應(yīng)根據(jù)害蟲發(fā)生規(guī)律科學(xué)制定開燈方案[9]。

3)對比光纖燈不同的燈光亮滅方案，在“2min-1min”亮滅狀態(tài)下誘蟲效果最好，誘蟲量高于頻振燈誘蟲量；“常亮”狀態(tài)次之，在“2min-30s”亮滅狀態(tài)下誘蟲效果最差；“2min-1min”方案的功耗理論上比“常亮”及“頻閃”方案節(jié)能33%。綜合考慮誘蟲效果和能耗，可優(yōu)先選用“2min-1min”方案。

4)對比光纖燈不同的發(fā)光顏色，黃色光誘蟲效果最好，藍(lán)色光誘蟲效果最差；對比光纖燈不同的頻閃狀態(tài)，“間隔5min”的頻閃方案誘蟲效果最好，“間隔1min”誘蟲效果最差。

5)頻振燈的誘蟲量呈下降趨勢，推測頻振燈波長范圍有限，長期使用導(dǎo)致害蟲對其光譜敏感選擇性降低[10]，產(chǎn)生“耐誘性”。

6)光纖燈6W的功耗遠(yuǎn)比頻振燈35W的功耗低得多，且LED光源的使用壽命(10萬h左右)遠(yuǎn)超頻振燈設(shè)計(jì)壽命5年(4.38萬h左右)，因此，光纖誘蟲燈節(jié)能效果顯著，性價(jià)比更高。

圖7　整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)各燈誘蟲數(shù)據(jù)

4結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種基于LED照明技術(shù)和光纖發(fā)光技術(shù)的新型誘蟲燈。試驗(yàn)表明：優(yōu)化搭配誘蟲燈的發(fā)光顏色和亮滅規(guī)律，可使其誘蟲效果優(yōu)于頻振式殺蟲燈。光纖發(fā)光誘蟲燈能深入茶樹植株內(nèi)部，對飛行類害蟲和爬行類害蟲均有誘捕作用。由于該誘蟲燈具有更好的光譜選擇性，因此可以更加有針對性地誘捕害蟲；發(fā)出的光線柔和不刺眼，防水等級高，作為茶樹蟲害防治領(lǐng)域的補(bǔ)充和延伸，具有一定的推廣價(jià)值。

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Research on the Trapping Efficiency of Fiber-emitting Insect Light Trap in Tea Pests

Jin Xing

(Physics and Mechanical & Electrical Engineering Institution,Zunyi Normal College, Zunyi 563002, China)

Abstract：In order to scientific forecasting and trapping in tea pests, the fiber-emitting insect light trap is designed for the trapping comparative research with frequency trembler grid lamps in different emitting color and the law of blinking.The results showed that the trapping efficiency and energy consumption of fiber-emitting insect light trap in the law of blinking which was lighting on 2min-off 1min better than frequency trembler grid lamps.The trapping efficiency was the best in yellow color than the other three kinds of emitting color like green, blue, white.The frequency trembler grid lamps had the better insecticidal stability was further confirmed in the study, however with strong lethality for tea pests natural enemies, so the lighting program should be scientifically formulated.On the whole, the fiber-emitting insect light trap has a better prospect of application comprehensive by the trapping efficiency, energy consumption and service life.

Key words：LED; insect light trap; side glowing optical fiber; frequency trembler grid lamps; comparative research

文章編號：1003-188X(2016)07-0224-05

中圖分類號：S435.711；S431.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介：金星(1979-)，男，貴州遵義人，副教授，碩士，(E-mail)jinxingpl@163.com。

基金項(xiàng)目：貴州省科學(xué)技術(shù)基金資助項(xiàng)目(黔科合J字LKZS[2014]11號)；貴州省省級重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目(黔學(xué)位辦[2013]18號)；貴州省教育廳產(chǎn)學(xué)研基地項(xiàng)目(黔教合KY字[2013]127號)

收稿日期：2015-07-01