蝗蟲趨光效應(yīng)下光振氣吸滑移捕集效應(yīng)

劉啟航　周強(qiáng)

摘要：為研制蝗蟲趨光捕集裝置，確定捕集實(shí)施的調(diào)控措施，利用蝗蟲光振氣吸滑移捕集試驗(yàn)裝置，進(jìn)行蝗蟲趨光激振氣吸捕集測試，分析光振氣吸對蝗蟲趨光捕集的影響，探討蝗蟲趨光捕集效應(yīng)。結(jié)果表明：蝗蟲趨光視覺效應(yīng)及趨光視覺敏感行為的激發(fā)程度，影響蝗蟲對光目標(biāo)捕捉的趨光行為強(qiáng)度及捕集進(jìn)入程度，且光照刺激蝗蟲視覺系統(tǒng)，引起糞便排泄、附著黏液等新陳代謝增強(qiáng)的外在表現(xiàn)形式，表明體內(nèi)生理活動(dòng)的強(qiáng)度，并反映蝗蟲趨光視覺生理響應(yīng)程度；30°傾斜捕集環(huán)境中，蝗蟲重力作用調(diào)控摩擦力和接觸牽引力控制行為的弱化程度，是滑移實(shí)現(xiàn)的主要原因，蝗蟲敏感響應(yīng)捕集環(huán)境的趨光附著爬行行為調(diào)控，對趨光捕集行為實(shí)現(xiàn)具有重要作用；負(fù)壓風(fēng)力的氣吸牽引對趨光捕集行為實(shí)現(xiàn)的增效、光振激發(fā)措施的調(diào)控增益，強(qiáng)化蝗蟲敏感響應(yīng)捕集環(huán)境的程度；振動(dòng)、風(fēng)機(jī)噪聲、入蟲口處負(fù)壓風(fēng)等不良刺激，影響光照誘導(dǎo)、氣吸吸捕蝗蟲捕集進(jìn)入效果，其以上層捕集入口和吸蟲口風(fēng)速組合為（6、9 m/s）時(shí)，光振氣吸耦合調(diào)控效果最好，且蝗蟲趨光捕集率達(dá)到90%，可滿足不同趨光特征蝗蟲的捕集，然而野外蝗蟲趨光捕集效果的驗(yàn)證須進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：蝗蟲；趨光效應(yīng)；激振；氣吸；滑移捕集

中圖分類號： S433.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0182-05

蝗蟲光電誘導(dǎo)捕集治理的光機(jī)電一體化裝備技術(shù)[1]，利用蝗蟲種群趨光特性的光電效應(yīng)特征，集成電子殺蟲技術(shù)和機(jī)械化吸捕技術(shù)的特征，把蝗蟲趨光誘導(dǎo)和機(jī)械滑移捕集相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)蝗蟲誘導(dǎo)捕集治理。在此項(xiàng)技術(shù)中，優(yōu)化蝗蟲光電誘導(dǎo)滑移摩擦的調(diào)控因素，整合增效蝗蟲趨光捕集實(shí)施措施，構(gòu)建蝗蟲光電誘導(dǎo)滑落捕集調(diào)控激發(fā)的技術(shù)原理，對設(shè)計(jì)適于蝗蟲滑落捕集的光電誘導(dǎo)捕獲機(jī)構(gòu)具有重要意義。

研究指出，光電刺激蝗蟲視覺的生物光電效應(yīng)，使得聚集蝗蟲的活動(dòng)行為表現(xiàn)出異常的爬行、跳躍和飛翔，這對聚集蝗蟲的機(jī)械收集造成不利影響[2]，并且光電誘導(dǎo)作用下跌落于捕集滑板的蝗蟲，因蝗蟲腳掌與滑板表面存在柔性平面和機(jī)械鎖合的雙重接觸方式，而易找到支撐點(diǎn)，難以有效實(shí)現(xiàn)蝗蟲的滑移捕集[3]?；认x附著系統(tǒng)與材料表面的接觸機(jī)理研究指出[4]，滑板材料與蝗蟲驅(qū)動(dòng)足掌墊間分子作用影響蝗蟲滑移摩擦行為，產(chǎn)生的滑移調(diào)控效應(yīng)受到材料表面特性和滑板傾角的影響。這些從蝗蟲生物摩擦學(xué)角度僅著重研究蝗蟲足掌在硬表面上的接觸和運(yùn)動(dòng)過程中的變形、應(yīng)力應(yīng)變、生理響應(yīng)等方面，蝗蟲生物活性體對滑移捕集調(diào)控環(huán)境的響應(yīng)調(diào)整和摩擦控制捕集行為的過程，并未受到人們的關(guān)注。

蝗蟲趨光捕集研究指出，蝗蟲敏感光譜頻閃交變光照能夠激發(fā)其形成良好的趨光視覺行為，加速趨光滑移捕集的實(shí)現(xiàn)，且蝗蟲響應(yīng)滑移通道組合捕集環(huán)境刺激的調(diào)控行為，能夠增益滑移捕集效果[5]。同時(shí)，蝗蟲敏感激振刺激，能夠快速激發(fā)蝗蟲敏銳響應(yīng)光照誘導(dǎo)捕集環(huán)境的摩擦控制調(diào)控行為，益于趨光捕集活性行為的激發(fā)[6]。另外，氣吸式捕蝗設(shè)備在草原蝗蟲的物理防治中獲得良好運(yùn)用，但吸捕機(jī)音影振動(dòng)及氣流刺激干擾下蝗蟲反應(yīng)特性制約了吸捕效果[7]。因而，針對蝗蟲生物摩擦控制的趨光滑移效應(yīng)，利用激振措施激發(fā)蝗蟲摩擦控制調(diào)控行為的良好實(shí)現(xiàn)，結(jié)合蝗蟲氣吸捕集效應(yīng)，查明光振氣吸調(diào)控激發(fā)蝗蟲捕集行為的增益程度及光振氣吸作用環(huán)境的影響，優(yōu)化光振氣吸實(shí)施措施，研究蝗蟲趨光捕集行為調(diào)控效應(yīng)弱化摩擦控制、增效捕集效果的非適宜因素，可更好地設(shè)計(jì)蝗蟲捕集機(jī)的光電系統(tǒng)和機(jī)械機(jī)構(gòu)。

本試驗(yàn)利用蝗蟲趨光激振氣吸滑移捕集試驗(yàn)臺，研究光振氣吸措施對蝗蟲機(jī)械捕集的調(diào)控效應(yīng)，探討蝗蟲趨光滑移捕集效應(yīng)，獲得光振氣吸調(diào)控實(shí)施措施，以期為蝗蟲捕集機(jī)設(shè)計(jì)及調(diào)控措施實(shí)施提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)蟲源

選用河北邯鄲蝗蟲養(yǎng)殖基地棚內(nèi)飼養(yǎng)的東亞飛蝗健壯成蟲，平均體質(zhì)量（1.31±0.17） g，體長（41.82±1.98） mm，試驗(yàn)前蝗蟲擱置在陽臺上的透明玻璃飼養(yǎng)箱內(nèi)自然適應(yīng)，試驗(yàn)時(shí)采集，試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，室溫27～30 ℃。

1.2 試驗(yàn)裝置

蝗蟲趨光激振氣吸滑移捕集效應(yīng)測試試驗(yàn)裝置如圖1所示。

機(jī)械捕集裝置：水平呈30°上層通道1′和水平呈45°下層通道1″組成捕集通道1，經(jīng)下層通道落口，與長×寬×高為02 m×0.4 m×0.2 m的捕集箱6（其上設(shè)置箱門，便于收集捕集的蝗蟲）連接，且水平呈20°吸蟲通道2的寬×高為 0.4 m×0.045 m，與箱體6和下層通道光滑過渡連接于箱體上。其中：上下層通道形成的滑移板由1 mm厚不銹鋼板一次折彎制成，由一側(cè)不銹鋼板、一側(cè)透明玻璃板（以便觀察）組合，且上、下層通道上板分別由透明玻璃板（實(shí)現(xiàn)光照激發(fā)蝗蟲行為調(diào)控的阻擋作用）膠合覆蓋、不銹鋼板點(diǎn)焊覆蓋，并形成長×寬×高為200 mm×400 mm×65 mm和180 mm×400 mm×65 mm的捕集通道空間；捕集通道透明玻璃板同側(cè)，吸蟲通道側(cè)板為透明玻璃板（以便觀察），其余由不銹鋼板組成，內(nèi)設(shè)風(fēng)速調(diào)節(jié)板，以調(diào)整風(fēng)速實(shí)現(xiàn)趨光爬行蝗蟲的氣吸捕集。捕集裝置密封良好，以避免氣吸漏風(fēng)，影響試驗(yàn)效果。

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)：由變頻柜（型號CIMR2G5A4011，功率3.7 kW）、1.5 kW電動(dòng)機(jī)和CF-11離心風(fēng)機(jī)等組成，其中，變頻柜調(diào)頻控制電動(dòng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)離心風(fēng)機(jī)不同的抽風(fēng)速度、220 V 交流電供電。風(fēng)機(jī)經(jīng)連接與捕集箱相連，連接處由法蘭螺栓固定密封，避免氣吸漏風(fēng)。

激振系統(tǒng)：2個(gè)直流振動(dòng)電機(jī)（50 Hz振動(dòng)頻率，1.28 kN單激振力，12 V供電源）作為振動(dòng)源，安裝于2個(gè)電機(jī)支撐板上，其焊接于上層通道下滑移板水平中心線下方1/4處，與豎直中心線對稱放置（水平距離200 mm）；89C51微控制器控制，TIP-122驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)時(shí)間為0.4 s、振動(dòng)間歇時(shí)間為1 s的振動(dòng)激發(fā)功能。

光源系統(tǒng)：紫光陣列與綠紫藍(lán)條紋光組合成調(diào)控性光源系統(tǒng)5，放置于一端鉸接于捕集通道1入口處、一端由支撐調(diào)節(jié)形成水平呈15°傾角的有機(jī)透明玻璃支撐板上，并距透明玻璃板8的水平放置距離為150 mm。其中，紫光光照為11×9的LED（1W/顆）陣列，綠紫藍(lán)光照為4個(gè)1×9的LED（1 W/顆）陣列，凸出紫光80 mm，相隔間距88 mm；紫光和綠紫藍(lán)光照度均為1 000 lx，分別由27、12 V直流電源供電，單片機(jī)微控制器控制，編程實(shí)現(xiàn)光間隔30 ms頻閃紫光與光周期 640 ms 交變綠紫藍(lán)光組合的調(diào)控光照，及恒定光照，TIP-122 驅(qū)動(dòng)LED。

蝗蟲光電誘導(dǎo)響應(yīng)裝置：由行為通道7（長×寬×高：1.0 m×0.4 m×0.7 m）、蝗蟲活動(dòng)室9（長×寬×高：0.4 m×0.6 m×0.7 m）、導(dǎo)引板8（3個(gè)寬為50 mm木板制成，一側(cè)沿捕集入口中心及左右兩側(cè)固連于其下連接板上，另一側(cè)延至活動(dòng)室入口，與水平面呈20°傾角，實(shí)現(xiàn)蝗蟲光電誘導(dǎo)捕集進(jìn)入導(dǎo)引功能）、閘門10（啟閉功能）、透明玻璃板11（阻止光照透光激發(fā)下飛逸及彈跳蝗蟲逃逸功能）、擋板11（防止趨光蝗蟲逃逸）等組成。

1.3 試驗(yàn)方法

20：00—22：00進(jìn)行試驗(yàn)。對于同一次試驗(yàn)，試蟲備3組，每組40只，依次測試，取平均值，標(biāo)準(zhǔn)誤差為2.5%～5%，不影響結(jié)果分析。每次試驗(yàn)30 min前，蝗蟲放置于活動(dòng)室內(nèi)進(jìn)行適應(yīng)。試驗(yàn)光照15 min，處理間隔20 min，光源光照度標(biāo)定為1 000 lx。上層通道入口處6 m/s負(fù)壓風(fēng)速時(shí)，風(fēng)速儀標(biāo)定吸蟲通道入口處（7、8、9、10 m/s風(fēng)速利用風(fēng)速調(diào)節(jié)板調(diào)整實(shí)現(xiàn)）負(fù)壓風(fēng)速，設(shè)定變頻儀控制頻率。

試驗(yàn)時(shí)開啟誘導(dǎo)光源、閘門，首先進(jìn)行恒定、調(diào)控光照激發(fā)下蝗蟲趨光捕集效果的測定，在此基礎(chǔ)上開啟振動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行光振條件下蝗蟲趨光捕集效果的測定，以確定光振激發(fā)蝗蟲趨光捕集效應(yīng)的差異。然后，開啟變頻柜，上層通道入口處6 m/s風(fēng)速時(shí)，設(shè)定吸蟲通道入口處不同風(fēng)速的控制頻率，待風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，開啟誘導(dǎo)光源、閥門、振動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行上層通道與吸蟲通道入口處不同負(fù)壓風(fēng)速組合、調(diào)控光照、激振條件下蝗蟲趨光捕集效果的測定，以確定氣吸最佳增效蝗蟲趨光捕集效果的模式。在氣吸風(fēng)速最佳組合確定的基礎(chǔ)上，開啟光振氣吸控制系統(tǒng)及閥門，進(jìn)行不同光照（恒定、調(diào)控）條件下光振氣吸蝗蟲趨光捕集效果試驗(yàn)，以驗(yàn)證激發(fā)模式的增效性。試驗(yàn)中，觀察蝗蟲激發(fā)捕集試驗(yàn)現(xiàn)象；試驗(yàn)后，統(tǒng)計(jì)蟲數(shù)。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果中，滑移捕集率（3次試驗(yàn)直接滑移蟲數(shù)均值占40頭蟲數(shù)的比例）反映光照（恒定或調(diào)控）、光振、光振氣吸激發(fā)下蝗蟲直接滑移捕集的效果；碰撞滑移捕集率（3次試驗(yàn)碰撞滑移蟲數(shù)均值占40頭蟲數(shù)的比例）反映光照（恒定或調(diào)控）、光振、光振氣吸激發(fā)下上層通道內(nèi)蝗蟲彈跳碰撞后在下層通道內(nèi)的直接滑移捕集效果；蝗蟲滯留率（3次試驗(yàn)上層通道內(nèi)附著不動(dòng)及掉頭爬行蟲數(shù)均值占40頭蟲數(shù)的比例）反映光照（恒定或調(diào)控）、光振、光振氣吸激發(fā)下上層通道內(nèi)蝗蟲附著不動(dòng)及掉頭爬行的大??；爬行捕集率（3次試驗(yàn)趨光爬行蝗蟲沿吸蟲通道爬行捕集蟲數(shù)均值占40頭蟲數(shù)的比例）、氣吸捕集率（3次試驗(yàn)氣吸趨光爬行蝗蟲所捕集蟲數(shù)均值占40頭蟲數(shù)的比例）分別反映光源（恒定或調(diào)控光照）激發(fā)下通過吸蟲通道爬行捕集蝗蟲效果、光振氣吸激發(fā)下通過吸蟲通道氣吸趨光爬行蝗蟲捕集的效果；趨光總捕集率（3次試驗(yàn)光照、光振、光振氣吸激發(fā)下蝗蟲趨光捕集各自總蟲數(shù)均值占40頭蟲數(shù)的比例）反映蝗蟲在光照（恒定或調(diào)控）、光振、光振氣吸激發(fā)下的趨光捕集總效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照、光振激發(fā)對蝗蟲趨光捕集效應(yīng)的影響

恒定光照、調(diào)控光照及分別與振動(dòng)耦合激發(fā)下蝗蟲趨光捕集效應(yīng)測試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，無振條件下，恒定光照和調(diào)控光照相比，上層滯留率、滑移捕集率差異顯著（P<0.025），而碰撞滑移捕集率差異顯著以及爬行捕集率差異極顯著（P<0.05）。從而，調(diào)控光照激發(fā)趨光蝗蟲的捕集效果及爬行捕集效果優(yōu)于恒定光照。振動(dòng)條件下，恒定光照和調(diào)控光照相比，上層滯留率差異顯著，且滑移捕集率無差異（P<0.025），而碰撞滑移捕集率差異性顯著以及爬行捕集率差異性顯著（P<0.05），

經(jīng)對比，調(diào)控光照激發(fā)蝗蟲趨光進(jìn)入及捕集總效果分別高于恒定光照75%、15%。因而，調(diào)控光照激發(fā)蝗蟲趨光視覺敏感響應(yīng)較強(qiáng)的基礎(chǔ)上，蝗蟲生理敏感振動(dòng)模式提高了趨光捕集調(diào)控效果。

無振和振動(dòng)條件相比，在α=0.05水平檢驗(yàn)結(jié)果表明，上層滯留率差異顯著，碰撞滑移捕集率差異極顯著，恒定光照（調(diào)控光照）的滑移捕集率、調(diào)控光照（恒定光照）的爬行捕集率差異極顯著?；认x上層通道內(nèi)趨光捕集及吸蟲通道內(nèi)捕集差異表明蝗蟲敏感行為的調(diào)控激發(fā)程度影響其響應(yīng)捕集環(huán)境的敏銳性。

試驗(yàn)中，趨光蝗蟲產(chǎn)生直飛、沿導(dǎo)蟲板爬行、爬行彈跳進(jìn)入上層通道內(nèi)以及趨光爬入吸蟲通道內(nèi)的捕集進(jìn)入試驗(yàn)現(xiàn)象，未進(jìn)入蝗蟲分布于上層通道入口的導(dǎo)引板上，或散落于吸蟲通道入口處，且吸蟲通道內(nèi)，蝗蟲產(chǎn)生了爬行捕集行為。振動(dòng)條件下，吸蟲通道入口處蝗蟲較多，進(jìn)入上層通道內(nèi)蝗蟲爬行后出現(xiàn)了趨光捕集行為（彈跳碰撞或滑移），調(diào)控光照、振動(dòng)加速了該行為的實(shí)現(xiàn)，且振動(dòng)對蝗蟲進(jìn)入具有抑制作用。

綜上可知，調(diào)控光照對蝗蟲趨光捕集行為調(diào)控程度優(yōu)于恒定光照，且振動(dòng)對調(diào)控光照激發(fā)蝗蟲較強(qiáng)敏感響應(yīng)的疊加刺激，強(qiáng)化蝗蟲響應(yīng)光照刺激的行為調(diào)控強(qiáng)度，促使增益性趨光捕集調(diào)控行為快速實(shí)現(xiàn)。

2.2 風(fēng)速吸捕效應(yīng)對蝗蟲趨光捕集的影響

上層通道及吸蟲通道不同風(fēng)速組合條件下，蝗蟲趨光氣吸捕集效應(yīng)測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，在α=0.025水平檢驗(yàn)表明，調(diào)控光照和上層捕集入口風(fēng)速為6 m/s條件下，吸蟲通道入口不同風(fēng)速之間，蝗蟲滯留率差異不顯著，經(jīng)上下層通道的趨光氣吸蝗蟲捕集效果差異顯著，其差異性致使氣吸捕集率差異極顯著，并導(dǎo)致蝗蟲趨光氣吸捕集總效果差異顯著，且吸蟲通道入口處風(fēng)速增大到一定值后，相應(yīng)降低了蝗蟲趨光捕集效果，減弱了趨光捕集行為實(shí)現(xiàn)的增效程度。

據(jù)試驗(yàn)觀察，調(diào)控光照激發(fā)了蝗蟲敏感響應(yīng)光源的不同趨光調(diào)整行為，捕集入口附近負(fù)壓風(fēng)速的氣吸作用易化了趨光至捕集入口處蝗蟲的捕集進(jìn)入，且距捕集入口0～80 mm范圍內(nèi)，在氣吸作用顯現(xiàn)的基礎(chǔ)上，負(fù)壓風(fēng)速弱化了蝗蟲趨光敏感行為，而80 mm以外光照完全主導(dǎo)蝗蟲行為狀態(tài)。趨光進(jìn)入上層通道內(nèi)20%蝗蟲完全呈直接滑移狀態(tài)，而光吸耦合刺激強(qiáng)化部分蝗蟲產(chǎn)生了趨光彈跳碰撞行為。捕集箱內(nèi)蝗蟲無激烈的活動(dòng)行為表明負(fù)壓風(fēng)力抑制了蝗蟲行為活性，當(dāng)吸蟲通道入口風(fēng)速增至10 m/s時(shí)，蝗蟲懸浮吸入，而風(fēng)速增大，蝗蟲抵制氣吸作用的調(diào)控行為增強(qiáng)，且風(fēng)機(jī)噪聲影響蝗蟲的趨光行為活性。

因此，上下層趨光捕集通道與吸蟲通道組合，能夠滿足不同趨光激發(fā)特征蝗蟲的捕集，捕集入口處負(fù)壓風(fēng)速相應(yīng)氣吸牽引增效了入口處趨光蝗蟲的進(jìn)入，并提高了趨光捕集效果，而風(fēng)機(jī)噪聲、入蟲口處負(fù)壓風(fēng)分布、負(fù)壓風(fēng)刺激蝗蟲的趨光行為的抑制，制約了增大風(fēng)速增效蝗蟲趨光捕集的效果，并以上層捕集入口風(fēng)速和吸蟲口風(fēng)速組合為（6、9 m/s）時(shí)，蝗蟲趨光捕集效果相對較好。

2.3 光振氣吸激發(fā)蝗蟲趨光捕集效應(yīng)的測試

風(fēng)速最佳組合（6、9 m/s）模式下，光振激發(fā)蝗蟲趨光捕集效應(yīng)測試結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，光振氣吸下，光照特性不同，蝗蟲趨光捕集總效果具有明顯差異， 在α=0.025水平檢驗(yàn)表明，碰撞滑移率、氣吸捕集率差異顯著，碰撞滑移捕集率差異極顯著，則光照激發(fā)蝗蟲的趨光程度影響捕集效果，且振動(dòng)氣吸措施，明顯降低了蝗蟲滯留率（為0）。結(jié)果表明，調(diào)控光照的趨光捕集總效果優(yōu)于恒定光照10%。據(jù)試驗(yàn)觀察，氣吸作用抑制了光振激發(fā)上層通道內(nèi)蝗蟲的趨光彈跳碰撞行為，增強(qiáng)了滑移效果，且振動(dòng)及風(fēng)機(jī)噪聲對趨光爬行至吸蟲通道入口處蝗蟲具有驅(qū)使作用，而負(fù)壓風(fēng)力氣吸增效了捕集入口處蝗蟲進(jìn)入。

因此，光振氣吸效應(yīng)下，蝗蟲趨光捕集進(jìn)入的光照激發(fā)是有效實(shí)現(xiàn)趨光捕集的關(guān)鍵，氣吸效應(yīng)與振動(dòng)的綜合作用彌補(bǔ)了制約蝗蟲趨光捕集實(shí)現(xiàn)的不利因素，增益蝗蟲趨光誘導(dǎo)捕集中的滑移行為及捕集效果。

2.4 討論

為探討光振氣吸對蝗蟲滑移捕集的作用及蝗蟲趨光捕集效應(yīng)，蝗蟲光振氣吸捕集效應(yīng)圖如5所示。

依據(jù)圖5，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)過程進(jìn)行分析可知，蝗蟲敏感光譜光照能量干擾刺激蝗蟲視覺系統(tǒng)，引起蝗蟲視色素調(diào)節(jié)的明暗適應(yīng)過渡過程，致使吸收敏感光量子數(shù)的作用增強(qiáng)[8]，從而光電效應(yīng)導(dǎo)致的視神經(jīng)興奮性及生理理化反應(yīng)，有效激發(fā)蝗蟲趨光視覺效應(yīng)。在光照激發(fā)蝗蟲趨光定向響應(yīng)的前提下，光照目標(biāo)引起了趨光運(yùn)動(dòng)蝗蟲視覺探測響應(yīng)光源光照的敏感性，且光照激發(fā)的視覺敏銳行為導(dǎo)致趨光蝗蟲產(chǎn)生警銳性辨識光照目標(biāo)的行為調(diào)節(jié)，而光源光照度相同條件下，陣列條紋恒定光照及頻閃交變調(diào)控光照激發(fā)蝗蟲趨光捕集進(jìn)入的行為強(qiáng)度表明，光照刺激強(qiáng)度調(diào)控激發(fā)蝗蟲視覺生理響應(yīng)的程度差異，導(dǎo)致不同的趨光狀態(tài)。因而，蝗蟲趨光視覺效應(yīng)的激發(fā)及蝗蟲趨光視覺敏感行為的形成，具有蝗蟲趨光視覺生理容限內(nèi)光照能量的調(diào)控激發(fā)強(qiáng)度要求。試驗(yàn)中，調(diào)控光照激發(fā)蝗蟲糞便排泄頻繁，附著黏液及氣味分泌多于恒定光照，從而光源光照對蝗蟲趨光視覺的激發(fā)程度具有外在的生理表現(xiàn)形式，并影響蝗蟲趨光捕集進(jìn)入效果。

試驗(yàn)現(xiàn)象表明，趨光彈跳飛躍蝗蟲[9]，在視覺捕捉光源光照過程中，利用趨光運(yùn)動(dòng)視差感應(yīng)光源距離的探測效應(yīng)，確定合適的著落點(diǎn)以辨識和接受光照刺激[10]，導(dǎo)致蝗蟲趨光進(jìn)入或與有機(jī)透明玻璃板碰撞后“跌落”進(jìn)入上層通道內(nèi)，而沿導(dǎo)引板趨光爬行蝗蟲，由于木板的粗糙度，致使

F+Dsinθ-Gsinθ-f>0。

（1）

式中：F為蝗蟲足掌趾墊接觸變形和黏液分泌及前跗節(jié)爪叉鎖合的接觸牽引力；D為蝗蟲行走調(diào)節(jié)下后肢蹬力的反作用力；f為接觸摩擦力。

在此作用下，蝗蟲爬行敏感響應(yīng)光源光照，而蝗蟲趨光視覺接受光照的視覺生理感應(yīng)程度及視覺功效敏銳性的差異[11]，導(dǎo)致蝗蟲趨光彈躍、爬行進(jìn)入或滯留于上層捕集入口附近，且調(diào)控光照效果較好，則蝗蟲視覺敏感辨識接受光照刺激能量的響應(yīng)閾值強(qiáng)度[12]，影響趨光捕集進(jìn)入效果。

同時(shí)，0.01 lx吸蟲通道內(nèi)，調(diào)控光照下，蝗蟲產(chǎn)生較好的爬行捕集現(xiàn)象表明，調(diào)控光照對蝗蟲趨光視覺的激發(fā)效應(yīng)較強(qiáng)，在此作用下，蝗蟲具有視神經(jīng)興奮激發(fā)下探測響應(yīng)環(huán)境的行為活性，而蝗蟲趨光視覺激發(fā)程度差異及趨光爬行中的生理調(diào)節(jié)差異，導(dǎo)致蝗蟲分布于距吸蟲通道入口處0～80 mm范圍內(nèi)（光照度為2～4 lx）。

進(jìn)入上層通道內(nèi)爬行調(diào)節(jié)蝗蟲，蝗蟲附著受力狀態(tài)為

F+Gsin30°+Dsin45°-f>0。

（2）

由式（2）可知：蝗蟲依靠足掌趾墊接觸變形和黏液分泌及前跗節(jié)爪叉鎖合接觸方式，調(diào)整接觸附著方式增強(qiáng)摩擦控制效應(yīng)，以響應(yīng)接觸環(huán)境的變化[13]，且通道內(nèi)的光照刺激，強(qiáng)化了蝗蟲視覺功效下的行為調(diào)節(jié)，其趨光性足肢附著接觸調(diào)整方式，有效降低了蝗蟲足肢與傾斜面的接觸面積，弱化了摩擦控制效應(yīng)，而且蝗蟲對激振刺激的敏感生理響應(yīng)，加速了蝗蟲趨光滑移捕集行為調(diào)節(jié)?；认x趨光捕集行為良好實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果表明，弱化蝗蟲趨光附著摩擦控制能力，激發(fā)其趨光滑移調(diào)節(jié)的敏感行為，可提高蝗蟲趨光捕集效果。

依據(jù)圖5，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)過程進(jìn)行分析可知，負(fù)壓氣吸措施的實(shí)施，致使入口處0～100 mm范圍內(nèi)具有負(fù)壓風(fēng)力（Q）分布，其對趨光至入口處蝗蟲體產(chǎn)生不良的刺激反應(yīng)[14]，而吸蟲通道內(nèi)蝗蟲良好的氣吸捕集率表明，蝗蟲抑制負(fù)壓風(fēng)力的調(diào)控行為，易化了氣吸牽引入口處蝗蟲捕集進(jìn)入實(shí)現(xiàn)，且上層通道入口處0～50 mm范圍內(nèi)的氣吸作用，有效激發(fā)了蝗蟲敏感響應(yīng)光照的趨光附著調(diào)控，益于捕集進(jìn)入。

然而，負(fù)壓風(fēng)在入口外空間內(nèi)的擴(kuò)散減弱，且趨光捕集環(huán)境的作用差異，影響氣吸趨光爬行蝗蟲的捕集效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，上層通道入口處負(fù)壓風(fēng)速增效強(qiáng)化了蝗蟲趨光捕集進(jìn)入，吸蟲通道入口風(fēng)速起氣吸牽引作用，且風(fēng)速組合為（6、9 m/s）時(shí)，效果良好。同時(shí)，上層通道內(nèi)7.2 m/s負(fù)壓風(fēng)速作用下，捕集進(jìn)入蝗蟲行為調(diào)節(jié)的趨光附著受力狀態(tài)為

Q+F+Gsin30°+Dsin45°-f>0。

（3）

對比式（2）和式（3）可知，負(fù)壓風(fēng)力Q的疊加，弱化了蝗蟲趨光附著支撐調(diào)控能力，從而氣吸效應(yīng)抑制了蝗蟲行為調(diào)控強(qiáng)度，致使氣吸牽引作用增強(qiáng)了滑移捕集效果。因而，傾斜滑移面上，蝗蟲依靠摩擦力f和接觸牽引力F的接觸控制，利用蹬力的反作用力D及接觸牽引力F進(jìn)行爬行運(yùn)動(dòng)，是重力Gsin30°作用滑移捕集實(shí)現(xiàn)的主要因素，而蹬力的反作用力D調(diào)控蝗蟲的行為效應(yīng)、負(fù)壓風(fēng)力Q的作用，強(qiáng)化了蝗蟲生理敏感調(diào)控響應(yīng)，增效了趨光捕集行為的實(shí)現(xiàn)。光振氣吸作用下，捕集箱內(nèi)蝗蟲糞便、上層通道入口附近糞便及黏液分泌多于光振20%，且捕集效果最佳，而光振多于調(diào)控光照，彈跳碰撞捕集率最高，對照式（3）可知，光照、振動(dòng)在激發(fā)蝗蟲生理敏感響應(yīng)捕集環(huán)境、行為調(diào)控作用下弱化摩擦控制方面起主要作用，從而光振激發(fā)措施是蝗蟲趨光捕集行為的調(diào)控增益因素。

另外，試驗(yàn)中，跌落于45°傾斜下層通道滑板上的蝗蟲實(shí)現(xiàn)了直接滑移，吸蟲通道入口處9 m/s的負(fù)壓風(fēng)力Q，有效抑制了趨光至吸蟲通道入口處蝗蟲行為調(diào)節(jié)的逃逸反應(yīng)[15]，氣吸進(jìn)入吸蟲通道，并呈氣吸懸浮狀態(tài)進(jìn)入捕集箱。因而，上下層通道內(nèi)光振氣吸調(diào)控蝗蟲趨光捕集行為的增效性、吸蟲通道氣吸作用、捕集入口處負(fù)壓風(fēng)場增益蝗蟲趨光捕集進(jìn)入的效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同趨光特征蝗蟲的捕集，且光照激發(fā)其趨光上燈是關(guān)鍵。

然而，振動(dòng)氣吸具有影響蝗蟲趨光捕集的不利因素，且野外蝗蟲棲息環(huán)境對趨光捕集的影響程度，尚未驗(yàn)證，則需進(jìn)行光振氣吸野外蝗蟲趨光捕集試驗(yàn)。

3 結(jié)論

本研究針對蝗蟲不同的趨光特征，研制了激振氣吸蝗蟲趨光捕集試驗(yàn)裝置，通過研究光振激發(fā)和吸捕效應(yīng)下蝗蟲趨光捕集效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，蝗蟲趨光視覺效應(yīng)及其敏感行為的激發(fā)程度影響蝗蟲對光目標(biāo)捕捉的趨光行為強(qiáng)度及捕集進(jìn)入程度，且蝗蟲趨光視覺生理激發(fā)程度，具有糞便排泄、附著黏液及氣味分泌等外在表現(xiàn)形式。30°傾斜捕集環(huán)境中，蝗蟲重力作用調(diào)控摩擦力和接觸牽引力控制行為的弱化程度，是滑移實(shí)現(xiàn)的主要原因，蝗蟲敏感響應(yīng)捕集環(huán)境的趨光附著爬行行為調(diào)控，對調(diào)控趨光捕集行為實(shí)現(xiàn)具有重要作用，而負(fù)壓風(fēng)力的氣吸牽引是趨光捕集行為實(shí)現(xiàn)的增效因素，光振激發(fā)措施是調(diào)控增益因素。結(jié)果表明，上層捕集入口和吸蟲口風(fēng)速組合為（6、9 m/s）時(shí)，光振調(diào)控效果最佳，且光照誘導(dǎo)、氣吸吸捕蝗蟲捕集進(jìn)入前提下，光振氣吸耦合調(diào)控蝗蟲趨光捕集率達(dá)到90%，滿足不同趨光特征蝗蟲的捕集，然而野外蝗蟲趨光捕集效果的驗(yàn)證須進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐瑞清，周 強(qiáng)，王書茂. 蝗蟲災(zāi)害的機(jī)械化捕集治理技術(shù)發(fā)展[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005，36（11）：165-167，180.

[2]周 強(qiáng)，牛虎力. 滑板材料因素與蝗蟲滑移摩擦行為的關(guān)系研究[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（38）：81-83.

[3]Jiao Y，Gorb S，Scherge M. Adhesion measured on the attachment pads of Tettigonia viridissima （Orthoptera，insecta）[J]. The Journal of Experimental Biology，2000，203（Pt 12）：1887-1895.

[4]王立新，周 強(qiáng)，程小桐. 蝗蟲在滑板表面滑移效應(yīng)的測試[J]. 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，30（3）：232-235.

[5]劉啟航，周 強(qiáng). 光譜光照調(diào)控組合性光源激發(fā)蝗蟲趨光效果試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44（9）：243-249.

[6]劉啟航，吳 迪，周 強(qiáng). 光振耦合對蝗蟲趨光響應(yīng)驅(qū)動(dòng)增效效應(yīng)的影響及測定[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（18）：169-176.

[7]杜文亮，劉建民，趙衛(wèi)東. 草地蝗蟲吸捕機(jī)吹吸式吸嘴的試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2006（3）：137-140.

[8]Vishnevskaya T M，Cherkasov A D，Shura-Bura T M. Spectral sensitivity of photoreceptors in the compound eye of the locust[J]. Neurophysiology，1986，18（1）：54-60.

[9]Catton W T. The effect of target orientation on the visual acuity and the spatial frequency response of the locust eye[J]. Journal of Insect Physiology，1999，45（2）：191-200.

[10]Field L H，Duch C，Pflüger H J. Responses of efferent octopaminergic thoracic unpaired median neurons in the locust to visual and mechanosensory signals[J]. Journal of Insect Physiology，2008，54（1）：240-254.

[11]Michael H D，Claire T F，Robert J F，et al. How animals move：an interpretive view[J]. Science，2000，288（7）：100-106.

[12]Sobel E C. The locusts use of motion parallax to measure distance[J]. Journal of Comparative Physiology A，1990，167（5）：579-588.

[13]Gray J R，Blincow E，Robertson R M. A pair of motion-sensitive neurons in the locust encode approaches of a looming object[J]. Journal of Comparative Physiology A，2010，196（12）：927-938.

[14]Vtsch W，Nicholson G，Müller R，et al. Chemical composition of the attachment pad secretion of the locust Locusta migratoria[J]. Insect Biochemistry and Molecular Biology，2002，32（12）：1605-1613.

[15]Hassenstein B，Hustert R. Hiding responses of locusts to approaching objects[J]. Journal of Experimental Biology，1999，202（12）：1701-1710.