梨小食心蟲幼蟲取食水果的聲波研究

李玥，趙志國*，王婷婷，武文卿，王鑫，馬瑞燕*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，山西 太谷 030801；2.山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，山西 太原 030009；3.山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)藝研究所，山西 太原 030031；4.山西省投資咨詢和發(fā)展規(guī)劃院 山西 太原 030009)

蛀果害蟲對水果的危害很大。在不同地區(qū)，梨小食心蟲(Grapholithamolesta(Busk))等蛀蟲害蟲對果樹的栽培都有威脅，不僅仁果類中的梨、蘋果容易受到梨小食心蟲的危害，而且核果類中的桃、杏、李等也會受到梨小食心蟲危害[1]。為減少水果的損失，保證品質(zhì)質(zhì)量，保證衛(wèi)生安全，減少成本，提高果農(nóng)收入，必須及時對運輸和儲藏中的水果進行監(jiān)測，及時確認果實是否被害并采取有效的經(jīng)濟措施，確保水果品質(zhì)。

目前，對水果害蟲檢測的方法主要有直接觀察法和抽樣檢測法。直接觀察法是通過人的眼睛進行直接的觀察，主要用于已經(jīng)被害蟲破壞，水果出現(xiàn)腐爛，水果表皮變色，是一種直接快速的檢測方法[2]。抽樣檢測法是隨機抽取一些水果樣品，然后將樣品進行切割檢測，檢測水果內(nèi)部是否有蟲害，大致推測出被蟲害破壞的水果存在的地方和數(shù)量，主要用于水果數(shù)量多且外觀無異常的情況。目前國內(nèi)對瓜果檢疫一般采用現(xiàn)場檢測，將瓜果進行隨機抽取，然后對抽取的瓜果逐個檢查，通過肉眼或者放大鏡對瓜果表層進行觀察，是否有蛀孔、排泄物、蟲咬痕跡等等。最后對可疑的水果進行切割，檢查果肉和核是否有蛀蟲[3]。很多國家的農(nóng)業(yè)部門檢測水果害蟲常用的方法就是直接切開水果，然后肉眼觀察有沒有害蟲，但是這種方法勞動強度大且隨機性高、工作效率低，在水果收獲的季節(jié)任務量更大，有很大的弊端，難以適應現(xiàn)代化害蟲檢測的需求[4]。

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷進步，將新型實用的科學技術(shù)應用于水果蟲害檢測已成為一種趨勢。常用的檢測方法存在勞動量大、準確率低、工作效率低的缺點。對于這個問題國內(nèi)外學者極力尋找一種準確、方便、高效的方法來提高水果害蟲檢測水平: Chuang C L等用X射線照射水果來發(fā)現(xiàn)害蟲[5]，Payne J A等用紅外線檢測害蟲[6]，也有科學家嘗試使用微波技術(shù)[7]和蒸汽加熱處理[8]的方法處理害蟲，但是這些方法由于費用較高、使用不方便，不具有廣泛普及的條件。因此利用更加簡便、廉價的技術(shù)檢測害蟲成為果品生產(chǎn)和害蟲檢疫中急需解決的課題之一。隨著技術(shù)的發(fā)展，聲音傳感器靈敏度和設計技術(shù)得到了很大的提高，現(xiàn)代的害蟲聲音監(jiān)測系統(tǒng)主要包括傳感器、前置放大器、數(shù)字錄音機、監(jiān)聽耳機、計算機或微處理器。傳感器采集到聲音信號,經(jīng)前置放大器放大后傳入數(shù)字錄音機,利用計算機軟件對聲音信號進行分析,逐步發(fā)展到害蟲種類識別、害蟲數(shù)量計數(shù),為害蟲綜合治理提供了重要依據(jù)[9]。聲音監(jiān)測技術(shù)與其他方法相比，工作效率高且對果實無害，可以做到早發(fā)現(xiàn)、早防治。

本文通過對梨小食心蟲幼蟲取食蘋果和梨果實時的聲波進行采集和分析，以期實現(xiàn)在水果儲藏中對梨小食心蟲幼蟲的聲音監(jiān)測，并為聲音監(jiān)測提供依據(jù)，從而提高監(jiān)測效率，減少果品損傷，提高經(jīng)濟效益。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

試驗用的材料為梨小食心蟲幼蟲，在實驗室飼養(yǎng)，共有五齡幼蟲。梨和蘋果為水果材料。聲音信號通過錄音筆、振動針進行采集。分析軟件為Adobe Audition聲音處理軟件。自制隔音箱。

1.2　試驗流程

1.2.1制作隔音箱

隔音箱的結(jié)構(gòu)采用箱體外壁、隔音板和吸音棉組成[10]。隔聲處理：為了讓箱內(nèi)環(huán)境保持寧靜，降低外界噪聲的影響，需要隔聲處理[11]。將培養(yǎng)箱內(nèi)壁用隔音板牢牢粘貼，用密封膠密封隔音板的間隙。吸聲處理：利用隔音材料對外界聲音進行吸收，減少噪音[12]。使用環(huán)保吸音棉按照箱體內(nèi)部尺寸剪裁填充，在隔音板外部覆蓋一層。最后將數(shù)據(jù)線從箱頂開孔處接出，用吸音棉將孔洞塞實。最終形成一個對外隔音，對內(nèi)吸音的隔聲箱。

1.2.2試驗過程

梨小食心蟲幼蟲在不同水果中取食時發(fā)出的振動波通過錄音筆進行收集，然后使用Adobe Audition軟件對聲音進行處理，得出梨小食心蟲幼蟲各個蟲齡取食時的聲音強度(圖1)。

圖1　試驗裝置Fig.1　Experimental device

根據(jù)梨小食心蟲幼蟲的發(fā)育規(guī)律，大約3 d成長1齡[12]，因此每隔3 d對梨小食心蟲進行一天的聲音監(jiān)測，2種水果在不同的隔音箱中同時進行，持續(xù)15 d,測出梨小食心蟲幼蟲不同蟲齡在兩種水果中取食時的聲音強度。

2　結(jié)果與分析

將所測得聲波數(shù)據(jù)導入Adobe Audition聲音處理軟件中，進行降噪處理，然后對一天聲波的數(shù)據(jù)進行整合篩選，選取較明顯的若干峰值即幼蟲活動取食時的聲波段，取其振幅的均值，得到當日齡期幼蟲取食果實聲波的振幅即分貝。通過對比分析，得出梨小食心蟲不同齡期幼蟲取食蘋果和梨果實時的聲音特征。

2.1　梨小食心蟲幼蟲不同蟲齡取食蘋果的聲音

選取3個梨小食心蟲2齡幼蟲取食蘋果的聲音強度,其平均值為-75 dB，即2齡幼蟲取食蘋果的聲音強度為-75 dB(圖2)。

圖2　梨小食心蟲2齡幼蟲取食蘋果的聲音波動測定圖Fig.2　The sound wave of G. molesta second age larvae feeding on Apple

選取3個梨小食心蟲3齡幼蟲取食蘋果的聲音強度，其平均值為-54 dB，即3齡幼蟲取食蘋果的聲音強度為-54 dB(圖3)。

圖3　梨小食心蟲3齡幼蟲取食蘋果的聲音波動測定圖Fig.3　The sound wave of G. molesta third age larvae feeding on Apple

選取3個梨小食心蟲4齡幼蟲取食蘋果的聲音強度，其平均值為-48 dB，即4齡幼蟲取食蘋果的聲音強度為-48 dB(圖4)。

圖4　梨小食心蟲4齡幼蟲取食蘋果的聲音波動測定圖Fig.4　The sound wave of G. molesta fourth age larvae feeding on Apple

選取3個梨小食心蟲5齡幼蟲取食蘋果的聲音強度，其平均值為-42 dB，即5齡幼蟲取食蘋果的聲音強度為-42 dB(圖5)。

圖5　梨小食心蟲幼蟲5齡取食蘋果的聲音波動測定圖Fig.5　The sound wave of G. molesta fifth age larvae feeding on Apple

2.2　梨小食心蟲幼蟲不同蟲齡取食梨的聲音

選取3個梨小食心蟲2齡幼蟲取食梨的聲音強度，其平均值為-63 dB，即2齡幼蟲取食蘋果的聲音強度為-63 dB(圖6)。

圖6　梨小食心蟲幼蟲2齡取食梨的聲音波動測定圖Fig.6　The sound wave of G. molesta second age larvae feeding on Pear

選取3個梨小食心蟲3齡幼蟲取食梨的聲音強度，其平均值為-57 dB，即3齡幼蟲取食梨的聲音強度為-57 dB(圖7)。

圖7　梨小食心蟲幼蟲3齡取食梨的聲音波動測定圖Fig.7　The sound wave of G. molesta third age larvae feeding on Pear

選取3個梨小食心蟲4齡幼蟲取食梨的聲音強度，其平均值為-45 dB，即4齡幼蟲取食梨的聲音強度為-45 dB(圖8)。

圖8　梨小食心蟲幼蟲4齡取食梨的聲音波動測定圖Fig.8　The sound wave of G. molesta fourth age larvae feeding on Pear

選取3個梨小食心蟲5齡幼蟲，其食梨的聲音強度取平均值為-39 dB，即5齡幼蟲取食梨在聲音強度為-39 dB(圖9)。

圖9　梨小食心蟲幼蟲5齡取食梨的聲音波動測定圖Fig.9　The sound wave of G. molesta fifth age larvae feeding on Pear

2.3　方差分析

通過對梨小食心蟲幼蟲取食水果時聲音的分析，得到不同齡期在水果上取食的聲音分貝大小:在蘋果上,2齡-75 dB,3齡-54 dB,4齡-48 dB,5齡-42 dB;在梨上,2齡-63 dB,3齡-57 dB,4齡-45 dB,5齡-39 dB。

通過監(jiān)測梨小食心蟲幼蟲4個蟲齡取食水果的聲音強度分析發(fā)現(xiàn)，梨小食心蟲5齡幼蟲取食果實時聲音最大，且取食梨果實時聲音較高。對所得數(shù)據(jù)使用spss18.0進行多個獨立樣本K檢驗，結(jié)果顯示各蟲齡幼蟲取食蘋果聲音強度(P=0.17>0.01)，各蟲齡幼蟲取食梨聲音強度(P=0.18>

0.01)差異均不顯著;使用單因素方差分析，結(jié)果顯示各蟲齡幼蟲取食蘋果和梨的聲音強度(P=0.692>0.05,F=0.172)差異不顯著。因此,可認為各齡期幼蟲取食水果時聲音分貝大小無差別,取其均值作為監(jiān)測依據(jù)：梨小食心蟲幼蟲取食蘋果果實的聲音強度為-43.8 dB，取食梨果實的聲音強度為-40.8 dB。

3　討論與結(jié)論

在水果質(zhì)量檢測中，聲音監(jiān)測技術(shù)作為一門新興的檢測手段，有其獨特的優(yōu)勢和良好的發(fā)展前景。特別是對儲藏中的水果，由于儲藏環(huán)境通常較穩(wěn)定且干擾少，便于聲音監(jiān)測手段的使用。隔音箱材料易得，制作簡便，可以進一步減少噪音的干擾，提高聲音監(jiān)測的準確性。在實際生產(chǎn)中，對果實在儲藏和運輸中取樣，置于隔音箱監(jiān)測，或者直接將儲存或運輸空間作隔音處理，通過所采集聲波在聲音強度的大小與試驗所得監(jiān)測依據(jù)相比較，若聲音強度大于監(jiān)測依據(jù)，則判別果實中存在梨小食心蟲幼蟲；由于試驗中所測數(shù)據(jù)均為單頭幼蟲取食，因此可通過監(jiān)測采集聲波的聲音強度與上述監(jiān)測依據(jù)的倍數(shù)關(guān)系估測害蟲數(shù)量，掌握蟲情并及時采取蟲害處理措施，從而減少檢測中對水果的損傷，提高檢測效果。尤其是對珍貴水果檢測時，聲音監(jiān)測可以更高速的提高檢測效率，并能很好地避免經(jīng)濟損失。

聲音監(jiān)測一般都是使用錄音軟件然后通過計算機處理數(shù)據(jù)對結(jié)果進行分析，高效且科學。與傳統(tǒng)的水果監(jiān)測方法相比，使用聲音監(jiān)測可以降低工人的勞動強度，提高工作效率，避免了直接切割水果統(tǒng)計害蟲而造成的經(jīng)濟損失，而且結(jié)果更準確。

水果害蟲聲音監(jiān)測技術(shù)是一項多學科交叉的課題，目前本課題已經(jīng)有了一些進展，但是仍然有很多問題需要解決。由于時間和條件有限，許多問題還需要以后進一步探討。