農(nóng)業(yè)蟲害負壓防控技術試驗研究

韓 余，宋志禹，丁文芹，劉 東

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，江蘇南京 210014）

0 引言

我國每年病、蟲、草、鼠害發(fā)生面積近5億hm2次[1]，亟需采取高效、安全的防災減災措施。目前，我國植保機械及技術裝備農(nóng)藥有效利用率僅為20%～30%，農(nóng)藥分布不均勻度達46.6%，即使植保機械化水平較高的發(fā)達國家，其農(nóng)藥有效利用率也僅50%[2]。由傳統(tǒng)農(nóng)藥治蟲所導致的環(huán)境污染、農(nóng)殘超標、生態(tài)失衡等問題也日益突出?，F(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術為解決化學農(nóng)業(yè)的弊端開創(chuàng)了一條新途徑，利用電、磁、聲、光等原理的病蟲害物理防治技術減少了化學農(nóng)藥用量，有利于促進生態(tài)平衡，保障食品安全，在未來具有廣闊的發(fā)展空間。

茶園蟲害可導致茶葉品質(zhì)下降，茶園減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)，關乎茶農(nóng)經(jīng)濟收入與茶葉的有效供給。同樣，化學防治的農(nóng)藥殘留嚴重影響茶葉的安全品質(zhì)，物理防控技術成為茶園蟲害防控新型有效途徑。針對茶園綠色生產(chǎn)的需求，本文提出一種負壓防控技術與便攜式負壓捕蟲機，并針對茶園小綠葉蟬開展試驗研究，為茶園害蟲綠色防控提供一種有效途徑。

1 國內(nèi)外蟲害物理防控技術發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外蟲害物理防控技術研究現(xiàn)狀

國外病蟲害物理防治技術已具有一定的發(fā)展歷史。主要的物理病蟲害防治技術包括：物理隔離、溫度控制、環(huán)境氣體控制（控制氣體成分及真空度）、相對濕度控制與水分利用、光誘捕殺（X射線、近紅外輻射）、聲效驅(qū)蟲、粉塵驅(qū)蟲、機械沖擊、放電效應、電離輻射不育技術、空氣運動、蟲源物理移除、粘蟲劑等[3]。

其中燈光誘捕技術研究最多（圖1，圖2）。美國于1860年出現(xiàn)了第1只燈光誘捕器用于防治棉花葉螟，此后，白熾燈誘捕器、電擊殺蟲燈、乙炔燈誘捕器、集燈光吸蟲一體誘捕器、新澤西蚊子誘蟲燈、“黑光燈”捕蟲器、時段控制的燈光誘捕器等先后研制成功并投入使用。Harding等[5]進行白色燈和3種熒光燈引誘昆蟲試驗，發(fā)現(xiàn)熒光粉類引誘的昆蟲明顯多，占總數(shù)的37%，鋇鍶鎂硅酸鹽為25.9%，普通冷光白熾燈為14.8%，鎂硅酸鹽最差。Martin[4]研究發(fā)現(xiàn)光照強度對落葉林異翅目昆蟲空間分布有很大影響。Seung-Hwan Yun等[6]應用X射線進行玫瑰、菊花等花朵的害蟲驅(qū)殺。Phyllis G.Weintraub等[7]真空法處理甜瓜白粉煙粉虱，也取得了較好的效果。

圖1 美國LED景觀捕蟲燈

圖2 土壤電消毒滅蟲機

隨著計算機、傳感器、圖像處理等技術的快速發(fā)展，其也逐漸被應用于病蟲害防治。Gaosheng Zhang等人[8]基于逐步行為反應模型（SBRM），建立了在線監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測氨基甲酸酯殺蟲劑對米達卡（Oryzas latipes）的影響。Koumpouros等[9]設計了一種病蟲害遠程監(jiān)控與專家診斷系統(tǒng)，利用圖像處理、遠程通訊技術及專家系統(tǒng)，實現(xiàn)病蟲害實時監(jiān)控與防治。Graham Taylor等[10]為信息素害蟲控制系統(tǒng)設計了一種基于深入學習識別的信息素板昆蟲自動探測統(tǒng)計方法。Lampson等[11]設計了一種可以檢測害蟲釋放的化學物質(zhì)的高分子碳聚合物傳感器（電子鼻），實現(xiàn)害蟲的檢測，并進行防治。這些研究都有效地推動了物理防控技術的發(fā)展與應用。

1.2 國內(nèi)蟲害物理防控技術研究現(xiàn)狀

國內(nèi)物理病蟲害防治的技術主要包括以下幾個方面。

1）利用溫度防治病蟲害。如稻麥的種子在播種前進行溫水浸種或溫浴浸種。

2）趨性誘殺。利用有些害蟲有趨光性、趨化性、趨色性的特點，設置一定的誘源，將害蟲集中消滅；燈光誘殺，用黑光燈、頻振式誘蟲燈或者雙光雷達自控害蟲誘殺燈可以誘殺菜蛾等多種害蟲；趨化性誘殺，利用害蟲對某些化學物質(zhì)的趨性誘殺害蟲。

3）利用輻射和聲波防治病蟲害。利用電離輻射或者紫外線輻照谷物、豆類、蔬菜、水果等農(nóng)作物，對害蟲照射射線使其生殖器官發(fā)生變異，無法產(chǎn)生可育后代，達到殺蟲、滅菌，防治病蟲害的目的。

4）人工物理防治。包括人工直接捕殺害蟲、機械阻隔等，是防治病蟲害簡單有效的方法。如紅腹燈蛾產(chǎn)卵集中成塊，人工摘除卵塊或消滅低齡幼蟲等。

5）負壓捕蟲技術。利用負壓原理，捕殺植物害蟲。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所最早將此技術應用于茶園蟲害防治，先后研發(fā)了背負式捕蟲機（圖3）、自走式捕蟲機（圖4），取得了較好的應用效果，且背負式捕蟲機已批量生產(chǎn)。徐瑞青等針對東北大豆設計了一種光電誘導氣吸式蝗蟲捕機機械，也取得了良好的效果。

圖3 背負式捕蟲機

圖4 自走式負壓捕蟲機

此外，利用電離輻射、遠紅外輻射、微波輻射殺蟲技術、利用真空或高壓殺蟲等技術的研究工作正在開展；基于Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡工具箱的BP網(wǎng)絡，應用于農(nóng)作物蟲情預測的建模也在開發(fā)試驗中[12-14]；同時，當前的物理防治技術設備正在不斷完善和擴大推廣應用。

從國內(nèi)外物理病蟲害防治技術發(fā)展情況來看，相關研究正在穩(wěn)步推進，不斷涌現(xiàn)新方法、新技術，如生物傳感器、圖像處理技術的應用等。但總體而言，物理植保技術研究基礎還相對薄弱，技術不夠成熟，依然存在許多有待攻克的科學問題。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

本試驗用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所研發(fā)的便攜式負壓捕蟲機，在茶園開展蟲害防控試驗，目標為害蟲為小綠葉蟬。該便攜式捕蟲機屬負壓防控技術裝備，主要由負壓風機、汽油發(fā)動機、機體、吸風管道、排風口、捕蟲接口等部分組成，見圖5。

圖5 便攜式負壓捕蟲機結(jié)構

工作原理：負壓風機扇葉高速旋轉(zhuǎn)，將風機腔內(nèi)空氣由排氣口甩出，在進風口處產(chǎn)生一個負壓腔，該腔通過吸風管道經(jīng)捕蟲口與外界大氣連通，故存在壓力差，使得捕蟲口至連接管道內(nèi)產(chǎn)生較大的負壓風場，形成吸附力；目標害蟲在吸附力的作用下被吸入機體內(nèi)；害蟲與高速旋轉(zhuǎn)的離心式風機葉片發(fā)生碰撞，高速碰撞形成的沖擊力將害蟲滅殺；被滅殺的害蟲隨排風口輸出，進入集蟲網(wǎng)袋，害蟲捕獲過程結(jié)束。

本試驗用的便攜式捕蟲機體積小、重量輕，有一名機手背負完成作業(yè)，可應用于平地、緩坡、陡坡各類茶園，也適用于各類飛行類害蟲的防控。該機的主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 便攜式捕蟲機主要性能參數(shù)

2.2 試驗設計

1）試驗目標害蟲：小綠葉蟬。

2）試驗區(qū)域劃分：將試驗區(qū)域劃分為4個試驗小區(qū)，其中3個處理區(qū)和1個對照區(qū)，每個區(qū)域包含5行茶樹以上。

3）處理安排：分別取短時重復作業(yè)次數(shù)1、2、3，為3個處理（見表2）。

表2 試驗安排

4）試驗數(shù)據(jù)取樣：每個小區(qū)5點取樣，平行跳躍法調(diào)查5點，用盆拍法調(diào)查茶尺蠖與小綠葉蟬的數(shù)量。盆拍法：按5點取樣，每個樣地設5個樣方，每個樣方拍4盆。晨露干后，在調(diào)查點處用內(nèi)徑33.3 cm塑料盆一只，平接于茶叢下方，迅速用手掌拍打茶叢4下（每次調(diào)查人員要固定，拍打輕重要一致），立即清點落于盆內(nèi)的葉蟬成蟲和若蟲數(shù)。捕蟲機作業(yè)前進行基數(shù)調(diào)查，作業(yè)后1、7、14天調(diào)查殘蟲量。

5）數(shù)據(jù)處理：根據(jù)試驗數(shù)據(jù)按照式（1）和式（2）計算蟲口退減率和校正防效。

6）實施方法：首先，按照使用說明書要求做好試驗前準備工作，機器啟動后預熱15分鐘后方可試驗；試驗時，首先使用捕蟲口拍打茶樹側(cè)面及蓬面3～5下，然后使捕蟲接口依次以小于5 cm的距離掃過茶蓬面、茶樹兩側(cè)（先蓬面后側(cè)面），掃掠速度小于0.2 m/s；一個次處理完成后，卸下集蟲袋，清理袋內(nèi)枝葉、與害蟲，準備下一次試驗。對于重復作業(yè)的處理區(qū)，在最后一次作業(yè)完成后統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

2.3 評價方法

由于便攜式負壓捕蟲機的工作原理所致，直接統(tǒng)計捕獲害蟲的數(shù)量難度較大，故本文采用化學防控的評價方法，間接評價便攜式捕蟲機的防控效果。采用式（1）與式（2）所示的蟲口退減率與防效作為便攜式負壓捕蟲機的防控性能評價指標。蟲口退減率表明了作業(yè)區(qū)域的直接捕蟲效果，而防效代表了捕蟲技術的整體防治效果。此外，在作業(yè)舒適性方面，以整機重量、作業(yè)噪聲、振動特性、可連續(xù)作業(yè)時間為評價指標，本文不加討論。

3 結(jié)果與分析

試驗與2018年10月份在江蘇句容江蘇省茶博園實驗基地進行，試驗區(qū)未使用蟲害防治措施，茶樹品種為龍井47，處于小綠葉蟬發(fā)生期中后期。蟲口數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表3所示。蟲口減退率與防效變化趨勢如圖5、圖6所示。由圖5可知，3個處理防治效果有顯著差異，捕后3個處理的抽口減退率均達到75%以上，其中處理3最高，為88.89%；捕后第2天，處理1蟲口減退率下降至70%以下；測試后期，由于自然減退率的影響，3個處理出現(xiàn)了與對照相同的蟲口變化趨勢，即捕后蟲口減退率有所下降，捕后1天后又開始上升；從整個調(diào)查周期來看，處理3的效果最好，處理1的效果最差，即捕蟲次數(shù)越多效果越好，但處理3比處理2的效果提升不顯著。從圖6可以看出，負壓捕蟲技術在捕后防效可以達到80%左右，隨后開始下降，直到第7天，受自然減退率的影響開始回升。

圖6 蟲口減退率變化趨勢

表3 蟲口調(diào)查試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果可知：3個處理對茶園小綠葉蟬均有顯著防效，作業(yè)效果與作業(yè)次數(shù)成正相關，處理3捕后蟲口退減率可以達到88.89%；隨著時間推移，成蟲數(shù)量有所回升，捕后第7天防效有所下降；處理二與處理三防效在捕后7天后，無顯著差異，表明作業(yè)超過兩次后效果增加已不明顯，綜合生產(chǎn)效率等因素，作業(yè)三次對提升投入產(chǎn)出比意義不大。此外，蟲口數(shù)量捕后下降較為明顯，隨后蟲口數(shù)量逐漸反彈，蟲口退減率持續(xù)降低，但當?shù)讲逗蟮?天時蟲口退減率有所回升，但對照組蟲口退減率也同步回升，這說明捕后7天防效增強是由自然退減引起的假象。綜合以上分析，可知便攜式負壓捕蟲機對茶園害蟲小綠葉蟬具有較好的防治效果，而較為合理的作業(yè)方案是，初次作業(yè)時同一地塊應連續(xù)作業(yè)兩次，而在捕后第7天蟲口量已經(jīng)反彈至較高水平，可以考慮再次作業(yè)。

由于本試驗于10月份開展，處于小綠葉蟬發(fā)生的中后期，試驗效果受害蟲自然退減率影響，沒有完全揭示負壓捕蟲技術對小綠葉蟬的防治作用規(guī)律，但可以表明該技術的有效性與基本防治規(guī)律，并且給出了較為合理的推薦使用方案，具有較一般性的參考意義。后期繼續(xù)開展更多的試驗研究，對該技術不斷進行完善與提升，實現(xiàn)推廣，為綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展提供支撐。

4 結(jié)論

負壓物理防蟲技術作為一種新型農(nóng)業(yè)蟲害防治技術，為農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)提供了有益的途徑，本文通過負壓捕蟲機的應用試驗研究，得出以下結(jié)論。

1）本文使用便攜式負壓捕蟲機，開展茶園小綠葉蟬的防治試驗研究，負壓蟲害防控技術是一種較為理想的蟲害綠色防控手段。

圖7 防效

2）試驗結(jié)果表明，不同重復次數(shù)處理之間有顯著差異，便攜式捕蟲機作業(yè)效果與作業(yè)次數(shù)成正相關，三次重復作業(yè)，捕后蟲口退減率可以達到88.89%。

3）便攜式負壓捕蟲機作業(yè)以后，蟲口數(shù)量呈先下降后回升的變化趨勢，捕后第7天防效有所下降，原因是作業(yè)噪聲造成的害蟲遷移與回遷造成的。

4）在蟲口發(fā)生的后期，處理與對照的蟲口退減率均有所回升，表明捕后7天防效增強是由自然退減引起的假象。

5）探明了負壓捕蟲技術使用后蟲口變化律，形成合理的負壓技術實施方案，為該技術的進一步優(yōu)化與推廣應用奠定基礎。合理應用方案是：同一地塊應連續(xù)作業(yè)兩次；而在捕后第7天蟲口量已經(jīng)反彈至較高水平，考慮再次作業(yè)；且應多機同時作業(yè)以減少噪聲對捕蟲效果的影響。

從對茶園小綠葉蟬的應用效果來看，負壓蟲害防控技術是一種較為理想的蟲害綠色防控手段，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有巨大的發(fā)展與應用空間。物理植保技術的集成，物理、生物與農(nóng)等非化學防治技術的綜合，逐漸形成覆蓋全生育期的病蟲害物理防控技術，將在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用。