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LED多光谱间歇发光太阳能杀虫灯对稻田害虫诱杀效果_涂海华.pdf

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LED多光谱间歇发光太阳能杀虫灯对稻田害虫诱杀效果_涂海华.pdf

p第 32 卷 nbsp; 第 16 期 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;农 业 工 程 学 报 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;Vol.32 nbsp;No.16 2016 年 nbsp; nbsp; 8 月 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; Aug. 2016 nbsp; nbsp; 193 nbsp; LED 多光谱间歇发光太阳能杀虫灯对稻田害虫诱杀效果 涂海华1,唐乃雄1,胡秀霞1,姚志文2,王广利2,魏洪义2(1. 江西农业大学理学院,南昌 330045; nbsp;2. 江西农业大学农学院,南昌 330045) 摘 nbsp; 要 南方水稻种植期间害虫轮流发生,以稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟、三化螟的危害性最大,为了降低水稻害虫的发生率,防止农药的滥用,最好是采用物理防治。试验根据害虫的趋光性的波段范围以及夜晚活动旺盛时间(扑灯节律)的差异,研制了一种 LED(light emitting diodes )多光谱循环式太阳能杀虫灯,实现诱捕害虫的最大化。试验结果发现该灯对水稻害虫有较大的诱杀力,期间诱杀稻纵卷叶螟 32.5、二化螟 25.6、三化螟 25.15,各类稻飞虱占 9.35,其它害虫类别 6.90,灯区较对照区减少药剂防治 2 次;该灯对益虫的影响较小,诱捕的益害比为 0.0089∶1,有利于保护生态平衡。该灯能有效地杀灭水稻害虫,减少水稻种植过程中农药使用量并提高经济效益。 关键词发光二极管;害虫防治;作物;LED 多光谱灯;太阳能杀虫灯;趋光性;扑灯节律;水稻害虫 doi10.11975/j.issn.1002-6819.2016.16.027 中图分类号S477.9 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; 文献标志码A nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; 文章编号1002-68192016 -16-0193-05 涂海华,唐乃雄,胡秀霞,姚志文,王广利,魏洪义. nbsp;LED 多光谱间歇发光太阳能杀虫灯对稻田害虫诱杀效果[J]. 农业工程学报,2016,3216193-197. nbsp; nbsp;doi 10.11975/j.issn.1002 -6819.2016.16.027 nbsp; nbsp;http//www.tcsae.org Tu Haihua, Tang Naixiong, Hu Xiuxia, Yao Zhiwen, Wang Guangli, Wei Hongyi. LED multispectral circulation solar insecticidal lamp application in rice field[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE, 2016, 3216 193- 197. in Chinese with English abstract nbsp; nbsp;doi 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.16.027 nbsp; nbsp;http//www.tcsae.org 0 nbsp;引 nbsp;言南方水稻种植从 5 月份开始到 10 月份结束,期间各类害虫轮流发生[1],其中以稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟、三化螟的危害性最大[2],为了获得好的产量,农户必须不间断地使用各类农药,才能防治病虫害的暴发。从虫口夺粮,造成农药滥用,稻谷农药残留高,而害虫也产生相应的抗药性,使害虫防治越来越困难。近年来,科研人员根据水稻害虫夜间趋光性行为进行物理防治,如用黑光灯把害虫诱入高压电网的有效电场内,当害虫触及电网时瞬时产生高压电弧,把害虫击毙[3];双波灯同时发出长短两列光波控制蔬菜、花生、 水稻及梨园等的害虫效果明显[4];频振式光谱灯发射的光波长为 320~ 400 nm,能够适应多种昆虫的视觉感受,增加了杀虫种类[5];用 LED灯代替其他光源对昆虫的趋光性进行研究,目的是找到更加精确的昆虫敏感光波,并将其运用到害虫防治中[6];白背飞虱对蓝光(470 nm )和绿光( 515~550 nm )较敏感,其次是白光和红光( 630 nm),对黄光(585~595 nm )最不敏感[7];波长在 390 nm 处的近紫外 LED 诱虫灯对赤拟谷盗的诱杀效果最好,捕获率达到 20[8]。灯光防治己成为害虫综合治理中的一项重要措施,与化学防治措施相比,灯光防治具有不造成农药污染,不导致害虫抗药收稿日期2016-02-21 nbsp; nbsp;修订日期2016-05-27 基金项目国家科技支撑计划课题( 2012BAD14B14) ,江西省科技支撑计划(20132BBF60073)资助。 作者简介涂海华,男,硕士,副教授。主要从事物理农业研究。南昌 nbsp;江西农业大学理学院,330045。Email 性以及降低防治成本等优点。 前期杀虫灯研究主要集中在害虫的夜间趋光性和趋色性上,没有考虑害虫夜间的生活规律性即害虫的夜间扑灯节律(害虫在夜间起飞的时间律)[9-16],如稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟等对 350~400 nm 的紫光敏感,活动时间在 1900 至次日凌晨 100,而稻瘿蚊、褐飞虱、白背飞虱对 430~ 450 的蓝光敏感,活动时间在 2030- 2230。为了克服杀灯整夜点亮,同时避免部分益虫也被灯光吸引,破坏了生态平衡。本研究根据水稻害虫趋光性和夜间扑灯节律的变化,研制了 LED 多光谱循环式太阳能杀虫灯[17-29],通过单片机控制时间循环,在害虫夜间扑灯高峰期开启相应颜色的 LED 灯, 实现诱杀害虫的最大化,同时避免对益虫的诱杀,采用太阳能电池供电能实现在远离市电的区域安装与使用。 1 nbsp;稻田害虫的趋光性与扑灯节律 为了诱杀和预防水稻害虫,前期开展水稻害虫趋光性和夜间扑灯节律的调查研究,发现水稻害虫夜间活动的高峰时段在 1900 至次日凌晨 100,扑灯数量约占89.13,其中稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟等较多, 100之后迅速减少;益虫夜间扑灯数量约占 6.39,益害虫比近似为 114.7,其中益虫以稻螟赤眼蜂、螟黄赤眼蜂等寄生蜂和黑肩绿盲蝽等;在趋光性方面, 330~ 400 nm 的波段对害虫诱杀量多, 460~ 520 nm 的波段对益虫的诱杀较少,益害虫比在 0~0.0081。如表 1 所示,列举了水稻害虫的种类和其夜间扑灯节律的时间及趋光波段,图 1 则反映了水稻主要害虫的扑灯节律,从而为诱杀水稻害虫提供了可靠的依据。 农业工程学报(http//www.tcsae.org ) nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;2016 年 nbsp; 194 表 1 nbsp;农田主要害虫趋光波段和活动时间 Table 1 nbsp;Main farmland pests phototaxis wavelength and activity time 农田主要害虫种类 Types of main pests in farmland 趋光波段范围 Phototaxis wavelength range/nm 扑灯节律 Flapping light rhythm 稻纵卷叶螟、三化螟、二化螟 Rice leaf folder, Tryporyza incertulas, Chilo suppressalis 350~400 (紫光) nbsp;1930-22 30中华稻蝗 Oxya chinensis 350~400 (紫光) nbsp;1830-19 30蚜虫、蓟马、粉虱 Aphid, Thrips, Whitefly 550~590 (绿黄光) 18 30-19 30稻瘿蚊、褐飞虱、白背飞虱 Rice gall midge, Brown planthopper, Whitebacked planthopper 430~450 (蓝光) nbsp;2030-22 30大螟 Sesamia inferens 350~400 (紫光) nbsp;2230-01 30从表 1 可知,大多数趋光性水稻害虫诱杀波段在330~ 400 nm 的紫外光和紫光之间,选择此波段的 LED光源可针对性诱杀害虫,做到即诱杀害虫,又保护益虫,如二化螟、三化螟、大螟、中华稻煌; 波段在 550~ 600 nm的黄绿混合光对蚜虫、蓟马、粉虱等有较大诱杀力;波段在 430~450 nm 的蓝色光对稻瘿蚊成虫对有较好诱杀力,特别是已经交配未产卵的雌虫。 从图 1 可以看出,夜出习性的水稻害虫有一定的活动时间规律,例如二化螟、三化螟成虫羽化后,黄昏开始时活动,夜间 700- 800 时活动最盛;大螟成虫羽化后,晚上 700- 800 时开始活动,午夜 1100 至 130 才是扑灯的盛期;中华稻蝗在下午 500- 700 时为活动旺盛期;蚜虫、蓟马、粉虱活动盛期在早晨和傍晚;稻瘿蚊成虫在夜间羽化,夜间 900- 1000 时活动最为活跃等。 nbsp;图 1 nbsp;水稻主要害虫的扑灯节律 Fig.1 nbsp;Rhythm to light of main farmland pests 2 nbsp;LED 多光谱循环灯的设计 采用紫、蓝、绿、黄 4 色 LED 灯( DC12V, 3W)灯,灯盏比例为 2∶ 2∶ 1∶ 1,根据江西地区太阳光照强度和日出日落时间,选择 40W 的太阳能板和 DC12V 蓄电池,同时配合 DC12V 转 5000V 静电高压网,用最小单片机系统进行循环控制,系统结构示意图如图 2 所示,单片机循环控制系统框图如图 3 所示。 图 2 nbsp;LED 多光谱循环式太阳能杀虫灯结构示意图 Fig.2 nbsp;Schematic diagram of LED multi spectral cycle solar insecticidal lamp 图 3 nbsp;单片机循环控制系统框图 Fig.3 nbsp;Block diagram of cycle control system of single chip microcomputer LED 灯组的开关时间见表 2 所示,构成 LED 多光谱时间循环模式。 表 2 nbsp;参考控制时间循环 Table 2 nbsp;Reference control cycle time 时间段 Periods of time 开关 LED 灯操作 nbsp;Switch LED lamp operation 诱杀水稻害虫种类Traps in rice pest species 1730- 1830 紫光灯开,黄绿蓝光灯关 中华稻蝗 1830- 1930 紫蓝光灯关,黄绿光灯开 蚜虫、蓟马、粉虱1930- 2030 黄绿蓝光灯关,紫光灯开 二化螟、三化螟 2030- 2230 黄绿紫光灯关,蓝光灯开 稻瘿蚊 2230- 0130 黄绿蓝光灯关,紫光灯开 大螟 0130- 0530 关灯,节约用电 害虫活动少 0530- 0630 紫蓝光灯关,黄绿光灯开 蚜虫、蓟马、粉虱0630- 1600 全部关灯,进入充电程序 nbsp;本文中日出日落的时间数据的时间为 6 月份,采集地点为江西省上高县江西农业大学试验田(E11510 ′和N2825′),具体参考日出时间为 615,日落时间为 1745。可以根据当地日出日落的时间进行相应设定。 3 nbsp;试验材料与方法 3.1 nbsp;试验材料及原理 试验材料试验采用 LED 多光谱循环式太阳能杀虫灯。 nbsp;3.2 nbsp;试验地点 试验在上高县泗溪镇曾家村江西农业大学循环农业生产基地进行。基地以高产水稻种植研究为主,常年种植早稻,一季稻、晚稻,属水稻病虫害高发区。 3.3 nbsp;试验方法 试验点各安装 LED多光谱循环式太阳能杀虫灯 6盏,有效试验而积为 10 hm2。观测点固定,亮灯时间为每天1830 至次日早上 600。从 6 月 27 日至 7 月 8 日观察,每天清理一次,在 6 月 28 日至 7 月 8 日对试验灭杀的水稻害虫的种类和数量进行记录。同时在试验区和对照区(未安装杀虫灯的同一批次的水稻)调查水稻二化螟、稻纵卷叶螟、稻飞虱等的发生量、危害率。 nbsp;第 16 期 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;涂海华等LED 多光谱间歇发光太阳能杀虫灯对稻田害虫诱杀效果 195 4 nbsp;试验结果与分析 4.1 nbsp;诱杀害虫效果 4.1.1 nbsp;诱杀害虫种类 对诱集的成虫作初步鉴别,灯下共诱杀到 5 目 10 科19 种,以鳞翅目螟蛾科的稻纵卷叶螟、二化螟、三化螟,同翅目飞虱科的灰飞虱、褐飞虱、白背飞虱,双翅目蚊科的巨蚊、稻瘿蚊等是诱杀主体,鞘翅目、直翅目的害虫为次。说明 LED 多光谱循环式太阳能杀虫灯的杀虫谱较广,见表 3。 表 3 nbsp;LED 多光谱循环式太阳能杀虫灯诱杀害虫种类 Table 3 nbsp;LED multispectral circulation solar insecticidal lamp traps in pest species 目 Order 科 Family 种 Species 金龟甲科 铜绿丽金龟、金龟子 鞘翅目 瓢虫科 十星、十三星瓢虫 菜蛾科 小菜蛾 天蛾科 云纹天蛾 螟蛾科 二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟 夜蛾科 斜纹夜蛾、甜菜夜蛾、小地老虎 鳞翅目 卷蛾科 黄色卷蛾 双翅目 蚊科 巨蚊、稻瘿蚊 同翅目 飞虱科 灰飞虱、褐飞虱、白背飞虱 直翅目 楼姑科 东方蝼蛄 4.1.2 nbsp;诱杀害虫数量 对本次试验所诱的成虫清查,诱杀对象以鳞翅目螟蛾科的稻纵卷叶螟 32.5、二化螟 25.6、三化螟 25.15,其次为鞘翅目,各类稻飞虱 9.35,其它害虫类别 6.90,见表 4。由于稻瘿蚊基数大,容易被蓝光吸引,虽然对危害不大,但数量多。 表 4 nbsp;杀虫灯诱杀害虫的种类及数量 Table 4 nbsp;Insecticidal light traps of insect pest species and quantity 日期(月- 日) Date month, day 1 号灯区 No. 1 light area 2 号灯区 No. 2 light area 害虫种类 Pests species 06-26 约 2 580 只 约 2 520 只 06-27 约 2 550 只 约 2 550 只 06-28 约 2 530 只 约 2 530 只 06-29 约 2 520 只 约 2 580 只 06-30 约 2 550 只 约 2 520 只 07-01 约 2 560 只 约 2 260 只 07-02 约 2 520 只 约 2 560 只 07-03 约 2 280 只 约 2 290 只 07-04 约 2 290 只 约 2 590 只 07-05 约 2 250 只 约 2 550 只 07-06 约 2 220 只 约 2 270 只 07-07 约 2 500 只 约 2 520 只 07-08 约 2 530 只 约 2 520 只 稻纵卷叶螟、二化螟、三化螟、叶蝉、稻 飞虱、稻瘿蚊、金龟子、东方蝼蛄等 4.1.3 nbsp;对益虫诱杀影响 调查结果表明灯诱杀大量害虫的同时,也诱杀到益虫,主要有瓢虫、步甲、草岭等,诱捕的益害比约为0.0089∶ 1,对益虫的影响较小,能够保护益虫,有利于生态平衡。 4.2 nbsp;对主要害虫田间消长规律的影响 试验结果表明,6 - 7 月份,灯区稻纵卷叶螟、稻飞虱田间蛾量和卵量,每 667 m2害虫数量仅为对照区的62.5,灯区百蔸卵量明显减少,无需药剂防治,仅 7 月份,灯区较对照区减少药剂防治 2 次,见图 4 所示。 图 4 nbsp;稻田调查的灯照区与对照区主要虫害发生量 Fig.4 nbsp;Rice field survey of main pest generates light area and control area 5 nbsp;效益分析与安全评价 5.1 nbsp;经济效益 试验表明,LED 多光谱循环式太阳能杀虫灯成本低,见表 5,在药剂费用和用工费用方面降低明显,虽然增加了安装与维护费用, 但总的费用还是减少, 经济效益明显。 nbsp;表 5 nbsp;LED 多光谱循环式太阳能杀虫灯的效益比照表 Table 5 nbsp;LED multispectral circulation solar insecticidal lamp benefit comparison table nbsp;Yuan667m-2区域 Area 安装及维护费用Installation and maintenance costs药剂费用 pesticides control costs 用工费用Labor costs合计费用Total cost灯照区 Light area 10 30 15 55 对照区 Control area0 85 50 135 5.2 nbsp;安全系数高 LED 多光谱循环式太阳能杀虫灯用微电脑(数字化 直流变频技术,诱杀害虫的 LED 灯波段范围 350~520 nm;杀虫网上有高压静电 5 000 V,工作电流lt;2 mA ,误触不伤人,安全系数大。 nbsp;6 nbsp;结 nbsp;论 LED 多光谱循环式太阳能杀虫灯是根据昆虫趋光性和扑灯节律设计的产品,该灯用特定光谱对特定害虫进行吸引并诱杀,从每天 1830 至次日早上 0600 依次点亮不同光谱的 LED 灯,试验结果发现 1)该灯对稻纵卷叶螟、二化螟、三化螟、叶蝉、稻飞虱等有较大的诱杀力。 2) 6- 7 月份,灯区稻纵卷叶螟、稻飞虱、田间蛾量和卵量,每 667 m2害虫数量仅为对照区的 62.5,灯区百蔸卵量明显减少。 3)该灯对益虫的影响较小,诱捕的益害比约为农业工程学报(http//www.tcsae.org ) nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;2016 年 nbsp; 196 0.0089∶ 1,有利于保护生态平衡。 太阳能 LED 杀虫灯实现自动工作模式,实现光控和时控,解决了人工开启的繁琐问题,也能解决远离交流电的农田和山区用电问题,很好地为农业生产服务。该灯也可以应用在蔬菜、柑橘、茶叶等作物及森林植物上多种害虫防治领域。 [参 nbsp;考 nbsp;文 nbsp;献] [1] 胡梅操,敖秋春. 南昌郊区主要夜出性昆虫扑灯规律的探讨[J]. 江西林业科技,1984,3125-33. nbsp;[2] 齐会会,张云慧,王健,等. 稻纵卷叶螟在探照灯下的扑灯节律[J]. 中国农业科学,2014,47224436-4444. 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