光纤发光诱虫灯对茶树害虫的诱捕效果研究

金　星

(遵义师范学院 物理与机电工程学院，贵州 遵义　563002)



光纤发光诱虫灯对茶树害虫的诱捕效果研究

金星

(遵义师范学院 物理与机电工程学院，贵州 遵义563002)

摘要：为了对茶树害虫进行科学的测报和诱捕，设计了一种光纤发光诱虫灯，开展了光纤发光诱虫灯在不同发光颜色、不同亮灭规律的情况下与频振式杀虫灯对茶树害虫的诱集对比试验。试验结果表明：光纤发光诱虫灯在亮2min-灭1min的亮灭规律下诱虫效果和能耗均好于频振式杀虫灯；在绿、黄、蓝、白4种发光颜色中，黄色光诱虫效果最好。同时，进一步证实了频振式杀虫灯具有更好的杀虫稳定性；但对茶树害虫天敌也有很强的杀伤力，应科学制定开灯方案。综合诱虫效果、能耗和使用寿命，光纤诱虫灯具有良好的应用前景。

关键词：LED；诱虫灯；侧面发光光纤；频振灯；对比研究

0引言

常见的茶树虫害主要有茶小地老虎、茶尺蠖、茶灰地老虎等趋嫩性害虫和茶黑刺粉虱、茶小绿叶蝉及茶蚜等刺吸式害虫。趋嫩性害虫会直接嚼食茶树芽叶，降低茶叶的嫩度；刺吸式害虫会刺吸芽叶内糖类、氨基酸等营养成分，破坏茶叶内各种成分的比例，进而影响整个茶叶的品质。喷洒化学农药是使用最多的一种虫害防治手段，但由于长期施药及盲目施药，导致农药残留及环境污染，对人体健康产生危害，并对我国茶叶的国际声誉产生严重影响。

相关研究表明：这些害虫具有趋色性和趋光性，因此可以利用害虫对光和色的趋性对其进行诱杀。频振式杀虫灯是近年来使用较多的新型植保灯具，具有诱集昆虫种类和数量多及杀虫效率高等优点，在茶园杀虫应用中获得了比较正面的肯定[1]；但该灯“敌我不分”，对天敌和其它无益无害昆虫也具有较强的杀伤能力[2]，不利于保护生物多样性。LED杀虫灯是一种新型无公害灭虫灯具，但其存在眩光污染、伤害人的眼角膜和虹膜等缺陷。

目前，利用LED杀虫灯在诱杀农作物害虫等领域已有报道[3-5]，当LED杀虫灯处于不同亮灭状态下对害虫的诱捕数据以及LED杀虫灯与频振式杀虫灯诱捕害虫的对比试验还鲜有报道。学者周小云设计了一种基于MSP430单片机的新型杀虫灯，并根据昆虫行为学设计了16种灯光亮灭方式，在水稻试验基地进行了田间试验，取得了较好的效果[6]。为了对茶树害虫进行科学的测报和诱捕，笔者在此研究的基础上设计了一种新型光纤发光诱虫灯，并于2014年7月1-25日开展了光纤发光诱虫灯在不同颜色、不同亮灭规律的情况下与频振式杀虫灯对茶树害虫的诱集对比试验，现将光纤发光诱虫灯设计思路、试验方法和结论进行报道。

1光纤发光诱虫灯

如图1所示，光纤发光诱虫灯主要由超高亮全彩LED光源、侧面发光光纤、配光系统、散热装置和高压电网等部分组成。由于LED光源发出的光线是散射光，为其加装反光碗、反光膜、聚光透镜和自聚焦透镜以提高光线利用率、增强光源指向性和改变光源发散角度。当侧面发光光纤与LED发出的光线耦合后，一部分光线传输至光纤的出射端面，另一部分光线均匀地从光纤的侧面传输出去，从而形成光纤侧面发光现象[7]。本诱虫灯设计双LED光源，两个LED光源分别安装在光纤两个端面，最大限度地保证诱虫灯的发光强度和均匀度。采用蓄电池作为储能装置为LED光源提供电能，利用光伏发电模块为储能装置充电，达到节约能源的目的。

光纤发光诱虫灯相比传统诱虫灯，可以通过驱动电路改变LED的发光颜色和发光方式，利用其更具诱集作用的光谱诱集害虫，不仅可以在诱虫灯上安装高压电网杀灭害虫，还可以在诱虫灯上覆盖粘虫胶诱捕害虫，从而有效控制害虫数量，促进茶树的生长发育。由于LED是冷光源，发热量小，不会对茶树造成危害；光纤具有柔软、质量小、抗腐蚀能力强等特点，可以改变光路引导光线到达茶树枝叶浓密处和植株下部的叶面[8]，解决传统诱虫灯对爬行类害虫诱捕效果不好的问题。

1.反光膜　2.反光碗　3.铝制散热底座　4.导热锡浆　5.铜制基

2试验过程与方法

试验场地位于贵州省遵义市湄潭县永兴茶场，茶丛高度0.8m。为避免外界光源对诱虫效果的影响，试验地点需远离外界光源。试验时间为2014年7月1-25日，连续进行25天试验，每天傍晚19:00接通诱虫灯电源，次日早上7:00断开诱虫灯电源并进行诱虫量统计。

2.1试验器材

试验采取相同规格的光纤发光诱虫灯(LED光源额定功率3W×2=6W，光纤长度1m，光纤直径10mm，下文简称“光纤灯”)4台，每个光纤灯均安装高压电网(电网电压2 500V)；市场购置某品牌频振式杀虫灯(额定功率35W，波长320～400nm，电网电压2 300V，下文简称“频振灯”)1台，笔记本电脑1台，Microsoft Office Excel数据分析软件1套。

2.2试验方法

总共5台诱虫灯，两两相距100m，呈正五边形分布，光纤灯竖直安放，底座距离地面0.4m(茶树冠下0.4m，茶树冠上0.6m)，频振灯的底座距离地面高度1.4m，5台诱虫灯下均安装集虫袋。为便于记录，4台光纤灯分别编号为1、2、3、4号灯，频振灯编号为5号灯。

试验分为5个阶段进行：第1阶段(7月1-5日)，4台光纤灯常亮(下文简称“常亮”)。其中，1号灯发出绿色光(波长555～570nm)，2号灯发出黄色光(波长577～597nm)，3号灯发出蓝色光(波长435～450nm)，4号灯发出白色光(波长390～760nm)，统计每天的诱虫量；第2阶段(7月6-10日)，4台光纤灯的发光颜色与第1阶段相同，亮灭规律同为亮2min-灭30s(下文简称“2min-30s”)；第3阶段(7月11-15日)，4台光纤灯的发光颜色与第1阶段相同，亮灭规律同为亮2min-灭1min(下文简称“2min-1min”)；第4阶段(7月16-20日)，4台光纤灯的发光颜色与第1阶段相同，亮灭规律同为亮5min-灭1min(下文简称“5min-1min”)；第5阶段(7月21-25日)(下文简称“频闪”)，控制1号灯间隔1min交替发出绿色光、黄色光、蓝色光和白色光(下文简称“间隔1min”)，控制2号灯间隔2min交替发出绿色光、黄色光、蓝色光和白色光(下文简称“间隔2min”)，控制3号灯间隔5min交替发出绿色光、黄色光、蓝色光和白色光(下文简称“间隔5min”)，控制4号灯间隔10min交替发出绿色光、黄色光、蓝色光和白色光(下文简称“间隔10min”)。

图2　第1阶段(常亮)诱虫数据

3结果与分析

3.1第1阶段(常亮)诱杀效果试验

第1阶段各灯诱虫数据如图2所示。1号灯总诱虫量为1 106头，日均221.2头，害虫诱集量为1 011头，益害比为1∶11；2号灯总诱虫量为1 221头，日均244.2头，害虫诱集量为1 143头，益害比为1∶15；3号灯总诱虫量为918头，日均183.6头，害虫诱集量为846头，益害比为1∶12；4号灯总诱虫量为1 070头，日均214头，其中害虫诱集量为1 005头，益害比为1∶15；5号灯总诱虫量为1 220头，日均244头，其中害虫诱集量为1 025头，益害比为1∶5。由此可见：①频振灯的诱虫量更大、诱虫效率更稳定；②在光纤灯常亮状态下，对茶树害虫诱集效果最好的是黄色光，其诱虫量与频振灯诱虫量相当；③光纤灯的4种发光颜色中，诱虫量由高到低的顺序为黄色光、绿色光、白色光、蓝色光；④在频振灯的集虫袋中观察到大量茶树天敌，其益害比远高于光纤灯的益害比，光纤灯具有更好的综合效应。

3.2第2阶段(2min-30s)诱杀效果试验

第2阶段各灯诱虫数据如图3所示。1号灯总诱虫量为584头，日均116.8头，害虫诱集量为552头，益害比为1∶17；2号灯总诱虫量为724头，日均144.8头，害虫诱集量为679头，益害比为1∶15；3号灯总诱虫量为491头，日均98.2头，害虫诱集量为458头，益害比为1∶14；4号灯总诱虫量为658头，日均131.6头，害虫诱集量为603头，益害比为1∶11；5号灯总诱虫量为1 156头，日均231.2头，害虫诱集量为985头，益害比为1∶6。从图3的数据可见：①频振灯诱虫量大，诱虫效率更稳定；②光纤灯在“2min-30s”亮灭状态下，其诱虫量及诱虫效果均不及频振灯；③光纤灯的四种发光颜色中，诱虫量由高到低依次为黄色光、白色光、绿色光、蓝色光；④光纤灯诱虫益害比低于频振灯，综合效应更好。

图3　第2阶段(2min-30s)诱虫数据

3.3第3阶段(2min-1min)诱杀效果试验

第3阶段各灯诱虫数据如图4所示。1号灯总诱虫量为1 169头，日均233.8头，害虫诱集量为1 054头，益害比为1∶9；2号灯总诱虫量为1 325头，日均265头，害虫诱集量为1 206头，益害比为1∶10；3号灯总诱虫量为1 037头，日均207.4头，害虫诱集量为974头，益害比为1∶15；4号灯总诱虫量为1 183头，日均236.6头，害虫诱集量为1 107头，益害比为1∶15；5号灯总诱虫量为1 074头，日均214.8头，害虫诱集量为943头，益害比为1∶7。从图4的数据可见:①频振灯的诱虫量依然大，但产生了小幅波动；②光纤灯在“2min-1min”亮灭状态下，其诱虫量及诱虫效果均好于频振灯；③光纤灯的4种发光颜色中，诱虫量由高到低依次为黄色光、绿色光、白色光、蓝色光；④光纤灯诱虫益害比低于频振灯，综合效应更好。

图4　第3阶段(2min-1min)诱虫数据

3.4第4阶段(5min-1min)诱杀效果试验

第4阶段各灯诱虫数据如图5所示。1号灯总诱虫量为980头，日均196头，害虫诱集量为917头，益害比为1∶15；2号灯总诱虫量为1 034头，日均206.8头，害虫诱集量为946头，益害比为1∶11；3号灯总诱虫量为869头，日均173.8头，害虫诱集量为799头，益害比为1∶11；4号灯总诱虫量为934头，日均186.8头，害虫诱集量为852头，益害比为1∶10；5号灯总诱虫量为1 021头，日均204.2头，害虫诱集量为847头，益害比为1∶5。

图5　第四阶段(5min-1min)诱虫数据

从图5的数据可见:①频振灯的诱虫量依然比较稳定；②光纤灯在“5min-1min”亮灭状态下，其发出黄色光的诱虫量及诱虫效果略低于频振灯；③光纤灯的4种发光颜色中，诱虫量由高到低依次为黄色光、绿色光、白色光、蓝色光；④光纤灯诱虫益害比低于频振灯，综合效应更好。

3.5第5阶段(频闪)诱杀效果试验

第5阶段各灯诱虫数据如图6所示。1号灯总诱虫量为798头，日均159.6头，害虫诱集量为715头，益害比为1∶9；2号灯总诱虫量为911头，日均182.2头，害虫诱集量为823头，益害比为1∶9；3号灯总诱虫量为1 005头，日均201头，害虫诱集量为898头，益害比为1∶8；4号灯总诱虫量为804头，日均106.8头，害虫诱集量为724头，益害比为1∶9；5号灯总诱虫量为993头，日均198.6头，害虫诱集量为864头，益害比为1∶7。从图6的数据可见:①频振灯的诱虫量依然比较稳定；②光纤灯在“间隔5min”的频闪状态下，其平均诱虫量略高于频振灯；③光纤灯的4种频闪状态中，诱虫量由高到低依次为“间隔5min”、“间隔2min”、 “间隔10min”、“间隔1min”；④光纤灯诱虫益害比低于频振灯，综合效应更好。

3.6试验结论

整个试验期内各灯诱虫数据如图7所示，综上可得如下试验结论：

1)2014年7月1-25日，试验期内实际开灯25天，共诱集各类茶树昆虫成虫24 285头。其中，第1阶段共诱集昆虫5 535头，单灯日均诱集量221.4头；第2阶段共诱集昆虫3 613头，单灯日均诱集量144.5头；第3阶段共诱集昆虫5 535头，单灯日均诱集量231.5头；第4阶段共诱集昆虫4 838头，单灯日均诱集量193.5头；第5阶段共诱集昆虫4 511头，单灯日均诱集量180.4头。由此可见：第3阶段的诱虫效果最好，这得益于光纤灯采取了“2min-1min”的灯光亮灭方式，与第3阶段试验数据吻合。

2)频振灯的诱虫量更大，诱虫效果更稳定，但在其集虫袋中观察到大量茶树天敌，远多于光纤诱虫灯对天敌的诱捕量。光纤灯1∶11.47的综合益害比远低于频振灯1∶5.83的综合益害比，从保护生物多样性的角度考虑，使用频振灯时，应根据害虫发生规律科学制定开灯方案[9]。

3)对比光纤灯不同的灯光亮灭方案，在“2min-1min”亮灭状态下诱虫效果最好，诱虫量高于频振灯诱虫量；“常亮”状态次之，在“2min-30s”亮灭状态下诱虫效果最差；“2min-1min”方案的功耗理论上比“常亮”及“频闪”方案节能33%。综合考虑诱虫效果和能耗，可优先选用“2min-1min”方案。

4)对比光纤灯不同的发光颜色，黄色光诱虫效果最好，蓝色光诱虫效果最差；对比光纤灯不同的频闪状态，“间隔5min”的频闪方案诱虫效果最好，“间隔1min”诱虫效果最差。

5)频振灯的诱虫量呈下降趋势，推测频振灯波长范围有限，长期使用导致害虫对其光谱敏感选择性降低[10]，产生“耐诱性”。

6)光纤灯6W的功耗远比频振灯35W的功耗低得多，且LED光源的使用寿命(10万h左右)远超频振灯设计寿命5年(4.38万h左右)，因此，光纤诱虫灯节能效果显著，性价比更高。

图7　整个试验期内各灯诱虫数据

4结论

设计了一种基于LED照明技术和光纤发光技术的新型诱虫灯。试验表明：优化搭配诱虫灯的发光颜色和亮灭规律，可使其诱虫效果优于频振式杀虫灯。光纤发光诱虫灯能深入茶树植株内部，对飞行类害虫和爬行类害虫均有诱捕作用。由于该诱虫灯具有更好的光谱选择性，因此可以更加有针对性地诱捕害虫；发出的光线柔和不刺眼，防水等级高，作为茶树虫害防治领域的补充和延伸，具有一定的推广价值。

参考文献：

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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

文章编号：1003-188X(2016)07-0224-05

中图分类号：S435.711；S431.7

文献标识码：A

作者简介：金星(1979-)，男，贵州遵义人，副教授，硕士，(E-mail)jinxingpl@163.com。

基金项目：贵州省科学技术基金资助项目(黔科合J字LKZS[2014]11号)；贵州省省级重点学科项目(黔学位办[2013]18号)；贵州省教育厅产学研基地项目(黔教合KY字[2013]127号)

收稿日期：2015-07-01