梨小食心虫幼虫取食水果的声波研究

李玥，赵志国*，王婷婷，武文卿，王鑫，马瑞燕*

(1.山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801；2.山西林业职业技术学院，山西 太原 030009；3.山西省农业科学院农艺研究所，山西 太原 030031；4.山西省投资咨询和发展规划院 山西 太原 030009)

蛀果害虫对水果的危害很大。在不同地区，梨小食心虫(Grapholithamolesta(Busk))等蛀虫害虫对果树的栽培都有威胁，不仅仁果类中的梨、苹果容易受到梨小食心虫的危害，而且核果类中的桃、杏、李等也会受到梨小食心虫危害[1]。为减少水果的损失，保证品质质量，保证卫生安全，减少成本，提高果农收入，必须及时对运输和储藏中的水果进行监测，及时确认果实是否被害并采取有效的经济措施，确保水果品质。

目前，对水果害虫检测的方法主要有直接观察法和抽样检测法。直接观察法是通过人的眼睛进行直接的观察，主要用于已经被害虫破坏，水果出现腐烂，水果表皮变色，是一种直接快速的检测方法[2]。抽样检测法是随机抽取一些水果样品，然后将样品进行切割检测，检测水果内部是否有虫害，大致推测出被虫害破坏的水果存在的地方和数量，主要用于水果数量多且外观无异常的情况。目前国内对瓜果检疫一般采用现场检测，将瓜果进行随机抽取，然后对抽取的瓜果逐个检查，通过肉眼或者放大镜对瓜果表层进行观察，是否有蛀孔、排泄物、虫咬痕迹等等。最后对可疑的水果进行切割，检查果肉和核是否有蛀虫[3]。很多国家的农业部门检测水果害虫常用的方法就是直接切开水果，然后肉眼观察有没有害虫，但是这种方法劳动强度大且随机性高、工作效率低，在水果收获的季节任务量更大，有很大的弊端，难以适应现代化害虫检测的需求[4]。

随着现代科学技术的不断进步，将新型实用的科学技术应用于水果虫害检测已成为一种趋势。常用的检测方法存在劳动量大、准确率低、工作效率低的缺点。对于这个问题国内外学者极力寻找一种准确、方便、高效的方法来提高水果害虫检测水平: Chuang C L等用X射线照射水果来发现害虫[5]，Payne J A等用红外线检测害虫[6]，也有科学家尝试使用微波技术[7]和蒸汽加热处理[8]的方法处理害虫，但是这些方法由于费用较高、使用不方便，不具有广泛普及的条件。因此利用更加简便、廉价的技术检测害虫成为果品生产和害虫检疫中急需解决的课题之一。随着技术的发展，声音传感器灵敏度和设计技术得到了很大的提高，现代的害虫声音监测系统主要包括传感器、前置放大器、数字录音机、监听耳机、计算机或微处理器。传感器采集到声音信号,经前置放大器放大后传入数字录音机,利用计算机软件对声音信号进行分析,逐步发展到害虫种类识别、害虫数量计数,为害虫综合治理提供了重要依据[9]。声音监测技术与其他方法相比，工作效率高且对果实无害，可以做到早发现、早防治。

本文通过对梨小食心虫幼虫取食苹果和梨果实时的声波进行采集和分析，以期实现在水果储藏中对梨小食心虫幼虫的声音监测，并为声音监测提供依据，从而提高监测效率，减少果品损伤，提高经济效益。

1　材料与方法

1.1　试验材料

试验用的材料为梨小食心虫幼虫，在实验室饲养，共有五龄幼虫。梨和苹果为水果材料。声音信号通过录音笔、振动针进行采集。分析软件为Adobe Audition声音处理软件。自制隔音箱。

1.2　试验流程

1.2.1制作隔音箱

隔音箱的结构采用箱体外壁、隔音板和吸音棉组成[10]。隔声处理：为了让箱内环境保持宁静，降低外界噪声的影响，需要隔声处理[11]。将培养箱内壁用隔音板牢牢粘贴，用密封胶密封隔音板的间隙。吸声处理：利用隔音材料对外界声音进行吸收，减少噪音[12]。使用环保吸音棉按照箱体内部尺寸剪裁填充，在隔音板外部覆盖一层。最后将数据线从箱顶开孔处接出，用吸音棉将孔洞塞实。最终形成一个对外隔音，对内吸音的隔声箱。

1.2.2试验过程

梨小食心虫幼虫在不同水果中取食时发出的振动波通过录音笔进行收集，然后使用Adobe Audition软件对声音进行处理，得出梨小食心虫幼虫各个虫龄取食时的声音强度(图1)。

图1　试验装置Fig.1　Experimental device

根据梨小食心虫幼虫的发育规律，大约3 d成长1龄[12]，因此每隔3 d对梨小食心虫进行一天的声音监测，2种水果在不同的隔音箱中同时进行，持续15 d,测出梨小食心虫幼虫不同虫龄在两种水果中取食时的声音强度。

2　结果与分析

将所测得声波数据导入Adobe Audition声音处理软件中，进行降噪处理，然后对一天声波的数据进行整合筛选，选取较明显的若干峰值即幼虫活动取食时的声波段，取其振幅的均值，得到当日龄期幼虫取食果实声波的振幅即分贝。通过对比分析，得出梨小食心虫不同龄期幼虫取食苹果和梨果实时的声音特征。

2.1　梨小食心虫幼虫不同虫龄取食苹果的声音

选取3个梨小食心虫2龄幼虫取食苹果的声音强度,其平均值为-75 dB，即2龄幼虫取食苹果的声音强度为-75 dB(图2)。

图2　梨小食心虫2龄幼虫取食苹果的声音波动测定图Fig.2　The sound wave of G. molesta second age larvae feeding on Apple

选取3个梨小食心虫3龄幼虫取食苹果的声音强度，其平均值为-54 dB，即3龄幼虫取食苹果的声音强度为-54 dB(图3)。

图3　梨小食心虫3龄幼虫取食苹果的声音波动测定图Fig.3　The sound wave of G. molesta third age larvae feeding on Apple

选取3个梨小食心虫4龄幼虫取食苹果的声音强度，其平均值为-48 dB，即4龄幼虫取食苹果的声音强度为-48 dB(图4)。

图4　梨小食心虫4龄幼虫取食苹果的声音波动测定图Fig.4　The sound wave of G. molesta fourth age larvae feeding on Apple

选取3个梨小食心虫5龄幼虫取食苹果的声音强度，其平均值为-42 dB，即5龄幼虫取食苹果的声音强度为-42 dB(图5)。

图5　梨小食心虫幼虫5龄取食苹果的声音波动测定图Fig.5　The sound wave of G. molesta fifth age larvae feeding on Apple

2.2　梨小食心虫幼虫不同虫龄取食梨的声音

选取3个梨小食心虫2龄幼虫取食梨的声音强度，其平均值为-63 dB，即2龄幼虫取食苹果的声音强度为-63 dB(图6)。

图6　梨小食心虫幼虫2龄取食梨的声音波动测定图Fig.6　The sound wave of G. molesta second age larvae feeding on Pear

选取3个梨小食心虫3龄幼虫取食梨的声音强度，其平均值为-57 dB，即3龄幼虫取食梨的声音强度为-57 dB(图7)。

图7　梨小食心虫幼虫3龄取食梨的声音波动测定图Fig.7　The sound wave of G. molesta third age larvae feeding on Pear

选取3个梨小食心虫4龄幼虫取食梨的声音强度，其平均值为-45 dB，即4龄幼虫取食梨的声音强度为-45 dB(图8)。

图8　梨小食心虫幼虫4龄取食梨的声音波动测定图Fig.8　The sound wave of G. molesta fourth age larvae feeding on Pear

选取3个梨小食心虫5龄幼虫，其食梨的声音强度取平均值为-39 dB，即5龄幼虫取食梨在声音强度为-39 dB(图9)。

图9　梨小食心虫幼虫5龄取食梨的声音波动测定图Fig.9　The sound wave of G. molesta fifth age larvae feeding on Pear

2.3　方差分析

通过对梨小食心虫幼虫取食水果时声音的分析，得到不同龄期在水果上取食的声音分贝大小:在苹果上,2龄-75 dB,3龄-54 dB,4龄-48 dB,5龄-42 dB;在梨上,2龄-63 dB,3龄-57 dB,4龄-45 dB,5龄-39 dB。

通过监测梨小食心虫幼虫4个虫龄取食水果的声音强度分析发现，梨小食心虫5龄幼虫取食果实时声音最大，且取食梨果实时声音较高。对所得数据使用spss18.0进行多个独立样本K检验，结果显示各虫龄幼虫取食苹果声音强度(P=0.17>0.01)，各虫龄幼虫取食梨声音强度(P=0.18>

0.01)差异均不显著;使用单因素方差分析，结果显示各虫龄幼虫取食苹果和梨的声音强度(P=0.692>0.05,F=0.172)差异不显著。因此,可认为各龄期幼虫取食水果时声音分贝大小无差别,取其均值作为监测依据：梨小食心虫幼虫取食苹果果实的声音强度为-43.8 dB，取食梨果实的声音强度为-40.8 dB。

3　讨论与结论

在水果质量检测中，声音监测技术作为一门新兴的检测手段，有其独特的优势和良好的发展前景。特别是对储藏中的水果，由于储藏环境通常较稳定且干扰少，便于声音监测手段的使用。隔音箱材料易得，制作简便，可以进一步减少噪音的干扰，提高声音监测的准确性。在实际生产中，对果实在储藏和运输中取样，置于隔音箱监测，或者直接将储存或运输空间作隔音处理，通过所采集声波在声音强度的大小与试验所得监测依据相比较，若声音强度大于监测依据，则判别果实中存在梨小食心虫幼虫；由于试验中所测数据均为单头幼虫取食，因此可通过监测采集声波的声音强度与上述监测依据的倍数关系估测害虫数量，掌握虫情并及时采取虫害处理措施，从而减少检测中对水果的损伤，提高检测效果。尤其是对珍贵水果检测时，声音监测可以更高速的提高检测效率，并能很好地避免经济损失。

声音监测一般都是使用录音软件然后通过计算机处理数据对结果进行分析，高效且科学。与传统的水果监测方法相比，使用声音监测可以降低工人的劳动强度，提高工作效率，避免了直接切割水果统计害虫而造成的经济损失，而且结果更准确。

水果害虫声音监测技术是一项多学科交叉的课题，目前本课题已经有了一些进展，但是仍然有很多问题需要解决。由于时间和条件有限，许多问题还需要以后进一步探讨。