设施内光谱防控害虫技术应用

2022-09-17张志平以色列吉尼嘉塑料制品有限公司海南万宁571522

农业工程技术 2022年19期

张志平（以色列吉尼嘉塑料制品有限公司，海南万宁 571522）

化学农药的不科学使用对生态环境、人类健康和生物多样性的负面效应日趋明显，中国制定了绿色防控和农药零增长计划，利用昆虫趋光性防治农业害虫的新型技术被广泛推广应用。目前，少有设施内利用昆虫可视光谱进行害虫防治的相关报道，虽然大家都知道昆虫普遍具有趋光性，但商品化的防治工具（黑光灯、色板）等方式较为单一，效果也非常局限，缺乏选择性与集成性。笔者针对设施内光谱防控害虫技术应用情况进行分析，旨在为种植者提供相关参考。

光谱防控害虫技术原理

利用光谱技术对害虫的防控是基于一类昆虫的生理特性。多数昆虫有着共同的可视波段范围，一段集中在U VA 不可见波段，一段在可见光部分。在不可见的这段，因其在可见光与光合作用的范围外，也即意味着研究对这部分波段的干预不会对工作劳作与植物光合作用造成任何影响。研究人员发现可以通过阻隔这部分波段，造成昆虫的视觉盲区，降低其活性，使作物免受害虫侵害并减少病毒传播。而在可见光这部分波段，可以采取在远离作物的区域加强这部分波段，干扰昆虫的行动方向，以保护作物不受侵扰。举例来说，如果将害虫比喻成飞机，那害虫飞行则如同飞机的夜间着陆，害虫的导航系统主要依靠的光波段范围如同机场的引导光带。阻隔了这部分光波，如同飞机失去了指示光带，则害虫不会在此着陆；另一方面，如果强加了这部分光波在其他与作物无关的区域，则昆虫则趋向飞往于被引导的方向并在此着陆，从而起到保护作物的效果。

设施内常见害虫

设施种植常见的害虫有蓟马、蚜虫、粉虱、斑潜蝇等。蓟马长约1.3 mm，宽约0.45 mm，以其体型小，品种多，危害性大而成为设施种植普遍存在的难题。蓟马主要发生在玫瑰花、非洲菊、茄子、黄瓜、辣椒、西瓜、甜瓜、芒果、芸豆以及水稻、玉米等作物上。蓟马成虫、若虫均可为害作物，蓟马为锉吸式口器，取食植物新叶、嫩芽、花器和幼果的汁液等。嫩叶受害后使叶片变薄，叶片中脉两侧出现灰白色或灰褐色条斑，表皮呈灰褐色，出现变形、卷曲，生长势弱（图1）。

图1 蓟马为害情况

蚜虫长约1.2 mm，宽约1.0 mm。危害玫瑰的蚜虫主要集中于花蕾、嫩梢、叶片上，以刺吸式口器吸取汁液，使受害花蕾及幼叶卷曲畸形，不能伸展。同时，由于蚜虫分泌蜜露，常引发烟煤病，并招来蚂蚁（图2）。

图2 蚜虫为害情况

白粉虱长约1.0 mm，宽约0.19 mm，白粉虱成虫、若虫均能刺吸植物韧皮部的汁液，导致植物生长衰弱。同时其成虫、若虫分泌蜜露及蜡质物污染植物器官和果实，诱发煤烟病的发生，使植物光合作用受阻，导致叶片萎缩、枯萎和提前落叶。粉虱是许多病毒病的重要传播体，所传播的植物病毒可导致植物变形和果实不育，造成严重损失（图3）。

图3 白粉虱为害情况

斑潜蝇长2.0 mm，宽0.5 mm。斑潜蝇的成、幼虫均对作物带来危害。雌成虫飞翔时把植物叶片刺伤，进行取食和产卵，幼虫潜入叶片和叶柄为害，产生不规则蛇形白色虫道，叶绿素被破坏，影响光合作用，受害植株叶片脱落，造成花芽、果实被灼伤，严重的可能造成毁苗（图4）。

图4 斑潜蝇为害情况

设施病虫害光谱防治解决方案

研究发现，上述昆虫有着共同的生活习性，这类昆虫的活动飞行、寻找食物都是依靠一定波段的光谱导航，如蚜虫，白粉虱在紫外光(波长约360 nm) 以及绿至黄光(520～540 nm) 都有接收器官。对这两段光进行干预就会干扰昆虫的活性并降低其繁殖率。而蓟马则还会在400～500 nm 可见光部分波段有可视的敏感性。

部分有色光可诱导昆虫着陆，从而为吸附与捕捉昆虫创造了有利条件。此外，较高程度的日光反射(超过25% 的光辐射) 同样可以阻止昆虫的附着光学特性，例如强度，波长和颜色的对比度等同样会大大影响昆虫的反应程度。从图5 中可看出，有些昆虫是两段可视光谱，即UV 及黄绿光段，有些是三段可视光谱，为UV、蓝光段与黄绿光段。

图5 常见昆虫可视敏感光波段

此外还可以利用有害昆虫的负趋光性对其进行干扰。通过研究昆虫的生活习性，可采取两种防控害虫的解决方案，一是对于可阻隔的光谱区间改变温室环境，使温室内所含的昆虫活跃区间的光谱，如紫外光段降到极低，给害虫在这一波段制造“失明”；二是对于不可阻隔的区间可以通过提高温室内其他受体的有色光反射或散射程度，从而干扰害虫飞行降落的方位。

紫外阻隔法

紫外阻隔法是通过在温室膜，防虫网中添加紫外线阻隔剂，将进入温室内的光线中昆虫敏感的主要波段进行有效阻隔，从而抑制了昆虫的活跃度，降低了害虫的繁殖，减少了温室内作物间病虫害的传播。

光谱防虫网

对于普通的防虫网，仅仅是PE 材料制成的带有孔洞的纱网，其防虫效果取决于网孔目数。但存在防虫与通风的矛盾。因害虫体量极小，要防住这些害虫不进入温室就必然要增加防虫网的网孔密度，这样一来，防虫效果提高了，却影响了温室通风，通风不良则对温室内降低过高的湿度与温度都极为不利，甚至会因此导致病害蔓延。从图6 中可以看出，即使50 目（极高的网孔密度）的防虫网，也无法仅仅依靠网孔的大小尺寸将害虫阻挡住。反之，将网孔增大，通风好了，但害虫又无法防控了。

图6 高密度防虫网防护效果

而光谱防虫网通过在原料中加入防紫外波段的添加剂，将害虫的敏感光波段予以阻隔。因为不是仅仅依靠网孔密度对害虫进行防控，也就可以以较低目数的防虫网实现较好的防虫效果。即在保证良好通风的同时，又实现了高效防虫。因此也解决了通风与防虫在设施种植中的矛盾，两种功能需求都可满足，并达到了相对平衡。

从50 目光谱防虫网下光谱波段反射率（图7）可以看到UV 波段（害虫光敏感波段）被大大吸收了，反射率不到10%。在加装有这类光谱防虫网的温室通风窗的区域，昆虫视觉在这一波段是几乎感受不到的。不同以色列光谱防虫网的实物对比见图8。

图7 光谱防虫网光谱波段反射图（50 目）

为了验证光谱防虫网的防护性能，科研人员做了相关测试，即在番茄生产园内，选用50目普通防虫网，50 目光谱防虫网，40 目普通防虫网，40 目光谱防虫网，四种不同性能不同网孔密度防虫网，对比粉虱与蓟马存活量。在每次的计数中，50 目光谱防虫网下的粉虱数量都是最少的，40 目的普通网下粉虱数量都是最多的。可明显看出相同目数的防虫网下，光谱防虫网下的粉虱数量都要比普通网下数量明显少很多（图9a）。相同目数下，光谱防虫网比普通防虫网下蓟马的数量少，即使是40 目光谱防虫网下的蓟马数量也比50 目普通防虫网下的数量要少（图9b）。总体来说光谱防虫网在保证较好的通风时仍能有着比高目数的普通防虫网更强的防虫作用。

图9 不同目数光谱防虫网与普通防虫网防护效果

同时科研人员还做了另一个试验，即选用50 目普通防虫网，50 目光谱防虫网，68 目普通防虫网，对比番茄生产温室内蓟马数量，由图10 可以看出，同样是普通防虫网，68 目因其网孔密度高，防虫网效果明显高于50 目的普通防虫网。但同样是50 目低目数的光谱防虫网，要比高目数68 目的普通防虫网防网下的蓟马数量少。

图10 不同防虫网下蓟马数量对比

此外，在测试50 目普通防虫网，40 目光谱防虫网两种不同性能不同网孔密度下，比较在韭菜生产园区每块黏虫板蓟马数量对比情况时，科研人员发现即使较低目数的光谱网也有着比更高目数普通防虫网的更加卓越的防虫效果，统计结果见图11，实际生产中的效果对比见图12。

图11 生产中不同防虫网下蓟马数量对比

图12 相同目数不同性能防虫网防虫效果实物对比

光谱防虫膜

普通的温室覆盖膜会吸收一部分UV 光波，这也是加速膜老化的主要原因。将阻隔昆虫UVA 敏感波段的添加剂，通过特有技术加入温室覆盖膜中，在保证膜的正常使用寿命不受影响的前提下，做成具有防虫性能的薄膜。图13证实了UV 阻隔膜与普通膜对粉虱、蓟马、蚜虫数量的影响。

图13 UV 阻隔膜与普通膜对粉虱、蓟马、蚜虫数量影响

随着种植时间的增加，可以看出在普通膜下的害虫数量比在UV 阻隔膜下的数量有着极大的增加。特别要指出的是，这类膜的使用要求种植者在日常温室内劳作时的进出以及通风口要有特别的注意，否则会降低产品的使用效果。因UV 阻隔膜对害虫的有效防控，从而减少了种植者对杀虫剂的使用，使用实际效果见图14。由表1 可以看出，在设施洋桔梗的种植中，无论是潜叶蝇、蓟马、粉虱的数量还是杀虫剂的使用量，在UV 阻隔膜下都要少于普通膜。

表1 使用UV 阻隔膜与普通膜的温室中用药情况对比

图14 UV 阻隔膜与普通膜使用效果对比

光色干扰/诱捕法

趋色性是昆虫视觉器官对不同颜色的趋避特性，利用害虫对部分有色可见光谱的敏感性，干扰害虫的目的方向，从而降低害虫对作物的危害，同时减少杀虫剂的使用。

地膜反射干扰

生产中，将黄褐色地膜黄色面向上（图15a），蚜虫粉虱等害虫因趋光而大量着陆于地膜，同时夏季地膜表面温度极高，从而大量附着于地膜表面的害虫被杀死，进而减少这类害虫无序附着于作物给作物带来危害。银灰色地膜（图15b）则是利用了蚜虫，蓟马等对色光的负趋性，在黄瓜棚，草莓棚内覆盖银灰色地膜可有效减少这类害虫的危害。黄棕色地膜在番茄种植中实用收获数据比较见图16。