陳韶萍， 趙 健, 何玉仙, 翁啟勇, 黃美玲,池美香, 梁 勇, 邱榮洲*

(1. 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 福建省作物有害生物監(jiān)測(cè)與治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福建省作物有害生物綠色防控工程研究中心，福州 350013; 2. 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所, 福州 350003; 3. 福建省漳州市長(zhǎng)泰區(qū)植保站, 漳州 363900)

草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda(Lepidoptera: Noctuidae)是一種危害嚴(yán)重的世界性遷飛害蟲，起源于美洲熱帶和亞熱帶地區(qū)[1]。該害蟲食性雜，寄主植物多達(dá)75科350多種，主要為害玉米、水稻、小麥和棉花等多種經(jīng)濟(jì)作物，具有繁殖能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)以及暴發(fā)為害等特點(diǎn)[2-4]。2018年12月從緬甸入侵我國(guó)云南省以后，到2019年10月已擴(kuò)散蔓延至全國(guó)26個(gè)省(市、區(qū))[5-6]。全國(guó)農(nóng)作物重大病蟲測(cè)報(bào)網(wǎng)發(fā)出的預(yù)測(cè)警報(bào)顯示，2022年草地貪夜蛾偏重發(fā)生，發(fā)生區(qū)域涉及除西北西部和東北中北部外的大部分玉米種植區(qū)，預(yù)計(jì)全國(guó)發(fā)生面積8 000 萬(wàn)畝次。

害蟲種群監(jiān)測(cè)預(yù)警是應(yīng)急防控和精準(zhǔn)防控的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的草地貪夜蛾成蟲監(jiān)測(cè)方法主要有成蟲期性誘劑誘集和燈光誘集監(jiān)測(cè)[7]。性誘劑誘集監(jiān)測(cè)是目前草地貪夜蛾田間蟲情監(jiān)測(cè)的重要手段，具有高靈敏度和專一性優(yōu)點(diǎn)[4]，但需要定時(shí)到田間觀察計(jì)數(shù)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。燈光誘集監(jiān)測(cè)因草地貪夜蛾趨光反應(yīng)率低 (約為50%，低于棉鈴蟲Helicoverpaarmigera、小菜蛾P(guān)lutellaxylostella等其他蛾類的趨光反應(yīng)率)，且燈光誘捕涉及的昆蟲種類復(fù)雜多樣，田間觀察記數(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性不高[8-10]。

基于物聯(lián)網(wǎng)的害蟲智能監(jiān)測(cè)設(shè)備具有機(jī)械自動(dòng)化特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)害蟲的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)測(cè)報(bào)[11]。本研究利用課題組自主研發(fā)的智能監(jiān)測(cè)設(shè)備[11]，結(jié)合草地貪夜蛾專一性強(qiáng)的性誘劑，通過(guò)比較智能監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)計(jì)數(shù)與人工計(jì)數(shù)采集數(shù)據(jù)，以及智能監(jiān)測(cè)設(shè)備與常規(guī)誘捕器田間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的差異，分析智能監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)采集的成蟲發(fā)生數(shù)量和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，以期評(píng)價(jià)基于性誘和物聯(lián)網(wǎng)的草地貪夜蛾成蟲種群動(dòng)態(tài)智能化監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，明確草地貪夜蛾成蟲日活動(dòng)節(jié)律及受環(huán)境溫度的影響，為實(shí)施草地貪夜蛾田間種群動(dòng)態(tài)智能化自動(dòng)監(jiān)測(cè)提供重要理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

害蟲智能監(jiān)測(cè)裝置由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供，在前期研究基礎(chǔ)上[11]，對(duì)害蟲誘殺結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)[12]，主要包括高壓電網(wǎng)、進(jìn)蟲盒和電網(wǎng)清潔器。誘芯有2種：①號(hào)橡皮塞型誘芯(北京中農(nóng)豐茂植保機(jī)械有限公司生產(chǎn))和②號(hào)橡皮塞型誘芯(漳州英格爾農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn))。桶形誘捕器(高×外徑×內(nèi)徑=22 cm×15 cm×8 cm)為北京中農(nóng)豐茂植保機(jī)械有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)及作物

試驗(yàn)設(shè)置在福建省建甌市東峰鎮(zhèn)桂林村(27°05′N, 118°28′E，海拔125 m)和漳州市長(zhǎng)泰區(qū)長(zhǎng)巷鎮(zhèn)古農(nóng)村(24°42′N，117°46′E，海拔35 m)，種植玉米品種分別為‘泰鮮甜1號(hào)’(建甌市映山龍農(nóng)業(yè)科技有限公司提供)和‘廣良甜27號(hào)’(廣東省良種引進(jìn)服務(wù)公司提供)。建甌試驗(yàn)點(diǎn)的移栽時(shí)間2019年9月3日，試驗(yàn)時(shí)間為玉米七葉期至收獲期，長(zhǎng)泰試驗(yàn)點(diǎn)的移栽時(shí)間為2019年9月20日和2020年9月23日，試驗(yàn)時(shí)間為玉米拔節(jié)期至喇叭口期。

1.3 田間誘蛾試驗(yàn)

智能監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)紅外計(jì)數(shù)傳感器自動(dòng)實(shí)時(shí)采集誘集的蟲量和環(huán)境溫度。采集的數(shù)據(jù)通過(guò)4G通信模塊發(fā)送到中心服務(wù)器，數(shù)據(jù)查詢軟件自動(dòng)按小時(shí)、天進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)，并將結(jié)果反饋至手機(jī)查詢客戶端。在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間利用數(shù)據(jù)查詢軟件查看和記錄智能監(jiān)測(cè)裝置每日捕捉蟲量、捕捉時(shí)間、環(huán)境空氣溫度、濕度等數(shù)據(jù)。建甌、長(zhǎng)泰各安裝1臺(tái)智能監(jiān)測(cè)裝置，其他詳細(xì)信息如下：

1)建甌監(jiān)測(cè)點(diǎn)：安裝1臺(tái)智能監(jiān)測(cè)裝置(圖1a)，供試誘芯為①號(hào)橡皮塞型誘芯，監(jiān)測(cè)日期為2019年9月20日至11月18日。每隔24 d更換1次誘芯。每隔3 d進(jìn)行1次人工計(jì)數(shù)校正。

2)長(zhǎng)泰監(jiān)測(cè)點(diǎn)：安裝1臺(tái)智能監(jiān)測(cè)裝置(圖1b)，供試誘芯為②號(hào)橡皮塞型誘芯，監(jiān)測(cè)日期為2019年和2020年的10月9日至10月26日。

在建甌另設(shè)有3個(gè)桶形誘捕器監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)呈邊長(zhǎng)為50 m的正方形布局(圖1a)。監(jiān)測(cè)裝置和桶形誘捕器的進(jìn)蟲口(即誘芯放置高度)距地面1.2 m。2019年9月19日在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)掛上①號(hào)橡皮塞型誘芯，每隔24 d統(tǒng)一更換1次誘芯。2019年9月22日進(jìn)行第1次調(diào)查，隨后每隔3 d調(diào)查1次，至11月18日結(jié)束。每次調(diào)查均在早上7:00-9:00進(jìn)行，記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)誘捕的蟲口總數(shù)量，并清除收集到的草地貪夜蛾成蟲。

圖1 福建建甌和長(zhǎng)泰草地貪夜蛾監(jiān)測(cè)點(diǎn)的田間布局示意圖Fig.1 Schematic diagram of field layout of Spodoptera frugiperda monitoring sites in Jian’ou and Changtai, Fujian

1.4 數(shù)據(jù)處理

1)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)計(jì)數(shù)與人工計(jì)數(shù)采集數(shù)據(jù)的比較：為了評(píng)價(jià)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性，每隔3 d對(duì)智能設(shè)備中誘捕到的草地貪夜蛾(2019年9月20日到11月18日，福建建甌)進(jìn)行人工計(jì)數(shù)1次，并與智能監(jiān)測(cè)設(shè)備每隔3 d自動(dòng)計(jì)數(shù)采集的匯總數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。自動(dòng)計(jì)數(shù)的平均準(zhǔn)確率的算法參照陳梅香等[13]。

2)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備與常規(guī)誘捕器田間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比較：每隔3 d統(tǒng)計(jì)1次建甌監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)桶型誘捕器誘捕蟲量的均值，對(duì)應(yīng)地將智能監(jiān)測(cè)裝置采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按3 d進(jìn)行匯總。利用符號(hào)秩檢驗(yàn)(Wilcoxon)檢驗(yàn)兩種不同誘捕方式監(jiān)測(cè)到的草地貪夜蛾種群數(shù)量是否有差異。

3)草地貪夜蛾的日活動(dòng)節(jié)律分析：溫度是影響昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育和分布的主要環(huán)境因素，已有研究表明當(dāng)溫度低于15℃時(shí)不利于草地貪夜蛾的存活[14]。2019年在建甌的監(jiān)測(cè)時(shí)間是從9月20日到11月18日，由于10月底開始建甌部分時(shí)間的日均溫度較低，因此我們將數(shù)據(jù)分為日平均溫度≥16℃和日平均溫度<16℃。2019年和2020年在長(zhǎng)泰的監(jiān)測(cè)時(shí)間是從10月9日到10月26日，期間日均溫度均≥16℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 智能監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)計(jì)數(shù)采集數(shù)據(jù)和人工計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)比較

2019年9月20日至2019年11月18日，智能監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)到的草地貪夜蛾成蟲的數(shù)量為445頭，人工計(jì)數(shù)則為617頭，自動(dòng)計(jì)數(shù)的平均準(zhǔn)確率為75.03%。二者均監(jiān)測(cè)到草地貪夜蛾成蟲有3個(gè)高峰期，分別為9月20日-9月22日、10月14日-10月22日和11月4日-11月6日(圖2)。

圖2 智能監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)和人工計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)的比較Fig.2 Comparison between manual counting data and automatic counting data by intelligent monitoring equipment

2.2 智能監(jiān)測(cè)設(shè)備和桶型誘捕器田間監(jiān)測(cè)結(jié)果比較

田間監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在2019年9月20日至11月18日期間，智能監(jiān)測(cè)設(shè)備誘集的草地貪夜蛾成蟲數(shù)量(445頭)多于桶形誘捕器的誘蟲量(393頭)，監(jiān)測(cè)到的前兩個(gè)高峰期與桶形誘捕器監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，均在9月20日-9月22日、10月14日-10月22日出現(xiàn)2個(gè)高峰期，但智能監(jiān)測(cè)設(shè)備還監(jiān)測(cè)到11月4日-11月6日出現(xiàn)第3個(gè)高峰期(圖3)。整個(gè)監(jiān)測(cè)期間桶形誘捕器誘集到的草地貪夜蛾種群數(shù)量與智能監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)到的種群數(shù)量沒有差異(Z=-0.784，P=0.433)。

圖3 智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和桶型誘捕器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比較Fig.3 Comparison between data collected by intelligent monitoring equipment and barrel trap

2.3 草地貪夜蛾田間種群的成蟲日活動(dòng)節(jié)律

田間智能監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，草地貪夜蛾成蟲具有明顯的晝夜活動(dòng)節(jié)律，而且受環(huán)境溫度影響較大。在建甌監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)日平均溫度≥16℃時(shí)，大多草地貪夜蛾的活動(dòng)時(shí)間在18:00-3:59，在1:00-2:59的活動(dòng)性最強(qiáng)(每小時(shí)平均誘捕蟲數(shù)1.5頭/d)；當(dāng)日平均溫度<16℃時(shí)，草地貪夜蛾的整體活動(dòng)性不強(qiáng)，在16:00-16:59(每小時(shí)平均誘捕蟲數(shù)=0.22頭/d)和23:00-00:59(每小時(shí)平均誘捕蟲數(shù)=0.23頭/d)出現(xiàn)兩個(gè)小高峰(圖4a)。在長(zhǎng)泰監(jiān)測(cè)點(diǎn)，2019年和2020年每年10月9日-10月26日，日平均溫度均高于16℃，草地貪夜蛾田間種群成蟲的活動(dòng)高峰期均是在18:00-1:59(圖4b)。

圖4 草地貪夜蛾成蟲的日活動(dòng)節(jié)律Fig.4 Circadian locomotor behavior rhythm of Spodoptera frugiperda adults

3 討論

目前已有不少田間害蟲實(shí)現(xiàn)了田間種群動(dòng)態(tài)的智能監(jiān)測(cè)，如斜紋夜蛾Spodopteralitura[11,15]、梨小實(shí)心蟲Grapholitamolesta[16]和橘小實(shí)蠅Bactroceradorsalis[17]等。草地貪夜蛾是近年來(lái)在我國(guó)新入侵的害蟲，目前關(guān)于利用智能監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)其種群動(dòng)態(tài)的相關(guān)研究較少。本研究所用到的智能監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)到2019年9月20日-9月22日、10月14日-10月22日和11月4日-11月6日這3個(gè)時(shí)間段在建甌發(fā)生的草地貪夜蛾蟲量較多，這與前人證實(shí)在山東[18]、福建長(zhǎng)泰[19]和四川達(dá)州[3]9月到11月是草地貪夜蛾發(fā)生的高峰期一致。智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的自動(dòng)采集的總蟲量低于人工計(jì)數(shù)的蟲量，這可能是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)計(jì)數(shù)的靈敏度還不夠，在草地貪夜蛾高峰期時(shí)可能出現(xiàn)漏檢的現(xiàn)象?？傮w來(lái)說(shuō)，本研究智能監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)草地貪夜蛾成蟲種群動(dòng)態(tài)的智能化監(jiān)測(cè)。

不同性誘捕器對(duì)草地貪夜蛾的監(jiān)測(cè)效果也不一樣，如橡皮頭誘芯的持效性和穩(wěn)定性比微管誘芯好，船型和桶型誘捕器在田間實(shí)際應(yīng)用效果較倒圓錐形好[19-20]。雖然與高空燈、測(cè)報(bào)燈相比，性誘捕器監(jiān)測(cè)到的草地貪夜蛾的蟲量最大，在田間種群動(dòng)態(tài)變化的預(yù)測(cè)應(yīng)用中最具有應(yīng)用價(jià)值[21]，但是利用性誘捕器監(jiān)測(cè)存在勞動(dòng)強(qiáng)度大和效率低等缺點(diǎn)。基于性誘技術(shù)的智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的應(yīng)用有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)草地貪夜蛾的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減輕人工監(jiān)測(cè)的勞動(dòng)強(qiáng)度并提高監(jiān)測(cè)的效率。在本研究中，利用桶型誘捕器的總體誘蛾量與智能監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)計(jì)數(shù)的誘蛾量沒有差異，但少于智能監(jiān)測(cè)設(shè)備人工計(jì)數(shù)的誘蛾量，曾偉等[3]利用誘捕器在四川達(dá)州監(jiān)測(cè)到的草地貪夜蛾總蛾量也偏少，這可能與誘捕監(jiān)測(cè)工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)差異有關(guān)，智能監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)置的害蟲誘捕器的誘捕效果比桶型誘捕器好?？傮w來(lái)說(shuō)，本研究中智能監(jiān)測(cè)設(shè)備和桶型誘捕器監(jiān)測(cè)到的蟲情高峰期較為一致，這表明后期可以推進(jìn)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備在田間的應(yīng)用。

草地貪夜蛾成蟲具有明顯的晝夜活動(dòng)節(jié)律，是典型的夜行性昆蟲。我們監(jiān)測(cè)到大多草地貪夜蛾成蟲是從18:00開始活動(dòng)，這與草地貪夜蛾成蟲室內(nèi)節(jié)律行為測(cè)試的結(jié)果較為一致，即其在進(jìn)入暗周期時(shí)開始活動(dòng)，且活動(dòng)行為持續(xù)整個(gè)暗周期[22]。已有研究表明許多蛾類的性活動(dòng)行為具有明顯的晝夜節(jié)律[23-26]，玉米型草地貪夜蛾雌成蟲的求偶行為一般是從進(jìn)入暗期到午夜這段時(shí)間，而水稻型草地貪夜蛾雌成蟲的求偶行為一般是在午夜到暗期結(jié)束的這段時(shí)間[24,27]，這表明我們監(jiān)測(cè)到的草地貪夜蛾的類型很可能包含了玉米型和水稻型。草地貪夜蛾的晝夜活動(dòng)節(jié)律在日平均溫度≥16℃和<16℃之間稍有差異，這進(jìn)一步明確了昆蟲的晝夜節(jié)律受到溫度的影響[23,28]。綜上，本研究的智能監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)草地貪夜蛾成蟲的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確地反應(yīng)草地貪夜蛾成蟲日活動(dòng)節(jié)律。

本研究結(jié)果表明基于性誘和物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的智能監(jiān)測(cè)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)草地貪夜蛾成蟲種群動(dòng)態(tài)的智能化監(jiān)測(cè)，對(duì)今后推進(jìn)草地貪夜蛾甚至其他害蟲的田間種群智能化監(jiān)測(cè)方面的相關(guān)研究具有一定的指導(dǎo)意義。本研究?jī)H就福建省秋季草地貪夜蛾種群動(dòng)態(tài)進(jìn)行了個(gè)例分析，但由于草地貪夜蛾可隨氣流進(jìn)行遷移，遷入時(shí)間具有不確定性，今后仍需要通過(guò)更長(zhǎng)時(shí)間跨度的實(shí)時(shí)智能化監(jiān)測(cè)，以便能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到早期遷入，為早期測(cè)報(bào)與綜合防控提供依據(jù)。