害虫灯光诱捕技术与昆虫趋光性的研究及应用进展

魏国树1 范凡2

（1．河北农业大学植物保护学院，保定071001；2．河北省农作物病虫害生防工程中心，保定071001）

基金项目：河北省自然科学基金（C2010000680）；河北省强势特色学科资助项目；国家自然科学基金（61101157）

多年来，害虫防治主要依赖化学农药，造成环境污染、害虫抗药性及其再猖獗和农产品农药残留等3“R”问题（resistance, resurgence, residue），导致农副产品安全、环境（土壤、水体和大气）质量和生物多样性下降。近年来，随着人们生活和认识水平的不断提高，环境、资源和健康观念更加深入人心，对害虫综合治理（integrated pest mangement, IPM）提出了更高要求。因此，坚持科学发展，遵循“低碳”、“环保”和“生态”等可持续发展原则，探索和优化高效、低耗的害虫测报、防控新技术，对于“无公害”、“绿色或有机”农副产品生产至关重要。

昆虫趋光性即昆虫个体对特定光源不可遏制的趋扑行为，是其在长期演化过程形成的重要习性之一。害虫灯光诱捕技术即是利用昆虫趋光性对其予以测报和防控。由于其避免了化学防治的缺陷，可以替代、补充农药防治和降低其用量，与其他防治方法兼容性好，近年来其研究和应用得到了前所未有的快速发展。

通常，人们将害虫灯光诱捕技术划归物理防治，实则其亦属成虫行为或行为生态防治范畴，针对非为害虫态予以防控，虫害的预防性强，与当前盛行的“补救性”幼虫药剂防治策略截然不同。

1 发展简史

在我国，害虫灯光诱捕的历史，远可追溯到3000年前的“炎火”治虫描述。晋代，葛洪、《符子》先后有“明燎举则有聚死之虫”、“夕蛾趋暗，赴灯而死”的记述[1]。此后最著名的实例是：唐开元四年（公元716）山东发生大蝗灾，朝廷命官均视其为天惩，主张“修德”治蝗，反对“制以人事”。唐玄宗李隆基犹疑不决，宰相姚崇力主捕蝗，并根据“蝗既解飞，夜必扑火”的生活习性，创造了“夜中设火，火边掘坑，且焚且瘗”的开沟诱杀捕蝗法，动员灾区官民扑灭了此次蝗灾，仅汴州一地即捕得蝗虫14万石。此后，民间便一直流行燃点篝火、火把、油灯诱杀害虫的习惯。

1949年新中国成立后，一些地方多次利用“万家灯火”方法开展害虫防治群众运动，消灭了大量害虫。初期，主要利用黑灯光测报某些主要害虫。黑光灯即发出近紫外线（波长范围约320～400nm）的灯，由于人眼看不到该波段的光，所以通常称其为“黑光”。20世纪70年代，由于黑光灯诱虫量大，防治效果较明显，省工省农药，又减少环境污染，受到了社会广泛重视和欢迎，推广应用规模越来越大。

1973年，据浙江等12个省、市、区的不完全统计，应用黑光灯约90万盏，防治面积约166.7万公顷，主要用于棉田和稻田。自此，开启了黑光灯监测和直接防控害虫的先河[2]。

20世纪90年代初，由于棉铃虫、甜菜夜蛾先后连年在我国北方农田大暴发，在其综合防控中高压汞灯、双波灯等物理防治措施表现突出，再次使害虫灯光诱捕技术获得了的空前重视和发展，频振式杀虫灯、太阳能杀虫灯、LED诱虫灯等许多新灯源相继研发成功并得到大力推广[3～4]。

在国外，害虫灯光诱捕技术约始于19世纪下叶，其发展几乎与灯源（型）技术的革新同步，初期如白炽灯、乙炔灯等，至20世纪20年代后才开始了其有实践意义的诱捕效果等的调查和研究，先后比较研究了白色灯、黄色灯、荧光灯、频闪紫外灯等的诱捕效率，70年代后针对特定害虫种类（如棉铃虫Heliothis zea Boddie等）进一步明确了其特定规格灯具的诱捕效率（雌雄性别、雌蛾抱卵率等）、诱捕面积及其设置密度，依据逐小时、逐夜诱捕量及其风速、温湿度、月光等环境因素分析明确了害虫活动高峰的时间节律、关键影响因素等。值得提出的是，与国内不同，迄今国外更多的是将其用于害虫种类及其种群数量的监测，用于防控时则多在较封闭的环境针对食品、卫生害虫等[3～4]。

2 研究进展及成就

至今，害虫灯光诱捕技术研究和应用的国内外报道十分广泛，但多集中于其田间防治效果，其中集大成者陈宁生先生将黑光灯减轻虫害的原因归纳为消灭有效虫源、引诱害虫集中、抑制害虫活动、阻挡害虫入侵和减少天敌死亡[2]，少有涉及害虫趋光性成因、机理及其环境影响因素等。

实质上，害虫灯光诱捕技术包括3个方面，即害（昆）虫、灯源和环境，三者缺一不可，相互联系和作用，构成十分复杂而又微妙的种种关系。下面，依序分别简述灯源、害虫及环境的研究进展。

2.1 灯源

自20世纪60年代特别是近20余年来，灯源的创新和发展最快，成就突出（表1）。

20世纪80年代初，在多年研究发现单一使用短波黑光灯、长波白炽灯诱虫种类及效果均不理想的基础上，江苏南通农科所刘立春课题组研发了可同时发出长、短光波的双波灯，提高了诱虫效果和预报准确度[5]。随后，吉林农科院植保所王蕴生等研发了具有双波特点的主要用于害虫防控的高压汞灯。几乎同时，河南汤阴佳多研发成功具有双波特点外加长波振荡频率干扰的频振灯，大大提高了诱控效果、使用安全性和环境适应性[7～8]。近年，尚有结合蝗虫趋光和趋热性的光电诱导捕集机问世[9]。

目前，我国的诱虫灯源主要有黑光灯、双波灯、高压汞灯、频振灯等，它们广泛用于棉花、水稻、小麦、玉米、豆类、蔬菜、烟草等农田和果树、林木、茶树、园林、绿地、仓储、鱼塘等生境的害虫监测或∕和防治。以应用最广的频振灯为例，该灯可诱杀害虫种类高达87科1287种，单灯日均诱杀虫量为31.2～1425.6头，最高单灯日诱虫量为13000头[10]。

近年来，太阳能杀虫灯、LED等新能源诱虫灯先后研制成功并应用，标志着害虫诱捕灯源“低耗或低碳化”时代的到来，其发展和应用前景广阔[11～12]。

2.2 害（昆）虫

2.2.1 复眼结构

依据棉铃虫复眼反光区大小、屏蔽色素在室内外不同光强度和光暗适应时间的分布等，明确了其种群内个体间在自然界日、夜交替时复眼状态不同，侯无危等和高慰曾认为此差异是灯区内该蛾表现趋光行为的重要成因，其趋光性实质可能是寻找明亮环境甚或含相反的行为动因[3、13]。

近年来，研究发现害虫、天敌生态功能团不同种类的昆虫复眼表面和内部结构具有较大差异（表2），草蛉类、红火蚁等复眼除具有色素颗粒纵向移动的调光机制外，其显微结构上还存在晶锥开闭、远端网膜细胞核移动和基膜色素颗粒纵向扩散的调光和感光新机制[14～15]。

2.2.2 趋光性机理

陈宁生认为，夜蛾向灯飞的全过程包括前后相继的两个阶段，即飞向灯周和扑灯，其可能连续发生，也可能半途中断，且可能是由于2个不同的原因引发——即寻找光明和眩目干扰了正常视觉[13]。该观点为了解昆虫趋光性机理提供了重要启示和参考，并部分获得了复眼结构研究的证实。

迄今，依据行为学、视网膜电位方法（electroretinogram, ERG）研究，已初步明确多种昆虫或种群的复眼敏感光谱、光强范围和明暗转化时间（表3），发现尽管光谱对某些昆虫种类（包括害虫、天敌）的趋光行为有较大影响，但光强度的影响可能更大且其程度大小与波长有关[16～17]。

靖湘峰对趋光性的生化机理做了有益的探索，发现照光后（0～60m）棉铃虫体内重要的保护酶系、水解酶系和靶标酶活力均受到一定程度的抑制，且其抑制程度与性别、照光时间长短有关[18]。

最近，在神经元水平，Gong et al．研究发现果蝇幼虫视觉信息通路的中央脑两对第三级神经元（NP394）足以调节其随龄期增长对不同光强条件偏好行为变化，揭示了该光行为的神经基础[19]。

2.3 环境因素

国内，除对害虫灯光诱捕设置规格的报道外，有关其环境因素影响的研究甚少[20]。国外，曾有依据逐小时、逐夜害虫诱捕量明确其活动节律高峰及风速、月光、温湿度等环境因子影响的报道[3]。

3 问题及展望

纵览国内外灯光诱捕技术研究和应用历史和现状，如何扬长避短，更高提升其诱捕效率、降低成本，保护生态平衡和生物多样性仍是目前最大的挑战。因此，以下几个方面值得关注和重视。

3.1 坚持三项基本原则

3.1.1 高效、低耗（或低成本）。保证其测报时虫情准，防控时效率高。

3.1.2 专一性（特定生境、害虫类群甚至种类）或选择性。保证最大限度降低和避免伤害天敌、中性昆虫种类和数量，保护生物多样性。

3.1.3 简便、安全。

3.2 应用研究

①特定生境（生态系统）下诱虫灯对生物多样性、作（植）物生长发育等的影响，特定生境使用，保障其在空间上发挥高效和最佳生态效益；②比较研究目标害虫和优势天敌种类成虫的年、月和日活动高峰的节律和行为异同，明确其早发代（越冬代、第一代等）或主害代（或高发代）甚或有效性别（日龄或交尾状态）的羽化高峰和持续时间，特定季节或世代使用，保障其在时间上发挥高效和最佳生态效益。③研究与其他兼容措施的复合配置，譬如性诱剂、颜色诱虫板等，科学复配，提高其监测和诱捕效率。④研究明确月光、风速、温湿度等环境因素对其诱捕效率的影响，提高其环境适应性；⑤研究测报和防控各自的设置规格等关键环节和全程技术的地方和国家标准[3、10、21、23]；⑥研究诱捕所获害虫的资源化利用。

目前实际应用中，作者亦赞同防控用的灯光诱捕措施的适用生境依序当为养殖场、鱼塘、封闭环境（家居卫生、仓储、设施蔬菜和园艺等）、开放环境单一作物相（棉田、水稻、茶园等）、开放环境复杂植被相（果园、林区等），此顺序愈向后使用时间愈应精准和严格，以保障最佳综合效益[5、10、22]。

3.3 基础理论研究

昆虫趋光性不但是生产实际问题，更是生物科学中核心的重要问题之一。遗憾的是，目前我们对其知之甚少。譬如，该习性究竟是本能抑或经学习得来？其演化动力和基因基础为何？如何从害虫、天敌两大生态功能团的复眼结构、生理生化和行为机理的异同揭示其趋光性实质？昆虫的弱光性、避光性和趋光性的机理是否一致及其应用？灯光对害虫-天敌成虫取食、交尾、产卵等各项生命活动的影响几何？灯光诱捕措施或光通讯对植物-害虫-天敌三级营养层间究竟有何影响？等等。这些问题的深入研究必将有益于揭示昆虫趋光性及灯光-昆虫和天敌-寄主植物间内在联系的奥秘，完善害虫灯光诱捕技术。

总之，害虫灯光诱捕技术研究和应用任重而道远，前景广阔，相信经过我们广大“灯光”人的努力，该项技术将更趋完美，在高效、低耗的现代农业和害虫综合治理中发挥更大的作用，为农民增产增收、农村景观生态美化、农产品和生态环境安全做出更大贡献。

参考文献

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