应用昆虫远程智能监测系统监测苹果园害虫的技术

【目的】探索昆虫远程智能监测系统在苹果园害虫监测中的应用技术。【方法】采用双机双摄图像采集系统收集每个时间段诱集昆虫的清晰图像,并传送至系统,在系统客户端进行识别记录。【结果】昆虫远程智能监测系统通过平台设定参数,自动完成昆虫的诱集、灭杀、拍照、传输、收集等工作,客户端人工识别、计数较准确,与实际害虫发生吻合度高。【结论】昆虫远程智能监测系统可实现苹果园多种主要害虫的远程实时监测,减少了监测的人力物力。电脑神经网络通过平台提供的昆虫图片的学习、特征提取、结构构建和模型评估,最终可实现昆虫的自动识别计数。     

北京多普勒天气雷达上的昆虫回波分析

【目的】为了解北京多普勒天气雷达上的昆虫回波信息,探索其在迁飞害虫监测预警中的应用。【方法】选取北京南郊观象台新一代天气雷达CINRAD-SA积累的晴空回波数据和风廓线雷达提供的风速风向数据,基于有关软件分析了昆虫回波的特点,讨论了降水等其他因素对昆虫迁飞的影响。【结果】新一代天气雷达可以探测到空中迁飞昆虫引发的后向散射回波,晴空回波日节律符合夜行性昆虫的朦影起飞和日出降落的行为特点,晴空回波出现的时期是3月至11月,中间有2个高峰期;晴空回波数量与风向关系密切,当天气系统合适时,晴空回波会出现成层和共同定向现象;此外,降水会中断昆虫迁飞。【结论】北京多普勒天气雷达可以探测昆虫迁飞,在迁飞性害虫监测预警及其综合防控工作中具有重大的潜在应用价值,今后农业部门在优先建立昆虫雷达网络的同时,应加强与气象部门合作,发挥天气雷达的补充作用,共同提高迁飞性害虫的监测预警水平。     

迁飞昆虫生物学参数反演及种类辨识分析

虫害严重威胁着我国的粮食安全,迁飞昆虫中有许多是农业害虫,其远距离迁飞是导致虫害异地暴发的重要原因.昆虫雷达是观测昆虫迁飞最有效的工具,在迁飞昆虫的监测和预警中发挥着越来越重要的作用,但传统昆虫雷达不能准确获取昆虫的各项生物学参数,因此无法实现昆虫种类的精确识别.随着雷达技术的创新和发展,通过昆虫雷达获得较为准确的昆虫生物学参数成为可能,为基于昆虫雷达实现迁飞昆虫个体种类辨识提供了依据.本文综述了从雷达回波中提取多频和极化散射参量,然后基于不同的电磁散射反演昆虫生物学参数的方法,并对比分析了基于不同方法的昆虫体重、体长、体宽和振翅频率的反演精度.最后基于生物学参数,采用5种机器学习算法以高精度实现了 23种迁飞昆虫的种类辨识,并分析了昆虫生物学参数的测量误差对迁飞昆虫种类辨识精度的影响,初步验证了利用雷达实现高精度迁飞昆虫种类辨识的可行性.     

海南省三沙市空中昆虫类群结构研究

【目的】监测研究我国南海地区岛礁空中飞行昆虫群落结构,为探明该地区昆虫迁飞路径,建立重大农业迁飞性害虫跨区转移危害测报系统提供依据。【方法】2017-2018年在海南省三沙市永兴岛建立监测平台,利用高空测报灯系统对永兴岛空中昆虫实时监测,并采集标本鉴定种类。【结果】目前已鉴定214种,隶属11目70科183属。主要类群为鳞翅目90种(42.06%)、半翅目42种(19.63%)、鞘翅目36种(16.82%),包括稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis、小地老虎Agrotis ipsilon、小菜蛾Plutella xylostella、白背飞虱Sogatellafurcifera和褐飞虱Nilaparvatalugens等多种重要的迁飞性害虫,以及中华草蛉Chrysoperla sinica、黑肩绿盲蝽Cyrtorhinus lividipennis和黄蜻Pantala flavescens等迁飞性天敌昆虫。【结论】研究结果证实了多种重大害虫在南海区域跨海迁飞转移危害和天敌随迁行为,丰富了对南海地区昆虫种群结构和物种多样性的认知。     

不同LED单波长杀虫灯对玉米-大豆带状套作模式内主要害虫的诱杀效果

【目的】针对害虫对不同波长光的趋性,筛选适合诱杀玉米-大豆带状田主要害虫的LED单波长杀虫灯,并探寻其应用模式,提高防虫效果,减少对天敌昆虫的影响。【方法】以复合波长LED杀虫灯为对照,调查13个单波长LED杀虫灯在玉米-大豆带状套作全生育期内诱杀的害虫种类和数量,并监测害虫发生动态。【结果】筛选获得385、389、395、403、407 nm 5个单波长LED杀虫灯,对套作田内桃蛀螟DichocrocispunctiferalisGuenée、斜纹夜蛾SpodopteralituraFabricius、暗黑鳃金龟Holotrichia parallela Motschulsky、小黄鳃金龟Metabolus flavescens Brenske和蝽科Pentatomidae害虫的诱杀效果较好,且与复合波长LED杀虫灯相比对天敌昆虫和中性昆虫的影响小。【结论】套作栽培下主要害虫的防治需结合害虫发生动态,适时使用5种杀虫灯,从而达到最大防控效果,这为合理利用LED单波长杀虫灯监测和防控玉米-大豆带状套作栽培主要害虫提供了重要参考。     

不同波长LED诱虫灯对菜地昆虫的诱集效果

【目的】研究不同波长窄波段光谱LED诱虫灯对菜地昆虫的诱集效果,为合理利用LED诱虫灯提供依据。【方法】以市售长波紫外线太阳能LED诱虫灯为对照,调查12个窄波段光谱诱虫灯诱集菜地昆虫的种类和数量,监测菜地昆虫的发生动态。【结果】各波长诱虫灯诱集到的菜地趋光性害虫有莲藕潜叶摇蚊Stenochironomus nelumbus、甜菜白带野螟Hymenia recurvalis、斜纹夜蛾Spodoptera litura、八点广翅蜡蝉Ricania speculum、稻绿蝽Nezara viridula、黑条灰灯蛾Creatonotus gangis、东方蝼蛄Gryllotalpa orientalis、稻缘蝽Leptocorisa sp.和瓜实蝇Bactrocera cucurbitae,天敌昆虫为龟纹瓢虫Propylaea japonica、中华婪步甲Harpalus sinicus和黄足猎蝽Sirthenea flavipes,中性昆虫为缅甸蓝叶蚤Altica birmanensis、姬牙虫Sternolophus rufipes、毒隐翅虫Paederus sp.和齿甲Uloma sp.。其中,莲藕潜叶摇蚊、甜菜白带野螟和缅甸蓝叶蚤为灯下昆虫优势种,瓜实蝇、稻缘蝽和黄足猎蝽为少见种,其余为常见种。从诱集昆虫总量来看,数量最多的为440-445 nm蓝光灯,其次是460-470、390-400、410-420、380-390和450-460 nm诱虫灯。【结论】露地种植模式下菜地害虫的防治应结合菜地昆虫发生动态,在不同时段适时使用390-400、410-420、440-445和450-460nm诱虫灯,以有效诱杀菜地害虫,保护天敌昆虫。该研究结果不仅为露地种植模式下菜地害虫的预测预报和物理防控提供了参考,还为规范诱虫灯使用,为进一步开发高效智能LED诱虫灯奠定了基础。     

温室内大花植物对天敌丰度及其控害功能的影响

【目的】大花植物(花粉和花蜜)能否为特殊的寒地温室内各种昆虫的成虫期补充营养,提供食物来源进而影响温室内天敌的控害功能是当前保护地内防控害虫的关键的科学问题之一。【方法】本实验连续两年选择调查了哈尔滨市郊区(寒地,北纬45o)三栋大型玻璃温室的花卉作物栽培引入情况并用粘虫板连续监测了温室内各种节肢动物丰度动态,分析了温室内大花植物栽培比例对各类(种)优势害虫丰度,寄生性天敌及捕食性天敌丰度的影响,探讨了不同天敌类群丰度的关系及害虫多样性与总丰度等关系。【结果】研究表明:较高比例的大花植物栽培整体上能提高害虫的多样性指数,抑制各种害虫种群的暴发,但单一种类的大花植物也会导致较为严重的害虫发生;影响寄生性天敌类群的环境因素与影响捕食性天敌的因素相似,而捕食性天敌(体型较大)对化学农药的喷洒相对更为敏感。【结论】研究结果可为田间生物控害工程的"功能植物"筛选提供信息,为设施农业害虫生物防治提供科学依据。     

基于Android的水稻害虫诊断系统

【目的】为了让农业智能诊断系统更加便捷、高效地为用户服务,提高水稻害虫的诊断识别能力。【方法】本文应用开源软件组合LAMP(Linux+Apache+PHP+My SQL)及客户端开发环境(Java development kit+Eclipse+Android Software development kit+Android development tools),提出并开发了一种基于Android系统的水稻害虫诊断系统。系统结构包括服务器端和手机客户端。服务器端采用了开放式的设计,授权用户可对水稻害虫资料进行修改、更新;手机客户端可根据水稻害虫体型大小、危害部位、危害症状、危害特性等进行初步分类,再结合害虫文字描述、对照图片等进行实时诊断。【结果】该系统可方便的对水稻害虫进行诊断识别。【结论】系统使用简单,携带方便,同时,由于Android智能手机价格低廉、用户广泛,因此具有广阔的推广应用前景。     

昼夜变温幅度对小菜蛾不同发育阶段生活史性状的影响

【目的】昼夜变温幅度对昆虫的发育、存活、寿命、繁殖等核心生命活动有非常重要的影响。以往研究主要以恒温为主,温度设置不符合自然界中昼夜温度波动变化,无法明确温度波动幅度与恒温之间的生物效应差别。【方法】本研究采用了二步变温,模拟了不同的昼夜温度波动幅度(25±2℃,25±4℃,25±6℃,25±8℃,25±10℃和25±12℃)与相应恒温25℃,研究了不同变温幅度对十字花科世界性害虫小菜蛾Plutella xylostella不同生活史阶段中发育、存活、寿命与繁殖的影响。【结果】结果表明,变温幅度对小菜蛾不同阶段的发育、存活、寿命与繁殖影响存在显著差异。25±2℃,25±4℃和25±6℃对小菜蛾生活史性状的影响与恒温(25℃)相似,但25±10℃和25±12℃却产生了显著的负面影响。【结论】我们发现,较大的昼夜变温幅度显著影响小菜蛾不同阶段的发育、存活、寿命与繁殖,而适宜夜低温在一定程度上修复了日高温胁迫对小菜蛾的不利影响;并且认为昼夜变温幅度作为影响昆虫核心生命活动一种重要决定因素,必需纳入到昆虫种群数量预测模型中,才能真实地反映自然界中复杂变温模式对昆虫生态学效应的影响,才能提高昆虫田间发生预测预报的准确性。     

基于稀疏编码和SCG BPNN的鳞翅目昆虫图像识别

【目的】为了给林业、 农业或植物检疫等行业人员提供一种方便快捷的昆虫种类识别方法, 本文提出了一种新颖的鳞翅目昆虫图像自动识别方法。【方法】首先通过预处理对采集的昆虫标本图像去除背景, 分割出双翅, 并对翅图像的位置进行校正。然后把校正后的翅面分割成多个超像素, 用每个超像素的l, a, b颜色及x, y坐标平均值作为其特征数据。接下来用稀疏编码(SC)算法训练码本、 生成编码并汇集成特征向量训练量化共轭梯度反向传播神经网络（SCG BPNN）, 并用得到的BPNN进行分类识别。【结果】该方法对包含576个样本的昆虫图像的数据库进行了测试, 取得了高于99%的识别正确率, 并有理想的时间性能、 鲁棒性及稳定性。【结论】实验结果证明了本文方法在识别鳞翅目昆虫图像上的有效性。     

重大潜在入侵害虫番茄潜叶蛾的SS-CoI快速检测技术

【背景】番茄潜叶蛾是源自南美洲的一种最具毁灭性的世界性入侵害虫,其适生区范围广,且与其他潜叶类昆虫难以准确、快速识别。【方法】以田间常见的其他6种潜叶类害虫为对照,采用基于mtDNACOl基因的种特异性SS—COI方法,研究番茄潜叶蛾快速分子检测技术。【结果】种特异性检测结果显示,SS-COl引物只对番茄潜叶蛾mtDNA具有扩增能力,对美洲斑潜蝇、南美斑潜蝇、三叶草斑潜蝇、葱斑潜蝇、豌豆潜叶蝇、桃潜叶蛾等其他潜叶类害虫不具有扩增效果。该引物不仅对成虫和单粒卵具有很好的扩增效能,对单根触角、头部、胸部、腹部以及翅和足等成虫残体亦具有同样的扩增能力,其最低检出阈值为312．5Pg·μL^-1。【结论与意义】该方法在有效防范番茄潜叶蛾侵入我国,保障农业生产安全和生态环境安全中意义重大。     

重大潜在入侵害虫番茄潜叶蛾的SS-COⅠ快速检测技术

【背景】番茄潜叶蛾是源自南美洲的一种最具毁灭性的世界性入侵害虫,其适生区范围广,且与其他潜叶类昆虫难以准确、快速识别。【方法】以田间常见的其他6种潜叶类害虫为对照,采用基于mtDNA COⅠ基因的种特异性SS-COⅠ方法,研究番茄潜叶蛾快速分子检测技术。【结果】种特异性检测结果显示,SS-COⅠ引物只对番茄潜叶蛾mtDNA具有扩增能力,对美洲斑潜蝇、南美斑潜蝇、三叶草斑潜蝇、葱斑潜蝇、豌豆潜叶蝇、桃潜叶蛾等其他潜叶类害虫不具有扩增效果。该引物不仅对成虫和单粒卵具有很好的扩增效能,对单根触角、头部、胸部、腹部以及翅和足等成虫残体亦具有同样的扩增能力,其最低检出阈值为312.5 pg·μL-1。【结论与意义】该方法在有效防范番茄潜叶蛾侵入我国,保障农业生产安全和生态环境安全中意义重大。     

基于mtDNA COI基因的离腹寡毛实蝇属常见种DNA条形码识别和系统发育分析

【目的】离腹寡毛实蝇属Bactrocera昆虫是最具经济重要性的实蝇类害虫,本研究依据mtDNA COI基因碱基序列对离腹寡毛实蝇属常见实蝇种类进行识别鉴定与系统发育分析。【方法】以口岸经常截获的离腹寡毛实蝇属8个亚属21种实蝇为对象,采用DNA条形码技术,通过对mtDNA COI基因片段 (约650 bp)的测序和比对,以MEGA软件的K2-P双参数模型计算种内及种间遗传距离,以邻接法(NJ) 构建系统发育树。【结果】聚类分析与形态学鉴定结果一致,除11种单一序列实蝇外,其他10种实蝇均各自形成一个单系,节点支持率为99%以上。种内（10种）遗传距离为0.0003~0.0068,平均为0.0043;种间（21种）遗传距离为0.0154~0.2395,平均为0.1540;种间遗传距离为种内遗传距离的35.8倍,而且种内、种间遗传距离没有重叠区域。【结论】基于mtDNA COI基因的DNA条形码技术可以用于离腹寡毛实蝇属昆虫的快速鉴定识别,该技术体系的建立对实蝇类害虫的检测监测具有重要意义。     

三种广翅蜡蝉前翅形态数值特征提取与分析

【目的】广翅蜡蝉科昆虫是果园、茶园和园艺植物上的重要害虫之一,对其种类进行自动判别是实现其种群自动监测的基础。本研究拟通过获取3种广翅蜡蝉前翅轮廓特征探讨在其种类和性别鉴定中的作用。【方法】采用图像处理与分析技术,对3种广翅蜡蝉前翅轮廓形态特征进行提取和分析,并使用SPSS v22.0对数据进行分析。【结果】同一种广翅蜡蝉左右翅在轮廓形态上无显著差异,雌雄间各参数在不同种类广翅蜡蝉中差异性不同,其中5个实际测量参数在雌雄间差异达到显著或极显著水平,只有透明广翅蜡蝉的周长不显著。除周长和雄虫圆形度外,其它各类参数在种间的差异达到显著或极显著水平。通过典型判别分析,认为所选用的3种广翅蜡蝉,通过其前翅轮廓特征可以进行种间判别,其原始判别和交叉验证判别的正确率均超过90%。【结论】通过提取前翅轮廓特征可以实现3种广翅蜡蝉种类的识别,为此类昆虫的自动鉴定和种群监测提供了重要的参考依据。     

基于CNKI分析的我国农田捕食性昆虫资源与应用

【目的】了解我国农田捕食性昆虫资源与应用研究态势。【方法】应用文献计量学方法,分析中国知网(CNKI)收录的全部年代的我国农田捕食性昆虫的中文文献。【结果】提取到544篇与农田捕食性昆虫相关文献及包含在这些文献中的1 747条关键信息词,研究内容主要包括以下5个方面:农田节肢动物群落与捕食性优势种;农田重要捕食者;捕食作用、食物网关系与生态服务价值评价;人工繁育、人工饲料与天敌释放应用;主要农作物的重要害虫种群及其综合管理。水稻与棉花生态系统及其中的捕食昆虫与害虫被重点关注。异色瓢虫Harmoniaaxyridis、七星瓢虫Coccinellaseptempunctata、龟纹瓢虫Propyleajaponica、黑肩绿盲蝽Cyrtorhinuslividipennis、青翅蚁形隐翅虫Paederusfuscipes、稻红瓢虫Micraspisdiscolor、尖钩宽黾蝽Microveliahorvathi等是农田中的优势性捕食性昆虫。【结论】在我国主要农田生态系统中,存在着丰富的捕食性昆虫资源,它们扮演着农作物害虫天敌的角色,实现对农作物害虫的生物防治或自然控制。建议加强对重要害虫种群发生机制研究,促进有利于天敌生存、保存的条件与方法研究,提高天敌的生态防控效能。     

基于近红外光谱技术鉴别植食性金龟子的初步研究

【目的】植食性金龟子是我国的重要农林害虫,探索一种快速而准确地鉴别植食性金龟子的新方法,为将此法推及至其他鞘翅目昆虫的识别来建立研究基础。【方法】利用近红外光谱法对金龟子进行鉴别,提出了用支持向量机(Support vector machine,SVM)算法对15种植食性金龟子近红外光谱图(数据)进行分析,经过噪声波段去除后,用平滑求导与标准化法对的光谱进行预处理,选取金龟子标本150个,针对不同分类阶元和分类单元将66%样本谱图作为校正集,用SVM建立鉴别模型并对模型进行自身检验,用剩余样本图谱作为预测集对这些模型进行验证。【结果】模型的自身检验显示在金龟科4个亚科的鉴别模型中,鳃金龟亚科正确识别率为86%,其他样本的识别准确率均大于95%,在亚科不同属和属下不同种的鉴别模型中,除疏纹星花金Protaetia cathaica(Bates)外,其他样本的识别准确率均为100%;模型的预测集验证结果显示,在不同分类阶元和分类单元的鉴别模型中,由于云斑鳃金龟Polyphylla laticollis Lewis样本较少未能正确识别,其他样本的识别准确率均为100%。整体试验结果较为理想,说明模型性能较好。【结论】基于已定金龟子建立的模型能够很好地鉴别大部分样本,采用近红外光谱扫描技术结合支持向量机得到的植食性金龟子鉴别模型具有很强的推广能力。     

北京及周边地区刺蛾科昆虫系统发育多样性研究

【目的】鳞翅目刺蛾科(Lepidoptera:Limacodidae)昆虫是重要经济、行道林木的主要害虫,本试验旨在研究北京及周边地区刺蛾科昆虫的系统发育多样性,阐明其群落结构组成与环境因子之间的关系,为北京及周边地区林木害虫防治和生态系统环境保护提供科学依据。【方法】采用灯诱法于2010-2013年间进行样品采集,基于DNA条形码技术及形态特征对9个刺蛾科昆虫群落进行物种识别和鉴定,利用R软件包进行物种丰富度指数、多样性指数和系统发育多样性指数计算及相关性分析。【结果】9个群落间物种多样性和系统发育多样性之间存在差异,北部燕山地区具有较高的物种丰富度和系统发育多样性,可能与植物类型不同有关;通过多种方法分别计算系统发育多样性,结果表明系统发育多样性指数对于系统发育树构建方法和物种内遗传差异不敏感;系统发育多样性与环境因子相关性研究结果表明,该地区刺蛾科群落系统发育多样性与温度季节变化存在显著正相关性。【结论】北京及周边地区刺蛾科昆虫群落结构具有地理差异,温度季节变化可能会造成环境异质性的增加,从而增加了群落系统发育多样性的复杂度。     

基于颜色名和OpponentSIFT特征的鳞翅目昆虫图像识别

【目的】本研究旨在探索使用先进的计算机视觉技术实现对昆虫图像的自动分类方法。【方法】通过预处理对采集的昆虫标本图像去除背景,获得昆虫图像的前景蒙板,并由蒙板确定的轮廓计算出前景图像的最小包围盒,剪切出由最小包围盒确定的前景有效区域,然后对剪切得到的图像进行特征提取。首先提取颜色名特征,把原来的RGB（Red-Green-Blue）图像的像素值映射到11种颜色名空间,其值表示RGB值属于该颜色名的概率,每个颜色名平面划分成3×3像素大小的网格,用每格的概率均值作为网格中心点的描述子,最后用空阈金字塔直方图统计的方式形成颜色名视觉词袋特征;其次提取OpponentSIFT(Opponent Scale Invariant Feature Transform)特征,首先把RGB图像变换到对立色空间,对该空间每通道提取SIFT特征,最后用空域池化和直方图统计方法形成OpponentSIFT视觉词袋。将两种词袋特征串接后得到该昆虫图像的特征向量。使用昆虫图像样本训练集提取到的特征向量训练SVM（Support Vector Machine）分类器,使用这些训练得到的分类器即可实现对鳞翅目昆虫的分类识别。【结果】该方法在包含10种576个样本的昆虫图像数据库中进行了测试,取得了100%的识别正确率。【结论】试验结果证明基于颜色名和OpponentSIFT特征可以有效实现对鳞翅目昆虫图像的识别。     

新型捞片器具在昆虫触角连续切片中的应用

【目的】透射电子显微镜技术在生物学研究中发挥着越来越深入广泛的作用,通过透射电镜技术获得生物组织连续切片,从而对其神经网络等延伸结构进行连续追踪及三维重构是非常迫切的科研诉求。但捞片方法的限制使得连续切片的获得困难重重,尤其是对于组织致密的昆虫外骨骼如昆虫触角而言,常因包埋剂浸透不够充分而导致聚合欠佳,增加了连续切片收集的难度。为解决捞取昆虫触角连续切片过程中的系列问题,获得完整、平整的触角连续切片,我们自行研制了一种适用于狭缝载网捞片的组合器具。【方法】用组合器具中的捞样器和放样台分别捞取及放置超薄切片。【结果】捞取的昆虫触角切片不会局部脱离树脂切片而产生不同程度的折叠,不会整片脱离树脂切片而滑落至树脂切片一侧,样品切片完整无破损、无皱褶,连续切片成条贴附在狭缝覆膜区。【结论】新型捞片器具为获得昆虫触角连续切片提供了有力支持。     

定量评价天敌昆虫控害功能的铷元素标记技术

【目的】自然天敌对害虫种群起着重要的生态调控作用,定量地阐明天敌昆虫的取食关系及转移扩散规律,可为客观地评价天敌的控害功能提供依据。【方法】本文以苹果树与蛇床草Cnidium monnieri(L.) Cuss组成的微景观系统为研究对象,以蛇床草-胡萝卜微管蚜-异色瓢虫为研究主线,对植物和昆虫体内的铷元素含量进行检测。【结果】利用铷元素标记手段,结合室内和大田取样两种途径,通过测定天敌昆虫体内铷元素含量,可定量地评价种植功能植物提高果园天敌控害的作用。【结论】铷(Rb)元素标记技术是追溯天敌昆虫在农田生态系统中取食及转移扩散规律的重要手段。