微波防治煙草粉螟效果及經(jīng)濟(jì)閾值研究

韓順財　陳濤　顧鋼　蔣敬濤　林智慧　彭凌飛

摘要：為研究微波輻照對煙草粉螟的殺蟲作用，評估微波防治煙草粉螟的應(yīng)用價值及經(jīng)濟(jì)閾值，使用自制微波設(shè)備，設(shè)置不同的功率和時間對煙草粉螟的卵、幼蟲和蛹進(jìn)行處理。結(jié)果表明，當(dāng)微波功率和處理時間為4 kW、220 s ，5 kW 、190 s 和6 kW、170 s 時，均能100%殺滅煙草粉螟卵、各齡幼蟲和蛹。不同幼蟲密度下，煙草粉螟幼蟲對煙葉造成的間接經(jīng)濟(jì)損失均遠(yuǎn)大于直接經(jīng)濟(jì)損失。單頭煙草粉螟幼蟲期對煙葉的經(jīng)濟(jì)損失率為0.40%，微波防治煙草粉螟的經(jīng)濟(jì)閾值為2.95頭/kg 。因此，當(dāng)蟲口密度＞2.95頭/kg 時，采用微波防治煙草粉螟具有實際生產(chǎn)意義，最適殺蟲微波功率和處理時間為6 kW、170 s 。關(guān)鍵詞：倉儲害蟲；煙草；經(jīng)濟(jì)損失；經(jīng)濟(jì)閾值；微波

中圖分類號： S435.72?????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A?????????? 文章編號：1007-5119（2023）01-0057-06

Effect and Economic Threshold of Microwave in Ephestia elutella （Hübner）Control

HAN Shuncai1， CHEN Tao2， GU Gang3， JIANG Jingtao1， LIN Zhihui2*， PENG Lingfei1*

（1. Biological Control Research Institute， College ofPlant Protection， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002，China;2. Sanming Company of Fujian Tobacco Company， Sanming， Fujian 365000， China;3. Institute of Tobacco Science， Fujian Provincial Tobacco Company， Fuzhou 350003， China）

Abstract： In order to study the insecticidal effect of microwave irradiation on Ephestia elutella， and to evaluate the application value and economic threshold of microwave control of E. elutella， the eggs， larvae and pupae of E. elutella were treated with a self-made microwave equipment with different power and time. The results showed that when the microwave power and treatment time were 4 kW， 220 s， 5 kW， 190 s， and 6 kW， 170 s， all the eggs， larvae and pupae were killed. At different larval densities， the indirect economic losses caused by larvae of E. elutella were much higher than the direct economic losses. The economic loss rate per larva was 0.40%， and the economic threshold was 2.95 larvae per kilogram tobacco leaves when using the microwave equipment. Therefore， when the insect population density was more than 2.95 larvae/kg， it was of practical significance to use microwave to control E. elutella. The optimal microwave power and treatment time were 6 kW， 170 s.

Keywords： stored product pest; tobacco; economic loss; economic threshold; microwave

煙草粉螟 Ephestia elutella （Hübner），又名煙草粉斑螟、煙草螟蛾，是重要的倉貯害蟲，危害程度僅次于煙草甲 Lasioderma serricorne （Fabricius）[1]，廣泛分布于世界各地。其幼蟲吐絲包裹葉片，蛀食煙葉造成穿孔，甚至僅剩葉脈[2]，排泄物、蟲蛻和死蟲等引起煙葉霉變，產(chǎn)生異味，嚴(yán)重污染煙葉，降低煙葉等級和卷煙品質(zhì)[3]。目前國內(nèi)外主要使用磷化鋁、硫酰氟和氯氰菊酯等熏蒸劑[4-8]防治煙草粉螟，雖然簡便易行，但污染環(huán)境，殘留藥物。麥蛾繭蜂 Bracon hebetor? Say 是對煙草粉螟進(jìn)行生物防治的優(yōu)勢寄生蜂，綠色安全，但防治效果較差[9]。微波殺蟲安全有效，可以對生物體產(chǎn)生熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)（生物效應(yīng)），其中熱效應(yīng)使生物體吸收微波能量后，溫度升高，蛋白質(zhì)變性生物體死亡[10]。微波常用于煙葉復(fù)烤工藝過程中，將煙葉加熱至65 C 以上，殺滅其中的害蟲和霉菌[11-14]，但在煙葉收購、倉儲和流通環(huán)節(jié)，未見使用微波殺蟲的應(yīng)用報道。

本研究使用自主研制的可用于煙葉收購環(huán)節(jié)的微波殺蟲設(shè)備，研究了殺滅煙草粉螟的微波功率和時間，獲取了防治煙草粉螟的經(jīng)濟(jì)閾值，評估了可行性，為綠色防控?zé)煵莘勖峁﹨⒖家罁?jù)。

1材料與方法

1.1材料

供試蟲源：煙草粉螟成蟲和幼蟲采集于福建省永安市西陽鎮(zhèn)煙草倉庫和三明市煙草物流倉庫，在智能人工氣候箱中飼養(yǎng)，全黑暗，溫度（20±1） C，相對濕度（75±5）%。成蟲自然交配產(chǎn)卵，繁殖4代以上。

供試煙葉：翠碧一號 C3F 烤煙，37元/kg。人工飼料：含玉米糝、半碎小麥、酵母粉、熟黃豆粉、尼泊金甲酯、山梨酸、鹽酸嗎啉胍片、甘油、蜂蜜、水。

供試器材： PRX-450B 型人工智能氣候箱，寧波賽福實驗儀器有限公司生產(chǎn)；SD-103手壓式取樣器，瑞安市塘下雙華標(biāo)準(zhǔn)件廠生產(chǎn)；LEICA M165C 型體視攝影顯微鏡，徠卡顯微系統(tǒng)（上海）貿(mào)易有限公司生產(chǎn)；JA1003C 型電子天平，上海佑科儀器儀表有限公司生產(chǎn)；AR588型紅外測溫儀，希瑪儀器儀表有限公司生產(chǎn)；順科達(dá)物質(zhì)含水儀，北京順科達(dá)科技有限公司生產(chǎn)。

微波設(shè)備：自主設(shè)計的 DWIN-6MF 工業(yè)微波轉(zhuǎn)爐。設(shè)備整機(jī)采用不銹鋼材質(zhì)制作，長1500 mm ，寬1120 mm，高1650 mm；微波屏蔽爐門為平開式；配置風(fēng)冷型可調(diào)電源6套，每套功率1 kW （磁控管頂置4套、側(cè)置2套）；內(nèi)部轉(zhuǎn)盤直徑1000 mm 。生產(chǎn)商：廣州帝威工業(yè)微波設(shè)備有限公司。

1.2試驗方法

1.2.1微波殺滅煙草粉螟效果研究將10 kg 翠碧一號 C3F 煙葉含水量平衡至16%～18%，整齊擺放于煙框（長85 cm寬60 cm高40 cm）中，然后再將用紗布包裹的30個試驗對象（卵、1～6齡幼蟲、蛹）放入煙框的上、中、下部位，置于 DWIN-6MF 微波轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行滅殺試驗。微波功率設(shè)置4、5和6 kW 三個梯度，每個功率分別對應(yīng)的處理時間范圍是140～230 s、110～200 s、90～180 s ，時間梯度10 s 。共30個處理，每個處理重復(fù)3次。

試驗后立即測量煙框上、中、下部溫度；處理2 h 后用細(xì)毛筆觸碰幼蟲，觀察死亡情況，3 d 后觀察孵化、生長和羽化情況。

1.2.2煙草粉螟取食煙葉特性及微波防治經(jīng)濟(jì)閾值研究試驗在智能人工氣候箱中進(jìn)行，條件設(shè)置同1.1。首先用取樣器取10 cm2翠碧一號（C3F）煙葉樣品30片，稱量每個煙葉樣品的質(zhì)量并計算質(zhì)量與葉面積的比值。將同批初孵幼蟲按密度50頭、100頭、150頭，分別移入裝有1 kg C3F 煙葉的尼龍紗網(wǎng)養(yǎng)蟲袋（60 cm 100 cm）中，飼養(yǎng)79 d 至化蛹，另外設(shè)置不放幼蟲的對照組。幼蟲蛻皮時稱量處理組和對照組煙葉的質(zhì)量，從而記錄每個齡期的取食量，再根據(jù)煙葉質(zhì)量與葉面積的比值計算取食面積。每個密度設(shè)置3次重復(fù)。飼養(yǎng)過程中，若發(fā)現(xiàn)幼蟲死亡，及時補充。按烤煙分級標(biāo)準(zhǔn)（GB 2635—1992），對被污染的煙葉進(jìn)行分級，計算煙草粉螟幼蟲期對煙葉造成的經(jīng)濟(jì)損失及經(jīng)濟(jì)閾值。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)均用 Excel 2010進(jìn)行處理，表1至表3數(shù)據(jù)使用 SPSS v26.0軟件單因素方差分析方法對排泄量、取食量、取食葉面積、煙葉等級變化、經(jīng)濟(jì)損失率進(jìn)行差異顯著性分析，并使用 GraphPad Prism v 9.3.1（471）繪制折線圖。

參考斜紋夜蛾危害煙草的經(jīng)濟(jì)損失及防治指標(biāo)的研究方法[15]，如公式（1）-（3）：

式中，R 為經(jīng)濟(jì)損失率，A1為處理前 C3F 煙葉質(zhì)量，α1為處理前煙葉單價； Bi 為處理后各級煙葉質(zhì)量， bi 為各級對應(yīng)單價。 Y 為幼蟲密度， YR為1頭幼蟲危害的經(jīng)濟(jì)損失率（%/頭）。

式中， ET 為經(jīng)濟(jì)閾值（頭/kg），CC為防治費用（元/kg），EC為防治效果，取值為1，Y為煙葉質(zhì)量（kg），P為煙葉平均價格（元/kg）， CF為臨界轉(zhuǎn)換因子，取值為1。

2結(jié)果

2.1微波處理時間和功率對煙草粉螟死亡率的影響

由圖1-3可見，相同微波功率下，卵、1～6齡幼蟲和蛹的死亡率隨著微波處理的時間增長而加大，直至100%死亡；當(dāng)微波功率為4、5和6 kW 時，完全殺滅卵、幼蟲和蛹的處理時間分別為220、190和170 s。由此可知，完全殺滅非成蟲態(tài)的處理時間隨微波功率增大而減少。當(dāng)微波功率和處理時間相同時，不同齡期幼蟲的死亡率隨齡期增大而降低，但1齡和2齡幼蟲的死亡率差異不顯著，其他齡期幼蟲對微波的敏感性差異顯著。

微波處理時間為160 s 時，卵、1～6齡幼蟲和蛹的死亡率隨著微波功率增加而增加（圖4）。

2.2微波處理時間與煙草溫度的變化

相同微波功率下，煙葉溫度隨微波處理時間增加而升高（圖5）；處理時間相同，煙葉溫度隨微波功率的增大而升高。由圖5結(jié)合圖1-3可知，完全殺滅卵、1～6齡幼蟲和蛹時，煙葉溫度可升至65℃左右。

2.3煙草粉螟取食煙葉特性

幼蟲的取食量、排泄量和取食葉面積在不同密度下差異均顯著（表1）。當(dāng)蟲口密度相同時，取食量、排泄量和取食葉面積均隨齡期增加而增加，尤其從4齡開始大幅增加；在同一齡期，取食量、排泄量和取食葉面積均隨蟲口密度增大而增加；當(dāng)密度和齡期相同時，取食量大于排泄量（圖6-7）。

2.4煙草粉螟幼蟲對煙葉的間接為害

幼蟲的間接危害包括因排泄物引起的煙葉霉變、等級下降，甚至完全失去經(jīng)濟(jì)價值。表2數(shù)據(jù)表明，由 C3F 降級為 C4F 的煙葉質(zhì)量和無經(jīng)濟(jì)價值的煙葉質(zhì)量都隨幼蟲密度增大而增加，并且在不同幼蟲密度間差異顯著。

2.5煙草粉螟幼蟲造成的經(jīng)濟(jì)損失

由表3可見，直接經(jīng)濟(jì)損失、間接經(jīng)濟(jì)損失、總經(jīng)濟(jì)損失和總經(jīng)濟(jì)損失率都隨幼蟲密度增加而增大，不同蟲口密度下差異顯著，且間接經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)大于直接經(jīng)濟(jì)損失，表明危害主要源于幼蟲排泄物污染造成的間接危害。

對總經(jīng)濟(jì)損失率y6（%）與幼蟲密度 x （頭/kg）進(jìn)行線性回歸分析，得出線性回歸方程：

可見，總經(jīng)濟(jì)損失率與幼蟲密度顯著正相關(guān)，并達(dá)極顯著水平。

2.6微波防治煙草粉螟的經(jīng)濟(jì)閾值

根據(jù)試驗結(jié)果以及生產(chǎn)中快速處理煙葉的需求，采用微波功率6 kW，處理170 s 的方式，每次處理煙葉10 kg。按照電價0.58元/kWh 計算，用電成本為0.016元/kg；工人1天工作8h，可處理煙葉600kg，勞務(wù)費為120元，故人工成本為0.2元/kg；微波樣機(jī)成本6萬元，按照國家規(guī)定微波設(shè)備使用年限為10年，煙草站每年收煙約2個月（60 d），設(shè)備運行費用2000元，故每天的機(jī)器折舊費及運行費為133.3元，以每天處理600 kg 煙葉計算，機(jī)器折舊費及運行費成本為0.22元/kg 。故防治成本為0.016+0.2+0.22=0.436元/kg。

由表3計算出單頭幼蟲造成的平均經(jīng)濟(jì)損失率為0.40%；當(dāng)微波功率6 kW，處理170 s 時，可完全殺滅煙草粉螟幼蟲，因此防治效果取值為1。試驗所用 C3F 煙葉的平均價格為37元/kg，根據(jù)公式（3）可得出微波防治煙草粉螟的經(jīng)濟(jì)閾值為2.95頭/kg。即當(dāng)1 kg 煙葉中煙粉螟蟲口密度＞2.95頭時，進(jìn)行微波殺滅防治具有經(jīng)濟(jì)價值。

3討論

微波可穿透倉儲物，直接作用于害蟲，是一種有效的物理殺蟲方法，常用于倉儲害蟲的防治。由于蟲體含水量高于倉儲物，在微波熱效應(yīng)的作用下蟲體容易升溫致死，同時也能引起分子和細(xì)胞水平的改變，導(dǎo)致昆蟲死亡[16-17]。本研究發(fā)現(xiàn)，微波在殺滅非成蟲態(tài)煙草粉螟時，煙葉溫度升至65 C。這與羅登山等[7]的研究結(jié)果基本一致，但羅登山等未說明殺滅的是何種蟲態(tài)，煙葉也是制絲狀態(tài)。呂建華等[12]研究表明60 C以上，持續(xù)2 min 可以殺滅煙草甲的所有蟲態(tài)。Shayesteh[18]也認(rèn)為完全殺滅印度谷螟 Plodia? interpunctella （Hübener）和赤擬谷盜 Tribolium castaneum 時，物料溫度可達(dá)80 C。有研究表明[19]，溫度50 C，持續(xù)5 min 可100%殺死絕大多數(shù)的倉儲害蟲。微波在殺滅害蟲的同時，也引起物料溫度升高。因此，熱效應(yīng)對害蟲致死的影響可能大于生物效應(yīng)。

確定微波殺滅倉儲害蟲的最適功率和處理時間，一般要結(jié)合實際生產(chǎn)中的殺蟲效果和經(jīng)濟(jì)效益。有研究表明，物料100 g，微波功率800 W，處理25 s 時，能完全殺死赤擬谷盜 T. castaneum 4個蟲態(tài)和米象 Sitophilus oryzae （Linnaeus）成蟲[20-21]。但上述試驗使用的設(shè)備是家用微波爐，功率小，處理時間短，無法處理大批量的物料。本研究自行研發(fā)的工業(yè)微波爐，最大功率為6 kW，一次可處理10 kg 煙葉，實用性更強，更能滿足煙葉收購實際需求。奚家勤等[14]研究表明，當(dāng)復(fù)烤微波設(shè)備功率為30 kW ，片煙流量為800 kg/h 時，各蟲態(tài)的煙草甲全部死亡，且微波輻照對片煙質(zhì)量無不良影響。根據(jù)本研究結(jié)果，投入10 kg 煙葉的最佳微波功率和處理時間為6 kW，170 s ，由此計算出該設(shè)備處理煙葉效率的理論值為211 kg/h 。5臺微波設(shè)備功率為30 kW，理論上每小時能夠處理1000 kg 煙葉，效率更高，且在煙葉收購環(huán)節(jié)操作能夠?qū)⒑οx控制于源頭。今后需要進(jìn)一步檢測煙葉化學(xué)成分和物理特性的變化，以明確微波殺蟲對煙葉品質(zhì)的影響。

本研究發(fā)現(xiàn)單頭煙草粉螟幼蟲期的取食量為0.06 g，相比王方曉等[22]的研究結(jié)果，略小于其越冬代單頭平均取食量0.08 g ，與第1代單頭平均取食量（0.06 g）持平。羅梅浩等[23]研究認(rèn)為1對成蟲所造成的經(jīng)濟(jì)損失為0.32元，本試驗計算出單頭煙草粉螟幼蟲期的總經(jīng)濟(jì)損失為0.14元。由于煙草粉螟成蟲有飛行能力，在分級、搬運和打包過程中，成蟲一般不會夾帶入庫，因此本研究未涉及成蟲試驗。對于微波殺滅成蟲的經(jīng)濟(jì)閾值還有待進(jìn)一步研究。

4結(jié)論

使用本研究中的微波設(shè)備能完全殺滅煙草粉螟非成蟲態(tài)。煙草粉螟幼蟲取食量為（6.10±0.18） g/百頭，排泄量為（3.09±0.15） g/百頭，取食葉面積為（752.30±22.09） cm2/百頭，造成的間接損失大于直接損失，占比約98%。微波防治煙草粉螟經(jīng)濟(jì)閾值為2.95頭/kg，防治指標(biāo)為2.95頭/kg 煙葉。

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