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一种低成本自动飞行拦截陷阱，用于夜间被人造光吸引的飞虫进行时间子采样

Published: December 29, 2021 doi: 10.3791/63156
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Department of Ecology, Environment and Evolution, La Trobe University, 2Independent researcher

Summary

为了研究夜间人造光（ALAN）对夜间飞行昆虫的影响，采样需要限制在夜间。该协议描述了一种低成本的自动飞行拦截陷阱，允许研究人员在用户定义的时间段内采样，并增加复制。

Abstract

根据目标物种或研究的空间和时间要求选择采样方法。然而，大多数被动采样飞虫的方法的时间分辨率很差，因为它耗时，昂贵和/或后勤困难。对夜间被人造光吸引的飞虫（ALAN）进行有效采样需要在用户定义的时间点（仅限夜间）在复制良好的站点上进行采样，从而导致主要的时间和劳动密集型调查工作或昂贵的自动化技术。这里描述的是一种低成本的自动拦截陷阱，不需要专业设备或技能来构建和操作，使其成为需要跨多个站点进行时间子采样的研究的可行选择。该陷阱可用于解决广泛的其他生态问题，这些问题需要比以前的陷阱技术更大的时间和空间尺度。

Introduction

有许多节肢动物采样技术1，2，3，但生态学家通常难以以适合其研究问题的方式应用这些方法（见4）。在选择合适的昆虫采样方法时，生态学家必须考虑不同技术所涉及的目标物种，时间，精力和成本。例如，一个常见的限制是，在特定时间段内对复制地点进行子采样以量化影响物种活动的时间变量（例如天气或昼夜节律活动的变化）在逻辑上可能具有挑战性（但见5）。大多数被动调查昆虫诱捕器被设置很长一段时间（例如，多天，数周甚至数月），缺乏精细的时间分辨率1。对于针对多个重复地点的特定时间段的调查（例如，仅在不同地点进行夜间采样），可能需要一个大型团队在同一时间点（例如，在日出和日落后30分钟内）访问多天的地点，以收集标本并重置陷阱6;否则，需要自动陷印装置5，7，8。

关于夜间人造光（ALAN）对昆虫活动模式和局部种群动态的影响，越来越多的工作领域 9，10;以及ALAN与昆虫捕食率之间的相互作用4，11，12，13。然而，为了研究ALAN对夜间昆虫分类群的影响，采样需要限制在夜间。已经描述了几种不同的主动光陷阱，并将其用于夜间昆虫的自动时间采样14。一些例子包括简单的落下圆盘式分离装置，其中渔获物落入一个狭窄的管中，每小时有一个圆盘落下以分离渔获物15，或以定时间隔旋转收集瓶7，16，17的转台分离装置。这些以前的自动光捕获器解决了与时间测量要求有关的采样挑战，但通常很大且笨拙，并且使用过时或不可靠的技术。最近开发并测试了一种新的自动无源采样装置8。该装置利用了市售的飞行拦截捕集器，并配有一个轻型定制设计的收集装置，该装置由一个保持采样杯的转盘组成，允许以用户定义的间隔8收集捕集器内容物。这种新的自动疏水阀采用复杂的编程，可以通过智能手机操作，但每个陷阱8的建造成本约为700欧元（1，000澳元）。

飞行拦截陷阱是测量飞行昆虫1，18，19的最有效方法之一，其工作原理是飞行昆虫在与垂直表面碰撞时落地。飞行拦截陷阱有多种设计。然而，大多数通常用透明或网状表面和装满水和/或防腐剂的收集容器构造。这里描述的新陷阱使用交叉叶片/挡板类型或多向拦截陷阱20，因为交叉挡板已被证明可以提高捕获率14，21和来自各个方向的昆虫样本。这个陷阱的目的是调查被人造光吸引的夜间飞行昆虫。这种光出租车导致昆虫在光源22上盘旋;因此，多向陷阱是最合适的。

这里描述的是一种低成本的自动拦截陷阱，不需要专业设备或技能来建造和操作。该陷阱使用市售的自动宠物食品分配器和五金店提供的常见物品。该设计的成本低于每个陷阱66欧元（105澳元）的建造成本（表1），使其成为需要同时对多个地点进行时间子采样的研究的可行选择。

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Protocol

1. 陷阱结构

注意：建造疏水阀所需的所有组件都可以在材料表中找到。每个陷阱都是由一个人在2小时内按照图1和图2所示构建的。

  1. 使用拼图将聚碳酸酯屋顶板（8 mm x 610 mm x 2400 mm）切割成610 mm x 230 mm截面（图1，项目1 &2）。然后在每个（610 mm x 230 mm）窗格的中心中间切开一个8 mm的中心凹槽，以使两个窗格一起滑动以形成一个交叉挡板。
  2. 将交叉的挡板紧贴在塑料漏斗开口（图1，项目4）中，并用20 mm不锈钢尖括号将其固定到漏斗上（图1，项目5b）。
  3. 将尖括号安装到位后，预先钻孔，然后将M4螺钉和螺母与垫圈（图1，项目6b）固定在漏斗上。
  4. 再次使用拼图锯，从剩余的板材上切下一块聚碳酸酯板（230 mm x 305 mm），并用20 mm不锈钢角支架（图1，项目5a）以90°角固定到交叉挡板的顶部，以形成保护屋顶（图1，项目3）。
  5. 将角支架安装到位后，预先钻孔，然后使用M4螺钉和螺母以及垫圈（图1，项目6a）将屋顶固定在挡板上。
  6. 用钢锯将漏斗喷嘴修剪至约30毫米的长度，以确保自动宠物喂食器的样品托盘将按编程间隔畅通无阻地旋转。
  7. 将自动宠物分配器（图1，项目8）放在9 L（直径38毫米）的塑料盆（图1，项目7）内，以保护样品免受天气条件的影响。
  8. 在9 L水池的顶部钻一个20毫米的孔，然后将漏斗喷嘴放入孔中，使其直接位于样品盘上方。
  9. 使用带有六角头驱动头钻头的钻头，用镀锌六角头螺钉将覆盖宠物喂食器的塑料盆固定在500毫米的经过处理的松木围栏上（图1，项目9）（图1，项目14）。
  10. 为了稳定整个疏水阀，以便通过绳索将整个疏水阀吊入空中，用尖括号和拉线（图1，项目13，15和16）将木桩（17 x 17 x 1200 mm，图1，项目10）连接到经过处理的松木栅栏（图1，项目9）上。

Figure 1
图 1：疏水阀结构示意图。（1 和 2） 610 毫米 x 230 毫米 x 8 毫米聚碳酸酯板材; （3） 230 毫米 x 305 毫米 x 8 毫米聚碳酸酯板材; （4） 直径24厘米的塑料漏斗; （5a-b） 20毫米尖括号; （6a-b） M4 x 15 mm 螺钉， 垫圈 & 螺母; （7） 直径38厘米9升塑料盆; （8） 自动化宠物食品分配器; （9） 经150毫米×12毫米处理的松木; （10） 木桩17毫米×17毫米×1200毫米; （11） 125 毫米 x 150 毫米角支架; （12） 16 毫米 x 16 毫米六角头螺钉; （13） 尖括号; （14） 16 毫米 x 16 毫米六角头螺钉; （15 和 16） 电线稳定剂; （17） 卡拉比纳，用于降位和升降。 请点击此处查看此图的大图。

2. 陷阱部署

注意：陷阱安装在离地面6米的树上（实验灯或控制灯正下方），以捕获飞虫（图2）。清空和收集陷阱是由三个人在一天内完成的。如果需要，可以通过降低疏水阀以移除收集的样品，重置宠物食品分配器，并根据取样方案每三天将疏水阀放回原位来对另外几天进行取样。

Figure 2
图2：低成本的自动飞行拦截陷阱，用于在用户定义的时间点对昆虫进行采样.（A）聚碳酸酯交叉挡板用作飞行拦截区域，允许从四面收集昆虫。聚碳酸酯屋顶用于将昆虫向下引导，并保护收集的样品免受天气影响。飞行下方的漏斗拦截屏障服务器，将与聚碳酸酯屏障碰撞的昆虫漏斗到圆形水池内的收集托盘中。（B）将陷阱悬挂在实验灯下方，并用木桩和角支架固定在树上。拦截陷阱下方的胶合板盒包含一个蝙蝠探测器，用于被动记录自由放养的食虫蝙蝠产生的回声定位呼叫。请点击此处查看此图的大图。

  1. 到达采样位置后，从塑料盆下方取下自动宠物食品分配器（图1，项目8）。
  2. 打开自动宠物食品分配器（图3A），在每个食品托盘中放置含有肥皂水或所选防腐剂的铝箔盘子（图3B，这里使用20毫升丙二醇作为防腐剂）。
  3. 按照自动宠物食品分配器提供的说明设置食品托盘旋转时间。首先，设置时钟时间，然后对每个宠物食品分配器托盘进行编程。
    注意：自动宠物食品分配器在预编程时间旋转食品托盘（1-6）。6餐碗可以设置为在白天或晚上的任何时间打开，托盘按顺序旋转。对于这项研究，目的是分别对夜间和昼夜性昆虫进行采样。纸盒 1 从第一天晚上 8 点开始取样，然后在第二天早上 7 点移动到纸盒 2，随后在晚上 8 点移动到纸盒 3，在上午 7 点将纸盒 4 移至纸盒 4，在晚上 8 点将纸盒 5 移至纸盒 6 上午 7 点。延迟功能允许采样延迟一天，因为设置所有站点需要2天，从而确保所有站点的采样在同一天/时间开始。

Figure 3
图 3：自动宠物食品碗。（A） 电池供电的6餐宠物食品碗，用于按用户定义的间隔对昆虫进行采样。食物碗按交替的时间表进行编程，以采样夜间和昼夜性昆虫。例如，纸盒 1 在晚上 8 点打开（夜间第 1 天），纸盒 2 在上午 7 点打开（昼夜第 1 天），纸盒 3 在晚上 8 点打开（夜间第 2 天），纸盒 4 在上午 7 点打开（昼夜第 2 天），纸盘 5 在晚上 8 点打开（夜间第 3 天），托盘 6 在上午 7 点打开（昼夜第 3 天）。 （B） 从自动宠物食品碗中取出盖子以显示六个收集托盘。含有丙二醇作为防腐剂的铝箔培养皿可以很容易地去除收集的昆虫。 请点击此处查看此图的大图。

  1. 将自动宠物食品分配器放回塑料盆下方，并用镀锌六角头螺钉将盆固定在木栅栏上（图1，项目14）。
  2. 用卡拉比纳将绳索连接到陷阱的顶部（图1，项目17）。通过使用梯子，将陷阱吊到适当的位置，并通过卡拉宾纳将其固定在实验灯下。
  3. 用尖括号将第二根木桩（17 mm x 17 mm x 1200 mm，图2B）连接到树（或灯柱）上，以在大风中稳定陷阱。
  4. 陷阱位于木桩的顶部;用两根大电缆扎带固定它（图2B）。
  5. 要收集昆虫样本，请用绳子放下陷阱。从塑料盆下方取下自动宠物食品分配器。
  6. 取下宠物食品分配器的盖子（图3A），然后提起铝制托盘，将内容物倒入预先标记的样品瓶中（图3B）。

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Representative Results

这些陷阱在澳大利亚墨尔本的四个丛林保护区的实验照明中被吸引的飞虫进行调查中进行了试验。这些地点由残余或重新植被的灌木丛组成，周围环绕着居民住房，平均相距15公里（范围为3-24公里），面积为45公顷（范围为30-59公顷）。2021年3月30日至4月2日，共安装了16个陷阱，每个站点有4个，有和没有实验灯（每个站点3个灯和1个对照组），并进行了3天3夜的调查。安装陷阱的团队花了两个人2天的时间，但是通过使用宠物食品分配器上的延迟功能，所有陷阱的采样在同一时间和日期开始。

这些疏水阀在多变的天气条件下运行（6.7-29.5°C，夜间最低温度和白天最高温度，最大阵风17-46公里/小时），包括降雨，没有任何故障或雨水淹没收集托盘。在三个采样日中共捕获了488只飞虫，其中374只来自夜间采样，114个来自昼夜采样。所有非飞行类群（蜘蛛科、异目、蚜虫科和蚜虫科）都被排除在外。为了评估圈闭的效率，将收集的节肢动物总数（488）除以每个圈闭（1403 cm 2）的有效表面积（23 cm x 61 cm）除以它们操作的圈闭天数（16个陷阱x 3天）（48）23。这产生了0.007只昆虫/cm2/捕集器日的值，这属于使用飞行拦截捕集器的其他研究的范围（表2）。还研究了放置在灯光下的陷阱和不在灯光下的陷阱（即控制装置）之间的区别，因为点燃的陷阱将有效地成为主动光陷阱，因此应该具有更高的捕获率（表2）。因此，这些陷阱似乎与传统的飞行拦截陷阱一样有效，但具有在用户定义的时间段进行子采样的额外好处。

材料 每个陷阱需要的数量 成本澳元（每个陷阱）
电池 （C 节） – 10 包 4 16.70 (6.68)
电池供电的自动6餐宠物食品碗 - 每个 1 59.00 (59.00)
镀锌六角头螺钉 （10-16 x 16 mm） – 100 包 5 17.54 (0.87)
镀锌钢角支架 （125 x 150 mm） – 每个 2 1.58 (3.16)
镀锌拉丝（0.70 mm x 75 m） – 每卷 ~2 米 5.00 (0.13)
塑料盆（38 厘米，9 升圆形） – 每个 1 4.50 (4.50)
塑料漏斗（24 厘米） – 每个 1 4.99 (4.99)
不锈钢角支架 （20 mm） – 16 件 8 4.73 (2.37)
不锈钢螺钉和螺母 （M4 x 15 mm） – 18 件 16 3.56 (3.16)
不锈钢垫圈 （3/16“ & M5） – 50 件 16 4.98 (1.59)
日晖石聚碳酸酯屋面板（8毫米x 610毫米x 2.4米） - 每片 每张纸可形成 4 个陷阱 60.00 (15.00)
经过处理的松木苍白 （150 x 12 mm） – 每个 1/3 1.60 (0.53)
木桩 （1200 x 17 x 17 mm） – 10 件 2 12.99 (2.60)
每个陷阱的总成本 澳元 104.58

表1：自动拦截陷阱的设计成本。 该表列出了构建陷阱所需的所有组件的成本和来源。

疏水阀类型1 总捕获量 捕获有效表面积 （cm2） 陷阱天数（# 陷阱 x # 天） 节肢动物数量/厘米2/捕集日 源
小说 1,609 550 432 0.007 卡雷尔 （2002）23
窗 1,241 3,721 6 0.056 查普曼·金霍恩 （1955）32
窗 1,107 3,686 140 0.002 加拿大 （1987）33
窗 3，540# 9,600 150 0.002 希尔·塞尔马克 （1997）18
窗 30,530 26,000 2,160 0.00050 拉马尔等人 （2012）19
窗 428 623.7 1,860 0.0004 伯恩斯等人 （2014）34
多 10,161 1,378 1,825 0.004 巴塞特 （1988）35
多 15,000 10,800 804 0.002 罗素等 （2011）36
多 2,30,162 1,200 40,500 0.005 克努夫等 （2019）37
*多 1,360 1,680 1,548 0.0005 韦克菲尔德等人 （2017）6
多 12 1,680 516 0.00001
*多 2,725 1,000 142 0.019 博利格等人 （2020）8
*多（A） 2,991 1,000 142 0.021 博利格等人 （2020）8
*多（A） 49,613 1,000 2,080 0.024
*多 1,625 1,000 264 0.006 博利格等 （2020）12
*多（A） 449 1,403 36 0.009 本研究
多 （A） 39 1,403 12 0.002
1疏水阀类型：新颖 - 不是标准窗口或多向式疏水阀，窗户 - 单叶片矩形面板，多方位 - 多向交叉叶片/挡板，多（A） - 多向自动疏水阀。
*表示陷阱位于灯下，#Based平均捕获量;因此，陷阱天数不乘以陷阱数。

表2：各种飞行拦截陷阱的相对捕获效率比较。 为了计算节肢动物的数量/cm2/陷阱日，请将收集的昆虫总数除以每个陷阱的有效表面积除以它们运行的陷阱天数23。

补充文件： 数据可从 Dryad 数据存储库获得：http://doi.org/10.5061/dryad.gqnk98sp1

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Discussion

尽管Bolliger等人（2020）8 描述的自动飞行拦截陷阱设计精良，并且在用户定义的时间段内采样非常有效，但对于许多研究人员来说，它们的成本可能过高。这项研究表明，使用自动诱捕器在用户定义的时间段对飞虫进行子采样的被动诱捕调查可以在适度的预算下进行。陷阱的建造是为了在六个预定义的时间点进行采样，方法是利用商业宠物食品分配器和五金店通常提供的材料，没有任何专业技能，成本仅为建造Boliger等人（2020）8 陷阱所需成本的十分之一。建造Boliger等人（2020）8 个自动飞行拦截陷阱也需要专业的电子和机械知识，每个陷阱的成本为700欧元（1，000澳元）。根据Bolliger等人（2020）8 的设计，在当地获得了类似的陷阱建造报价，最具竞争力的是每个陷阱937澳元。

Bolliger等人（2020）8 论文未能识别任何较早的昆虫学文献，并指出“目前没有针对昆虫的时间间隔采样装置”。事实并非如此，因为自1934年以来，时间间隔或子采样装置已被用于许多研究14.然而，这些较旧的设备很大，最常作为单个单元运行（见 图1）。在斯坦鲍尔，2003年5）;因此，将扩展为许多可以安装在高处（即5-6米）的复制设备将是困难的。

这里描述的新陷阱设计与其他飞行拦截陷阱一样有效（表2），尽管诱捕发生在满月后立即发生，已知月球照明可以减少捕获24 ，在南方秋季，当昆虫活动开始下降25时。在更有利的季节和天气条件下，捕获率预计将增加。每个收集托盘的容量为 330 mL，以适应大多数应用，但在蜂拥事件期间进行测试是有益的，以确保收集托盘不会溢出。这些陷阱可用于飞虫的被动和主动采样，并将在需要比以前更高的时间分辨率的飞行昆虫收集的研究中具有广泛的应用。

全世界有26，27次大规模昆虫减少的报道，昆虫在生态系统服务和营养相互作用中发挥的关键作用引起了生态关注28和辩论29。我们目前对这些下降的理解不足以确定驱动因素，迄今为止，在理解空间，时间和分类因素方面已经进行了适度的尝试30。一个日益受到关注的领域是ALAN作为昆虫活动，群落组成和下降31的驱动因素的作用，夜间物种尤其受到自然光周期变化的影响。为了正确调查昆虫对ALAN的反应，在定义的时间段（即仅夜间）在许多重复的地点进行夜间同步采样，并且无法使用手动陷阱在没有高劳动强度的情况下准确进行处理，这里描述的陷阱提供了一种新颖且低成本的解决方案来解决这些研究问题。

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Disclosures

没有

Acknowledgments

该研究由索能达赞助的拉筹伯大学净零基金资助。这项研究是在环境、土地、水和规划部的科学许可证下进行的，许可证号10009741。我们感谢马丁·施泰因鲍尔对早期草案的评论和两位匿名审稿人。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Batteries (C cell) – 10 pack Duracell MN1400B10 https://www.duracell.com.au/product/alkaline-c-batteries/
Battery operated automated 6 meal pet food bowl – each OEM China XR-P006-002 Automated 6-meal pet food bowls range in price dependent on supplier, for example in the UK they can be purchased for £19 GBP ($36 AUD).
Galvanised hex-head screws (10-16 x 16 mm) – 100 pack Bunnings Warehouse 1-311-9151-CTPME Bunnings Warehouse is an Australian hardware chain with stores in Australia and New Zealand. Items purchased from Bunnings Warehouse can be found at most hardware stores. https://www.bunnings.com.au/
Galvanised steel angle bracket (125 x 150 mm) – each Bunnings Warehouse AZ11 https://www.bunnings.com.au/
Galvanised tie wire (0.70 mm x 75 m) – per roll Bunnings Warehouse 50218 https://www.bunnings.com.au/
Plastic basin (38 cm, 9 L round) – each Ezy Storage FBA31541 https://www.ezystorage.com/product/laundry/basic-accessories/9l-round-basin/
Plastic funnel (24 cm) – each Sandleford Pf24 https://www.sandleford.com.au/plastic-funnel-24cm
Stainless steel angle bracket (20 mm) – 16 pack Bunnings Warehouse WEB2020 https://www.bunnings.com.au/
Stainless steel screws & nuts (M4 x 15 mm) – 18 pack Bunnings Warehouse SFA394 https://www.bunnings.com.au/
Stainless steel washers (3/16” & M5) – 50 pack Bunnings Warehouse EBM5005 https://www.bunnings.com.au/
Sunlite Polycarbonate roofing sheet (8mm x 610 mm x 2.4 m) – each Suntuf (Palram Industries Ltd) SL8CL2.4 https://www.palram.com/au/product/sunlite-polycarbonate-multi-wall/
Treated pine paling (150 x 12 mm) – each STS Timber Wholesale P/L n/a https://www.ststimber.com.au/sts-timber-wholesale-products/fencing
Wooden stakes (1200 x 17 x 17 mm) – 10 pack Lattice Makers n/a https://latticemakers.com/product/tomato-stakes-17x17mm-pack-of-10/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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环境科学，第178期，节肢动物采样，生态方法，昆虫采样，拦截陷阱，光陷阱，不适陷阱，特定时间采样，窗口陷阱
一种低成本自动飞行拦截陷阱，用于夜间被人造光吸引的飞虫进行时间子采样
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Robert, K. A., Dimovski, A. M.,… More

Robert, K. A., Dimovski, A. M., Robert, J. A., Griffiths, S. R. Low-Cost Automated Flight Intercept Trap for the Temporal Sub-Sampling of Flying Insects Attracted to Artificial Light at Night. J. Vis. Exp. (178), e63156, doi:10.3791/63156 (2021).

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