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方法文章

低成本自动化飞行昆虫拦截陷阱，用于夜间趋光性飞行昆虫的时间亚采样

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DOI：

10.3791/63156

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2021年12月29日

 ,  ,  , 
1Department of Ecology, Environment and Evolution, La Trobe University, 2Independent researcher

本文内容

摘要

为了研究夜间人工光照（ALAN）对夜行性飞行昆虫的影响，采样必须限定在夜间进行。本方案描述了一种低成本的自动化飞行拦截陷阱，可让研究人员在自定义的时间段内进行采样，并提高重复性。

摘要

采样方法的选择取决于目标物种或研究的空间和时间需求。然而，大多数用于被动采集飞行昆虫的方法时间分辨率较差，因为实施这些方法耗时、成本高且/或在后勤上存在困难。对夜间被人工光源（ALAN）吸引的飞行昆虫进行有效采样，需要在用户自定义的时间点（仅限夜间）于多个重复样地开展采样，这通常导致调查工作量大、耗时耗力，或需依赖昂贵的自动化技术。本文介绍一种低成本的自动化拦截陷阱，其构建和操作无需专业设备或技能，因此对于需要在多个地点进行时间序列亚采样的研究而言，是一种可行的选择。该陷阱可用于解决更广泛生态学问题，其适用的时间和空间尺度均超过以往陷阱技术所能实现的范围。

引言

节肢动物采样技术有多种1,2,3，但生态学家在将这些方法应用于具体研究问题时常常遇到困难（见4）。在选择合适的昆虫采样方法时，生态学家必须考虑目标物种、时间、人力投入以及不同技术所需的成本。例如，一个常见的限制是，在多个重复样地内对特定时间段进行亚采样以量化影响物种活动的时间变量（如天气变化或昼夜节律活动）在操作上具有挑战性（但参见5）。大多数被动式昆虫诱捕器通常设置较长时间（例如数天、数周甚至数月），缺乏精细的时间分辨率1。对于需要在多个重复样地针对特定时间段开展的调查（例如仅在不同地点进行夜间采样），可能需要大量人员在多日内于相同时间点（例如日出和日落前后30分钟内）前往各采样点收集标本并重置诱捕器6；否则，必须使用自动诱捕装置5,7,8。

关于人工夜间光照（ALAN）对昆虫活动模式和局部种群动态的影响，相关研究领域正在不断扩展9,10；同时，ALAN与昆虫被捕食率之间相互作用的研究也日益增多4,11,12,13。然而，要研究ALAN对夜行性昆虫类群的影响，采样必须局限于夜间进行。已有多种不同的主动光源诱捕器被描述并用于夜行性昆虫的时间序列自动化采样14。例如，一些简单的落盘式分离装置，其捕获物落入狭窄的收集管中，每小时下落一个圆盘以分隔不同时段的样本15；或使用转盘式分离装置，在预设时间间隔内旋转收集瓶以实现分段采样7,16,17。这些早期的自动化光诱装置虽解决了时间序列调查中的采样难题，但通常体积较大、操作不便，并采用过时或不可靠的技术。最近，一种新型的自动化被动采样装置已被开发并测试8。该装置结合了一种市售的飞行拦截陷阱与一个轻量化的定制收集组件，后者包含一个可旋转的转盘，用于承载采样杯，从而在用户设定的时间间隔内分段收集陷阱内容物8。这种新型自动化陷阱采用先进的编程技术，可通过智能手机操作，但其制造成本过高，每台约需700欧元（约合1,000澳元）8。

飞行拦截器是调查飞行昆虫最有效的方法之一1,18,19，其原理是飞行昆虫在撞击垂直表面后会跌落到地面。飞行拦截器有多种设计形式，但大多数通常由一个透明或网状表面以及一个装有水和/或防腐剂的收集容器构成。本文所描述的新式陷阱采用交叉挡板型或多向拦截陷阱20，因为已有研究表明交叉挡板可提高捕获率14,21，并能从各个方向采集昆虫样本。该陷阱的用途是调查被人工光源吸引的夜行性飞行昆虫。这种趋光性会导致昆虫围绕光源盘旋22，因此多向型陷阱最为适用。

本文介绍了一种低成本的自动化拦截陷阱，其构建和操作无需任何专业设备或技能。该陷阱采用市售的自动宠物食品分发器以及五金店常见的物品制成。每个陷阱的构建成本低于66欧元（105澳元）（表1），使其成为需要在多个地点同时进行时间序列亚采样的研究项目的可行选择。

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方案

1. 诱捕器的构建

注意：构建陷阱所需的所有组件均可在材料表中找到。每个陷阱由一人在 2 小时内按照图 1和图 2所示方式构建完成。

  1. 使用曲线锯将聚碳酸酯屋顶板（8 mm × 610 mm × 2400 mm）切割成 610 mm × 230 mm 的片材（图1，项目1和2）。然后在每块（610 mm × 230 mm）板的中心向上一半位置切割一条 8 mm 宽的中心槽，以便两块板可滑动拼接形成十字挡板。
  2. 将交叉的挡板紧密地插入塑料漏斗开口中（图1，项目4），并使用 20 mm 不锈钢角码（图1，项目5b）将其固定在漏斗上。
  3. 在角码就位后，预先钻孔，然后使用带垫圈的 M4 螺钉和螺母（图1，项目6b）将十字挡板固定到漏斗上。
  4. 再次使用曲线锯，从剩余板材中切割出一块聚碳酸酯板（230 mm × 305 mm），并使用 20 mm 不锈钢角码（图1，项目5a）将其以 90° 角固定在十字挡板顶部，形成防护顶盖（图1，项目3）。
  5. 在角码就位后，预先钻孔，然后使用带垫圈的 M4 螺钉和螺母（图1，项目6a）将顶盖固定在挡板上。
  6. 使用钢锯将漏斗管口修剪至约 30 mm 长度，以确保自动宠物喂食器的样品盘可在预设时间间隔内无阻碍地旋转。
  7. 将自动宠物分配器（图1，项目8）放置在一个 9 L（直径 38 mm）的塑料盆中（图1，项目7），以保护样品免受天气影响。
  8. 在 9 L 盆的顶部钻一个 20 mm 的孔，并将漏斗管口插入该孔中，使其正对样品盘上方。
  9. 使用带六角头钻头的电钻，通过镀锌六角头螺钉（图1，项目14）将覆盖在宠物喂食器上的塑料盆固定在一段 500 mm 长的经处理的松木栅栏板条上（图1，项目9）。
  10. 为稳定整个装置以便通过绳索将其吊升至空中，使用角码和绑线（图1，项目13、15 和 16）将一根木桩（17 mm × 17 mm × 1200 mm，图1，项目10）固定在经处理的松木栅栏板条上（图1，项目9）。

带标注组件的重力式水过滤系统的分解机械装配示意图。
图1：捕集装置结构示意图。（1和2）610 mm × 230 mm × 8 mm 聚碳酸酯板；（3）230 mm × 305 mm × 8 mm 聚碳酸酯板；（4）直径24 cm的塑料漏斗；（5a-b）20 mm直角支架；（6a-b）M4 × 15 mm螺钉、垫圈和螺母；（7）直径38 cm、容量9 L的塑料盆；（8）自动宠物食品分配器；（9）150 mm × 12 mm经处理的松木条；（10）17 mm × 17 mm × 1200 mm木桩；（11）125 mm × 150 mm直角支架；（12）16 mm × 16 mm六角头螺钉；（13）直角支架；（14）16 mm × 16 mm六角头螺钉；（15和16）金属丝稳定器；（17）卡宾钩，用于将装置下放和提升至指定位置。请点击此处查看此图的放大版本。

2. 诱捕器部署

注意：将陷阱固定在距地面6米高的树上（直接位于实验灯或对照灯下方），用于捕捉飞行昆虫（图2）。清空和收集陷阱由三人于同一天完成。根据采样方案，若需延长采样时间，可每隔三天将陷阱 lowering 以取出采集的样本，重置宠物食品分配器，并将陷阱重新放回原位。

显示漏斗和容器的昆虫诱捕系统设置，展示生态学研究方法。
图 2：一种低成本自动化飞行拦截陷阱，用于在用户定义的时间点采集昆虫样本。 (A) 聚碳酸酯交叉挡板作为飞行拦截区域，可从四个方向收集昆虫。聚碳酸酯屋顶用于引导昆虫向下移动，并保护所收集的样本免受天气影响。飞行拦截屏障下方的漏斗可将撞击到聚碳酸酯屏障的昆虫导入圆形基座内的收集托盘中。(B) 陷阱悬挂在实验光源下方，并通过木桩和角铁固定在树上。拦截陷阱下方的胶合板箱内装有一个蝙蝠探测器，用于被动记录自由活动的食虫蝙蝠发出的回声定位叫声。请点击此处查看该图的放大版本。

  1. 到达采样地点后，从塑料盆下方取出自动宠物喂食器（图1，项目8）。
  2. 打开自动宠物喂食器（图3A），在每个食物托盘中放置盛有肥皂水或所选防腐剂的铝箔皿（图3B，此处使用20 mL丙二醇作为防腐剂）。
  3. 根据自动宠物喂食器附带的说明设置食物托盘旋转时间。首先设定时钟时间，然后对每个喂食器托盘进行编程。
    ​注意：自动宠物喂食器会在预设时间旋转食物托盘（1-6号）。6个餐碗可在一天中的任何时间开启，托盘按顺序依次旋转。本研究旨在分别采集夜间和昼间活动的昆虫。1号托盘从第一天晚上8点开始采样，次日早晨7点转至2号托盘，随后于晚上8点转至3号托盘，早晨7点转至4号托盘，晚上8点转至5号托盘，早晨7点转至6号托盘。延迟功能可使采样延后一天，因所有采样点的设置需耗时两天，该功能确保所有点位的采样在同一日同一时间开始。

自动宠物喂食器组装及俯视图；六个隔间；定时与定量控制。
图3：自动宠物食盆。（A）一种使用电池供电的六餐式宠物食盆，用于在用户自定义的时间间隔内采集昆虫样本。食盆被设置为交替开启模式，以分别采集夜行性和昼行性昆虫。例如，托盘1在晚上8点开启（夜间第1天），托盘2在早上7点开启（昼间第1天），托盘3在晚上8点开启（夜间第2天），托盘4在早上7点开启（昼间第2天），托盘5在晚上8点开启（夜间第3天），托盘6在早上7点开启（昼间第3天）。（B）移除自动宠物食盆的盖子后，可见六个收集托盘。托盘内放置含有丙二醇作为防腐剂的铝箔皿，便于轻松取出所收集的昆虫。请点击此处查看此图的放大版本。

  1. 将自动宠物喂食器重新放回塑料接水盆下方，并使用镀锌六角头螺钉将接水盆固定在木制围栏部件上（图1，项目14）。
  2. 使用卡环将绳索连接到捕虫器顶部（图1，项目17）。借助梯子将捕虫器吊装至指定位置，并通过卡环将其固定在实验光源下方。
  3. 使用角铁将第二根木桩（17 mm × 17 mm × 1200 mm，图2B）固定在树干（或灯杆）上，以在强风条件下稳定捕虫器。
  4. 捕虫器置于木桩顶部，使用两条大型扎带将其固定（图2B）。
  5. 采集昆虫样本时，通过绳索将捕虫器 lowering（降下），然后从塑料接水盆下方取出自动宠物喂食器。
  6. 打开宠物喂食器的盖子（图3A），取出铝制托盘，将其中内容物倒入预先标记好的样本瓶中（图3B）。

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结果

在澳大利亚墨尔本的四处林地保护区，研究人员通过实验光源对趋光性飞行昆虫进行调查，并测试了诱捕器的效果。这些地点均为残存或重新植被化的林地，周围被住宅区环绕，各点之间平均相距15公里（范围为3-24公里），面积平均为45公顷（范围为30-59公顷）。共布设了16个诱捕器，每个地点4个，其中部分配备实验光源，部分不设光源（每地3个光源诱捕器和1个对照诱捕器），调查时间为2021年3月30日至4月2日，持续3天3夜。安装诱捕器共需两人耗时2天，但通过利用宠物食品分发器的延时功能，所有诱捕器的采样得以在同一时间统一启动。

在不同的天气条件下（夜间最低温度和白天最高温度为6.7–29.5 °C，最大风速为17–46 km/h），包括降雨情况下，陷阱均正常运行，未发生任何故障，收集盘也未出现雨水淹没现象。在为期三天的采样中，共捕获飞行昆虫488只，其中夜间采样捕获374只，白天采样捕获114只。所有非飞行类群（蛛形纲 Arachnida、等足目 Isopoda、多足亚门 Myriapoda 和蚁科 Formicidae）均被排除。为评估陷阱的效率，将...

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讨论

尽管Bolliger等人（2020）8描述的自动飞行拦截陷阱设计精良，并能在用户自定义的时间段内高效采样，但其成本可能使许多研究人员难以承受。本研究表明，利用自动化陷阱在用户指定时间段对飞行昆虫进行被动采样调查，可以在较低预算下实现。通过使用市售的宠物食品分装器以及五金店常见的材料，无需任何专业技能，即可构建能够在六个预设时间点采样的陷阱，其成本仅为建造Bolliger等人（2020）8型陷阱的十分之一。建造Bolliger等人（2020）8型自动飞行拦截陷阱每台需花费700欧元（约合1,000澳元），且需要专业的电子和机械知识。在本地根据Bolliger等人（2020）8的设计方案建造类似陷阱时，获得的报价相近，其中最具竞争力的价格为每台937澳元。

Bolliger 等人（2020）8 论文未能承认任何更早的昆虫学文献，并指出， "目...

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致谢

本研究由Sonepar赞助的拉筹伯大学碳中和基金（La Trobe University Net Zero Fund）资助。研究在环境、土地、水资源和规划部科学许可证编号10009741下开展。我们感谢Martin Steinbauer对本文初稿提出的修改意见，以及两位匿名审稿人的评审意见。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
电池（C型电池） – 10 个装DuracellMN1400B10https://www.duracell.com.au/product/alkaline-c-batteries/
由电池供电的自动化六餐宠物食品碗 – 每个OEM 中国XR-P006-002自动化六餐宠物食品碗的价格因供应商而异，例如在英国，其售价为 £19 英镑（36 澳元）
镀锌六角头螺钉（10-16 x 16 mm） – 100 个装Bunnings Warehouse1-311-9151-CTPMEBunnings Warehouse 是一家澳大利亚五金连锁店，在澳大利亚和新西兰设有分店。从 Bunnings Warehouse 购买的物品在大多数五金商店均可找到。https://www.bunnings.com.au/
镀锌钢角码（125 x 150 mm） – 每个Bunnings WarehouseAZ11https://www.bunnings.com.au/
镀锌扎丝（0.70 mm × 75 m） – 每卷Bunnings Warehouse50218https://www.bunnings.com.au/
塑料盆（38 cm，9 L，圆形） – 每个Ezy StorageFBA31541https://www.ezystorage.com/product/laundry/basic-accessories/9l-round-basin/
塑料漏斗（24 cm） – 每个桑德尔福德Pf24https://www.sandleford.com.au/plastic-funnel-24cm
不锈钢角码（20 mm） – 16 件装Bunnings WarehouseWEB2020https://www.bunnings.com.au/
不锈钢螺丝 & 螺母（M4 × 15 mm） – 18 件装Bunnings WarehouseSFA394https://www.bunnings.com.au/
不锈钢垫圈（3/16” & M5) – 50 个装Bunnings WarehouseEBM5005https://www.bunnings.com.au/
Sunlite 聚碳酸酯屋顶板（8 mm × 610 mm × 2.4 m） – 每个Suntuf（Palram Industries Ltd）SL8CL2.4https://www.palram.com/au/product/sunlite-polycarbonate-multi-wall/
处理过的松木板条（150 x 12 mm） – 每个STS Timber Wholesale P/Ln/ahttps://www.ststimber.com.au/sts-timber-wholesale-products/fencing
木桩（1200 x 17 x 17 mm） – 10 个装晶格制造者n/ahttps://latticemakers.com/product/tomato-stakes-17x17mm-pack-of-10/

参考文献

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