微波是一种高频电磁波，波长在0.1~1 000 mm，频率在300 MHz~300 GHz。微波是通过分子在高频电磁场中发生剧烈振动，彼此相互摩擦，发生极化而达到加热的电磁辐射。微波通过非热力生物效应和热效应共同作用达到杀虫目的，两种效应相互依存、相互加强。当害虫受到微波辐射后会吸收微波能，从而产生热效应，加上害虫在微波场中发生生理反应和变化，也会影响害虫的生存率^[1-2]。微波杀虫技术是一门新兴的学科，具有除害速度快、效果好、选择性、无残留、无污染和成本低等优点，且基本上不影响产品质量，被广泛应用于农林害虫的防治上。目前微波主要用于谷物干燥、种子处理、水分测定、仓储物消毒灭菌防霉处理、有害生物检疫处理和害虫防治方面^[3-9]，微波在茶叶上主要用于加工、提取、除霉等^[10-14]。

田琳等^[15]将米象Sitophilus oryzae L.、谷蠹Rhyzopertha dominica Fab.、玉米象Sitophilus zeamais Motschulsky的卵和成虫，锯谷盗Oryzaephilus surinamensis L.的成虫，印度谷螟Plodia interpunctella Hubner的卵，赤拟谷盗Tribolium castaneum Herbst的幼虫和成虫，锈赤扁谷盗Cryptolestes ferrugineus Stephens的幼虫、蛹和成虫，烟草甲Lasioderma serricorne Fab.的幼虫分别和1 kg大米混合放置于PE/PP复合膜包装袋中，在915 MHz、50~70℃条件下约6 min隧道式工业微波炉处理能实现对8种主要储粮害虫的不同危害虫态的100%杀灭，且对大米品质没有不良影响。王殿轩等^[16]和王胜录等^[17]研究发现，不同微波处理对储藏粮食中的米象、杂拟谷盗和谷蠹各虫态有较好的致死效果，各虫态对微波的敏感性由小到大依次为成虫、蛹、幼虫、卵。800 W功率微波处理25 s可立即完全致死米象成虫，但小麦的发芽率显著降低^[16]。梁静波和陈洪俊^[18]分别对绿豆、豌豆和红小豆中的米象和花斑皮蠹Trogoderma variabile Ballion微波处理8 min，温度56~58℃时，各虫的死亡率都在98.0%以上，且不影响种子发芽率，还可加快种子发芽速度，增强发芽势。在14%水分、200 W功率、59℃温度条件下微波处理玉米象成虫296 s，玉米象子代种群抑制率达100%，可有效防治大米中所携带的玉米象虫卵^[19]。曾淑薇等^[6]研究发现，随着脉冲微波强度的增加，大米米象和寄生霉菌寄生曲霉Aspergillus parasiticus Speare致死率明显升高，虫卵孵化率显著降低。当脉冲微波剂量7.5 W·g^-1，脉冲宽度300 ms，间歇时间50 ms，脉冲微波总时间30 s，米象和寄生曲霉致死率分别为100.0%和83.2%，碎米率和爆腰率分别为1.2%和1.5%，感官评分7.3分。张民照等^[20]研究发现，微波处理对裸露、与红小豆混合的绿豆象Callosobruchus chinensis L.成虫的死亡率均随处理时间及功率增加而升高，但相同条件下与红小豆混合的成虫死亡率明显高于裸虫的。微波处理具一定后续效应，处理的成虫虽没立刻死亡，但随后死亡率比对照高。成虫高火处理50 s后的第3 d校正死亡率可达87.7%；微波处理还可降低绿豆象成虫产卵量、幼虫羽化率、卵孵化率及红小豆发芽率。豁银强等^[21]开展了脉冲微波对米象的致死机制研究，发现脉冲微波宽度、间歇时间、总时间及微波强度均可引起米象死亡、乙酰胆碱酯酶和碱性磷酸酶活性降低、口器和尾部出现异常，当米样温度高于56℃时，米象100%死亡^[7,22-22]。

前人研究发现，微波杀虫灭菌技术具有这么多功效和优点，那么，能否用微波技术来防治茶园茶小绿叶蝉Empoasca onukii Matsuda呢？茶小绿叶蝉隶属半翅目Hemiptera，头喙亚目Auchenorrhyncha，叶蝉总科Cicadelloidea，叶蝉科Cicadellidae，叶蝉属。其世代周期短，发生代数多，世代重叠现象严重，是茶园中夏、秋茶最重要的害虫之一，也是最难以防治的害虫之一。茶小绿叶蝉危害机理主要表现在其成虫、若虫刺吸茶树嫩汁液，消耗茶叶的养分与水分，使受害叶片主侧脉变红，叶尖、叶缘变红褐枯焦；雌虫产卵于嫩梢组织内，使受害新梢节间缩短，芽叶萎缩，芽梢生长缓慢或停止，新芽减少，甚至不能发芽，严重时新叶全部焦枯脱落，以后抽出芽头缩小，从而影响茶叶产量和品质，在我国一般可造成减产10%~15%，严重时减产50%以上^[23-24]。目前茶小绿叶蝉绿色防控手段主要有修剪、植物源农药、生物源农药、黄板、天敌^[25-29]。但20世纪80年代以来，防治茶小绿叶蝉以化学农药为主的局面仍没有改变，甚至还经常出现盲目用药和使用剧毒农药的现象，造成茶小绿叶蝉抗药性，引发再猖獗和其他次要害虫暴发，农药残留等严峻问题^[30-31]。茶叶生产加工后直接饮用，随着大家对食品安全的愈加关注，茶叶病虫害的绿色防控愈来愈受到广泛关注^[32]。本试验利用WLD2S型微波设备为微波源来处理茶小绿叶蝉，通过应用不同的微波功率和微波时间组合研究微波对茶小绿叶蝉的杀伤效果，从而为防治茶小绿叶蝉提供一条新途径，为微波技术杀灭茶小绿叶蝉提供技术参数和理论指导。

1.   材料与方法

1.1   试验材料和设备

WLD2S型微波设备由江苏省南京三乐电子信息产业集团有限公司(国营第七七二厂)制造。微波设备由微波加热谐振腔体、微波发生器、控制与检测系统、机架及冷却系统组成。输入功率4 kVA，微波腔体长×宽×高为550 mm × 550 mm × 650 mm，工作频率2 450 MHz。微波功率1~2 kW分档可调，且每只磁控管无级可调。微波泄漏指标与欧美国家标准接轨，是目前国内最严格标准。试虫茶小绿叶蝉采自福建农林大学南区茶园，并用茶梢为寄主植物，在人工气候室内经连续传代繁殖获得。饲养温度(26±1)℃，相对湿度75%~85%，光周期14 L:10 D。

1.2   不同功率微波辐射1 min茶小绿叶蝉的死亡数量

设置7个微波功率处理：0、100、200、400、500、600、800 W，将羽化24 h内茶小绿叶蝉成虫放置于长×宽×高为20 cm ×20 cm × 30 cm的尼龙袋中，再将其放置在微波设备中辐射1 min后，取出，接种饲养于新鲜茶梢上，每天记录茶小绿叶蝉成虫死亡头数。以没有微波辐射(0 W)茶小绿叶蝉为对照。试验设置3个重复，每个重复试虫为30头。

1.3   不同功率微波辐射不同时间茶小绿叶蝉的即时死亡数量

根据1.2试验结果及其他预实验结果，设置7个微波功率处理：0、100、200、300、400、500、600 W，将羽化24 h内茶小绿叶蝉成虫放置于长×宽×高为20 cm ×20 cm × 30 cm的尼龙袋中，再将其放置在微波设备中分别辐射5、7、9、11、13、15、17 min后取出，记录茶小绿叶蝉成虫即时死亡头数。为了减轻和消除微波对茶树自身生长的影响，所有处理均为微波辐射5 min后，停止1 min，然后继续微波辐射2 min，再停止1 min，之后继续微波辐射2 min，直至完成试验处理时间(微波对茶树生理的影响另文发表)。以没有微波辐射(0 W)茶小绿叶蝉为对照。设置3个重复，每个重复试虫为30头。

1.4   统计分析方法

采用SPSS 22.0对数据进行统计分析，不同功率微波辐射1 min茶小绿叶蝉的死亡数量采用重复测量模型进行统计分析，不同功率微波辐射不同时间茶小绿叶蝉的即时死亡数量采用一般线性模型进行统计分析，多重比较采用LSD法。

2.   结果与分析

2.1   不同功率微波辐射1 min茶小绿叶蝉的死亡数量

0、100、200、400、500、600、800 W微波分别辐射茶小绿叶蝉1 min，茶小绿叶蝉成虫在第16 d全部死亡，对其16 d的后续效应影响不显著(F_{6, 14} = 0.55，P = 0.76；图 1)。不同功率微波辐射茶小绿叶蝉1 min后，在第3 d时500 W处理的茶小绿叶蝉死亡数量显著高于0、100、200和400 W的，600 W处理的茶小绿叶蝉死亡数量显著高于0和200 W的(F_{6, 14} = 3.69，P = 0.02；图 2)。微波辐射茶小绿叶蝉1 min后，在第1 d(F_{6, 14} = 0.79，P = 0.59)、2 d(F_{6, 14} = 0.79，P = 0.59)、4 d(F_{6, 14} = 0.60，P = 0.72)、5 d(F_{6, 14} = 0.62，P = 0.71)、6 d(F_{6, 14} = 1.37，P = 0.29)、7 d(F_{6, 14} = 1.78，P = 0.18)、8 d(F_{6, 14} = 0.10，P = 1.00)、9 d(F_{6, 14} = 0.38，P = 0.88)、10 d(F_{6, 14} = 0.35，P = 0.87)、11 d(F_{6, 14} = 2.53，P = 0.07)、12 d(F_{6, 14} = 0.71，P = 0.65)、13 d(F_{6, 14} = 1.44，P = 0.27)、14 d(F_{6, 14} = 1.85，P = 0.16)、15 d(F_{6, 14} = 2.11，P = 0.12)和16 d(F_{6, 14} = 0.67，P = 0.68)，不同功率微波辐射的茶小绿叶蝉死亡数量差异均不显著(图 2)。

图  1  不同功率微波辐射1 min茶小绿叶蝉的死亡数量

Figure  1.  Number of dead E. onukii after 1 min microwave exposure at various power levels

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图  2  不同功率微波辐射1 min对茶小绿叶蝉的死亡数量动态

Figure  2.  Mortality of E. onukii in days under 1min microwave exposure at various power levels

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微波辐射茶小绿叶蝉1 min后，不同微波功率均在第5~11 d，茶小绿叶蝉死亡数量较多；0、100、200、400、500和600 W辐射茶小绿叶蝉，分别在第9、9、11、11、9和6 d茶小绿叶蝉死亡数量最多，800 W辐射茶小绿叶蝉在第6与9 d茶小绿叶蝉死亡数量最多，其中600和800 W辐射的均在第6 d茶小绿叶蝉死亡数量就达到最大，茶小绿叶蝉最早达到死亡高峰期，此时茶小绿叶蝉累计死亡率分别达到44.4%和47.8%(图 2)。不同功率微波辐射茶小绿叶蝉分别在第9、9、8、9、8、7和7 d，茶小绿叶蝉累计死亡率超过50.0%，其中600和800 W微波辐射茶小绿叶蝉在第7 d茶小绿叶蝉累计死亡率分别达到64.4%和53.3%，500 W微波辐射茶小绿叶蝉在第8 d茶小绿叶蝉累计死亡率达到54.4%(图 2)。

2.2   不同功率微波辐射不同时间茶小绿叶蝉的即时死亡数量

不同功率微波辐射不同时间茶小绿叶蝉即时死亡数量统计分析结果表明，600 W微波辐射的茶小绿叶蝉即时死亡数量显著高于其他处理的；300、400和500 W微波辐射的茶小绿叶蝉即时死亡数量显著高于0、100和200 W的；200 W微波辐射的茶小绿叶蝉即时死亡数量显著高于0 W的(F_6,134 = 28.01，P < 0.001；图 3)。

图  3  不同功率微波辐射不同时间茶小绿叶蝉的即时死亡数量

Figure  3.  Number of dead E. onukii under microwave treatments

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600 W微波辐射茶小绿叶蝉7 min(F_{6, 14} = 4.58，P = 0.009)、9 min(F_{6, 14} = 10.49，P < 0.001)、11 min(F_{6, 14} = 12.50，P < 0.001)、13 min(F_{6, 14} = 54.80，P < 0.001)、15 min(F_{6, 14} = 103.65，P < 0.001)和17 min(F_{6, 14} = 31.02，P < 0.001)，茶小绿叶蝉即时死亡数量均显著高于其他功率微波辐射的(图 4)。200、400和500 W微波辐射茶小绿叶蝉9 min，茶小绿叶蝉即时死亡数量显著高于0 W的；同时，500 W微波辐射茶小绿叶蝉9 min，茶小绿叶蝉即时死亡数量还显著高于100 W的(F_{6, 14} = 10.49，P < 0.001；图 4)。300、400和500 W微波辐射茶小绿叶蝉11和17 min，茶小绿叶蝉即时死亡数量都显著高于0和100 W的；同时，200 W微波辐射茶小绿叶蝉11或17 min，茶小绿叶蝉即时死亡数量还显著高于0 W的；200 W微波辐射茶小绿叶蝉17 min，茶小绿叶蝉即时死亡数量显著高于100 W的，但显著低于500 W的(11 min：F_{6, 14} = 12.50，P < 0.001；17 min：F_{6, 14} = 31.02，P < 0.001；图 4)。300、400和500 W微波辐射茶小绿叶蝉13和15 min，茶小绿叶蝉即时死亡数量都显著高于0、100和200 W的；同时，200 W微波辐射茶小绿叶蝉13和15 min，茶小绿叶蝉即时死亡数量显著高于0 W的；200 W微波辐射茶小绿叶蝉15 min，茶小绿叶蝉即时死亡数量显著高于100 W的；500 W微波辐射茶小绿叶蝉15 min，茶小绿叶蝉即时死亡数量显著高于300和400 W的(13 min：F_{6, 14} = 54.80，P < 0.001；15 min：F_{6, 14} = 103.65，P < 0.001；图 4)。不同功率微波辐射茶小绿叶蝉5 min，茶小绿叶蝉即时死亡数量差异均不显著(F_{6, 14} = 1.42，P = 0.28；图 4)。

图  4  不同功率微波辐射不同时间茶小绿叶蝉的即时死亡数量动态

Figure  4.  Instant mortality rate of E. onukii in times after microwave treatments

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100 W微波辐射茶小绿叶蝉5~17 min，茶小绿叶蝉即时死亡率最高仅为5.6%；200和300 W微波辐射茶小绿叶蝉5~17 min，在辐射17 min时茶小绿叶蝉即时死亡率最高，分别为31.1%和43.3%；500 W微波辐射茶小绿叶蝉5~17 min，在辐射15和17 min时，茶小绿叶蝉即时死亡率分别为48.9%和54.4%；600 W微波辐射茶小绿叶蝉5~17 min，在辐射13、15和17 min时，茶小绿叶蝉即时死亡率分别为61.1%、83.3%和87.8%(图 4)。综上结果，微波功率600 W、微波辐射时间13 min为较佳组合。

3.   讨论与结论

本研究结果发现，500 W微波辐射茶小绿叶蝉1 min，在第8 d茶小绿叶蝉累计死亡率为54.4%；500 W微波辐射茶小绿叶蝉17 min，茶小绿叶蝉即时死亡率为54.4%。600 W微波辐射茶小绿叶蝉1 min，在第7 d茶小绿叶蝉累计死亡率为64.4%；600 W微波辐射茶小绿叶蝉13、15和17 min，茶小绿叶蝉即时死亡率分别为61.1%、83.3%和87.8%。王殿轩等^[16]和王胜录等^[17]研究发现，随微波功率和微波时间的增大，致死率也随之增大，且微波作用时间对致死率影响更大，本研究结果与二者的研究结果相似。同时，他们研究还发现，随着微波功率的增大，米象、杂拟谷盗和谷蠹完全致死时间显著降低，杀虫效果越好^[16-17]。480、640 W微波辐射30 s和800 W微波辐射25 s，可使米象成虫完全死亡，但800 W处理的小麦发芽率显著降低^[16]。苏小建等^[7]在6 kW功率下微波处理德国小蠊Blattella germanica L.和美洲大蠊Periplaneta americana L.2.5 min，对两种蜚蠊杀灭率都达到100%，且杀灭后的蜚蠊继续保存2周以上，未见蜚蠊幼虫。李景奎和戚大伟^[22]微波辐射舞毒蛾卵，研究发现在一定参数下降低卵孵化率，提高卵死亡率，甚至使卵全部死亡。在保持微波辐射后温度40℃不变，辐射时间改变(2~10 min)对舞毒蛾卵孵化率影响很小，孵化率在60.0%~70.0%；在60℃时随微波辐射时间增加卵孵化率明显下降，当辐射7 min，卵孵化率仅为2.0%；在75℃微波辐射4 min，卵孵化率为4.8%，在80℃微波辐射4 min，卵孵化率为2.1%^[22]

综上，拟推荐微波功率600 W、微波辐射时间13 min的组合，作为生产应用参考指标。但本试验结果仅能提供一个参考，具体理想参数设置应根据各影响因素进行优化试验，从而找到最佳参数组合。总体而言，微波辐射对茶小绿叶蝉的杀死效果没有仓储害虫效果那么理想，如何将微波技术更好地应用于茶园或茶山杀灭害虫有待进一步研究。