CN107920502A - 用于昆虫饲养的模块化灯系统、其用于刺激昆虫繁殖的使用以及昆虫饲养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于昆虫饲养和繁殖刺激的模块化灯系统，该模块化灯系统包括发射在大约400‑800nm的范围内的光的灯和至少一个具有小于大约410nm的峰值发射的灯，其中在350‑1000 nm的光谱范围内的辐照度处于35‑50W/m2的水平的情况下在离光源50cm处所测得的光强度不小于5000lx，其中不少于95%的辐照度在350‑700nm的范围内，并且其中在370‑410nm的光谱范围内的辐照度是在350‑700nm的范围内的辐照度的25‑80%并且不小于10W/m2。本发明还提供一种昆虫饲养方法和模块化灯系统用于刺激昆虫繁殖的使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于昆虫饲养、特别地热带昆虫的模块化灯系统。本发明的目的还是一种昆虫饲养方法以及模块化灯系统用来刺激昆虫繁殖的使用。
背景技术
在利用和转化生物量和有机废物的过程中扁角水虻属（hermetia）幼虫（黑水虻）（一种源于北美的苍蝇种类）的使用越来越多。由于特殊环境需求，该种类的自然存在限于亚热带中相对小的区域。在中欧和北欧的气候条件下该种类的特殊要求阻碍扁角水虻属的持续一年的饲养。
这阻碍扁角水虻属的不受控制的扩散以及扁角水虻属作为一种潜在入侵的昆虫对环境的适应，从而允许甚至在工业规模的养殖中的完全控制。
同时，这些要求强使支持系统用于昆虫繁殖。相似的问题适用于其他昆虫种类的饲养，所述其他昆虫种类自然地存在于热带中、例如蝗虫，通常在业余和专业饲养中被使用，作为原猴类、爬行类、两栖类和鸟类的食物。
从扁角水虻属繁殖刺激的角度看，在文献中提到的关键因素是光的强度（Tomberlin JK, Sheppard DC. 2002. Factors Influencing mating and ovipositionof black soldier flies (Diptera: Stratiomyidae) in a colony. JournalEntomological Science. 37: 345- 352）和光谱范围（Zhang J., Sun M., L. Huang, Z.Liu, He J., Yu Z., Tomberlin JK (2010) An artificial light source influencesmating and oviposition of black soldier flies, Hermetia illucens. Journal ofInsect Science: Vol. 10 | Article 202）。在工业条件下，通过使用高功率的且350-2500 nm的非常宽的光谱范围（该光谱范围远远超出昆虫的感知）的碘石英灯来支持扁角水虻属饲养——Briscoe等人的研究（Briscoe AD Chittka L. 2001. The evolution ofcolor vision in insects. Annual Review of Entomology 46: 471-510）指出：昆虫察觉高达700 nm的范围内的可见光。所述灯不是专门用于昆虫饲养并且不能选择性地控制各个光谱范围。
由于在宽的光谱范围内发射辐射，所以灯是耗能的并发射大量热辐射。碘石英灯的光是间歇性的并且对在扁角水虻属繁殖支持中的实施是重要的，灯发射光谱随着使用时间以不受控制的方式改变，而在350-455nm的范围内的发射显著地降低。
替代地，与阳光一起使用体积为2-6 m3的网状大鸟笼，然而该系统排斥在温带气候中持续一年的扁角水虻属饲养并阻碍对大鸟笼内的环境条件（温度和湿度）的精确控制。
本发明的目的是尤其针对并非源于温带气候的昆虫种类提供一种用于昆虫饲养和繁殖刺激、特别地用于饲养室中的刺激的高效系统。已经使用根据本发明的用于昆虫饲养的模块化灯系统实现了该目的，该模块化灯系统积极地刺激昆虫繁殖并实现特别地对于黑水虻和蝗虫（特别地飞蝗（Locusta migratoria）和/或沙漠蝗（Schistocercagregaria））的高效饲养。
发明人已经发现，在假设光谱由于昆虫视觉的特性而将被限制在350-800nm的波长范围内的情况下，使用如下灯系统来刺激扁角水虻属和蝗虫繁殖是可行的，该灯系统实现在各个光谱范围内的辐照度和照明强度的控制。
由本发明的发明人进行的研究已经表明有可能使用人造光来有效地刺激昆虫繁殖，包括并非自然地存在于温带气候中的昆虫种类，特别是黑水虻和蝗虫种类，诸如沙漠蝗和飞蝗。
发明内容
本发明的目的是一种用于昆虫饲养和繁殖刺激的模块化灯系统，该模块化灯系统包括发射在400-800nm的范围内的光的灯和至少一个具有大约410nm以下的峰值发射的灯，其中在离光源50cm处所测得的光强度不小于5000 lx，其中在350-1000 nm的光谱范围内的辐照度处于35-50W/m2水平，其中不少于95%的辐照度在350-700nm的范围内，并且其中在370-410nm的光谱范围内的辐照度是在350-700nm的范围内的辐照度的25-80%并且不小于10W/m2。术语“灯”指示单个设备，该设备可以包括多个发射不同波长的、尤其在350-1000nm的范围内的光的光源。
发明人进行的研究确认了：特别对于热带昆虫，特别地扁角水虻属和蝗虫，在大约410 nm以下的范围内、特别是在大约370-410nm的范围内的照明对于昆虫繁殖行为的刺激来说是极重要的。在大约400-800n的范围内的白光没有刺激昆虫飞行和交配活动。如本发明的发明人出人意外地发现的，将至少一个具有大约410nm以下的峰值发射的灯添加到光谱范围足以引起在几分钟之后可观察到的活动的快速增加、和繁殖行为。根据本发明的解决方案的使用使繁殖效率相对于文献中描述的繁殖效率增加了超过50%。
根据本发明的解决方案的本质是灯模块和/或单个灯的使用，该灯模块和/或单个灯包括产生在400-800nm的范围内的足够强的光的光源，包括产生所谓的白冷光的本领域中已知的任何灯，其中该模块进一步包括至少一个具有410nm以下的峰值发射的、产生在该范围内的足够强的光的灯（在370-410nm的光谱范围内的辐照度是在350-1000nm的范围内的辐照度的25-80%并且不小于10W/m2）。本领域技术人员将理解，存在这种模块的许多可能的构造方法。该模块可以以任何方便的方式、也利用商业上可用的灯、优选地LED灯根据位置要求、电源的可用性、昆虫饲养量等来构造，并且只要照明参数如上所述被保持，它就将实现其目的。通过利用来自Technische Instrumente GmbH的JETI设备进行的一系列测量证实了由制造商指定的灯参数。
根据本发明的解决方案实现对光谱发射质量的更容易的控制以及在不更换整个照明设备的情况下对各个照明模块的更换。
优选地，包括在根据本发明的模块中的所有灯独立地、优选地以如下方式被控制，该方式允许以本领域中已知的方式控制每个灯的照明强度。每个灯的所述独立控制实现对自然环境的照明在对于所饲养昆虫养殖的自然存在的纬度来说特殊的光强度和光谱范围方面更容易的模拟，以及使得能够容易地增大在大约410nm以下的光谱范围内的辐照度，甚至高于存在于自然环境中的水平。
优选地，所述灯是LED灯。例如，可以使用具有20W的标称功率的LED灯。发明人已经发现，在同时提高繁殖效率的情况下，与在使用碘石英灯的情况下的能量消耗相比较，根据本发明的系统的实施允许减少大约70%的能量消耗。
优选地，由根据本发明的模块化系统发射的光在410nm以下的范围内的强度超过阳光在该范围内的强度。如发明人出人意外地发现的，在可见光谱范围内的总光强度和辐照度在昆虫繁殖刺激中是次要的，然而根据本发明的解决方案使得能够实现超过针对由阳光照明的昆虫所获得的值的昆虫的增加的活动和繁殖行为。
在一个优选实施例中，至少一个灯具有大约385nm的峰值发射，该峰值发射刺激昆虫繁殖行为。
优选地，根据本发明的系统进一步包括具有大约405nm的峰值发射的灯，该峰值发射为繁殖行为提供附加刺激。
在一个实施例中，根据本发明的系统包括大约120W的总标称功率的灯。
在一个优选实施例中，该模块化灯系统由6个具有120W的总标称功率的灯组成，所述灯包括4个发射在400-800nm的范围内的“冷白”光的LED灯和2个分别具有385nm和405nm的发射峰值的灯。该系统提供对繁殖行为的高效刺激。
在一个实施例中，该系统进一步包括具有大约455nm的峰值发射的附加灯，该峰值发射对饲养/养育蝗虫是有利的。
在一个实施例中，根据本发明的系统进一步包括具有大约375nm的峰值发射的灯，该峰值发射提供对昆虫的繁殖行为的附加刺激。
优选地，根据本发明的系统被安装在封闭饲养室中，所述封闭饲养室优选地具有低于150cm、更优选地低于大约120cm、更优选地低于100cm的高度，以及/或者具有在0.1-1m2的范围内的、优选地等于或小于大约1 m2、0.8 m2、0.6 m2、0.5 m2、0.4 m2、0.3 m2、0.32m2、0.2 m2、0.1 m2的底面面积。
本发明的目的还是一种在饲养室中饲养昆虫并且刺激繁殖的方法，其中在使用根据本发明的模块化灯系统的情况下给所述昆虫提供光源。
优选地，所述昆虫选自原产于亚热带和热带气候带、非原产于温带气候带的种类、特别地黑水虻和蝗虫、尤其飞蝗和/或沙漠蝗。可以使昆虫生长以用于各种目的（包括食物和/或饲料的生产），用于娱乐、科学、工业和其他目的。
在一个实施例中，所述昆虫被关在封闭饲养室中，该封闭饲养室优选地具有低于150cm、更优选地低于大约120cm、更优选地低于100cm的高度，以及/或者具有在0.1-1 m2的范围内的、优选地等于或小于大约1 m2、0.8 m2、0.6 m2、0.5 m2、0.4 m2、0.3 m2、0.32 m2、0.2 m2、0.1 m2的底面面积。根据本发明的解决方案使得能够显著地减少用于需要适当照明的昆虫饲养所需的空间。
本发明的目的还是根据本发明的模块化灯系统用于昆虫繁殖刺激的使用。
优选地，所述昆虫选自非原产于温带气候带的种类、特别是黑水虻和蝗虫、尤其飞蝗和/或沙漠蝗。
附图说明
图1示出350-1000nm的光谱范围内的强度。与阳光相比较的组合1： [冷白]；
图2示出350-1000nm的光谱范围内的强度。与阳光相比较的组合2： [冷白、375nm、385nm、405nm、455nm]；
图3示出350-1000nm的光谱范围内的强度。与阳光相比较的组合3： [冷白、385nm]；
图4示出350-1000nm的光谱范围内的强度。与阳光相比较的组合4： [冷白、385nm、405nm]。
图5示出350-1000nm的光谱范围内的强度。与阳光相比较的组合5： [冷白、385nm、405nm、455nm]。
具体实施方式
示例1.黑水虻繁殖的刺激
使用了模块化系统，该模块化系统具有发射在近紫外线范围内具有375nm、385nm、405nm、455nm的发射峰值的光的灯，从而允许控制照明强度且允许包括各个光谱范围。该系统由8个具有20W的标称功率的LED灯组成，所述LED灯包括4个发射在400-800nm的范围内的“冷白”光的灯和4个具有窄光谱范围的灯，该窄光谱范围在375nm、385nm、405nm、455nm处具有发射峰值。该系统实现了在标称范围内独立地控制每个灯。在有机玻璃柜中使用了该系统，该有机玻璃柜尺寸为（measuring）40 x 80 x 100 cm (W x L x H)，具有0.32 m2的底面面积，装备有监控温度和空气湿度的监控系统从而提供有效的重力通风。
执行了对有100-130个对象的一组昆虫的三个实验。选择了年龄为在转变成准备好繁殖的成虫形式之后2天的对象。在26°C的温度且40%的相对空气湿度下执行了实验。昆虫源于发明人的饲养品系。
在所述实验中，确定了昆虫的移动性（跳跃以婚飞（leaps to mating flight）），在打开给定范围的光之后和/或将昆虫暴露于阳光（晴天，在其顶点处的太阳）之后5分钟，该移动性被表示为飞行中的昆虫相对于昆虫的总数和在交尾期间连接的昆虫的数量的百分比，在打开给定范围的光之后或在暴露于阳光之后30分钟，该移动性被表示为在交尾期间的昆虫相对于昆虫的总数的百分比。针对每个组在各个测量之间保持了60分钟的间隔。每个实验都使用了光源的不同组合序列。
在表1中描述所利用的光源的组合（包括光强度和辐照度）。在图1-5中示出了与太阳光谱相比较的每个组合的光谱的图表。利用来自JETI Technische Instrumente GmbH的已校准设备specbos 1211 UV进行了测量。在表2中描述实验（n=3）的结果。
表1.所利用的光源组合中的光强度和辐照度
表2. 在使用特定光组合的情况下室中的昆虫移动性和交尾昆虫的百分比（n=3）。三份的平均值。
示例2.蝗虫繁殖的刺激。
在使用在示例1中描述的系统的情况下执行了实验。在35°C的温度下对有50个种类为沙漠蝗和飞蝗的、年龄为最后一次蜕皮之后7-12天的成虫（25.25.0）的组执行了实验。在所述实验中，分别在打开光之后5分钟和30分钟评估昆虫的移动性和配对（表3）。
表3. 在使用特定光组合的情况下室中已配对昆虫的百分比（n=1）。
结论
基于在使用基于LED灯的原型照明面板的情况下进行的研究，发明人确认了在370-410nm的光谱范围内的光在扁角水虻属和蝗虫的繁殖行为刺激中的重要作用。
在400-800nm的范围内的白光（表2 第1项）不刺激扁角水虻属飞行和交配活动。包括具有385nm的峰值发射的光谱灯（表2 第3项）引起活动的快速增加，苍蝇飞行并且在30分钟之后它们密集地交尾。交尾昆虫的数量可与针对控制（表2 第6项）、即在晴朗无云的一天在太阳在其顶点处的优势时间中所测得的阳光的交尾昆虫的数量比较，这相对于文献中描述的碘石英灯是近似50%的繁殖效率增加。
该效果在使用具有405nm的峰值发射的附加光源的情况下被增强（表2 第4项），其清楚地指示在370-410nm的范围内的光对扁角水虻属繁殖行为的刺激的重要作用。显著的是，在使用白光和两个独立的在370-410nm带内的、具有385nm和405nm的强度超过阳光针对这些范围的强度的发射峰值的光源的情况下（图2、3、4），观察到与针对阳光获得的结果相比近似25%的活动增加。同时，已经表明增加在375nm和455nm的附加光谱范围内的强度（表2，第2和第5项）不显著地影响扁角水虻属的活动，暗示使用发射具有在该范围内的峰值的光的附加灯可能没有必要。
比较在410nm以上的范围内的光强度和辐照度（表1 第1和第5项；图1）指示在可见光谱范围内的总光强度和辐照度对刺激扁角水虻属繁殖是次要的，并且限于该范围的光发射不足以刺激繁殖（表2第1项）。
包括6个具有120W的总标称功率的灯的第4变体被认为是最佳解决方案（表1 第4项；图4）。在同时提高繁殖效率的情况下，与在使用碘石英灯的情况下的能量消耗相比较，根据本发明的解决方案实现能量消耗减少大约70%。
根据本发明的模块化灯系统的使用使得能够控制光谱发射以及在不更换整个照明系统的情况下更换各个灯模块。各个灯的独立控制可以在对于扁角水虻属的自然存在的纬度来说特殊的光强度和光谱方面模拟自然环境的光照条件，以及将455nm以下的辐照度光谱增大到在自然环境中发现的能级（levels）以上。
根据本发明的模块化系统在用于监控昆虫种群（insect population）的状态的封闭饲养室中的使用在显著地减少用于繁殖所需的空间的同时实现临界环境参数的准确和精确控制，相对于行业内所使用的解决方案，本发明实现在具有100cm的高度且具有不大于0.32 m2的底面面积、因此比文献(Tomberlin等人; Zgang等人)中描述的解决方案小几倍的室中扁角水虻属繁殖的高效和有效刺激。
在385-455nm的范围内的光似乎在蝗虫种类飞蝗和沙漠蝗的繁殖行为的刺激中起关键作用。尽管在350-700nm的范围内的总辐照度更低，但是显示繁殖行为的激活的（activate）蝗虫的数量与在使用自然光的情况下活化蝗虫的数量相似。
Claims (15)
1.一种用于昆虫繁殖的饲养和刺激的模块化灯系统，其特征在于，该模块化灯系统包括发射在大约400-800nm的范围内的光的灯和至少一个具有小于大约410nm的峰值发射的灯，其中在350-1000nm的光谱范围内的辐照度处于35-50W/m2的水平的情况下在离光源50cm处所测得的光强度不小于5000lx，其中不少于95%的辐照度在350-700nm的范围内，并且其中在370-410nm的光谱范围内的辐照度是在350-700nm的范围内的辐照度的25-80%并且不小于10W/m2。
2.根据权利要求1所述的模块化灯系统，其特征在于，独立地控制包括在该系统中的所有灯。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的模块化灯系统，其特征在于，所述灯是LED灯。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的模块化灯系统，其特征在于，在410nm以下的范围内的光强度比阳光在该范围内的强度更高。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的模块化灯系统，其特征在于，至少一个灯具有大约385nm的峰值发射。
6.根据权利要求5所述的模块化灯系统，其特征在于，该模块化灯系统进一步包括具有大约405nm的峰值发射的灯。
7.根据权利要求6所述的模块化灯系统，其特征在于，该模块化灯系统包括大约120W的总标称功率的灯。
8.根据权利要求5-7中的任一项所述的模块化灯系统，其特征在于，该模块化灯系统进一步包括具有大约455nm的峰值发射的灯。
9.根据权利要求8所述的模块化灯系统，其特征在于，该模块化灯系统进一步包括具有大约375nm的峰值发射的灯。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的模块化灯系统，其特征在于，该模块化灯系统被安装在封闭饲养室中，该封闭饲养室优选地具有低于大约120cm的高度以及/或者具有等于或小于大约0.32 m2的底面面积。
11.一种在饲养室中的昆虫饲养和繁殖刺激的方法，其特征在于，给昆虫提供根据权利要求1-10中的任一项所述的模块化灯系统形式的光源。
12.根据权利要求11所述的昆虫饲养和繁殖刺激的方法，其特征在于，所述昆虫选自非原产于温带气候带的昆虫，特别地黑水虻和蝗虫，特别地飞蝗和/或沙漠蝗。
13.根据权利要求11或12中的任一项所述的昆虫饲养和繁殖刺激的方法，其特征在于，所述昆虫被关在封闭饲养室中，该封闭饲养室优选地具有低于大约120cm的高度以及/或者具有等于或小于大约0.32 m2的底面。
14.根据权利要求1-10中的任一项的模块化灯系统用于刺激昆虫繁殖的使用。
15.根据权利要求14所述的使用，其特征在于，昆虫选自非原产于温带气候带的昆虫，特别地黑水虻和蝗虫，特别地飞蝗和/或沙漠蝗。
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