综述：利用激光控制植物害虫

这篇综述系统探讨了激光技术作为替代化学农药的新型害虫防治方法。文章详细分析了激光在杂草控制（weed control）、害虫防治（pest management）和种子处理（seed treatment）中的应用，指出2μm波长光纤激光在10-20 J mm-2剂量下可有效灭除小型杂草，同时强调人工智能（AI）识别系统与激光定位的协同作用。作者Christian Andreasen通过多组实验数据证明，这种物理防治方法具有高度靶向性（<0.02%区域暴露），但需警惕激光对非目标生物（如昆虫Adalia bipunctata）的潜在危害。

　　

引言

农药使用引发的环境问题日益严峻，2022年全球农药用量已达370万吨，较1990年翻倍。欧盟计划到2030年将高风险农药使用量减少50%，这推动了激光等替代技术的发展。激光凭借其单色性（monochromaticity）、相干性（coherence）和方向性（directionality），成为最具靶向性的害虫防治手段。

激光特性与安全

二氧化碳激光（10,600 nm）和掺铥光纤激光（2μm）是主要应用类型，前者被生物组织水分强烈吸收，后者可加热更大植物区域。但400-1,400 nm波段的激光对视网膜具有永久损伤风险，操作时需佩戴特定波长防护镜。实验显示，反射材料可能导致激光束偏离目标区域，甚至引燃干燥有机物。

杂草激光控制

人工智能识别系统通过开源图像数据库（如Madsen等2020）训练，可区分作物与杂草。关键要瞄准分生组织（apical meristem），在子叶期或1-2片真叶期处理效果最佳。使用2 mm直径光束时，仅需0.4-12.7 J mm^-2即可灭除小型杂草如Geranium molle，但大龄植株需要更高剂量。

多年生杂草如Elymus repens因地下茎（rhizome）存在需多次处理，但将根茎切成小片段后，20 J mm^-2剂量两次处理即可有效控制。目前Carbon Robotics等公司已开发出搭载激光系统的自主除草机器人。

种子激光处理

对地表杂草种子（如Avena fatua）需16 J mm^-2以上剂量才能有效灭活，但土壤覆盖会显著降低效果。有趣的是，适度激光照射（0.4-0.8 J mm^-2）反而可能促进小麦（Triticum aestivum）种子真菌感染。

节肢动物防治

昆虫对激光更敏感，1.8 J mm^-2即可杀死Tenebrio monitor成虫。光电围栏（Photonic Fence）系统通过机器学习识别飞行昆虫特征，30米距离内对埃及伊蚊（Aedes aegypti）拦截成功率达97%。但需注意保护Adalia bipunctata等益虫。

植物病害控制

相比激光，脉冲紫外光（PUV）更适合大范围病害防治。但激光可用于种子分选，He-Ne激光（3-6 mW cm^-2）能选择性抑制Penicillium等种子携带真菌，不过对Alternaria alternata可能产生刺激作用。

结论

激光技术在杂草幼苗防治方面已进入商业化阶段，但对移动害虫和植物病害的应用仍存挑战。该方法最大优势在于仅0.02%处理区域暴露，但必须严格防范对操作者和非目标生物的安全风险。未来发展方向包括优化AI识别算法、开发多光谱（multispectral）监测系统，以及建立不同生物体的激光剂量响应数据库。