唐培安 吳學(xué)友 宋 偉

(糧食儲運國家工程實驗室南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210046)

糧食儲藏是合理利用糧食資源的重要手段，而害蟲、害螨和微生物的危害可造成糧食質(zhì)量和數(shù)量的巨大損失［1－3］。近年來，溴甲烷因?qū)Τ粞鯇拥钠茐淖饔枚饾u被限用和淘汰，儲糧害蟲對磷化氫的抗藥性問題也日益嚴(yán)重［4－6］。因此，尋求綠色、安全、環(huán)保的儲糧害蟲防治藥劑已顯得非常迫切。甲酸乙酯(ethyl formate，EtF)是一種古老的熏蒸劑，近年來因其環(huán)境友好性又重新引起人們的研究興趣。甲酸乙酯作為儲糧熏蒸劑具有殺蟲迅速、降解速度快、熏蒸后對糧食無不良影響等優(yōu)良特性，然而在熏蒸過程中也暴露出吸附性強、受環(huán)境溫度影響較大以及高濃度下容易發(fā)生爆炸等問題急需解決［7－13］。

氮氣氣調(diào)技術(shù)是一種綠色環(huán)保的儲糧新技術(shù)，利用空氣中取之不盡用之不竭的惰性氣體——氮氣作為氣調(diào)儲糧介質(zhì)，置換糧倉內(nèi)的氧氣，使儲糧環(huán)境保持高氮(96%以上)、低氧(4%以下)的狀態(tài)，從而導(dǎo)致儲糧害蟲缺氧窒息死亡;該技術(shù)還具有抑制霉菌繁殖，保持糧食品質(zhì)的作用，是一種集殺蟲、抑霉、保鮮于一體的無毒、無害、安全、環(huán)保的綠色儲糧技術(shù)［14－17］。然而該技術(shù)要求高氮低氧的環(huán)境持續(xù)時間較長才能達(dá)到較好的殺蟲效果，這就對糧倉的密閉性提出了很高的要求。將氮氣氣調(diào)技術(shù)與甲酸乙酯混合使用有望提高甲酸乙酯的燃爆臨界濃度，縮短氣調(diào)儲糧的處理時間、降低對糧倉密閉性的苛刻要求，從而降低糧倉的建設(shè)成本、減少氣調(diào)儲糧過程中的能耗等。本試驗以赤擬谷盜為對象，系統(tǒng)研究了氮氣氣調(diào)與甲酸乙酯混合使用的熏蒸效果，為兩種技術(shù)的結(jié)合使用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

供試?yán)ハx赤擬谷盜(Tribolium castaneum)于2010年9月采自南京財經(jīng)大學(xué)儲糧害蟲防治實驗室的模擬糧倉中，并在養(yǎng)蟲室內(nèi)人工飼養(yǎng)數(shù)代。將赤擬谷盜成蟲接種于含有60 g配制飼料的500 mL玻璃瓶中，其中，玻璃瓶經(jīng)160℃干熱滅菌60 min，配制飼料為全麥粉和酵母粉按質(zhì)量比20∶1混合而成。產(chǎn)卵1周后將赤擬谷盜成蟲篩去，其后代在溫度為(32±1)℃、相對濕度(75±5)%、24 h無光照條件下繼續(xù)培養(yǎng)，待成蟲大量出現(xiàn)后1～2周內(nèi)，挑取發(fā)育健康的成蟲作為供試蟲源。

1.2 供試藥劑

甲酸乙酯(含量≥98.0%):中國醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司，化學(xué)純。

1.3 試驗方法

1.3.1 氣調(diào)方法及裝置

以理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT和阿伏伽德羅定律為理論依據(jù)，利用真空泵抽取密封廣口瓶內(nèi)空氣至一定壓力后(以三通管連通的U型壓力計測定)，注入等量的高純度氮氣，獲得試驗所需的氮氣濃度。試驗所用裝置如圖1所示。

圖1 試驗氣調(diào)裝置

1.3.2 氮氣濃度對甲酸乙酯熏蒸效果的影響

采用廣口瓶密閉熏蒸法。處理溫度為20℃，熏蒸時間為24 h，氮氣濃度分別為78%、81%、84%、87%、90%和95%，甲酸乙酯濃度分別為10、12、14、16和18μL/L進(jìn)行試驗。具體方法為:挑取供試赤擬谷盜成蟲50頭置于3 L廣口瓶中，密封廣口瓶，利用1.3.1中氣調(diào)裝置將廣口瓶內(nèi)氮氣濃度調(diào)至試驗設(shè)定濃度，加入一定劑量的甲酸乙酯。將處理后的廣口瓶放置于已設(shè)定好溫度的培養(yǎng)箱內(nèi)，全黑暗條件下進(jìn)行熏蒸。每個處理設(shè)置3次重復(fù)，并設(shè)置空白對照組，在散氣24 h后檢查記錄成蟲死亡數(shù)。

1.3.3 熏蒸時間對氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影響

熏蒸方法同1.3.2。在25℃，氮氣濃度為90%，甲酸乙酯濃度分別為12、14和16μL/L條件下，設(shè)定熏蒸時間分別為24、36、48、60和72 h，全黑暗熏蒸后檢查記錄成蟲死亡數(shù)。每個處理供試赤擬谷盜成蟲50頭，設(shè)置3次重復(fù)和空白對照。

1.3.4 溫度對氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影響

熏蒸方法同 1.3.2。溫度設(shè)定 15.0、17.5、20.0、22.5、25.0、27.5、30.0 和 32.5 ℃，氮氣濃度分別為87%、90%和95%，甲酸乙酯濃度分別為12、14和16 μL/L，在全黑暗條件下熏蒸處理24 h。每個處理供試成蟲50頭，設(shè)置3次重復(fù)，并設(shè)置空白對照組。

1.3.5 不同氮氣濃度下甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲致死中濃度LC50的測定

熏蒸方法同1.3.2。熏蒸時間設(shè)定為24 h，溫度條件為25℃，氮氣濃度分別為78%、87%、90%和95%。每一處理選擇5～7個藥劑濃度。氮氣濃度78%條件下，甲酸乙酯濃度梯度為 17、18、19、21、23 μL/L;氮氣濃度87%條件下，甲酸乙酯濃度梯度為16、17、18、19、20 μL/L;氮氣濃度 90% 條件下，甲酸乙酯濃度梯度為 13、14、16、17、18 μL/L;氮氣濃度95% 條件下，甲酸乙酯濃度梯度為 8、9、10、11、13 μL/L。使其平均校正死亡率在16%～84%之間，每一處理供試成蟲50頭，設(shè)3次重復(fù)和空白對照。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

采用Abbott公式對死亡率進(jìn)行校正:校正死亡率=［(處理死亡率－對照死亡率)/(1－對照死亡率)］×100%

將校正死亡率進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換后，采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析，多種比較采用Duncan’s新復(fù)極差法。采用IRM害蟲抗藥性管理軟件進(jìn)行回歸分析，用幾率值法求出毒力回歸線和LC50、LC95值。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮氣濃度對甲酸乙酯熏蒸效果的影響

不同氮氣濃度下甲酸乙酯的熏蒸效果如表1所示。從表1中可以看出，相同甲酸乙酯濃度下，氮氣濃度的提高可顯著增加赤擬谷盜成蟲的校正死亡率(P＜0.05)。在甲酸乙酯濃度為18μL/L時，78%的氮氣濃度下，試蟲的校正死亡率為41.5%，而當(dāng)?shù)獨鉂舛?0%時，校正死亡率超過90%，氮氣濃度上升至95%時，赤擬谷盜全部死亡。

表1 不同濃度的氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸處理赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，20℃)

2.2 熏蒸時間對氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影響

在90%的氮氣濃度下，熏蒸時間對甲酸乙酯熏蒸效果的影響結(jié)果見表2。從表2中可以看出，當(dāng)甲酸乙酯濃度相同時，在供試的所有熏蒸時間內(nèi)(24、36、48、60、72 h)赤擬谷盜的校正死亡率無顯著差異(P＞0.05)，說明甲酸乙酯與氮氣混用可以在較短的時間內(nèi)發(fā)揮熏蒸毒力，具有良好的速效性。

表2 不同甲酸乙酯濃度和熏蒸時間下赤擬谷盜成蟲的死亡率(25℃，90%N2)

2.3 溫度對氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影響

溫度對氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影響見表3～表5。試驗結(jié)果表明，在供試的3個氮氣濃度下，溫度均顯著影響甲酸乙酯對赤擬谷盜的熏蒸效果，且甲酸乙酯的熏蒸效果在低溫下比在高溫下好，15.0℃ ～32.5℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高赤擬谷盜成蟲的校正死亡率呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，其差異達(dá)極顯著水平(P ＜0.01)。

表3 不同甲酸乙酯濃度和處理溫度下赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，87%N2)

表4 不同甲酸乙酯濃度和處理溫度下赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，90%N2)

表5 不同甲酸乙酯濃度和處理溫度下赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，95%N2)

2.4 不同氮氣濃度下甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲致死中濃度LC50的測定

在不同氮氣濃度下測定甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲的熏蒸毒力，并采用直線回歸方程擬合死亡率概率值(Y)與濃度對數(shù)值(X)之間的關(guān)系(表6)。隨著氮氣濃度的增加甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲的致死中濃度逐漸減小，說明氮氣濃度的提高可明顯增加甲酸乙酯的熏蒸毒力。

表6 不同氮氣濃度下甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲的毒力回歸方程(25℃，24 h)

3 討論與結(jié)論

甲酸乙酯作為糧食熏蒸劑具有殺蟲速度快、熏蒸后對糧食品質(zhì)無不良影響、對環(huán)境安全等優(yōu)點，受到國內(nèi)外儲糧害蟲管理研究者越來越多的關(guān)注。唐培安等［18］通過甲酸乙酯對赤擬谷盜不同蟲態(tài)的熏蒸效果研究顯示，處理時間和溫度顯著影響甲酸乙酯對赤擬谷盜各蟲態(tài)的熏蒸致死效果，且在低溫條件下處理比在高溫下熏蒸效果好。Dojchinov等［19］研究發(fā)現(xiàn)施用劑量分別為420、660和940 g/m3的甲酸乙酯與二氧化碳制劑(VapormateTM)熏蒸50 t小麥倉3、24和72 h，各種蟲態(tài)的谷蠹和赤擬谷盜均得到完全控制，混合蟲態(tài)的米象死亡率也在98%以上。此外，王殿軒等［20］還發(fā)現(xiàn)對磷化氫抗性系數(shù)分別為1、3、170和247倍的赤擬谷盜品系對甲酸乙酯的敏感性相似，未表現(xiàn)出交互抗性。2002年，甲酸乙酯作為處理干果的熏蒸劑在澳大利亞登記注冊?？梢姡姿嵋阴ナ且粋€具有開發(fā)潛力的優(yōu)良熏蒸劑。

然而，甲酸乙酯作為儲糧熏蒸劑的問題是容易被糧食吸附、熏蒸效果受溫度影響比較大、濃度過高時容易引起爆炸等。澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)從甲酸乙酯與二氧化碳混用的角度入手進(jìn)行開發(fā)研究，證明二氧化碳對甲酸乙酯具有很強的增效作用，按照甲酸乙酯與二氧化碳1∶6(體積比)的比例配制的VapormateTM已成功注冊了為一種儲糧熏蒸制劑［8，19］。但是，以二氧化碳作為媒介的問題也非常突出，熏蒸后糧庫中高濃度的二氧化碳會導(dǎo)致人體供氧不足，對操作人員具有一定的威脅，而熏蒸后二氧化碳的排放會加劇全球溫室效應(yīng)，再者二氧化碳的獲取不便也增加了操作成本。

氮氣在空氣中的比例高達(dá)78%，更易獲得，降低了成本，具有無毒、無害、安全、環(huán)保的優(yōu)良特性，是最常用的氣調(diào)技術(shù)。然而，氮氣氣調(diào)技術(shù)要求在糧倉中保持高氮氣濃度(96%以上)較長的時間(15 d)才能達(dá)到預(yù)期的殺蟲效果，這就對糧倉的密閉性提出了很高的要求。本研究從甲酸乙酯與氮氣混合應(yīng)用的角度進(jìn)行研究，結(jié)果表明，氮氣濃度增加可顯著提高甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲的熏蒸效果，且在24 h以內(nèi)就能發(fā)揮非常好的熏蒸活性，此外，溫度對熏蒸效果影響極顯著，在相對較低的溫度下兩者混用可以達(dá)到更好的熏蒸效果，這一特性符合當(dāng)前低溫儲糧的要求。氮氣氣調(diào)技術(shù)與甲酸乙酯混用結(jié)合了兩種技術(shù)的優(yōu)點，可顯著降低甲酸乙酯的使用濃度、減少氣調(diào)技術(shù)對糧倉密閉性的依賴，降低儲糧成本，增加儲糧安全性，是一種非常有潛力的儲糧新方法。同時氮氣氣調(diào)技術(shù)與甲酸乙酯結(jié)合在實際應(yīng)用中會受到儲糧種類、施用方法、環(huán)境溫度、害蟲數(shù)量等各種條件的影響，其具體應(yīng)用技術(shù)有待于進(jìn)一步研究。

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