姜俊伊 石天玉 曹 陽 唐培安

(南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院;江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心1，南京 210023)

(國家糧食局科學研究院2，北京 100037)

我國倉儲中常見且分布廣泛的書虱種類有嗜卷書虱、嗜蟲書虱、小眼書虱等［1］，書虱常棲息在糧堆表層，可引起糧堆發(fā)熱、霉變，對儲糧危害極為嚴重［2］。近年來儲糧書虱不時爆發(fā)成災，常規(guī)熏蒸、氣調(diào)等儲糧害蟲防治工藝對其防治效果較差［1］，主要原因:一是書虱的食性極為廣泛，嗜卷書虱至少可以取食30多種食物［3］，在小麥、水稻等谷物類糧食上發(fā)生嚴重，且書虱有極強的饑餓耐受能力，在一定條件下，嗜卷書虱不取食也能存活兩個月以上［3］;二是書虱發(fā)育歷期較短且部分種類(如嗜卷書虱)營孤雌生殖［4］，使其在糧堆內(nèi)易大規(guī)模繁殖、爆發(fā)式增長;三是長期以來書虱的磷化氫抗藥性較高，同時由于一些倉房氣密性較差，導致書虱防治效果不理想，防治難度大。

糧堆生態(tài)系統(tǒng)是指糧堆內(nèi)生物種群與倉內(nèi)儲藏環(huán)境組成的具有自我調(diào)節(jié)、有能量轉(zhuǎn)化及物質(zhì)循環(huán)的整體。它區(qū)別于其它生態(tài)系統(tǒng)的特殊性在于:糧堆生態(tài)系統(tǒng)是一個人工與自然復合的生態(tài)系統(tǒng)，糧食是其中的唯一能量來源［5］，其穩(wěn)定性受糧倉和人為活動的制約。糧堆非生物因子包括:溫度、水分(濕度)、氣體成分、雜質(zhì)以及地理位置、圍護結(jié)構(gòu)和堆積方式。在儲藏過程中，各種成分相互影響和制約，并以不同的規(guī)律發(fā)生變化，從而導致儲糧糧情發(fā)生相應的變化，嚴重時還會造成儲糧結(jié)露、生蟲、發(fā)熱和霉變［6］。了解這些成分的變化特點和規(guī)律，并有效調(diào)控這些生物及非生物因子，對提高糧食儲藏穩(wěn)定性具有重要意義。

機械通風技術(shù)利用風機強制將外界環(huán)境氣體與糧堆孔隙內(nèi)濕熱氣體進行交換，調(diào)控糧堆整體或局部的溫度與濕度，提高糧食儲藏穩(wěn)定性和安全性［7］。機械通風技術(shù)可以作為一種糧堆溫濕度調(diào)控的有效手段，其工藝成熟、便于操作、成本低廉、應用廣泛，在糧食倉儲害蟲防治、霉菌治理等工藝應用中發(fā)揮著不可替代的重要作用。

本實驗以嗜卷書虱為研究對象，利用機械通風技術(shù)調(diào)控糧堆生態(tài)系統(tǒng)非生物因子(溫度、濕度、氣體成分等)，探究機械通風對嗜卷書虱的防治效果，控制嗜卷書虱種群數(shù)量，達到嗜卷書虱生態(tài)調(diào)控的目的。

1 材料與方法

1.1 試蟲

嗜卷書虱成蟲由國家糧食局科學研究院提供，為北京品系。飼料為小麥粉∶酵母粉=10∶1，含水量(12.5 ±2.0)%，飼養(yǎng)溫度為(25.0 ±0.5)℃，濕度(75.0±5.0)%RH。實驗采用羽化5～7 d的成蟲。

1.2 小麥

實驗小麥35 kg，其含水量為(12.0 ±1.0)%，將實驗小麥水分調(diào)節(jié)至(13.5±0.5)%，此時糧堆的相對濕度為(70.0 ±5.0)%RH［5］。

1.3 實驗裝置

1.3.1 實驗倉

本實驗設計并制作了小型模擬實驗倉，用于模擬糧庫倉房機械通風系統(tǒng)及嗜卷書虱生存活動的糧堆生態(tài)環(huán)境，詳見圖1。

圖1 實驗倉示意圖

實驗倉筒體為亞克力材料，高90 cm、外徑50 cm、厚度1 cm;通風篩板直徑50 cm，開孔率為30%;通風管道直徑5 cm、長55 cm，出風口為直徑30 cm的喇叭口，便于氣流均勻分布在糧堆底部。

模擬倉通風篩板上方裝載實驗小麥，模擬嗜卷書虱在糧堆表層的生存環(huán)境，實驗糧堆內(nèi)布設實驗蟲籠及溫濕度傳感器。

1.3.2 通風設備及測試儀器

HF－100S小型通風機(功率:35 W;主軸轉(zhuǎn)速:2 600 r/min);溫濕度檢測系統(tǒng);Em50 Digital/Analog Data Logger;數(shù)據(jù)采集記錄設備;Temp/RH溫濕度傳感器探頭:ECH2O Utility溫濕度傳感器軟件(version 1.70);tes－1340熱線式風速儀。

1.3.3 蟲籠

使用密度為300目的紗布制作15 cm×24 cm一端開口的袋狀蟲籠，見圖2。

圖2 蟲籠制作示意圖

1.4 方法

1.4.1 實驗倉測點布置

1.4.1.1 機械通風參數(shù)測點

距通風管道進風端5倍直徑處［8］，有2個互成90°、直徑12 mm的機械通風參數(shù)測試孔，此處氣流穩(wěn)定，測量準確，如圖1所示。

1.4.1.2 糧堆內(nèi)實驗點及溫濕度測點

如圖3所示，將模擬倉裝填至25 cm深，分別在5 cm和20 cm深處鋪設蟲籠，每層布8處實驗點，實驗點距倉壁5 cm呈圓形分布。在糧堆中線5 cm和20 cm深處埋設溫濕度傳感器探頭，每隔20 min記錄數(shù)據(jù)并定時下載。

圖3 倉內(nèi)實驗點及溫濕度檢測點示意圖

1.4.2 機械通風系統(tǒng)參數(shù)測定及計算

1.4.2.1 風機風速測定

實驗采用分環(huán)法［8］計算測點位置，在測試孔處測得風機風速并記錄測試結(jié)果。

如圖4所示，虛線內(nèi)圓形面積為π1，虛線與實線間圓環(huán)面積為 π2，令 π1=π2，計算半徑 r=3.5，虛線上互成90°的4個點即為風機風速測試點。

圖4 風機風速測點圖

1.4.2.2 通風系統(tǒng)參數(shù)計算

式中:Q為機械通風系統(tǒng)總風量/m3/h;A為通風管道橫截面積/m2;v－為平均風速/m/s;V為單位面積通風量/m/s;A1為倉體水平截面積/m2。

1.4.2.3 單位面積通風量

實驗分別采用 0.033、0.048、0.062 m/s單位面積通風量進行機械通風，探究不同風量對嗜卷書虱的防治效果，通風系統(tǒng)參數(shù)詳情見表1。

表1 機械通風系統(tǒng)參數(shù)

1.4.3 嗜卷書虱防治效果檢測方法

1.4.3.1 蟲籠制作

將30 g小麥、5 g飼料、100只發(fā)育完全的嗜卷書虱裝入蟲籠，按圖2所示折疊并密封蟲籠，按圖3所示測點位置埋入糧堆，打開風機進行實驗。

1.4.3.2 取樣計數(shù)

每日定時按編號取出蟲籠，記錄機械通風處理后存活的嗜卷書虱數(shù)量，計數(shù)后嗜卷書虱及蟲籠不放回糧堆。

2 結(jié)果與分析

2.1 機械通風時間對嗜卷書虱死亡率的影響

采用0.033 m/s單位面積通風量機械通風進行實驗，隨著機械通風時間延長，觀察通風處理后嗜卷書虱死亡率變化，研究機械通風對嗜卷書虱的防治效果，如圖5所示。機械通風由12 h至96 h，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率由22.7%上升至83.7%。實驗前24 h，實驗倉與對照倉嗜卷書虱死亡率基本相同;實驗至48 h，實驗倉嗜卷書虱死亡率較對照倉高5%;實驗至96 h，實驗倉嗜卷書虱死亡率較對照倉高 17%，分別為83.7%、67.0%。

0.033 m/s單位面積通風量機械通風對嗜卷書虱的存活有影響，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率隨通風時間的延長而增加，當通風至60 h，嗜卷書虱死亡率為40%;當通風至80 h，嗜卷書虱死亡率高達80%。

圖5 0.033 m/s單位面積通風量通風時間對嗜卷書虱的影響

2.2 不同單位面積通風量對嗜卷書虱死亡率的影響

實驗采用不同單位面積通風量進行機械通風，對比分析糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率的變化差異。

由圖6可知，0.062 m/s單位面積通風量通風由12 h至96 h，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率由62.3%上升至93.8%;0.048 m/s單位面積通風量通風由12 h至96 h，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率由47.8%上升至98.7% 。

圖6 不同單位面積通風量通風對嗜卷書虱的影響

糧堆內(nèi)嗜卷書虱初始死亡率隨單位面積通風量的增加而增加，其防治效果與單位面積通風量的增加成正相關(guān)。嗜卷書虱蟲體含水量高，當處于機械通風環(huán)境中時，通風帶走體表水分，使其脫水死亡。單位面積通風量越大，風速越大，嗜卷書虱脫水速率越快，機械通風是造成嗜卷書虱死亡的主要原因之一。

0.033 、0.048、0.062 m/s單位面積通風量通風下，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率達80%時所需時間分別為48、60、84 h。將不同單位面積通風量通風對嗜卷書虱防治效果的曲線進行方程擬合，如圖7所示。

0.033 m/s單位面積通風量:y=8.222 6x+9.6107，R2=0.778 6;

0.048 m/s單位面積通風量:y=8.564 9x+36.364，R2=0.922 9;

圖7 不同單位面積通風量通風對嗜卷書虱防治效果影響趨勢

0.062 m/s單位面積通風量:y=4.890 5x+56.843，R2=0.874。

根據(jù)方程計算，當嗜卷書虱死亡率達100%時，0.033、0.048、0.062 m/s單位面積通風量通風所需時間分別為 132、89、106 h。

2.3 機械通風對不同取樣層嗜卷書虱死亡率的影響

機械通風對不同取樣層嗜卷書虱的防治效果，詳見圖8～圖10。

圖8 0.033 m/s單位面積通風量通風對不同取樣層嗜卷書虱的影響

由圖8可知，實驗期間，實驗倉不同取樣層間嗜卷書虱死亡率差別較小，在±5%的范圍內(nèi)交替變化，即0.033 m/s單位面積通風量通風對不同取樣層間的嗜卷書虱防治效果無差異。

由圖9可知，實驗期間，實驗倉下層嗜卷書虱死亡率一直較上層高5%，0.048 m/s單位面積通風量對下層嗜卷書虱防治效果較好，是由于實驗采用上行式通風，氣流自下而上穿過糧堆，下層風速較大，對嗜卷書虱影響大。

圖9 0.048 m/s單位面積通風量通風對不同取樣層嗜卷書虱的影響

圖10 0.062 m/s單位面積通風量通風對不同取樣層嗜卷書虱的影響

如圖10所示，通風前期，實驗倉下層嗜卷書虱死亡率較上層高10%;通風中期，實驗倉下層嗜卷書虱死亡率較上層高5%;通風后期，不同取樣層間嗜卷書虱死亡率趨于相同。由于嗜卷書虱數(shù)量有限，隨著通風時間的延長，嗜卷書虱死亡率不斷升高趨于100%，不同取樣層間差距逐漸減小趨于一致。

2.4 機械通風過程中溫度及濕度變化對嗜卷書虱成蟲的影響

2.4.1 溫度變化對嗜卷書虱成蟲的影響

機械通風過程中實驗倉糧堆內(nèi)溫度在22～24.5℃之間，對照倉糧堆內(nèi)溫度在22～23℃之間。如圖11所示。

圖11 機械通風過程中糧堆內(nèi)部溫度變化

已有研究表明嗜卷書虱在20～35℃，55% ～85%RH時，可以滿足其生長繁殖的溫濕度要求［9－10］。本實驗在預實驗的基礎上，選擇溫度范圍為22～24.5℃，既能滿足嗜卷書虱生長最適溫度，又能模擬糧倉度夏書虱開始大規(guī)模發(fā)生時的溫度。

2.4.2 濕度變化對嗜卷書虱成蟲的影響

本實驗初始濕度條件為71% ～73%RH，通風測試時實驗倉的濕度逐漸降低，對照倉濕度基本不變，如圖12所示。

圖12 機械通風過程中糧堆內(nèi)部濕度變化

通風結(jié)束時，0.033、0.048、0.062 m/s單位面積通風量機械通風實驗倉糧堆內(nèi)濕度分別為55.5%、53.7%、49.9%，由圖 6 可得嗜卷書虱死亡率分別為 83.7%、93.8%、98.7%，兩者成顯著負相關(guān)。由圖6和圖12可知，機械通風過程中糧堆內(nèi)濕度降低是造成嗜卷書虱死亡的主要原因之一，與王進軍等［9］、孫冠英等［10］研究結(jié)論一致。

2.5 機械通風處理后填倉小麥含水量變化

用校準后的水分測定儀測定機械通風實驗前后填倉小麥的含水量，探究不同單位面積通風量對小麥含水量的影響，為糧庫工作者選取防治糧堆內(nèi)嗜卷書虱的機械通風工藝提供參考。

圖13 不同單位面積通風量機械通風前后小麥的水分含量變化

如圖13所示，機械通風前后實驗倉小麥的含水量大幅度減少，且下降幅度隨單位面積通風量的增大而增加。0.033、0.048、0.062 m/s 單位面積通風量機械通風前后，小麥的含水量分別下降了1.26%、4.91%、5.70%。實驗倉小麥糧堆水分減少主要原因是:一方面，實驗倉單位面積通風量較大，采用開放式通風，水分減少較快;另一方面，模擬倉尺寸較小，實驗糧食僅有35 kg，糧堆整體受外界環(huán)境和機械通風影響較大，小麥水分減少較快。

3 討論與結(jié)論

3.1 0.033 m/s單位面積通風量機械通風對糧堆內(nèi)嗜卷書虱有明確的生態(tài)調(diào)控效果，隨著通風時間的增加，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率可達到100%，使用機械通風進行糧堆內(nèi)嗜卷書虱種群防控是可行的。嗜卷書虱蟲體含水量高，當處于機械通風環(huán)境中時，通風帶走體表水分，使其脫水死亡，機械通風是致使嗜卷書虱死亡的主要原因之一。

3.2 嗜卷書虱致死速率隨機械通風單位面積通風量的增大而加快，其防治效果與單位面積通風量成線性相關(guān)。在 0.033、0.048、0.062 m/s單位面積通風量時，嗜卷書虱致死率與通風時間分別滿足下列函數(shù)關(guān)系:y=8.222 6x+9.610 7、y=8.564 9x+36.364、y=4.890 5x+56.843。0.033、0.048、0.062 m/s單位面積通風量通風下，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率達80%時所需時間分別為48、60、84 h。

3.3 不同取樣層嗜卷書虱死亡率差異隨單位面積通風量的增大而增加。0.033 m/s單位面積通風量通風對不同取樣層間的嗜卷書虱防治效果無差異;0.048 m/s單位面積通風量通風時，下層嗜卷書虱死亡率較上層高5%;0.062 m/s單位面積通風量通風時，下層嗜卷書虱死亡率較上層高10%。

3.4 在開放式機械通風過程中，糧堆內(nèi)濕度隨機械通風單位面積通風量的增加而降低，糧堆內(nèi)濕度隨機械通風降低是致使嗜卷書虱死亡的主要原因之一。

3.5 相同外界條件下，機械通風前后實驗倉小麥水分含量下降幅度隨單位面積通風量的增大而增加。但是，綜合研究書虱機械通風物理防控結(jié)論中的防治效果、防治時間、通風糧堆水分損耗等因素，在達到防治糧倉內(nèi)嗜卷書虱目的的同時，應最大限度的降低生產(chǎn)成本、減少損失，所以推薦使用0.033 m/s單位面積通風量進行嗜卷書虱的通風調(diào)控，也可以進行環(huán)流通風調(diào)控，減少糧堆水分損耗。

本研究結(jié)論均在模擬倉中進行實驗獲得，要想將該結(jié)論應用到實際糧倉內(nèi)嗜卷書虱的防治，更好地將理論模型研究落實到倉儲害蟲防治，還需開展實倉應用實驗，進一步探究書虱的機械通風防治工藝。