摘要：研究了不同氣密性等級高大平房倉氮氣氣調(diào)儲糧過程中氮氣濃度的變化，比較了不同氣密性等級倉房氮氣日損失率變化，分析了三級氣調(diào)倉糧堆氮氣濃度和氣囊氮氣濃度的差異性。結(jié)果表明，氮氣氣調(diào)儲糧期間氮氣濃度變化呈指數(shù)下降趨勢。從理論上分析，在現(xiàn)有標準下三級氣調(diào)倉糧堆平均濃度維持目標濃度（98%）難度較大，而一級氣調(diào)倉糧堆平均濃度較易達到目標濃度（98%）。氣調(diào)殺蟲方面，建議開展氮氣氣調(diào)儲糧的高大平房倉氣密性至少到達300 s，可更容易實現(xiàn)目標濃度98%。三級氣調(diào)倉氣調(diào)儲糧期間氮氣濃度均勻性為0.980 8%～0.996 6%，在95%的置信區(qū)間氣囊內(nèi)氮氣濃度和糧堆內(nèi)氮氣濃度差異不顯著，氮氣堆內(nèi)分層現(xiàn)象不明顯。

關(guān)鍵詞：氣調(diào)倉；氮氣；氣調(diào)；氣密性

中圖分類號：S379.5 文獻標志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240519

基金項目：廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃（2023B0202060002）；綠色儲糧標準化試點項目（糧辦標〔2021〕207號）。

Effects of nitrogen concentration of controlled-atmosphere storage in large size horizontal warehouse with different airtightness levels

Lu Zihua1， Chen Wangxian1， Guo Chao2，Wu Yousi1， Long Yangfan1， Chen Yueyin3， Huang Dongyang3， Wen Zhanqing4

（ 1. Guangdong New-federation of Supply and Marketing of Grain Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong 510000； 2. Laboratory of Grain Storage and Pest Control， Guangdong Institute for Cereal Science Research， Guangzhou， Guangdong 510310；3 Meizhou Depot of Guangdong Grain Reserve Management Group Co.， Ltd.， Meizhou， Guangdong 514071； 4. Zhuhai Jinwan Grain Co.， Ltd.， Zhuhai， Guangdong 519090 ）

Abstract： Nitrogen concentration of controlled-atmosphere storage was studied in large size horizontal warehouse with different airtightness levels. Daily-loss of nitrogen was evaluated. And the concentration of nitrogen inside the grain and blistered space covered with PVC sheeting was analyzed. The results showed that， the concentration of nitrogen follow exponential decay during fumigation in stored grain. In theoretical analysis， the average concentration of nitrogen for the third-level airtightness warehouse may be difficult to reach 98% of the target concentration， but the one for the first-level was easy to reach the target concentration. For killing the grain storage pest to achieve the target concentration of 98%， pressure decay test for airtightness for controlled-atmosphere was recommended at least 300 s. The uniformity of nitrogen concentration for the third-level airtightness warehouse was from 0.980 8% to 0.996 6%. For 95% confidence interval， there were no significant differences for the concentration of nitrogen between inside the grain and blistered space covered with PVC sheeting.

Key words： controlled-atmosphere warehouse； nitrogen； controlled-atmosphere； airtightness

氮氣氣調(diào)是國內(nèi)外公認的安全有效、經(jīng)濟環(huán)保的儲糧害蟲防治技術(shù)，既能達到抑制蟲霉生長、延緩儲糧品質(zhì)劣變，還能提高企業(yè)經(jīng)濟效益，是符合我國國情的綠色儲糧技術(shù)之一[1]。近些年來，由于制氮設(shè)備的研發(fā)和氣密性良好的倉房建設(shè)，富氮低氧氮氣氣調(diào)技術(shù)在我國南方地區(qū)都得到了推廣應(yīng)用，并取得了顯著的效果[2]。氮氣氣調(diào)儲糧因其原料制備成本低、設(shè)備操作與充氮作業(yè)簡單等優(yōu)勢，具有較高的可操作性和經(jīng)濟效益[3]。開展氮氣氣調(diào)儲糧技術(shù)精細化管理，探索科學合理使用氮氣氣調(diào)儲糧技術(shù)，具有重要的意義。

隨著氮氣氣調(diào)在糧食儲藏中的擴大應(yīng)用，糧堆中氮氣濃度是否達到設(shè)定的目標濃度成為氮氣氣調(diào)儲糧成功與否的關(guān)鍵因素[4]。LS/T 1225—2022《氮氣氣調(diào)儲糧技術(shù)規(guī)程》[5]中規(guī)定：氣調(diào)殺蟲要求維持整倉平均氮氣濃度不低于98%，持續(xù)時間不少于28 d。GB/T 29890—2013《糧油儲藏技術(shù)規(guī)范》[6]第8.3.1.3條和《廣東省綠色儲糧技術(shù)指南》[7]第2.3.2.2.1條明確提出氮氣氣調(diào)殺蟲要求維持氮氣濃度98%以上，密閉時間一般應(yīng)保持30 d以上。國內(nèi)有不少地方糧庫為實現(xiàn)98%的氮氣濃度目標，開展了倉門倉窗改造增設(shè)氣囊[8-9]、改造內(nèi)墻等大量氣密性提升工作[3，10-14]。

本試驗擬研究不同氣密性等級高大平房倉氮氣儲糧氣調(diào)倉濃度變化，分析高大平房倉衰減系數(shù)和日損失率變化關(guān)系，并比較三級氣調(diào)倉糧堆氮氣濃度和氣囊氮氣濃度的差異性，以期為氮氣調(diào)儲糧技術(shù)精細化管理提供技術(shù)支撐。

1 材料與器材

1.1 試驗倉房及儲糧情況

供試倉房：四會新供銷天潤農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場投資有限公司0P04倉高大平房倉，長24 m，寬24 m，裝糧線高度7 m；珠海市斗門區(qū)糧食收儲公司六鄉(xiāng)糧庫4P1-1號高大平房倉，長39 m，寬21 m，裝糧線高度7 m；珠海市金灣區(qū)糧食儲備有限公司高大平房倉P6倉，長36 m，寬24 m，裝糧線高度7 m；廣東省儲備糧管理總公司梅州直屬庫P3倉、P6倉高大平房倉，長53.6 m，寬26.2 m，裝糧線高度6 m；廣東省儲備糧管理總公司羅定直屬庫P1倉，高大平房倉，長60 m，寬21 m，裝糧線高度6 m。試驗各倉儲糧情況見表1。

1.2 試驗器材和設(shè)備

KSN-310型變壓吸附制氮設(shè)備：杭州聚科空分設(shè)備制造有限公司；YC-QTSYS型糧情自動檢測系統(tǒng)：鄭州躍創(chuàng)電子科技有限公司；LY-99.5-220型氮氣發(fā)生器：江陰隆耀機械制造有限公司；HA300-N2型氣體濃度檢測儀：深圳市華瑞祥科技有限公司；CQMY型倉房氣密性測定裝置：河南未來機電工程有限公司；DP2000型智能數(shù)字微壓計：上海永智儀表設(shè)備有限公司；LDPN型變壓吸附氮氣設(shè)備：大連力德氣體科技股份有限公司；CNL-2100便攜式高含量氣體濃度檢測儀：上海昶艾電子科技有限公司；NP995-350B型變壓吸附制氮機：廣州市維通工業(yè)氣體技術(shù)有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 倉房氣密性測定

參照GB/T 25229—2010《糧油儲藏 平房倉氣密性要求》[15]。

1.3.2 氮氣濃度檢測點的設(shè)置

氮氣濃度檢測點沿倉房對角線布置3處，每處設(shè)置3層檢測點，分別為距糧面1/4處（糧堆上層）、1/2處（糧堆中層）、3/4處（糧堆下層），倉房空間氣囊設(shè)置1個點，記為1#檢測點。采用直徑 5 mm的耐壓軟管作為氣體取樣管用于檢測糧堆空間的氮氣濃度。定時檢測并記錄各檢測點濃度，檢測點布置參照LS/T 1225—2022《氮氣氣調(diào)儲糧技術(shù)規(guī)程》[5]，其中2#～10#測氣點位于倉房對角線上，2#～4#距兩墻體3 m左右；8#～10#測氣點距兩墻體7 m左右；2#、5#、8#測氣點位于距糧面1/4處；3#、6#、9#檢測點位于距糧面1/2處；4#、7#、10#測氣點位于距糧面3/4處；1號點位于氣囊空間中部，見圖1所示。珠海4P1-1倉氮氣濃度檢測點設(shè)置參照曹文杰等[11]。

1.3.3 氣調(diào)充氮工藝

采用上充下排充氣方式，氮氣設(shè)置目標均為98%。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 17.0，數(shù)據(jù)差異顯著性分析參照張文彤等[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氣密性等級倉房的氣密性

由表2可知，四會庫0P04號倉、珠海庫4P1-1號倉半衰期分別為125、165 s，根據(jù)GB/T 25229-2010《糧油儲藏 平房倉氣密性要求》[15]，均為氣調(diào)倉三級倉。珠海金灣6號倉半衰期為256 s，根據(jù)GB/T 25229-2010《糧油儲藏 平房倉氣密性要求》[15]，為氣調(diào)倉二級倉。梅州P1倉、梅州P3倉、羅定庫P1倉半衰期分別為601、603、778 s，根據(jù)GB/T 25229-2010《糧油儲藏 平房倉氣密性要求》[15]，均為氣調(diào)倉一級倉。

2.2 不同氣密性等級倉房氣調(diào)儲糧期間氮氣濃度的變化情況

不同氣密性等級倉房氣調(diào)儲糧期間氮氣濃度變化情況如圖2所示。在不補充氮氣的情況下，氮氣氣調(diào)儲糧期間氮氣濃度變化遵循呈指數(shù)下降趨勢，衰減階段濃度和時間符合指數(shù)模型C=ae-bt （a>0；b>0）。四會庫0P04號倉氮氣濃度變化先升高后衰減，衰減階段氮氣濃度變化遵循C=97.516 5e-0.000 8t。珠海4P1-1倉氮氣濃度衰減階段變化遵循C=97.196 12e-0.000 95t。珠海金灣6號倉、羅定庫P1倉、梅州庫P3倉、梅州庫P6倉氮氣濃度衰減階段均符合指數(shù)下降模型。

令時間t趨近于0，那么氮氣濃度C則在坐標軸上為與Y軸交點，此交點數(shù)值可以理解為理論上氮氣濃度的最大值。由圖2可知，三級氣調(diào)倉四會庫0P04號倉、珠海4P1-1倉理論上氮氣濃度的最大值分別為97.516 5%、97.196 12%，平均濃度均低于98%。實踐中發(fā)現(xiàn)，四會庫0P04號倉、珠海4P1-1倉難以達到目標濃度98%。而二級氣調(diào)倉珠海金灣6號倉理論上氮氣濃度的最大值為97.892 8%，平均濃度接近于98%，實踐中發(fā)現(xiàn)該倉在2023年10—11月短期平均濃度達到目標濃度98%。一級氣調(diào)倉羅定庫P1倉、梅州庫P3倉、梅州庫P6倉理論上氮氣濃度的最大值分別為99.024 3%、98.692 2%、98.890 3%，平均濃度均高于98%。這表明，三級氣調(diào)倉糧堆平均濃度可能難以超過目標濃度98%，一級氣調(diào)倉糧堆平均濃度較易達到目標濃度98%，其原因值得進一步研究。從氣調(diào)殺蟲的角度，建議開展氮氣氣調(diào)儲糧的高大平房倉氣密性至少到達300 s，可能更容易實現(xiàn)目標濃度98%。

2.3 不同氣密性等級倉房日損失率變化分析

不同氣密性等級倉房氣調(diào)儲糧期間氮氣日損失率變化如表3所示。隨著倉房氣密性等級提升，衰減系數(shù)數(shù)值逐漸減小，由0.000 80減小至0.000 20，日損失率逐漸減少，由0.099 95%減少至0.020 00%，其變化趨勢與王智穎等[18]對熏蒸劑日損失率的研究結(jié)果一致。

2.4 四會庫0P04號倉糧堆內(nèi)氮氣濃度變化分析

四會庫0P04號倉充氮氣調(diào)初期兩次強排前后氮氣濃度變化如表4所示。第一個強排后糧堆氮氣平均濃度增加3.2%，第二次強排后糧堆氮氣平均濃度增加2.2%。四會庫0P04號倉氣調(diào)儲糧期間氮氣濃度均勻性介于0.980 8% ～ 0.996 6%，氣囊內(nèi)氮氣濃度和糧堆內(nèi)氮氣濃度數(shù)值接近，采用 SPSS17.0獨立樣本T檢驗分析，相伴概率為0.974 0，大于 0.05，表明在95%的置信區(qū)間氣囊內(nèi)氮氣濃度和糧堆內(nèi)氮氣濃度差異不顯著，氮氣堆內(nèi)分層現(xiàn)象不明顯。

3 結(jié) 果

研究了3個氣密性等級高大平房倉氮氣儲糧氣調(diào)倉濃度變化，探討了壓力半衰期為125～778 s高大平房倉氮氣濃度變化差異。結(jié)果表明，氮氣氣調(diào)儲糧期間氮氣濃度變化遵循呈指數(shù)下降趨勢。從理論上分析，在現(xiàn)有標準下三級氣調(diào)倉糧堆平均濃度可能難以達到目標濃度98%，而一級氣調(diào)倉糧堆平均濃度較易達到目標濃度98%。從氣調(diào)殺蟲的角度，建議開展氮氣氣調(diào)儲糧的高大平房倉氣密性至少到達300 s，可更容易實現(xiàn)目標濃度98%。

參 考 文 獻

[1] 許俊亞， 呂建華， 白春啟， 等. 氣調(diào)殺蟲在儲糧害蟲防治中的研究與應(yīng)用進展[J]. 中國糧油學報， 2023， 38（9）： 21-28.

[2] 王麗娜， 郭超， 陳亮， 等. 氮氣氣調(diào)儲藏啟封前后小麥品質(zhì)變化研究[J]. 糧油食品科技， 2023， 31（2）： 178-184.

[3] 王力， 陳賽賽， 胡育銘. 充氮氣調(diào)儲糧技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 糧油食品科技， 2016，24（5）： 102-105.

[4] 黃祖亮， 鄭理芳， 陳疆， 等. 氮氣氣調(diào)儲糧效果與倉房氣密性的關(guān)系研究[J]. 糧食儲藏， 2010（1）： 35-37.

[5] 國家糧食和物資儲備局. 氮氣氣調(diào)儲糧技術(shù)規(guī)程： LS/T 1225—2022[S]. 北京： 中國標準出版社，2022.

[6] 國家糧食局. 糧油儲藏技術(shù)規(guī)范： GB/T 29890—2013[S]. 北京：中國標準出版社，2013.

[7] 廣東省糧食和物資儲備局. 廣東省綠色儲糧技術(shù)指南[EB/OL].（2021-07-14）[2024-07-05].http：//gdgrain.gd.gov.cn/attachment/ 0/429/429924/3346054.pdf.

[8] 蔡育池， 付鵬程， 吳東亮， 等. 重力緩釋氣囊在淺圓倉氮氣氣調(diào)的應(yīng)用研究[J]. 糧食儲藏， 2023， 52（2）： 1-6+14.

[9] 葉海軍， 姚亞東， 王曉博， 等. 附壁氣囊在淺圓倉中的應(yīng)用[J]. 糧食儲藏， 2020， 49（2）： 15-18.

[10] 許建雙， 王保齡， 陳峰， 等. 平房倉氣密性改造對氮氣儲糧應(yīng)用效果的影響[J]. 糧食和飼料工業(yè)， 2023（2）： 5-8+20.

[11] 曹文杰， 何國強， 黃榮輝， 等. 氮氣氣調(diào)倉進氣量對糧堆氮氣濃度的影響[J]. 糧油食品科技， 2020， 28（5）： 213-217.

[12] 劉進吉， 趙磊， 葉海軍， 等. 淺圓倉不同充氮工藝氣調(diào)試驗[J]. 糧食儲藏， 2019， 48（6）： 16-20.

[13] 李丹青， 李明成， 歐旺生， 等. 高大平房倉氮氣氣調(diào)防治試驗[J]. 糧油倉儲科技通訊， 2019， 35（6）： 35-38.

[14] 殷家明， 劉勝強， 蔣雪梅， 等. 橫向通風系統(tǒng)變壓吸附制氮氣調(diào)技術(shù)的研究[J]. 糧食儲藏， 2020， 49（5）： 6-9.

[15] 國家糧食局.糧油儲藏 平房倉氣密性要求：GB/T 25229—2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

[16] 張文彤， 鄺春偉. SPSS統(tǒng)計分析基礎(chǔ)教程[M]. 2版. 北京：高等教育出版社， 2011： 220-250.

[17] 郭超， 王殿軒， 勞傳忠， 等. 熏蒸過程糧堆磷化氫濃度變化模型及驗證研究 [J]. 中國糧油學報， 2018， 33（1）： 143-149.

[18] 王智穎， 王殿軒， 郭超， 等. 小麥粉加工車間硫酰氟整體熏蒸殺蟲效果評估[J]. 中國糧油學報， 2024，39（2）：25-30.

[19] 何夢婷， 葛中健， 張景， 等. 淺圓倉熏蒸過程中磷化氫擴散和分布特性研究[J]. 中國糧油學報， 2021， 37（6）： 23-28.

[20] 曾照耀，王貴正，周全功，等.樓房倉全倉氣密性改造試驗[J].糧食科技與經(jīng)濟，2024，49（1）：78-81.

[21] 曾勇，黃信，李星星，等.華南地區(qū)淺圓倉氣調(diào)控溫應(yīng)用試驗[J].糧食科技與經(jīng)濟，2023，48（6）：91-93.

[22] 吳文強，莊蕓蕾，楊建國，等.兩種控溫方法下氮氣氣調(diào)對稻谷品質(zhì)的影響[J].糧食科技與經(jīng)濟，2023，48（4）：90-93.