模擬糧倉(cāng)機(jī)械通風(fēng)對(duì)嗜卷書虱防治效果研究

姜俊伊 石天玉 曹 陽 唐培安

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)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(guó)家糧食局科學(xué)研究院2，北京 100037)

我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)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(duì)儲(chǔ)糧危害極為嚴(yán)重［2］。近年來儲(chǔ)糧書虱不時(shí)爆發(fā)成災(zāi)，常規(guī)熏蒸、氣調(diào)等儲(chǔ)糧害蟲防治工藝對(duì)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(yán)重，且書虱有極強(qiáng)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(gè)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(yíng)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(zhǎng);三是長(zhǎng)期以來書虱的磷化氫抗藥性較高，同時(shí)由于一些倉(cāng)房氣密性較差，導(dǎo)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(cāng)內(nèi)儲(chǔ)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(gè)人工與自然復(fù)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(cāng)和人為活動(dòng)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(hù)結(jié)構(gòu)和堆積方式。在儲(chǔ)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(dǎo)致儲(chǔ)糧糧情發(fā)生相應(yīng)的變化，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成儲(chǔ)糧結(jié)露、生蟲、發(fā)熱和霉變［6］。了解這些成分的變化特點(diǎn)和規(guī)律，并有效調(diào)控這些生物及非生物因子，對(duì)提高糧食儲(chǔ)藏穩(wěn)定性具有重要意義。

機(jī)械通風(fēng)技術(shù)利用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制將外界環(huán)境氣體與糧堆孔隙內(nèi)濕熱氣體進(jìn)行交換，調(diào)控糧堆整體或局部的溫度與濕度，提高糧食儲(chǔ)藏穩(wěn)定性和安全性［7］。機(jī)械通風(fēng)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(yīng)用廣泛，在糧食倉(cāng)儲(chǔ)害蟲防治、霉菌治理等工藝應(yīng)用中發(fā)揮著不可替代的重要作用。

本實(shí)驗(yàn)以嗜卷書虱為研究對(duì)象，利用機(jī)械通風(fēng)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(jī)械通風(fēng)對(duì)嗜卷書虱的防治效果，控制嗜卷書虱種群數(shù)量，達(dá)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(guó)家糧食局科學(xué)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(shí)驗(yàn)采用羽化5～7 d的成蟲。

1.2 小麥

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

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

1.3.1 實(shí)驗(yàn)倉(cāng)

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并制作了小型模擬實(shí)驗(yàn)倉(cāng)，用于模擬糧庫(kù)倉(cāng)房機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)及嗜卷書虱生存活動(dòng)的糧堆生態(tài)環(huán)境，詳見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)倉(cāng)示意圖

實(shí)驗(yàn)倉(cāng)筒體為亞克力材料，高90 cm、外徑50 cm、厚度1 cm;通風(fēng)篩板直徑50 cm，開孔率為30%;通風(fēng)管道直徑5 cm、長(zhǎng)55 cm，出風(fēng)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(cāng)通風(fēng)篩板上方裝載實(shí)驗(yàn)小麥，模擬嗜卷書虱在糧堆表層的生存環(huán)境，實(shí)驗(yàn)糧堆內(nèi)布設(shè)實(shí)驗(yàn)蟲籠及溫濕度傳感器。

1.3.2 通風(fēng)設(shè)備及測(cè)試儀器

HF－100S小型通風(fēng)機(jī)(功率:35 W;主軸轉(zhuǎn)速:2 600 r/min);溫濕度檢測(cè)系統(tǒng);Em50 Digital/Analog Data Logger;數(shù)據(jù)采集記錄設(shè)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(fēng)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(shí)驗(yàn)倉(cāng)測(cè)點(diǎn)布置

1.4.1.1 機(jī)械通風(fēng)參數(shù)測(cè)點(diǎn)

距通風(fēng)管道進(jìn)風(fēng)端5倍直徑處［8］，有2個(gè)互成90°、直徑12 mm的機(jī)械通風(fēng)參數(shù)測(cè)試孔，此處氣流穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確，如圖1所示。

1.4.1.2 糧堆內(nèi)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)及溫濕度測(cè)點(diǎn)

如圖3所示，將模擬倉(cāng)裝填至25 cm深，分別在5 cm和20 cm深處鋪設(shè)蟲籠，每層布8處實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)距倉(cāng)壁5 cm呈圓形分布。在糧堆中線5 cm和20 cm深處埋設(shè)溫濕度傳感器探頭，每隔20 min記錄數(shù)據(jù)并定時(shí)下載。

圖3 倉(cāng)內(nèi)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)及溫濕度檢測(cè)點(diǎn)示意圖

1.4.2 機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)測(cè)定及計(jì)算

1.4.2.1 風(fēng)機(jī)風(fēng)速測(cè)定

實(shí)驗(yàn)采用分環(huán)法［8］計(jì)算測(cè)點(diǎn)位置，在測(cè)試孔處測(cè)得風(fēng)機(jī)風(fēng)速并記錄測(cè)試結(jié)果。

如圖4所示，虛線內(nèi)圓形面積為π1，虛線與實(shí)線間圓環(huán)面積為 π2，令 π1=π2，計(jì)算半徑 r=3.5，虛線上互成90°的4個(gè)點(diǎn)即為風(fēng)機(jī)風(fēng)速測(cè)試點(diǎn)。

圖4 風(fēng)機(jī)風(fēng)速測(cè)點(diǎn)圖

1.4.2.2 通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算

式中:Q為機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量/m3/h;A為通風(fēng)管道橫截面積/m2;v－為平均風(fēng)速/m/s;V為單位面積通風(fēng)量/m/s;A1為倉(cāng)體水平截面積/m2。

1.4.2.3 單位面積通風(fēng)量

實(shí)驗(yàn)分別采用 0.033、0.048、0.062 m/s單位面積通風(fēng)量進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，探究不同風(fēng)量對(duì)嗜卷書虱的防治效果，通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)詳情見表1。

表1 機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)

1.4.3 嗜卷書虱防治效果檢測(cè)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(cè)點(diǎn)位置埋入糧堆，打開風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.4.3.2 取樣計(jì)數(shù)

每日定時(shí)按編號(hào)取出蟲籠，記錄機(jī)械通風(fēng)處理后存活的嗜卷書虱數(shù)量，計(jì)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(jī)械通風(fēng)時(shí)間對(duì)嗜卷書虱死亡率的影響

采用0.033 m/s單位面積通風(fēng)量機(jī)械通風(fēng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，隨著機(jī)械通風(fēng)時(shí)間延長(zhǎng)，觀察通風(fēng)處理后嗜卷書虱死亡率變化，研究機(jī)械通風(fēng)對(duì)嗜卷書虱的防治效果，如圖5所示。機(jī)械通風(fēng)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(shí)驗(yàn)前24 h，實(shí)驗(yàn)倉(cāng)與對(duì)照倉(cāng)嗜卷書虱死亡率基本相同;實(shí)驗(yàn)至48 h，實(shí)驗(yàn)倉(cāng)嗜卷書虱死亡率較對(duì)照倉(cāng)高5%;實(shí)驗(yàn)至96 h，實(shí)驗(yàn)倉(cāng)嗜卷書虱死亡率較對(duì)照倉(cāng)高 17%，分別為83.7%、67.0%。

0.033 m/s單位面積通風(fēng)量機(jī)械通風(fēng)對(duì)嗜卷書虱的存活有影響，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率隨通風(fēng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，當(dāng)通風(fēng)至60 h，嗜卷書虱死亡率為40%;當(dāng)通風(fēng)至80 h，嗜卷書虱死亡率高達(dá)80%。

圖5 0.033 m/s單位面積通風(fēng)量通風(fēng)時(shí)間對(duì)嗜卷書虱的影響

2.2 不同單位面積通風(fēng)量對(duì)嗜卷書虱死亡率的影響

實(shí)驗(yàn)采用不同單位面積通風(fēng)量進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，對(duì)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(fēng)量通風(fēng)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(fēng)量通風(fēng)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(fēng)量通風(fēng)對(duì)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(fēng)量的增加而增加，其防治效果與單位面積通風(fēng)量的增加成正相關(guān)。嗜卷書虱蟲體含水量高，當(dāng)處于機(jī)械通風(fēng)環(huán)境中時(shí)，通風(fēng)帶走體表水分，使其脫水死亡。單位面積通風(fēng)量越大，風(fēng)速越大，嗜卷書虱脫水速率越快，機(jī)械通風(fēng)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(fēng)量通風(fēng)下，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率達(dá)80%時(shí)所需時(shí)間分別為48、60、84 h。將不同單位面積通風(fēng)量通風(fēng)對(duì)嗜卷書虱防治效果的曲線進(jìn)行方程擬合，如圖7所示。

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

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

圖7 不同單位面積通風(fēng)量通風(fēng)對(duì)嗜卷書虱防治效果影響趨勢(shì)

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

根據(jù)方程計(jì)算，當(dāng)嗜卷書虱死亡率達(dá)100%時(shí)，0.033、0.048、0.062 m/s單位面積通風(fēng)量通風(fēng)所需時(shí)間分別為 132、89、106 h。

2.3 機(jī)械通風(fēng)對(duì)不同取樣層嗜卷書虱死亡率的影響

機(jī)械通風(fēng)對(duì)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(fēng)量通風(fēng)對(duì)不同取樣層嗜卷書虱的影響

由圖8可知，實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)倉(cāng)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(fēng)量通風(fēng)對(duì)不同取樣層間的嗜卷書虱防治效果無差異。

由圖9可知，實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)倉(cāng)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(fēng)量對(duì)下層嗜卷書虱防治效果較好，是由于實(shí)驗(yàn)采用上行式通風(fēng)，氣流自下而上穿過糧堆，下層風(fēng)速較大，對(duì)嗜卷書虱影響大。

圖9 0.048 m/s單位面積通風(fēng)量通風(fēng)對(duì)不同取樣層嗜卷書虱的影響

圖10 0.062 m/s單位面積通風(fēng)量通風(fēng)對(duì)不同取樣層嗜卷書虱的影響

如圖10所示，通風(fēng)前期，實(shí)驗(yàn)倉(cāng)下層嗜卷書虱死亡率較上層高10%;通風(fēng)中期，實(shí)驗(yàn)倉(cāng)下層嗜卷書虱死亡率較上層高5%;通風(fēng)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(fēng)時(shí)間的延長(zhǎng)，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(jī)械通風(fēng)過程中溫度及濕度變化對(duì)嗜卷書虱成蟲的影響

2.4.1 溫度變化對(duì)嗜卷書虱成蟲的影響

機(jī)械通風(fēng)過程中實(shí)驗(yàn)倉(cāng)糧堆內(nèi)溫度在22～24.5℃之間，對(duì)照倉(cāng)糧堆內(nèi)溫度在22～23℃之間。如圖11所示。

圖11 機(jī)械通風(fēng)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(shí)，可以滿足其生長(zhǎng)繁殖的溫濕度要求［9－10］。本實(shí)驗(yàn)在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇溫度范圍為22～24.5℃，既能滿足嗜卷書虱生長(zhǎng)最適溫度，又能模擬糧倉(cāng)度夏書虱開始大規(guī)模發(fā)生時(shí)的溫度。

2.4.2 濕度變化對(duì)嗜卷書虱成蟲的影響

本實(shí)驗(yàn)初始濕度條件為71% ～73%RH，通風(fēng)測(cè)試時(shí)實(shí)驗(yàn)倉(cāng)的濕度逐漸降低，對(duì)照倉(cāng)濕度基本不變，如圖12所示。

圖12 機(jī)械通風(fēng)過程中糧堆內(nèi)部濕度變化

通風(fēng)結(jié)束時(shí)，0.033、0.048、0.062 m/s單位面積通風(fēng)量機(jī)械通風(fēng)實(shí)驗(yàn)倉(cāng)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(fù)相關(guān)。由圖6和圖12可知，機(jī)械通風(fēng)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(jìn)軍等［9］、孫冠英等［10］研究結(jié)論一致。

2.5 機(jī)械通風(fēng)處理后填倉(cāng)小麥含水量變化

用校準(zhǔn)后的水分測(cè)定儀測(cè)定機(jī)械通風(fēng)實(shí)驗(yàn)前后填倉(cāng)小麥的含水量，探究不同單位面積通風(fēng)量對(duì)小麥含水量的影響，為糧庫(kù)工作者選取防治糧堆內(nèi)嗜卷書虱的機(jī)械通風(fēng)工藝提供參考。

圖13 不同單位面積通風(fēng)量機(jī)械通風(fēng)前后小麥的水分含量變化

如圖13所示，機(jī)械通風(fēng)前后實(shí)驗(yàn)倉(cāng)小麥的含水量大幅度減少，且下降幅度隨單位面積通風(fēng)量的增大而增加。0.033、0.048、0.062 m/s 單位面積通風(fēng)量機(jī)械通風(fēng)前后，小麥的含水量分別下降了1.26%、4.91%、5.70%。實(shí)驗(yàn)倉(cāng)小麥糧堆水分減少主要原因是:一方面，實(shí)驗(yàn)倉(cāng)單位面積通風(fēng)量較大，采用開放式通風(fēng)，水分減少較快;另一方面，模擬倉(cāng)尺寸較小，實(shí)驗(yàn)糧食僅有35 kg，糧堆整體受外界環(huán)境和機(jī)械通風(fēng)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(fēng)量機(jī)械通風(fēng)對(duì)糧堆內(nèi)嗜卷書虱有明確的生態(tài)調(diào)控效果，隨著通風(fēng)時(shí)間的增加，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率可達(dá)到100%，使用機(jī)械通風(fēng)進(jìn)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(dāng)處于機(jī)械通風(fēng)環(huán)境中時(shí)，通風(fēng)帶走體表水分，使其脫水死亡，機(jī)械通風(fēng)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(jī)械通風(fēng)單位面積通風(fēng)量的增大而加快，其防治效果與單位面積通風(fēng)量成線性相關(guān)。在 0.033、0.048、0.062 m/s單位面積通風(fēng)量時(shí)，嗜卷書虱致死率與通風(fēng)時(shí)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(fēng)量通風(fēng)下，糧堆內(nèi)嗜卷書虱死亡率達(dá)80%時(shí)所需時(shí)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(fēng)量的增大而增加。0.033 m/s單位面積通風(fēng)量通風(fēng)對(duì)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(fēng)量通風(fēng)時(shí)，下層嗜卷書虱死亡率較上層高5%;0.062 m/s單位面積通風(fēng)量通風(fēng)時(shí)，下層嗜卷書虱死亡率較上層高10%。

3.4 在開放式機(jī)械通風(fēng)過程中，糧堆內(nèi)濕度隨機(jī)械通風(fēng)單位面積通風(fēng)量的增加而降低，糧堆內(nèi)濕度隨機(jī)械通風(fēng)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(jī)械通風(fēng)前后實(shí)驗(yàn)倉(cāng)小麥水分含量下降幅度隨單位面積通風(fēng)量的增大而增加。但是，綜合研究書虱機(jī)械通風(fēng)物理防控結(jié)論中的防治效果、防治時(shí)間、通風(fēng)糧堆水分損耗等因素，在達(dá)到防治糧倉(cāng)內(nèi)嗜卷書虱目的的同時(shí)，應(yīng)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(fēng)量進(jìn)行嗜卷書虱的通風(fēng)調(diào)控，也可以進(jìn)行環(huán)流通風(fēng)調(diào)控，減少糧堆水分損耗。

本研究結(jié)論均在模擬倉(cāng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲得，要想將該結(jié)論應(yīng)用到實(shí)際糧倉(cāng)內(nèi)嗜卷書虱的防治，更好地將理論模型研究落實(shí)到倉(cāng)儲(chǔ)害蟲防治，還需開展實(shí)倉(cāng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探究書虱的機(jī)械通風(fēng)防治工藝。