黃依林 王殿軒 朱毓斌 唐培安
(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院;糧食儲(chǔ)藏與安全教育部工程研究中心;糧食儲(chǔ)運(yùn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室1,鄭州 450001)
(江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心2,南京 210023)
氮?dú)鈿庹{(diào)殺蟲長(zhǎng)期受到關(guān)注,國(guó)內(nèi)外關(guān)于氮?dú)鈿庹{(diào)的研究[1-6]和應(yīng)用[7-10]多有報(bào)道。在我國(guó)利用制氮設(shè)備制氮?dú)庹{(diào)應(yīng)用較多的是控溫氣調(diào),相對(duì)于常溫條件下的氣調(diào)殺蟲效果報(bào)道,控制較低溫度下氣調(diào)致死害蟲的時(shí)間研究為數(shù)尚少。通常采用高濃度氮?dú)庵滤篮οx需要較長(zhǎng)的時(shí)間[11, 12],在長(zhǎng)期保持氮?dú)鉂舛鹊拿荛]過(guò)程中需要倉(cāng)房具有較高的氣密性,或倉(cāng)房氣密性不足時(shí)需補(bǔ)充氮?dú)鈿怏w。不斷或多次補(bǔ)充氮?dú)庑枰嗟臍庠?,或運(yùn)轉(zhuǎn)制氮設(shè)備消耗大量能量。在一個(gè)密閉殺蟲周期內(nèi)如果目標(biāo)害蟲仍有存活則為氣調(diào)殺蟲失敗,有效掌握氣調(diào)中的密閉時(shí)間以做到在一個(gè)處理過(guò)程中完全殺死害蟲尤其重要。
氣調(diào)殺蟲效果受諸多因素影響,環(huán)境氣密性、害蟲種類和蟲態(tài)、環(huán)境溫度和濕度、氣體濃度及保持時(shí)間等均會(huì)影響到處理效果[11,13-17]。同樣氣調(diào)過(guò)程中溫度不同致死害蟲的時(shí)間變化很大[18]。在常溫條件下保持98%以上的氮?dú)鉂舛纫残枰荛L(zhǎng)的密閉時(shí)間[19],環(huán)境溫度降低時(shí)氣調(diào)殺蟲效果相應(yīng)降低。我國(guó)低溫或控溫儲(chǔ)糧已得到了較大規(guī)模應(yīng)用[20],但在低溫儲(chǔ)糧過(guò)程中依然會(huì)有害蟲發(fā)生[21]?;跍囟鹊蜁r(shí)會(huì)延遲氣調(diào)殺蟲效果[18,22],明確低溫對(duì)氣調(diào)殺蟲的影響程度,或同樣氣調(diào)濃度下低溫對(duì)隱蔽性害蟲致死時(shí)間的延遲程度很有必要,而此方面的研究尚少。米象Sitophilusoryzae(L.)是世界性分布的主要儲(chǔ)糧害蟲,是我國(guó)儲(chǔ)糧主要害蟲之一[23],其在我國(guó)分布范圍近年來(lái)呈擴(kuò)大態(tài)勢(shì)[24],在儲(chǔ)糧害蟲綜合治理方面一直備受重視。米象成蟲和幼蟲均可嚴(yán)重蛀食原糧,其非成蟲蟲態(tài)卵、幼蟲和蛹均在糧粒內(nèi)部生活[25],通常方法檢查其發(fā)生及處理后的死亡效果較為困難。害蟲不同蟲態(tài)對(duì)氣調(diào)處理的耐受力又存在顯著差異[14, 26],氮?dú)鈿庹{(diào)對(duì)米象不同蟲態(tài)的效果差異程度缺乏研究。本文研究了98%氮?dú)鉂舛认虏煌瑴囟葧r(shí)米象卵、幼蟲、蛹和成蟲的致死時(shí)間,以期為氮?dú)鈿庹{(diào)殺蟲的有效掌握密閉時(shí)間提供量化參考。
實(shí)驗(yàn)用米象采自中央儲(chǔ)備糧南寧直屬庫(kù)有限公司,后在河南工業(yè)大學(xué)儲(chǔ)藏物昆蟲研究室適宜條件下培養(yǎng)數(shù)代,參照FAO推薦方法測(cè)定其磷化氫抗性倍數(shù)為1.2倍。
采用長(zhǎng)為67 cm、寬為52 cm、高為41 cm的食品級(jí)PP塑料密封箱作為氣調(diào)室,用3 mm 厚的有機(jī)玻璃板封蓋。箱體一側(cè)密封連接直徑100 mm、長(zhǎng)200 mm 圓柱管制成的取蟲緩沖倉(cāng),倉(cāng)的兩頭分別以螺旋蓋密封,可以通過(guò)另一側(cè)開(kāi)孔安裝的密封操作手套拿取氣調(diào)室中的蟲籠等,以盡量減小氣調(diào)過(guò)程中從氣調(diào)室取樣給氣體濃度造成的影響。密封操作手套安裝孔直徑150 mm,密封連接橡膠手套。氣調(diào)室兩側(cè)分別設(shè)進(jìn)氣口與閥門、出氣口與閥門,分別通過(guò)導(dǎo)管連接氣泵和固定式氮?dú)鈾z測(cè)儀,檢測(cè)儀型號(hào)為MOT500 — LM(N2),測(cè)量范圍0%~100%,精度0.1%。氣調(diào)室可連接鋼瓶裝氮?dú)鈿庠?,以及相?yīng)的減壓閥。氮?dú)鈾z測(cè)儀可即時(shí)檢測(cè)室內(nèi)氮?dú)鉂舛龋⒖纱龠M(jìn)氣體分布均勻。處理中充入99.999%的氮?dú)?,通過(guò)檢測(cè)和補(bǔ)充氣體維持目標(biāo)濃度在98%。氣調(diào)室內(nèi)用過(guò)飽和食鹽水調(diào)節(jié)相對(duì)濕度在(75±5)%,并設(shè)溫濕度檢測(cè)計(jì)以觀察,見(jiàn)圖1。氣調(diào)室使用狀態(tài)下的氣密性正壓 500 Pa的壓力半衰期為120 s。
圖1氣調(diào)裝置設(shè)置示意圖
成蟲的準(zhǔn)備:采用直徑10 mm、長(zhǎng)70 mm的兩端通透玻璃管用作試蟲蟲籠,放入50頭羽化14 d的成蟲和2 g水分含量為14%的潔凈小麥,兩端用紗布和橡皮筋封口。
卵的準(zhǔn)備:適宜條件下用800 g潔凈小麥感染2 000頭羽化2周的米象成蟲,24 h后移出成蟲得染蟲卵小麥,又24 h后將感染蟲卵小麥用分樣器分成5 g的160等份,按需要數(shù)量分別放入前述蟲籠中進(jìn)行測(cè)試。
幼蟲的準(zhǔn)備:取分樣后的小麥之一份,每日解剖檢查小麥粒內(nèi)害蟲發(fā)育情況,至籽粒內(nèi)出現(xiàn)幼蟲后,再2 d后將前述同期小麥按需要數(shù)量分別放入前述蟲籠中進(jìn)行測(cè)試。
蛹的準(zhǔn)備:如幼蟲解剖糧粒檢查,當(dāng)糧粒內(nèi)有化蛹后,將含2日齡蛹的小麥進(jìn)行氣調(diào)處理。方法同上。
以上每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù),并設(shè)空白對(duì)照。將前述氣調(diào)室分別置于18、23和28 ℃的溫度下,放入試蟲籠,控制其相對(duì)濕度與密封條件,1 d后調(diào)節(jié)其中氮?dú)鉂舛戎?8%。之后按計(jì)劃于不同時(shí)間取出蟲籠,培養(yǎng)檢查存活或死亡結(jié)果。成蟲蟲籠置于溫度(30±1) ℃、濕度(75±5)% RH環(huán)境中,2周后檢查死亡率,含卵、幼蟲和蛹的蟲籠置于相同的溫濕度條件下培養(yǎng),至羽化時(shí)每日觀察羽化出的成蟲數(shù)量,直至連續(xù)3 d無(wú)新增羽化成蟲為止,非成熟蟲態(tài)的樣本均對(duì)小麥進(jìn)行剖粒檢查,其中出現(xiàn)未羽化成蟲、存活的蛹和幼蟲計(jì)為活蟲,計(jì)算未達(dá)到100%死亡樣本中存活個(gè)體發(fā)育至羽化出成蟲的時(shí)間。對(duì)照(非氣調(diào))樣品做同樣檢查和處理。
使用IBM SPSS Statistics 20和Microsoft Excel 2016軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
圖2顯示,不同溫度下米象卵、幼蟲、蛹和成蟲均表現(xiàn)為溫度低時(shí)害蟲死亡率增加緩慢,達(dá)到100%死亡率的時(shí)間越長(zhǎng)。18 ℃時(shí)的完全致死時(shí)間與23和28 ℃時(shí)相比,卵達(dá)到100%死亡的時(shí)間相應(yīng)延遲4 d和10 d、幼蟲延遲了4 d和8 d、蛹延遲了6 d和12 d、成蟲延遲了6 d和10 d,溫度越低,延遲時(shí)間越長(zhǎng)。從完全致死時(shí)間相比,不同溫度下米象不同發(fā)育階段對(duì)高氮缺氧環(huán)境耐受力的排列順序均為:蛹>卵>幼蟲>成蟲,即在米象對(duì)氮?dú)鈿庹{(diào)的耐受力上成蟲最易于被殺死,其次為卵和幼蟲,蛹最難被殺死。
圖2不同溫度時(shí)98%氮?dú)庵忻紫蟾飨x態(tài)不同時(shí)間死亡率
(A:卵;B幼蟲; C:蛹;D:成蟲)
表1顯示,在98%氮?dú)鉂舛认聹囟?8 ℃時(shí)致死米象卵的半數(shù)致死時(shí)間LT50值為9 d,分別比23 ℃和28 ℃時(shí)延遲了3 d和6 d,即在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)溫度每降低5 ℃,其LT50值對(duì)應(yīng)延長(zhǎng)了3 d。高氮?dú)鉂舛葰庹{(diào)下,溫度降低后隱藏于小麥粒內(nèi)的米象蟲卵半數(shù)致死時(shí)間顯著延遲。溫度降低使得蟲卵呼吸需求變小[27],高氮低氧環(huán)境下對(duì)其呼吸抑制影響也變小,從而使半數(shù)致死時(shí)間延長(zhǎng)。在18、23 ℃和28 ℃溫度下,高氮?dú)庹{(diào)致死米象卵的LT99值相應(yīng)為24、19 d和11 d,溫度降低后代表完全致死蟲卵時(shí)間的LT99值延遲顯著,這同樣與低溫下卵生命代謝水平降低,呼吸抑制影響小因而耐力相對(duì)較大有關(guān)。比較同溫度下的LT99與LT50值,發(fā)現(xiàn)18、23 ℃和28 ℃溫度下LT99值與LT50值的差值分別達(dá)15、13 d和8 d,同一溫度下LT99值與LT50值的差異與試蟲卵群體中少數(shù)個(gè)體有極強(qiáng)耐受力有關(guān),不同溫度下LT99值與LT50值的差異也與蟲卵的生命呼吸代謝水平有關(guān)。
表1 不同溫度下98%氮?dú)庵滤烂紫舐训腖T50值和LT99值
從表2可見(jiàn), 不同溫度下98%氮?dú)鈿庹{(diào)致死米象幼蟲的LT50值和LT99值差異顯著。溫度18 ℃時(shí)致死米象幼蟲的LT50值長(zhǎng)達(dá)8 d,分別比23 ℃和28 ℃時(shí)延遲了3 d和5 d。在降溫幅度相同的情況下,致死幼蟲的LT50值與卵的LT50值相同或相近。推測(cè)處于取食期的幼蟲活動(dòng)代謝需氧程度比卵大一些,但在高氮環(huán)境中降低溫度對(duì)其LT50值的影響表現(xiàn)與卵相似,這可能是由于米象幼蟲為無(wú)足式,其活動(dòng)強(qiáng)度較小而需氧量與卵相近。溫度18 ℃時(shí)氣調(diào)對(duì)幼蟲的LT99值為21 d,比23 ℃和28 ℃時(shí)相應(yīng)延長(zhǎng)了5 d和11 d,溫度降低同樣大幅度降低了氣調(diào)致死幼蟲的LT99值。比較LT99值和LT50值可以看出,同一溫度下的LT99值明顯大于相應(yīng)溫度下的LT50值,且這種現(xiàn)象在幼蟲期比卵期更為明顯,原因也在于群體中少數(shù)耐力極強(qiáng)的幼蟲個(gè)體會(huì)導(dǎo)致LT99值顯著增大。
表2 不同溫度下98%氮?dú)庵滤烂紫笥紫x的LT50值和LT99值
表3顯示,98%氮?dú)鉂舛认?8 ℃時(shí)致死米象蛹的LT50值達(dá)11 d,分別比23 ℃和28 ℃時(shí)延遲了5 d和7 d。與卵和幼蟲的結(jié)果相比,23 ℃和28 ℃時(shí)致死蛹的LT50值與卵和幼蟲的LT50值相近,但溫度18 ℃時(shí)對(duì)蛹的LT50值明顯增大。顯示出高氮低氧環(huán)境中溫度降低至18 ℃后,米象蛹對(duì)低氧的耐受力明顯增加,這可能與蛹低溫下呼吸強(qiáng)度和生理代謝率更低[28],溫度降低對(duì)蛹的致死效果更慢有關(guān)。同樣溫度下,18、23 ℃和28 ℃時(shí)致死蛹的LT99值分別比相應(yīng)的LT50值延長(zhǎng)了15、15 d和8 d,呈現(xiàn)出溫度越低氣調(diào)致死蛹的LT99值越大,其原因同樣是溫度低時(shí)蛹呼吸需求低,少數(shù)耐力極強(qiáng)個(gè)體導(dǎo)致LT99值更多延長(zhǎng)。
表3 不同溫度下98%氮?dú)庵滤烂紫笥嫉腖T50值和LT99值
表4為98%氮?dú)庵胁煌瑴囟认轮滤烂紫蟪上x的LT50和LT99值。18 ℃溫度時(shí)致死米象成蟲的LT50值為7 d,分別比23 ℃和28℃時(shí)致死成蟲的LT50值延遲了3 d和4 d。低溫延遲LT50值的程度在23 ℃時(shí)與幼蟲和卵的相近而明顯小于蛹,在28 ℃時(shí)成蟲的LT50值則明顯小于幼蟲、卵和蛹的LT50值。溫度18 ℃時(shí)的LT99值為17 d,分別比23 ℃和28 ℃時(shí)延長(zhǎng)了6 d和10 d,低溫導(dǎo)致對(duì)成蟲的LT99值顯著增大。同樣,在同一溫度下都表現(xiàn)出了對(duì)成蟲的LT99值均顯著小于對(duì)卵、幼蟲和蛹的LT99值,這都與成蟲取食和運(yùn)動(dòng)活動(dòng)更為旺盛,代謝需氧量更多,在高氮低氧環(huán)境中更易于被致死有關(guān)。
表4 不同溫度下98%氮?dú)庵滤烂紫蟪上x的LT50值和LT99值
表5顯示,非氣調(diào)環(huán)境中從蛹羽化出成蟲的時(shí)間在23 ℃和28 ℃時(shí)均為3 d,18 ℃時(shí)接近4 d。在98%氮?dú)庵? d后再脫離氣調(diào)環(huán)境,23 ℃和28 ℃時(shí)蛹發(fā)育至羽化為成蟲時(shí)間分別為7 d和8 d,18 ℃時(shí)則達(dá)10 d。僅氣調(diào)7 d的時(shí)間再回到正常氣體環(huán)境中,23 ℃和28 ℃下蛹至羽化出成蟲的時(shí)間延遲了3~4 d,18 ℃下則相應(yīng)延遲了7 ~ 8 d,低溫18 ℃下導(dǎo)致短期氣調(diào)環(huán)境中害蟲發(fā)育延遲異常明顯。在98%氮?dú)庵袣埓嬗及l(fā)育為成蟲的時(shí)間在18、23和28 ℃下分別為27、20 d和14 d,氣調(diào)時(shí)間延長(zhǎng)而未到完全致死害蟲時(shí)間,其存活的蛹發(fā)育時(shí)間延遲更加顯著。98%的氮?dú)鈿⑾x濃度下未致死的蛹可發(fā)育羽化出成蟲,溫度降低蛹的發(fā)育歷期更加延遲。
非氣調(diào)環(huán)境中28 ℃溫度下從幼蟲發(fā)育至羽化出成蟲需要14 d,之后溫度每降低5 ℃幼蟲發(fā)育至成蟲的歷期相應(yīng)延遲2 ~ 3 d,溫度對(duì)幼蟲發(fā)育影響顯著。98%氮?dú)鈿庹{(diào)7 d后在溫度28 ℃時(shí)幼蟲發(fā)育至成蟲延長(zhǎng)至32 d,溫度降至23 ℃和18 ℃幼蟲發(fā)育至成蟲相應(yīng)延遲2 d和4 d,高氮?dú)⑾x濃度延遲幼蟲發(fā)育期明顯,溫度降低幼蟲在短期氣調(diào)后發(fā)育期延遲也同樣顯著。長(zhǎng)期98%氮?dú)鈿庹{(diào)未至完全死亡,其存活的幼蟲在溫度28 ℃時(shí)發(fā)育至羽化出成蟲時(shí)間延長(zhǎng)到了39 d,23 ℃和18 ℃相應(yīng)延遲了3 d和8 d。同樣長(zhǎng)期氣調(diào)殺蟲濃度下存活幼蟲發(fā)育至羽化為成蟲的時(shí)間更加延遲,且溫度降低對(duì)該發(fā)育期的延遲更加明顯。
米象在正常氣體中28 ℃溫度下從卵發(fā)育至羽化出成蟲經(jīng)歷了25 d,之后溫度每降低5 ℃卵發(fā)育至成蟲的歷期也相應(yīng)延遲了3 d以上,這種延遲包括了低溫對(duì)卵期的延長(zhǎng),以及對(duì)幼蟲和蛹發(fā)育期的延長(zhǎng)。98%氮?dú)鈿庹{(diào)7 d后卵在28 ℃溫度發(fā)育至成蟲需要46 d,比正常氣體環(huán)境中相應(yīng)延遲了21 d,23 ℃和18 ℃溫度下相比較28 ℃分別延遲了2 d和5 d。98%氮?dú)鉂舛戎型耆滤罆r(shí)間前殘存的卵在28 ℃時(shí)發(fā)育至羽化出成蟲經(jīng)歷了48 d,23 ℃和18 ℃時(shí)相應(yīng)的歷期也分別延遲了6 d和11 d,溫度對(duì)卵至成蟲發(fā)育歷期的影響程度與幼蟲期和蛹期相似。
總體上,98%高氮缺氧環(huán)境中米象隱蔽蟲態(tài)在接近死亡前如果脫離氣調(diào)環(huán)境,許多個(gè)體可以存活,并且可發(fā)育羽化出成蟲。此過(guò)程中溫度的降低可顯著延遲害蟲的發(fā)育歷期。
表5 非氣調(diào)和氣調(diào)不同時(shí)間的非成蟲態(tài)米象
氣調(diào)殺蟲中溫度影響明顯,害蟲致死時(shí)間隨溫度降低而延長(zhǎng)[22]。在高濃度CO2(90%~95%)和低氧(0.7%~2.1%)環(huán)境中,34 ℃溫度下經(jīng)過(guò)10 d米象和玉米象成蟲可完全死亡,22 ℃溫度下則要經(jīng)過(guò)26 d的時(shí)間方可完全死亡[25]。關(guān)于氣調(diào)中溫度較低時(shí)對(duì)成蟲的殺蟲效果也有所降低[18, 22, 28, 29],氣調(diào)中低溫對(duì)隱蔽性蟲態(tài)的致死效果與影響報(bào)道少見(jiàn)。本研究說(shuō)明98%氮?dú)猸h(huán)境中米象不同蟲態(tài)間的致死時(shí)間差異顯著,成蟲對(duì)此環(huán)境的耐受力最小,氣調(diào)中為了保障完全致死害蟲以致成功,應(yīng)充分考慮處理過(guò)程對(duì)耐受力最強(qiáng)蟲態(tài)的完全致死效果。鞘翅目害蟲如谷象、米象、煙草甲和藥材甲等的蛹期對(duì)氣調(diào)的忍耐性最強(qiáng),其次是卵和幼蟲,多表現(xiàn)為成蟲對(duì)氣調(diào)最敏感[9,12,14]。本研究表明,在18、23 ℃和28 ℃各個(gè)溫度條件下,米象對(duì)氣調(diào)的忍耐力強(qiáng)弱均大體可排序?yàn)椋河?卵>幼蟲>成蟲,實(shí)際氣調(diào)殺蟲效果評(píng)價(jià)中應(yīng)更加關(guān)注對(duì)米象蛹的致死效果。
適宜溫區(qū)內(nèi)溫度升高害蟲發(fā)育加快,呼吸需求大,氣調(diào)殺蟲環(huán)境下也易于死亡。在實(shí)際儲(chǔ)糧中低溫環(huán)境中也會(huì)有害蟲發(fā)生,此時(shí)因呼吸代謝相對(duì)小,氣調(diào)致死害蟲的時(shí)間會(huì)相應(yīng)延遲,但具體延遲時(shí)間的程度報(bào)道很少,尤其氣調(diào)對(duì)隱蔽蟲態(tài)的延遲程度更是關(guān)系完全殺蟲的效果。本研究結(jié)果提示,在98%的氮?dú)鈿⑾x濃度中實(shí)現(xiàn)完全殺蟲,對(duì)于米象(以對(duì)蛹的LT99值為參考)溫度23 ℃時(shí)要比28℃延長(zhǎng)10 d以上,18 ℃時(shí)要比23 ℃時(shí)延長(zhǎng)4 d以上,18 ℃時(shí)要比28 ℃延長(zhǎng)14 d以上。實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中,糧堆溫度常為不均勻分布,從保證完全殺蟲效果考慮,應(yīng)根據(jù)環(huán)境中最低溫度或最低生蟲部位的溫度保持氣調(diào)密閉時(shí)間。
在 25 ℃和70%R H的條件下采用98%~100%的氮?dú)鉂舛冗M(jìn)行氣調(diào)處理,19 d才可完全抑制玉米象的卵、蛹和幼蟲,11 d可以完全致死谷蠹成蟲,但要抑制其非成蟲蟲態(tài)則需要延長(zhǎng)至20 d[12]。溫度28 ℃下2%穩(wěn)定氧氣濃度條件下90 d對(duì)米象種群抑制率為99. 94%[17],說(shuō)明缺氧殺蟲環(huán)境中米象種群中有些個(gè)體可以長(zhǎng)時(shí)間存活。缺氧條件下長(zhǎng)時(shí)間種群抑制不能達(dá)100%的原因與米象隱蔽蟲態(tài)耐氣調(diào)性較大有關(guān),更與氣調(diào)過(guò)程中存活個(gè)體發(fā)育繁殖造成種群世代重疊,后代隱蔽蟲態(tài)耐力表現(xiàn)有關(guān)。本研究表明,98%高氮缺氧氣調(diào)時(shí)間不足時(shí),米象隱蔽蟲態(tài)在未被殺死的情況下脫離氣調(diào)環(huán)境可以存活并發(fā)育至成蟲羽化,此過(guò)程中溫度的降低可以延遲氣調(diào)環(huán)境下害蟲的發(fā)育歷期?;诖私Y(jié)果,在氣調(diào)殺蟲中對(duì)于保持殺蟲氣體濃度的時(shí)間可以參考正常氣體環(huán)境下的昆蟲發(fā)育參數(shù),但更要在相應(yīng)發(fā)育歷期參數(shù)基礎(chǔ)上延長(zhǎng)密閉氣調(diào)時(shí)間,環(huán)境溫度更低時(shí)延長(zhǎng)時(shí)間的幅度更大。