適應(yīng)干旱地域環(huán)境的糧食儲存
——一種西澳大利亞地下儲糧方式探析

王祖遠(yuǎn)，郭嬋姣

（1. 河南工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院，河南 鄭州 450001；2. 河南工大設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州 450001）

從世界范圍看，自新石器時期（Neolithic Period）就有大量關(guān)于地下儲糧窖穴的考古發(fā)現(xiàn)。人類祖先也曾廣泛利用寒冷天氣進(jìn)行水果、蔬菜的貯藏[1]。歷史時期中的地下儲糧（Underground Grain Storage）便宜且簡單，通過營造一個排除空氣的密閉隔絕環(huán)境來實(shí)現(xiàn)糧食經(jīng)久貯而不壞之目的。地下儲糧方式在中國同樣具有悠久的歷史，自古有“深藏勝倉庾”[2]的文獻(xiàn)記述，顯示出其對于糧食長期存放的有效性。也有“粟藏九年，米藏五年”[3]之說，透露出因貯存糧食種類的不同，而導(dǎo)致糧食存儲年限之間的差異。

澳大利亞糧食作物主要是小麥、大麥、燕麥、稻谷等，集中分布于東南沿岸及西澳兩個地區(qū)[4]。近期西澳大利亞州政府（Government of Western Australia）在其官網(wǎng)上介紹了一種適應(yīng)西澳洲干旱地域環(huán)境的地下儲糧方法。幾位澳洲西部的農(nóng)民將谷物埋藏儲存于地下，他們發(fā)現(xiàn)這是一種廉價(jià)并且可靠的方法，可以在飼料短缺時保存過?；驕N的糧食谷物，其他人也能在糧食過剩時考慮采用類似的儲糧方式保存谷物。這項(xiàng)工作也受到了澳大利亞“第一產(chǎn)業(yè)與區(qū)域發(fā)展部門”（Department of Primary Industries and Regional Development）的支持。該部門是西澳州政府中關(guān)于初級產(chǎn)業(yè)和區(qū)域發(fā)展部的農(nóng)業(yè)和食品部門，目標(biāo)是致力于發(fā)展和保護(hù)本州的農(nóng)業(yè)和食品。經(jīng)貯存實(shí)踐后表明糧食的劣化程度較小，最長可儲存達(dá) 11年?！暗谝划a(chǎn)業(yè)與區(qū)域發(fā)展部門”監(jiān)督了 3次地下儲糧實(shí)驗(yàn)，共涉及存儲5 t、50 t和120 t谷物。Salmon Gums研究站[5]（Salmon Gums Research Station）將其設(shè)計(jì)成一個真實(shí)農(nóng)場規(guī)模的大型實(shí)驗(yàn)（圖1）。經(jīng)過一段時期的封閉貯存之后，儲藏坑（storage the pit）被打開，幾乎所有的谷物粗糧都處于保存良好的狀態(tài)。若遵循一些基本的建造準(zhǔn)則，采用該地下儲糧方法可能對西澳谷物產(chǎn)區(qū)的長期儲存具有價(jià)值[6]。

圖1 西澳洲糧食種植與收獲概況Fig.1 Grain planting and harvesting in Western Australia

澳洲農(nóng)場主通常情況下的自備糧庫倉容在500～1 000 t，大型糧庫不超過3 000 t[7]，但在西澳洲采用了一種具有地域特征的糧食儲藏方式。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民將該類地下儲糧稱為“Pit Storage”，在劍橋英語中將Pit翻譯為：一個大孔在地面，或稍微低于區(qū)域中的任何表面（a large hole in the ground, or a slightly low area in any surface）[8]，顯示出澳洲人在描述該種地下儲糧方式時，仍認(rèn)為其是類似于坑的形態(tài)類型，不同于中國歷史時期中采用的“窖”、“竇”、“窌”等詞匯。本文中將英文表述中涉及Pit的表達(dá)，統(tǒng)一翻譯為“坑”。除此之外，英文中還有如Underground Silo（地下筒倉）、Underground Cellar（地下窖穴）、Underground Warehouse（地下庫房）、Surface Storages（地表層儲存）、Buried Containers（埋地容器儲存）等不同方式，以表明儲藏行為在功能與形式上的區(qū)別。

1 西澳大利亞的地域環(huán)境

澳大利亞糧食主產(chǎn)區(qū)為新南威爾士、維多利亞、南澳、西澳和昆士蘭等 5個州[9]，該新月狀條形地帶被稱為澳洲的“小麥、綿羊帶”[10]。西澳大利亞州（Western Australia，簡稱WA）是澳大利亞最大的州（圖2），土地總面積為2 527 013平方公里（975 685平方英里），約站澳洲總面積32.9%。截至 2021年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，該州居民約 267萬，占該國總?cè)丝?0.4%，其中絕大多數(shù)（92%）居住在西南區(qū)域；79%的人口居住在珀斯（Perth）地區(qū)[11]。該州中部約三分之二的地區(qū)氣候干旱且人煙稀少，唯一重要的經(jīng)濟(jì)活動是采礦。年降雨量平均小于300 mm（8～10 inch），大部分發(fā)生在與夏季氣旋事件相關(guān)的零星暴雨中[12]。自 20世紀(jì)初西澳洲改變了原有的包糧運(yùn)輸方式而采用散糧運(yùn)輸，極大降低了流通成本[13]。該州干旱的氣候環(huán)境，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民進(jìn)行地下儲糧提供了天然有利的自然條件。

圖2 西澳大利亞在澳洲中所處地理位置圖Fig.2 Map of the geographic location of WA in Australia

2 西澳洲儲藏坑的建造

2.1 儲藏坑的選址

將糧食進(jìn)行地下貯存時，首先，選址最好位于區(qū)域中的景觀高地，保持基地“高而干燥（high and dry）”，地質(zhì)穩(wěn)定并遠(yuǎn)離地下水的侵?jǐn)_。其次，需將谷物內(nèi)的水分進(jìn)行排除，以控制含水率。建造儲藏坑時要保證地表水或地下水不易流入坑內(nèi)，還應(yīng)便于雨水向外排出，而不被儲藏坑吸收。選擇高地與適宜的土壤，可以保證貯存糧食的干燥狀態(tài)，粘土（Clay）或礫巖（Conglomerate）是最適合建造儲藏坑的土壤，其直立性能較好，可使坑邊保持垂直并不易倒塌，也易在坑上形成積水坑。再次，需要保證一年中的任何時候都能夠方便車輛通行，因此一個干凈且排水良好的場地是十分必要的?？蓪Σ乜咏ㄔ煸诩Z食生產(chǎn)區(qū)或牲畜投喂區(qū)附近，這樣更便于糧食收獲與食用。最后，如果要建造多個儲藏坑，則應(yīng)保持適當(dāng)?shù)目娱g距，這樣可有效避免儲藏坑中排出的水流入周邊坑中，而導(dǎo)致內(nèi)部貯存谷物的損壞。

2.2 儲藏坑的建造方式與構(gòu)造處理

對于儲藏坑的形態(tài)控制上，多種形狀的開挖坑均適用糧食儲藏，但究竟采用何種形式建造，主要取決于農(nóng)民已擁有的可供處理糧食進(jìn)出作業(yè)的設(shè)備情況。如果在地面上采用螺旋鉆（Auger）來清除谷物，則儲藏坑末端則應(yīng)盡可能的保持垂直，坑內(nèi)余糧可采用螺旋鉆將其推至地面。在圖3中展示了一種具有典型性且?guī)в卸盖瓦吘墐Σ乜拥某叽?，其中約可容納貯存100 t燕麥。糧食進(jìn)坑作業(yè)中的大部分操作可通過在坑陡峭一側(cè)的末端傾倒谷物進(jìn)行填充，最后用螺旋鉆裝滿。如果卡車、前端裝載機(jī)或其他設(shè)備在裝填或清除谷物期間在坑內(nèi)工作，則一端的坡度不得超過三分之一（圖4）。與之前儲藏坑的設(shè)計(jì)一樣，最好是采用螺旋鉆進(jìn)行滿倉作業(yè)。由于存在土壤塌方的風(fēng)險(xiǎn)，因此從垂直側(cè)面進(jìn)行谷物翻倒作業(yè)通常是不安全的。儲藏坑體積可根據(jù)需要貯存的谷物數(shù)量進(jìn)行挖掘，坑內(nèi)最終裝糧高度應(yīng)略高于地表，這樣形成的隆起有利于雨水排出。

圖3 可貯存約100 t谷物的儲存坑斷面尺寸Fig.3 The section size of the storage pit that can store about 100 tons of grain

圖4 允許儲存坑車輛通行的斷面尺寸要求Fig.4 Requirements for the cross-section size of vehicles allowed to pass through the storage pit

每噸谷物的體積大約是小麥 1.3 m3，大麥1.6 m3和燕麥 1.9 m3。儲藏坑深度以基地現(xiàn)場情況與挖掘機(jī)允許作業(yè)的最大范圍內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)。一般儲藏坑寬度大約是推土機(jī)鏟刀寬度的 1.5倍，而儲藏坑存糧所需容積則由坑長來實(shí)現(xiàn)。挖掘時土壤從每一端推出并移開，以便在填充過程中進(jìn)入。當(dāng)前端裝載機(jī)（Front-end Loader）要清除谷物時，可以沿地板放置管道（Pipe）或鋼制滑軌（Steel Skid Rails）作為鏟斗底座。在建造材料選擇上，因在澳洲會受到白蟻攻擊，故木材不適合在此環(huán)境下使用。

針對儲藏坑內(nèi)襯（Lining）的處理上，經(jīng)過一位西澳洲農(nóng)民在325 mm降雨區(qū)的儲糧實(shí)踐，取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該儲藏坑內(nèi)沒有采用任何形式的襯砌做法，在緊貼儲藏坑側(cè)面僅有幾厘米的谷物變質(zhì)。這樣的糧食損耗與建造儲藏坑內(nèi)襯壁造價(jià)相比較，對坑壁不做任何處理應(yīng)是經(jīng)濟(jì)且高效的。因此，需要在糧食損耗與建造儲藏坑底襯中做出經(jīng)濟(jì)權(quán)衡。同時他還建議不要在儲藏坑底鋪設(shè)內(nèi)襯，任何進(jìn)入谷粒的水應(yīng)該讓其慢慢流干。在該部門挖掘的實(shí)驗(yàn)坑中嘗試了采用內(nèi)襯0.1 mm黑色聚乙烯（Black Polythene）的構(gòu)造做法。如果坑內(nèi)有襯里，則所有水平接縫必須與較低接縫外的較高接縫重疊，以使水從板材外側(cè)流下，而不進(jìn)入谷物。若以合適重量的土壤覆蓋其上，則在排空雨水這一過程中，坑邊土壤幾乎不會對內(nèi)所貯藏的谷物產(chǎn)生污染。

在對儲藏坑回填土壤的處理上，確保坑和內(nèi)部儲存物盡可能干燥是非常重要的。貯存谷物的含水率最好控制在13%以下。如果在糧食收獲之前開挖儲藏坑，通常在高處，土壤受潮的可能性很小。如果降雨已將土壤淋濕，或儲藏坑內(nèi)存有前一個冬天的積水，則必須將水抽干并使土壤充分干燥之后，方可進(jìn)行糧食貯存。在對澳大利亞東部儲藏坑的實(shí)驗(yàn)中，通過在坑中燃燒木材，使儲藏坑內(nèi)土壤變得干燥，這樣的做法與中國歷史時期窖藏糧食的做法極其類似。隋唐時期沿大運(yùn)河布局了多座轉(zhuǎn)運(yùn)倉，當(dāng)時官方的地下倉窖多采用火烤窖穴壁，使窖壁土壤變得干燥并形成陶化表面，窖內(nèi)襯采用“席子夾糠”的方式[14]，來達(dá)成糧食與土壤之間的隔絕疏離。

對儲藏坑頂部覆蓋物的處理上，其做法為在壟溝的谷物與坑兩側(cè)鋪設(shè)大約2 m寬的聚乙烯薄膜（Polythene），并且薄膜應(yīng)在邊緣上重疊至少20 cm，應(yīng)采用完整薄膜覆蓋而不能使用拼接膜。中等等級0.1 mm厚度的聚乙烯膜比0.05 mm厚度的板材更能抵抗上部塊狀覆蓋層的破損。而對于片材（Sheeting）通常不會重復(fù)使用，由于其成本低廉并且在揭開作業(yè)過程中會發(fā)生難以避免的損壞。

經(jīng)上述處理的儲藏坑，可達(dá)成抑制蟲害的糧食儲藏環(huán)境。聚乙烯覆蓋層隔絕了滲入土壤中大部分水分的侵?jǐn)_，并對沖擊土壤的降水形成有效抵御。在選擇干燥場地后，注意形成疏水覆蓋物（a Water-shedding Cover）是地下儲糧的最重要方面，其目的是為達(dá)成在光滑覆蓋物（a Smooth Covering Mound）上形成雨水的快速徑流（Quick Run-off），同時要有足夠的土壤深度來排除空氣并保護(hù)谷物免受溫度變化的影響。土壤覆蓋層厚度通常約30 mm，并傾斜至遠(yuǎn)離坑邊的水平地面處。糧食在儲藏坑中經(jīng)上部聚乙烯和土壤覆蓋后可能需要貯存10年或更長時間。對儲藏坑邊緣的標(biāo)記，可采用釘子釘住坑角部，以方便再次打開坑時的查找定位。一種經(jīng)改進(jìn)后以聚乙烯連接至焊接鋼網(wǎng)的密閉蓋子，可加快儲藏坑的打開速度。同時，還需保證其長度足以跨越儲藏坑上部，并以與覆蓋時相反的順序進(jìn)行移除。一旦覆蓋層被刮板（Blade）或裝載機(jī)（Loader）減少至約20 cm厚時，網(wǎng)狀部分和剩余的土壤就可以整體被拖走，而幾乎不會對坑內(nèi)谷物造成土壤污染（圖5）。

圖5 地下儲糧常用處理方式簡圖[15]Fig.5 Schematic diagram of common processing methods for underground grain storage[15]

與之相對照，在澳大利亞東北部的昆士蘭州（Queensland）采用了一種位于地面之上的土墻地堡（Bunker Store）來貯存糧食（圖6）。具體做法為將谷物放置在經(jīng)淺開挖、平整且排水良好的地表之上，糧食上部用塑料布覆蓋。一個地堡可貯存25 000至50 000 t谷物，每年有數(shù)百萬噸糧食儲存在這種類型的地堡中。上述儲糧方式是自20世紀(jì) 70年代從澳大利亞引入中國、在河南等地大量使用“土堤倉”的改進(jìn)型。土堤倉則是以土堆為堤，內(nèi)存散糧，上覆蓬布的儲糧形式，其作業(yè)形式均采用機(jī)械裝卸輸送設(shè)備[17]。表層糧溫易受氣候條件的影響，在如前所述的儲糧坑上覆30 cm土層，使得表層糧溫受外界影響較少。

圖6 澳大利亞昆士蘭州使用的土墻地窖貯糧的橫截面[16]Fig.6 Cross section of typical pad storage used in Queensland, Australia[16]

盡管這種糧食存放方式仍存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，但若周邊環(huán)境排水良好，并定期檢查上部塑料蓋是否損壞，通常糧食損失率小于0.1%。澳大利亞目前防治糧食害蟲的主要手段是谷物防護(hù)劑與熏蒸藥劑[18]。這種地堡在保持密閉的前提下，適合用磷化氫熏蒸且建設(shè)資本成本低，但運(yùn)營維護(hù)成本較高，因?yàn)樘畛?、覆蓋及清空它們需要耗費(fèi)一定的人力。

2.3 儲藏坑的維護(hù)與安全運(yùn)營

在儲藏坑建造好的第一個冬天，土壤覆蓋層在沉降后，需對其重新平整，消除糧食空洞并將積水排出，同時還需檢查周邊地區(qū)是否有積水洼地的情況，定期檢查是否有大鼠（Rats）和小鼠（Mice）的活動。在糧食轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，儲藏坑一旦被打開，應(yīng)迅速清空，以避免受到雨水損壞和昆蟲的侵?jǐn)_。在中國歷史時期儲糧中，也有對儲糧窖穴一旦打開，便需“每出一屋一窖盡”[19]的文獻(xiàn)記述。整倉流轉(zhuǎn)有利于糧食儲存管理，便于對糧食儲存情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也減少了窖藏反復(fù)開倉所導(dǎo)致的空氣進(jìn)入。如果谷物要保存超過1個月左右，應(yīng)將其轉(zhuǎn)移至密閉筒倉內(nèi)，通過熏蒸的方式控制谷物蟲害。在短期內(nèi)當(dāng)儲藏坑被打開時，也須準(zhǔn)備好足夠的糧食臨時存儲方式。敞開的儲藏坑會對人和牲畜構(gòu)成安全隱患（圖7），因此，在儲藏坑附近活動時應(yīng)格外小心。當(dāng)在地面上操作螺旋鉆清空坑內(nèi)谷物時，應(yīng)避免操作者落入坑中受到傷害。

圖7 西澳洲地下儲糧坑開挖[20]Fig.7 Excavation of underground grain storage pits in Western Australia[20]

在儲藏坑的造價(jià)中，其建設(shè)成本包括挖掘土方工程、覆蓋土壤和去除覆蓋層等因素，并受農(nóng)場設(shè)備情況、農(nóng)民時間投入等方面的影響。在糧食儲藏過程中，若能有效保證儲藏坑的選址，對其上部進(jìn)行有效覆蓋以防止內(nèi)部進(jìn)水，通常用于飼料的谷物質(zhì)量就不會惡化。經(jīng)實(shí)地儲糧實(shí)驗(yàn)，一個被埋藏6年的樣品仍然具有100%的發(fā)芽率，但一般不會對經(jīng)過這樣貯存的谷物進(jìn)行播種，因?yàn)橛酌绯苫盥士赡軙档汀?/p>

3 結(jié)語

全球化與地域性是當(dāng)今世界發(fā)展中必須面對的一對矛盾，如何針對地域性差異，展開具有當(dāng)?shù)靥厣募Z食儲存，值得進(jìn)一步深入研究探討。西澳大利亞農(nóng)民的儲糧坑，從選址、倉的結(jié)構(gòu)、儲糧原理、糧食管理等方面來看，與我國隋唐時期黎陽倉、回洛倉、含嘉倉等倉窖并無本質(zhì)差別，最大的不同體現(xiàn)在進(jìn)出糧方式上決定了倉的形態(tài)差異。因時代發(fā)展，古代中國糧食貯藏多依靠人工作業(yè)，將地下糧窖做成上寬下窄的圓形窖穴較為有利；而現(xiàn)代化的西澳大利亞多以機(jī)械化方式作業(yè)，將儲藏坑做成長條槽狀，從技術(shù)角度上較易實(shí)現(xiàn)。這也是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在尊崇該地區(qū)地理、氣候、降水等資源要素的前提下，用一種相對低廉的辦法實(shí)現(xiàn)了對谷物的有效儲藏，是極具特色且因地制宜的儲糧特色實(shí)踐。