储粮害虫在线监测及其结果的评价利用

王殿轩 万家鹏 张 浩 白春启 李 慧 唐培安

(河南工业大学；河南粮食作物协同创新中心；粮食储藏安全河南省协同创新中心1，郑州 450001) (江西省粮食局2，南昌 33008) (江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心3，南京 210023)

储粮害虫在线监测及其结果的评价利用

王殿轩1万家鹏2张 浩1白春启1李 慧1唐培安3

(河南工业大学；河南粮食作物协同创新中心；粮食储藏安全河南省协同创新中心1，郑州 450001) (江西省粮食局2，南昌 33008) (江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心3，南京 210023)

介绍讨论了近期发展中的储粮害虫在线监测技术及研发状况，包括利用探管诱捕器在线诱捕监测、利用表面诱捕器在线诱捕、通过二氧碳浓度变化在线监测、利用摄像头在线监测等。提出了利用诱捕器在线监测储粮害虫时，监测结果以一定时间内诱捕到的害虫数量(头/7 d，或头/3 d)评价；利用摄像头远程监测时以间隔时间内设定面积内的害虫数量(头/格.7 d，或头/格.3 d)评价；在粮堆内二氧化碳浓度异常且高于邻近测点3倍以上，或某点二氧化碳浓度在1 000 mL/m3以上时进行粮堆害虫检查。对于诱捕器和摄像头的监测结果，以发生害虫数值最高点代表粮堆中的害虫发生情况。

储粮害虫 在线监测 效果评价 结果利用

储粮害虫发生监测是其综合防治和避免危害的重要基础，随时在线检测储粮害虫可以更早、更及时了解其发生情况以便防治决策。一些检查和监测储粮害虫的方法得到了不同程度的研究和应用[1-4]，但目前生产或规范中仍然是基于人工取样检测储粮中的害虫。人工入仓取样检查储粮害虫问题较多，除需要人力工时外，入仓检查工作还会在某些程度上影响仓内环境的稳定，如对于控低温储藏粮仓在夏季入仓过多会影响仓内低温环境，这对于粮堆无虫或基本无虫粮时更是如此。对于处于熏蒸过程和气调过程等的仓房，难以检查处理过程中害虫的存活情况或杀虫效果。再者，对于无虫粮或基本无虫等级[5]的储粮，通常的例行入仓取样检查虫情也存在资源和时间上的浪费等。利用害虫的行为习性，在粮堆设置诱捕器检查害虫的发生情况在国外应用较多，也有不同形式的诱捕器得到了研究和应用，如探管诱捕器、表面诱捕器等[1-2,6]。这些诱捕器预置于粮堆中以适时检查其中害虫有无或多少，可以实时或在线诱捕害虫，但检查诱捕器内的害虫仍然需要人工操作。现代信息技术发展迅速，在害虫诱捕器上配置以电子感应和信息传输技术，即成为监测储粮害虫的传感器。这样，即产生了在线监测储粮害虫的系统装置。这里所谓“在线”可以理解为有两层含义，一是诱捕器即时设置于粮堆时刻等待害虫进入而“在线”，二是诱捕器内的害虫监测结果可通过信息采集、传输以实现远程即时察看而“在线”。另外，粮堆表面害虫的存在与活动的信息可以被高清视频装置拍摄或采集，这些视频信息可以进行即时在线监测或远程察看，使得储粮害虫的视频在线监测成为可能或可行。在相对封闭的粮仓内，一定条件下害虫的活动可在一定程度使二氧化碳浓度升高，对二氧化碳浓度可以进行在线远程监测，从而使得通过二氧化碳浓度变化在线监测害虫发生情况成为可能。

虽然诱捕到的害虫可以被直接监测到、二氧化碳浓度的变化可以被检测到、粮面的活动的害虫可以被视频监测到等，但这些结果如何合理表达以说明害虫发生状况、表达的数据如何与现实粮情结合以说明问题或指导生产、这些结果数据与规范中通用的取样筛检害虫结果关系如何等尚且缺乏相关研究，从而也是阻碍这些在线监测技术推广应用的技术关键。结合以上这些技术的研发和实际应用效果，提出了其“在线”监测害虫之结果的评价方法、所得结果的应用建议等，以期为储粮害虫检测技术的自动化、信息化(智能化)等提供参考。

1 储粮害虫在线检测技术研究与发展

1.1 害虫诱捕在线监测技术

采用诱捕器检测储粮害虫在国内外都有研究与应用，其中技术原理、适用的场所与目的等也不同。用于害虫防控的诱捕器还可以辅助以昆虫信息素、引诱剂等以增加诱捕效果。用于储粮害虫检查监测时，诱捕器中一般不使用昆虫信息素或引诱剂。害虫诱捕器的主要使用方式为将其预置于粮堆中，间隔一定时间取出检查其中害虫情况。目前可以配套远程检测和图像信息技术的诱捕装置已得到开发和应用，主要是以探管式害虫诱捕器上配套电子感应或仓外装置，再结合信息采集、通讯、网络技术实现远程害虫在线监测。具有代表性的有粮仓害虫仓外采集检测系统、电子感应探管诱捕、粮面波纹诱捕装置等。

1.1.1 探管诱捕在线监测技术

1.1.1.1 粮仓害虫仓外采集检测系统

粮仓害虫仓外采集检测系统已在国家“互联网+粮食”、粮库智能化建设项目中得到一定应用[7]。该系统主要由设于粮堆内部的探管诱捕器、害虫仓外自动取样装置、主控机、分机、中心计算机、无线收发系统和辅助软件等组成，可以通过网络进行远程监测与控制。在其工作运行中，粮堆内探管诱捕器诱捕到的害虫，可由仓外自动取样装置的主控机连动分机进行通道选择，分别将所选诱捕器中的害虫提取至仓外主控机，主控机中安装的光电计数系统对害虫统计检测，再将检测的信息无线传递给远端中心计算机，可利用辅助软件时跟踪监测。其中，探管诱捕器+配套害虫检测与信息传输装置构成了新型害虫传感器。

1.1.1.2 电子探管诱捕器监测装置

电子探管诱捕器(Electronic Grain Probe Insect Counter，EGPIC)由探管诱捕器、红外光感应头、感应计数装置、计算控制软件等组成，目前在国外内均有研究和试应用。其诱捕器设于粮堆内部后，害虫在落入诱捕器的过程中被红外感应器检测到，其信息通过检测计数装置和相应的软件系统统计，以实现远程害虫检测计量与控制。经试验，其有效诱捕的害虫包括锯谷盗Oryzaephilussurinamensis(L.)、米象Sitophilusoryzae(L.)、长角扁谷盗Cryptolestespusillus(Schonherr),赤拟谷盗Triboliumcastaneum(Herbst)等[1-2]。

1.1.2 表面诱捕在线监测

1.1.2.1 波纹板害虫诱捕器

波纹板害虫诱捕器主要由内含诱虫通道的波纹板和集虫杯构成，波纹板夹层内部设放射形状诱虫孔道。波纹板上设有摄像头，摄像头通过数据线与计算机相连接，或通过无线网络与手机中进行监测(图1)。集虫杯内侧设有防止害虫逃逸的涂层，集虫杯底为平面以承载害虫，便于图像拍摄和采集。通过配套的摄像头可以进行远程在线监测，也可进行图像采集监测等。

图1 波纹板诱捕器剖面图

1.1.2.2 表面粘虫板诱捕器

在平面纸板上涂布诱捕物质及粘虫胶，在平面板上设置摄像头并进行远程监测配置，成为表面粘虫板在线监测装置。储粮害虫被引诱至粘虫面上后，即可被远程摄像监测。

1.2 二氧化碳浓度在线监测害虫

在相对封闭的粮仓或粮堆内，储粮害虫的活动可导致二氧化碳发生显著变化时以辅助用于虫情监测。例如，在20、25 ℃的温度下，封闭容器中玉米象的密度分别为0、2头/kg的小麦中堆，不同时间后二氧化碳浓度及变化如表1[8]。

表1 不同温度下不同玉米象密度的小麦堆中不同时间的二氧化碳浓度/%

注:结果为平均值±标准差(P<0.05)。小写字母表示相同密度不同检测时间结果的差异性,大写字母表示同一检测时间不同密度下结果的差异性，下同。

表1说明，封闭环境中害虫密度处于基本无虫粮等级的安全水分小麦中，经过约2周时间，有虫粮中二氧化碳浓度即显著升高，且粮温高时差异更显著。在储粮质量正常、水分含量安全等情况下，相对封闭的粮堆中二氧化碳浓度异常升高的原因主要是害虫危害、取食、代谢所致。20 ℃的温度下，2头/kg玉米象的小麦中，其中二氧化碳浓度在约40 d后达1%以上，为无虫粮堆中的4倍多，25 ℃的温度下，二氧化碳浓度在30 d时即达1%以上，为无虫粮堆中的5倍多，较高的温度促使昆虫呼吸产生更多的二氧化碳。

1.3 粮面害虫的远程视频监测

在中国的“智能化”粮库建设中，通常装备了“智能”出入库、粮情远程监测、粮食数量在线监测等技术。其中的远程操控360度旋转、23倍变焦等的摄像头，可以远程看到仓内粮面上的每一个部位，镜头拉近放大后，甚至可看到微小害虫书虱及其活动情况。

2 储粮害虫在线监测技术的研究应用与效果

2.1 诱捕器诱捕害虫实仓应用效果

表2为在郑州某粮库的高大平房散储小麦粮堆中探管和波纹板诱捕器诱捕储粮害虫的实仓监测结果。在仓房四角与中部分别选一监测区，每区分别设置探管诱捕器、波纹板害虫诱捕器和取样筛检点，其间相距约3 m，取其中一点的监测结果说明探管诱捕器与波纹板害虫诱捕器检测害虫的效果差异。

表2 2种诱捕器与取样筛检小麦粮堆表面害虫数量

从表2中可以看出，同一检测时间下探管诱捕器每周诱捕到书虱的数量显著大于波纹板诱捕器诱捕数量和取样筛检的害虫数量，波纹板诱捕器每周诱捕到书虱的数量与取样筛检数值相当。在取样筛检始终未能检测到印度谷螟的情况下，自2016年6月20日至8月8日探管诱捕器中每周均有印度谷螟Plodiainterpunctella(Hubner)被检测到。在取样筛检始终未能检测到玉米象S.zeamais、锈赤扁谷盗C.ferrugineus的情况下，自2016年7月10日至8月8日探管诱捕器中每周均能检测到玉米象、锈赤扁谷盗。2种诱捕器均可比取样筛检能够且早期发现印度谷螟、玉米象、锈赤扁谷盗等害虫。可以看出，在粮堆中设置诱捕器后，间隔一周的时间检查可较早、较多地检测到害虫并可量化害虫数量。这些诱捕器诱捕到害虫的结果，均可通过仓外提取装置或摄像头进行监测，可以即时在线监测粮堆中诱捕到的害虫情况。

2.2 利用二氧化碳浓度监测粮情

通过粮堆中二氧化碳浓度的变化监测储粮害虫发生情况的研究较少[8]。较多的是通过二氧化碳浓度监测粮堆中微生物的活动，如高水分粮中微生物活动导致二氧化碳浓度偏高[3]，偏高的二氧化碳浓度说明了微生物的活动导致粮情不稳。对于正常或安全水分的粮堆，微生物会处于不活动状态，一般也不会因其致使二氧化碳浓度偏高。在储粮水分安全无霉变的背景下，粮仓中的二氧化碳浓度如有异常升高，则主要是因害虫而起。例如，在高大平房仓中，当粮堆中局部因虫或霉导致二氧化碳浓度异常偏高，检测二氧化碳较为敏感的范围会出现在虫或霉危害点的左右及下部约2 m范围，以及其上部约1 m的范围[3]。再如，通常正常储藏的粮堆中二氧化碳的浓度多在400～500 mL/m3，当粮堆中因霉活动可导致二氧化碳浓度达500～1 200 mL/m3，因害虫活动可导致二氧化碳浓度达1 500～4 000 mL/m3[4]。

2.3 视频监测

目前，许多中央储备粮库和部分地方粮库在粮仓中设置了高清摄像装置。该装置安装于粮仓空间中部一侧，可以远程对仓内和粮面进行视频监测，局部放大后可以看清楚粮面的细节情况。如图2所示，其中深暗色小点即为某粮库仓储稻谷粮面上较多的书虱发生状况，可以看出比稻谷籽粒小得多的书虱在摄像中清晰可见。这类装置可以进行粮面害虫的在线监测。

图2 摄像头下稻谷粮面上书虱发生状况

3 在线监测害虫结果的表达与应用

3.1 在线诱捕监测结果的表达与应用

对于在线害虫探管诱捕器装置中的害虫监测，可以随时在线检查诱捕到害虫的结果。采用仓外提取装置进行监测时，可在对装置提取害虫的过程中计量害虫数量，并对提取到集虫瓶中的害虫进行图像采集和种类识别。对于光电感应计数的探管诱捕器，则可直接计量进入诱捕器集虫部位的害虫数量。对于表面诱捕器诱捕到害虫的情况可以直接观测所采集图像中的害虫出现情况。诱捕器诱捕到害虫的数量会受多种因素的影响，如害虫的种类、虫态及习性影响其进入诱捕器的行为与结果，环境的温度影响害虫的活动程度及趋向，检查监测的时间间隔影响每次检查的结果等。因此，建议对探管诱捕器中出现的害虫评价时，粮温低于25 ℃时，按每个诱捕器中每周检测1次发现的头数表达，即单位为：头/7 d；当粮温高于25 ℃时，按照头/3 d计。同一粮堆中不同诱捕器分别监测到不同的害虫数量时，以最高点的数量代表全仓。至于如此计量的结果对生产应用的指导，如果在一定条件下掌握规范中取样检查结果与诱捕监测结果的相关关系，则可以按照规范的虫粮等级标准加以利用。在具体情况下诱捕到的害虫数量与取样过筛检查的结果不明确的情况，需要积累实际情况下的数据，以便加以分析总结后应用。需要注意的是，通常情况下诱捕器会比取样过筛检查早期发现害虫，这可以提醒人们早加防范或采取应有的防治措施。在发现害虫时，更应该根据发现的害虫种类具体情况具体分析，如果粮情稳定且诱捕发现的是主要害虫[5]，则应按照“治少、治早、治了”的原则加以防治。如果诱捕发现害虫不属于“主要害虫”，则采取防控措施以控制其种群发展。

3.2 在线二氧化碳气体监测信息采集与评价

在封闭或密闭的粮堆中，可即时在线监测检测二氧化碳气体浓度。在确认粮堆无霉变发生的情况下，当检测到的二氧化碳浓度异常高于正常或周边环境中的浓度时，可判断为因害虫导致二氧化碳浓度升高。对于粮堆内二氧化碳浓度异常情况可用该点该气体浓度异常高于周边点的倍数表示，或每周浓度增加值即“-%/周”表示。

3.3 远程视频监测粮面害虫的结果评价与利用

目前关于采用视频监测到粮堆表面有少量害虫发生时，监测的害虫与粮堆中实际发生害虫情况，或与规范方法下取样筛检害虫的结果关系鲜见报道。如现规范要求的基本虫粮等级标准中将甲虫和蛾害虫密度定为5头/kg以下，其中主要害虫2头/kg以下。该虫粮等级标准中没有关于书虱类害虫的具体要求，而近些年来书虱在储粮中发生普遍，对于其发生数量的容忍度和监测结果的评价值得探讨。对于在线远程视频监测器装置监测害虫发生时，建议在粮堆视频观测较清楚的位置设置至少3个方格纸板，通过观测方格中出现的害虫数量评价。方格纸板可以如A4纸大小，其上画出1 cm的方格若干，按纸板中害虫较多者评价。在这一纸板中取害虫较多的方格计量害虫数量。考虑粮温高时害虫活动度较大，可在粮温低于25 ℃时，以每个方格中每周检测1次发现的害虫头数表达，即用单位为：头/cm2.7 d；当粮温高于25 ℃时，按头/cm2.3 d表示。建议以3个观测方格中害虫数量最多的结果代表全仓。

[1]Flinn P W，Opit G P，Throne J E.Predicting stored grain insect population densities using an electronic probe trap[J].Journal of Economic Entomology,2009,102(4):1696-1704

[2]Epsky N D,Shuman D.Laboratory evaluation of an improved electronic grainprobe insect counter[J].Journal of Stored Products Research,2001,37(2):187-197.

[3]Zhang S,Zhai H C,Huang S X,et al.A site-directed CO2detection method for monitoring the spoilage ofstored grains by insects and fungi in Chinese horizontal warehouses[J].Journal of Stored Products Research,2014,59(1):146-151

[4]Maier D E,Channaiah L H,Martinez-Kawas A,et al.Monitoring carbon dioxide concentration for early detection of spoilage in stored grain[C].Proceedings of the 10th International Working Conference on Stored Product Protection.27 June to 2 July,2010,Estoril,Portugal

[5]GB/T 29890粮油储藏技术规范[S].北京：中国标准出版社，2013

[6]郑祯，王殿轩，周晓军，等.探管诱捕与取样筛检小麦粮堆表层储粮害虫的效果比较[J].河南工业大学学报(自然科学版),2017,38(2):116-120

Zheng Z，Wang D X，Zhou X J,et al.Comparison of monitoring efficacy between probe trap and sampling & seiving method for stored grain insect in top layer of wheat bulk[J].Journal of Henan University of Technology(Natural Science Edition),2017,38(2):116-120

[7]朱永士,任国正.浅谈害虫仓外采集检测技术的应用与推广[J].粮食流通技术，2004(4):24-25

Zhu Y S,Ren G Z.Application and promotion of insects outside warehouse collecting testing technology[J].Grain Distribution Technology，2004(4):24-25

[8]王殿轩，徐威，陆群.不同玉米象感染度的小麦储存环境中二氧化碳浓度变化研究[J].河南工业大学学报(自然科学版),2012,33(2):1-5

Wang D X，Xu W,Lu Q.Research on concentration change of carbon dioxide in stored wheat infested bySitophiluszeamaismotschulsky[J].Journal of Henan University of Technology(Natural Science Edition),2012,33(2):1-5

Application and Result Evaluation on Online Monitoring of Stored Grain Insect Pests

Wang Dianxuan1Wan Jiapeng2Zhang Hao1Bai Chunqi1Li Hui1Tang Peian3

(Henan University of Technology,Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops, Henan Collaborative Innovation Center of Grain Storage and Security1,Zhengzhou 450001) (Jiangxi Provincial Grain Bureau2,Nanchang 330008) (Jiangsu Collaborative Innovation Center of Modern Grain Circulation and Safety3,Nanjing 210023)

The online monitoring technology(OIMT)developed in recent years and the R&D status of stored grain insect was discussed in this paper,including online monitoring by probe trapping,online capturing by surface disc trapping,online monitoring on changing of carbon dioxide concentration and camera.In this paper,two different evaluation methods were proposed,when the trap was used for online-monitoring stored grain insects,the evaluation of the monitoring results was insect number trapped in traps per some days(e.g.adult/7 d，or adult/3 d),insect number per square centimeter in some days(e.g.adult/cm2.7 d，or adult/cm2.3 d)for video camera method.Sampling and sieving for insect monitoring should be carried out when concentration of carbon dioxide changed sharply,which included in the concentration in some point of grain mass was three times higher than the near location of grain bulk,or the concentration was more than 1 000 mL/m3in some part of grain mass.Both for insect trapping monitoring and video camera method the top number among of several points should be taken as the result of insect happened in the whole grain mass.

stored grain insect pests,online monitoring,techniques,effect evaluation,result utilization

S379.5

A

1003-0174(2017)11-0112-05

国家重点研发计划(2016YFD0401004)

2017-04-04

王殿轩，男，1962年出生，教授，储藏物害虫综合治理