模拟粮仓机械通风对嗜卷书虱防治效果研究

姜俊伊 石天玉 曹 阳 唐培安

(南京财经大学食品科学与工程学院;江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心1，南京 210023)

(国家粮食局科学研究院2，北京 100037)

我国仓储中常见且分布广泛的书虱种类有嗜卷书虱、嗜虫书虱、小眼书虱等［1］，书虱常栖息在粮堆表层，可引起粮堆发热、霉变，对储粮危害极为严重［2］。近年来储粮书虱不时爆发成灾，常规熏蒸、气调等储粮害虫防治工艺对其防治效果较差［1］，主要原因:一是书虱的食性极为广泛，嗜卷书虱至少可以取食30多种食物［3］，在小麦、水稻等谷物类粮食上发生严重，且书虱有极强的饥饿耐受能力，在一定条件下，嗜卷书虱不取食也能存活两个月以上［3］;二是书虱发育历期较短且部分种类(如嗜卷书虱)营孤雌生殖［4］，使其在粮堆内易大规模繁殖、爆发式增长;三是长期以来书虱的磷化氢抗药性较高，同时由于一些仓房气密性较差，导致书虱防治效果不理想，防治难度大。

粮堆生态系统是指粮堆内生物种群与仓内储藏环境组成的具有自我调节、有能量转化及物质循环的整体。它区别于其它生态系统的特殊性在于:粮堆生态系统是一个人工与自然复合的生态系统，粮食是其中的唯一能量来源［5］，其稳定性受粮仓和人为活动的制约。粮堆非生物因子包括:温度、水分(湿度)、气体成分、杂质以及地理位置、围护结构和堆积方式。在储藏过程中，各种成分相互影响和制约，并以不同的规律发生变化，从而导致储粮粮情发生相应的变化，严重时还会造成储粮结露、生虫、发热和霉变［6］。了解这些成分的变化特点和规律，并有效调控这些生物及非生物因子，对提高粮食储藏稳定性具有重要意义。

机械通风技术利用风机强制将外界环境气体与粮堆孔隙内湿热气体进行交换，调控粮堆整体或局部的温度与湿度，提高粮食储藏稳定性和安全性［7］。机械通风技术可以作为一种粮堆温湿度调控的有效手段，其工艺成熟、便于操作、成本低廉、应用广泛，在粮食仓储害虫防治、霉菌治理等工艺应用中发挥着不可替代的重要作用。

本实验以嗜卷书虱为研究对象，利用机械通风技术调控粮堆生态系统非生物因子(温度、湿度、气体成分等)，探究机械通风对嗜卷书虱的防治效果，控制嗜卷书虱种群数量，达到嗜卷书虱生态调控的目的。

1 材料与方法

1.1 试虫

嗜卷书虱成虫由国家粮食局科学研究院提供，为北京品系。饲料为小麦粉∶酵母粉=10∶1，含水量(12.5 ±2.0)%，饲养温度为(25.0 ±0.5)℃，湿度(75.0±5.0)%RH。实验采用羽化5～7 d的成虫。

1.2 小麦

实验小麦35 kg，其含水量为(12.0 ±1.0)%，将实验小麦水分调节至(13.5±0.5)%，此时粮堆的相对湿度为(70.0 ±5.0)%RH［5］。

1.3 实验装置

1.3.1 实验仓

本实验设计并制作了小型模拟实验仓，用于模拟粮库仓房机械通风系统及嗜卷书虱生存活动的粮堆生态环境，详见图1。

图1 实验仓示意图

实验仓筒体为亚克力材料，高90 cm、外径50 cm、厚度1 cm;通风筛板直径50 cm，开孔率为30%;通风管道直径5 cm、长55 cm，出风口为直径30 cm的喇叭口，便于气流均匀分布在粮堆底部。

模拟仓通风筛板上方装载实验小麦，模拟嗜卷书虱在粮堆表层的生存环境，实验粮堆内布设实验虫笼及温湿度传感器。

1.3.2 通风设备及测试仪器

HF－100S小型通风机(功率:35 W;主轴转速:2 600 r/min);温湿度检测系统;Em50 Digital/Analog Data Logger;数据采集记录设备;Temp/RH温湿度传感器探头:ECH2O Utility温湿度传感器软件(version 1.70);tes－1340热线式风速仪。

1.3.3 虫笼

使用密度为300目的纱布制作15 cm×24 cm一端开口的袋状虫笼，见图2。

图2 虫笼制作示意图

1.4 方法

1.4.1 实验仓测点布置

1.4.1.1 机械通风参数测点

距通风管道进风端5倍直径处［8］，有2个互成90°、直径12 mm的机械通风参数测试孔，此处气流稳定，测量准确，如图1所示。

1.4.1.2 粮堆内实验点及温湿度测点

如图3所示，将模拟仓装填至25 cm深，分别在5 cm和20 cm深处铺设虫笼，每层布8处实验点，实验点距仓壁5 cm呈圆形分布。在粮堆中线5 cm和20 cm深处埋设温湿度传感器探头，每隔20 min记录数据并定时下载。

图3 仓内实验点及温湿度检测点示意图

1.4.2 机械通风系统参数测定及计算

1.4.2.1 风机风速测定

实验采用分环法［8］计算测点位置，在测试孔处测得风机风速并记录测试结果。

如图4所示，虚线内圆形面积为π1，虚线与实线间圆环面积为 π2，令 π1=π2，计算半径 r=3.5，虚线上互成90°的4个点即为风机风速测试点。

图4 风机风速测点图

1.4.2.2 通风系统参数计算

式中:Q为机械通风系统总风量/m3/h;A为通风管道横截面积/m2;v－为平均风速/m/s;V为单位面积通风量/m/s;A1为仓体水平截面积/m2。

1.4.2.3 单位面积通风量

实验分别采用 0.033、0.048、0.062 m/s单位面积通风量进行机械通风，探究不同风量对嗜卷书虱的防治效果，通风系统参数详情见表1。

表1 机械通风系统参数

1.4.3 嗜卷书虱防治效果检测方法

1.4.3.1 虫笼制作

将30 g小麦、5 g饲料、100只发育完全的嗜卷书虱装入虫笼，按图2所示折叠并密封虫笼，按图3所示测点位置埋入粮堆，打开风机进行实验。

1.4.3.2 取样计数

每日定时按编号取出虫笼，记录机械通风处理后存活的嗜卷书虱数量，计数后嗜卷书虱及虫笼不放回粮堆。

2 结果与分析

2.1 机械通风时间对嗜卷书虱死亡率的影响

采用0.033 m/s单位面积通风量机械通风进行实验，随着机械通风时间延长，观察通风处理后嗜卷书虱死亡率变化，研究机械通风对嗜卷书虱的防治效果，如图5所示。机械通风由12 h至96 h，粮堆内嗜卷书虱死亡率由22.7%上升至83.7%。实验前24 h，实验仓与对照仓嗜卷书虱死亡率基本相同;实验至48 h，实验仓嗜卷书虱死亡率较对照仓高5%;实验至96 h，实验仓嗜卷书虱死亡率较对照仓高 17%，分别为83.7%、67.0%。

0.033 m/s单位面积通风量机械通风对嗜卷书虱的存活有影响，粮堆内嗜卷书虱死亡率随通风时间的延长而增加，当通风至60 h，嗜卷书虱死亡率为40%;当通风至80 h，嗜卷书虱死亡率高达80%。

图5 0.033 m/s单位面积通风量通风时间对嗜卷书虱的影响

2.2 不同单位面积通风量对嗜卷书虱死亡率的影响

实验采用不同单位面积通风量进行机械通风，对比分析粮堆内嗜卷书虱死亡率的变化差异。

由图6可知，0.062 m/s单位面积通风量通风由12 h至96 h，粮堆内嗜卷书虱死亡率由62.3%上升至93.8%;0.048 m/s单位面积通风量通风由12 h至96 h，粮堆内嗜卷书虱死亡率由47.8%上升至98.7% 。

图6 不同单位面积通风量通风对嗜卷书虱的影响

粮堆内嗜卷书虱初始死亡率随单位面积通风量的增加而增加，其防治效果与单位面积通风量的增加成正相关。嗜卷书虱虫体含水量高，当处于机械通风环境中时，通风带走体表水分，使其脱水死亡。单位面积通风量越大，风速越大，嗜卷书虱脱水速率越快，机械通风是造成嗜卷书虱死亡的主要原因之一。

0.033 、0.048、0.062 m/s单位面积通风量通风下，粮堆内嗜卷书虱死亡率达80%时所需时间分别为48、60、84 h。将不同单位面积通风量通风对嗜卷书虱防治效果的曲线进行方程拟合，如图7所示。

0.033 m/s单位面积通风量:y=8.222 6x+9.6107，R2=0.778 6;

0.048 m/s单位面积通风量:y=8.564 9x+36.364，R2=0.922 9;

图7 不同单位面积通风量通风对嗜卷书虱防治效果影响趋势

0.062 m/s单位面积通风量:y=4.890 5x+56.843，R2=0.874。

根据方程计算，当嗜卷书虱死亡率达100%时，0.033、0.048、0.062 m/s单位面积通风量通风所需时间分别为 132、89、106 h。

2.3 机械通风对不同取样层嗜卷书虱死亡率的影响

机械通风对不同取样层嗜卷书虱的防治效果，详见图8～图10。

图8 0.033 m/s单位面积通风量通风对不同取样层嗜卷书虱的影响

由图8可知，实验期间，实验仓不同取样层间嗜卷书虱死亡率差别较小，在±5%的范围内交替变化，即0.033 m/s单位面积通风量通风对不同取样层间的嗜卷书虱防治效果无差异。

由图9可知，实验期间，实验仓下层嗜卷书虱死亡率一直较上层高5%，0.048 m/s单位面积通风量对下层嗜卷书虱防治效果较好，是由于实验采用上行式通风，气流自下而上穿过粮堆，下层风速较大，对嗜卷书虱影响大。

图9 0.048 m/s单位面积通风量通风对不同取样层嗜卷书虱的影响

图10 0.062 m/s单位面积通风量通风对不同取样层嗜卷书虱的影响

如图10所示，通风前期，实验仓下层嗜卷书虱死亡率较上层高10%;通风中期，实验仓下层嗜卷书虱死亡率较上层高5%;通风后期，不同取样层间嗜卷书虱死亡率趋于相同。由于嗜卷书虱数量有限，随着通风时间的延长，嗜卷书虱死亡率不断升高趋于100%，不同取样层间差距逐渐减小趋于一致。

2.4 机械通风过程中温度及湿度变化对嗜卷书虱成虫的影响

2.4.1 温度变化对嗜卷书虱成虫的影响

机械通风过程中实验仓粮堆内温度在22～24.5℃之间，对照仓粮堆内温度在22～23℃之间。如图11所示。

图11 机械通风过程中粮堆内部温度变化

已有研究表明嗜卷书虱在20～35℃，55% ～85%RH时，可以满足其生长繁殖的温湿度要求［9－10］。本实验在预实验的基础上，选择温度范围为22～24.5℃，既能满足嗜卷书虱生长最适温度，又能模拟粮仓度夏书虱开始大规模发生时的温度。

2.4.2 湿度变化对嗜卷书虱成虫的影响

本实验初始湿度条件为71% ～73%RH，通风测试时实验仓的湿度逐渐降低，对照仓湿度基本不变，如图12所示。

图12 机械通风过程中粮堆内部湿度变化

通风结束时，0.033、0.048、0.062 m/s单位面积通风量机械通风实验仓粮堆内湿度分别为55.5%、53.7%、49.9%，由图 6 可得嗜卷书虱死亡率分别为 83.7%、93.8%、98.7%，两者成显著负相关。由图6和图12可知，机械通风过程中粮堆内湿度降低是造成嗜卷书虱死亡的主要原因之一，与王进军等［9］、孙冠英等［10］研究结论一致。

2.5 机械通风处理后填仓小麦含水量变化

用校准后的水分测定仪测定机械通风实验前后填仓小麦的含水量，探究不同单位面积通风量对小麦含水量的影响，为粮库工作者选取防治粮堆内嗜卷书虱的机械通风工艺提供参考。

图13 不同单位面积通风量机械通风前后小麦的水分含量变化

如图13所示，机械通风前后实验仓小麦的含水量大幅度减少，且下降幅度随单位面积通风量的增大而增加。0.033、0.048、0.062 m/s 单位面积通风量机械通风前后，小麦的含水量分别下降了1.26%、4.91%、5.70%。实验仓小麦粮堆水分减少主要原因是:一方面，实验仓单位面积通风量较大，采用开放式通风，水分减少较快;另一方面，模拟仓尺寸较小，实验粮食仅有35 kg，粮堆整体受外界环境和机械通风影响较大，小麦水分减少较快。

3 讨论与结论

3.1 0.033 m/s单位面积通风量机械通风对粮堆内嗜卷书虱有明确的生态调控效果，随着通风时间的增加，粮堆内嗜卷书虱死亡率可达到100%，使用机械通风进行粮堆内嗜卷书虱种群防控是可行的。嗜卷书虱虫体含水量高，当处于机械通风环境中时，通风带走体表水分，使其脱水死亡，机械通风是致使嗜卷书虱死亡的主要原因之一。

3.2 嗜卷书虱致死速率随机械通风单位面积通风量的增大而加快，其防治效果与单位面积通风量成线性相关。在 0.033、0.048、0.062 m/s单位面积通风量时，嗜卷书虱致死率与通风时间分别满足下列函数关系: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单位面积通风量通风下，粮堆内嗜卷书虱死亡率达80%时所需时间分别为48、60、84 h。

3.3 不同取样层嗜卷书虱死亡率差异随单位面积通风量的增大而增加。0.033 m/s单位面积通风量通风对不同取样层间的嗜卷书虱防治效果无差异;0.048 m/s单位面积通风量通风时，下层嗜卷书虱死亡率较上层高5%;0.062 m/s单位面积通风量通风时，下层嗜卷书虱死亡率较上层高10%。

3.4 在开放式机械通风过程中，粮堆内湿度随机械通风单位面积通风量的增加而降低，粮堆内湿度随机械通风降低是致使嗜卷书虱死亡的主要原因之一。

3.5 相同外界条件下，机械通风前后实验仓小麦水分含量下降幅度随单位面积通风量的增大而增加。但是，综合研究书虱机械通风物理防控结论中的防治效果、防治时间、通风粮堆水分损耗等因素，在达到防治粮仓内嗜卷书虱目的的同时，应最大限度的降低生产成本、减少损失，所以推荐使用0.033 m/s单位面积通风量进行嗜卷书虱的通风调控，也可以进行环流通风调控，减少粮堆水分损耗。

本研究结论均在模拟仓中进行实验获得，要想将该结论应用到实际粮仓内嗜卷书虱的防治，更好地将理论模型研究落实到仓储害虫防治，还需开展实仓应用实验，进一步探究书虱的机械通风防治工艺。