储粮环境中米象发生与CO2含量变化的关系研究

张育濮 吕建华 王殿轩 康宇龙

(河南工业大学粮油食品学院；粮食储藏与安全教育部工程研究中心，郑州 450001)

米象(Sitophilusoryzae)，鞘翅目象甲科，是全世界主要蛀食性储粮害虫之一[1]，对豆类、油料类、药材、干果、各种谷物及其加工品危害严重[2]。米象蛀食原粮造成损失的同时，使粮堆中粉末碎屑增多，也为粉食性储粮害虫发生提供了有利条件。

目前对储粮害虫的检测方法有手动扦样法、诱捕器法、声学检测法、图像识别和X射线成像等检测方法。手动扦样法是当前常用的储粮害虫的检测方法，但费时费力，不能对害虫发生进行早期检测。诱捕器检测昆虫的方法虽然成本较低，但是仅限于对活动性强的害虫虫态检测。声学检测法虽然可以检测到内部害虫的侵染，但是很难排除环境噪声的干扰。图像识别和X射线成像等检测方法大多仅限于实验室内研究，无法大面积推广应用[3]。目前的害虫检测方法尚不能满足对储粮害虫早期发生进行预测预报的需要[4-5]，因此探寻新型的储粮害虫发生早期预警方法迫在眉睫。

粮食在储藏过程中容易受到微生物和害虫的感染，造成严重损耗[6]。国内外关于储粮安全监测技术的研究发现，利用虫霉活动可以引起储粮环境中某种气体成分含量发生变化的特点，通过测定相关气体的含量可了解储粮的状态[7]。在霉变方面，Bartosik等[8]定期对筒仓进行CO2检测研究表明，CO2含量变化有可能作为反映粮情的工具。Ileleji等[9]用CO2传感器检测储藏玉米的发热点，发现通过监测CO2的变化可以反映玉米霉变的情况。梁微等[10]研究了不同含水量小麦在模拟储藏条件下CO2含量变化，及其与霉菌数量、微生物活性值之间的关系。这些研究结果表明，通过检测CO2含量变化监测粮情具有可行性，并且对粮食品质没有根本性影响。唐多等[11]和王殿轩等[12，13]研究发现，感染了玉米象、谷蠹的储粮环境中很短时间后即可检测到二氧化碳体积分数显著增加。但是目前关于虫害发生与粮堆中CO2含量变化的关系研究尚存在不足。因此，研究不同含水量的小麦感染不同虫口密度的米象后储藏环境中CO2体积分数的变化趋势，可为有效实施储粮害虫早期预测预报提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验昆虫

米象S.oryzae用完整小麦已在河南工业大学储藏物昆虫研究实验室培养数代，实验前在(28±2)℃和湿度(70±5)%条件下扩大培养1个月后[14]，取羽化后1周的同一批成虫作为试虫进行实验。

1.2 实验小麦

实验用小麦为在河南本地粮库购入100 kg同一批未经处理的原粮，经清洗除杂后小麦中不完善粒小于1.5%，后分批在60 ℃烘箱中烘干2 h进行杀虫处理。

1.3 实验仪器及相关用品

KP830型泵吸式二氧化碳气体探测器：0%～5%(体积分数)；KLP04/KVP 04型气体隔膜泵；PN-2000 CO2型二氧化碳气体探测仪：0%～50%(体积分数)；101型电热鼓风干燥箱。

1.4 实验方法

无菌无虫样品的制备：将经60 ℃烘干杀虫处理的小麦用1 %次氯酸钠溶液表面消毒1 min，用无菌水重复洗涤5次后得到表面灭菌小麦[12]，在60 ℃烘箱中去除小麦表面含水量，并将无虫无菌小麦分为3份，分别添加适量蒸馏水调节含水量至(12.0±0.2)%、(13.0±0.2)%和(14±0.2)%后，置于25 ℃环境中备用。

将调节含水量后的2 kg小麦放入44 cm×30.5 cm×22.5 cm塑料箱中，再将米象成虫分别以0、2、5、10、20、30 头/kg的虫口密度接入小麦中[13]。偶数虫口密度的试虫按雌雄性别比1∶1设置，奇数虫口密度的样品按雌雄成虫3∶2设置[14]，之后密闭实验装置，根据GB/T 29890—2013《粮油储藏技术规范》中的要求检查气密性，置于28 ℃的环境温度条件下开始实验。每种处理重复3次。从第2天起每天定时进行数据的测量记录。

1.5 数据处理

本实验所测量的数据记录在Excel表格中，用SPSS处理软件来做方差分析(Duncan法)以及多重比较等数据处理。用OrijinLab对不同含水量、感染不同虫口密度害虫的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化与处理时间的关系进行线性回归分析。

2 结果与分析

2.1 未感染害虫的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化情况

初始感染虫口密度为0头/kg时，实验处理期间，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数见表1。从表2可知，在相同的处理时间内，随着小麦含水量的增加储藏环境中CO2体积分数呈现上升趋势；在相同含水量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长CO2体积分数呈现上升趋势。实验处理期间，12%、13%、14%含水量的小麦储藏环境中CO2气体初始体积分数均为0.060%，分别在处理27、30、29 d后达到各自最大值0.100%、0.117%、0.140%。初始感染虫口密度为0头/kg时，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化与处理时间的线性回归分析结果见表2。

表1 初始感染虫口密度0头/kg的小麦储藏环境中 CO2气体体积分数/%

注：表中数据为3组重复实验的平均值±标准差，大写字母表示同一行数据差异显著性，小写字母表示同一列的数据差异显著性，差异显著水平P<0.05，下同。

表2 初始感染不同虫口密度的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化线性回归分析结果

2.2 感染虫口密度2头/kg的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化情况

初始感染虫口密度为2头/kg时，实验处理期间，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数见表3。从表3可知，在相同的处理时间内，随着小麦含水量的增加储藏环境中CO2体积分数呈现上升趋势；在相同含水量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长CO2体积分数呈现上升趋势。实验处理期间，12%、13%、14%含水量的小麦储藏环境中CO2气体初始体积分数分别为0.057%、0.093%、0.127%，在处理30 d后达到各自最大值2.977%、3.683%、7.717%。初始感染虫口密度为2头/kg时，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化与处理时间的线性回归分析结果见表2。

表3 初始感染虫口密度2头/kg的小麦储藏环境中 CO2气体体积分数/%

2.3 感染虫口密度5头/kg的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化情况

初始感染虫口密度为5头/kg时，实验处理期间，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数见表4。从表4可知，在相同的处理时间内，随着小麦含水量的增加储藏环境中CO2体积分数呈现上升趋势；在相同含水量小麦的储藏环境中，随着时间的延长CO2体积分数呈现上升趋势。实验处理期间，12%、13%、14%含水量的小麦储藏环境中CO2气体初始体积分数分别为0.080%、0.170%、0.137 %，在处理30 d后达到各自最大值4.583%、12.597%和14.313%。初始感染虫口密度为5头/kg时，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化与处理时间的线性回归分析结果见表2。

表4 初始感染虫口密度5头/kg的小麦储藏环境中 CO2气体体积分数/%

2.4 感染虫口密度10头/kg的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化情况

初始感染虫口密度为10头/kg时，实验处理期间，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数见表5。从表5可知，在相同的处理时间内，随着小麦含水量的增加储藏环境中CO2体积分数呈现上升趋势；在相同含水量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长CO2体积分数呈现上升趋势。实验处理期间，12%、13%、14%含水量的小麦储藏环境中CO2气体初始体积分数分别为0.187%、0.190%、0.240%，在处理30 d后达到各自最大值为6.573%、13.567%、15.373%。初始感染虫口密度为10头/kg时，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化与处理时间的线性回归分析结果见表2。

表5 初始感染虫口密度10头/kg的小麦储藏环境中 CO2气体体积分数/%

2.5 感染虫口密度20头/kg的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化情况

初始感染虫口密度为20头/kg时，实验处理期间，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数见表6。从表6可知在相同的处理时间内，随着小麦含水量的增加储藏环境中CO2体积分数呈现上升趋势；在相同含水量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长CO2体积分数呈现上升趋势。实验处理期间，12%、13%、14%含水量的小麦储藏环境中CO2气体初始体积分数分别为0.370%、0.410%、0.430%，在处理30、20、21 d后达到各自最大值13.607%、17.180%、16.600%。初始感染虫口密度为20头/kg时，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化与处理时间的线性回归分析结果见表2。

表6 初始感染虫口密度20头/kg的小麦储藏环境中 CO2气体体积分数/%

2.6 感染虫口密度30头/kg的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化情况

初始感染虫口密度为20头/kg时，实验处理期间，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数见表7。从表7可知，在相同的处理时间内，随着小麦含水量的增加储藏环境中CO2体积分数呈现上升趋势；在12%、13%含水量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长CO2体积分数呈现上升趋势，在14%含水量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长CO2体积分数呈现上升趋势，从第15天开始趋于稳定，略微下降。实验处理期间，12%、13%和14%含水量的小麦储藏环境中CO2气体初始体积分数分别为0.413%、0.480%和0.720%，分别在在处理30、28和15d后达到各自最大值14.777%、16.930%和17.197%。初始感染虫口密度为30头/kg时，不同含水量的小麦储藏环境中CO2气体体积分数变化与处理时间的线性回归分析结果见表2。

表7 初始感染虫口密度30头/kg的 小麦储藏环境中CO2气体体积分数/%

3 讨论

对虫害发生进行早期预测预警一直是储粮害虫综合治理的关键环节。通过监测CO2的含量变化预测储粮霉变发生已经有较多研究[9，10]。而关于监测CO2的含量变化预测储粮虫害发生目前研究较少。唐多等[11]和王殿轩等[12，13]研究表明储粮环境中玉米象、谷蠹的发生可以在很短时间内引起二氧化碳含量显著增加。本研究结果也支持该观点。因此，通过监测储粮环境中CO2体积分数变化对储粮害虫发生进行早期预测预报具有较大应用潜力。

4 结论

感染米象的、具有不同含水量的小麦储藏环境中，CO2气体体积分数随着处理时间的延长显著升高。在相同的处理时间内，初始感染虫口密度相同，储粮环境中CO2气体体积分数随小麦含水量的增加呈现上升趋势。根据本实验研究结果，值得进一步探究的问题有：检测感染多种害虫时，储藏环境CO2的体积分数变化规律；实仓中进行CO2体积分数的监测，同时与储粮害虫发生情况对比，找出变化规律。