西北地区家用马铃薯贮藏窖的设计和应用

杨国霞

（甘肃省天祝县农产品质量检测检验站，甘肃 天祝 733299）

马铃薯是粮菜兼用作物，为解决中国的粮食供给和提高人民的生活水平发挥了巨大的作用[1]。国家已实施马铃薯主粮化战略，马铃薯作为中国第四大粮食作物，突出主粮化在国家粮食安全中的位置和作用尤为重要[2,3]。在实际生活中马铃薯作为大众食材通过炒、煮、蒸、炸、炖等烹饪方法可做出种类繁多、美味可口的食品，满足人们的多种需求。在中国水稻、小麦、玉米、大豆等粮食的贮藏已初具规模，各地研制和建设了不同体积的粮库、粮仓等贮藏设施来满足贮藏需求，在农村也研制和发放了彩钢粮囤来满足家庭贮粮需要[4,5]。马铃薯不同于水稻、小麦等籽粒作物，其薯块含水量高，生命活动旺盛，在国家粮食战略方面多用大型冷库、气调库贮藏[6,7]，家用贮藏设施多为传统窑洞和土窖，其设施简陋、易塌陷、温湿度调控困难，贮藏后腐烂率和发芽率高，取放困难。作为粮食储备的重要组成部分，设计和建设新型家用马铃薯贮藏窖有一定的现实意义。

中国西北地区冬季漫长寒冷，马铃薯是农村冬季的主要菜蔬之一，广大农村素有“秋收冬藏”的习俗和传统。本试验为了延长马铃薯贮藏期和提高贮藏薯块质量，设计了新型家用马铃薯贮藏窖。应用后延迟了马铃薯发芽期，降低了腐烂率，克服了传统窑洞、土窖等贮藏设施的不足，在农村家庭贮藏中具有一定的应用前景。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于甘肃省天祝藏族自治县东坪乡先锋村，N 35°2'，E 102°42'，海拔2 050 m、土壤为山地粟钙土，属大陆性高原季风气候区。年平均气温2.8℃，≥10℃的积温2 400℃，年日照2 500 h，早霜9月下旬，晚霜4月下旬，无霜期155 d，年平均降雨量465 mm。应用地位于祁连山东端北麓缓坡区，该地农户将坡度20°～30°的坡面改造成梯田发展马铃薯产业，马铃薯是当地的主要经济作物。每年10月马铃薯收获交易后，每家都要预留和贮存一定数量的块茎作为冬季蔬菜食用。

1.2 对比试验

马铃薯品种为‘陇薯3号’一级种，薯种由甘肃省农业科学院提供。2019年6月上旬播种，10月中旬收获，收获后剔除病、残和损伤薯块，选留质量150～200 g块茎贮藏。

贮藏时分别应用本设计家用马铃薯贮藏窖（简称贮藏窖）、传统家用贮藏设施窑洞、土窖和房屋4种设施贮藏。

（1）贮藏窖：圆柱锥体形，半地下，高3.5 m，体积3.8 m3。

（2）窑洞：在房前屋后崖坎下挖“∩”形窑洞，窑洞高1.5 m、宽1 m、深4 m，体积6 m3，洞口安装木门。

（3）土窖：在院内挖长方体形土窖，土窖长1.2 m、宽1.2 m，深3 m，体积4.3 m3，窖顶用木头搭建，上面覆盖树枝、秸秆和土，并预留窖口，用可移动木板覆盖。

（4）房屋：人居住的土木结构房屋，土墙体、木质门窗，土质屋面，屋长5 m、宽3 m、高3 m，体积45 m3。

贮藏时分别随机抽取选留的薯块1 500 kg装入贮藏窖、窑洞和土窖内，屋内贮藏时堆放在墙角。贮藏前期2019年10～12月马铃薯处在自然休眠状态，状态稳定，不发芽，不采集相关数据。贮藏后期2020年1～4月每个设施安装电子温、湿度记录仪，将感应器探头深入贮藏薯块中心位置记录温度（℃）和空气相对湿度（%），每月中旬和月底分别取样50 kg统计腐烂率（%）和病情指数，发芽率（%）和发芽指数，并随时观察薯块的变化，记录发芽始期。

腐烂率（%）=（腐烂薯块个数/薯块总数）×100

病情指数=（N0×0+N1×1+N2×2+N3×3+N4×4）/（N×4）

其中：0、1、2、3、4代表病斑大小，0：无病斑；1：病斑直径＜1.5 cm；2：病斑直径1.5～3.0 cm；3：病斑直径3.1～4.5 cm；4：病斑直径＞4.5 cm。N0、N1、N2、N3、N4分别代表0、1、2、3、4级薯块数，N代表调查薯块总数。

发芽率（%）=（发芽薯块个数/薯块总数）×100发芽指数=（N0×0+N1×1+N2×2+N3×3+N4×4）/（N×4）

其中：0、1、2、3、4代表芽体长度，0：不发芽；1：芽长＜3.0 cm；2：芽长3.0～6.0 cm；3：芽长6.1～9.0 cm；4：芽长＞9.0 cm。N0、N1、N2、N3、N4分别代表0、1、2、3、4级芽眼数，N代表调查芽眼总数。

1.3 数据处理

所有数据求平均值，采用Excel 2007和DPS 6.01软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 新型贮藏设施设计与建造

贮藏窖为圆柱锥体形，半地下，其设计、建设和应用如图1。结构、加工制造和应用说明如下。

结构说明：在图1A中贮藏窖由倒漏斗形窖顶3、圆柱形窖体Ⅰ4、窖体Ⅱ5和窖体Ⅲ6组成。倒漏斗形窖顶3、圆柱形窖体Ⅰ4、窖体Ⅱ5和窖体Ⅲ6依次自上而下通过窖壁9的凸楔和凹槽结构套接在一起构成整体。窖顶3的顶端是圆柱形排气筒1，排气筒1基部设有气流调控板2。窖体Ⅲ6的侧壁设有取料口7。在图1B中窖体Ⅰ4和窖体Ⅱ5的内部设有横截面为“十”字形隔板8，窖体Ⅲ6没有隔板8。窖顶3的倒漏斗形设计是便于排气，气流调控板2是便于调控气流和控制温度和湿度。隔板8的“十”字形设计是增强窖体耐挤压能力。窖体Ⅲ6没有“十”字形隔板的设计是便于贮藏的马铃薯都能从窖体Ⅲ6底部取料口7取出。

图1 贮藏窖整体结构（A）、横剖结构（B）和纵剖结构（C）示意图Figure 1 Schematic diagrams of the whole structure(A),cross section structure(B)and vertical profile structure(C)of household potato storage cellar

加工制造说明：贮藏窖直径1.5 m，整体高3.5 m，体积3.8 m3，其中圆柱形窖体高2 m，锥形窖顶3高0.5 m，排气筒1高1 m，圆柱形窖体Ⅰ4高80 cm、窖体Ⅱ5高60 cm、窖体Ⅲ6高60 cm。不同构件倒漏斗形窖顶3、圆柱形窖体Ⅰ4、窖体Ⅱ5和窖体Ⅲ6均由聚氯乙烯塑料（PVC）浇铸而成。浇铸前先按设计参数加工模具，模具加工好后，将加热熔融的聚氯乙烯塑料（PVC）倒入模具成形。不同构件倒漏斗形窖顶3、圆柱形窖体Ⅰ4、窖体Ⅱ5和窖体Ⅲ6的隔板8和窖壁9厚1 cm，通过窖壁9的凸楔和凹槽结构套接在一起构成整体。取料口7的门与窖体Ⅲ6侧壁通过合页连接，门可沿侧壁自由旋转。

应用说明：贮藏窖使用前先在安放地挖圆柱形坑，将圆柱形窖体二分之一埋入地下，二分之一显露在地上，显露在地上部分沿窖壁9外表砌厚24 cm的砖墙包裹窖体。窖体建成后，打开窖顶3，将马铃薯装入窖内，然后盖上窖顶3，在窖顶3上覆盖棉被等保暖材料。在取料口7斜上方挖台阶13伸入到取料口7，方便人员上下。取食贮藏窖内马铃薯时，人从台阶13上下到取料口7旁，打开取料口7，取出马铃薯食用。在窖内温度过高或过低时可通过关闭取料口7和排气筒1上的气流调控板2大小来调控贮藏窖内的气流，从而达到调控窖内温度和湿度的目的（图1C）。

2.2 应用效果分析

2.2.1 不同设施的温度和空气相对湿度变化

在相同贮藏期（1～4月）条件下，不同贮藏设施中，贮藏窖的温度最低。贮藏末期4月温度为9.6℃，较贮藏设施窑洞、土窖和房屋分别降低了15.79%、11.11%和47.82%，空气相对湿度90.6%，较贮藏设施窑洞和土窖分别降低了5.87%和10.07%，较贮藏设施房屋提高了55.48%。贮藏末期4月，不同贮藏设施的温度由高到低的排序依次为房屋＞窑洞＞土窖＞贮藏窖，空气相对湿度由高到低的排序依次为土窖＞窑洞＞贮藏窖＞房屋（图2和图3）。

2.2.2 不同设施贮藏马铃薯的腐烂率和病情指数变化

在相同贮藏期（1～4月）条件下，不同贮藏设施中，贮藏窖的腐烂率和病情指数均最低。贮藏末期4月腐烂率和病情指数分别为8.6%和0.21，腐烂率和病情指数较贮藏设施窑洞、土窖和房屋分别降低了39.01%、43.42%、58.25%和58.00%、59.62%和67.19%。贮藏末期4月，不同贮藏设施的腐烂率和病情指数由高到低的排序依次均为房屋＞土窖＞窑洞＞贮藏窖（图4和图5）。

2.2.3 不同设施贮藏马铃薯的发芽率和发芽指数变化

在相同贮藏期（1～4月）条件下，不同贮藏设施中，贮藏窖的发芽始期最迟，发芽率和发芽指数均最低。发芽始期为2月25日，较贮藏设施窑洞、土窖和房屋分别推迟了20，17和36 d。贮藏末期4月份发芽率和发芽指数分别为58.6%和0.34，发芽率和发芽指数较贮藏设施窑洞、土窖和房屋分别降低了32.18%、36.65%、40.57%和40.35%、44.26%、54.67%。贮藏末期4月，不同贮藏设施的发芽率由高到低的排序依次为房屋＞土窖＞窑洞＞贮藏窖（图6和图7）。

3 讨论

应用本设计家用马铃薯贮藏窖后，相对传统贮藏设施窑洞和土窖降低了设施内温度和湿度，相对贮藏设施房屋降低了设施内温度，提高了湿度。贮藏马铃薯后，延迟了发芽始期，降低了腐烂率和病情指数、发芽率和发芽指数。且结构简单，造价低、安全可靠、操作方便。

薯块腐烂率和发芽率是马铃薯贮藏设施性能最重要的衡量指标。马铃薯贮藏期最适温度2～4℃，低于最适温度后马铃薯就会受冻，高于最适温度后，马铃薯就会解除休眠发芽生长，且发芽速度和生长量随着温度的提高而提高[8,9]。马铃薯贮藏期最适湿度80%～93%，贮藏期湿度过低，马铃薯就会失水萎蔫，湿度过高就会滋生病害[10]。应用本设计家用马铃薯贮藏窖后，在贮藏期（1～4月）湿度在80.6%～86.6%，但观察到未出现冷结水，可能是贮藏窖内温度整体高于2.0℃，且贮藏窖内空气自下而上不断流动，湿润的空气处在动态的流动过程中，而非静态的状态，不易冷凝结水或结冰。除贮藏温度和湿度外，马铃薯在贮藏期间依然进行新陈代谢，吸入O2放出CO2和H2O。在贮藏期各个生理阶段，保持良好的通风有助于增加窖内O2含量，降低CO2的浓度，保证O2含量不低于5%，否则会因缺O2引起薯块组织坏死，导致“黑心”现象发生[11]。

图2 不同设施的温度变化Figure2 Change of temperatures in different facilities

图3 不同设施的空气相对湿度变化Figure3 Change of air relative humidities in different facilities

图4 不同设施贮藏马铃薯的腐烂率变化Figure4 Change of tuber rotting rates in different facilities

图5 不同设施贮藏马铃薯的病情指数变化Figure 5 Change of tuber disease indexes in different facilities

图6 不同设施贮藏马铃薯的发芽率变化Figure 6 Change of germination rates in different facilities

图7 不同设施贮藏马铃薯的发芽指数变化Figure7 Change of germination indexes in different facilities

传统贮藏设施窑洞和土窖贮藏马铃薯后，受外界气温影响较小，具有降温和保温双重功能，在温度上都能满足马铃薯贮藏要求，但窑洞和土窖深入山坡或地下，通风换气困难，在贮藏过程中受土壤蒸发和马铃薯呼吸影响，设施内湿度大，氧含量不足，促进了病害的发生。除此之外，窑洞和土窖贮藏马铃薯取用不便，使用多年后易塌陷，存在安全隐患。利用房屋设施贮藏马铃薯后，虽克服了窑洞和土窖设施的不足，提高了安全性能，但屋内温度易受室外气温和屋内人为活动的影响，春季气温回升后，马铃薯发芽早，腐烂率高。家用马铃薯贮藏窖吸取了贮藏设施窑洞和土窖的有益作用，建设过程中采用半地下室设计，采用聚氯乙烯（PVC）窖体防潮，在贮藏过程中通过空气对流来调控温度、湿度和氧含量，且取用方便，经久耐用，建议在马铃薯家用贮藏中示范推广。