湖南省绿色储粮技术应用现状与发展前景

2023-03-26唐刚吴树会王东张晓燕邓树华

粮食科技与经济 2023年6期

唐刚吴树会王东张晓燕邓树华

摘要：随着中国粮食的连年丰收及经济社会的快速发展，人们越来越关注粮食质量和营养安全，这就要求储粮企业更多地采用绿色储粮技术。湖南是中国稻谷生产和储备大省，但因地处中温高湿生态储粮区，夏季高温时间长，夏、秋两季和春末、冬初气温高，适合储粮害虫生长。低温储粮、气调储粮和生物防治是目前湖南省绿色储粮技术应用的主要措施，文章分析了3种绿色储粮技术的优点和缺点，并根据湖南省所处的生态储粮区的特点，指出低温储粮是未来湖南省绿色储粮技术发展的主要方向。

关键词：绿色储粮；低温储粮；气调储粮；生物防治

中图分类号：S379.2 文献标志码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20230618

Application status and development prospect of green grain storage in Hunan Province

Tang Gang1， Wu Shuhui2， Wang Dong2， Zhang Xiaoyan1， Deng Shuhua 1，2

（ 1. Hunan Provincial Cereal and Oil Quality Monitoring Station / National Engineering and Technique Research Center for Paddy Postpartum， Changsha， Hunan 410201； 2. Hunan Food and Strategic research and Design Institute， Changsha， Hunan 410201 ）

Abstract： With the successive bumper harvests and the rapid economic and social development in China， people are increasingly concerned about food quality and nutritional safety， which require grain storage enterprises to adopt more green grain storage technology. Hunan is a major province in rice production and storage in China. However， due to its location in an ecological grain storage area with medium temperature and high humidity， it has a long time of high temperature in summer， and high temperatures in summer and autumn， as well as in late spring and early winter， making it suitable for the growth of stored grain pests. Low temperature grain storage， controlled atmosphere grain storage， and biological control are the main measures for the application of green grain storage technology in Hunan Province. The article analyzed the advantages and disadvantages of three green grain storage technologies， and points out that low temperature grain storage was the main direction for the development of green grain storage technology in Hunan Province in the future based on the characteristics of the ecological grain storage area in which Hunan Province was located.

Key words： green grain storage， low temperature grain storage， controlled atmosphere grain storage， biological control

我国以7%的土地养育着世界上21%的人口，粮食数量安全一直是关系着国计民生的頭等大事。粮食在储藏过程中不可避免的会受到有害生物、温度、湿度等因素的影响，加速粮食陈化，减少储粮数量，危害粮食数量和质量安全。运用经济、安全、有效的科学储粮技术，是减少不利因素对粮食数量和质量安全影响的重要手段。20世纪我国储粮技术更多的是关注粮食数量安全，长期、持续、反复使用化学药剂熏蒸杀虫。近十几年来，随着我国粮食生产“十八连丰”以及经济社会的快速发展，我国老百姓的消费正由“吃得饱”向“吃得好”“吃得营养健康”加快转变，这就要求储粮技术向绿色储粮方向发展。

湖南是我国稻谷生产、大米加工大省，也是我国稻谷储备大省，自古就有湖广熟，天下足的美誉。根据GB/T 29890—2013《粮油储藏技术规范》，湖南省属于第五生态储粮区。第五生态储粮区又称中温高湿生态储粮区，其特点是夏季高温时间长，夏、秋两季和春末、冬初气温高，均适合储粮害虫生长，尤其是夏季高温季节时间长，加速粮食品质劣变，适合使用绿色储粮技术。本文就湖南省稻谷绿色储粮技术应用现状进行综述，并展望其发展前景，以期为湖南省绿色储粮技术发展提供支持。

1 绿色储粮技术

绿色储粮技术，又称绿色生态低碳储粮技术，是以粮堆生态学理论为依据，研究粮食与生态因子之间的关系，通过绿色生态低碳的技术手段，有效地利用和控制对储粮品种有利的生态条件，使粮食储藏达到安全、无污染、优质、营养、低能耗、低排放的目的[1]。国内外研究使用较多的绿色储粮技术有低温储粮、气调储粮、生物防治和在高新技术支持下的节能减排技术。

2 湖南省绿色储粮技术应用现状

2.1 低温储粮技术

低温储粮技术是指在储粮过程中，利用自然冷却或人工制冷使仓内的粮食处于较低的温度环境，预防和消除粮食储藏过程中自然发热现象，降低粮食呼吸强度，防止或减缓有害生物的侵袭及粮食品质劣变的技术。经过长期的实践和研究，认为15 ℃是粮食低温储藏的理想温度，可以有效地限制粮堆中生物体的生命活动，延缓粮食品质劣变。低温储粮虽然具有显著的优越性，但存在投资较大、运行费用相对较高、运行时若仓房围护结构中防潮层不完善或气流组织不合理，很易造成粮食水分转移，甚至结露的缺点[2]124。低温储粮的实现方式有多种，主要包括自然冷源、机械制冷和两者相结合的综合低温储粮技术，受限于机械制冷高能耗高排放的缺点和自然冷源夏季不足，综合低温储粮技术是研究应用最多的低温储粮技术。

2.1.1 自然低温

自然低温储藏是指充分利用自然界长期存在的低温资源进行粮食储藏，主要表现形式有地上自然低温和地下自然低温。

（1）地上自然低温：地上自然低温主要限定于我国第一、第二生态储粮区，该地区长年处于较低温度状态，夏季时间短且最高温度不超过25 ℃，湖南省位于我国第五生态储粮区，不具备利用地上自然低温的先天条件。

（2）地下自然低温：地下自然低温主要是利用地下恒定的低温状态进行粮食储藏，其主要表现形式为地下粮仓。地下粮仓在我国具有悠久的历史。王祯《农书》记载，“夫穴地为窖，小可数斗，大至数百斗，先令柴束，烧投其封堵焦燥，然后周以糠，隐粟于内。”[2]20320世纪80年代以来，我国地下粮仓的设计、建筑技术及机械化配套均有了很大发展，大部分省、自治区的山区丘陵地带都兴建了一批地下粮仓。地下粮仓根据仓房形状，可分为平式仓、立筒仓、喇叭仓、双曲拱仓等，根据仓体周围地质结构、仓体形状和仓体所处位置不同可分为地下土洞仓、石洞仓、半地仓。邓树华等[3]报道中央储备粮张家界直属库慈利分库石洞仓常年温度维持在（16±1） ℃，湿度维持在（65±5）%，储粮成本低，储粮效果好。

2.1.2 机械制冷

低温储粮机械制冷属于工业领域的普通制冷范围，主要采用蒸气压缩式制冷的液体汽化制冷法，其主要表现形式为谷物冷却机。谷物冷却机低温储粮技术是通过与仓内储粮系统对接，将谷物冷却机的送风口接在仓墙上通风机接口处，直接向仓内粮堆通入冷却后的控温空气，使仓内粮食温度降到低温状态，并能一定程度地控制仓内粮食水分，从而达到安全储粮的一种粮食储藏技术。谷物冷却机低温储粮一般不受自然气候条件限制，凡具备机械通风系统的仓房均可应用。

湖南省低温储粮技术主要是通过谷物冷却机机械制冷实现的。刘萼华等[4]报道了浅圆仓应用谷物冷却机低温储粮效果，粮温基本降到了15 ℃左右，达到了低温储粮的要求，明显减少了粮层温差，粮层温差缩小到≤1℃/m，较好地保持和平衡了储粮水分，延缓了粮食劣变速度。蒋春贵等[5]报道了在高大平房仓中利用谷物冷却机准低温安全储藏晚籼稻谷，确保了1年储藏周期。陈昌勇等[6]利用谷物冷却机低温储粮技术与横向通风相结合，探讨高大平房仓中安全储藏晚籼稻的效果，试验结果表明，该法降温和保水效果好，粮温均匀且能耗低，单位能耗仅为0.185 kW·h/（t·℃）。

谷物冷却机低温储粮技术应用的缺点是能耗高。胡杰祥[7]发现浅圆仓采用谷物冷却机低温储粮单位能耗达0.58～0.63 kW·h/（t·℃）。蒋春贵等[5]发现一个冷却区最高粮温降至25 ℃左右需要24 h，单位能耗为0.32 kW·h/（t·℃）。高能耗限制了利用谷物冷卻机降温作为低温储粮技术的大规模应用，大多将谷物冷却机作为局部发热处理的应急手段。

2.1.3 综合低温储粮技术

综合低温储粮技术是以机械制冷为主要手段，充分利用自然冷源和保温隔热技术，最大限度地降低机械制冷的能耗，进而实现低温储粮的技术。目前，应该最多的是内环流+机械制冷低温储粮和浅层地能低温储粮技术。

（1）内环流+机械制冷低温储粮技术：内环流+机械制冷低温储粮技术主要应用于冷心资源比较丰富的第三、第四和第五生态储粮区，其中，机械制冷可以是空调（含风管机），也可以是谷物冷却机。杨兰斌等[8]报道中央储备粮益阳直属库开展了夏季内环流均温、墙体热皮控温与储粮专用风管机补冷三者结合的综合控温应用试验，结果表明，3项技术综合使用，能将隔热改造后的高大平房仓的表层粮温控制在22 ℃以下，并能有效控制靠墙热皮部位的稻谷平均温度在22 ℃以下，内环流系统和PVC管网系统均衡粮温效果显著。如果将储粮专用风管机补冷更换为谷物冷却机，在仓气气密性改造和保温隔热改造的保障下，应该能够经济、有效、节能地实现低温储粮。

（2）浅层地能低温储粮技术：浅层地能是指地球浅层数百米内的土壤砂石和地下水中所蕴藏的低温热能，是一种可再生能源，温度较为恒定。近年来，利用浅层地能作为建筑、仓储行业的能源成为研究的热点。浅层地能低温储粮技术原理是利用地下丰富的恒定的冷源将高温空气变成冷空气再送入粮仓，较空调、谷物冷却机等设备直接将环境中的高温空气变成冷空气所消耗的能耗低得多。江苏、四川、重庆和湖南等地粮库分别开展了利用浅层地能低温储藏稻谷的实仓应用研究[9]。周福生等[10]报道中央储备粮常德直属库在5—9月份，将15 ℃的地下水通过水温调节器引进粮仓，进行循环降温，使仓内温度下降9～10 ℃，粮温下降7～10 ℃，主要害虫繁殖速度大大下降，粮食品质品尝评分值仅仅下降0.88，实现了绿色储粮。吴树会等[9]报道株洲湘渌米业有限公司在湖南率先应用浅层地能储粮技术，实现了准低温保管籼稻，经济效益、社会效益和生态效益显著。

2.2 气调储粮

气调储粮，又称气调防治，于20世紀20年代初由美国人基德和韦斯提出，是一项成熟的防虫杀虫技术，已被广泛应用于粮食和成品粮储藏领域[11]。气调防虫杀虫的原理是人为改变害虫生存环境中的气体关键成分的浓度至虫卵不能孵化。气调的形式包括充氮气、充CO2气体和抽真空。因制氮技术成熟、价格相对低廉，氮气气调成为原粮气调的主要形式。氮气气调储藏经历了分子筛富氮向变压吸附制氮、膜分离制氮的发展历程。目前，粮食储藏领域氮气气调制氮工艺主要是变压吸附和膜分离两种。

2.2.1 分子筛制氮气调

蒋中柱等[12]于1976年报道湖南省湘潭地区粮食局制造了一台“小型分子筛制氮机”，并在湘潭市粮食局第一仓库开展了25 t粮堆的生产性试验，效果良好，是湖南省首次报道分子筛制氮气调储粮。分子筛是一种人工合成的泡沸石，是一种高效能、高选择性的吸附剂，其制氮原理是分子筛优先吸附氮气，并使氮气黏滞地吸附于分子筛空穴的内表面，而氧气只能片刻地被吸附，它在空穴的内表面能自由地离开，从而使氧气和氮气分离。受分子筛制氮效率和制氮成本的影响，分子筛制氮气调储储粮技术在粮食储藏行业并没有得到大规模推广。

2.2.2 变压吸附制氮气调

变压吸附是指在一定的压力下，由于空气动力学效应，氧和氮在碳分子筛表面上的扩散速率不同，氧的扩散速率远大于氮。在吸附未达到平衡时，氧被碳分子筛大量吸附，氮在气相中得到浓缩富集，形成产品氮气[13]。黄熠林等[14]报道中央储备粮株洲直属库采用变压吸附氮气气调储粮，指出气调储粮成功的关键是仓房的气密性，气密性越好，氮气浓度保持时间会越长，杀虫保鲜效果越好，运行成本越低。

2.2.3 膜分离制氮气调

膜分离制氮技术出现于20世纪70年代末，其原理是基于各气体组分在高分子膜上的溶解扩散速率不同，当两种或两种以上的气体混合物通过高分子膜时，会出现不同气体在膜中相对渗透率不同的现象，从而在膜两侧压差的作用下实现“快气”和“慢气”的分离，其中，氧气、二氧化碳等属于“快气”，氮气、一氧化碳等属于慢气[13]。陈渠玲等[15]报道湖南粮食集团通过使用移动式膜分离制氮机对安装横向通风系统的高大平房仓进行氮气气调杀虫试验，结果表明，当氮气浓度达到98%左右且维持58 d，可以彻底杀死储粮害虫。

2.3 生物防治

生物防治是指利用生物有机体或其天然产物来控制害虫。生物防治的实质是人为地增强了某一种或几种对害虫密度的制约因素，从而达到控制害虫的目的，害虫种群的自然调节和平衡是生物防治的生态学基础。生物防治类型包括直接利用捕食性和寄生性天敌防治、利用病原体防治、利用信息素和生长调节剂防治、植物源杀虫剂等。其中，利用病原体防治和植物源杀虫剂在湖南省得到研究与实仓示范。生物防治具有安全、有效、不污染环境、害虫不易产生抗生等优势。同时，生物防治也有其使用上的不足，主要有使用成本相对较高，杀虫谱不广，造成生物防治在粮食储藏领域应用受限，难以得到大规模推广。

2.3.1 利用病原体防治

昆虫病原体是指可以导致昆虫生理异常的致病微生物，也称病原微生物。自1835年Basside Lodi在死蚕身上发现一种寄生真菌之后，人们陆续发现了各种病原微生物引起的昆虫疾病，并用从病变的昆虫体内分离、培养病原体，用于有害昆虫防治[16]。目前，研究应用于粮食储藏领域的药剂主要有苏金云杆菌、多杀菌素类、白僵菌、绿僵菌等，在湖南省应用较多的是多杀菌素类生物杀虫剂。多杀菌素类生物杀虫剂包括多杀菌素和乙基多杀菌素。

多类菌素和乙基多杀菌是农、林行业成熟的生物杀虫剂。多杀菌素是由微生物发酵产生的安全、高效、环保的生物杀虫剂。国家粮食和物资储备局科学研究院研究团队在国内率先开发了多杀菌素储粮生物杀虫剂的生产和应用技术，在湖北、江苏、湖南、广东、安徽、江西等地储备粮库开展了实仓应用试验（表层拌药和全仓施药），结果显示，通过控制药剂的有效使用剂量（1～3 mg/kg），可在2～3年实现对粮堆主要储粮害虫的有效防控，防治效果显著，且对粮食品质基本无影响[17]。乙基多杀菌素是一种由放线菌刺糖多孢菌发酵产生的生物杀虫剂，段德海等[18]指出，1.0 mg/kg乙基多杀菌素在南方高温季能控制粮堆处于基本无虫状态，对书虱的虫口减退率为71.7%。

2.3.2 植物源杀虫剂

植物源杀虫剂主要通过生物有机体的全部或一部分，以及它们的提取物提取出对害虫具有胃毒、触杀以及熏蒸作用的物质进行害虫防治的一种生物药剂。黄福辉等[19]报道，采用ɑ-蒎烯处理10 t粮食，一次药剂费为3元，可保持一年无虫。ɑ-蒎烯是芳香油的一个单体，从含有ɑ-蒎烯的芳香油中经过分馏而得。刘萼华等[20]指出辣椒粉、胡椒粉、花椒粉和五香粉4种混合物对储粮害虫具有很好的防护效果，防护作用大于熏蒸作用。

3 发展前景

气调储粮和生物防治主要是解决储粮害虫，仍需配合控温储粮技术。低温储粮技术是世界公认的最为绿色的储粮技术，属于一揽子解决害虫防治、温湿度控制的系统技术。受限于仓房落后、低温储粮技术应用成本高和技术本身存在着温湿度均衡死角的问题，低温储粮技术在我国尤其是南方高温高湿地区推广缓慢。为了保障好粮食质量和营养安全，气调储粮技术在我国得到大规模推广，除自然低温储粮技术外，气调储粮技术是目前我国应用最多的绿色储粮技术。

根据湖南省“十四五”粮食和物资储备及应急体系建设规划，湖南省低温储备库建设滞后，国有低温储备仓容共19.9万t，不足全省国有完好仓容总量的1.5%，难以满足粮食安全储藏与绿色储粮的需求。未来，湖南省低温储备库建设将得到高度重视和长远发展。随着新建仓房气密性的提高，粮食质量和营养安全重要性的凸显，以及低温储粮技术的升级和费用成本的进一步降低，采用低温储粮技术应当是未来湖南省绿色储粮发展的主要方向。

参考文献

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