黃依林 王殿軒 朱毓斌 唐培安

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院；糧食儲藏與安全教育部工程研究中心；糧食儲運國家工程實驗室1，鄭州 450001)

(江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心2，南京 210023)

氮氣氣調(diào)殺蟲長期受到關(guān)注，國內(nèi)外關(guān)于氮氣氣調(diào)的研究[1-6]和應(yīng)用[7-10]多有報道。在我國利用制氮設(shè)備制氮氣調(diào)應(yīng)用較多的是控溫氣調(diào)，相對于常溫條件下的氣調(diào)殺蟲效果報道，控制較低溫度下氣調(diào)致死害蟲的時間研究為數(shù)尚少。通常采用高濃度氮氣致死害蟲需要較長的時間[11, 12]，在長期保持氮氣濃度的密閉過程中需要倉房具有較高的氣密性，或倉房氣密性不足時需補充氮氣氣體。不斷或多次補充氮氣需要更多的氣源，或運轉(zhuǎn)制氮設(shè)備消耗大量能量。在一個密閉殺蟲周期內(nèi)如果目標害蟲仍有存活則為氣調(diào)殺蟲失敗，有效掌握氣調(diào)中的密閉時間以做到在一個處理過程中完全殺死害蟲尤其重要。

氣調(diào)殺蟲效果受諸多因素影響，環(huán)境氣密性、害蟲種類和蟲態(tài)、環(huán)境溫度和濕度、氣體濃度及保持時間等均會影響到處理效果[11,13-17]。同樣氣調(diào)過程中溫度不同致死害蟲的時間變化很大[18]。在常溫條件下保持98%以上的氮氣濃度也需要很長的密閉時間[19]，環(huán)境溫度降低時氣調(diào)殺蟲效果相應(yīng)降低。我國低溫或控溫儲糧已得到了較大規(guī)模應(yīng)用[20]，但在低溫儲糧過程中依然會有害蟲發(fā)生[21]。基于溫度低時會延遲氣調(diào)殺蟲效果[18,22]，明確低溫對氣調(diào)殺蟲的影響程度，或同樣氣調(diào)濃度下低溫對隱蔽性害蟲致死時間的延遲程度很有必要，而此方面的研究尚少。米象Sitophilusoryzae(L.)是世界性分布的主要儲糧害蟲，是我國儲糧主要害蟲之一[23]，其在我國分布范圍近年來呈擴大態(tài)勢[24]，在儲糧害蟲綜合治理方面一直備受重視。米象成蟲和幼蟲均可嚴重蛀食原糧，其非成蟲蟲態(tài)卵、幼蟲和蛹均在糧粒內(nèi)部生活[25]，通常方法檢查其發(fā)生及處理后的死亡效果較為困難。害蟲不同蟲態(tài)對氣調(diào)處理的耐受力又存在顯著差異[14, 26]，氮氣氣調(diào)對米象不同蟲態(tài)的效果差異程度缺乏研究。本文研究了98%氮氣濃度下不同溫度時米象卵、幼蟲、蛹和成蟲的致死時間，以期為氮氣氣調(diào)殺蟲的有效掌握密閉時間提供量化參考。

1 材料與方法

1.1 試蟲

實驗用米象采自中央儲備糧南寧直屬庫有限公司，后在河南工業(yè)大學(xué)儲藏物昆蟲研究室適宜條件下培養(yǎng)數(shù)代，參照FAO推薦方法測定其磷化氫抗性倍數(shù)為1.2倍。

1.2 氣調(diào)裝置

采用長為67 cm、寬為52 cm、高為41 cm的食品級PP塑料密封箱作為氣調(diào)室，用3 mm 厚的有機玻璃板封蓋。箱體一側(cè)密封連接直徑100 mm、長200 mm 圓柱管制成的取蟲緩沖倉，倉的兩頭分別以螺旋蓋密封，可以通過另一側(cè)開孔安裝的密封操作手套拿取氣調(diào)室中的蟲籠等，以盡量減小氣調(diào)過程中從氣調(diào)室取樣給氣體濃度造成的影響。密封操作手套安裝孔直徑150 mm，密封連接橡膠手套。氣調(diào)室兩側(cè)分別設(shè)進氣口與閥門、出氣口與閥門，分別通過導(dǎo)管連接氣泵和固定式氮氣檢測儀，檢測儀型號為MOT500 — LM(N2)，測量范圍0%～100%，精度0.1%。氣調(diào)室可連接鋼瓶裝氮氣氣源，以及相應(yīng)的減壓閥。氮氣檢測儀可即時檢測室內(nèi)氮氣濃度，并可促進氣體分布均勻。處理中充入99.999%的氮氣，通過檢測和補充氣體維持目標濃度在98%。氣調(diào)室內(nèi)用過飽和食鹽水調(diào)節(jié)相對濕度在(75±5)%，并設(shè)溫濕度檢測計以觀察，見圖1。氣調(diào)室使用狀態(tài)下的氣密性正壓 500 Pa的壓力半衰期為120 s。

圖1氣調(diào)裝置設(shè)置示意圖

1.3 試蟲準備與處理

成蟲的準備：采用直徑10 mm、長70 mm的兩端通透玻璃管用作試蟲蟲籠，放入50頭羽化14 d的成蟲和2 g水分含量為14%的潔凈小麥，兩端用紗布和橡皮筋封口。

卵的準備：適宜條件下用800 g潔凈小麥感染2 000頭羽化2周的米象成蟲，24 h后移出成蟲得染蟲卵小麥，又24 h后將感染蟲卵小麥用分樣器分成5 g的160等份，按需要數(shù)量分別放入前述蟲籠中進行測試。

幼蟲的準備：取分樣后的小麥之一份，每日解剖檢查小麥粒內(nèi)害蟲發(fā)育情況，至籽粒內(nèi)出現(xiàn)幼蟲后，再2 d后將前述同期小麥按需要數(shù)量分別放入前述蟲籠中進行測試。

蛹的準備：如幼蟲解剖糧粒檢查，當(dāng)糧粒內(nèi)有化蛹后，將含2日齡蛹的小麥進行氣調(diào)處理。方法同上。

以上每個處理設(shè)3個重復(fù)，并設(shè)空白對照。將前述氣調(diào)室分別置于18、23和28 ℃的溫度下，放入試蟲籠，控制其相對濕度與密封條件，1 d后調(diào)節(jié)其中氮氣濃度至98%。之后按計劃于不同時間取出蟲籠，培養(yǎng)檢查存活或死亡結(jié)果。成蟲蟲籠置于溫度(30±1) ℃、濕度(75±5)% RH環(huán)境中，2周后檢查死亡率，含卵、幼蟲和蛹的蟲籠置于相同的溫濕度條件下培養(yǎng)，至羽化時每日觀察羽化出的成蟲數(shù)量，直至連續(xù)3 d無新增羽化成蟲為止，非成熟蟲態(tài)的樣本均對小麥進行剖粒檢查，其中出現(xiàn)未羽化成蟲、存活的蛹和幼蟲計為活蟲，計算未達到100%死亡樣本中存活個體發(fā)育至羽化出成蟲的時間。對照(非氣調(diào))樣品做同樣檢查和處理。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

使用IBM SPSS Statistics 20和Microsoft Excel 2016軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下米象各蟲態(tài)在不同時間的死亡率

圖2顯示，不同溫度下米象卵、幼蟲、蛹和成蟲均表現(xiàn)為溫度低時害蟲死亡率增加緩慢，達到100%死亡率的時間越長。18 ℃時的完全致死時間與23和28 ℃時相比，卵達到100%死亡的時間相應(yīng)延遲4 d和10 d、幼蟲延遲了4 d和8 d、蛹延遲了6 d和12 d、成蟲延遲了6 d和10 d，溫度越低，延遲時間越長。從完全致死時間相比，不同溫度下米象不同發(fā)育階段對高氮缺氧環(huán)境耐受力的排列順序均為：蛹>卵>幼蟲>成蟲，即在米象對氮氣氣調(diào)的耐受力上成蟲最易于被殺死，其次為卵和幼蟲，蛹最難被殺死。

圖2不同溫度時98%氮氣中米象各蟲態(tài)不同時間死亡率

(A:卵；B幼蟲； C：蛹；D：成蟲)

2.2 不同溫度時米象卵的LT50值和LT99值

表1顯示，在98%氮氣濃度下溫度18 ℃時致死米象卵的半數(shù)致死時間LT50值為9 d，分別比23 ℃和28 ℃時延遲了3 d和6 d，即在實驗溫度范圍內(nèi)溫度每降低5 ℃，其LT50值對應(yīng)延長了3 d。高氮氣濃度氣調(diào)下，溫度降低后隱藏于小麥粒內(nèi)的米象蟲卵半數(shù)致死時間顯著延遲。溫度降低使得蟲卵呼吸需求變小[27]，高氮低氧環(huán)境下對其呼吸抑制影響也變小，從而使半數(shù)致死時間延長。在18、23 ℃和28 ℃溫度下，高氮氣調(diào)致死米象卵的LT99值相應(yīng)為24、19 d和11 d，溫度降低后代表完全致死蟲卵時間的LT99值延遲顯著，這同樣與低溫下卵生命代謝水平降低，呼吸抑制影響小因而耐力相對較大有關(guān)。比較同溫度下的LT99與LT50值，發(fā)現(xiàn)18、23 ℃和28 ℃溫度下LT99值與LT50值的差值分別達15、13 d和8 d，同一溫度下LT99值與LT50值的差異與試蟲卵群體中少數(shù)個體有極強耐受力有關(guān)，不同溫度下LT99值與LT50值的差異也與蟲卵的生命呼吸代謝水平有關(guān)。

表1 不同溫度下98%氮氣致死米象卵的LT50值和LT99值

2.3 不同溫度時米象幼蟲的LT50值和LT99值

從表2可見， 不同溫度下98%氮氣氣調(diào)致死米象幼蟲的LT50值和LT99值差異顯著。溫度18 ℃時致死米象幼蟲的LT50值長達8 d，分別比23 ℃和28 ℃時延遲了3 d和5 d。在降溫幅度相同的情況下，致死幼蟲的LT50值與卵的LT50值相同或相近。推測處于取食期的幼蟲活動代謝需氧程度比卵大一些，但在高氮環(huán)境中降低溫度對其LT50值的影響表現(xiàn)與卵相似，這可能是由于米象幼蟲為無足式，其活動強度較小而需氧量與卵相近。溫度18 ℃時氣調(diào)對幼蟲的LT99值為21 d，比23 ℃和28 ℃時相應(yīng)延長了5 d和11 d，溫度降低同樣大幅度降低了氣調(diào)致死幼蟲的LT99值。比較LT99值和LT50值可以看出，同一溫度下的LT99值明顯大于相應(yīng)溫度下的LT50值，且這種現(xiàn)象在幼蟲期比卵期更為明顯，原因也在于群體中少數(shù)耐力極強的幼蟲個體會導(dǎo)致LT99值顯著增大。

表2 不同溫度下98%氮氣致死米象幼蟲的LT50值和LT99值

2.4 不同溫度時米象蛹的LT50值和LT99值

表3顯示，98%氮氣濃度下18 ℃時致死米象蛹的LT50值達11 d，分別比23 ℃和28 ℃時延遲了5 d和7 d。與卵和幼蟲的結(jié)果相比，23 ℃和28 ℃時致死蛹的LT50值與卵和幼蟲的LT50值相近，但溫度18 ℃時對蛹的LT50值明顯增大。顯示出高氮低氧環(huán)境中溫度降低至18 ℃后，米象蛹對低氧的耐受力明顯增加，這可能與蛹低溫下呼吸強度和生理代謝率更低[28]，溫度降低對蛹的致死效果更慢有關(guān)。同樣溫度下，18、23 ℃和28 ℃時致死蛹的LT99值分別比相應(yīng)的LT50值延長了15、15 d和8 d，呈現(xiàn)出溫度越低氣調(diào)致死蛹的LT99值越大，其原因同樣是溫度低時蛹呼吸需求低，少數(shù)耐力極強個體導(dǎo)致LT99值更多延長。

表3 不同溫度下98%氮氣致死米象蛹的LT50值和LT99值

2.5 不同溫度時米象成蟲的LT50值和LT99值

表4為98%氮氣中不同溫度下致死米象成蟲的LT50和LT99值。18 ℃溫度時致死米象成蟲的LT50值為7 d，分別比23 ℃和28℃時致死成蟲的LT50值延遲了3 d和4 d。低溫延遲LT50值的程度在23 ℃時與幼蟲和卵的相近而明顯小于蛹，在28 ℃時成蟲的LT50值則明顯小于幼蟲、卵和蛹的LT50值。溫度18 ℃時的LT99值為17 d，分別比23 ℃和28 ℃時延長了6 d和10 d，低溫導(dǎo)致對成蟲的LT99值顯著增大。同樣，在同一溫度下都表現(xiàn)出了對成蟲的LT99值均顯著小于對卵、幼蟲和蛹的LT99值，這都與成蟲取食和運動活動更為旺盛，代謝需氧量更多，在高氮低氧環(huán)境中更易于被致死有關(guān)。

表4 不同溫度下98%氮氣致死米象成蟲的LT50值和LT99值

2.6 米象非成蟲態(tài)發(fā)育為成蟲的時間

表5顯示，非氣調(diào)環(huán)境中從蛹羽化出成蟲的時間在23 ℃和28 ℃時均為3 d，18 ℃時接近4 d。在98%氮氣中7 d后再脫離氣調(diào)環(huán)境，23 ℃和28 ℃時蛹發(fā)育至羽化為成蟲時間分別為7 d和8 d，18 ℃時則達10 d。僅氣調(diào)7 d的時間再回到正常氣體環(huán)境中，23 ℃和28 ℃下蛹至羽化出成蟲的時間延遲了3～4 d，18 ℃下則相應(yīng)延遲了7 ～ 8 d，低溫18 ℃下導(dǎo)致短期氣調(diào)環(huán)境中害蟲發(fā)育延遲異常明顯。在98%氮氣中殘存蛹發(fā)育為成蟲的時間在18、23和28 ℃下分別為27、20 d和14 d，氣調(diào)時間延長而未到完全致死害蟲時間，其存活的蛹發(fā)育時間延遲更加顯著。98%的氮氣殺蟲濃度下未致死的蛹可發(fā)育羽化出成蟲，溫度降低蛹的發(fā)育歷期更加延遲。

非氣調(diào)環(huán)境中28 ℃溫度下從幼蟲發(fā)育至羽化出成蟲需要14 d，之后溫度每降低5 ℃幼蟲發(fā)育至成蟲的歷期相應(yīng)延遲2 ～ 3 d，溫度對幼蟲發(fā)育影響顯著。98%氮氣氣調(diào)7 d后在溫度28 ℃時幼蟲發(fā)育至成蟲延長至32 d，溫度降至23 ℃和18 ℃幼蟲發(fā)育至成蟲相應(yīng)延遲2 d和4 d，高氮殺蟲濃度延遲幼蟲發(fā)育期明顯，溫度降低幼蟲在短期氣調(diào)后發(fā)育期延遲也同樣顯著。長期98%氮氣氣調(diào)未至完全死亡，其存活的幼蟲在溫度28 ℃時發(fā)育至羽化出成蟲時間延長到了39 d，23 ℃和18 ℃相應(yīng)延遲了3 d和8 d。同樣長期氣調(diào)殺蟲濃度下存活幼蟲發(fā)育至羽化為成蟲的時間更加延遲，且溫度降低對該發(fā)育期的延遲更加明顯。

米象在正常氣體中28 ℃溫度下從卵發(fā)育至羽化出成蟲經(jīng)歷了25 d，之后溫度每降低5 ℃卵發(fā)育至成蟲的歷期也相應(yīng)延遲了3 d以上，這種延遲包括了低溫對卵期的延長，以及對幼蟲和蛹發(fā)育期的延長。98%氮氣氣調(diào)7 d后卵在28 ℃溫度發(fā)育至成蟲需要46 d，比正常氣體環(huán)境中相應(yīng)延遲了21 d，23 ℃和18 ℃溫度下相比較28 ℃分別延遲了2 d和5 d。98%氮氣濃度中完全致死時間前殘存的卵在28 ℃時發(fā)育至羽化出成蟲經(jīng)歷了48 d，23 ℃和18 ℃時相應(yīng)的歷期也分別延遲了6 d和11 d，溫度對卵至成蟲發(fā)育歷期的影響程度與幼蟲期和蛹期相似。

總體上，98%高氮缺氧環(huán)境中米象隱蔽蟲態(tài)在接近死亡前如果脫離氣調(diào)環(huán)境，許多個體可以存活，并且可發(fā)育羽化出成蟲。此過程中溫度的降低可顯著延遲害蟲的發(fā)育歷期。

表5 非氣調(diào)和氣調(diào)不同時間的非成蟲態(tài)米象

3 討論與結(jié)論

氣調(diào)殺蟲中溫度影響明顯，害蟲致死時間隨溫度降低而延長[22]。在高濃度CO2(90%～95%)和低氧(0.7%～2.1%)環(huán)境中，34 ℃溫度下經(jīng)過10 d米象和玉米象成蟲可完全死亡，22 ℃溫度下則要經(jīng)過26 d的時間方可完全死亡[25]。關(guān)于氣調(diào)中溫度較低時對成蟲的殺蟲效果也有所降低[18, 22, 28, 29]，氣調(diào)中低溫對隱蔽性蟲態(tài)的致死效果與影響報道少見。本研究說明98%氮氣環(huán)境中米象不同蟲態(tài)間的致死時間差異顯著，成蟲對此環(huán)境的耐受力最小，氣調(diào)中為了保障完全致死害蟲以致成功，應(yīng)充分考慮處理過程對耐受力最強蟲態(tài)的完全致死效果。鞘翅目害蟲如谷象、米象、煙草甲和藥材甲等的蛹期對氣調(diào)的忍耐性最強，其次是卵和幼蟲，多表現(xiàn)為成蟲對氣調(diào)最敏感[9,12,14]。本研究表明，在18、23 ℃和28 ℃各個溫度條件下，米象對氣調(diào)的忍耐力強弱均大體可排序為：蛹>卵>幼蟲>成蟲，實際氣調(diào)殺蟲效果評價中應(yīng)更加關(guān)注對米象蛹的致死效果。

適宜溫區(qū)內(nèi)溫度升高害蟲發(fā)育加快，呼吸需求大，氣調(diào)殺蟲環(huán)境下也易于死亡。在實際儲糧中低溫環(huán)境中也會有害蟲發(fā)生，此時因呼吸代謝相對小，氣調(diào)致死害蟲的時間會相應(yīng)延遲，但具體延遲時間的程度報道很少，尤其氣調(diào)對隱蔽蟲態(tài)的延遲程度更是關(guān)系完全殺蟲的效果。本研究結(jié)果提示，在98%的氮氣殺蟲濃度中實現(xiàn)完全殺蟲，對于米象(以對蛹的LT99值為參考)溫度23 ℃時要比28℃延長10 d以上，18 ℃時要比23 ℃時延長4 d以上，18 ℃時要比28 ℃延長14 d以上。實際生產(chǎn)環(huán)境中，糧堆溫度常為不均勻分布，從保證完全殺蟲效果考慮，應(yīng)根據(jù)環(huán)境中最低溫度或最低生蟲部位的溫度保持氣調(diào)密閉時間。

在 25 ℃和70%R H的條件下采用98%～100%的氮氣濃度進行氣調(diào)處理，19 d才可完全抑制玉米象的卵、蛹和幼蟲，11 d可以完全致死谷蠹成蟲，但要抑制其非成蟲蟲態(tài)則需要延長至20 d[12]。溫度28 ℃下2%穩(wěn)定氧氣濃度條件下90 d對米象種群抑制率為99. 94%[17]，說明缺氧殺蟲環(huán)境中米象種群中有些個體可以長時間存活。缺氧條件下長時間種群抑制不能達100%的原因與米象隱蔽蟲態(tài)耐氣調(diào)性較大有關(guān)，更與氣調(diào)過程中存活個體發(fā)育繁殖造成種群世代重疊，后代隱蔽蟲態(tài)耐力表現(xiàn)有關(guān)。本研究表明，98%高氮缺氧氣調(diào)時間不足時，米象隱蔽蟲態(tài)在未被殺死的情況下脫離氣調(diào)環(huán)境可以存活并發(fā)育至成蟲羽化，此過程中溫度的降低可以延遲氣調(diào)環(huán)境下害蟲的發(fā)育歷期?；诖私Y(jié)果，在氣調(diào)殺蟲中對于保持殺蟲氣體濃度的時間可以參考正常氣體環(huán)境下的昆蟲發(fā)育參數(shù)，但更要在相應(yīng)發(fā)育歷期參數(shù)基礎(chǔ)上延長密閉氣調(diào)時間，環(huán)境溫度更低時延長時間的幅度更大。