王爭艷 王方智 李東雨 馬振軍 曹德銀 王勝軍 薛志立

(1 河南工業(yè)大學糧油食品學院 450001)(2 中央儲備糧焦作直屬庫有限公司 454171)

我國大型糧庫儲糧害蟲的防治方法主要為化學防治。長期依賴磷化氫和儲糧防護劑防治害蟲帶來了諸多問題，如害蟲抗藥性、種群猖獗、農(nóng)藥殘留和生產(chǎn)安全隱患等，不能滿足消費者日益增長的衛(wèi)生健康需求。作為化學防治的一種替代技術(shù)，氮氣氣調(diào)已在新建糧倉中得到較為廣泛的應用。氮氣氣調(diào)是在糧堆中充入高純氮氣，置換糧堆內(nèi)的氧氣，創(chuàng)造糧堆低氧環(huán)境，實現(xiàn)殺蟲、抑蟲、抑菌、延緩糧食品質(zhì)劣變的目的[1]。

在較長時間內(nèi)維持氮氣的高濃度是保證氮氣氣調(diào)效果的關鍵，如Q/ZCL T8-2009推薦，氣調(diào)殺蟲時，維持氮氣濃度在98%以上不少于28 d；氣調(diào)防蟲時，長期維持氮氣濃度在95%以上；氣調(diào)儲藏時，長期維持氮氣濃度在90%～95%[2]。這就對倉房的氣密性提出較高的要求，如GB/T 25229-2010要求氣調(diào)平房倉500 Pa的壓力半衰期不小于2 min，覆膜糧堆-300 Pa壓力半衰期不小于1.5 min[3]。但是，由于倉房建筑與倉儲工藝脫節(jié)，倉房氣密性通常不能滿足氣調(diào)要求，改進倉房氣密性成為氣調(diào)儲糧的首要任務[4]。為此，我們在中央儲備糧焦作直屬庫有限公司，對試驗倉房進行氣密性改造，并進行氮氣氣調(diào)試驗，以期為氮氣氣調(diào)的推廣應用積累經(jīng)驗。

1 材料與方法

1.1 試驗倉房基本情況

供試倉房為33、34號倉，均為2010年建造的高大平房倉。33號倉倉房跨度29.2 m，長35.6 m，裝糧線高6 m，小麥存儲量5000 t；34號倉倉房跨度26.2 m，長53.7 m，裝糧線高6 m，小麥存儲量7137 t。通風系統(tǒng)均為一機四道地上籠式風道，裝有固定式環(huán)流通風系統(tǒng)，配備環(huán)流風機4臺。

為實現(xiàn)氮氣的均勻分布，在33、34號倉的糧面上鋪設氮氣通風管道。氮氣總管道(直徑90 mm)入倉后分為5道分支管道(直徑32 mm)。分支管道長24 m，末端封閉，水平間隔8 m。在分支管道上均勻開設直徑為2.5 mm的小孔，小孔橫截面積之和不小于氮氣總管道的橫截面積。

1.2 設備及儀器

變壓吸附制氮機(廣州產(chǎn))：最大實際產(chǎn)氣量310 m3/h(常壓)，氮氣純度99.5%。制氮機組主要由空壓機、引風機、冷干機、過濾器、吸附塔、儲氣罐及管路等組成。空壓機功率為75 kW，冷干機功率為2 kW，引風機功率為3 kW。

主要儀器：糧情檢測系統(tǒng)(河南產(chǎn))、HL-2010氧氣檢測儀(北京產(chǎn))、U形壓力計、秒表。

1.3 倉房氣密性改造

對33、34號倉倉房門窗采用雙槽管進行雙層覆膜處理。使用雙槽管固定聚氯乙烯薄膜(表面)和聚乙烯薄膜(墻膜和地膜)，對糧堆進行六面覆膜，用PVC膠粘接墻膜與地膜的結(jié)合處。此外，對34號倉穿膜的電纜、測氣管(圖1)和通風管道(圖2)進行了特殊處理，而33號倉僅用透明膠帶進行密封處理。

圖1 穿膜電纜和測氣管氣密性改造

圖2 通風管道穿膜氣密性改造

采用壓力半衰期法檢測氣密性改造前后糧堆的氣密性。負壓測試-300 Pa到-150 Pa的半衰期結(jié)果分別為：33號倉氣密性改造前為210 s，氣密性改造后為240 s；34號倉氣密性改造前為215 s，氣密性改造后為285 s。

1.4 充氮過程

氮氣氣調(diào)時間為2020年的6月21日至8月21日，8月22日揭膜散氣。充氮過程分3個階段進行，第一階段充氮使糧堆氮氣平均濃度達到97%以上，第二、三階段進行補氣，維持糧堆氮氣平均濃度在97%以上(表1)。33、34號倉均采用上充下排(先充后排)的充氮方式。充氮期間，制氮機組制備的氮氣經(jīng)過氮氣總管道進入覆膜下，至覆膜鼓成氣囊后，利用環(huán)流風機從糧堆底部抽出氣體，直至氣囊消失。充氮期間，兩個倉房輪流充氮。

表1 氣調(diào)期間制氮設備運行情況

1.5 溫度和氮氣濃度檢測

根據(jù)糧堆高度，共設4個測溫層。表層測溫點距離糧面0.5 m，底層測溫點距離地面0.5 m，中間兩個測溫層均勻分布。33號倉每層有56個測溫點，34號倉每層有84個測溫點。在同一測溫層，四周的測溫點距離倉墻0.5 m，測溫點間距5 m[5]。

根據(jù)糧堆高度，共設3個氮氣濃度檢測層。上層檢測點在糧堆高3/4處，下層檢測點在糧堆高1/4處，中間檢測點在糧堆高1/2處。每層的3個檢測點分布在倉房水平面的一條對角線上，其中，在對角上分別距離兩個墻角7 m和3 m處以及中心位置各設置1個檢測點[2]。

1.6 殺蟲效果評價

選取30頭7～14日齡的玉米象、谷蠹、銹赤扁谷盜和赤擬谷盜成蟲，分別置于透氣的蟲籠中，并添加適量食料。玉米象的食料為完整小麥，谷蠹的食料為完整小麥和碎麥混合物(質(zhì)量比1∶1)，銹赤扁谷盜的食料為燕麥、完整小麥和全麥粉的混合物(質(zhì)量比5∶3∶2)，赤擬谷盜的食料為全麥粉和酵母混合物(質(zhì)量比19∶1)[6]。借助透氣探管，在氣調(diào)處理前將蟲籠分別埋置在倉房四角和中心位置表層以下30 cm處的糧堆中。8月22日揭膜時，取出蟲籠，并在30℃、相對濕度65%的條件下培養(yǎng)1個月，觀察有無活蟲。

2 結(jié)果與分析

2.1 糧堆氮氣濃度變化

6月21日開始充氮氣。由于6月28日以前氮氣濃度變化差異較大，因此僅記錄6月28日至8月21日間的氮氣濃度(見圖3和圖4)。

圖3 33號倉氮氣濃度變化

圖4 34號倉氮氣濃度變化

在氮氣第一維持階段，33、34號倉在6月28日至7月7日共計10 d的時間內(nèi)，全倉平均氮氣濃度都維持在97%以上；在氮氣第二維持階段，33號倉在7月16日至7月25日共計10 d的時間內(nèi)，34號倉在7月16日至7月31日共計16 d的時間內(nèi)，全倉平均氮氣濃度都維持在97%以上。這表明34號倉氮氣有效濃度維持時間更長。此外，就整個充氮過程而言，34號倉的制氮電耗(0.44元/t糧)低于33號倉(0.56元/t糧)，這說明34號倉的氣密性比33號倉好，這與倉房氣密性測定結(jié)果相吻合。

在33號倉的氮氣維持階段，中層的3個檢測點氮氣濃度從高到低依次為，檢測點1>檢測點3>檢測點2，最大差值可達3.2%，這說明氮氣水平分布不均勻；每層平均氮氣濃度從高到低依次為中層>上層>下層，最大差值可達3.6%，這說明氮氣垂直分布不均勻。整體來看，整倉氮氣分布不均勻，而各檢測點氮氣衰減速率相當。34號倉也有類似的發(fā)現(xiàn)。這將會導致局部氮氣濃度迅速衰減至設定值以下。

2.2 倉溫和糧溫變化

6月21日至8月21日，在33號倉，相較于倉溫隨外溫的持續(xù)波動和整體呈下降趨勢，平均糧溫呈穩(wěn)步上升的趨勢。在第一充氮階段開始充氮的6月21日至充氮結(jié)束后一周的6月28日，盡管倉溫上升了1.5℃，但平均糧溫和表層平均糧溫均未發(fā)生明顯變化，這說明充氮操作會抑制糧溫的增加。此外，在第一維持階段中后期，平均糧溫和表層糧溫均恢復持續(xù)上升趨勢，這說明氮氣冷源耗盡，停止了對糧溫的抑制作用。在33號倉的第二充氮階段，以及34號倉均有類似的發(fā)現(xiàn)，更加證實了氮氣冷源對糧堆的冷卻作用(圖5)。

圖5 33、34號倉倉溫和糧溫變化

2.3 害蟲發(fā)生情況

6月21號充氮前放入蟲籠，到8月22號揭膜時取出蟲籠。使用濃度97%的氮氣處理兩個月，4種害蟲全部死亡，未發(fā)現(xiàn)存活的后代。

3 結(jié)論與總結(jié)

3.1 盡管34號倉倉容較大，但氣密性仍高于33號倉，這說明借助實木顆粒板、雙槽管和硅酮膠對穿膜的電纜、測氣管和通風管道進行氣密性處理可以大大提高倉房的氣密性，從而延長氮氣有效濃度的保持時間，降低氣調(diào)電耗。此外，還可以通過橡膠墊圈密封通風口，密封膠和泡沫膠填堵孔洞[4]，雙槽管掛雙層聚氯乙烯薄膜密閉窗口，茂金絲塑料薄膜密閉倉門等措施，改善倉房的氣密性[7]。

3.2 對于倉容大的糧倉，充氮結(jié)束時氮氣擴散不均勻，需經(jīng)過糧堆內(nèi)部微氣流的緩慢作用，氮氣才能分布均勻，這會導致最終局部氮氣濃度低于設定值。此外，由于儲糧害蟲主要發(fā)生在表層以下50 cm以內(nèi)的糧堆，所以相對于氮氣的垂直均勻分布，氮氣的水平均勻分布更為重要?？梢越柚は颅h(huán)流管道[8]，或增加環(huán)流風機數(shù)量，減少通風路徑比[9]等，促進氮氣的均勻分布。

3.3 變壓吸附制氮系統(tǒng)制備的氮氣是冷氣源。在充氮操作結(jié)束后的一周內(nèi)，充氮對覆膜小麥糧堆的平均糧溫和表層糧溫的升高有明顯的抑制作用。有相關報道證實，在充氮操作15 d后，使用變壓吸附制備的氮氣能有效抑制秈稻谷糧溫的快速升高[10]，而使用氮氣發(fā)生器產(chǎn)生的氣源對糧溫沒有直接影響[11]，這應該是由不同來源氮氣的溫度不同造成的。

3.4 在氮氣濃度為97%的環(huán)境下放置兩個月后，4種試蟲全部死亡。在主要儲糧害蟲中，書虱、玉米象對氮氣氣調(diào)的耐受性最低，銹赤扁谷盜和赤擬谷盜居中，而谷蠹的耐受性最高[12]。在本次試驗中，氮氣氣調(diào)耐受性最高的谷蠹全部死亡，這說明使用濃度97%的氮氣處理60 d，可以殺死幾乎所有的儲糧害蟲。如果倉房中出現(xiàn)磷化氫抗性較高的銹赤扁谷盜和書虱，可以考慮輪流使用磷化氫熏蒸和氮氣氣調(diào)進行抗性治理。