環流通風對糧堆內嗜卷書虱成蟲種群數量調控研究

姜俊伊 李倩倩 曹 陽 石天玉

(國家糧食和物資儲備局科學研究院，北京 100037)

近年來，在我國各中溫及高溫儲糧生態區，書虱已經成為糧堆生態環境中的主要害蟲[1-2]書虱在20～35 ℃，55%～85%RH的環境條件下即可生存繁殖[3-4]，中、高溫儲糧生態區內的糧倉夏秋季節溫濕度條件非常適宜書虱生長繁殖，但現有熏蒸技術對書虱防治效果不理想。書虱環境適應能力極強、種群迭代爆發迅速，并對化學藥劑已產生抗性[5]；同時磷化氫熏蒸時雖然可熏殺大多數書虱成蟲及若蟲，但對卵的毒殺效果較差[6]，熏蒸結束后書虱種群數量可快速恢復，同時熏蒸使糧堆內書虱的天敵撲食螨大量死亡,降低了書虱種群數量的自然控制效果，多方因素使得書虱防治難度極大。

書虱極其特殊，其蟲體含水量約為90%，當蟲體缺水時可主動從60%RH的環境中吸取水分來維持自身生存與種群發展[7]，所以糧堆環境內溫度、濕度等條件對書虱的生存生長、取食爬行、種群繁殖有著極大的影響，機械通風技術可有效調控糧堆環境的溫濕度，破壞書虱適宜生存的糧堆環境，抑制書虱種群繁殖，達到書虱種群調控及防治目的。

本實驗以嗜卷書虱為研究對象，在實驗倉內模擬糧倉環流通風，探究不同單位面積通風量環流通風對糧堆內嗜卷書虱成蟲種群的調控效果差異；使用logistic生長曲線模型擬合調控規律，得出達到書虱種群調控目的所需環流通風時間；同時，監測通風過程中糧堆內溫濕度變化，為環流通風工藝的優化提供參考。本研究是機械通風技術在倉儲書虱種群調控方面的有益探索，為糧庫書虱防治提供新的技術和方法指導。

1 材料與方法

1.1 試蟲

嗜卷書虱成蟲由國家糧食局科學研究院提供，為北京品系。飼料為小麥粉：酵母粉=10∶1，飼料水含水量(12.5±2.0)%，飼養條件為(25.0±0.5) ℃、(75.0±5.0)% RH。實驗采用羽化5～7 d的嗜卷書虱成蟲。

1.2 實驗小麥

實驗小麥35 kg，其含水量為(12.0±1.0)%，利用小麥含水量調節公式，將實驗小麥水分調至(13.5±0.5)%，此時糧堆的相對濕度為(70.0±5.0)%RH[8]，與飼養條件相似。

1.3 實驗裝置

1.3.1 實驗倉

本次實驗設計并制作了小型模擬倉，用以模擬嗜卷書虱生存活動的糧堆環境和糧庫環流通風系統。詳見圖1。

注：A環流通風系統回流管道；B嗜卷書虱生存環境模擬區；C環流通風系統進風管路。

模擬倉為高110 cm、外徑50 cm、厚度1 cm的亞克力材質立筒倉，模擬倉主體外部連接管道是直徑為5 cm的PVC管材。模擬倉分上下兩部分，距頂部20 cm處有接縫，上部可拆卸，模擬倉由嗜卷書虱生存環境模擬區(B區)和環流通風系統區(A、C兩區)兩大功能區構成。

1.3.2 通風設備及測試儀器

HF-100S小型通風機；Em50 Digital/Analog Data Logger溫濕度檢測系統；JSFM—Ⅱ糧食水分測試磨；LDS—1H電腦水分測定儀；DGG—9070A電熱恒溫鼓風干燥箱。

1.3.3 蟲籠

使用密度為300目的紗布制作15 cm×24 cm一端開口的袋狀蟲籠，見圖2。

1.4 實驗方法

1.4.1 環流通風工藝

采用上行式環流通風工藝調控糧堆內嗜卷書虱成蟲種群數量，在風機動力作用下，氣流自糧堆下方喇叭形通風口均勻的通過通風篩板進入糧堆，自下而上穿過糧堆后，由模擬倉上方喇叭形通風口回收重新經風機回到糧堆下方，實現倉內氣體的循環往復。環流通風過程中氣體流向見圖3。

圖2 蟲籠制作示意圖

圖3 環流通風氣體流向示意圖

1.4.2 實驗倉測點布置

1.4.2.1 環流通風參數測點

距通風管道進風端5倍直徑處[9]，有2個互成90°、直徑12 mm的機械通風參數測試孔，此處氣流穩定，測量準確，如圖1所示。

1.4.2.2 糧堆內實驗布點及溫濕度測點

于嗜卷書虱生存環境模擬區內裝填實驗小麥，模擬嗜卷書虱在糧堆表層25 cm空間內的生存環境。糧堆內布設實驗蟲籠及溫濕度傳感器，探究環流通風對糧堆內嗜卷書虱成蟲種群數量的調控效果，并實時監測環流通風過程中糧堆內部溫濕度變化情況。

如圖4所示，將35 kg小麥倒入模擬倉中，糧堆深度約25 cm。分別在糧堆表面以下5 cm和20 cm深處鋪設蟲籠，每個深度等距離布設8處實驗點，實驗點距模擬倉倉壁5 cm呈圓形分布；在糧堆中線5 cm和20 cm深處埋設溫濕度傳感器探頭，每隔20 min記錄數據并定時下載。實驗設置實驗倉與對照倉，對照倉除未進行環流通風操作外，實驗環境、糧食裝填、蟲籠制作、實驗布點、溫濕度布點、取樣時間等均與實驗倉一致。

圖4 模擬倉內實驗點及溫濕度監測點布點圖

1.4.3 環流通風系統參數測定及計算

1.4.3.1 風機風速測定

實驗采用分環法[9]計算測點位置，在測試孔處測得風機風速并記錄測試結果。

如圖5所示，虛線內圓形面積為π1，虛線與實線間圓環面積為π2，令π1=π2，計算半徑r=3.5，圖中虛線上互成90°的4個點即為風機風速測試點。

圖5 風機風速測點圖

1.4.3.2 環流通風系統參數計算

1.4.3.3 環流通風單位面積通風量

采用串聯風機的方式調節環流通風工藝下不同單位面積通風量，分別以0.036、0.054、0.065 m/s單位面積通風量進行環流通風，探究不同單位面積通風量對嗜卷書虱種群數量的調控效果。

1.4.4 嗜卷書虱種群數量調控效果檢測方法

1.4.4.1 蟲籠制作

將30 g小麥、5 g飼料、100只發育完全5～7 d的嗜卷書虱裝入蟲籠；按圖2所示折疊蟲籠，并從蟲籠一端按照“W”形將蟲籠折疊密封，用橡膠圈緊縛密封口；在蟲籠密封處綁縛一定長度的尼龍繩，并用標簽做好相應標記，按圖4所示測點位置將蟲籠埋入糧堆相應深度，打開風機進行環流通風。

1.4.4.2 取樣計數

每日定時按編號將實驗倉與對照倉糧堆中不同深度的蟲籠取出，解開蟲籠，將蟲籠內容物倒至白色瓷盤中，記錄環流通風處理后存活的嗜卷書虱數量。計數后嗜卷書虱和蟲籠不放回糧堆。

1.4.5 數據處理

1.4.5.1 嗜卷書虱死亡率計算公式

1.4.5.2 數據統計與分析

EXCEL軟件進行數據的基本處理統計與分析。繪制分析說明所需折線圖、柱狀圖等。SPSS軟件進行數據間的方差分析以及各變量與嗜卷書虱死亡率的相關性分析。MATLAB軟件擬合不同單位面積通風量時環流通風時間與嗜卷書虱死亡率的logistic函數關系式。

2 結果與分析

2.1 通風時間對嗜卷書虱成蟲的影響

隨著環流通風時間延長，觀察通風處理后嗜卷書虱成蟲死亡率變化情況，研究上行式環流通風對嗜卷書虱成蟲種群的防治效果。采用間歇性環流通風方式進行實驗，避免風機由于工作時間過長產生發熱現象影響實驗結果，故通風時間為累計通風時間。

由圖6可知，0.036 m/s單位面積通風量(圖6a)環流通風由12 h至96 h，實驗倉糧堆內嗜卷書虱死亡率由30.7%上升至86.2%； 0.054 m/s單位面積通風量(圖6b)環流通風由12 h至96 h，實驗倉糧堆內嗜卷書虱死亡率由51.0%上升至94.0%；0.065 m/s單位面積通風量(圖6c)環流通風由6 h至48 h，實驗倉糧堆內嗜卷書虱死亡率由48.2%增長至98.0%。0.036、0.054、0.065 m/s單位面積通風量環流通風對糧堆內嗜卷書虱成蟲的種群數量有明顯的調控效果，糧堆內嗜卷書虱死亡率隨通風時間的延長而增加，最終可達100%。

圖6 通風時間對嗜卷書虱成蟲的影響

2.2 不同單位面積通風量對嗜卷書虱成蟲的影響

分別采用0.036、0.054、0.065 m/s單位面積通風量環流通風工藝進行實驗，對比分析糧堆內嗜卷書虱成蟲死亡率的變化差異。

由圖7可知，外界環境相同時，不同單位面積通風量環流通風均可調控糧堆內嗜卷書虱成蟲種群數量，且不同單位面積通風量間嗜卷書虱死亡率有極顯著性差異(P<0.01)。環流通風對嗜卷書虱成蟲種群的調控效果與單位面積通風量的增加成正相關，即單位面積通風量越大，調控強度越大，達到調控目的所需通風時間越短：0.036、0.054、0.065 m/s單位面積通風量環流通風工藝下，糧堆內嗜卷書虱死亡率達80%時所需時間分別為84、72、30 h。

圖7 不同單位面積通風量環流通風對嗜卷書虱成蟲的影響

環流通風是糧堆內嗜卷書虱成蟲死亡的主要原因之一。嗜卷書虱蟲體含水量為90%，當處于環流通風環境中時，通風帶走體表水分，使其脫水死亡。單位面積通風量越大，風速越大，嗜卷書虱脫水速率越快。環流通風實驗倉與對照倉死亡嗜卷書虱對比情況，見圖8。

圖8 實驗后嗜卷書虱背、腹、側部對比圖

由圖8可知，環流通風處理后死亡的嗜卷書虱成蟲嚴重脫水，蟲體干癟彎曲，顏色加深；未進行通風處理的嗜卷書虱成蟲蟲體顏色略深，仍呈現較為飽滿的狀態。證明環流通風使嗜卷書虱脫水是致使其死亡的關鍵因素。

2.3 環流通風過程中糧堆內溫度與濕度變化對嗜卷書虱成蟲的影響

監測環流通風過程中糧堆內溫濕度變化情況，探究其變化對嗜卷書虱的影響，并為糧庫進行書虱防治時環流通風參數選擇和綜合效益分析提供參考。

如圖9所示，環流通風過程中實驗倉糧堆內溫度在22.5～25 ℃之間，對照倉糧堆內溫度在21.5～22.5 ℃之間。環流通風各單位面積通風量下，實驗倉糧堆內溫度均高于對照倉，風機產生的熱量使糧堆溫度升高1.1～2.7 ℃，對照倉糧堆內溫度穩定，波動幅度為0.4～0.8 ℃。

圖9 環流通風過程中糧堆內部溫度變化

如圖10所示，實驗初始濕度條件為71%～75%RH，環流通風過程中實驗倉的濕度逐漸降低，對照倉濕度基本不變。各單位面積通風量環流通風過程中，實驗倉糧堆內濕度下降幅度為11.1%～17.7%；對照倉糧堆內濕度較為穩定，在0.3%～1.4%范圍內小幅度波動。

圖10 環流通風過程中糧堆內部濕度變化

糧堆內濕度下降的幅度和速度與環流通風單位面積通風量有關。實驗初期糧堆內濕度基本相同，實驗結束時，0.036、0.054、0.065 m/s單位面積通風量環流通風實驗倉糧堆內濕度分別為61.6%、59.1%、55.5%。由圖7可知，環流通風結束時，各單位面積通風量嗜卷書虱成蟲死亡率分別為86.2%、94.0%、98.0%，糧堆濕度變化與嗜卷書虱死亡率呈顯著負相關，即糧堆內濕度變化加速了嗜卷書虱成蟲的死亡。

2.4 環流通風處理后實驗小麥的水分含量變化

如圖11所示，環流通風前后實驗倉小麥的含水量下降，且下降幅度隨單位面積通風量的增大而增加。0.036、0.054、0.065 m/s單位面積通風量環流通風后，小麥含水量分別下降了0.65%、2.01%、3.02%。實驗倉小麥糧堆水分下降主要原因是：一方面，模擬倉氣密性不良，容易受外界溫度影響，環流通風單位面積通風量較大，小麥水分下降較快；另一方面，模擬倉尺寸較小，實驗糧食僅有35 kg，糧堆整體受環流通風氣流影響較大，小麥水分含量下降。

圖11 環流通風前后模擬倉內小麥水分含量變化

3 環流通風對嗜卷書虱種群數量調控規律的方程擬合與分析

使用MATLAB軟件擬合環流通風工藝下糧堆內嗜卷書虱成蟲種群數量調控規律，以Logistic函數生長曲線為模型獲得通風時間與嗜卷書虱成蟲死亡率的函數關系式。為科學預測通風截止點，高效調控糧堆內書虱種群數量提供科學依據。

由表1和圖12可知，環流通風系統各單位面積通風量通風時間與嗜卷書虱成蟲死亡率的Logistic函數模型擬合程度極高(R2>0.98)。可根據函數關系式計算當嗜卷書虱成蟲死亡率達50%和90%時所需環流通風時間，即致死時間(lethal time，LT)。

表1 函數關系式擬合參數表

圖12 環流通風各單位面積通風量擬合曲線

環流通風各單位面積通風量擬合函數關系式與嗜卷書虱環流通風致死時間，詳見表2。

由表2可知，隨著環流通風單位面積通風量的增加，達到調控目的所需環流通風時間(LT90)分別為：98.4、89.4、38.3 h。

表2 環流通風調控嗜卷書虱函數關系式與致死時間表

4 環流通風與豎向通風工藝對比分析

對相同機械通風設備條件、相同實驗環境下，環流通風與豎向通風在糧堆內部溫濕度變化、機械通風后小麥水分含量變化等方面的對比分析。

4.1 糧堆內溫度與濕度變化差異

如圖13所示，機械通風過程中，實驗倉溫度在22.2～25.2 ℃之間，可滿足嗜卷書虱成蟲生存所需溫度。相同通風設備條件下，環流通風糧堆內平均溫度較豎向通風高，分別高：0.21 ℃(1臺通風設備)、0.94 ℃(2臺通風設備)、0.85 ℃(3臺通風設備)。

圖13 不同通風方式通風過程中糧堆內部溫度變化

如圖14所示，環流通風與豎向通風過程中，糧堆內濕度均明顯下降，下降幅度為11.1%～21.0%。0.065 m/s單位面積通風量環流通風對糧堆內濕度變化影響大，濕度下降快，除此之外，相同通風時間，豎向通風對糧堆內濕度的影響大于環流通風。

圖14 不同通風方式通風過程中糧堆內部溫度變化

4.2 通風結束時實驗小麥水分含量差異

由圖15可知，通風開始時，各實驗倉內小麥含水量基本相同，差異僅為0.08%；通風結束時，豎向通風小麥含水量耗損嚴重，較環流通風高0.69%～2.86%。

圖15 通風前后模擬倉內小麥水分含量變化

5 結論

0.036、0.054、0.065 m/s單位面積通風量環流通風對糧堆內嗜卷書虱成蟲種群數量有明確的生態調控效果，隨著通風時間的增加，糧堆內嗜卷書虱死亡率可達到100%。

環流通風對糧堆內嗜卷書虱成蟲種群數量調控強度與調控時間隨單位面積通風量的增大而增強增快。0.036、0.054、0.065 m/s單位面積通風量環流通風工藝下，糧堆內嗜卷書虱死亡率達80%時所需時間分別為84、72、30 h。

使用生長曲線Logistic函數模型對環流通風過程中通風時間與嗜卷書虱成蟲死亡率進行擬合。得到0.036、0.054、0.065 m/s單位面積通風量環流通風嗜卷書虱成蟲死亡率函數關系式分別為：M=0.002 1+0.038 3×0.985 4t、M=-0.005 2+0.026 7×0.994 5t、M=0.008 3+0.016 8×0.954 4t；達到調控糧堆內嗜卷書虱成蟲種群數量目的所需環流通風時間(LT90)分別為98.4、89.4、38.3 h。

綜合環流通風與豎向通風對糧堆內嗜卷書虱成蟲種群數量物理防控結論中的調控效果、調控時間、通風過程糧堆內溫濕度變化及實驗小麥水分損耗等因素，推薦實際生產中采用較小單位面積通風量(0.036 m/s)環流通風工藝防治糧堆內書虱，在達到調控目的的同時，有利于糧堆水分保持，確保糧食品質和數量安全，最大限度降低能耗、減少損失。

6 展望

本實驗僅研究了環流通風對嗜卷書虱成蟲的影響，對于其他蟲態(卵、若蟲等)未進行系統實驗，需進一步探索研究。

本研究結論均在模擬倉中進行實驗獲得，要想將實驗結論應用到實際糧倉內嗜卷書虱的防治，更好地將理論模型研究應用到倉儲害蟲防治，還需開展實倉應用驗證和模型校準研究，進一步優化機械通風控制工藝的參數，明確機械通風工藝對實倉中書虱種群數量的調控規律。