西北地區(qū)家用馬鈴薯貯藏窖的設(shè)計和應(yīng)用

楊國霞

（甘肅省天祝縣農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測檢驗站，甘肅 天祝 733299）

馬鈴薯是糧菜兼用作物，為解決中國的糧食供給和提高人民的生活水平發(fā)揮了巨大的作用[1]。國家已實施馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，馬鈴薯作為中國第四大糧食作物，突出主糧化在國家糧食安全中的位置和作用尤為重要[2,3]。在實際生活中馬鈴薯作為大眾食材通過炒、煮、蒸、炸、燉等烹飪方法可做出種類繁多、美味可口的食品，滿足人們的多種需求。在中國水稻、小麥、玉米、大豆等糧食的貯藏已初具規(guī)模，各地研制和建設(shè)了不同體積的糧庫、糧倉等貯藏設(shè)施來滿足貯藏需求，在農(nóng)村也研制和發(fā)放了彩鋼糧囤來滿足家庭貯糧需要[4,5]。馬鈴薯不同于水稻、小麥等籽粒作物，其薯塊含水量高，生命活動旺盛，在國家糧食戰(zhàn)略方面多用大型冷庫、氣調(diào)庫貯藏[6,7]，家用貯藏設(shè)施多為傳統(tǒng)窯洞和土窖，其設(shè)施簡陋、易塌陷、溫濕度調(diào)控困難，貯藏后腐爛率和發(fā)芽率高，取放困難。作為糧食儲備的重要組成部分，設(shè)計和建設(shè)新型家用馬鈴薯貯藏窖有一定的現(xiàn)實意義。

中國西北地區(qū)冬季漫長寒冷，馬鈴薯是農(nóng)村冬季的主要菜蔬之一，廣大農(nóng)村素有“秋收冬藏”的習(xí)俗和傳統(tǒng)。本試驗為了延長馬鈴薯貯藏期和提高貯藏薯塊質(zhì)量，設(shè)計了新型家用馬鈴薯貯藏窖。應(yīng)用后延遲了馬鈴薯發(fā)芽期，降低了腐爛率，克服了傳統(tǒng)窯洞、土窖等貯藏設(shè)施的不足，在農(nóng)村家庭貯藏中具有一定的應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省天祝藏族自治縣東坪鄉(xiāng)先鋒村，N 35°2'，E 102°42'，海拔2 050 m、土壤為山地粟鈣土，屬大陸性高原季風(fēng)氣候區(qū)。年平均氣溫2.8℃，≥10℃的積溫2 400℃，年日照2 500 h，早霜9月下旬，晚霜4月下旬，無霜期155 d，年平均降雨量465 mm。應(yīng)用地位于祁連山東端北麓緩坡區(qū)，該地農(nóng)戶將坡度20°～30°的坡面改造成梯田發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)，馬鈴薯是當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟作物。每年10月馬鈴薯收獲交易后，每家都要預(yù)留和貯存一定數(shù)量的塊莖作為冬季蔬菜食用。

1.2 對比試驗

馬鈴薯品種為‘隴薯3號’一級種，薯種由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。2019年6月上旬播種，10月中旬收獲，收獲后剔除病、殘和損傷薯塊，選留質(zhì)量150～200 g塊莖貯藏。

貯藏時分別應(yīng)用本設(shè)計家用馬鈴薯貯藏窖（簡稱貯藏窖）、傳統(tǒng)家用貯藏設(shè)施窯洞、土窖和房屋4種設(shè)施貯藏。

（1）貯藏窖：圓柱錐體形，半地下，高3.5 m，體積3.8 m3。

（2）窯洞：在房前屋后崖坎下挖“∩”形窯洞，窯洞高1.5 m、寬1 m、深4 m，體積6 m3，洞口安裝木門。

（3）土窖：在院內(nèi)挖長方體形土窖，土窖長1.2 m、寬1.2 m，深3 m，體積4.3 m3，窖頂用木頭搭建，上面覆蓋樹枝、秸稈和土，并預(yù)留窖口，用可移動木板覆蓋。

（4）房屋：人居住的土木結(jié)構(gòu)房屋，土墻體、木質(zhì)門窗，土質(zhì)屋面，屋長5 m、寬3 m、高3 m，體積45 m3。

貯藏時分別隨機抽取選留的薯塊1 500 kg裝入貯藏窖、窯洞和土窖內(nèi)，屋內(nèi)貯藏時堆放在墻角。貯藏前期2019年10～12月馬鈴薯處在自然休眠狀態(tài)，狀態(tài)穩(wěn)定，不發(fā)芽，不采集相關(guān)數(shù)據(jù)。貯藏后期2020年1～4月每個設(shè)施安裝電子溫、濕度記錄儀，將感應(yīng)器探頭深入貯藏薯塊中心位置記錄溫度（℃）和空氣相對濕度（%），每月中旬和月底分別取樣50 kg統(tǒng)計腐爛率（%）和病情指數(shù)，發(fā)芽率（%）和發(fā)芽指數(shù)，并隨時觀察薯塊的變化，記錄發(fā)芽始期。

腐爛率（%）=（腐爛薯塊個數(shù)/薯塊總數(shù)）×100

病情指數(shù)=（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：無病斑；1：病斑直徑＜1.5 cm；2：病斑直徑1.5～3.0 cm；3：病斑直徑3.1～4.5 cm；4：病斑直徑＞4.5 cm。N0、N1、N2、N3、N4分別代表0、1、2、3、4級薯塊數(shù)，N代表調(diào)查薯塊總數(shù)。

發(fā)芽率（%）=（發(fā)芽薯塊個數(shù)/薯塊總數(shù)）×100發(fā)芽指數(shù)=（N0×0+N1×1+N2×2+N3×3+N4×4）/（N×4）

其中：0、1、2、3、4代表芽體長度，0：不發(fā)芽；1：芽長＜3.0 cm；2：芽長3.0～6.0 cm；3：芽長6.1～9.0 cm；4：芽長＞9.0 cm。N0、N1、N2、N3、N4分別代表0、1、2、3、4級芽眼數(shù)，N代表調(diào)查芽眼總數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)求平均值，采用Excel 2007和DPS 6.01軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型貯藏設(shè)施設(shè)計與建造

貯藏窖為圓柱錐體形，半地下，其設(shè)計、建設(shè)和應(yīng)用如圖1。結(jié)構(gòu)、加工制造和應(yīng)用說明如下。

結(jié)構(gòu)說明：在圖1A中貯藏窖由倒漏斗形窖頂3、圓柱形窖體Ⅰ4、窖體Ⅱ5和窖體Ⅲ6組成。倒漏斗形窖頂3、圓柱形窖體Ⅰ4、窖體Ⅱ5和窖體Ⅲ6依次自上而下通過窖壁9的凸楔和凹槽結(jié)構(gòu)套接在一起構(gòu)成整體。窖頂3的頂端是圓柱形排氣筒1，排氣筒1基部設(shè)有氣流調(diào)控板2。窖體Ⅲ6的側(cè)壁設(shè)有取料口7。在圖1B中窖體Ⅰ4和窖體Ⅱ5的內(nèi)部設(shè)有橫截面為“十”字形隔板8，窖體Ⅲ6沒有隔板8。窖頂3的倒漏斗形設(shè)計是便于排氣，氣流調(diào)控板2是便于調(diào)控氣流和控制溫度和濕度。隔板8的“十”字形設(shè)計是增強窖體耐擠壓能力。窖體Ⅲ6沒有“十”字形隔板的設(shè)計是便于貯藏的馬鈴薯都能從窖體Ⅲ6底部取料口7取出。

圖1 貯藏窖整體結(jié)構(gòu)（A）、橫剖結(jié)構(gòu)（B）和縱剖結(jié)構(gòu)（C）示意圖Figure 1 Schematic diagrams of the whole structure(A),cross section structure(B)and vertical profile structure(C)of household potato storage cellar

加工制造說明：貯藏窖直徑1.5 m，整體高3.5 m，體積3.8 m3，其中圓柱形窖體高2 m，錐形窖頂3高0.5 m，排氣筒1高1 m，圓柱形窖體Ⅰ4高80 cm、窖體Ⅱ5高60 cm、窖體Ⅲ6高60 cm。不同構(gòu)件倒漏斗形窖頂3、圓柱形窖體Ⅰ4、窖體Ⅱ5和窖體Ⅲ6均由聚氯乙烯塑料（PVC）澆鑄而成。澆鑄前先按設(shè)計參數(shù)加工模具，模具加工好后，將加熱熔融的聚氯乙烯塑料（PVC）倒入模具成形。不同構(gòu)件倒漏斗形窖頂3、圓柱形窖體Ⅰ4、窖體Ⅱ5和窖體Ⅲ6的隔板8和窖壁9厚1 cm，通過窖壁9的凸楔和凹槽結(jié)構(gòu)套接在一起構(gòu)成整體。取料口7的門與窖體Ⅲ6側(cè)壁通過合頁連接，門可沿側(cè)壁自由旋轉(zhuǎn)。

應(yīng)用說明：貯藏窖使用前先在安放地挖圓柱形坑，將圓柱形窖體二分之一埋入地下，二分之一顯露在地上，顯露在地上部分沿窖壁9外表砌厚24 cm的磚墻包裹窖體。窖體建成后，打開窖頂3，將馬鈴薯裝入窖內(nèi)，然后蓋上窖頂3，在窖頂3上覆蓋棉被等保暖材料。在取料口7斜上方挖臺階13伸入到取料口7，方便人員上下。取食貯藏窖內(nèi)馬鈴薯時，人從臺階13上下到取料口7旁，打開取料口7，取出馬鈴薯食用。在窖內(nèi)溫度過高或過低時可通過關(guān)閉取料口7和排氣筒1上的氣流調(diào)控板2大小來調(diào)控貯藏窖內(nèi)的氣流，從而達到調(diào)控窖內(nèi)溫度和濕度的目的（圖1C）。

2.2 應(yīng)用效果分析

2.2.1 不同設(shè)施的溫度和空氣相對濕度變化

在相同貯藏期（1～4月）條件下，不同貯藏設(shè)施中，貯藏窖的溫度最低。貯藏末期4月溫度為9.6℃，較貯藏設(shè)施窯洞、土窖和房屋分別降低了15.79%、11.11%和47.82%，空氣相對濕度90.6%，較貯藏設(shè)施窯洞和土窖分別降低了5.87%和10.07%，較貯藏設(shè)施房屋提高了55.48%。貯藏末期4月，不同貯藏設(shè)施的溫度由高到低的排序依次為房屋＞窯洞＞土窖＞貯藏窖，空氣相對濕度由高到低的排序依次為土窖＞窯洞＞貯藏窖＞房屋（圖2和圖3）。

2.2.2 不同設(shè)施貯藏馬鈴薯的腐爛率和病情指數(shù)變化

在相同貯藏期（1～4月）條件下，不同貯藏設(shè)施中，貯藏窖的腐爛率和病情指數(shù)均最低。貯藏末期4月腐爛率和病情指數(shù)分別為8.6%和0.21，腐爛率和病情指數(shù)較貯藏設(shè)施窯洞、土窖和房屋分別降低了39.01%、43.42%、58.25%和58.00%、59.62%和67.19%。貯藏末期4月，不同貯藏設(shè)施的腐爛率和病情指數(shù)由高到低的排序依次均為房屋＞土窖＞窯洞＞貯藏窖（圖4和圖5）。

2.2.3 不同設(shè)施貯藏馬鈴薯的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)變化

在相同貯藏期（1～4月）條件下，不同貯藏設(shè)施中，貯藏窖的發(fā)芽始期最遲，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均最低。發(fā)芽始期為2月25日，較貯藏設(shè)施窯洞、土窖和房屋分別推遲了20，17和36 d。貯藏末期4月份發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)分別為58.6%和0.34，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)較貯藏設(shè)施窯洞、土窖和房屋分別降低了32.18%、36.65%、40.57%和40.35%、44.26%、54.67%。貯藏末期4月，不同貯藏設(shè)施的發(fā)芽率由高到低的排序依次為房屋＞土窖＞窯洞＞貯藏窖（圖6和圖7）。

3 討論

應(yīng)用本設(shè)計家用馬鈴薯貯藏窖后，相對傳統(tǒng)貯藏設(shè)施窯洞和土窖降低了設(shè)施內(nèi)溫度和濕度，相對貯藏設(shè)施房屋降低了設(shè)施內(nèi)溫度，提高了濕度。貯藏馬鈴薯后，延遲了發(fā)芽始期，降低了腐爛率和病情指數(shù)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。且結(jié)構(gòu)簡單，造價低、安全可靠、操作方便。

薯塊腐爛率和發(fā)芽率是馬鈴薯貯藏設(shè)施性能最重要的衡量指標(biāo)。馬鈴薯貯藏期最適溫度2～4℃，低于最適溫度后馬鈴薯就會受凍，高于最適溫度后，馬鈴薯就會解除休眠發(fā)芽生長，且發(fā)芽速度和生長量隨著溫度的提高而提高[8,9]。馬鈴薯貯藏期最適濕度80%～93%，貯藏期濕度過低，馬鈴薯就會失水萎蔫，濕度過高就會滋生病害[10]。應(yīng)用本設(shè)計家用馬鈴薯貯藏窖后，在貯藏期（1～4月）濕度在80.6%～86.6%，但觀察到未出現(xiàn)冷結(jié)水，可能是貯藏窖內(nèi)溫度整體高于2.0℃，且貯藏窖內(nèi)空氣自下而上不斷流動，濕潤的空氣處在動態(tài)的流動過程中，而非靜態(tài)的狀態(tài)，不易冷凝結(jié)水或結(jié)冰。除貯藏溫度和濕度外，馬鈴薯在貯藏期間依然進行新陳代謝，吸入O2放出CO2和H2O。在貯藏期各個生理階段，保持良好的通風(fēng)有助于增加窖內(nèi)O2含量，降低CO2的濃度，保證O2含量不低于5%，否則會因缺O(jiān)2引起薯塊組織壞死，導(dǎo)致“黑心”現(xiàn)象發(fā)生[11]。

圖2 不同設(shè)施的溫度變化Figure2 Change of temperatures in different facilities

圖3 不同設(shè)施的空氣相對濕度變化Figure3 Change of air relative humidities in different facilities

圖4 不同設(shè)施貯藏馬鈴薯的腐爛率變化Figure4 Change of tuber rotting rates in different facilities

圖5 不同設(shè)施貯藏馬鈴薯的病情指數(shù)變化Figure 5 Change of tuber disease indexes in different facilities

圖6 不同設(shè)施貯藏馬鈴薯的發(fā)芽率變化Figure 6 Change of germination rates in different facilities

圖7 不同設(shè)施貯藏馬鈴薯的發(fā)芽指數(shù)變化Figure7 Change of germination indexes in different facilities

傳統(tǒng)貯藏設(shè)施窯洞和土窖貯藏馬鈴薯后，受外界氣溫影響較小，具有降溫和保溫雙重功能，在溫度上都能滿足馬鈴薯貯藏要求，但窯洞和土窖深入山坡或地下，通風(fēng)換氣困難，在貯藏過程中受土壤蒸發(fā)和馬鈴薯呼吸影響，設(shè)施內(nèi)濕度大，氧含量不足，促進了病害的發(fā)生。除此之外，窯洞和土窖貯藏馬鈴薯取用不便，使用多年后易塌陷，存在安全隱患。利用房屋設(shè)施貯藏馬鈴薯后，雖克服了窯洞和土窖設(shè)施的不足，提高了安全性能，但屋內(nèi)溫度易受室外氣溫和屋內(nèi)人為活動的影響，春季氣溫回升后，馬鈴薯發(fā)芽早，腐爛率高。家用馬鈴薯貯藏窖吸取了貯藏設(shè)施窯洞和土窖的有益作用，建設(shè)過程中采用半地下室設(shè)計，采用聚氯乙烯（PVC）窖體防潮，在貯藏過程中通過空氣對流來調(diào)控溫度、濕度和氧含量，且取用方便，經(jīng)久耐用，建議在馬鈴薯家用貯藏中示范推廣。