环流通风对粮堆内嗜卷书虱成虫种群数量调控研究

姜俊伊 李倩倩 曹 阳 石天玉

(国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037)

近年来，在我国各中温及高温储粮生态区，书虱已经成为粮堆生态环境中的主要害虫[1-2]书虱在20～35 ℃，55%～85%RH的环境条件下即可生存繁殖[3-4]，中、高温储粮生态区内的粮仓夏秋季节温湿度条件非常适宜书虱生长繁殖，但现有熏蒸技术对书虱防治效果不理想。书虱环境适应能力极强、种群迭代爆发迅速，并对化学药剂已产生抗性[5]；同时磷化氢熏蒸时虽然可熏杀大多数书虱成虫及若虫，但对卵的毒杀效果较差[6]，熏蒸结束后书虱种群数量可快速恢复，同时熏蒸使粮堆内书虱的天敌扑食螨大量死亡,降低了书虱种群数量的自然控制效果，多方因素使得书虱防治难度极大。

书虱极其特殊，其虫体含水量约为90%，当虫体缺水时可主动从60%RH的环境中吸取水分来维持自身生存与种群发展[7]，所以粮堆环境内温度、湿度等条件对书虱的生存生长、取食爬行、种群繁殖有着极大的影响，机械通风技术可有效调控粮堆环境的温湿度，破坏书虱适宜生存的粮堆环境，抑制书虱种群繁殖，达到书虱种群调控及防治目的。

本实验以嗜卷书虱为研究对象，在实验仓内模拟粮仓环流通风，探究不同单位面积通风量环流通风对粮堆内嗜卷书虱成虫种群的调控效果差异；使用logistic生长曲线模型拟合调控规律，得出达到书虱种群调控目的所需环流通风时间；同时，监测通风过程中粮堆内温湿度变化，为环流通风工艺的优化提供参考。本研究是机械通风技术在仓储书虱种群调控方面的有益探索，为粮库书虱防治提供新的技术和方法指导。

1 材料与方法

1.1 试虫

嗜卷书虱成虫由国家粮食局科学研究院提供，为北京品系。饲料为小麦粉：酵母粉=10∶1，饲料水含水量(12.5±2.0)%，饲养条件为(25.0±0.5) ℃、(75.0±5.0)% RH。实验采用羽化5～7 d的嗜卷书虱成虫。

1.2 实验小麦

实验小麦35 kg，其含水量为(12.0±1.0)%，利用小麦含水量调节公式，将实验小麦水分调至(13.5±0.5)%，此时粮堆的相对湿度为(70.0±5.0)%RH[8]，与饲养条件相似。

1.3 实验装置

1.3.1 实验仓

本次实验设计并制作了小型模拟仓，用以模拟嗜卷书虱生存活动的粮堆环境和粮库环流通风系统。详见图1。

注：A环流通风系统回流管道；B嗜卷书虱生存环境模拟区；C环流通风系统进风管路。

模拟仓为高110 cm、外径50 cm、厚度1 cm的亚克力材质立筒仓，模拟仓主体外部连接管道是直径为5 cm的PVC管材。模拟仓分上下两部分，距顶部20 cm处有接缝，上部可拆卸，模拟仓由嗜卷书虱生存环境模拟区(B区)和环流通风系统区(A、C两区)两大功能区构成。

1.3.2 通风设备及测试仪器

HF-100S小型通风机；Em50 Digital/Analog Data Logger温湿度检测系统；JSFM—Ⅱ粮食水分测试磨；LDS—1H电脑水分测定仪；DGG—9070A电热恒温鼓风干燥箱。

1.3.3 虫笼

使用密度为300目的纱布制作15 cm×24 cm一端开口的袋状虫笼，见图2。

1.4 实验方法

1.4.1 环流通风工艺

采用上行式环流通风工艺调控粮堆内嗜卷书虱成虫种群数量，在风机动力作用下，气流自粮堆下方喇叭形通风口均匀的通过通风筛板进入粮堆，自下而上穿过粮堆后，由模拟仓上方喇叭形通风口回收重新经风机回到粮堆下方，实现仓内气体的循环往复。环流通风过程中气体流向见图3。

图2 虫笼制作示意图

图3 环流通风气体流向示意图

1.4.2 实验仓测点布置

1.4.2.1 环流通风参数测点

距通风管道进风端5倍直径处[9]，有2个互成90°、直径12 mm的机械通风参数测试孔，此处气流稳定，测量准确，如图1所示。

1.4.2.2 粮堆内实验布点及温湿度测点

于嗜卷书虱生存环境模拟区内装填实验小麦，模拟嗜卷书虱在粮堆表层25 cm空间内的生存环境。粮堆内布设实验虫笼及温湿度传感器，探究环流通风对粮堆内嗜卷书虱成虫种群数量的调控效果，并实时监测环流通风过程中粮堆内部温湿度变化情况。

如图4所示，将35 kg小麦倒入模拟仓中，粮堆深度约25 cm。分别在粮堆表面以下5 cm和20 cm深处铺设虫笼，每个深度等距离布设8处实验点，实验点距模拟仓仓壁5 cm呈圆形分布；在粮堆中线5 cm和20 cm深处埋设温湿度传感器探头，每隔20 min记录数据并定时下载。实验设置实验仓与对照仓，对照仓除未进行环流通风操作外，实验环境、粮食装填、虫笼制作、实验布点、温湿度布点、取样时间等均与实验仓一致。

图4 模拟仓内实验点及温湿度监测点布点图

1.4.3 环流通风系统参数测定及计算

1.4.3.1 风机风速测定

实验采用分环法[9]计算测点位置，在测试孔处测得风机风速并记录测试结果。

如图5所示，虚线内圆形面积为π1，虚线与实线间圆环面积为π2，令π1=π2，计算半径r=3.5，图中虚线上互成90°的4个点即为风机风速测试点。

图5 风机风速测点图

1.4.3.2 环流通风系统参数计算

1.4.3.3 环流通风单位面积通风量

采用串联风机的方式调节环流通风工艺下不同单位面积通风量，分别以0.036、0.054、0.065 m/s单位面积通风量进行环流通风，探究不同单位面积通风量对嗜卷书虱种群数量的调控效果。

1.4.4 嗜卷书虱种群数量调控效果检测方法

1.4.4.1 虫笼制作

将30 g小麦、5 g饲料、100只发育完全5～7 d的嗜卷书虱装入虫笼；按图2所示折叠虫笼，并从虫笼一端按照“W”形将虫笼折叠密封，用橡胶圈紧缚密封口；在虫笼密封处绑缚一定长度的尼龙绳，并用标签做好相应标记，按图4所示测点位置将虫笼埋入粮堆相应深度，打开风机进行环流通风。

1.4.4.2 取样计数

每日定时按编号将实验仓与对照仓粮堆中不同深度的虫笼取出，解开虫笼，将虫笼内容物倒至白色瓷盘中，记录环流通风处理后存活的嗜卷书虱数量。计数后嗜卷书虱和虫笼不放回粮堆。

1.4.5 数据处理

1.4.5.1 嗜卷书虱死亡率计算公式

1.4.5.2 数据统计与分析

EXCEL软件进行数据的基本处理统计与分析。绘制分析说明所需折线图、柱状图等。SPSS软件进行数据间的方差分析以及各变量与嗜卷书虱死亡率的相关性分析。MATLAB软件拟合不同单位面积通风量时环流通风时间与嗜卷书虱死亡率的logistic函数关系式。

2 结果与分析

2.1 通风时间对嗜卷书虱成虫的影响

随着环流通风时间延长，观察通风处理后嗜卷书虱成虫死亡率变化情况，研究上行式环流通风对嗜卷书虱成虫种群的防治效果。采用间歇性环流通风方式进行实验，避免风机由于工作时间过长产生发热现象影响实验结果，故通风时间为累计通风时间。

由图6可知，0.036 m/s单位面积通风量(图6a)环流通风由12 h至96 h，实验仓粮堆内嗜卷书虱死亡率由30.7%上升至86.2%； 0.054 m/s单位面积通风量(图6b)环流通风由12 h至96 h，实验仓粮堆内嗜卷书虱死亡率由51.0%上升至94.0%；0.065 m/s单位面积通风量(图6c)环流通风由6 h至48 h，实验仓粮堆内嗜卷书虱死亡率由48.2%增长至98.0%。0.036、0.054、0.065 m/s单位面积通风量环流通风对粮堆内嗜卷书虱成虫的种群数量有明显的调控效果，粮堆内嗜卷书虱死亡率随通风时间的延长而增加，最终可达100%。

图6 通风时间对嗜卷书虱成虫的影响

2.2 不同单位面积通风量对嗜卷书虱成虫的影响

分别采用0.036、0.054、0.065 m/s单位面积通风量环流通风工艺进行实验，对比分析粮堆内嗜卷书虱成虫死亡率的变化差异。

由图7可知，外界环境相同时，不同单位面积通风量环流通风均可调控粮堆内嗜卷书虱成虫种群数量，且不同单位面积通风量间嗜卷书虱死亡率有极显著性差异(P<0.01)。环流通风对嗜卷书虱成虫种群的调控效果与单位面积通风量的增加成正相关，即单位面积通风量越大，调控强度越大，达到调控目的所需通风时间越短：0.036、0.054、0.065 m/s单位面积通风量环流通风工艺下，粮堆内嗜卷书虱死亡率达80%时所需时间分别为84、72、30 h。

图7 不同单位面积通风量环流通风对嗜卷书虱成虫的影响

环流通风是粮堆内嗜卷书虱成虫死亡的主要原因之一。嗜卷书虱虫体含水量为90%，当处于环流通风环境中时，通风带走体表水分，使其脱水死亡。单位面积通风量越大，风速越大，嗜卷书虱脱水速率越快。环流通风实验仓与对照仓死亡嗜卷书虱对比情况，见图8。

图8 实验后嗜卷书虱背、腹、侧部对比图

由图8可知，环流通风处理后死亡的嗜卷书虱成虫严重脱水，虫体干瘪弯曲，颜色加深；未进行通风处理的嗜卷书虱成虫虫体颜色略深，仍呈现较为饱满的状态。证明环流通风使嗜卷书虱脱水是致使其死亡的关键因素。

2.3 环流通风过程中粮堆内温度与湿度变化对嗜卷书虱成虫的影响

监测环流通风过程中粮堆内温湿度变化情况，探究其变化对嗜卷书虱的影响，并为粮库进行书虱防治时环流通风参数选择和综合效益分析提供参考。

如图9所示，环流通风过程中实验仓粮堆内温度在22.5～25 ℃之间，对照仓粮堆内温度在21.5～22.5 ℃之间。环流通风各单位面积通风量下，实验仓粮堆内温度均高于对照仓，风机产生的热量使粮堆温度升高1.1～2.7 ℃，对照仓粮堆内温度稳定，波动幅度为0.4～0.8 ℃。

图9 环流通风过程中粮堆内部温度变化

如图10所示，实验初始湿度条件为71%～75%RH，环流通风过程中实验仓的湿度逐渐降低，对照仓湿度基本不变。各单位面积通风量环流通风过程中，实验仓粮堆内湿度下降幅度为11.1%～17.7%；对照仓粮堆内湿度较为稳定，在0.3%～1.4%范围内小幅度波动。

图10 环流通风过程中粮堆内部湿度变化

粮堆内湿度下降的幅度和速度与环流通风单位面积通风量有关。实验初期粮堆内湿度基本相同，实验结束时，0.036、0.054、0.065 m/s单位面积通风量环流通风实验仓粮堆内湿度分别为61.6%、59.1%、55.5%。由图7可知，环流通风结束时，各单位面积通风量嗜卷书虱成虫死亡率分别为86.2%、94.0%、98.0%，粮堆湿度变化与嗜卷书虱死亡率呈显著负相关，即粮堆内湿度变化加速了嗜卷书虱成虫的死亡。

2.4 环流通风处理后实验小麦的水分含量变化

如图11所示，环流通风前后实验仓小麦的含水量下降，且下降幅度随单位面积通风量的增大而增加。0.036、0.054、0.065 m/s单位面积通风量环流通风后，小麦含水量分别下降了0.65%、2.01%、3.02%。实验仓小麦粮堆水分下降主要原因是：一方面，模拟仓气密性不良，容易受外界温度影响，环流通风单位面积通风量较大，小麦水分下降较快；另一方面，模拟仓尺寸较小，实验粮食仅有35 kg，粮堆整体受环流通风气流影响较大，小麦水分含量下降。

图11 环流通风前后模拟仓内小麦水分含量变化

3 环流通风对嗜卷书虱种群数量调控规律的方程拟合与分析

使用MATLAB软件拟合环流通风工艺下粮堆内嗜卷书虱成虫种群数量调控规律，以Logistic函数生长曲线为模型获得通风时间与嗜卷书虱成虫死亡率的函数关系式。为科学预测通风截止点，高效调控粮堆内书虱种群数量提供科学依据。

由表1和图12可知，环流通风系统各单位面积通风量通风时间与嗜卷书虱成虫死亡率的Logistic函数模型拟合程度极高(R2>0.98)。可根据函数关系式计算当嗜卷书虱成虫死亡率达50%和90%时所需环流通风时间，即致死时间(lethal time，LT)。

表1 函数关系式拟合参数表

图12 环流通风各单位面积通风量拟合曲线

环流通风各单位面积通风量拟合函数关系式与嗜卷书虱环流通风致死时间，详见表2。

由表2可知，随着环流通风单位面积通风量的增加，达到调控目的所需环流通风时间(LT90)分别为：98.4、89.4、38.3 h。

表2 环流通风调控嗜卷书虱函数关系式与致死时间表

4 环流通风与竖向通风工艺对比分析

对相同机械通风设备条件、相同实验环境下，环流通风与竖向通风在粮堆内部温湿度变化、机械通风后小麦水分含量变化等方面的对比分析。

4.1 粮堆内温度与湿度变化差异

如图13所示，机械通风过程中，实验仓温度在22.2～25.2 ℃之间，可满足嗜卷书虱成虫生存所需温度。相同通风设备条件下，环流通风粮堆内平均温度较竖向通风高，分别高：0.21 ℃(1台通风设备)、0.94 ℃(2台通风设备)、0.85 ℃(3台通风设备)。

图13 不同通风方式通风过程中粮堆内部温度变化

如图14所示，环流通风与竖向通风过程中，粮堆内湿度均明显下降，下降幅度为11.1%～21.0%。0.065 m/s单位面积通风量环流通风对粮堆内湿度变化影响大，湿度下降快，除此之外，相同通风时间，竖向通风对粮堆内湿度的影响大于环流通风。

图14 不同通风方式通风过程中粮堆内部温度变化

4.2 通风结束时实验小麦水分含量差异

由图15可知，通风开始时，各实验仓内小麦含水量基本相同，差异仅为0.08%；通风结束时，竖向通风小麦含水量耗损严重，较环流通风高0.69%～2.86%。

图15 通风前后模拟仓内小麦水分含量变化

5 结论

0.036、0.054、0.065 m/s单位面积通风量环流通风对粮堆内嗜卷书虱成虫种群数量有明确的生态调控效果，随着通风时间的增加，粮堆内嗜卷书虱死亡率可达到100%。

环流通风对粮堆内嗜卷书虱成虫种群数量调控强度与调控时间随单位面积通风量的增大而增强增快。0.036、0.054、0.065 m/s单位面积通风量环流通风工艺下，粮堆内嗜卷书虱死亡率达80%时所需时间分别为84、72、30 h。

使用生长曲线Logistic函数模型对环流通风过程中通风时间与嗜卷书虱成虫死亡率进行拟合。得到0.036、0.054、0.065 m/s单位面积通风量环流通风嗜卷书虱成虫死亡率函数关系式分别为：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；达到调控粮堆内嗜卷书虱成虫种群数量目的所需环流通风时间(LT90)分别为98.4、89.4、38.3 h。

综合环流通风与竖向通风对粮堆内嗜卷书虱成虫种群数量物理防控结论中的调控效果、调控时间、通风过程粮堆内温湿度变化及实验小麦水分损耗等因素，推荐实际生产中采用较小单位面积通风量(0.036 m/s)环流通风工艺防治粮堆内书虱，在达到调控目的的同时，有利于粮堆水分保持，确保粮食品质和数量安全，最大限度降低能耗、减少损失。

6 展望

本实验仅研究了环流通风对嗜卷书虱成虫的影响，对于其他虫态(卵、若虫等)未进行系统实验，需进一步探索研究。

本研究结论均在模拟仓中进行实验获得，要想将实验结论应用到实际粮仓内嗜卷书虱的防治，更好地将理论模型研究应用到仓储害虫防治，还需开展实仓应用验证和模型校准研究，进一步优化机械通风控制工艺的参数，明确机械通风工艺对实仓中书虱种群数量的调控规律。