浅谈国内粮食储备技术现状及发展趋势

毋修远，李佳慧，张红云，高海军，朱鸿帅

（1. 河南省食品和盐业检验技术研究院，河南 郑州 450002；2. 河南省粮油饲料产品质量监督检验中心，河南 郑州 450002；3. 河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002）

“民以食为天”，粮食作物一直都是关乎国计民生的大事。我国以世界9%的土地养活20%的人口，粮食安全问题时刻面临着巨大的压力和挑战。2014 年习近平总书记在中央农村工作会议上提出“要加强耕地保护、发展现代农业、搞活粮食流通、落实惠农政策，任何时候都要始终把中国人的饭碗都要牢牢端在自己手上”。现阶段，我国已经连续10 年粮食产量持续在60 000 万t 以上，但受需求增长较快影响，供需形势依然偏紧。在粮食形势难以改变的形势下，粮食贮藏工作的重要性异常突出。而要如何转换传统储粮技术向绿色储粮技术发展，粗放型仓储管理向精细化仓储管理发展，尽可能降低损耗，保证粮食数量充裕、质量良好，做好粮食贮藏工作，是对粮食贮藏技术工作提出的新要求、新挑战和新使命。

1 我国粮食储备技术进展

1.1 机械通风储粮技术

机械通风是利用最普遍的一种通风、降温及降水方式。原理是利用风机将外界低温、低湿的空气被送入粮堆，促使粮堆表里进行湿热交换，从而降低粮堆温度与水分，达到增强储粮稳定性的一种安全储粮技术。秋冬季利用室外温度较低，通过机械通风将仓内外空气置换，达到降低粮温使其安全贮藏，在达到绿色安全储粮的同时减少耗能。在实际操作中分阶段进行通风降温，避免粮面结露等情况出现，在10 月可在夜间打开通风口及机械通风设备，将夏季积热排出，将粮温降至20 ℃左右。在12 月初再次进行机械通风降温，使粮温降低至10 ℃左右，在1 月末可最终将粮温将至5 ℃以下。在风机选择方面，中储粮湖州仓[1]通过采用离心风机和轴流风机对稻谷冬季降温贮藏，配合夏季谷冷机降温处理，基本实现准低温储粮，但发现离心风机耗电量及粮食失水率明显大于轴流风机，且上行式通风对下层水分影响较大，表明在合适气候条件要合理控制离心风机和轴流风机的运营时间，加强精细化仓储管理，达到绿色储粮要求。面对通风均衡涉及仓内问题，地笼通风技术让粮堆降温、高效杀虫得到有效的解决。传统U 型通风地笼因易导致仓房底部和四角产生通风不均和盲区问题慢慢走下历史舞台，新型“圭”字形通风系统在平房仓和浅圆仓证实具有良好的均匀通风性被全国大力推广[2]。但在平房仓中，地笼设计很大程度上影响了粮食进出库的机械化运行，近些年来多个粮库贮藏小麦、玉米和稻谷时尝试横向通风技术[3-6]，对比表明其通风效果优于传统竖向通风3 倍左右，且热交换效率较高，不仅如此，横向通风技术还解决了风道上墙、粮食进出库机械化程度、粮面全程覆膜，避免了通风期间的反复人工揭膜处理、改善人工作业环境、降低了储粮成本等问题，推动了“四散”物流技术的发展[7-8]。

1.2 空调控温储粮技术

我国被分为七大生态储粮区，部分储粮地区中常年气温较高，或受到仓房气密性较差、夏季粮入仓粮温较高等影响，采用自然通风及排风扇通风无法达到低温储粮时，空调降温补冷技术也是常用技术之一，以达到15 ℃低温储粮或20 ℃准低温储粮。空调降温技术能明显减弱粮食呼吸作用及储粮蛀虫、微生物的生命活动所引起的粮食损失和品质变化，有效保证粮食的保管和储粮品质保持。有研究表明，高温季空调控温有效控制了仓温的急剧上升，抑制了储粮害虫和微生物的增长，较好地保持了粮食的原有品质，但也有增加粮食水分流失及效能比低等弊端。海南省粮油科学研究所通过在仓顶架设太阳能发电板，将其转化为电能进行控温储粮，发现可有效保持粮食品质，并推荐在光照时间长的地域推广，但也面临着成本较高的问题[9]。朱启学等人[10]利用浅层地表低温水源作为冷却介质， 空气经设备水冷系统冷却后送入粮堆或粮仓内，达到了很好的降温效果，是一种运行非常经济的绿色科学储粮技术。针对空调控温对粮温降温速率较低，以及无法有针对性地解决粮堆局部出现发热点现象，谷物冷却机成为了最好的补充。谷物冷却机作为可移动式的制冷控湿通风机组，把机械通风和机械制冷合二为一，按照储粮需要人工设定出风口温度和湿度，可通过送风系统或通风管网，与粮堆和粮食进行热交换，以达到补充冷源和低温储粮，也可以对于部分区域发热现象，将谷冷机移至仓内有针对性补冷，但也面临着设备价格高、运行费用贵等问题，故在大多情况，谷冷机只是在发生粮情异常时充当了“救火队员”的作用[11]。

1.3 气调储粮技术

气调贮藏技术是通过改变密闭仓房中空气组成成分含量（氮气、氧气、二氧化碳），使得粮仓形成一种低氧状态，以达到很好的杀虫、增效、抑霉、保鲜等作用。日常空气中氧气占比21%，氮气78%，二氧化碳及其他惰性气体1%。利用生物降氧和人工气调都能改变空气成分占比，营造不利于虫、霉滋生的目的。生物降氧是通过气囊内粮食的自身呼吸作用，将气囊内的氧气消耗，并集聚较高浓度的二氧化碳。人工气调是通过人为手段，如燃烧耗氧、除氧剂脱氧或直接的空气置换等方法达到低氧效果。2002 年中储粮绵阳库通过CO2气调储粮工程证明其技术在中国的可行性，可延缓安全水分的粮食陈化，达到免熏蒸等安全贮藏和无化学污染的要求[12]。2005 年南京直属库及广西防城港库采用氮气及气囊技术，解决了二氧化碳成本高、整仓气密难度大等问题，在保证粮食品质的同时取得良好的经济效益，降低了气调费用，绿色氮气储粮在各粮仓推广开来[13]。司建中[14]发现，氮气气调相比二氧化碳气调不仅在价格上具有优势，而且氮气显著抑制了储粮期间玉米脂肪酸的上升。赵子龙等人[15]研究表明，贮藏小麦时采用98%以上的氮气气调有良好的杀虫保粮效果， 之后维持92%以上氮气保证较长的无虫粮。山西留屯库试验表明，氮气气调能有效杀虫，包括抗性锈赤扁谷盗等，且每吨所需费用比使用磷化氢熏蒸除虫要少，其智能化也大大降低了人工成本[16]。其他研究也表明氮气浓度越高， 维持时间越长，杀虫效果越好，高浓度氮气还对粮食微生物起到一定抑制作用。氮气气调技术不仅能保持储粮的品质，且启封后不会出现品质加速变化。多年应用结果证明氮气气调储粮可实现绿色储粮，符合我国粮食贮藏的发展方向[17]。

1.4 粮面压盖储粮技术

我国在1998 年之后建设了较多的高大平房仓，其仓顶积热是影响储粮安全的一大问题，近些年一种给粮“盖被子”的技术被广泛应用在南方高温高湿地区，通过在粮堆表面覆盖冷气囊、隔热板、包装物、稻谷壳等，不仅可吸收粮面表层的结露，而且减少了粮堆与空气的湿热交换，延缓粮温上升。乐大强[18]通过在初春气温回升以前对稻谷进行覆盖粮面处理，使得高温季节粮温有效降低3 ℃，且仓内害虫情况相对好转，这可能是压盖使得粮堆造成缺氧环境，从而达到了绿色储粮的目的。前人通过对比粮面压盖材料，发现聚苯乙烯泡沫板是物美价廉的隔热保温材料。荆门直属库通过对比聚苯乙烯泡沫板和稻壳压盖控温，发现两者都使得高水分稻谷都达到较好的降温效果，但发现稻壳压盖的粮堆表层粮温还要更低2 ℃左右。并提出在压盖时要做到“严、紧、密、实”，为达到更好效果可在表面在覆盖薄膜处理。包中平在高温高湿地区采取毛毯、保温板压盖配合复合膜密封，可比单一压盖处理再有效降低3 ℃，达到准低温储粮目的。压盖材料还可反复利用，是较为经济的选择，也符合绿色储粮的观念[19]。

1.5 内环流储粮技术

内环流控温技术是整合了机械通风技术、保温技术和环流技术发展起来的，其原理是一定量的粮食每上升1 ℃，吸收仓内空气热量而导致仓温的降低。粮仓在冬季在粮堆内的蓄积冷源，在高温季节再通过仓温粮温的热交换，把粮温维持在一定温度水平，从而解决冷心热皮现象，达到准低温安全储粮目的。中储粮聊城直属库利用内环流控温技术基本实现了低温储粮、绿色储粮。天津贯庄库通过仓内环流均衡温湿度储粮技术，使得夏季因湿热转移而导致粮堆局部发热现象得到有效解决， 确保了储粮安全同时降低了储粮费用[20]。杨红森[21]研究表明，内环流技术在达到降温的目的同时有效减少了粮食水分损耗，提升了储粮经济。与此同时，内环流技术可明显改善仓内湿度降低，并有效控制储粮害虫繁殖，可减少熏蒸次数和虫害损失[22]。在内环流技术的推广下，保管员的劳动强度大大降低并改善了仓储作业环境，有效减少了仓储成本，是一种安全、经济、有效、无污染的绿色储粮技术。

1.6 环流熏蒸储粮技术

虽然我国采用不同技术达到了一定的杀虫效果，但储粮害虫仍然是储粮过程中面临的重大难题。储粮害虫一方面严重危害了储粮安全，会造成粮食数量巨大损失；另一方面还降低了储粮的食用品质、种用品质、加工品质和工艺品质，并对粮库使用寿命也造成不利影响[23]。磷化氢熏蒸剂杀虫在我国已经有70 年的使用历史了，但传统熏蒸操作因其在仓内分布不均，或熏蒸浓度下降较快等原因的影响，经常出现部分害虫处于亚致死状态，当熏蒸结束后害虫抗性日益增加，导致很多失败熏蒸及其二次熏蒸。不但加大了人工成本及储粮成本，还对粮食品质产生不良影响。针对熏蒸气体扩散速度慢、渗透困难，环流熏蒸技术应运而生，很好地解决传统熏蒸杀虫效果差的问题。环流熏蒸是通过环流管道在仓内连接成一个闭合环流熏蒸回路，气体利用环流风机产生的动力，在粮堆内循环并快速分布均匀，以达到增效熏杀害虫的熏蒸技术[24]。庄波[24]研究发现，环流熏蒸技术不仅提高了熏蒸气体利用率，并且起到了均衡粮堆温湿、排除仓内高湿，甚至还有预防粮堆结露等功能，并减少了储粮投入成本。汕头直属库通过利用双向环流熏蒸技术，实现了仓内熏蒸气体浓度更均匀，环流时间更短，且可灵活控制熏蒸气体浓度，有效延长了气体浓度[25]。中穗储备库利用仓库横向通风与环流熏蒸共用风道，解决了熏蒸盲区的问题，利用磷化氢发生器与仓外环流管道的施药接口相连，避免了保管员与磷化氢气体的直接接触，也降低了劳动强度。环流熏蒸技术以其有效提升熏蒸效果、降低熏蒸剂用量、延长浓度保持时间、减少补药次数等优势被快速应用到各个库，在生态环保管理日趋严格的条件下， 环流熏蒸是一项值得推广的技术[26]。

1.7 智能储粮技术

（1） 粮情检测技术。粮情检测技术是将计算机技术、电子技术、通讯技术和仓储技术等结合起来， 对粮仓内部可以进行监测， 收集数据并存储分析，时刻把握粮食温度、粮仓湿度及虫害情况，从而降低粮食损耗，并达到绿色储粮的目的。作为现代储粮必备技术已被广泛应用到各库，镇江直属库通过采用粮温检测关注仓内粮情，可做到针对不同粮情采用正确的储粮方案，保证粮情的稳定和储存安全[27]。李德燕等人[28]的手持式粮情检测系统具有测量精度高、体积小、成本低、操作方便等特点，极大地满足小型粮仓同时，也符合精准化仓储技术服务体系建设的发展需要。为保证“四散”，有研究通过利用嵌入式系统完成了对散粮车粮情监控系统设计，满足了粮食运输过程粮情监测需要。随着仓储技术的发展，粮情检测也会向传感器集成化，监测无线化、移动化发展。

（2） 智能储粮技术。智能储粮就是对传统通风、气调等技术装上智能大脑，可通过对仓内温度湿度的监控，自动选择最佳时机进行通风或气调，极大地节约了成本，降低了劳动强度。浙江直属库通过智能充氮气调技术，实现了仓内氮气浓度、压力检测与自动气调控制， 基本实现充氮气调过程的自动化，降低了人工成本[29]。昆明直属库利用智能通风技术根据仓量的水分、温度及环境条件准确有效地把握了通风时机，通过自动控制调剂通风时机，减少了有害通风及无效通风，很大程度上降低设备能耗和管理成本。不仅如此，智能储粮技术还涉及了降温通风、降水通风、调质通风、导出仓内积热、环流熏蒸等其他功能的通风。在实际仓储过程中，通过检测仓内温度、湿度等参数，分析参数间的相对关系及平衡点，并通过智能分析控制系统，实验粮食的降温、降水等智能化仓储[30]。

1.8 多合一储粮技术

单一的储粮技术已经无法满足我国生态储粮、绿色储粮的粮食贮藏技术发展趋势和要求，近些年来我国开发了多种储粮技术并用的多合一新型储粮技术。例如，中储粮总公司利用粮情检测、机械通风、环流熏蒸、谷物冷却组成的四合一技术，基本试验绿色储粮，并荣获国家科技进步一等奖。李伟等人[31]研究表明，采用内环流控温与氮气气调并用的方法，不仅控制了粮温，而且营造了低氧环境，更有利于粮食的贮藏安全。石家庄直属库使用内环流技术结合空调控温技术，有效控制了贮藏期间粮食脂肪酸含量的升高，且在均衡仓温仓湿方面效果较好，同时减少了储粮水分的干耗，提升了储粮效益[32]。哈尔滨直属库通过双向混流通风、环流控温、空调补冷、臭氧杀菌储粮系统以夏季密闭仓内环流的方法实现安全储粮的同时实现工业化自动化控制。此外，还有如粮面覆盖技术与空调控温结合以减少粮食与仓温的热流交换，压盖技术配合储粮防护剂使用以化学和物理共用方法达到灭虫保粮的目的等一系列多合一储粮技术[33]。这些技术成果的取得，不仅丰富了粮食贮藏控温技术体系，保证了我国储粮安全，还标志着我国粮食贮藏技术迈上一个新台阶。

2 我国储粮技术及装备仍待解决的问题

（1） 科技的进步推进控温及气调等储粮向经济有效的方向发展，在有效储粮的同时要深切认识到仓房的气密性是限制其发展的重要技术难题。我国仓房始建时间较早，仓房的整体设计理念及整仓的气密性难以满足现有要求，造成了仓储技术资源利用率较低的情况，虽然表面封膜等技术一定程度上解决了气密性问题，但又造成了人工成本的大量增大，在部分环境下还会造成一定的人身伤害风险。

（2） 老旧的仓库已经不能适应新形势、新储粮要求的需要。一方面，老旧仓房隔热效果差，导致夏季外部温度以及太阳辐射容易通过墙壁及仓顶置换进仓内，提高了储粮风险和成本。对此，应对墙体及屋顶加装导热系数小的材料贴合或仓顶吊顶，墙面和仓顶表层采用涂反光材料，以及仓顶淋水的方法，减少热吸收，还应对进出气管道、仓房门窗增加隔热处理[34]；另一方面，老旧仓库因设计理念，其仓粮进出库难度较大，无法实现全机械化及自动化，极大地增加了人工成本，且在粮食进库期间出现的自动分级现象对粮食安全保藏非常不利。为此，应重视自动分级现象研究，可采用多点进仓及安装布料器、抛洒器等减缓自动分级现象，要最终解决还需加紧进出库基础理论研究[35]。

（3） 储粮害虫防治的基础理论研究不足也是丞待解决的问题，缺乏对粮堆内有益和有害生物的发展规律研究，导致无法对症下药。实际仓储过程中，由于对广谱熏蒸剂过度依赖、过量和不科学使用，使其产生严重的抗药性，对储粮安全影响极大。

（4） 针对粮情检测技术，由于基础研究及技术方面原因，现阶段也显现出检测项目单一，检测抗干扰能力差，智能化程度低等问题，在面对日益复杂的粮情管理情况下，也急需开发富含多元化，高度智能化的稳定检测系统[36]。

（5） 对粮情供需取向研究和重视不够，当前我国主要矛盾已经发生了变化，将在粮食产业体现的尤为明显。粮食生产的结构性失衡，粮食流通、消费产销形式的急剧变化下，仓粮用途需求取向，对实践优质粮食工程，以及粮食仓储物流工作影响极大[37]。

（6） 对农村储粮技术推广力度不够，落后的农村储粮条件及储粮知识，造成了大量粮食损耗及高水分粮、虫粮等差粮现象，不仅减少了农民收入，打击了种粮积极性，还为收粮、储粮工作增加了难度，提高了成本。

3 我国储粮技术及装备展望

（1） 储粮生态系统相关基础性研究的进一步提升，其中包括粮食理化特性、品质变化机理、粮食损失关键控制点及技术装备，仓储中热量、水分、气体传递特性以及不同种类储粮害虫、微生物的演变机理等涉及储粮安全的相关基础研究。

（2） 粮情检测要发展集成化、智能化及数字化传感器，实现粮情的全面化监控，能做到对实际粮情的智能分析，预警及应急操作，全面实现智能化。实现各个系统的管理网络化，便于各级粮食管理机构能随时查询管控各库点粮食数据及情况。

（3） 智能化粮库的建立，即通过对智能传感技术、通讯技术、计算机技术、射频识别技术、自动控制技术和专家决策系统等技术的整合，从而提升仓储自动化、信息化和智能化管理，实现单一控温、气调向综合控调技术发展、高能耗向低能耗发展、人工管理向智能管理发展等一系列绿色储粮目标。

（4） 实现从粮食生产、加工、运输、贮藏、消费都绿色化的“绿色一体化战略”，使绿色仓储的粮食得到市场和消费者的认可，将粮食“优质优价”政策进落到实处，为绿色仓储体系的建立和完善打下坚实基础。