储粮害虫物理防治-气调防治

物理防治一、气调防治的概念气调又称为改变大气（modifiedatmospheres），是人为改变储藏物环境中大气的气体成分，达到延缓粮食陈化、抑制虫、霉危害的一种技术。亦有人将气调称为气控（controlledatmospheres，CA），严格讲两者有一定的区别，在气控处理中气体成分的控制更为严格。即在整全处理期间气体成分被控制在较为恒定的水平。应该指出，本节所指的气体成分是指大气本身所包含的O2、N2和CO2等气体的比例成分。而不包括像磷化氢等熏蒸剂及其他气体。第二节气调防治一、气调防治的概念害虫的呼吸是维持其进行正常生命活动的基本条件，即害虫必须与环境中的空气进行气体交换。环境大气中任何一种气体成分比例的变化，对害虫本身都会有直接的影响。因此，人为控制和改变害虫生活环境中大气的组成，从而达到抑制害虫发生和发展，甚至杀死害虫的目的，这就是气调防治。早期的研究主要集中在降低储藏环境中氧气含量方面。如将粮食严格密闭起来，利用粮食、微生物和害虫本身的呼吸作用消耗环境中的氧气，从而达到抑制害虫危害的目的。后来又发展到利用脱氧剂辅助降氧。目前通常的方法是用CO2或用N2再混合少量O2来调节谷物中的气体，或控制害虫生长，或防止谷物品质下降。第二节气调防治一、气调防治的概念在气调处理中，储藏环境中的空气混合物必须达到并控制在对害虫和微生物致死的水平。随着技术的进步，人们正在探索和使用一种在密封储藏中迅速充入N2或CO2的同时又快速减少O2含量的装置。第二节气调防治优点缺点被处理的商品中无残毒要求较高的气密性对工作人员安全处理时间长对环境安全增加储藏费用低氧具有抑霉效果；通过降低粮食的呼吸，有利于保持品质无警戒气味害虫产生抗性的风险低材料的获得和提供问题一、气调防治的概念目前气调防治所用的气体主要是N2和CO2，两种气体各自有其优缺点（见表10-7）。在实际应用中，我们可以根据具体情况选择合适的气源。第二节气调防治气体优点缺点N2在处理环境中化学性质稳定温度低于25℃时处理时间较长对工作人员安全，无临界值要求与空气容积比在97%时才有效相同容积下比CO2廉价长期液态储存气体会有损失CO2与空气容积比＞35%时即有效具水溶性和腐蚀性温度低于25℃时防治害虫比N2快高浓度使用时需要在处理场所和工作环境进行安全浓度监测在高压条件下可快速杀虫有一定危险性，安全临界值为容积比0.5%可储存在大型钢制容器内温室效应气体二、气调防治的原理（一）氮气气调的杀虫原理N2本身对害虫没有毒力。在储藏环境中增加N2的含量，主要目的是置换和替代O2；当O2浓度降低到一定水平时，对害虫就会造成有害的影响。如当环境中的O2浓度降低到12%时，对大多数害虫的危害便有明显的抑制作用；当O2浓度降低到8%时，多数害虫的生长发育和繁殖将受到抑制；当O2浓度降低到4%以下时，害虫在两周内便会死亡；O2浓度降低到2%以下时，害虫在数天内便会死亡。实验证明，O2浓度越低，害虫致死的时间就越短。因此，利用N2进行气调防治，害虫死亡的原因是由于缺氧而窒息死亡。其他一些惰性气体，如氩气和氦气也被应用于储藏物害虫的气调防治，并证明有相似的杀虫效果，但是，由于这些气体价格较昂贵，实际的商业应用受到限制。第二节气调防治二、气调防治的原理（二）二氧化碳气调的杀虫原理当CO2的含量大于35%时，不管是否有剩余的O2，都能使害虫致死。但是，纯的CO2并不比有一些氧气存在的条件下杀虫更为有效。在0~40℃的温度范围内，CO2含量为60%与90%的气体证明对米象的致死时间相似；但对某些虫种，在二氧化碳含量为90%时会比60%有更短的致死时间。关于气调条件下害虫死亡的直接原因还不完全清楚。有人认为其毒理影响归因于脱水和作为能量代谢底物甘油三酯的缺乏。细胞水平的酸化（acidification）也可能导致生理作用的破坏，并可能与毒理作用有关。第二节气调防治（二）二氧化碳气调的杀虫原理在另一项研究中发现，粉班螟在缺氧情况下体内的葡萄糖水平下降，而在高浓度的二氧化碳中却保持不变；苹果酸水平在高浓度的二氧化碳中增加，在低氧情况下却下降；柠檬酸水平在两种情况下都减少。这表明气调对三羧酸循环过程有抑制作用。对陆生昆虫而言，乳酸发酵是在缺氧条件下最重要的提供能量的方式。人们发现，当把一些昆虫暴露在纯氮或缺氧的环境中一段时间后，虫体内的乳酸水平显著提高。试验证明在使用N2控制储藏物害虫时，如果O2浓度高于3%~4%，害虫的致死时间将会延长。第二节气调防治（二）二氧化碳气调的杀虫原理当把谷象的蛹暴露在纯N2或纯CO2气体中时，发现在最初的24h乳酸水平增加最快迅速。随着暴露时间的延长，乳酸生成便会停止，表明新陈代谢过程受到了抑制。24h以后，暴露在CO2中蛹体内乳酸的水平大约是暴露在N2中的三分之一，这种关系在21d的暴露期内一直维持稳定。第二节气调防治（二）二氧化碳气调的杀虫原理在CO2中，谷象蛹体内相对低的乳酸水平是由于碳酸和乳酸共同引起的酸中毒所致；而在N2中则是由单纯的乳酸大量聚积所致。Friedlander（1984）曾报导，暴露在99%的N2、1%的O2中粉斑螟蛹体内的丙酮酸和乳酸水平都有所升高，乳酸含量比在暴露在空气中高出4倍；也比暴露在纯N2中的高出2倍。这一结果可能暗示O2存在的多少，对乳酸量有重要影响，也对高浓度CO2大气中害虫酸中毒的程度有影响。与N2相比，高浓度C02导致细胞的酸中毒和新陈代谢的抑制，是使害虫短时间内致死的主要原因。第二节气调防治三、气调防治技术的应用（一）缺氧气调此处的缺氧气调是指利于粮堆本身的呼吸作用或人工辅助的方法，降低粮堆内的O2含量，使之达到缺氧抑虫、杀虫的目的。1.自然缺氧自然缺氧是在密封的环境中，利用粮食及粮堆中微生物和害虫等生物的呼吸作用，逐渐消耗粮堆中O2，同时提高CO2的含量，使粮堆达到缺氧的目的。第二节气调防治1.自然缺氧储藏中的粮食都是生命体，都有正常的呼吸作用，这是自然缺氧的基础。但不同的粮食品种，其呼吸强度也不同，降氧速率也不同。在考虑实施自然缺氧时，必须要了解和掌握储存粮种的降氧能力。降氧能力高的粮种，可以采用自然缺氧的方法；而降氧能力低的粮种，只能采用其他的气调方法.实验表明，稻谷、小麦、玉米、大豆等粮种都具有很好的自然降氧能力，通常它们的降氧能力依次为：玉米>小麦>稻谷>大豆。但薯干、面粉等由于其呼吸率很低，很难达到自然缺氧的目的。第二节气调防治1.自然缺氧粮食本身的状态，如新陈度、含水量、粮温、有无害虫等与降氧速率也有很大的关系。新收获的粮食，由于其代谢旺盛，呼吸强度很高，其降氧效果就好。如小麦的自然缺氧，最好是采用新收获两周以内的粮食。随着储存期的延长，其呼吸强度便会逐渐降低，储存几年以后的粮食，很难达到自然缺氧的效果。水分高，降氧快。这除了和粮食本身的生理状况有关外，可能还与微生物的活动有关，粮食水分是影响微生物活动的最主要因索，随着粮食水分的增加，微生物的代谢活动也开始加强。粮食水分的增加，同时也意味着储存风险的增加。特别是在粮堆密闭良好的情况下，容易出现结露、放热现象，在采用自然缺氧技术时必须注意。第二节气调防治1.自然缺氧粮温高，降氧快。温度提高，会增加粮食、害虫及微生物的呼吸强度。通常在20℃以下，自然降氧的速率比较缓慢，随着粮温的增高，降氧速率明显加快。因此，自然降氧最好在粮温较高的季节进行。有虫粮，降氧快。一般害虫的呼吸强度要比粮食大十万倍以上，所以有虫粮食降氧速率快。而且虫口密度越大，降氧越快。必须指出的是，粮食水分高、温度高、害虫多等都是影响储粮安全的主要因素，所以，在利用这些条件快速降氧的同时，应进行全面的分析，权衡利弊，慎重采用。第二节气调防治2.微生物辅助降氧微生物辅助降氧是利用某些微生物呼吸量大的特点，辅助低水分粮、陈粮及成品粮等呼吸强度低的粮食快速降氧的一种方法。一般以酵母菌、糖化菌为菌种，采用三级扩大培养，一级试管斜面培养，二级以稻壳和麸皮为原料，进行曲盘培养，三级为培养箱培养。在培养箱与粮堆间设置通气管，进行气体交换，当粮堆内的O2浓度降低到气调要求后，拆除培养箱，密封好粮堆，保持缺氧状态。第二节气调防治3.脱氧剂降氧脱氧剂降氧是指在密封环境中加入脱氧剂，通过脱氧剂与环境中的O2发生作用。除去O2使之达到缺氧目的的气调技术。脱氧剂脱氧具有安全、无毒、无污染、脱氧速度快优点，但使用成本较高。脱氧剂是指能同空气中的游离O2发生化学反应，以除去O2的一类化学制剂。目前使用的脱氧剂主要有铁型脱氧剂、硫酸盐脱氧剂和碱性糖制剂三类。在粮食储藏气调中使用的主要是铁型脱氧剂。其成分以还原铁粉为主剂，以填充剂（如活性炭）为载体。加入催化剂（如金属卤化物）按一定比例配制而成。第二节气调防治3.脱氧剂降氧使用脱氧剂降氧时，应做好粮堆的密闭工作。使用时将脱氧剂分别装于透气性的纸袋内，每袋装1kg左右，均匀地散布在粮堆表层和四周，然后严格密闭粮堆。影响脱氧剂脱氧效果的主要因素有粮温、粮食水分、相对湿度以及剂量等。一般情况下，粮温高、水分大的粮堆脱氧速率快于粮温和水分低的粮堆。第二节气调防治（二）二氧化碳气调由于CO2的气体比重比空气大，因此，一般是将CO2从底部充入粮堆，充入方法通常有两种方式。一种方法（正压）是把密封粮堆下部的进气管与CO2钢瓶或CO2发生器送气管连通接牢，同时把密封粮堆顶部的排气口全部打开。打开钢瓶上的控制阀门，慢慢地向粮堆内充加CO2，由于CO2气体比重大于空气，当粮堆下部充入CO2后，下层空气即自下而上逐渐上升到顶部，不断地由上部排气孔排出，当测定到顶部排气孔处的CO2浓度在40%~45%以上时，即可停止充气，密封进、出气口，密闭粮堆。第二节气调防治（二）二氧化碳气调另一种方法（负压）是把密封粮堆下部的进气管与CO2钢瓶或CO2发生器送气管连接，顶部的排气口与真空泵或风机连接。首先开启真空泵或风机，将粮堆抽为负压后，再打开CO2钢瓶的阀门，慢慢向粮堆充气，及时打开粮堆顶部的排气口。当测定顶部排气孔处的CO2浓度在40%~45%以上，或粮堆内达到75%以上时，即可停止充气，然后密闭粮堆。一般粮堆中的CO2浓度维持在35%以上，粮温25℃以上，密闭时间15d以上便可达到较好的气调杀虫效果。第二节气调防治（二）二氧化碳气调近年来，国外有人发现利用高压的CO2气体气调，可以大大缩短处理时间，在1~3.7MPa之间的CO2气体压力下，大部分储藏物害虫可在几小时内被彻底杀死。如在3.7MPa压力、时间20min，3MPa压力、时间1h和2MPa压力、时间3h的条件下，除了土耳其扁谷盗和大眼锯谷盗外，所有的害虫的死亡率几乎都是100%，在3MPa的压力下，处理1h后，仅有少量大眼锯谷盗存活。第二节气调防治（三）氮气气调利用N2置换掉密封粮堆内的空气，使N2浓度达到97%以上，O2含量达到2%~3%时，暴露时间13~15d，便可有效地控制粮堆内的害虫。利用N2气调较常用的方法有充N2和利用制氮设备富集N2。充N2气调的方法是，利用真空泵等机械设备，把密封粮堆内的空气基本抽尽，再充入适量的N2，使粮堆处于高氮缺氧状态。首先将由密封粮堆中引出的导气管与真空泵的进气口连接，开启真空泵，抽空粮堆内气体。当粮堆内真空度达到80kPa时，即可充入N2，直至密闭粮堆内外气压平衡为止。第二节气调防治（三）氮气气调充N2浓度应达95%以上，粮堆内其余5%左右气体中的O2，会随粮堆内生物体的呼吸消耗而逐渐降低，甚至达到缺氧状态。近年来较常用的方法是分子筛富氮降氧。分子筛是一种微孔型的晶体硅铝酸盐，它是高效能、高选择性的晶体吸附剂。分子筛优先吸附N2氮，并使N2黏滞地吸附于分子筛空穴的内表面，而O2只能片刻地被吸附，它在空穴的内表面能自由地离开，使O2、N2分离。然后将吸附在分子筛空穴中的N2通过减压而解吸，制得的富氮气体送入粮堆。经过反复循环富氮排氧，就可使粮堆的N2含量提高到97%以上，O2含量降低到3%以下。第二节气调防治（四）气调操作的安全防护人对缺氧的反应第二节气调防治级别氧气含量症状与现象112-16呼吸与脉搏增加，肌肉协调轻微障碍210-14清醒，情绪失常，行动感到异常疲劳，呼吸失常36-10恶心呕吐，不能自由行动，将失去知觉，虚脱，虽能感知情况异常，但也不能行动或喊叫46以下痉挛性行动，喘息性呼吸，呼吸停止几分钟后心脏停止跳动（四）气调操作的安全防护人对高二氧化碳的反应第二节气调防治二氧化碳含量（%）症状与现象2-5人可以感觉到呼吸次数增加5-10感到呼吸费力10可以忍耐数分钟12-15会引起昏迷25以上数小时内可导致死亡（四）气调操作的安全防护1、对于气密处理过的气调仓房，在人员进仓前一定要保证仓内气体对人的呼吸是安全的，要用相应的检测器检测安全后才可进仓。否则应佩戴生氧面具或供氧装置才能入仓，此时过滤式的防毒面具不具备防护功能。2、使用二氧化碳气调时，在自由空间一般不会达到危险的浓度，但在地下室或低洼处可能会达到危险程度，应特别注意。3、装二氧化碳的钢瓶在充气时温度非常低，接触皮肤会导致冷灼伤，所以在接触冷源时要戴手套。第二节气调防治（四）气调操作的安全防护4、二氧化碳气调结束放气后，由于粮食的解吸作用，在一段时间内，仓内二氧化碳浓度一直较高，应引起注意，避免发生意外。5、气调作业过程，必须多人完成，不可单人操作。6、发生突发事件时应立即切断气源，手边应有应付突发事件的用具、装置。第二节气调防治四、影响气调防治效果的因素气调防治储藏物害虫的效果除了与所用气体的浓度和暴露时间有关外，还受其他一些因素的影响。如环境的气密性、害虫的种类及虫期、环境的温湿度等。（一）环境的气密性气调环境的气密程度是气调防治的关键因素之一，一般情况下，气调要求的环境气密性比熏蒸的要求高。对于气调防治的气密性要求，我国还没有统一的标准。通常是通过测定气调环境的压力半衰期来衡量其气密程度，在相同的气密条件下，但初始测试压力的不同，测得的压力半衰期稍有差异。第二节气调防治（一）环境的气密性德国推荐气调储藏的气密标准为：压力半衰期要大于30s；澳大利亚当局推荐的标准是3min。亦有资料介绍，澳大利亚推荐二氧化碳气调的标准为：500Pa压力半衰期不小于10min。另外，处理环境容积的大小不同，对气密性的要求也有差别。如Navarro（2000）推荐的气调处理的气密要求为：250Pa压力半衰期，容积小于500m³，空仓3min，实仓1.5min；容积小于2000m³，空仓4min，实仓2min；容积2000~15000m³，空仓6min，实仓3min。第二节气调防治（一）环境的气密性我国目前的气密标准为：高大平房仓压力半衰期要大于45s；第二节气调防治（二）害虫的种类和虫期通常，鞘翅目储藏物昆虫的前期蛹对气调的忍耐力最强，其次是卵、高龄幼虫、低龄幼虫和成虫。在常见的储藏物害虫中，象虫（Sitophilusspp.）的蛹对各种气调处理忍耐力最强。如10℃时，在98%的N2和2%的O2条件下，象虫的蛹可以存活10周以上，而成虫在2.5周后即全部被杀死。储藏物中的蛾类通常要比象虫对气调更加敏感。但滞育期的印度谷螟幼虫对各种气调的忍耐力比正常发育的幼虫和成虫要高。如在10℃时，用60%的CO2处理，滞育的印度谷蛾幼虫和象虫蛹的忍耐力基本相同。人们还发现，储藏物螨类的休眠体对气调表现出较高的忍耐力。第二节气调防治（二）害虫的种类和虫期研究发现用CO2对成虫的亚致死处理会导致其出现麻醉状态，如90%的CO2处理谷象成虫4h，在处理后的40min内，害虫处于麻醉状态。而用98%的N2和2%的O2处理，则成虫并没有出现麻醉现象，Soderstrom和Brand（1982）证实，在含有2%O2的N2环境中，不能阻止印度谷蛾的取食；但在40%的CO2条件下，可以阻止其取食，而30%的CO2却不能。第二节气调防治（二）害虫的种类和虫期有研究报导，气调可诱发储藏物害虫对气调的抗性。有人在低氧或高二氧化碳气体浓度的条件下，对象虫（Sitophilusspp.）进行了7~10代的筛选，结果发现它们对CO2的抗性水平提高到3倍。赤拟谷盗成虫经过40代低氧条件筛选，发现其抗性水平发展到5倍。在35%的CO2、1%的O2，其余为N2的条件下，对嗜卷书虱进行了30代的筛