黄依林 王殿轩 朱毓斌 唐培安

(河南工业大学粮油食品学院；粮食储藏与安全教育部工程研究中心；粮食储运国家工程实验室1，郑州 450001)

(江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心2，南京 210023)

氮气气调杀虫长期受到关注，国内外关于氮气气调的研究[1-6]和应用[7-10]多有报道。在我国利用制氮设备制氮气调应用较多的是控温气调，相对于常温条件下的气调杀虫效果报道，控制较低温度下气调致死害虫的时间研究为数尚少。通常采用高浓度氮气致死害虫需要较长的时间[11, 12]，在长期保持氮气浓度的密闭过程中需要仓房具有较高的气密性，或仓房气密性不足时需补充氮气气体。不断或多次补充氮气需要更多的气源，或运转制氮设备消耗大量能量。在一个密闭杀虫周期内如果目标害虫仍有存活则为气调杀虫失败，有效掌握气调中的密闭时间以做到在一个处理过程中完全杀死害虫尤其重要。

气调杀虫效果受诸多因素影响，环境气密性、害虫种类和虫态、环境温度和湿度、气体浓度及保持时间等均会影响到处理效果[11,13-17]。同样气调过程中温度不同致死害虫的时间变化很大[18]。在常温条件下保持98%以上的氮气浓度也需要很长的密闭时间[19]，环境温度降低时气调杀虫效果相应降低。我国低温或控温储粮已得到了较大规模应用[20]，但在低温储粮过程中依然会有害虫发生[21]。基于温度低时会延迟气调杀虫效果[18,22]，明确低温对气调杀虫的影响程度，或同样气调浓度下低温对隐蔽性害虫致死时间的延迟程度很有必要，而此方面的研究尚少。米象Sitophilusoryzae(L.)是世界性分布的主要储粮害虫，是我国储粮主要害虫之一[23]，其在我国分布范围近年来呈扩大态势[24]，在储粮害虫综合治理方面一直备受重视。米象成虫和幼虫均可严重蛀食原粮，其非成虫虫态卵、幼虫和蛹均在粮粒内部生活[25]，通常方法检查其发生及处理后的死亡效果较为困难。害虫不同虫态对气调处理的耐受力又存在显著差异[14, 26]，氮气气调对米象不同虫态的效果差异程度缺乏研究。本文研究了98%氮气浓度下不同温度时米象卵、幼虫、蛹和成虫的致死时间，以期为氮气气调杀虫的有效掌握密闭时间提供量化参考。

1 材料与方法

1.1 试虫

实验用米象采自中央储备粮南宁直属库有限公司，后在河南工业大学储藏物昆虫研究室适宜条件下培养数代，参照FAO推荐方法测定其磷化氢抗性倍数为1.2倍。

1.2 气调装置

采用长为67 cm、宽为52 cm、高为41 cm的食品级PP塑料密封箱作为气调室，用3 mm 厚的有机玻璃板封盖。箱体一侧密封连接直径100 mm、长200 mm 圆柱管制成的取虫缓冲仓，仓的两头分别以螺旋盖密封，可以通过另一侧开孔安装的密封操作手套拿取气调室中的虫笼等，以尽量减小气调过程中从气调室取样给气体浓度造成的影响。密封操作手套安装孔直径150 mm，密封连接橡胶手套。气调室两侧分别设进气口与阀门、出气口与阀门，分别通过导管连接气泵和固定式氮气检测仪，检测仪型号为MOT500 — LM(N2)，测量范围0%～100%，精度0.1%。气调室可连接钢瓶装氮气气源，以及相应的减压阀。氮气检测仪可即时检测室内氮气浓度，并可促进气体分布均匀。处理中充入99.999%的氮气，通过检测和补充气体维持目标浓度在98%。气调室内用过饱和食盐水调节相对湿度在(75±5)%，并设温湿度检测计以观察，见图1。气调室使用状态下的气密性正压 500 Pa的压力半衰期为120 s。

图1气调装置设置示意图

1.3 试虫准备与处理

成虫的准备：采用直径10 mm、长70 mm的两端通透玻璃管用作试虫虫笼，放入50头羽化14 d的成虫和2 g水分含量为14%的洁净小麦，两端用纱布和橡皮筋封口。

卵的准备：适宜条件下用800 g洁净小麦感染2 000头羽化2周的米象成虫，24 h后移出成虫得染虫卵小麦，又24 h后将感染虫卵小麦用分样器分成5 g的160等份，按需要数量分别放入前述虫笼中进行测试。

幼虫的准备：取分样后的小麦之一份，每日解剖检查小麦粒内害虫发育情况，至籽粒内出现幼虫后，再2 d后将前述同期小麦按需要数量分别放入前述虫笼中进行测试。

蛹的准备：如幼虫解剖粮粒检查，当粮粒内有化蛹后，将含2日龄蛹的小麦进行气调处理。方法同上。

以上每个处理设3个重复，并设空白对照。将前述气调室分别置于18、23和28 ℃的温度下，放入试虫笼，控制其相对湿度与密封条件，1 d后调节其中氮气浓度至98%。之后按计划于不同时间取出虫笼，培养检查存活或死亡结果。成虫虫笼置于温度(30±1) ℃、湿度(75±5)% RH环境中，2周后检查死亡率，含卵、幼虫和蛹的虫笼置于相同的温湿度条件下培养，至羽化时每日观察羽化出的成虫数量，直至连续3 d无新增羽化成虫为止，非成熟虫态的样本均对小麦进行剖粒检查，其中出现未羽化成虫、存活的蛹和幼虫计为活虫，计算未达到100%死亡样本中存活个体发育至羽化出成虫的时间。对照(非气调)样品做同样检查和处理。

1.4 数据处理方法

使用IBM SPSS Statistics 20和Microsoft Excel 2016软件对实验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同温度下米象各虫态在不同时间的死亡率

图2显示，不同温度下米象卵、幼虫、蛹和成虫均表现为温度低时害虫死亡率增加缓慢，达到100%死亡率的时间越长。18 ℃时的完全致死时间与23和28 ℃时相比，卵达到100%死亡的时间相应延迟4 d和10 d、幼虫延迟了4 d和8 d、蛹延迟了6 d和12 d、成虫延迟了6 d和10 d，温度越低，延迟时间越长。从完全致死时间相比，不同温度下米象不同发育阶段对高氮缺氧环境耐受力的排列顺序均为：蛹>卵>幼虫>成虫，即在米象对氮气气调的耐受力上成虫最易于被杀死，其次为卵和幼虫，蛹最难被杀死。

图2不同温度时98%氮气中米象各虫态不同时间死亡率

(A:卵；B幼虫； C：蛹；D：成虫)

2.2 不同温度时米象卵的LT50值和LT99值

表1显示，在98%氮气浓度下温度18 ℃时致死米象卵的半数致死时间LT50值为9 d，分别比23 ℃和28 ℃时延迟了3 d和6 d，即在实验温度范围内温度每降低5 ℃，其LT50值对应延长了3 d。高氮气浓度气调下，温度降低后隐藏于小麦粒内的米象虫卵半数致死时间显著延迟。温度降低使得虫卵呼吸需求变小[27]，高氮低氧环境下对其呼吸抑制影响也变小，从而使半数致死时间延长。在18、23 ℃和28 ℃温度下，高氮气调致死米象卵的LT99值相应为24、19 d和11 d，温度降低后代表完全致死虫卵时间的LT99值延迟显著，这同样与低温下卵生命代谢水平降低，呼吸抑制影响小因而耐力相对较大有关。比较同温度下的LT99与LT50值，发现18、23 ℃和28 ℃温度下LT99值与LT50值的差值分别达15、13 d和8 d，同一温度下LT99值与LT50值的差异与试虫卵群体中少数个体有极强耐受力有关，不同温度下LT99值与LT50值的差异也与虫卵的生命呼吸代谢水平有关。

表1 不同温度下98%氮气致死米象卵的LT50值和LT99值

2.3 不同温度时米象幼虫的LT50值和LT99值

从表2可见， 不同温度下98%氮气气调致死米象幼虫的LT50值和LT99值差异显著。温度18 ℃时致死米象幼虫的LT50值长达8 d，分别比23 ℃和28 ℃时延迟了3 d和5 d。在降温幅度相同的情况下，致死幼虫的LT50值与卵的LT50值相同或相近。推测处于取食期的幼虫活动代谢需氧程度比卵大一些，但在高氮环境中降低温度对其LT50值的影响表现与卵相似，这可能是由于米象幼虫为无足式，其活动强度较小而需氧量与卵相近。温度18 ℃时气调对幼虫的LT99值为21 d，比23 ℃和28 ℃时相应延长了5 d和11 d，温度降低同样大幅度降低了气调致死幼虫的LT99值。比较LT99值和LT50值可以看出，同一温度下的LT99值明显大于相应温度下的LT50值，且这种现象在幼虫期比卵期更为明显，原因也在于群体中少数耐力极强的幼虫个体会导致LT99值显著增大。

表2 不同温度下98%氮气致死米象幼虫的LT50值和LT99值

2.4 不同温度时米象蛹的LT50值和LT99值

表3显示，98%氮气浓度下18 ℃时致死米象蛹的LT50值达11 d，分别比23 ℃和28 ℃时延迟了5 d和7 d。与卵和幼虫的结果相比，23 ℃和28 ℃时致死蛹的LT50值与卵和幼虫的LT50值相近，但温度18 ℃时对蛹的LT50值明显增大。显示出高氮低氧环境中温度降低至18 ℃后，米象蛹对低氧的耐受力明显增加，这可能与蛹低温下呼吸强度和生理代谢率更低[28]，温度降低对蛹的致死效果更慢有关。同样温度下，18、23 ℃和28 ℃时致死蛹的LT99值分别比相应的LT50值延长了15、15 d和8 d，呈现出温度越低气调致死蛹的LT99值越大，其原因同样是温度低时蛹呼吸需求低，少数耐力极强个体导致LT99值更多延长。

表3 不同温度下98%氮气致死米象蛹的LT50值和LT99值

2.5 不同温度时米象成虫的LT50值和LT99值

表4为98%氮气中不同温度下致死米象成虫的LT50和LT99值。18 ℃温度时致死米象成虫的LT50值为7 d，分别比23 ℃和28℃时致死成虫的LT50值延迟了3 d和4 d。低温延迟LT50值的程度在23 ℃时与幼虫和卵的相近而明显小于蛹，在28 ℃时成虫的LT50值则明显小于幼虫、卵和蛹的LT50值。温度18 ℃时的LT99值为17 d，分别比23 ℃和28 ℃时延长了6 d和10 d，低温导致对成虫的LT99值显著增大。同样，在同一温度下都表现出了对成虫的LT99值均显著小于对卵、幼虫和蛹的LT99值，这都与成虫取食和运动活动更为旺盛，代谢需氧量更多，在高氮低氧环境中更易于被致死有关。

表4 不同温度下98%氮气致死米象成虫的LT50值和LT99值

2.6 米象非成虫态发育为成虫的时间

表5显示，非气调环境中从蛹羽化出成虫的时间在23 ℃和28 ℃时均为3 d，18 ℃时接近4 d。在98%氮气中7 d后再脱离气调环境，23 ℃和28 ℃时蛹发育至羽化为成虫时间分别为7 d和8 d，18 ℃时则达10 d。仅气调7 d的时间再回到正常气体环境中，23 ℃和28 ℃下蛹至羽化出成虫的时间延迟了3～4 d，18 ℃下则相应延迟了7 ～ 8 d，低温18 ℃下导致短期气调环境中害虫发育延迟异常明显。在98%氮气中残存蛹发育为成虫的时间在18、23和28 ℃下分别为27、20 d和14 d，气调时间延长而未到完全致死害虫时间，其存活的蛹发育时间延迟更加显著。98%的氮气杀虫浓度下未致死的蛹可发育羽化出成虫，温度降低蛹的发育历期更加延迟。

非气调环境中28 ℃温度下从幼虫发育至羽化出成虫需要14 d，之后温度每降低5 ℃幼虫发育至成虫的历期相应延迟2 ～ 3 d，温度对幼虫发育影响显著。98%氮气气调7 d后在温度28 ℃时幼虫发育至成虫延长至32 d，温度降至23 ℃和18 ℃幼虫发育至成虫相应延迟2 d和4 d，高氮杀虫浓度延迟幼虫发育期明显，温度降低幼虫在短期气调后发育期延迟也同样显著。长期98%氮气气调未至完全死亡，其存活的幼虫在温度28 ℃时发育至羽化出成虫时间延长到了39 d，23 ℃和18 ℃相应延迟了3 d和8 d。同样长期气调杀虫浓度下存活幼虫发育至羽化为成虫的时间更加延迟，且温度降低对该发育期的延迟更加明显。

米象在正常气体中28 ℃温度下从卵发育至羽化出成虫经历了25 d，之后温度每降低5 ℃卵发育至成虫的历期也相应延迟了3 d以上，这种延迟包括了低温对卵期的延长，以及对幼虫和蛹发育期的延长。98%氮气气调7 d后卵在28 ℃温度发育至成虫需要46 d，比正常气体环境中相应延迟了21 d，23 ℃和18 ℃温度下相比较28 ℃分别延迟了2 d和5 d。98%氮气浓度中完全致死时间前残存的卵在28 ℃时发育至羽化出成虫经历了48 d，23 ℃和18 ℃时相应的历期也分别延迟了6 d和11 d，温度对卵至成虫发育历期的影响程度与幼虫期和蛹期相似。

总体上，98%高氮缺氧环境中米象隐蔽虫态在接近死亡前如果脱离气调环境，许多个体可以存活，并且可发育羽化出成虫。此过程中温度的降低可显著延迟害虫的发育历期。

表5 非气调和气调不同时间的非成虫态米象

3 讨论与结论

气调杀虫中温度影响明显，害虫致死时间随温度降低而延长[22]。在高浓度CO2(90%～95%)和低氧(0.7%～2.1%)环境中，34 ℃温度下经过10 d米象和玉米象成虫可完全死亡，22 ℃温度下则要经过26 d的时间方可完全死亡[25]。关于气调中温度较低时对成虫的杀虫效果也有所降低[18, 22, 28, 29]，气调中低温对隐蔽性虫态的致死效果与影响报道少见。本研究说明98%氮气环境中米象不同虫态间的致死时间差异显著，成虫对此环境的耐受力最小，气调中为了保障完全致死害虫以致成功，应充分考虑处理过程对耐受力最强虫态的完全致死效果。鞘翅目害虫如谷象、米象、烟草甲和药材甲等的蛹期对气调的忍耐性最强，其次是卵和幼虫，多表现为成虫对气调最敏感[9,12,14]。本研究表明，在18、23 ℃和28 ℃各个温度条件下，米象对气调的忍耐力强弱均大体可排序为：蛹>卵>幼虫>成虫，实际气调杀虫效果评价中应更加关注对米象蛹的致死效果。

适宜温区内温度升高害虫发育加快，呼吸需求大，气调杀虫环境下也易于死亡。在实际储粮中低温环境中也会有害虫发生，此时因呼吸代谢相对小，气调致死害虫的时间会相应延迟，但具体延迟时间的程度报道很少，尤其气调对隐蔽虫态的延迟程度更是关系完全杀虫的效果。本研究结果提示，在98%的氮气杀虫浓度中实现完全杀虫，对于米象(以对蛹的LT99值为参考)温度23 ℃时要比28℃延长10 d以上，18 ℃时要比23 ℃时延长4 d以上，18 ℃时要比28 ℃延长14 d以上。实际生产环境中，粮堆温度常为不均匀分布，从保证完全杀虫效果考虑，应根据环境中最低温度或最低生虫部位的温度保持气调密闭时间。

在 25 ℃和70%R H的条件下采用98%～100%的氮气浓度进行气调处理，19 d才可完全抑制玉米象的卵、蛹和幼虫，11 d可以完全致死谷蠹成虫，但要抑制其非成虫虫态则需要延长至20 d[12]。温度28 ℃下2%稳定氧气浓度条件下90 d对米象种群抑制率为99. 94%[17]，说明缺氧杀虫环境中米象种群中有些个体可以长时间存活。缺氧条件下长时间种群抑制不能达100%的原因与米象隐蔽虫态耐气调性较大有关，更与气调过程中存活个体发育繁殖造成种群世代重叠，后代隐蔽虫态耐力表现有关。本研究表明，98%高氮缺氧气调时间不足时，米象隐蔽虫态在未被杀死的情况下脱离气调环境可以存活并发育至成虫羽化，此过程中温度的降低可以延迟气调环境下害虫的发育历期。基于此结果，在气调杀虫中对于保持杀虫气体浓度的时间可以参考正常气体环境下的昆虫发育参数，但更要在相应发育历期参数基础上延长密闭气调时间，环境温度更低时延长时间的幅度更大。