专利视角下储粮害虫防治领域的探索与实践

日期:08-29-2024

摘自：《粮食与油脂》2024年第8期

作者：吴娟，吴洁，崔海英，林琳

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国家粮食和物资储备局数据显示，我国每年因储藏、运输、加工等产后环节的粮食损失量在0.35亿吨以上，其中每年因储粮害虫等造成的粮食损失约占粮食产后损失的30%。因此，害虫防治是粮食贮藏工作的重要组成部分，也是保障国家粮食安全的重要环节。在粮食储藏过程中，储粮害虫的取食不仅会造成粮粒质量降低，甚至还会引起粮堆局部发热、结露、霉变。此外，食用被储粮害虫污染过的粮食及其制品，可能会对人体健康造成潜在危害。近年来，随着人们对食品安全和食品污染问题的关注度愈来愈高，储粮害虫的治理受到了国内外学者的广泛关注，逐渐成为了粮食储藏领域的研究热点。

 

本文从专利技术角度对检索到的储粮害虫防治领域专利的技术主题进行分析，以期为该领域的创新研发奠定理论基础，并为相关企业确定关键技术研发方向、制定完备的专利布局策略提供决策参考。

 

1、化学防治

 

在储粮害虫的防治领域，传统化学杀虫剂因其作用迅速、杀虫效果良好、杀虫范围广、成本低等优点，在害虫防治中占据重要地位。用于储粮害虫防治的化学杀虫剂大致分为熏蒸剂、防护剂、空仓杀虫剂等。通常熏蒸剂是将药物燃烧或蒸发为气体后，经害虫气门、呼吸系统进入虫体而使之死亡。防护剂通常是将其与原粮混合，通过触杀和胃毒作用，从而达到杀死害虫的目的。此外，允许在储粮中使用的防护剂品种都可作为空仓杀虫剂使用。本文检索到的储粮害虫化学防治领域的专利，主要是对熏蒸剂、防护剂、熏蒸装置、投药装置等相关技术进行的改进。

 

在熏蒸剂或防护剂领域的相关专利中，大都聚焦于浓度低、杀虫率高的化学杀虫剂。在熏蒸剂方面，刘涛等使用由硫酰氟、环氧丙烷和氰组成的混合剂进行熏蒸，能够完全杀灭印度谷螟、烟草甲等常见仓储害虫的各个虫态。孟孟孝等使用2,5-二甲基呋喃、2-甲基呋喃和2-乙基呋喃等组合物进行熏蒸，能够有效杀灭鞘翅目、鳞翅目类等多种储粮害虫，且对人体和动物无害，对环境无污染。在防护剂方面，张瑛等将稻谷挥发性物质和海泡石、麦饭石混合制成粉剂，与粮食谷物混匀使用，能够大大降低谷物的虫蚀率，有效防治谷蠹、赤拟谷盗等多种仓储害虫，且对人体和环境不会造成危害。上述化学杀虫剂均达到了较理想的杀虫、防虫效果，并且在储粮中残留少，操作简单，对人体毒性较小。

 

在熏蒸装置或投药装置领域相关专利中，大部分是对设备的性能进行改进，如优化或精简结构等，以达到减少农药损失、提升设备自动化程度、降低环境污染等的应用效果。在熏蒸装置方面，苏红涛在可视化磷化氢发生器中设置控制器，能够对反应腔的各种参数进行实时监控，可以自动调节反应过程，无需人工操作，智能化程度高。李学富通过在粮食熏蒸施药盒内，设置安全防水盖、防水百叶、熏蒸专用监控器等组合结构，基本可以阻隔雨水进入施药盒本体内，且可远程实时监控粮食熏蒸情况，有效避免了粮库内安全事故的发生。在投药装置方面，张晓琳等在储粮防护剂微喷机中，设计了分散器，且微喷过程采取局部封闭处理，能够实现均匀喷洒，无需人工干预，农药基本无飘逸损失，且对环境无污染。王绍文等在储粮防护剂施药装置中安装粮面自动行走装置，施药速度快且均匀，节约了人力成本，减少了有害药剂与粉尘对操作人员身体的损害。卢木波等通过将施药缓释器的箱盖与施药箱体、密封组件配合使用，提高了施药箱体的封闭性，并且能够缓慢释放磷化氢，达到了长效杀虫的目的。

 

2、生物防治

 

生物杀虫剂因其高效低毒、环境相容性良好、害虫不易产生抗性等特点，受到了国内外学者的广泛关注。

 

2.1 植物源杀虫剂

 

植物源杀虫剂是由含杀虫活性物质或成分的植物组织提取的有效成分制成的杀虫剂，其杀虫的作用方式大致分为胃毒作用、触杀作用、忌避作用、拒食作用、生长发育抑制作用等。在本文检索到的植物源杀虫剂相关专利中，大部分是围绕植物精油、植物提取物的杀虫效果进行研究。在植物精油方面，王国昌等采用微囊化技术制备的基于艾叶精油的玉米象驱避剂，在粮食表层拌和使用，能够高效地驱避不同种群的玉米象。吴卫国等将肉桂精油、柑橘精油、香茅精油和高岭土、硅藻土等载体复合制备稻谷复合防虫剂，与稻谷拌和，对米象、赤拟谷盗驱避效果好、药效长，且绿色环保无污染。在植物提取物方面，黄志亮等将含有柠檬桉叶提取物、九里香提取物和金银花提取物的防虫粉剂与粮食拌和，在较低使用剂量下可达到较好的杀虫效果，对玉米象成虫和谷蠹成虫的持效期长达2年。贺艳萍等制备的除虫菊素与苦参碱复配剂，在拌粮试验中，21d后该复配剂对赤拟谷盗、玉米象、谷蠹等多种储粮害虫的防治效果达到100%。崔素芬等采用复聚法制备的辣椒碱⁃壳聚糖微胶囊，与粮食拌和，相比单独使用辣椒碱，对赤拟谷盗的防治效果明显提高，且缓释性能良好。上述植物源杀虫剂均达到良好的杀虫或驱虫效果，延长了粮食的贮藏时间，且安全、绿色、环保、对人体无毒副作用。

 

2.2 昆虫激素及昆虫信息素

 

在储粮害虫的防治领域，昆虫激素可通过控制害虫的生长、代谢等方式，抑制害虫的生长发育，从而达到防治害虫的目的，如保幼激素、蜕皮激素等。昆虫信息素则是利用害虫传递、引诱等信息，扰乱害虫交配、摄食、集合、防御、报警等活动，以达到防治害虫的目的，如性信息素、集合信息素等。本文检索到的昆虫激素及昆虫信息素相关专利，主要是上述物质与其他化学杀虫剂、微生物源杀虫剂协同杀虫，提高了杀虫效果。苏衡等制备的高纯度S-烯虫酯、S-烯虫乙酯，可广泛用于储粮害虫的消杀和防治。TREJO等研发的雄性赤拟谷盗的性吸引信息素、白僵菌微菌核组合物，对雌性储粮害虫具有特异性的引诱和杀虫效果；通过控制环境湿度，能够实现杀虫剂的控制和有效释放。邹球龙等研发的包含鞘翅目害虫聚集信息素和鳞翅目害虫聚集信息素、多杀菌素的储粮防护剂，在低剂量下仍能有效杀死赤拟谷盗、锯谷盗、米象、谷蠹等多种储粮害虫，杀虫效率高且作用迅速。

 

2.3 害虫天敌、病原微生物及其产物

 

本文检索到的害虫天敌、病原微生物及其产物的相关专利，主要是围绕害虫天敌、病原微生物及其产物的杀虫技术进行创新研发。郭超等通过寄生蜂类天敌释放装置长时间的寄生蜂类天敌，对蛾类成虫等储粮害虫实现了长期有效的生物防治。伍祎等将饲养的马六甲肉食螨投放到小麦等储粮仓内，对储粮害虫和害螨取得了较好的防治效果，且对储粮品质无影响。王争艳等通过在飞行害虫病原菌释放装置中放置球孢白僵菌、绿僵菌等菌液，使害虫种群内传播感染流行病，从而达到治虫的目的，同时避免粮仓内的粮食因周围高湿环境而导致发霉病变。

 

3 物理防治

 

物理防治技术主要是通过调节或控制粮仓内气体成分、湿度、温度等因素，或者利用惰性粉、辐照等技术，达到防治害虫的目的。

 

3.1 气调防治

 

在本文检索到的气调防治领域专利中，大多是通过增加粮仓中的氮气、二氧化碳、臭氧等气体的含量，降低氧气含量，抑制害虫的正常呼吸，从而导致害虫生长发育停滞甚至死亡，以达到防治储粮虫害的目的。

 

王国祥等通过在粮仓中联合使用固定式制氮机和移动式制氮机，针对性补充粮仓内局部氮气含量，降低氧气的浓度，全面无死角地防治粮食害虫，大大提高了杀虫率。史钢强通过在粮堆内不断增加臭氧的浓度，降低氧气的浓度，有效消灭了玉米象、谷蠹、赤拟谷盗、锈赤扁谷盗等多种储粮害虫。冯继明在粮仓内采用密封膜，利用粮食的呼吸作用逐渐消耗仓体中的氧气，达到致死或抑制储量害虫生长发育的目的。卢振江通过在氮气和二氧化碳混合气体生产装置的一侧接入一条燃烧气单向回馈风机，能够快速降低粮仓内氧气的含量，提高了储粮害虫的防治效率，有效延缓了粮食的劣变速度。

 

3.2 高温或低温防治

 

在本文检索到的高温或低温防治领域的专利中，主要利用高温或低温杀死害虫或者抑制害虫的生长发育等，进而达到防治储粮害虫的目的。在高温防治方面，陆应等研发的蒸汽加热型粮食杀虫系统，合理利用了粮仓附近的高温废气，有效杀死粮食害虫，适用于粮食杀虫的大规模应用。申自刚研发的粮食热处理系统，能够有效杀死粮食害虫及虫卵，且处理周期短、成本低。在低温防治方面，赵学工等利用相变材料的相变潜热，使储粮温度始终保持在准低温状态，能够控制储粮害虫和微生物的活动，有效实现了储粮害虫的防治。刘照勇将浅表地层的低温地热能，转化为储粮系统的冷却能量，从而获得了较大的过冷度，增加了设备制冷量，提高了害虫防治效果。万忠民等利用粮堆自身冬季蓄冷储存的冷心，实现了粮堆自身冷能利用，有效控制了表层粮温，防止粮堆局部过热、生虫、霉变等。

 

3.3 惰性粉防治

 

惰性粉是物理化学性质稳定的粉状物质，如硅藻土、高岭土、草木灰、蒙脱石、沸石粉等，主要成分为二氧化硅等物质。惰性粉主要是通过吸附在昆虫表皮，磨损其上表皮蜡质层，导致昆虫体液较快流失并最终死亡。本文检索到的惰性粉防治领域的专利，大多是通过改进惰性粉的喷洒技术，增加惰性粉喷洒的均匀性，提升杀虫效果，降低防治成本。

 

李勇等研发的横向通风用喷粉装置，能够将横向通风与惰性粉喷粉杀虫很好地结合在一起，达到有效杀虫的效果。王伟伟等将惰性粉以气溶胶形式进入粮堆，使其均匀分布在粮堆内部，能够有效杀死锯谷盗、书虱等储粮害虫，且持效期较长。

 

3.4 诱捕器

 

基于诱捕器的诱捕技术是指利用诱捕剂或光源，将害虫诱集至诱捕器内部，降低粮仓内害虫密度，并将害虫杀灭，从而达到害虫防治的目的。本文检索到的诱捕器领域的专利，大部分是对诱捕器相关设计进行优化改进，以提升诱捕杀虫效率。汪中明等设计的仓储害虫诱集装置包含瓦楞板、粘虫板结合引诱剂，能够实现对害虫的引诱，并且瓦楞纸板孔洞能容纳害虫，避免了粘虫板对害虫的破坏，便于采集。刘平安等研发的旋转式紫外线诱虫装置，其紫外线灯可设置不同波长，能够诱捕粮仓内不同种类的害虫，此外，诱虫盘可进行旋转，提高了害虫捕获的效率。袁飞等研发的害虫诱捕装置包含诱捕灯、信息素或诱捕药剂、惰性粉，能够诱捕到粮堆表层粮粒间活动的害虫和空间活动的飞虫，诱捕效率较高，且可通过更换集虫杯及惰性粉，及时杀死和清理害虫。张忠杰等在粮仓害虫诱捕装置中设置了图像采集组件、亮度检测组件、主控制器等，提高了采集图像的清晰度，使用户获取的信息更加精确，能够有针对性地采取诱捕措施，提高了害虫的诱捕及灭杀效果。上述专利技术均达到了较为理想的诱捕效果。此外，高效率、智能化、多功能化是诱捕器技术的未来发展趋势。

 

4、综合防治

 

在储粮害虫防治领域，综合防治是将多种类型的害虫防治方法配合使用，取长补短，使防治更有效。在本文检索到的综合防治领域的专利中，付强等以防霉、防虫、防陈化的复合膜作为气调储藏保障，以隧道负压自吸冷式脉冲浸泡降温作为节能蓄冷保障，提升了粮仓防虫、防霉、防陈化效果。王永军等采用空调制冷、磷化氢环流熏蒸的方式，能够有效杀死象虫、谷蠹、大谷盗、锯谷盗、长角扁谷盗等储粮害虫。白春启等利用氮气气调、磷化氢等化学药剂熏蒸复合杀虫技术，有效实现了对多种储粮害虫的防治，同时降低了气调杀虫的成本。蒋传福等采用二氧化碳气调和食品级惰性粉等物理安全储粮组合技术，提高了杀虫效率，同时降低了储粮保管费用。

 

5、结论与展望

 

随着对新型环保防治技术的不断研究，人们发现其单一应用存在一些不足，例如，植物源杀虫剂应用范围窄，缺乏广谱性，并且存在稳定性差、作用效果缓慢、有效成分较难确定、含量较低、药效不均一等问题，今后可利用昆虫细胞培养技术提升杀虫植物的初筛效率，不断扩大植物源杀虫剂的应用范围；利用基因工程技术对杀虫植物进行基因改造，提高杀虫植物中有效杀虫成分的含量等。诱捕器的诱捕害虫数量会受到害虫种类及其密度、环境温度、湿度、光照等多种因素的影响，而目前大多数诱捕器在数据收集的过程中，仅以诱捕害虫数量判断害虫密度具有较大局限性。因此，可考虑将深度学习技术等应用于诱捕器监测结果分析中，构建害虫预测预警模型，预测种群发展趋势，提高害虫的防治效果。此外，由于培养害虫天敌、病原微生物，或者提取昆虫激素及昆虫信息素的成本较高，上述方法目前还未能大批量应用到储粮害虫防治领域。

 

随着市场对绿色食品的需求越来越大，采用绿色环保的储粮害虫综合防治技术已经成为未来粮食仓储行业发展的必然趋势。在粮仓应用中，应选择合理的害虫综合防治手段，拓宽单一防治技术的杀虫谱，提升害虫防治水平，达到减少磷化氢熏蒸次数，甚至取代磷化氢的目的，进而实现全过程绿色储粮。未来，随着科技的不断发展，害虫综合防治新技术将会出现，综合防治技术体系也将逐步建立，绿色综合防治技术在粮食储藏中的应用范围将会更加广泛，这将为我国储粮技术的发展起到积极的推动作用。