Защита зерна от вредителей

В этом разделе дана характеристика зерна и продуктов его переработки как объектов защиты от вредителей. Описаны распространение, значимость и биология разных видов насекомых, клещей, грызунов и птиц, а также способы их обнаружения в зерне, продуктах его переработки, в зернохранилищах и на зерноперерабатывающих предприятиях. Приведены средства и способы борьбы с вредителями. Особое внимание уделено профилактическим мерам борьбы. Информация рассчитана на специалистов в области хранения и переработки зерна.

Сезонность производства зерна, с одной стороны, и потребление его в течение всего года, с другой, требуют организовать длительное хранение больших масс зерна в элеваторах, а также в зернохранилищах.

В процессе хранения зерно может быть подвергнуто заражению насекомыми, клещами и нападению мышевидных грызунов и птиц, что значительно снижает массу этих продуктов и ухудшает их качество. Поэтому защита зерна при хранении от вредителей хлебных запасов является актуальной проблемой.

Информация, собранная в этом разделе, поможет специалистам в области хранения зерна правильно понять существо и значение мероприятий, которые приведены в инструктивных материалах, а также даст основу знаний для творческого выполнения и дальнейшего совершенствования мероприятий по защите зерна и продуктов его переработки от вредителей.

Зерновая масса как объект защиты от вредителей хлебных запасов

Общая характеристика зерновой массы.

Правильная организаций мероприятий по защите зерна от вредителей возможна только на основе знания особенности объекта, который должен быть подвергнут защите. Важно знать свойства зерновой массы, как она взаимодействует с насекомыми и клещами, какова связь между ее свойствами и средствами защиты, которые мы применяем против вредителей хлебных запасов.

Основным, формирующим зерновую массу компонентом являются зерна (или семена) культуры, принадлежащей к определенному ботаническому роду. По названию ботанического рода получает название и партия зерна или семян (пшеница, рис, кукуруза, семена подсолнечника, гороха и т. п.).

Основная часть зерновой массы, или основная культура, всегда неоднородна. Разные зерна имеют различные размеры, массу 1000 зерен, плотность, влажность, выполненность. При обмолоте и других механических воздействиях зерна травмируются, а нередко и раскалываются.

В зерновой массе наряду с зернами основной культуры обычно присутствуют примеси: семена других культурных растений и сорняков, органическая и минеральная примесь, кусочки растений и др. Состав и количество этих примесей очень разнообразны. Примеси увеличивают неоднородность зерновой массы.

Микроорганизмы присутствуют в зерновой массе в огромном количестве (десятки и сотни тысяч экземпляров на 1 г зерновой массы), причем средой обитания служат как зерна основной культуры, так и все фракции примесей.

Твердые компоненты зерновой массы имеют различные форму и размер, поэтому между ними всегда имеются промежутки, межзерновые пространства, или скважины, заполненные воздухом.

Таким образом, постоянными компонентами зерновой массы являются зерна или семена основной культуры, зерна или семена других культурных и сорных растений, различные минеральные и органические примеси, микроорганизмы и воздух межзерновых пространств. Нередко в зерновой массе появляются и другие живые организмы - насекомые и клещи.

Разнообразные компоненты зерновой массы придают ей специфические свойства, которые необходимо учитывать в практике защиты зерна от вредителей. Рассмотрим наиболее важные в этом отношении свойства зерновой массы.

Сыпучесть зерновой массы.

Зерновая масса относится к сыпучим материалам. Сыпучесть широко используют при транспортировании и хранении зерновой массы. Благодаря хорошей сыпучести зерновой массы ее легко перемещать при помощи транспортеров, норий, пневматических устройств, по самотечным трубам, а также засыпать в любые хранилища. Это свойство используют и в практике защиты зерна от вредителей, при профилактической обработке зерна фосфорорганическими пестицидами контактного действия, когда необходимо равномерно нанести эмульсию пестицида на отдельные зерна, при дезинсекции зерна препаратами на основе фосфида алюминия в виде таблеток или гранул. В этом случае препарат также вводят равномерно в струю зерна или в зерно на транспортерной ленте при его перемещении.

Широко используют сыпучесть зерна при дегазации, когда зерно перемещают из одного склада в другой, с тем чтобы снизить в нем содержание фумигантов или фосфорорганических пестицидов.

Сыпучесть зерновой массы позволяет сепарированием на ситах или воздушным потоком выделять из зерна насекомых и клещей и тем самым снижать плотность популяции.

Самосортирование зерновой массы.

Это свойство зерновой массы, которое вызывает неравномерное распределение входящих в нее компонентов по отдельным участкам насыпи в результате любого перемещения.

Самосортирование происходит в связи с тем, что зерновую массу составляют неоднородные твердые частицы и сама зерновая масса - сыпучий продукт.

В результате самосортирования при загрузке зернохранилищ около стен накапливаются легкие органические примеси, пыль, семена сорных растений, щуплые и битые зерна. Обычно в таких пристенных участках зерновой массы влажность выше влажности всей партии. Это облегчает развитие и выживание тех видов насекомых, питание которых целым зерном затруднено. Особенно легко выживают в этих условиях хлебные клещи. В такие участки обычно труднее проникают ядовитые газы при фумигации зерна во время дезинсекции, поэтому самосортирование зерновой массы необходимо принимать во внимание при оценке зараженности партии зерна насекомыми и клещами и при фумигации.

Скважистость зерновой массы.

Это процентное отношение объема промежутков между твердыми частицами в зерновой массе (скважины или межзерновое пространство) к общему объему зерновой массы. Скважины в зерновой массе способствуют протеканию в ней физических и физиологических процессов. Воздух, перемещаясь в межзерновом пространстве, усиливает передачу тепла и влаги от одного участка зерновой насыпи к другому.

Скважистость делает зерновую массу газопроницаемой и позволяет использовать это свойство для продувания ее воздухом при активном вентилировании.

Насекомые и клещи благодаря скважинам могут свободно передвигаться между твердыми частицами зерновой массы в поисках благоприятных условий для жизни. Воздух межзерновых пространств служит им источником кислорода, который необходим для дыхания.

Скважистость зерновой массы используют для уничтожения вредных насекомых и клещей при фумигации. Некоторые вещества в газообразном состоянии свободно проникают в зерновую массу по межзерновым пространствам и убивают находящихся там насекомых и клещей.

Сорбционные свойства зерновой массы.

Отдельные компоненты зерновой массы, а также зерновая масса в целом способны поглощать, или сорбировать, различные пары и газы. Высокая сорбционная емкость зерновой массы объясняется капиллярно-пористой коллоидной структурой каждого зерна или семени в отдельности, а также скважистостью зерновой массы.

Между клетками и тканями зерен существуют макро- и микрокапилляры и поры. Диаметр макропор от 10^-5 до 10^-6 м, микропор 10^-9 м. Стенки капилляров активно сорбируют молекулы паров и газов. Величина активной поверхности зерна находится в пределах от 200 до 250 м²/г.

В практике хранения, транспортирования и обработки зерна сорбционные свойства имеют громадное значение. Например, сорбция или десорбция паров воды часто приводит к изменению массы хранящихся или транспортируемых партий зерна.

Иногда парциальное давление водяного пара в воздухе и над зерном уравнивается, прекращается влагообмен между воздухом и зерном. В этом случае наступает состояние динамического равновесия. Влажность зерна, соответствующая этому состоянию, называется равновесной.

Зерновая масса хорошо сорбирует большинство химических веществ, применяемых для борьбы с насекомыми и клещами. При этом сорбционные свойства чаще всего играют отрицательную роль как с точки зрения технологического эффекта, так и с гигиенических позиций.

Эффект любой фумигации определяется величиной концентрации ядовитого газа в воздухе межзерновых пространств, где обитают насекомые и клещи. При большой сорбционной емкости зерновой массы применяют повышенные нормы расхода фумигантов, чтобы создать для вредителей смертельные концентрации в воздухе. Это приводит к удорожанию дезинсекционных работ. После фумигации должна быть проведена дегазация для удаления ядовитых газов из зерна. Нередко дегазацию провести трудно, так как процессы десорбции при некоторых условиях протекают медленно (при низкой температуре). Практически невозможно провести дегазацию, если произошла хемосорбция, т. е. химическая реакция между веществами сорбента (зерна) и поглощенным газом.

Поскольку бывает трудно или невозможно провести полную дегазацию зерна после дезинсекции, органы здравоохранения нормируют максимальное содержание ядовитых веществ в зерне и зерновых продуктах, устанавливая допустимые остаточные количества (ДОК) в этих продуктах. Все химические средства, которые применяют для борьбы с вредителями хлебных запасов, обязательно оценивают по таким показателям, как степень их сорбции зерном и возможность быстрого и полного удаления из зерна.

Известно, что результаты газового обеззараживания зерна зависят от равномерности распределения фумиганта в зерновой насыпи. На равномерность распределения фумиганта влияют факторы, среди которых одним из главных является скорость физической сорбции фумиганта зерном. При этом чем сильнее сорбция в месте выпуска фумиганта в зерновую насыпь, тем меньше его идет на остальные слои зерна. Поэтому очень важно подбирать такие нормы подачи и распределения фумиганта, при которых процессы сорбции были бы максимально замедлены.

Эти процессы изучали на специальной лабораторной установке, близко воспроизводящей динамику производственных условий газации зерна дихлорэтаном и препаратом 242 с помощью аппаратов 2-АГ или 4-АГ. При этом фумиганты в газообразном состоянии в смеси с воздухом продували через насыпь зерна высотой 1 м снизу вверх и определяли количество фумиганта, сорбированного нижним, средним и верхним слоями зерна. Норма расхода препарата 242 составляла 60, дихлорэтана - 300 г/м³.

Явление физической сорбции в чистом виде легче всего проследить на динамике сорбции зерном дихлорэтана - фумиганта, не вступающего в химическое соединение с зерном.

С увеличением влажности зерна от 12 до 16-17% резко увеличивается сорбция дихлорэтана нижними слоями зерна. Сорбция газа средними слоями также несколько повышается, несмотря на то, что туда поступает более обедненная газовоздушная смесь в результате высокой сорбции газа зерном в нижних слоях. В верхних слоях зерновой насыпи при данной влажности обнаруживается одинаковое количество дихлорэтана. В этом случае нарастающая с повышением влажности зерна скорость сорбции лишь компенсирует понижающуюся концентрацию поступающей газовоздушной смеси в верхние слои зерна.

Для зерна очень высокой влажности (около 25%) значительно возрастает скорость сорбции, при которой поступающий в зерно фумигант почти полностью задерживается в нижнем слое зерна. В результате этого наблюдается большая неравномерность распределения фумиганта в толще зерновой насыпи - чрезмерно высокое накопление его в нижнем слое, незначительное в среднем и почти полное отсутствие в верхнем слое.

Величина сорбции фумигантов зерном в значительной степени определяется концентрацией газов в смеси с воздухом. Увеличение концентрации влечет за собой повышение сорбции фумигантов зерном.

На величину сорбции большое влияние оказывает скорость прохождения газовоздушной смеси над сорбентом. Повышение последней снижает скорость сорбционных процессов. Увеличение скорости смеси от 1,9 до 4 м³/ч на 1 м³ зерна значительно улучшает распределение дихлорэтана по слоям в результате более низкой сорбции его нижними слоями зерна. Дальнейшее увеличение скорости подачи газовоздушной смеси до 8 м³/ч на 1 м³ зерна существенно не влияет на распределение фумиганта в зерновой насыпи.

Количество дихлорэтана, физически сорбированного зерном, зависит от температуры зерна. При понижении температуры зерна резко возрастает скорость сорбции, что приводит к исключительно большому накоплению дихлорэтана в нижней части насыпи и снижению его содержания в среднем и особенно в верхнем слое.

Перечисленные особенности сорбционных процессов имеют большое практическое значение. Они указывают на необходимость подбора дифференцированных режимов газации зерна и обязательного учета при этом влажности и температуры зерна, концентрации фумиганта в газовоздушной смеси, скорости подачи ее в насыпь зерна при фумигации.

Очевидно, в равной мере недопустима газация как зерна с очаговым самосогреванием, так и охлажденного. В первом случае фумигант не попадает в должном количестве в наиболее опасные участки насыпи из-за встречных конвективных токов, во втором в силу повышенной сорбции фумигант почти полностью задерживается в нижних слоях.

Кроме перечисленных факторов, скорость и величина физической сорбции зависят также от природы самого сорбента, в данном случае от зерна. Голозерные культуры сорбируют меньше дихлорэтана, чем пленчатые.

Сорбционные процессы, происходящие при газации зерна дихлорэтаном и препаратом 242, различаются между собой тем, что препарат 242 не только физически сорбируется зерном, но в данном случае происходит и химически необратимое соединение препарата 242 с составными частями зерна - явление хемосорбции. Поэтому закономерности, рассмотренные в динамических опытах с дихлорэтаном, не могут быть целиком отнесены к газации зерна препаратом 242, при применении которого следует учитывать и значительные изменения, вызываемые хемосорбцией.

При рассмотрении сорбции препарата 242 зерном пшеницы разной влажности прежде всего обращает на себя внимание очень большая неравномерность распределения препарата в зерновой насыпи, значительно большая, чем при газации дихлорэтаном. При увеличении влажности зерна до 16% включительно, подобно опытам с дихлорэтаном, происходит нарастание скорости физической сорбции, в силу чего идет преимущественное накопление препарата 242 в нижнем слое насыпи. Увеличение скорости хемосорбции в этом диапазоне влажности зерна (12-16%) заметно не сказывается, так как среднее содержание препаратов по насыпи постепенно возрастает. При влажности зерна более 16% резко возрастает скорость хемосорбции, в результате чего весь препарат 242, поступающий не только в верхние, но и в средние слои зерна, вступает в химическое соединение. Содержание свободного (нехемосорбированного) препарата уменьшается даже в нижних слоях насыпи.

Такое повышение скорости хемосорбции связано, вероятно, с критической влажностью зерна, Появление свободной воды (при влажности свыше 16%) ускоряет, подобно другим химическим процессам, и процесс хемосорбции.

Скорость сорбции препарата 242 зерном, как и в случае с дихлорэтаном, может быть существенно уменьшена, если снизить концентрацию его в газовоздушной смеси, которой продувают зерно, а также если увеличить скорость прохождения газа через зерно. Понижение температуры зерна также влечет за собой увеличение скорости и величины сорбции, особенно при высокой влажности зерна. Причем тот факт, что при пониженных температурах в зерне обнаруживается большее количество препарата 242, свидетельствует не только об увеличении физической сорбции, но и о замедлении процесса хемосорбции, скорость которого, как и большинства других химических реакций, находится в прямой зависимости от температуры.

К фумигантам, которые, кроме чисто физической сорбции, вступают с зерном и в химическое взаимодействие, относится и бромистый метил, широко применяемый в нашей стране для дезинсекции зерна. Если рассмотреть относительную величину общей сорбции его зерном, то она в основном одинакова при разных дозах. Однако абсолютное количество сорбированного зерном фумиганта резко увеличивается с повышением дозы.

Уже в первые 3-6 ч экспозиции более половины введенного бромистого метила поглощается зерном, а через 24 ч практически весь бромистый метил связывается этим сорбентом.

Для других условий фумигации указанные закономерности сорбции сохраняются.

Приведенные данные позволяют сделать важные практические выводы. Они убеждают в том, что с повышением дозы бромистого метила увеличиваются потери этого фумиганта непосредственно для обеззараживания. Поэтому увеличивать дозы бромистого метила целесообразно лишь до тех пор, пока обеспечиваются в воздухе межзернового пространства летальные для вредителей концентрации газа. Сверх этих пределов технологическая эффективность процесса обеззараживания останется на прежнем уровне, но возрастут потери фумиганта на повышенную сорбцию его зерном, а также затруднится процесс дегазации зерна.

С точки зрения эффективности фумигации и экономии бромистого метила целесообразно дозу фумиганта вводить в зерно не сразу, а с некоторыми интервалами, по частям. Это позволит уменьшить сорбцию зерном бромистого метила с сохранением в воздухе межзернового пространства более высокой концентрации фумиганта и уменьшить вредное воздействие его на качество зерна.

С повышением влажности зерна и увеличением экспозиции возрастает величина хемосорбции. В зерне влажностью 15% и выше уже через шесть суток весь бромистый метил вступает в химическое взаимодействие с компонентами зерновки и свободного фумиганта в газированном зерне обнаружить уже нельзя.

Следует отметить, что разные компоненты зерновки в различной степени хемосорбируют бромистый метил. Зародыш и отруби, богатые жиром и белком, в большем количестве химически связывают бромистый метил, чем мука, в которой содержится много крахмала, обладающего слабой способностью к хемосорбции данного фумиганта.

Теплофизические и массообменные свойства зерновой массы.

Зерновая масса характеризуется теплофизическими и массообменными свойствами, среди которых наибольшее значение имеют теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и термовлагопроводность.

Теплоемкость характеризуется количеством теплоты, которое требуется для нагревания зерна. Удельная теплоемкость зерна близка к удельной теплоемкости дерева, почти вдвое больше удельной теплоемкости воздуха, по значительно меньше удельной теплоемкости воды. Теплоемкость как свойство зерновой массы иногда играет негативную роль, например при использовании термического способа обеззараживания зерна от насекомых. В этом случае, чтобы убить в зерне насекомых с помощью высокой температуры, требуется затрачивать большое количество тепла на нагрев самого зерна.

Теплопроводность представляет собой свойство передачи теплоты зерновой массой. Последняя обладает низкой теплопроводностью, приближающейся к теплопроводности дерева. Воздух, занимающий 40-45% объема зерновой массы, также плохой проводник тепла. С увеличением влажности теплопроводность зерновой массы увеличивается.

Температуропроводность характеризуется скоростью изменения температуры в зерновой массе. Зерновая масса отличается довольно низкой температуропроводностью и обладает большой тепловой инерцией.

Необходимо различать кондуктивную (при непосредственном соприкосновении частиц зерновой массы между собой) и конвективную (воздухом межзерновых пространств) передачу теплоты.

Обычно в хранящейся зерновой массе теплота от верхних слоев к нижним передается очень медленно в результате низкой теплопроводности зерна. В летнее время средние и нижние слои зерновой массы долгое время сохраняют пониженную температуру. Если нижние слои имеют более высокую температуру, чем верхние, то теплота путем конвекции от нижних участков зерновой массы передается вышележащим быстрее, чем при кондуктивном нагреве.

Низкая теплопроводность зерновой массы имеет как положительное, так и отрицательное значение. Положительное значение заключается в том, что она способствует сохранению низкой температуры зерновой массы после ее охлаждения даже в теплое время года. Низкая температура препятствует развитию насекомых и клещей и замедляет другие физиологические процессы, происходящие в зерновой массе, что способствует обеспечению сохранности зерна. Отрицательное значение состоит в том, что при наличии благоприятных условий для развития насекомых и клещей, дыхания зерна и жизнедеятельности микроорганизмов выделяемая ими теплота задерживается в зерновой массе и может привести к самосогреванию.

Термовлагопроводность характеризуется перемещением влаги в зерновой массе, вызванным градиентом температуры. Под действием термовлагопроводности влага перемещается из теплых в более холодные участки зерновой массы по направлению потока теплоты. Причем перемещение влага в условиях температурного градиента происходит в любой зерновой массе, даже с очень низкой влажностью. Свойство термовлагопроводности может приводить к скоплению в отдельных участках зерновой массы значительного количества капельножидкой влаги в результате конденсации водяных паров, что вызывает самосогревание, а иногда и прорастание зерна.

Физические свойства муки и крупы.

Мука и крупа по своим физическим свойствам значительно отличаются от зерна, из которого они выработаны.

Сыпучесть муки и отрубей меньше, чем у зерновой массы, поскольку они состоят из очень мелких частиц различной величины и формы со значительным коэффициентом трения.

Разные виды крупы имеют различную сыпучесть, иногда большую, иногда меньшую, чем зерно. Крупа отличается хрупкой структурой частиц и при перемещениях самотеком дробится, поэтому ее хранят и транспортируют в таре.

Мука и крупа имеют скважистость около 40-60%. Однако частицы муки очень малы. Как правило, насекомые и клещи не способны проникнуть в муку на большую глубину и заражают лишь ее поверхность. Мелкопористая структура муки затрудняет газообмен и ограничивает газопроницаемость. Скважистость крупы в зависимости от размера ее частиц по структуре может приближаться к скважистости зерна или муки.

Мука и крупа отличаются значительной сорбционной способностью - сорбируют и десорбируют водяные пары и различные газы. Однако сорбционная емкость этих продуктов меньше, чем зерновой массы, хотя скорость сорбции несколько выше. Это объясняется как характером скважистости, так и нарушением структуры зерна.

Подобно зерновой массе, мука, крупа и отруби обладают низкой теплопроводностью и температуропроводностью. Но передача теплоты конвекционным путем в муке происходит в значительно меньшей степени, чем в зерновой массе, что связано со спецификой ее структуры.