地下洞库在粮食储藏中的应用进展.pdf

2023年第36 卷第8 期粮食与油脂1专题综述地下洞库在粮食储藏中的应用进展张咚咚，胡锋卫，赵金凤，吴琼，张玉荣，周显青（河南工业大学粮食和物资储备学院，粮食储藏与安全教育部工程研究中心，河南省粮食产后减损工程技术研究中心，河南郑州450 0 0 1）摘要：综述了地下洞库的类型、在储粮应用中的优劣势及未来的发展方向。从地下洞库自身特点、地下洞库环境、储粮工艺技术应用等几个方面重点分析了其在粮食储藏中的不足，并有针对性地提出了地下洞库的发展建议，以期促进地下洞库在粮食储藏中的推广应用。关键词：地下洞库；粮食储藏；低温储藏Application progress of underground caverns in grain storageZHANG Dong-dong,HU Feng-wei,ZHAO Jin-feng,WU Qiong,ZHANG Yu-rong,ZHOU Xian-qing(School of Food and Strategic Reserves,Henan University of Technology,Engineering Research Center of Grain Storage and Security of Ministry of Education,Henan Provincial Engineering Technology Research Center on Grain Post Harvest,Zhengzhou 450001,Henan,China)Abstract:The types of underground caverns,their advantages and disadvantages in grain storage appli-cations,and future development directions were summarized.The shortcomings of underground caverns ingrain storage from several aspects such as their own characteristics,environment,and application of grainstorage technology were analyzed.Targeted development suggestions for underground cavern transforma-tion were proposed to promote the promotion and application of underground caverns in grain storage.Key words:underground cavern;grain storage;low temperature storage中图分类号：TS205低温储藏是保障粮情稳定的重要措施之一，不但能够解决粮食发热、虫霉繁殖等问题，还有助于减缓粮食品质劣变现象。地下仓储粮受环境温度影响小，常年保持自然低温，储粮效果较好。一些地下洞库,有的位于山体内部，有的位于深层地下，都有厚厚的覆土层，常年具有良好的低温环境，储粮效果好，契合绿色储粮的发展方向，可以推广应用。该综述梳理了我国现存的一些地下洞库的基本情况,针对粮食在长期储藏过程中的基本要求，总结了相应的问题,并提出了发展方向和建议,以便促进废弃地下洞库的再利用，促进我国粮食储藏的发展。收稿日期：2 0 2 2-0 6-0 2基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（32 0 0 17 45）；中国科协第五届青年人才托举工程项目（2 0 19 QNRC001)作者简介：张咚咚（19 8 8 一），男，博士，研究方向为储粮生态因子互作关系。通信作者：周显青（19 6 4一），男，博士，教授，研究方向为谷物科学及产后加工与利用。文献标志码：A文章编号：10 0 8-9 57 8(2 0 2 3)0 8-0 0 0 1-0 61我国现存的地下洞库类型及用途1.1人防设施一些防空洞、军事工事以及军事物资储备洞库等设施，大多位于大型城市中心，占据优越的地理位置,抗洪抗灾能力较强。随着时代的发展，一些废弃的设施已经被积极运用到新的领域中，如北京市西城区天外天小商品批发市场、朝阳区安贞街道青少年阅读基地、重庆市的洞子火锅等均是由防空洞改建而成。这些洞库一般是坑道式和地道式，占用的地下空间较大，尤其是坑道式防空洞内外地处于同一平面,交通便利,有利于货物的进出，如果用于储藏粮食 2 ,较为便捷。由于洞库内全年低温恒湿,不会受到光照的影响,在粮食储藏过程中,有2利于节约能源，提高经济效益，1.2废弃矿洞一些矿区由于资源枯竭或者政策原因而被迫关闭后,形成的荒废矿井具有独特价值 3。针对位于北海道的煤矿区，日本政府对其进行旅游开发投资 4；针对矿井中深度一般达数百米甚至上千米的立井井筒，改造用作无重力试验场 5；针对开采后形成的较大纵深、不同形态的地下空间，建成矿井地下储气库 6 。这些废弃矿洞，结合其自身特点，稍加改造即可用于储藏粮食 7-8 。1.3地下隧洞为安置不同市政设施而修建的一些地下隧洞，如给排水隧道、管路隧道、铁路隧道、公路隧道等，以及一些城市的地下商业综合体、地下人防设施等,具有较大的横截面积和地下空间，会因为一些规划、政策等变化而被空闲、废弃 9-10)。这些地下隧洞,都紧靠城市中心，如果用于储藏粮食，不但可以充分利用废弃设施，节约空间与土地，还紧靠粮食消费中心，便于紧急加工，缩短供应周期。2在粮食储存中的优势2.1仓内恒定低温2.1.1节约能耗温度是影响储粮稳定性最重要的因素之一，在低温环境中,不但微生物、害虫等的生命活动受到抑制 11-12 ，同时粮食自身呼吸作用也会受到抑制，能够显著减缓粮食品质的劣变与陈化 13。地下洞库的温度常年保持在17 左右，不需要额外技术来降低粮温，节约大量能耗，且可以很好地保证储粮品质，是1种适宜的绿色储粮手段。根据中储粮公司近年来粮食仓储的保管费用分析，地上仓包括平房仓、立筒仓、浅圆仓吨粮年平均运营成本分别为9 5.9、118、9 9.7 元，而地下仓无需进行谷物冷却、内环流以及空调控温等工艺设备操作，吨粮年平均运营成本仅为7 3.7 元，明显低于地上仓。同时,地下仓的运杂费用、进出仓费用也较低 14。2.1.2粮温稳定地上粮仓内的粮温易受到环境温度的影响 1，即使绝大部分地上仓进行了保温隔热改造，其受外界温度的影响也比较明显。如果对某一高大平房仓的粮温不进行管控，其粮温基本和环境温度区别不大,最高可以达到34左右。在采用内环流和空调双重控温技术条件下，夏季粮温可基本维持在18左右，但从全年来看，粮温随外界环境如过山粮食与油脂车般变化，而粮食储藏温度的大幅度变化不利于保持粮食品质的稳定 16 而地下仓储粮，如浙江省一地下储粮仓内，其仓温始终维持在17 左右，基本不受粮食进出仓的影响,更不受外界温度的影响。当粮食在较低环境温度的冬季入仓时，粮食温度低于仓温，在仓温的影响下，会逐步地升温至与仓温均衡；当粮食在高温的夏季入仓时，人仓粮食的温度和外界环境温度相当,可以达到34左右，但是在较低仓温的影响下,粮温逐渐降低,经过1个月左右的自然存放，粮温趋于仓温，并保持稳定。入仓的粮食，在不采用任何储粮工艺技术的情况下，仅靠自然的热量传递，即能够实现粮温的降低并保持恒定，这不但能够大大降低粮食储藏期间的费用支出，还有助于保持粮食品质的稳定 17 O2.2避免熏蒸储粮害虫是变温动物，当外界温度低于其适宜生长繁殖温度时，害虫的生长、繁殖会受到抑制，可以保持粮情的稳定 18 。在北方的一些地下洞库内，常年低温、阴暗且干燥，拥有天然适宜的储粮环境，南方沿海的一些地下洞库,虽然有些洞库内会有潮湿现象，但在洞库建设改造初期做好防潮措施的基础上，也实现了整个储粮周期的免熏蒸储粮。2.3储存损耗低粮食的损耗主要包括粮食的自然损耗和水分、杂质的减量 19 。有统计数据表明，每年我国粮食在产后由于储存方式不当、仓储条件落后等原因造成的粮食损耗在50 0 亿斤左右 2 0 。地下洞库的隔热密封性较好，全年温度基本保持不变，在用于粮食储藏时，并不需要采用机械通风、熏蒸气调等储粮工艺,同时也避免了储粮过程中的搬倒、插管等操作，有助于降低粮食损耗率。2.4节省土地由于国家的基础建设覆盖面积广，我国的土地供需矛盾十分突出，土地资源紧缺，而在地下建造粮仓或者充分利用旧时的防空洞、废弃矿井等进行改造，可以大量节约土地成本 2 1-2 。3在粮食储藏中的不足3.1地下洞库初期建设成本高地下储粮洞库建造易受到当地地形地貌等地质条件的影响，初期建造成本较高，但地下储粮很好地利用了地下空间，节约了大量的土地成本。对初期建造费用进行比较，结果显示每吨粮地下仓的建设费用为148 8.4元，而平房仓和浅圆仓分别为2023年第36 卷第8 期2023年第36 卷第8 期1224元和12 51.8 元，单从建设期成本来看，平房仓与浅圆仓的吨粮建设期成本低于地下储粮仓，但是储藏期间的年运营成本要高于地下储粮仓的20%以上。通过对寿命周期成本进行分析，当寿命周期在2 0 年以上时，地下储粮仓的经济性要明显优于地上储粮仓 2 3。如果是一些废旧防空洞、废弃矿井改造而成的地下仓，其改造费用与建设费用相比则会大大降低，将其用作储粮的粮仓极具成本优势。3.2空气湿度高地下空间存在相对湿度大、通风不足的特点，容易引起微生物生长繁殖 2 4。粮食自身在高湿度环境中,加上新陈代谢水平较高，呼吸旺盛，两者作用产生的热量聚集在粮食内部不能及时散发出去，极易引起粮情恶化 2 5。微生物的生长繁殖会加速粮食品质的劣变，主要包括容重减轻、脂肪酸值升高、酸度升高、发芽率降低等 2 6 。霉菌代谢所产生的真菌毒素会对人体健康造成威胁，直接损害人体肝脏、肾脏、大脑等,甚至引发癌变 2 7-2 8 。同时,不同湿度条件对储粮害虫造成的影响并不相同,米象只有在湿度为6 0%的环境下才能产卵,黄粉虫在湿度为2 0%的条件下，每头雌虫产卵4粒，而当湿度增加至6 5%时,每头雌虫的产卵数量达10 2 粒 2 9 。地下仓内的湿度一般比较高，一些地下仓的常年空气湿度达7 5%左右，并且地下水通过重力作用透过岩石裂隙流人地下仓内，使仓壁相对容易发生渗水、漏水现象,影响储粮安全。一些地下仓采取地坪工艺、初衬工艺和内衬工艺来确保仓内不会出现渗水、漏水现象。当仓内出现湿度过大的时候，一些地下仓通常采用通风降湿、抽湿机排湿、吸湿剂吸湿等多种处理方式。3.3地下洞库内空间有限地下洞库周围空间环境一般较为隐蔽，尤其是一些防空洞、战备仓等，建在山体内部，仓门较小，且有多道防护门，仓房内高度和宽度也有限，在粮食进出仓过程中，大型机械设备无法进入，出人仓效率不高。目前，很多地下洞库改造成的地下仓多采用电动平板车进行粮食的进出载运，劳动量大、工作效率低、经济效益低。由于地下洞库内空间有限,空气流动性差，一些机械设备在运行过程中易发生火灾，易引发粉尘爆炸，具有较大的安全作业风险。矿井在开采过程中依据当时的矿产资源分布，进行了不同形状、不同深度的开挖与建设 30 ,从而导致地下洞库的形态、结构多样。比如一些仓房呈粮食与油脂“非”字型布置的洞库（图1a），洞库内各仓房相对独立,有物理性门作隔离，各仓房可独立管理，可以采用氮气气调、机械强化通风等技术。有一些洞库则相对简单，如一些“三”字型坑道式仓房（图1b），中间主通道用于行车，左右通道用作粮食仓房。还有较多的一些“一”字型坑道（图1c），在山体内部开挖出了1条坑道，出口分别位于山体两侧，通道内部存放粮食。这些坑道一般跨度在8 10 m,高6 m左右，但是长度一般较长，可达几百米，但局部空间较小，难以布置机械化进出仓设备。(a）“非字型出入口1(b)“三 字型(c)“一 字型图1几种典型的地下洞库平面图3.4储粮工艺应用水平低3.4.1扦样技术条件低地下洞库中储存的粮食一般为包装粮，在储藏期间的检测则需要使用包装粮扦样器进行手动扦样，会造成包装袋不同程度破损，对于储藏的粮食会产生不利影响。针对扦取较多的样品，分样后再返回仓内，重新装入包装袋的工作量较大。同时，由于仓内空气流通差，在扦样过程中产生的灰尘，对扦样员健康影响较大 313.4.2难以实现机械通风地下洞库中一般采用自然通风的方式进行仓内通风，自然通风一般是在每年秋冬季节干燥低温环境下进行，根据天气情况打开各仓库大门，通风时长一般为2 448 h。在一些坑道复杂、自然通风不畅的洞库,会安装一些通风机对仓内进行简易通风。在粮食保管中，即使采用整仓熏蒸，也会同时3出入口出入口24采取自然通风的方式。地下洞库内空间有限，大型风机难以进入，粮堆周边无法放置风机且排风不畅，致使粮堆无法进行机械通风，缺乏有效应对异常粮情的能力。3.4.3粮情检测能力受限目前，使用现代电子技术、温度传感器、通信设备等,可实现对仓内的仓温、粮温进行实时监测 32 。O地下洞库内还需要安装湿度计对湿度进行检测，当出现湿度较大的情况时，采用除湿机等进行除湿处理。地下洞库内一般储存的是包装粮，这会大大限制温度传感器的布置方式和感知范围，使其不能精确地监测粮温。为防止外界高温对仓内环境的影响,地下洞库在夏季高温时节一般密封仓门，严格控制人员出人，这也会限制对粮情的现场查看。3.5进出粮食易结露粮食结露是指粮食表面温度低于粮粒间隙空气的露点温度，粮食表面会出现冷凝水的现象 33。由于地下洞库内外温差较大，在夏季高温时节如果有空气交换的情况，易发生粮食结露现象 34。地下洞库可选择仓外湿度低、内外温差小的天气进行粮食进仓。为防止粮包与地面直接接触产生底层结露，一般在仓内粮堆底层铺设三层塑料垫片；在入库结束后,待粮温与仓温基本持平后，再使用塑料薄膜进行密封，避免温差产生结露现象。在粮食的进出仓过程中，一般采用增加缓苏仓的方式来避免粮食表面结露。在仓内外温差较大的时节，在紧挨地下仓处设立一缓苏仓房，将低温的粮食在缓苏仓内存放一段时间，缓慢升温后再进行后续的出人仓操作。3.6机械化程度低目前，我国在粮食储藏中广泛采用以机械通风、粮情测控、环流熏蒸和谷物冷却为代表的粮食储藏“四合一”技术，同时，在进出仓工艺中采用自动化装备，大大减小了劳动力强度、增强了储粮效果、提高了进出仓效率，也降低了粮食在储藏中的损耗 35。地下洞库中由于仓内空间狭小、仓房高度较低，仓内通风不畅，大型机械设备不能进人，在出入仓阶段还有较多“肩扛人拉”现象，靠人工进行码垛,消耗大量的劳动力，增加储粮成本，降低经济效益。在粮食储藏过程中，普遍仓内不能进行机械通风、不具备熏蒸条件、不采用气调储粮技术，从而造成仓内空气流动差，粮堆依靠自然散热，对异常粮情的管控能力较差。粮食与油脂4地下洞库的发展方向4.1提高储粮工艺的应用水平虽然地下洞库内有着天然的低温储粮条件，粮情一般较为稳定,配备相应的储粮技术手段可进一步增强应对异常粮情的能力，也有助于降低储粮损失。依据不同洞库的结构特点，气调储粮可实现在多种结构形式的地下洞库内使用。氮气气调技术虽然年吨粮成本比熏蒸约多0.8 6 元，但是氮气气调作为1种绿色储粮技术,取代安全风险大、抗药性凸显、环保压力大的剧毒磷化氢熏蒸技术，其所产生的社会效益远远大于其增加的成本 36 ,尤其是在一些仓内通风效果差，不具备熏蒸条件的洞库内使用,安全性较高。目前,地上仓氮气气调等储粮工艺应用水平已经较为成熟，对其进行适当改进，将氮气气调技术运用到地下洞库的储粮中，加上仓内全年低温的特点，有利于进一步抑制储粮害虫的生长繁殖，提升储粮品质、降低粮食损耗 37 。另外,在一定的水分环境中，二氧化碳浓度越高，越能有效抑制粮食内真菌的生长，但是在超过一定的水分含量后,高浓度的二氧化碳也不能很好地抑制真菌的生长 38 。在地下洞库的储粮过程中，高浓度的气调技术加上仓内的低温环境，将有助于抑制粮堆内真菌的生长、繁殖和真菌毒素代谢。4.2提高机械自动化程度在地下洞库储粮过程中，由于其结构的特殊性，极大限制了当前的机械化进出仓设备的使用，加上仓内湿度相对较高，导致机械设备腐蚀严重，现有的一些机械设备很难发挥作用。应依托先进的自动化技术，在小型化、移动式机械开发的基础上,开发一系列能够适应地下洞库的自动化进出仓设备，在粮食转运、清理除杂以及进出仓等关键步骤实现全程自动化 39 ,是急需解决的问题。4.3改善交通一些地下洞库普遍位于人烟稀少的郊区，有些洞库位于山体内部，导致道路相对狭窄、崎岖，不利于大型运输车辆通行，更缺少铁路运输条件，大大影响粮食的进出效率。有一些地下洞库在出人粮过程中，不得不采用小车搬倒的方式进行出人库作业，这不但增加了劳动强度、降低出入仓效率，还直接增加了储粮成本。在地下洞库的兴建改造过程中，交通条件也是其建设的一大要素。4.4改善内部空间利用率地下洞库内空间非常有限，在储存中对空间应进行合理规划，充分利用上层空间，根据不同粮食2023年第36 卷第8 期2023年第36 卷第8 期的储存特性,灵活变通储存形式。对于包装不统一的粮食，可以按包装袋大小进行分类存放。散装粮食是目前粮食储存、运输等的主要形式，应积极探索散装粮食在地下洞库中的储藏研究，散装粮食在洞库内可以堆放处理，在粮堆底部铺设挡粮板，适当提高粮堆高度,增大空间利用率。5结论与展望地下洞库因其具有常年低温的天然优势，是1种绿色的粮食储藏方式。与储粮技术较为成熟的地上粮仓相比，地下洞库储粮工艺技术条件较为落后,但是其具有低温、节能、绿色的储粮优势。同时,在已有的洞库基础上，地下洞库改造的成本相对较低,是1种有较大潜力的储粮仓型。在一些仓房改造过程中，应增加有利于确保粮食储藏稳定性的储粮工艺技术手段的应用，不断加强机械化、信息化、智能化设备设施的使用，进一步确保粮食储藏的安全、高效、节能、减损。参考文献【1】王占明防空洞的变迁 J生命与灾害，2 0 2 0（9)：42-45.【2】马勇兵从单纯防御工事到多彩公共空间 N中国国防报，2 0 19 -0 7 -2 6(3).3 ZHANG C,WANG F T,BAI Q S.Underground space u-tilization of coalmines 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