储粮安全是粮食安全的重中之重。在储藏过程中,粮食会受到储粮生态系统中各种物理因子和生物因子的影响,其中,储粮微生物的生长会严重影响储粮品质,威胁储粮安全。本研究针对目前粮食储藏中存在的研究因素单一和生物因子研究缺乏场效应分析等问题,通过引入并定义粮堆微生物场概念,揭示微生物效应,建立微生物场模型,分析实仓粮情数据进行模型验证,最终将粮堆微生物场理论应用于储粮安全管控。研究依托于2015粮食公益性行业科研专项“粮堆多场耦合模型调控与区域标准化应用研究”项目。主要内容如下:(1)定义了粮堆微生物场概念,归纳了粮堆微生物场的变化规律。场是时间和空间的函数。在粮堆生态系统中,储粮微生物不仅存在时空变化,还可以对周围环境中的生物因子和非生物因子产生影响,因此,定义粮堆微生物场为粮堆中微生物个体与群体的时空分布,以及其影响周围生物和非生物的能力。粮堆微生物场与其他生物场和物理场相互依存、相互耦合,这种关系可分为“微耦合”、“强耦合”和“退耦合”。随着储藏时间的延长,根据场效应的强弱,粮堆微生物场的演替历程可分为蛰伏过程、潜伏过程、自激过程和衰退过程。(2)建立了粮堆微生物场场强的计算公式。在粮堆生态系统中,储粮微生物分解粮食内的有机物质用于生长繁殖和产生热能,考虑到粮堆微生物场的对外效应主要体现在产生的热能对周围生物因子和非生物因子的影响上,按照粮堆微生物场的能量等于储粮微生物代谢产生的热能计算,粮堆微生物场的场强是单位时间、单位空间内,储粮微生物产生的热能。(3)试验验证了粮堆微生物场效应和计算公式。通过进行诱发、自发、梯度温度场和房式仓粮堆微生物场试验研究,计算了粮堆微生物场时空和场强变化,验证了粮堆微生物场效应和场强计算公式。诱发和自发条件下粮堆微生物场试验表明粮堆微生物场是时间和空间的函数,微生物场产生的热量和水分对周围粮堆尤其是上层粮堆产生强烈影响;以梯度温度场和房式仓粮堆微生物场试验为例,计算了微生物场场强,验证了微生物场计算公式的准确性,其中粮堆微生物场与其他物理场、生物场强耦合过程中,温度场可以表现为温度差的三次多项式,以真菌孢子数量为量化指标,可以预测粮堆微生物场变化。(4)粮堆微生物场理论指导储粮安全管控。以我国南方某玉米浅圆仓为实仓研究,初步探索了基于粮堆微生物场和多场耦合理论的耦合和退耦合储粮管控方法。根据粮堆微生物场场强公式计算出了浅圆仓玉米粮堆大、小两个发热点的粮堆吸收热量,将粮堆吸收热量与通风作业带出粮仓的热量比较发现,机械通风作业带走粮堆中的热量为2.87×10~5kJ,高于小发热点粮堆吸收热量的最大值1.98×10~5kJ,低于大发热点粮堆吸收热量的最大值1.00×10~7kJ,小发热点微生物场出现退耦合,但是大发热点微生物场仍然处于自激状态;谷冷通风作业带走粮堆中的热量为1.45×10~7kJ,大于大发热点粮堆吸收总热量1.00×10~7kJ,大发热点微生物场出现退耦合。实仓研究证明,对发热粮堆进行处理时,必须确一定时间内保退耦合能量大于粮堆微生物场的最大能量,才能达到退耦合效果。粮堆微生物场理论研究了粮堆生态系统中微生物场和物理场的耦合效应,实现了储粮微生物的“面”和“体”研究,为储粮保管过程中消除霉变隐患提供了坚实的理论基础,对实现自动储粮安全管控具有重大意义。