我国棉花存储库分布在全国各地，不同地区其自然环境显著不同，地区环境温湿度差别较大，特别是我国南方地区的梅雨季节，常常使得棉花存储在高温高湿环境下[1]。棉花受潮后易因微生物作用而发生霉变，分泌出纤维素和酸，使棉纤维产生不稳定物质。通常条件下，棉花不属于易自燃的物质，但由于棉花的热传导系数仅为0.071 W/（m·K）~0.073 W/（m·K），容易蓄热，理论上经过长时间热量积聚也可能导致阴燃。基于上述情况，在棉花存储管理工作中，潮湿环境和高温天气通常作为引起棉花霉变的重要因素[2,3,4]。目前我国大部分棉花存储库都配备环境温湿检测设备，但是只是记录室内空气的温度和相对湿度变化情况，管理人员无法了解棉包内温度和相对湿度的变化情况。在外部环境温湿度的影响下，棉包内的温湿度究竟是怎样变化的？在不同环境温湿度情况下，不同回潮率的棉花对环境温湿度有何响应规律？棉包在高湿特殊的环境下究竟是怎样变化的？这种变化是否有一定的规律性？这种变化与棉花品质和存储环境条件有没有关系？这一系列问题一直是有关科技人员研究关心的问题[5,6,7,8,9,10]。本研究设计了棉包温湿度在线检测试验，主要研究成包棉花在不同环境温湿度条件下其棉包内温湿度变化情况以及内外达到平衡的时间，探讨不同环境温湿度对棉包存储温湿度变化的影响，对棉花的存储工作提出科学的指导。 1 试验设计与实施 1.1　棉包的制备 我国大部分产棉省处于半湿润半干旱地区，正常年降水量在600 mm左右。我国进入存储的棉花回潮率一般在4%~9%。根据实际棉花的回潮率，设计了棉花调湿装置，将棉包内棉花的回潮率设定为低、高两个档次，即回潮率在5%、8%两个水平进行试验，同时在打包时就将温湿度传感器放入棉包内，放入深度为150 mm。试验棉包采用与国家标准棉包同密度等比例缩小为10 kg（500 mm×200 mm×250 mm）的特制试验用棉包。 1.2　主要测试设备 为保证测试数据准确可靠，项目组联合有关单位进行科研攻关，研发了棉包温湿度实时监测AL⁃RTU系统，其功能是将传感器数据采集、传送至云服务器。为确保棉包内测试数据实时性，项目组研发了一种棉包内埋入式传感器装置，通过互联网实现了棉包内温湿度和环境温湿度、试验位置、试验时间等试验数据的异地实时读取。试验共放置传感器5个，主要功能为采集温度、相对湿度数据。其中1号传感器检测环境温湿度；2、3号传感器放入低回潮率棉包（实测回潮率为4.7%）；4、5号传感器放入高回潮率棉包（实测回潮率为7.8%），3号传感器用作2号传感器的备份和验证传感器，5号传感器用作4号传感器的备份和验证传感器。 温湿度传感器温度精度：误差典型值±0.3 ℃，最大值±0.4 ℃（-10 ℃~85 ℃）；相对湿度精度（0~80%）：误差典型值±2%，最大值±3%；测量范围：相对湿度最大范围0~100%；温度最大范围-40 ℃~125 ℃；接口：I2C，最大速率支持400 kbps；长期稳定性：相对湿度≤0.25%/a，温度≤0.01 ℃/a。 2 试验结果分析 2.1　环境温度动态变化对不同回潮率棉包温度的影响 为了观察环境温度对不同回潮率棉包温度的影响，对两种不同回潮率棉包内温度进行数据采集，4.7%低回潮率棉包和7.8%高回潮率棉包内温度随环境温度的变化情况如图1所示。采集频率1次/min，为期7天。 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.011.F001 图1 外界环境温度对不同回潮率棉包温度的影响 从图1中可以看出，不同回潮率的棉包温度趋势曲线与外部环境温度曲线形状具有高度相关性。从图1中还可以看出以下几点。 （1）环境温度随昼夜变化处于自然动态变化之中，棉包内温度随环境温度变化而变化，与外部环境温度变化趋势一致。 （2）包内的温度曲线在大趋势上是跟随环境温度的变化而变化，但存在明显的滞后性，响应时间在几个小时之内。经过一定时间后不同回潮率棉包的温度与环境温度基本一致。 （3）不同回潮率的棉花包内温度有差异，回潮率小的棉包内温度比环境温度和回潮率大的棉包温度要高，不管是回潮率大还是回潮率小的棉包都未产生明显的温度累积现象。 2.2　自然环境相对湿度对不同回潮率棉包相对湿度的影响 自然环境相对湿度下对不同回潮率棉包进行温度湿度监测，监测频率为1次/min。自然环境相对湿度与不同回潮率棉包内相对湿度变化情况如图2所示。 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.011.F002 图2 环境相对湿度与不同回潮率棉包相对湿度变化情况图 从图2中可以看出，自然环境相对湿度发生变化，不同回潮率棉包相对湿度与环境相对湿度趋于平衡，然而整个发生过程比较平缓，且存在明显的滞后性。监测发现在160 h后不同回潮率棉包内的相对湿度与环境相对湿度逐渐趋同，说明不同回潮率的棉包在环境中会与环境相对湿度达到一个动态的平衡，高回潮率棉包与低回潮率棉包内部回潮率值也最终趋于相同。 为了检验高湿环境对棉包相对湿度的影响，选取回潮率值为7.8%的棉包进行试验。高湿环境采用对外部环境进行直接加湿，使外界相对湿度稳定在85%左右，温度维持在15 ℃~20 ℃之间，观察高回潮棉包内相对湿度的响应曲线，同时每天定时对试验棉包进行回潮率检测，其相对湿度走势如图3所示。 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.011.F003 图3 高湿外界环境下对7.8%回潮率棉包的影响 从图3中可以看出，在高湿的环境里面，棉包内相对湿度上升比较缓慢， 10天左右棉包内相对湿度才趋近外部环境相对湿度，存在明显的滞后性。 3 结论 通过本试验研究，棉包内温度会随外界温度很快变化，环境相对湿度则对棉包内相对湿度影响较慢。不同回潮率的棉包对温度变化的时间响应约为2 h~3 h，对相对湿度的变化响应则需要160 h以上;在高湿环境下，棉包内相对湿度与环境相对湿度的动态平衡需要在10天以上，存在明显的滞后性。这说明，在自然环境下，棉包内的温度并非会像想象的那样一直累积，而是随环境温度的变化很快变化；棉包的相对湿度也不是环境相对湿度一高就会很快变得非常潮湿，而是要经过一定的时间和过程，发生这一现象的主要原因可能是由于棉包密度高，水分不易进入，棉包吸湿比较缓慢。通过试验表明，棉花在存储过程中在短时间的高温高湿环境下影响不大，长期高温高湿环境才会造成棉花品质发生较大的变异甚至霉变的可能性。据上述研究结论建议，棉花在储存过程中要注意监测库房内温湿度，棉花常态存储温度尽量控制在不超过35 ℃，相对湿度不超过75%；棉花储备库在天气环境相对湿度连续10天处于高湿的情况下，要对库房采取通风、散热等措施，可有效降低棉花存储损失。