電生功能水在海南設施栽培中的應用前景分析

劉書偉，王 燕，何 仲，康小平,孫慧霞

(1.海南熱帶海洋學院 生態(tài)環(huán)境學院，海南 三亞 572022；2.海南熱帶海洋學院 海洋信息工程學院，海南 三亞 572022)

1 引言

設施栽培是人為創(chuàng)造適宜作物生長發(fā)育的小氣候環(huán)境，進行反季節(jié)和跨地區(qū)種植的生產方式。設施栽培技術的推廣應用，解決了“淡季”農產品供不應求的難題，但設施栽培因自身特點及高附加值作物的連作，導致毀滅性的病害發(fā)生，嚴重影響作物產量和品質[1]。而大量化學藥劑的使用導致環(huán)境污染進而影響人體健康，所以需探求新型綠色、無公害農業(yè)的解決方案。電生功能水(Eecotrlyzed Functional water，EFW)是通過現(xiàn)代高科技手段，讓水發(fā)生物理、化學性狀的變化，產生具有殺菌及促長功能的物理處理水，在國外一度被稱為21世紀的魔水[2]。目前EFW在海南省內的應用研究較鮮見，本文主要介紹EFW特性及在農業(yè)中的應用現(xiàn)狀，為研究設施栽培中病蟲害的物理防治及利用力度提供依據(jù)，并為海南省發(fā)展綠色農產品、高效可持續(xù)農業(yè)及物理農業(yè)技術提供參考。

2 海南設施栽培及其病蟲害問題分析

2.1 海南設施栽培概況

海南利用豐富的光熱資源和生物資源發(fā)展熱帶設施農業(yè)是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的重要方向。在海南進行設施栽培既可防寒保溫，還可減少臺風暴雨造成的死苗、病害頻發(fā)[3]。海南設施農業(yè)始于20世紀90年代，自吳明珠院士大棚引種哈密瓜成功后才開始高速發(fā)展，種植作物由西、甜瓜為主，拓展到葉菜類、辣椒、豉豆、苦瓜等蔬菜作物，大棚栽培以南部三亞、樂東、陵水三市縣為主產區(qū)逐漸擴展到全省。2011年海南省設施大棚瓜菜種植面積為12000 hm2，目前以每年超過1300 hm2的速度遞增[4]。其中據(jù)海南省農業(yè)廳統(tǒng)計，2017年秋季至2018年春季海南大棚哈密瓜栽培面積達1萬 hm2(15萬畝)。同時各市縣設施發(fā)展勁頭足[5]，如根據(jù)三亞發(fā)展計劃2015年設施大棚達到4萬多畝，到2020年設施農業(yè)達到6～7萬畝，銷售總收入將會實現(xiàn)上百億元。

2.2 設施栽培病蟲害問題

設施栽培因封閉嚴密，基本沒有外來病害侵染，在理論上病害發(fā)生很輕，但是現(xiàn)實恰恰相反[6]。由于設施內濕度大、溫度高、風速低，再加上高附加值作物的累作或連作，土壤中各種病原菌、蟲卵積累形成了不同類別的土傳病害：如苗期發(fā)生的猝倒病、立枯病等；茄果類青枯病、黃枯萎病等；番茄的疫病、潰瘍病等；瓜類枯萎病及根結線蟲病等。通常栽種3～5年后，毀滅性土傳病害如枯萎病、根腐病、黃萎病、青枯病及根結線蟲病等會發(fā)生并逐年加重，一般造成作物減產20%～40%，嚴重的減產60%以上甚至絕收[7]。如海南省大面積設施栽培的哈密瓜，基本都受到根結線蟲病的危害，導致植株矮小、枯萎甚至死亡，從而使哈密瓜的嚴重減產[8]。化學藥劑殺菌消毒是最簡單有效的連作障礙控制途徑[9]，我國設施農業(yè)多依靠化學方法控制病蟲害，使農產品和土壤中殘留、積累大量化學藥劑，進而污染環(huán)境、使病蟲害產生抗性影響人們身體健康。

3 電生功能水特性及在農業(yè)中的應用

3.1 電生功能水特性

電生功能水(EFW)又稱電解水或離子水，是將水置于一種特殊的裝置中經(jīng)電場處理，使水的pH值、氧化還原電位、有效氯濃度等指標發(fā)生改變而產生的具有特殊功能的酸性電解水和堿性電解水的總稱[10]。EFW在與外界接觸的過程中很快會恢復成普通的水，不會對環(huán)境造成殘留及生物產生化學危害。EFW的氧化性，可起到不可逆轉破壞菌類生物脂膜透性的作用[11]，也是它殺菌效應的關鍵；經(jīng)電場電解后形成的亞次氯酸中的氯離子，也具有較強的殺菌性；EFW攜帶的微電流給土壤創(chuàng)造一個微電流環(huán)境，可以抑制許多厭氧菌的生長[12]。EFW強酸水殺菌過程是瞬間強制性地奪取電子的過程，所以不會導致菌類形成抗藥性。電生功能水制取裝置結構簡單，與生產傳統(tǒng)化學制劑相比成本低廉，有利于其在醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工尤其是農業(yè)生產等各項事業(yè)中推廣應用。

3.2 電生功能水在農業(yè)中的應用

3.2.1 在果蔬保鮮上的應用

EFW在果蔬保鮮方面的應用報道較多。試驗表明有效氯濃度為8%的EFW冷激處理可誘導香蕉耐冷性并延緩低溫下香蕉發(fā)生冷害，在一定程度上抑制柑橘果實的衰老[13]；紀淑娟等[14]用pH值為2.37的EFW處理黃瓜不僅有良好的殺菌效果，還可延緩黃瓜的衰老進程；聶小鳳等[15]用pH值為5.9的EFW浸泡茄子可保持茄子較佳的內在和外在品質。pH值為6.0的微酸性EFW能有效控制蕎麥芽菜表面細菌和真菌數(shù)量且提高芽菜質量[16]。Abadias[17]、Guentzel等[18]表明微酸性EFW能有效抑制或殺滅鮮切果蔬表面的病原性微生物。此外，電生功能水在草莓、梨、番茄等果蔬的保鮮方面均有應用。

3.2.2 在植株病害防治方面的應用

EFW應用于植株病害防治方面也有研究，Al-Haq等值為[19]表明強酸性EFW可有效防治梨果腐病。Tsukagoshi等值為[20]發(fā)現(xiàn)強酸性EFW對草莓白粉病的防治效果顯著高于常規(guī)化學防治。王步云等[21]研究表明強酸性EFW對番茄白粉病和番茄細菌性葉斑病防治效果較好并有增產作用，對黃瓜白粉病的防治效果顯著并可促進植株生長，對產量和品質無不良影響[22]。Zhang等[23]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過酸性EFW室溫處理15 min后，花生中85%黃曲霉毒素被除掉，花生中的營養(yǎng)素(蛋白質、脂質、碳水化合物成分)沒有顯著性變化，花生表皮的顏色也沒有發(fā)生變化。

3.2.3 在土壤改良方面的應用

關于在土壤改良方面的應用，也有部分涉及，從理論上說酸堿電生功能水可以用來改良酸堿性的土壤，但并未見到報道。李洪建等[24]用pH值為4.5～6.5微酸性EFW對溫室土壤澆灌殺菌，測定總菌落數(shù)表明微酸性EFW的殺菌效果要優(yōu)于臭氧水，雖然不同pH殺菌沒有顯著差別，但隨著其值的降低，菌落數(shù)值下降。相立等[25]在盆栽條件下研究了蘋果連作土壤澆灌微酸性(pH值為6.0)EFW對土壤環(huán)境和幼苗生長的影響表明，微酸性EFW能夠顯著提高幼苗的生物量和促進根系的生長，同時土壤中真菌數(shù)量降幅達48.1%，細菌/真菌比值增加120%，說明微酸性EFW可減輕蘋果連作障礙。研究表明，引起土傳病害的病原菌有病原真菌、病原細菌、根結線蟲及土傳病毒[26]等，所以EFW可用于土傳病害的防治。

由于酸性電解水具有殺菌能力強、無殘留、無污染、制取方便、安全經(jīng)濟的特點，也被應用于醫(yī)療、食品加工、消除農殘及畜牧養(yǎng)殖行業(yè)中。

4 結語

電生功能水技術應用在設施栽培中是可行的。可采用電生功能水防治設施栽培中的土傳病害，以種植前對栽培介質噴施殺菌消毒并在栽培過程中定期噴施或澆灌，系統(tǒng)和全面的評價電生功能水的殺菌作用、改善土壤理化性質的功能及改善植株生長和品質狀況，確定EFW替代化學藥劑的可能性及減少化學藥劑使用次數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益?？傊珽FW作為物理農業(yè)領域的高新技術，其能高效廣譜瞬時殺菌、無殘留、無毒副用，對提高農產品安全性、保護生態(tài)環(huán)境和國民健康有重要意義。此技術為海南省農業(yè)走無公害、綠色之路提供參考，同時有利于實現(xiàn)習近平總書記要求的“打造海南熱帶特色農業(yè)王牌”及促進海南農業(yè)的高效可持續(xù)發(fā)展。