微酸性電解水和臭氧水對溫室土壤殺菌效果研究與比較

李洪建+李立成+侯加林

摘要：微酸性電解水（slightly acidic electrolyzed water，SAEW）是以一定濃度的鹽酸為電解質，在無隔膜電解槽內通電電解生成的一種無色無臭的電解水。其pH值在4.50～6.50之間，殺菌力強，在一定時間后可迅速分解且無化學污染。臭氧水是將臭氧氣體通入水中制得，其具有極強氧化性，但不穩定。本研究在自行設計的多功能水灌溉一體機裝置的基礎上，探究SAEW與臭氧水對溫室土壤樣本的消毒效果。結果表明，SAEW與臭氧水對溫室土壤樣本均有一定的廣譜殺菌效果。不同pH值的SAEW對土樣的殺菌效果影響不大，不同濃度的臭氧水對土樣的殺菌效果基本相同。溫室土壤樣本經長期、多次處理后，SAEW的殺菌效果優于臭氧水；但在短時間內，臭氧水比SAEW的殺菌效果更好，見效更快。本試驗結果可為SAEW和臭氧水對溫室土壤的消毒應用提供一定參考。

關鍵詞：微酸性電解水；臭氧水；溫室土壤；殺菌效果

中圖分類號：S477+.9 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2016）11-0089-05

Abstract Slightly acidic electrolyzed water （SAEW） is a colourless and odourless liquid generated with electricity in a no diaphragm electrolyzer with a certain concentration of hydrochloric acid as the electrolyte. Its value of pH is between 4.50 and 6.50. It has a high bactericidal power and decomposes rapidly in a certain period of time， so it has no chemical pollution. Ozone water is made in the way of converting ozone gas into water. It has strong oxidability， but is instable. On the basis of multifunctional water irrigation machine that was designed by ourselves， the bactericidal effects of SEAW and ozone water on greenhouse soil samples were explored in this study. The experimental results showed that SEAW and ozone water both had certain broad-spectrum bactericidal effects on greenhouse soil samples. The bactericidal effects of different pH values of SAEW on soil had little difference， and those of ozone water in different concentrations were basically the same. After a long-term and repeated treatment on greenhouse soil samples， the bactericidal effects of SEAW were better than those of ozone water. But within a short time， ozone water had better and faster bactericidal effects. The experimental results could provide some references for the application of SAEW and ozone water in the disinfection of greenhouse soil.

Keywords Slightly acidic electrolyzed water； Ozone water； Greenhouse soil； Bactericidal effect

隨著農業產業結構的調整，我國設施蔬菜種植面積逐年擴大，設施蔬菜已逐漸成為我國農業中最具活力的新型產業之一。由于溫室內濕度大、溫度高、風速低，為溫室土壤中各種細菌微生物的生長和繁殖提供了有利的條件[1，2]。目前常見的土壤消毒方法主要有化學藥劑消毒、蒸汽熱消毒、太陽能消毒等[3-5]。長期以來我國設施農業多依靠化學方法控制溫室作物病蟲害，導致農產品和土壤中積累了大量的殘留物質，既無法高效殺滅有害細菌等微生物，也影響了人們的健康。太陽熱消毒操作簡單但局限性較大，其它現有消毒方法在操作和經濟成本上都有一定局限性。因此，如何在保證高效殺菌與高產的同時維持土壤的健康與可持續性已成為當今農業生產中亟待解決的難題之一[6-8]。

微酸性電解水（slightly acidic electrolyzed water，SAEW）是在無隔膜電解槽內通過一定的直流電壓電解一定濃度的稀鹽酸溶液生成的具有殺菌特性的功能水[9]。在電解槽中陰極只生成氫氣；陽極則生成H+和氯氣，其中H+直接溶于水中，氯氣迅速與水反應，生成具有極強殺菌效果的HClO。SAEW中的有效氯主要是以HClO分子形式存在。HClO殺菌性能極高，能夠殺死大部分細菌病毒。在殺滅細菌病毒過程中，次氯酸分子不但可以破壞細胞壁和病毒外殼，還可作用于細菌病毒內部的核酸和酶，從而殺死病原微生物。與強、弱酸性電解水相比，微酸性電解水具有高效、無殘留、制取方便等特點。近幾年SAEW逐步被應用于食品、醫療及環保等領域[10，11]。

在高壓電場的強電離作用下，高速運動的電子撞擊氧氣使之分解成氧原子，通過氧原子、氧分子及高速電子三體碰撞反應形成臭氧。含有臭氧的水稱為臭氧水。臭氧在水中可產生氧化能力極強的單原子氧（O）和羥基（-OH），對細菌細胞體直接氧化，即破壞其DNA而達到抑制并殺死細菌的效果。但臭氧水的穩定性很差，達到較好的殺菌效果需要一定的臭氧濃度及作用時間。因此臭氧水的應用也受到了較大的限制[12-16]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設備

試驗土壤取自山東農業大學南校區8號溫室大棚。采樣時間為2015年4月1日。

本試驗采用試驗室自行研制開發的多功能水灌溉一體機。pH值及氧化還原電位測定儀：英國Aquaread公司；天平：感量為0.1 g；無菌操作臺；恒溫培養箱；高溫滅菌鍋；臭氧比色計；試管、一次性培養皿、酒精燈、錐形瓶、移液槍、涂布棒等；試驗用試劑：去離子水、胰蛋白胨、氯化鈉、葡萄糖、瓊脂、酵母浸膏等。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗對象 從溫室內采用五點法取土樣。除去表層約3 cm土壤，取3～10 cm深處的土壤。將五點樣品充分混勻，除去碎石植物殘根等，用避光保鮮盒帶回試驗室。將帶回的土壤樣本分30份，每3份為一組，共10組。這10組樣本為1個對照組、5個微酸性電解水試驗組和4個臭氧水試驗組。

1.2.2 處理液制備及指標測定 微酸性電解水制備：以2.0%的稀鹽酸作為電解液，通過改變設備的電解電壓和電解電流，分別制取pH值為4.50、5.00、5.50、6.00、6.50的微酸性電解水。制備后置于密閉避光水桶內，并于1 h內使用。

臭氧水制備：通過改變制氧機的氧氣通入流量和設備水流量，制備臭氧濃度分別為1、2、3、4 mg/L的臭氧水。在制取的臭氧水達到濃度標準后立即使用，每次制取后的臭氧水不作保存，隨用隨取。

處理液各指標的測定：pH值及氧化還原電位（ORP）使用多功能參數測定儀測定，有效氯濃度（ACC）采用碘量法測定，臭氧水濃度采用臭氧比色計測定。其中試驗組的微酸性電解水各pH值的相關氧化還原電位（ORP）和有效氯濃度（ACC）如表1所示。

1.2.3 處理方法 以5個不同pH值的電解水和4個不同濃度的臭氧水分別對9個試驗組進行澆灌試驗。對照組則以去離子水作為澆灌用水。其中對照組標記為土樣1。用pH值6.50～4.50的微酸性電解水澆灌的樣本依次標記為土樣2-6。用濃度為1～4 mg/L的臭氧水澆灌的樣本依次標記為土樣7-10。試驗中對各土樣的澆灌用水量均為500 mL。每次待距表層約2 cm處土壤徹底干燥后，再進行下一次澆灌。

1.2.4 采樣 從每組的3份樣本中各取距表層3 cm以下約20～30 g土壤，將3份土壤混合均勻后即作為本組的土樣。以此方法每次試驗共獲得10份土樣。將土樣置于干燥器中烘干約2～3 h，干燥后的土壤即作為待測土樣。

取樣頻率為每10天一次。第一次從南校溫室采集土壤帶回試驗室后，即進行第一次取樣。待每組樣本在連續4次測定中菌落總數均上下浮動不超過5.0×104 cfu/g時，停止樣本菌落總數測定。

1.2.5 菌落總數的測定 采用平板計數法監測土壤樣本的細菌總數。以無菌操作取10 g土樣于盛有999 mL無菌生理鹽水并裝有玻璃珠的三角瓶中，振蕩10～20 min，此即為稀釋梯度為10-2的菌懸液。然后按GB 4789.2—2010的規定，將不同稀釋梯度的菌懸液接種至營養瓊脂培養基上，放入（36±1）℃恒溫培養箱中培養（48±2） h后，拿出并立即計數。

選取30～300 cfu/g之間、沒有蔓延菌落生長的平板進行菌落總數計算。如果僅有一個稀釋度平板上的菌落數處在適宜的計數范圍之內，那么計算方法為：計算兩個或3個平板菌落數的平均值，再將結果乘以相應稀釋倍數，結果即為每克樣品中菌落總數結果。若有兩個連續稀釋度的平板菌落數在適宜的計數范圍內，則計算公式為：

2 結果與分析

2.1 不同pH值的微酸性電解水對土壤的殺菌效果

由圖1可知，最初各個土壤樣本中的菌落總數相差并不大，但經過40天處理后，相對于對照組，微酸性電解水處理的土樣2-6的菌落總數明顯降低，表明使用微酸性電生解水處理土壤對土壤菌落有一定的殺菌效果。之所以經過40天左右菌落總數才趨于穩定，主要是由于土壤內菌落有一定的恢復能力，即當殺菌速率大于菌落恢復速率時，菌落總數會下降，反之則會增大，而當殺菌速率和菌落恢復速率較為接近時，土壤樣本的菌落總數便會趨于穩定。

從試驗結果看出，土樣6在經過第二次處理后菌落總數即發生明顯下降，且下降速度明顯快于土樣2-5。由于試驗室使用的微酸性電解槽產生電解水的最適pH值應在5以上，當pH值小于5時，產生的電解水里必然混有無法充分電解的電解質稀HCl。由此可知，在土樣6中是由未經充分電解的HCl迅速破壞了菌落本身、改變了土壤中的酸堿平衡，使得該土壤樣本已無法滿足菌落的正常生長，造成菌落快速下降。

與對照組相比，經過40天處理后，試驗組土樣的菌落總數基本處于穩定狀態，此時的菌落總數值已有明顯下降?？梢娢⑺嵝噪娊馑畬ν寥谰渚哂幸欢ǖ臍⒕Ч?，且不同pH值的微酸性電解水對土壤殺菌效果有一定影響，但相差不大。

2.2 不同濃度臭氧水對土壤的殺菌效果

由圖2可知，最初對照組和試驗組的土樣菌落總數相差不大，但在經過10天臭氧水處理后，土樣7-10的菌落總數開始下降，不同濃度處理間菌落總數相差很小。說明不同濃度臭氧水對土壤菌落的殺菌效果基本相同。另外，不同濃度臭氧水處理后，各個土樣菌落總數最終達到穩定的時間基本一致，表明臭氧水濃度對殺菌速率影響不大。造成此結果的原因是臭氧水本身具有極強的氧化性，一旦臭氧水達到一定濃度值，即可充分發揮其殺菌作用，因此在其濃度繼續加大后殺菌作用并不會有明顯提高。

2.3 微酸性電解水與臭氧水對溫室土壤殺菌效果的比較

由圖1和圖2比較可看出，在使用微酸性電解水和臭氧水分別處理土樣一段時間后，土壤菌落總數都有一定程度的下降，表明二者對土壤都起到一定的殺菌效果。

從開始使用兩種水處理土樣到土樣中菌落數達到基本穩定數值，土樣2-6用了40天，而土樣7-10僅用了10天左右。這說明使用臭氧水殺菌見效更快更迅速，而微酸性電解水則見效稍慢。臭氧水殺菌見效更快由臭氧水極強的氧化性所決定的。

在菌落數基本穩定后，土樣2-6菌落總數明顯少于土樣7-10菌落總數。即所有土樣在達到穩定的菌落總數后，使用微酸性電解水處理的土樣菌落總數比使用臭氧水處理的土樣菌落總數低。這表明，微酸性電解水對溫室土壤的殺菌效果要比臭氧水好。其原因主要在于微酸性電解水相對于臭氧水較為穩定，臭氧水氧化性較強但也更易分解，因此在長期處理中無法長久保持其殺菌效果。

3 結論

微酸性電解水與臭氧水對溫室土壤均有一定殺菌效果。其中，不同pH值的微酸性電解水對土壤殺菌效果影響不大；不同濃度值的臭氧水對土壤的殺菌效果基本相同。對兩種水進行比較，使用臭氧水處理的土樣殺菌見效較快。在長期處理且菌落總數保持穩定后，微酸性電解水的殺菌效果要優于臭氧水。

本試驗結果表明，微酸性電解水與臭氧水對土壤內存在的菌落有一定的廣譜殺菌效果，是一種新的溫室土壤消毒方法。與傳統的蒸汽消毒、化學消毒等消毒方法相比，微酸性電解水和臭氧水消毒不僅能夠在一定程度上殺滅溫室土壤中的細菌微生物，而且沒有化學殘留，無污染，在現代農業生產中有著廣泛的應用前景[17，18]。但由于微酸性電解水尤其是臭氧水具有一定的不穩定性，且溫室內具有比較復雜的氣象條件，因此在溫室內的實際使用過程中能否保證其殺菌效果仍有待研究。

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