淺析電解水及其在農業中的應用

薛曉莉，趙躍鋼，楊文華，李志娟，張志立，吳 娜，任 強

（北京中農天陸微納米氣泡水科技有限公司，北京 100083）

電解水（EW）又稱氧化還原電位水、離子水，是電解質溶液如氯化鈉溶液在電場的作用下，形成具有一定pH值、氧化還原電位（ORP）以及有效氯濃度（ACC）的功能水。電解水的應用是一種可持續的綠色概念，與傳統的清潔系統相比，具有成本效益高、使用方便、消毒效果好、現場生產、對人類和環境安全等優點。根據pH值可以分為強酸性電解水AEW（pH值2～3）、微酸性電解水SAEW（pH值5.0～6.5）、中性電解水NEW（pH值7～8）、微堿性電解水SAIEW（pH值8～10）、強堿性電解水AIEW（pH值10～13）[1]。

1 電解水的制備原理

電解水設備具有特制的離子膜電解槽，包括陽極和陰極。向電解槽加入一定濃度的NaCl溶液，在一定電流下進行電解。陽極主要發生析氯反應和析氧反應，得到酸性電解水，pH值低、氧化還原電位高，主要成分包括HClO、Cl2、ClO2、HCl、ClO-和O2等。陰極主要發生析氫反應，得到堿性電解水，主要成分包括H2和稀NaOH溶液[2]。其電解原理如圖1所示。

陽極反應：

陰極反應：

電解水設備分為有隔膜式和無隔膜式，有隔膜的設備可制備強酸性電解水，無隔膜的設備可制備微酸性電解水，均具有殺菌性能[3]。

2 電解水的殺菌機理

大量研究表明，電解水的殺菌效果比較理想，在醫學殺菌消毒方面具有比較成熟的應用。但是對其殺菌機理的研究尚無定論，目前比較受到認可的是物理殺菌學說和化學殺菌學說[4]。

物理殺菌學說認為，酸性電解水的低pH值和高氧化還原電位能夠破壞細胞膜，而氧氣與其他物質作用會使其失去電子，使微生物的細胞膜電位發生改變，導致細胞膜通透性增強、細菌腫脹及細胞代謝酶的破壞，使細胞內物質溢出、溶解，進而殺滅微生物[5-8]。

化學殺菌學說認為，電解水中復雜的化學因子具有殺菌作用，包括有效氯（HClO、Cl2、ClO2、HCl、ClO-）和活性氧（·OH、·O、H2O2）。有效氯的殺菌原理主要是破壞細胞膜而使細胞內的蛋白質、DNA和RNA外流，還可穿透病毒的衣殼與其核酸反應。活性氧的殺菌原理主要是因其較強的氧化性，可跟氨基發生特異反應進而破壞細胞膜，并滲透到細胞內破壞有機物的鏈狀結構，從而使蛋白質及DNA合成受阻，致使微生物死亡[9-14]。

3 電解水的優勢

就安全性而言，電解水通過電解水生成器制得，其制備原料僅為水和氯化鈉。殺毒效果為傳統含氯消毒劑的40～80倍。氧化電位水僅需要質量分數為（3～5）×10-5就可以達到理想的滅菌、消毒目的。與傳統消毒劑相比較，氧化電位水具有殺菌廣譜，殺菌高效迅速，無刺激異味，對人體器官、皮膚組織、黏膜等無刺激性和無毒副作用的特點。氧化電位水遇光或與有機物、土壤接觸時立即放電分解，殺菌后可完全還原成無毒、無殘留的普通水，排放后對環境無任何污染，不會對生態環境造成危害。

在經濟性方面，生產1 t電解水的成本為12.3元（包括氯化鈉、電和水等運營成本約2.6元以及設備折舊費約9.7元）。而配制1 t質量分數為5×10-4的含氯消毒劑需要84消毒液約10 L，市場價約109元。

電解水與含氯消毒劑相比，其安全性和經濟性方面都具有顯著優勢，因此具有廣泛的應用前景。

4 電解水在農業中的應用

由于電解水制備原料簡單，僅為水和氯化鈉，且殺菌速度快、殺菌能力強、殺菌具有廣譜性，對人畜安全、無化學殘留、環保，除應用于醫療領域外，還可用于農業種植及農產品方面：防治農作物病害、促進生長與提升品質、改良土壤、果蔬殺菌與保鮮、降解殘留的農藥等。

4.1 防治農作物病害

電解水在我國農作物病害綠色防控和無公害農產品生產方面具有廣闊的應用前景，有利于增強我國農業可持續發展能力，減輕農藥施用對環境的壓力，提升農產品的品質。

羅新希等[15]用酸性電解水防治黃瓜白粉病，結果表明pH值為2.0的酸性電解水防治效果最佳，防效達到72.10%；酸性電解水的有效防治期為噴施后3 d。魏肖鵬等[16]噴施KCl電解水不但可替代農藥來防治黃瓜白粉病，還可顯著提高黃瓜果實品質。聶小鳳等[17]用強酸性電解水對田間茄子灰霉病的防治效果達68.71%，可以部分替代農藥。王步云等[18]用酸性電解水在番茄緩苗期連續噴施，不僅對番茄葉霉病有一定的防治效果，還可以提高產量；而發病初期連續噴施，對番茄葉霉病也具有一定的防治效果，但是對產量的影響不明顯。谷培云等[19]用酸性電解水在辣椒緩苗期和發病初期連續噴施預防，對辣椒白粉病有較好的防治效果。孫慧等[20]使用酸性電解水對馬鈴薯脫毒苗的生產車間和設備進行消毒，可有效提高莖尖成活率，并節約成本，既安全又環保。此外，電解水在防治水果病害如葡萄霜霉病[21]、大田作物病害如水稻稻曲病[22]、小麥赤霉病[23]等方面效果也較好。

4.2 促進生長與提高品質

高新昊等[24]研究了不同pH值的強酸性電解水浸種對黃瓜種子發芽與幼苗生長的影響，結果表明適宜濃度的強酸性電解水浸種可提高黃瓜種子胚芽生長速率及黃瓜幼苗素質，低、中濃度電解水對黃瓜種子發芽率沒有影響，而高濃度電解水則表現出抑制作用。侯夢石等[25]研究了電解水灌溉處理對小白菜的影響，酸性電解水對葉片凈光合速率有一定的促進作用；噴灌酸性電解水和根灌強堿性電解水對小白菜葉綠素的積累、增加葉片數及提高產量有促進作用，但是會抑制株高；根灌堿性電解水對小白菜維生素C含量有促進作用。曹薇等[26]用微酸性電解水浸泡蕎麥種子和噴灑蕎麥芽，能有效控制蕎麥芽菜表面細菌和真菌數量、增加苗高以及還原糖、蘆丁含量，對芽菜產量和干質量無影響。

4.3 土壤改良

以酸性電解水來調節鹽堿地，以堿性電解水來調節酸性土壤，不但可以有效調節土壤的酸堿環境，而且無任何殘留，使用時采用原液或稀釋液進行灌溉調節，極為方便；酸水的施用，還可殺滅部分土傳病菌。胡妍玢[27]發現酸性電解水肥的6個處理均能不同程度地改善林地土壤性狀，土壤微生物數量增加、酶活性提高、化學性質得到改良。相立等[28]向蘋果連作土壤中澆入微酸性電解水，能顯著提高平邑甜茶幼苗的生物量，幼苗根長度、根表面積、根體積和根系呼吸耗氧速率均提高；土壤真菌構成一個獨立的群落結構，能適應電解水處理后的土壤環境并成為優勢群落，可減輕連作障礙。

4.4 果蔬殺菌與保鮮

郝建雄等[29]用酸性電解水浸泡番茄10 min并在室溫貯藏12 d后，果實硬度較對照明顯提高，呼吸強度被明顯抑制，失重率降低。李華貞等[30]用酸性電解水浸泡菠菜，可快速降低表面微生物含量，5 ℃貯藏9 d后微生物增加緩慢、營養成分基本保持不變、亞硝酸鹽積累受到抑制。張后成等[31]用中性氧化電解水和其他消毒劑對卷心菜進行殺菌，中性氧化電解水具有高效的殺菌作用，效果優于其他消毒劑，有效氯含量為24.52 mg/L時，對大腸桿菌的殺菌效率為95.81%。聶小鳳等[17]用pH值5.9的酸性電解水浸泡茄子果實，其可溶性固形物含量較高，失重率和褐變指數較小，對茄子果實的外在、內在品質都產生積極影響。Pinto等[32]研究幾種不同殺菌溶液對鮮切萵苣處理5 min后的殺菌作用，中性電解水的效果最好。Aday[33]研究發現，用25 mg/L電解水和被動氣調包裝貯藏蘑菇可以延長其保質期。楊越等[34]用電解水和次氯酸鈉溶液清洗生菜，電解水消毒效果更好、更加節水。吳海霜等[35]用電解水處理鮮切茄子，在儲藏期內能較好地保持水分，抑制其褐變和硬度的下降，較好地保持其感官品質，但對其可溶性固形物的抑制效果較差。陳學玲等[36]以次氯酸鈉、二氧化氯和酸性電解水處理鮮切西蘭花并在4 ℃下貯藏，酸性電解水殺菌效果最好，能最大程度地延緩營養物質的流失和微生物生長繁殖，從而延長鮮切西蘭花貨架期。

肖衛華等[37]用電解水浸泡草莓能顯著減少草莓的腐爛，延長保鮮期。于曉霞等[38]用幾種清洗劑處理鮮切哈密瓜15 min，酸性電解水抑菌效果明顯，對可溶性固形物、維生素C、可滴定酸的維持作用明顯，并能較好地抑制丙二醛和菌落總數的增加，能有效延長鮮切哈密瓜貨架期。

4.5 降解殘留農藥

郝建雄等[39]研發發現，電生功能水即電解水對蔬菜的乙酰甲胺磷農藥殘留具有良好的消除效果，且堿性水的效果要好于酸性水的處理效果；不同洗滌方式（振蕩和浸泡）對農藥的消除效果影響不大；處理時間越長，降解效果越好。馬越等[40]用強酸電解水、弱酸電解水、次氯酸鈉溶液、臭氧水、去離子水等清洗劑研究對黃瓜上殘留的農藥毒死蜱的去除效果，進而研究降低非內吸式有機磷類農藥在黃瓜上的殘留，結果表明：強酸電解水處理10 min效果最好，毒死蜱去除率達到44.8%。羅琴等[41]用微酸性電解水浸泡白菜，去除辛硫磷效果有顯著提高，處理30 min后，農藥去除率高達92%；隨著微酸性電解水用量的增加、浸泡時間的增長以及溫度的升高，農藥殘留率不斷降低、農殘去除率不斷增加。胡朝暉等[42]研究不同溶液對韭菜中樂果和毒死蜱的去除效果，微酸性電解水比相同有效氯濃度的NaClO溶液去除效果好；有效氯濃度在10 mg/L左右時，對樂果和毒死蜱的去除率分別達到78.59%、70.00%；隨著有效氯濃度的升高，有機磷農藥的去除率均趨于穩定。

5 電解水在農業領域的推廣及建議

電解水在農業領域具有廣泛的應用，但是其推廣程度依然較慢。生產1 t電解水的成本只相當于常規化學消毒劑的1/3，但由于購買電解水設備的一次性投入相對較高（數萬元），而農業生產的附加值較低，有別于醫療領域的高投資高收入，這種在農業領域的高投入低附加值的矛盾決定了在一段時間內推廣緩慢。

電解水在農業領域進行推廣，可從以下幾方面改善：（1）研制成本低、效率高、壽命長的電解水設備，降低購買設備的一次性投資。（2）電解水在農業領域的應用研究效果，需要先建立項目示范點，率先在農業科技園區、農業龍頭企業、農業合作社等應用示范，積極推動廣大農業從事者前來參觀應用效果，得到認可后，產生一定的社會效益時，再向農業市場全面推廣。（3）針對電解水設備的使用及其效果，免費對廣大農業從事者進行培訓，杜絕夸大虛假宣傳，科學宣傳推廣。（4）政策鼓勵，并可考慮適當的補貼。在推廣電解水時需要注意，使用電解水生成器時，進水水質需符合GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》；電解原料氯化鈉的純度在99%以上，其質量應符合GB/T 1266—1986《化學試劑氯化鈉標準》。

綜上，電解水是一種較為理想的環保型消毒劑，其制備、使用過程均符合我國資源節約型、環境友好型的產業政策要求，其在安全性和經濟性方面都具有顯著優勢，值得在農業領域大力推廣。