再論電解水與電解水農(nóng)業(yè)技術

肖偉 張祥輝 秦曉旭

筆者所在團隊于2018年5月在《長江蔬菜》“電解水農(nóng)業(yè)”專欄中首次對電解水和電解水技術做了綜合性闡述[1]，隨著對電解水農(nóng)業(yè)技術研究的深入和對實際應用上的總結，筆者所在團隊認為有必要再次對電解水與電解水農(nóng)業(yè)技術做一個更為綜合性的闡述，以便農(nóng)業(yè)一線的工作者和科研人員對此有更深入的認識。

1 電解水與電解水的殺菌原理

電解水又稱電解離子水或氧化還原電位水，將電流通過稀鹽溶液，分離帶電產(chǎn)物。一般是于電解槽中將NaCl或K2CO3溶液在消耗微量電能的條件下進行電解，并用隔膜分離生成的酸性電解水和堿性電解水的總稱。在生產(chǎn)過程中可以通過電解NaCl溶液得到含次氯酸分子的酸性電解水，通過電解K2CO3溶液得到含鉀離子的堿性電解水。酸性電解水中主要含有氫離子和次氯酸，堿性電解水中則主要含有鉀離子和氫氧根離子。先前，生產(chǎn)電解水的成本、電解水的穩(wěn)定性和直接施用存在藥害風險等是制約電解水在農(nóng)業(yè)上應用的主要因素，但通過近幾年的發(fā)展，以上問題已經(jīng)得到妥善解決，為電解水農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展打下了堅實的基礎[2，3]。

酸性電解水殺菌原理與其低pH值、高氧化還原電位和高有效氯濃度等特性相關，一般認為是三者相互結合共同發(fā)揮殺菌作用，低pH值增加細胞膜通透性，不僅能直接抑制細菌生長，而且有利于HClO進入細胞產(chǎn)生羥基自由基，進而氧化微生物的代謝系統(tǒng)；而高氧化還原電位則可以改變細胞膜的電子流，從而破壞細胞結構、影響細胞代謝，最終達到殺菌效果。強堿性電解水因具有較高的pH值，能夠水解病原菌的蛋白質和核酸，破壞細菌的正常代謝機能，使細菌死亡，其殺菌作用強大，并能殺滅病毒[1]。在生物學中，次氯酸是體內生成的一種叫“嗜中性粒細胞”的白血球吞噬、殺滅病原菌過程中所釋放的免疫物質。因此，次氯酸水與人體有高度的相容性，其殺菌原理和人體免疫系統(tǒng)的殺菌原理一樣。現(xiàn)在通過人工生成次氯酸水，拓寬了次氯酸水的商業(yè)應用價值。從已知的數(shù)據(jù)來看，酸性電解水是對人類較安全有效的消毒水。

2 國內外電解水與電解水在農(nóng)業(yè)應用上的發(fā)展簡介

日本是電解水機的發(fā)源地，也是目前發(fā)展最好的國家，日本在1931年根據(jù)長壽地區(qū)的水質特點，研制出了世界上第一臺電解水機；1954年日本研發(fā)出第一臺民用電解裝置；隨后電解水機陸續(xù)傳入韓國、美國等國家。我國在20世紀90年代開始涉足電解水領域，發(fā)展相對滯后，特別是電解水農(nóng)業(yè)技術方面直到2018年左右都未形成較為成熟的體系[1]。1996年自主開發(fā)的電生功能水發(fā)生器測試成功，中國邁出了電解水農(nóng)業(yè)技術研發(fā)的步伐。2007年，教育部組織以方智遠院士為首的專家委員會對中國農(nóng)業(yè)大學李里特教授的“電生功能水的制備及在食品和農(nóng)業(yè)上的應用研究”進行了成果鑒定，鑒定委員會專家一致認為成果總體達到國際先進水平。試驗測試證明，電生功能水使用后完全還原為普通水，成本低、無殘留。理論上，通過電解水調節(jié)植物生長環(huán)境中的pH值，可以達到殺菌、驅蟲、促進植物生長的目的。但實際應用中因現(xiàn)實需求和技術等原因，種養(yǎng)殖企業(yè)和農(nóng)戶接受程度低，規(guī)模化推廣困難，應用效果并不理想。四川雄一集團從2013年開始研究電解水設備及產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)上的應用，并于2017年和西南科技大學合作，聯(lián)合研究電解水設備及應用技術，利用6 a時間系統(tǒng)研究電解水設備及技術在農(nóng)業(yè)上的應用。通過校企合作的方式，研究出中國第一臺雄一農(nóng)業(yè)電解水·肥處置設備及產(chǎn)品。目前取得了“國內領先科技成果”4項、“國際先進科技成果”1項，申請發(fā)明專利60余項，發(fā)表論文近40篇，出版國內第一本電解水農(nóng)業(yè)應用技術專著，形成了較為完善的電解水農(nóng)業(yè)技術體系。2021年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部全國農(nóng)技推廣中心將電解水技術列為綠色防控七大技術之一。2021年3月29日簽發(fā)農(nóng)業(yè)植保便函（[2021]53號），在山東、湖南、新疆、重慶、四川用雄一電解水產(chǎn)品開展防治農(nóng)作物病蟲害試驗。

3 電解水農(nóng)業(yè)技術

四川雄一集團和西南科技大學等單位聯(lián)合技術攻關，提出了電解水農(nóng)業(yè)技術這個概念，公開文獻可查的時間在2018年。筆者所在團隊受邀從2018年起在《長江蔬菜》開設“電解水農(nóng)業(yè)”專欄，對電解水農(nóng)業(yè)技術進行系統(tǒng)闡述[1，4]，提出了利用電解水浸種處理，噴施電解水進行植物病害防治，噴施堿性電解水促進植物生長、提高產(chǎn)量，利用電解水處理栽培土壤、改良土壤、消除或者緩解土傳病害，以及電解水在養(yǎng)殖等方面的應用。使用電解水農(nóng)業(yè)技術能有效減少化學農(nóng)藥的施用量，符合化肥、農(nóng)藥使用量零增長行動。

電解水在農(nóng)業(yè)上的應用簡單來講主要分為3部分，第一，利用電解水農(nóng)業(yè)技術體系進行有機（零化學農(nóng)藥施用）、綠色農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，即在整個生產(chǎn)過程中不施用化學農(nóng)藥；第二，利用電解水農(nóng)業(yè)技術體系有效減少化學農(nóng)藥的施用量；第三，利用電解水在農(nóng)業(yè)其他領域的應用。

3.1 利用電解水農(nóng)業(yè)技術體系進行有機、綠色農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)

①利用電解水浸種處理 酸性電解水用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的播種前種子處理，能有效殺死種子中特別是種皮上的病原菌。利用酸性電解水對種子進行處理時需要注意2個方面：一方面浸泡時間不宜過長，另一方面酸性電解水浸泡處理后，一般需要用堿性電解水再浸泡1次。電解水浸種處理一般能提高種子發(fā)芽率10.0%左右[5，6]。在水稻生產(chǎn)過程中，該處理措施能有效促進水稻根系發(fā)育，有提高水稻抗倒伏能力、增產(chǎn)的作用。使用時，酸性電解水5～10倍稀釋，堿性電解水20～30倍稀釋。

《長江蔬菜》記者采訪西南科技大學生命科學與工程學院電解水農(nóng)業(yè)技術研究團隊

在馬來西亞做電解水農(nóng)業(yè)技術推廣

②直接噴施電解水進行植物病害的防治 酸性電解水中含有次氯酸等有效殺菌成分，pH值較低，可以大面積用于農(nóng)作物病害的防治；此外，噴施堿性電解水能有效提高作物對營養(yǎng)物質的吸收、抑制作物的氧化應激程度，提高作物的抗氧化能力等。在大田生產(chǎn)過程中可以參照每2周噴施1次酸性電解水的頻率來進行病害的預防。對于番茄晚疫病的防治措施建議如下：噴施酸性電解水5倍稀釋液，連續(xù)2次，每天1次；第三天需要對整塊地進行巡查，觀察是否有新的晚疫病病斑，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)馬上摘除，并用裝有酸性電解水的手持小噴壺對病斑附近的莖葉進行噴霧。一般1周后可再針對晚疫病進行整塊地的巡查。噴施酸性電解水對早期晚疫病的防治具有特效[6]。對于番茄葉霉病的防治措施建議如下：通過通風等措施調控田間溫度和濕度；剪掉最下部葉片；按每2周噴施1次酸性電解水的頻率進行預防，每周1次的頻率進行防治。在噴施酸性電解水的同時可以視病害的發(fā)生程度噴施2～3次多抗霉素[7]。在家庭條件下進行豆芽菜的發(fā)制是酸性電解水應用的一個重要場景。豆芽菜的發(fā)制可以使用發(fā)芽盤，也可以使用豆芽機，將酸性電解水稀釋5～10倍后施用。使用酸性電解水發(fā)制豆芽屢試不爽[8]。

③噴施堿性電解水促進植物生長、提高產(chǎn)量 此過程中堿性電解水使用20～30倍稀釋液。在生產(chǎn)過程中噴施堿性電解水，能有效促進作物的生長，提高產(chǎn)量、提高可溶性固形物含量和抗氧化活性，改善口感[9]。在蔬菜生產(chǎn)過程中，對于大多數(shù)作物而言，可以交替噴施酸性電解水和堿性電解水來避免噴施酸性電解水可能出現(xiàn)的藥害（噴施雄一酸性電解水一般不會出現(xiàn)藥害，可不用交替噴施）；在蔬菜生產(chǎn)過程時，一般要求噴施堿性電解水的次數(shù)不少于3次或者按照每2周1次的頻率進行噴施。相關研究表明，使用電解水農(nóng)業(yè)技術能有效提高單果質量、維生素C含量、糖度、番茄紅素含量等。

④利用電解水處理栽培土壤防治或者緩解土傳病害 大田生產(chǎn)已經(jīng)證明澆灌堿性電解水能有效防治馬鈴薯粉痂病，團隊進一步驗證了澆灌堿性電解水對十字花科作物根腫病的防治效果[10]，近期的電解水專欄中筆者所在團隊又公布了基于電解水農(nóng)業(yè)技術對于茄科作物枯萎病的防治方法[11]。馬鈴薯粉痂病和十字花科作物根腫病的發(fā)生與栽培土壤的pH值有關，一般認為偏堿性（pH值7.2）土壤不利用病害的發(fā)生，因此對于馬鈴薯粉痂病和十字花科作物根腫病的防治，可以簡單地認為是通過澆灌堿性電解水來提升土壤pH值達到防病效果。茄科植物枯萎病的防治是通過噴施酸性電解水溶解的殼聚糖液等措施來培育栽培土壤的抑菌活性從而到達防治效果。總之，對于土傳病害的防治可以參照如下進行：噴施或者灌溉酸性電解水溶解的殼聚糖液，然后根據(jù)實際需要灌溉或者噴施堿性電解水。

⑤堿性電解水的防蟲作用 堿性電解水具有一定的防蟲效果，相關試驗和大田生產(chǎn)實踐已經(jīng)證明，噴施堿性電解水對白粉虱和螨蟲等具有一定的防治效果。在有機蔬菜生產(chǎn)過程中，常配合苦參堿等生物農(nóng)藥對蟲害進行有效防治。噴施堿性電解水5倍稀釋液后，大量的白粉虱掉落在番茄和茄子等作物的葉片正面并死亡，推測是具有一定黏性的堿性電解水堵塞了白粉虱的氣孔，但噴施堿性電解水對菜青蟲等無效[12]。常規(guī)噴施濃度（20～30倍稀釋液）對白粉虱的效果不佳，一般配合苦參堿等生物農(nóng)藥進行防治，或者配合防蟲網(wǎng)技術等進行有效防治，防蟲網(wǎng)一般選擇30目。噴施堿性電解水乳化后的植物油對病蟲害的防治具有增效作用。

⑥噴施堿性電解水乳化后的植物油在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用 植物油可以在有機蔬菜生產(chǎn)過程中使用，植物油不能直接溶于水，而堿性電解水具有較好的乳化分散作用。堿性電解水通過乳化作用可以將植物油較為均勻地分散到水體中，向作物噴施堿性電解水乳化后的植物油能夠有效地在作物表面特別是葉表面形成一層有機膜，這種成膜在作物病蟲害的防治方面具有一定的應用前景。植物油的施用濃度可參照0.025%（即4 000倍稀釋液）[13，14]。

⑦噴施堿性電解水除農(nóng)殘 利用堿性電解水除農(nóng)殘的場景可以分為大田、工廠（清洗和分裝），以及家庭。采收前噴施堿性電解水能有效降低農(nóng)產(chǎn)品中的化學農(nóng)藥殘留量，去除率可達到70%及以上；采收后可用堿性電解水進行清洗。堿性電解水使用20～30倍稀釋液。家庭條件下果蔬去農(nóng)殘，可噴家庭裝堿性電解水，噴施放置1～2 min后，用清水洗凈，可達到有效去農(nóng)殘和殺菌作用。從大量的相關數(shù)據(jù)來看，堿性電解水的除農(nóng)殘效果明顯優(yōu)于其他方式[15～21]。

3.2 電解水在減少化學農(nóng)藥施用量方面的應用

電解水助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的化學農(nóng)藥減量，主要體現(xiàn)在2個方面，即電解水農(nóng)業(yè)技術體系能有效實現(xiàn)零化學農(nóng)藥施用的有機生產(chǎn)；綠色生產(chǎn)模式下使用電解水農(nóng)業(yè)技術減少化學農(nóng)藥施用量。第一個方面前面筆者已經(jīng)作了較為全面的講解；第二方面減少化學農(nóng)藥施用量又包括使用電解水農(nóng)業(yè)技術減少化學農(nóng)藥的單次施用量和施用次數(shù)2個方面。

①減少化學農(nóng)藥的單次施用量 以電解水作為化學農(nóng)藥的助劑進行化學農(nóng)藥的配制時，可以減少化學農(nóng)藥的施用量。大量生產(chǎn)實踐結果表明，使用電解水農(nóng)業(yè)技術能有效減少化學農(nóng)藥的單次施用量，可減少30%～50%的化學農(nóng)藥使用量。在該操作過程中一般用酸性電解水對呈酸性的農(nóng)藥進行配制，和用堿性電解水進行呈堿性農(nóng)藥的配制；酸性電解水的使用濃度參照10倍稀釋液，堿性電解水的使用濃度參照20～30倍稀釋液進行處理。那么，化學農(nóng)藥的使用量可以用常規(guī)使用量的50%～70%。大量試驗和大田應用結果表明，利用電解水進行化學農(nóng)藥的配制，能有效減少單次化學農(nóng)藥的施用量，且防治效果相當或者優(yōu)于常規(guī)配制方式[22～24]。

②減少化學農(nóng)藥的施用次數(shù) 在電解水農(nóng)業(yè)技術體系中，酸性電解水常用于病害的防治，堿性電解水常用于促進農(nóng)作物生長、提高作物抗性和提高農(nóng)產(chǎn)品品質等方面。電解水農(nóng)業(yè)技術也常用在農(nóng)產(chǎn)品的綠色生產(chǎn)（和常規(guī)生產(chǎn)）過程中，電解水在防治病蟲害中可以有效地減少化學農(nóng)藥的施用次數(shù)。也就是說，在綠色生產(chǎn)和常規(guī)生產(chǎn)過程中，通過噴施酸性電解水和堿性電解水可對病害進行預防或輕微病害發(fā)生時的防治；當病蟲害發(fā)生或者較大面積發(fā)生時，則利用噴施化學農(nóng)藥的方式進行有效防治。化學農(nóng)藥的施用濃度為說明書中的參照施用濃度。該過程中減少化學農(nóng)藥施用量是因化學農(nóng)藥施用次數(shù)的減少，從而達到在整個生產(chǎn)過程中有效減少化學農(nóng)藥的施用量。一般講來，化學農(nóng)藥的噴施次數(shù)可以減少1/3及以上[24]。

③其他 利用酸性電解水調節(jié)配制化學農(nóng)藥用水的pH值是一個較為特殊和針對特定水體的用法。新疆、青海等西北地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水普遍偏堿，利用這些水體進行化學農(nóng)藥的配制往往會影響化學農(nóng)藥的效果，因為大部分的農(nóng)藥偏酸性，因此在實際生產(chǎn)過程中可以采用添加酸性電解水的方式使水體的pH值降到5～6，一般參照每20 L水體添加酸性電解水原液1～2 L來進行操作。該措施能有效發(fā)揮化學農(nóng)藥的病蟲害防治作用，從而減少化學農(nóng)藥的使用量。

3.3 電解水在農(nóng)業(yè)其他領域的應用

①在養(yǎng)殖上的應用 提高養(yǎng)殖生產(chǎn)性能、改善養(yǎng)殖環(huán)境：電解水農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖技術可以有效改善養(yǎng)殖環(huán)境、提高增重率、降低死亡率，并且對減少養(yǎng)殖抗生素的使用具有潛在意義。飲用堿性電解水90 d的肉雞，體質量平均增重高于常規(guī)養(yǎng)殖、成活率可提高31.8%，能較好地提高肉雞的生產(chǎn)性能。另外，相對比常規(guī)消殺劑，電解水具有無毒、無味、無刺激的特點，對養(yǎng)殖環(huán)境去除臭味，減少蚊子、蒼蠅效果明顯。

②在農(nóng)產(chǎn)品加工上的應用 電解水應用于食品加工中的環(huán)境、生產(chǎn)設備等消毒，對生產(chǎn)環(huán)境中的銅綠假單胞菌等致病菌殺菌率在90%以上。且電解水因無毒、無害、無殘留、無異味、對設備無腐蝕性，相比傳統(tǒng)殺菌劑無毒、無刺激、不污染環(huán)境，對操作人員無傷害。電解水應用于食品加工中的果蔬清洗，對農(nóng)產(chǎn)品上的金色葡萄球桿菌、黃曲霉素等致病菌殺菌率在90%以上，可降低農(nóng)藥殘留30%以上，且不會造成二次污染、殘留。在枸杞加工過程中，利用堿性電解水處理枸杞進行破蠟效果好，可以有效代替小蘇打處理。

③在農(nóng)產(chǎn)品保鮮上的應用 電解水在農(nóng)產(chǎn)品保鮮上主要體現(xiàn)在2個方面，即利用電解水農(nóng)業(yè)技術體系（主要是堿性電解水的作用）可以有效地提高農(nóng)產(chǎn)品的抗氧化活性，從而達到延長保鮮時間的作用[9]；酸性電解水可作為農(nóng)產(chǎn)品的防霉保鮮劑，用電解水處理農(nóng)產(chǎn)品，可以殺滅果蔬表面的微生物，延長保鮮時間，保證果蔬綠色、安全。

總之，電解水農(nóng)業(yè)技術是將電解水用于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工和運輸?shù)冗^程中的農(nóng)業(yè)技術的綜合體系。電解水農(nóng)業(yè)技術作為一項綠色、健康、安全的綜合農(nóng)業(yè)技術體系勢必將在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮越來越重要的作用。

感謝長江蔬菜雜志社在電解水農(nóng)業(yè)技術推廣方面給予團隊的大力支持；感謝四川雄一集團，特別對李信先生在電解水農(nóng)業(yè)技術研發(fā)與推廣中所作出的努力與貢獻表示感謝！同時，期望廣大讀者一如既往地關注《長江蔬菜》，關注“電解水農(nóng)業(yè)”專欄！本研究項目的開展主要在四川綿陽電解水農(nóng)業(yè)技術應用示范農(nóng)場進行，對農(nóng)場工作人員肖圣國和楊瓊英等也一并表示感謝。