臭氧植保機在設施蔬菜苗期病害防治中的應用研究

王志彬 傅楊 喬曉軍 衛雅娜 何雨倫

摘要：為探究新型臭氧植保機械對蔬菜苗期病害的防治效果以及對蔬菜生長的安全性，以番茄葉霉病、黃瓜白粉病、甘藍猝倒病為試驗對象，在采用不同病害防治措施的溫室內開展蔬菜病害的防治試驗。試驗中，選用的新型臭氧植保機懸掛安裝在溫室內的頂部，利用高壓放電法制取臭氧，通過配備的風機及氣流導向板將臭氧擴散至溫室的整個空間；通過手機APP遠程控制設備臭氧的釋放和實時監測設備的運行狀態，實現溫室內臭氧濃度的動態調控。與未采取病害防治措施的常規溫室相比，使用臭氧植保機的溫室番茄葉霉病、黃瓜白粉病、甘藍猝倒病的發病率分別控制在5.2%、4.7%和17.4%，分別比常規溫室降低12.2%、9.8%和1.8%。試驗結果表明，臭氧對溫室內番茄葉霉病和黃瓜白粉病具有較好的防治效果、對甘藍猝倒病具有一定的防治效果，且使用安全。研究結果可為設施蔬菜病害的臭氧防治提供參考。

關鍵詞：設施蔬菜；病害；植保機械；臭氧；滅菌；防治效果

中圖分類號：S436

文獻標識碼：A

文章編號：20955553 （2023） 070055

08

Application of ozone sterilizer devices for controlling vegetable diseases

during seeding stages in greenhouse

Wang Zhibin1， Fu Yang2， Qiao Xiaojun1， Wei Yana1， 3， He Yulun2

（1. Information Technology Research Center， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing，

100097， China; 2. College of Plant Protection， Yunnan Agricultural University， Kunming， 650201， China;

3. College of Information Engineering， Northwest A & F University， Yangling， 712100， China）

Abstract： In order to explore the efficacy of a new type of ozone sterilizer device in controlling vegetable seedling diseases and its impact on the growth of vegetables， experiments on disease control were conducted in greenhouses using tomato leaf mold， cucumber powdery mildew， and cabbage damping-off as test subjects. In one of the greenhouses， the ozone plant protection machine was suspended from the greenhouse ceiling and used high-voltage discharge to generate ozone， which was then rapidly diffused throughout the facility using a high-speed fan and special air duct. The machine can be controlled remotely for real-time adjustment of ozone release， and its operation status can be constantly monitored using a mobile app. Thus， the ozone concentration in a facility can be dynamically adjusted to better control vegetable diseases. Compared with conventionally managed greenhouses without disease control measures， the incidence rates of tomato leaf mold， cucumber powdery mildew， and cabbage damping-off in the greenhouse with the installed multi-functional plant protection machine were controlled at 5.2%， 4.7%， and 17.4%， which is 12.2%， 9.8%， and 1.8% lower， respectively， than the incidence rates in the conventionally managed greenhouse. The results showed that ozone had favorable control effects on tomato leaf mold and cucumber powdery mildew and showed certain control effects on cabbage damping-off. Moreover， the ozone had no adverse effects on the normal growth of the vegetables. These data provide a reference for the wide use of ozone to control vegetable diseases in greenhouses.

Keywords： greenhouse vegetable; diseases; plant protection machinery; ozone; sterilization; control effect

0 引言

近年來，隨著農業供給側結構性改革的深入推進，我國設施農業得到迅速發展。截止到2018年，我國設施農業面積已達4 000khm2，占世界設施農業面積的85%以上，位居世界首位［1］。設施溫室為作物生長提供有利環境的同時，也面臨著嚴峻的病害防治難題，特別是高溫、高濕的設施環境更適合病菌繁衍。傳統病害防治主要采用噴灑化學農藥，然而各種化學農藥的過量使用帶來環境污染、農藥殘留、病菌抗藥性等一系列問題，嚴重影響農產品質量安全、生態環境以及設施農業的可持續發展［2］。因此，減少化學農藥的使用量，發展設施蔬菜病蟲害綠色防控技術具有十分重要的社會意義和經濟價值［35］。

臭氧作為一種理想的綠色殺菌劑，在設施蔬菜病害綠色防控方面具有潛在應用前景。近年來，國內外學者已開展利用臭氧防治作物病害的研究，取得初步成效［610］。Fujiwara等［11］研究發現噴施臭氧水能有效防治黃瓜白粉病。高文瑞等［12］試驗表明溫室大棚內增施臭氧后能顯著降低番茄和辣椒病害的發生率。張涵等［13］研究表明臭氧水可以有效防控設施內土傳病害。Landa Fernández等［14］研究發現增施臭氧能有效控制灌溉水中的線蟲，減少其對番茄作物的侵染。Szumigaj-Tarnowska等［15］試驗表明利用臭氧氣體熏蒸蘑菇養殖前的空溫室，能夠有效殺滅溫室內的病菌。李紅梅等［16］研究不同質量濃度的臭氧水對3種土傳病原真菌尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）、立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）及灰霉菌（Botrytis cinerea）的殺滅效果，試驗表明臭氧水質量濃度為2mg/L時，0.5min內對3種病原菌孢子的殺滅率為96.2%～97.4%。Pandiselvam等［17］介紹臭氧滅菌技術在農產品保鮮領域的最新研究進展。為更好地應用臭氧滅菌技術，部分學者研制了農業專用的臭氧消毒設備。宋衛堂等［18］研制一種紫外線-臭氧組合式營養液消毒機，試驗表明主要微生物（細菌、真菌、放線菌）總的消毒效果分別達到70.6%、15.9%和89.9%。為實現有機基質的綠色、高效消毒，喬曉東等［19］研制有機質臭氧消毒設備，試驗表明臭氧初始質量濃度64.2mg/m3消毒60min后，細菌滅菌率88.9%，真菌滅菌率97.9%，能夠滿足有機基質消毒生產要求。范鑫等［20］對臭氧技術及臭氧植保機械在農業領域的應用進行綜述，分析臭氧技術在農業領域的應用優勢及制約因素，指出在發展農藥控制與替代技術的背景下，研制新型臭氧植保機械是一個值得探索的新方向。

綜上所述，臭氧及臭氧水對病菌具有較好的防治效果。但是在實際應用中，臭氧使用濃度、臭氧產生方式、臭氧使用方法等方面存在較大差異，缺少操作簡單、精準使用、遠程可控的臭氧植保技術與設備，極大限制臭氧在農業領域的大規模應用。

本文以溫室番茄葉霉病、黃瓜白粉病和甘藍猝倒病為試驗對象，采用研制的新型臭氧植保機械釋放臭氧，探究臭氧對設施蔬菜病害的防治效果，同時評價該設備對病害的抑制效果以及對蔬菜生長的安全性，以期為新型臭氧植保機械的研制以及更好地使用臭氧防治設施蔬菜病害提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本文以番茄葉霉病、黃瓜白粉病、甘藍猝倒病為試驗對象，在云南省文山州硯山縣盤龍鄉土鍋寨硯山東南亞雜交玉米研究所開展了溫室蔬菜病害防治試驗。試驗作物品種為番茄“粉銳二號”、黃瓜“韓研45-1”、甘藍“早尖55”。典型蔬菜病害［21］圖像如圖1所示。

番茄葉霉病是危害溫室番茄的重要病害之一，其致病菌番茄葉霉菌Cladosporium fulvum （Cooke） Cif.，屬半知菌亞門絲孢目暗色孢科褐孢霉屬真菌；發病初期葉片正面呈現橢圓或不規則形淡黃色的褪綠斑，晚期病部生褐色霉層或壞死。黃瓜白粉病又稱白毛病，其病原單絲白粉菌Sphaerotheca fuliginea （Schlecht） Poll.，屬子囊菌亞門真菌；主要為害黃瓜葉片，發病初期葉面或葉背及莖上產生白色近圓形小粉斑，嚴重時整個葉片上布滿白色粉末狀的霉層。猝倒病是甘藍苗期一種常見病害，主要癥狀有死苗和猝倒2種；其病原瓜果霉菌Pythium aphanidermatum （Eds.） Fitzp.、異絲腐霉菌Pythium diclinum Tokunaga.、寬雄腐霉菌Pythium dissotocum Drechsler.、畸雌腐霉菌Pythium irregulare.、刺腐霉菌Pythium spinosum Sawada.，均屬鞭毛菌亞門真菌，此外甘藍鏈格孢Alternaria brassicicola （Schw.） Wilts也是該病病原。

1.2 臭氧植保機械

臭氧具有強氧化性，能夠迅速破壞病菌（細菌、真菌、病毒等）的細胞壁、分解細胞膜、破壞遺傳物質核酸及其組織結構，達到殺滅病菌的效果［22］。此外，生產臭氧的方法簡單經濟迅速，不受農殘、藥害、病菌抗藥性等因素限制，而且臭氧氣體可以實現對整個溫室空間內病菌的消殺，有效降低病菌的數量以及對作物的浸染，減少作物病害的發生。

為簡便、規范、準確地使用臭氧氣體防治設施蔬菜病害，研制了一款新型臭氧植保機械——多功能植保機（以下簡稱植保機），并配套研制了其信息管理控制系統［23］。該設備采用高壓放電法制取臭氧，通過配備的風機及氣流導向板將臭氧擴散至溫室整個空間，實現病菌及害蟲卵和幼蟲的消殺。此外，該設備還配備溫濕度傳感器、光照強度傳感器、臭氧濃度傳感器等，能夠實時采集溫室環境數據并上傳至信息管理控制系統，實現設備的遠程精準控制和管理。多功能植保機結構示意如圖2所示。

植保機寬度為800mm、高度為318mm、吊桿長度為410mm，并聯安裝2個高壓放電管，臭氧產量10g/h，出風口處臭氧濃度4.3～10.7mg/m3。設備初始臭氧釋放量設置為5%，用戶可根據溫室內種植作物的品種、生長周期、病害嚴重程度等情況進行臭氧釋放量的調節，其中設備在臭氧釋放量持續超過20%時，會短信提醒用戶“可能會出現臭氧過量燒苗的情況”。

在實際應用中，植保機主要懸掛安裝在溫室內的頂部，如圖3所示。用戶通過手機APP遠程控制設備，實現設備風機風速的調節、臭氧釋放量的調整、環境數據的采集等功能；亦可為設備設置固定工作模式，使設備按照設置的工作模式進行工作。此外，用戶通過配備的信息管理系統可以實現植保機在多個溫室內大規模應用的管理。

1.3 試驗方法

試驗中，使用的玻璃溫室高5.6m、長250m、寬200m，內部隔成大小為4m×20m×20m的3個獨立的試驗小區。每個試驗區內種植番茄、黃瓜、甘藍等蔬菜苗共計380株，而且每個試驗區內種植的蔬菜苗種類、數量均相同，不同種類的蔬菜苗分開種植、不混合。對試驗小區依次采用臭氧、化學農藥和不作處理三種病害防治方法，其他水、肥等日常管理措施相同。各個小區病害防治措施具體如表1所示。

試驗中，由育苗床基質育苗盤播種育苗，出苗后移栽至各試驗小區內。各試驗小區按照《農藥 田間藥效試驗準則》開展試驗，并在蔬菜移栽后第7d、14d、21d、28d、35d、43d、49d、56d進行病害調查。通過目測觀察，記錄蔬菜生長過程中的病害癥狀及其嚴重程度。發病率、病情指數、防效計算公式如式（1）～式（3）所示。

I=DN×100%

（1）

DI=∑（s×n）N×S

（2）

PT=M-TM×100%

（3）

式中：

I——發病率，%；

D——發病葉（株）數；

N——調查總葉（株）數；

DI——病情指數；

s——各病情級別代表數值；

n——各病情級別病葉（株）數；

S——最高病情級別代表值；

PT——防效，%；

M——空白對照區施藥后病情指數；

T——藥劑處理區施藥后病情指數。

式（3）對于甘藍猝倒病主要利用空白對照區施藥后發病率和藥劑處理區施藥后發病率進行計算。

2 結果與分析

在本試驗中，植保機懸掛安裝在試驗小區1的頂部，于每天晚上8點至次日7點開機運行。用戶可根據作物生長情況，通過手機APP遠程控制植保機工作狀態，實時調節臭氧釋放量及風機風力的大小等，例如，設置植保機臭氧釋放量為15%，風機強度為80%，每間隔2h連續工作2h。其中，植保機選擇在夜間工作，主要避免臭氧對溫室內工作人員產生影響。

按照表1各小區病害防治措施對蔬菜進行病害防治。3個試驗小區內蔬菜病害防治效果如表2所示。

在3個試驗小區內不同方法對番茄葉霉病的防治效果對比結果如圖4所示。在番茄苗期，試驗區1和試驗區2與CK相比，使用植保機和噴灑百菌清農藥均對番茄葉霉病具有明顯的防治效果，發病率分別控制在5.2%和6.0%，分別比CK降低了12.2%和11.4%；使用植保機和噴灑百菌清農藥對番茄葉霉病的防效分別為84.2%和81.0%，差異不顯著，較CK差異顯著。使用植保機后，試驗小區內番茄葉霉病的發病期與CK相比，推遲了5～10d左右；植保機對番茄葉霉病的防治效果隨著番茄生長天數的增加而逐漸降低。

在3個試驗小區內不同方法對黃瓜白粉病的防治效果對比結果如圖5所示。

在黃瓜苗期，試驗小區1和試驗小區2與CK相比，使用植保機和噴灑嘧菌酯農藥均對黃瓜白粉病具有明顯的防治效果，發病率分別控制在4.7%和3.0%，分別比CK降低了9.8%和11.5%；使用植保機對黃瓜白粉病的防效（68.7%）低于使用農藥嘧菌酯的防效（84.6%），差異顯著。使用植保機后，試驗小區內黃瓜白粉病的發病期與CK相比，推遲7～10d左右；植保機對黃瓜白粉病的防治效果隨著黃瓜生長天數的增加而逐漸降低。

在3個試驗小區內不同方法對甘藍猝倒病的防治效果對比結果如圖6所示。在甘藍苗期，試驗小區1和試驗小區2與CK相比，使用植保機對甘藍猝倒病有一定的防治效果，而噴灑敵克松化學農藥對甘藍猝倒病的防治更有效，發病率分別控制在17.4%和5.9%；植保機對甘藍猝倒病的防效（32.3%）低于噴灑農藥敵克松的防效（78.0%），差異顯著。使用植保機后，試驗小區內甘藍猝倒病的發病期與CK相比，推遲5～7d左右；植保機對甘藍猝倒病的防治效果隨著甘藍生長天數的增加而降低，且降低得幅度明顯。

上述試驗結果表明：安裝使用植保機的試驗小區1，在未使用任何化學農藥的情況下，實現對番茄葉霉病、黃瓜白粉病、甘藍猝倒病的發病率分別控制在5.2%、4.7%和17.4%，發病期至少推遲5～7d左右，取得了較好的病害防治效果；與使用化學農藥防治蔬菜病害的試驗小區2相比，共計減少各類化學農藥噴施50余次（防治番茄葉霉病噴灑百菌清農藥20次、防治黃瓜白粉病噴灑嘧菌酯24次、防治甘藍猝倒病噴施敵克松6次等），不僅大幅度地減少了化學農藥的使用量和使用次數，而且降低了化學農藥購置和人工噴施農藥的成本。植保機在防治蔬菜病害時，懸掛安裝在溫室的頂部，用戶使用手機APP即可遠程控制設備產生臭氧，并通過風機及氣流導向板將臭氧自上向下迅速擴散至溫室的整個空間；利用臭氧的強氧化性可實現病菌、真菌和病毒的消殺，進而及時有效地防治多種病害的發生。而使用化學農藥防治病害時，需要根據蔬菜病害的種類、病害程度等情況，人工噴施化學農藥，防治效果取決于農藥使用的劑量、噴灑周期、農藥品種等多個因素。因此，利用植保機防治蔬菜病害比使用化學農藥更及時、方便，防治成本更低。此外，應用植保機釋放臭氧防治蔬菜病害時，未發現對溫室內番茄、黃瓜、甘藍的正常生長產生不利影響。

3 討論

隨著“綠色植保”發展戰略的深入推進，我國病蟲害防控進入新的發展階段，涌現大批病蟲害綠色防控技術和設備［2426］。其中，臭氧作為一種高效廣普殺菌劑，在設施蔬菜病蟲害綠色防控方面具有顯著優勢。本文試驗中，利用植保機產生臭氧防治設施蔬菜病害的方法與施用化學農藥的病害防治方法相比，具有如下優點：（1）臭氧利用其強氧化性實現病菌的消殺，能避免化學農藥過量使用產生的農藥殘留、環境污染、病菌抗藥性等問題，可廣泛應用于目前設施農業中綠色有機農產品的生產；（2）臭氧氣體可根據病蟲害防治工作的需要隨時由臭氧植保機械產生，并且臭氧的釋放量也可通過信息管理系統進行實時調控，而化學農藥的施用需要考慮農藥使用劑量、噴灑周期、農藥品種等因素，例如本文試驗中防治黃瓜白粉病、番茄葉霉病和甘藍猝倒病就分別施用不同種類的化學農藥以及劑量，而植保機只需設定好釋放的臭氧濃度（15%）、每天工作5～6h即可達到較好的病害防治效果；（3）臭氧植保設備可以在設施內長期不間斷重復使用（設備使用壽命為10a以上），可有效降低農藥購買、人工施藥等生產投入成本；（4）臭氧植保設備可以通過信息管理系統實現其在多個設施內大規模應用管理，實現設施內蔬菜病蟲害的協同防治；而不同溫室內化學農藥的使用量、使用時間和使用方式等往往不同，難以同步實施。因此，使用臭氧植保機械防治設施蔬菜病害具有較好的應用前景。

盡管臭氧是設施蔬菜病蟲害綠色防治的理想“藥劑”，但在使用過程中臭氧植保機械便攜性差、臭氧濃度難以精準控制等因素限制了其在農業領域的大規模應用與推廣。本文試驗中采用的臭氧植保機能夠很好解決上述問題。該設備安裝便捷、操作簡單，而且配套了信息管理系統和手機APP，可以實現設備的遠程控制和大規模應用管理，能夠實現臭氧技術使用的規范化和標準化。特別是在臭氧濃度控制方面，植保機初始臭氧釋放量設置為5%，可以依據個人經驗、設施環境和作物生長狀態等因素，通過手機APP軟件進行植保機的遠程控制，實現臭氧釋放量的動態調整，以滿足不同生長時期內防治蔬菜病害時對臭氧濃度的需求。當然該設備在實際應用中，還未能實現“根據作物生長周期及病害程度進行臭氧濃度的自適應調整”的智能控制，容易出現“病害防治效果隨著作物生長天數的增加而逐漸降低”的現象，而且采用相同臭氧濃度防治不同種類的作物病害時，其防治效果也會有一定的差異，例如，對黃瓜白粉病等氣傳病害的防治效果最好，而對甘藍猝倒病等典型土傳病害的防治效果不佳。因此，采用智能檢測、物聯網、人工智能等技術［2728］實現植保機臭氧濃度釋放的精準、自適應、閉環控制將是本文下一步研究的重點。

4 結論

本文使用臭氧植保機探究了臭氧對溫室蔬菜苗期病害的防治效果，在番茄葉霉病、黃瓜白粉病和甘藍猝倒病3種作物病害上進行了病害的防治試驗。

1）? 與常規管理的溫室（CK）相比，使用臭氧植保機的溫室內番茄葉霉病、黃瓜白粉病、甘藍猝倒病的發病率分別控制在5.2%、4.7%和17.4%，分別比常規管理的溫室（CK）降低了12.2%、9.8%和1.8%；試驗小區內番茄葉霉病、黃瓜白粉病和甘藍猝倒病的發病期至少推遲5～7d左右。

2） 與化學農藥防治方法相比，使用臭氧植保機對溫室番茄葉霉病、黃瓜白粉病具有較好的防治效果，差異不顯著；對甘藍猝倒病具有一定的防治效果，差異顯著。

3） 使用臭氧植保機釋放臭氧防治病害時，未對番茄、黃瓜、甘藍等蔬菜的生長產生不利影響。

在設施蔬菜生產上，使用臭氧植保機可以減少化學農藥的使用，具有較好的推廣應用前景。下一步工作將在植保機臭氧釋放濃度的精準控制方面進行深入研究，以提高設備防治設施蔬菜病害的精準性。

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