柴立平

（中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

臭氧是一種強氧化物，氧化能力僅次于氟氣，高于氯氣和二氧化氯[1]，具有消毒、殺菌、快速分解有機質、阻擋紫外線防護大氣層等諸多優(yōu)點。目前，臭氧主要應用在水質處理、化學氧化、食品加工保鮮、醫(yī)療衛(wèi)生、畜禽養(yǎng)殖等領域[2-3]，且各個領域的應用研究與相關的設備研發(fā)已初具規(guī)模[4-7]。

臭氧殺菌力較強，殺菌速度極快，不產生殘余污染，將臭氧溶解于水，利用臭氧水殺菌，可降解農藥殘留，替代在消毒過程中無法克服環(huán)境污染問題的傳統(tǒng)化學消毒劑，更顯示出其巨大的優(yōu)越性[8]。近年來，隨著對臭氧研究的不斷深入，臭氧在蔬菜生產上也得到了越來越廣泛的應用。臭氧作為一種高效、廣譜、快速的殺菌劑，能破壞分解細菌的細胞壁，快速擴散滲透進細胞內，氧化分解細菌內部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧化酶等[9]，也可以直接與細菌、病毒發(fā)生作用，破壞細胞核糖核酸，分解脫氧核糖核酸、蛋白質、脂質類和多糖等大分子聚合物，使細菌的代謝和繁殖過程遭到破壞[10-11]，從而控制溫室病害的發(fā)生、防治土傳病害，還能在一定程度上增加作物的產量。也有報道指出，過量的臭氧能夠破壞作物體內的抗氧化系統(tǒng)，加速脂質過氧化反應，破壞膜的防御系統(tǒng)，嚴重影響植株生長，甚至導致植株死亡[12-13]。

由于日光溫室的特殊環(huán)境，特別是黃瓜的生產，受到多種病害的危害，嚴重制約了黃瓜產量和質量的提高。由于物理及生物防控手段的不完善，目前黃瓜生產仍然過分依賴化學藥劑，致使病菌的抗藥性越來越強，迫使種植者加大用藥量，導致農藥殘留逐漸突出，嚴重影響了黃瓜的出口和國內市場的銷售。隨著人們生活水平的提高，對黃瓜的品質的要求也越來越高，為進一步探索黃瓜的綠色生產技術，在河北省饒陽縣冠志園區(qū)進行了臭氧發(fā)生器對黃瓜白粉病抑制作用的研究。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

品種：參試黃瓜品種為中農26，由中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所提供。

儀器：臭氧發(fā)生器（YLO3-10W）和臭氧濃度測定儀（aeroQUAL，Series200）由南京益隆高科技有限公司提供。

1.2 試驗方法

試驗于2017年在河北冠志農業(yè)科技有限公司農業(yè)園區(qū)進行，設臭氧發(fā)生器應用的試驗溫室和常規(guī)管理的對照溫室，溫室坐北朝南，規(guī)格均為東西長70 m，南北寬10 m，總面積700 m2。

1.2.1 臭氧防病效果試驗

試驗溫室中的儀器于黑暗條件下開機運行，植株健康情況下，每3 d使用1次，發(fā)病情況下每天使用1次，使用時間為從太陽落山至揭開遮陽被前。當病情嚴重至失去控制時應及時噴施化學藥劑進行防治，對照溫室正常生產管理，具體實施方案如表1。除去病害防治外，整枝打杈、水肥、收獲等管理均一致。

1.2.2 臭氧發(fā)生器應用試驗

在臭氧處理溫室內，研究了溫室內各點臭氧濃度對白粉病和灼燒病發(fā)生情況的影響。

在黃瓜發(fā)病和燒苗的時期，根據(jù)棚內黃瓜發(fā)病和燒苗情況，共設定了7個小區(qū)，分別為X-1、X0、X1、X2、X3、X4、X5，具體操作為：將臭氧發(fā)生器位置作為原點，安裝于距東墻20 m處，設為X0，臭氧發(fā)生器東側7 m處為X-1，西側每隔7 m均為取樣點，依次設為X1、X2、X3、X4、X5，取樣點兩側3.5 m內同屬一個小區(qū)，每個小區(qū)70 m2。臭氧發(fā)生器懸掛高度距地面4 m，臭氧的擴散方向為自東向西。

臭氧發(fā)生器參數(shù)設置：棚長、棚寬和高，臭氧發(fā)生濃度設定為苗期和成熟期（黃瓜植株高度1.5 m以下作為苗期，1.5 m以上作為成熟期）。開機情況同1.2.1。

表1 不同處理溫室黃瓜用藥情況

1.3 測定項目及方法

1.3.1 減藥統(tǒng)計測定

試驗采用無公害標準用藥，藥品多為市面上主流藥劑。常規(guī)溫室與安裝有YLO3-10W智能臭氧發(fā)生器的溫室用藥種類、品牌、濃度、藥量及操作者均保持一致。設對照溫室黃瓜整個生育期使用殺菌劑次數(shù)為M1，安裝YLO3-10W智能臭氧發(fā)生器的溫室大棚使用殺菌劑次數(shù)設為M2，減藥率為M。

1.3.2 臭氧濃度

從臭氧發(fā)生器開機開始計時，在每個小區(qū)的中心位置運用臭氧濃度測定儀測定發(fā)生器順、逆2個方向的臭氧濃度，從X-1→X5方向依次循環(huán)測定，直至臭氧發(fā)生器停止工作。整個試驗的測定階段全程保持黑暗（08：00—09：25，且未掀開溫室遮陽被）。

1.3.3 黃瓜白粉病

取樣位置與臭氧濃度一致，小區(qū)內隨機取10株統(tǒng)計單株葉片數(shù)及白粉病發(fā)病情況。

根據(jù)溫室內白粉病發(fā)病情況制定了如下分級標準：

0級：葉面無病斑；

1級：葉面病斑面積占整個葉面面積不足5%；

3級：葉面病斑面積占整個葉面面積6%～10%；

5級：葉面病斑面積占整個葉面面積11%～25%；

7級：葉面病斑面積占整個葉面面積26%～50%；

9級：葉面病斑面積占整個葉面面積50%以上。

1.3.4 葉片灼燒情況

取樣位置與臭氧濃度一致，小區(qū)內隨機取10株統(tǒng)計單株葉片數(shù)及葉片灼傷情況。

參考病葉分級標準，先對臭氧發(fā)生器造成的葉面灼燒進行分級如下。

0級：葉面無燒葉；

1級：葉面燒葉面積占整個葉面面積不足10%；

3級：葉面燒葉面積占整個葉面面積11%～50%；

5級：葉面燒葉面積占整個葉面面積50%以上。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2007軟件進行整理和分析，圖片采用Origin 8進行繪制。

2 結果與分析

2.1 臭氧防治病害效果

由表1和表2可知，秋冬季溫室黃瓜病害以白粉病、霜霉病、細菌性角斑病等為主。對照溫室從9月15日定植到11月13日共噴施殺菌劑9次；而應用臭氧發(fā)生器的試驗溫室僅噴施了2次殺菌劑，從使用次數(shù)上來看共減少了約77.8%的殺菌劑。更進一步分析可以得出，對照溫室進行了2次廣譜性預防，7次藥物防治，其中，針對白粉病防治次數(shù)高達5次；而使用臭氧發(fā)生器的試驗溫室僅治療了2次霜霉病，沒有針對白粉病使用殺菌劑。

表2 不同處理溫室用藥情況分析

2.2 臭氧發(fā)生器在黃瓜溫室的應用效果

2.2.1 溫室內不同位置黃瓜白粉病發(fā)病情況

病情指數(shù)是反應病害的一個重要指標，由表3可知，X5位置的黃瓜植株病情指數(shù)最大，為47，且與X-1、X0、X1、X2位置相比差異達到了極顯著水平；X0位置的病情指數(shù)最小，為17，X1、X2與之相近，差異未達極顯著水平；X0、X1、X2與其他位置相比，病情指數(shù)差異均達到了極顯著水平。觀察不同位置的黃瓜白粉病發(fā)病級數(shù)下的葉片數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)：整體上來看，距離臭氧發(fā)生器較遠的X3、X4、X5小區(qū)，5、7、9級的發(fā)病葉片數(shù)多于距離臭氧發(fā)生器較近的X0、X1、X2，且X3、X4、X5的1級和3級的葉片數(shù)略少于X0、X1、X2，0級的發(fā)病葉片數(shù)較為接近；另外，距離臭氧發(fā)生器較遠位置的X3、X4、X5的病情指數(shù)明顯大于較近位置的X0、X1、X2。在生物學上，病情指數(shù)越大，反應植株病害越嚴重；因此，距離臭氧發(fā)生器較近位置的植株病害較輕，而距離較遠的植株病害較重。

2.2.2 溫室內不同位置黃瓜葉片灼燒情況

大量研究表明，高濃度的臭氧在滅菌時，會對植株的氣孔、膜系統(tǒng)、酶活性、蛋白質和光合作用產生影響，造成植株葉片萎蔫，稱之為“葉片灼燒”。參考病情調查方法，制定了植株葉片灼燒情況調查方案，灼燒指數(shù)越大，植株葉片被灼燒越嚴重。由表4可以得出：距離為X1位置的灼燒指數(shù)最大，且與X2之間不存在極顯著性差異；而距離較遠的X5灼燒指數(shù)為0，即沒有燒葉情況發(fā)生；X-1的位置，灼燒指數(shù)較小，為8，燒苗情況較輕；灼燒指數(shù)較大的X0、X1、X23個位置的3、5級葉片數(shù)占總葉片數(shù)比例較其他位置較大，0、1級的灼燒葉片數(shù)較其他位置較少。綜合來看，距離臭氧發(fā)生器越近的位置，葉片灼燒越嚴重，發(fā)生器后方（X-1小區(qū)）例外；距離發(fā)生器越遠的地方，葉片受害越小。

表3 不同區(qū)域內黃瓜植株白粉病的發(fā)病情況

表4 不同區(qū)域內黃瓜植株葉片灼傷情況

2.2.3 溫室內不同位置臭氧濃度分布情況

該臭氧發(fā)生器采用的是“氣流組織法”，使得臭氧隨著氣流散布在溫室的各個角落而達到殺菌效果。所謂氣流組織，就是強制性地讓氣流沿溫室的縱向上下形成一個氣流環(huán)，高濃度臭氧在溫室的上方，該氣流運行幾十米后向下折返，此時的濃度已降到植物可接受的安全濃度，并且隨著時間的推移，使棚內的臭氧濃度逐漸達到均勻一致，并且有效殺菌濃度在0.20 mg/m3以上。

由表5可以看出，X2位置在開機時的T1至T4時間段臭氧濃度都是最高的；在剛開始開機的T1時間段內，只有X1、X2達到了有效濃度；隨著開機時間的推移，在T4時間段內，所有位置（除X0）臭氧濃度達到最大，T5時間的濃度開始有所下降，說明T4時間段臭氧濃度相對穩(wěn)定，溫室臭氧分布情況最為均勻；在棚內臭氧濃度穩(wěn)定的T4時間段內，有X0、X1、X2、X34個位置濃度達到了有效濃度，但是發(fā)生器背后的X-1和距離較遠的X4、X5位置濃度只在有效濃度的一半左右。總體來說棚內的濃度不能保證均勻一致，發(fā)生器背后、距離較遠的位置濃度偏低，X1、X2位置濃度偏高，X3位置濃度相對較適宜。

2.2.4 病情指數(shù)、灼燒指數(shù)和臭氧濃度三者之間的關系

由圖1可以看出，臭氧濃度的變化與灼燒指數(shù)表現(xiàn)出相似的規(guī)律，均呈現(xiàn)出先增加后減小的規(guī)律。臭氧濃度的變化與病情指數(shù)表現(xiàn)出相反的規(guī)律，臭氧濃度表現(xiàn)為先升后降的拋物線形狀，而病情指數(shù)表現(xiàn)為先降后升的規(guī)律。在X2位置時，臭氧濃度有最大值0.38 mg/m3，灼燒指數(shù)也存在較大值57，而病情指數(shù)存在較小值20。當臭氧濃度低于0.10 mg/m3時，灼燒指數(shù)為0，而病情指數(shù)達到最大值47，即沒有葉片因為臭氧而造成傷害，但植株發(fā)病最嚴重。系統(tǒng)來看，在X0、X1、X23個位置上臭氧濃度和灼燒指數(shù)都相對較大，而病情指數(shù)都相對較小。

表5 不同時間段內各個小區(qū)的臭氧濃度 mg/m3

圖1 病情指數(shù)、灼燒指數(shù)和臭氧濃度三者之間的關系

3 結論與討論

臭氧作為一種安全、綠色、低廉的強氧化劑，早于20世紀在水果、蔬菜的貯藏和保鮮行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應用。研究表明，適宜濃度的臭氧處理草莓，能夠減少草莓香味和VC含量散失，顯著增長了草莓的保鮮期[14]；而在農業(yè)生產上，也早就有關于臭氧土壤消毒、空氣殺菌的研究，比如臭氧可作為土壤消毒劑[15-16]，代替甲基溴化物，控制病蟲害的發(fā)生；溫室番茄種植中，還可以有效防控灰霉病和葉霉病，且效果優(yōu)于速克靈煙劑、百菌清煙劑、滅克粉塵劑[4]。試驗表明，當臭氧濃度大于0.20 mg/m3時，能夠有效控制病菌的發(fā)生，而且適宜濃度的臭氧能夠有效控制白粉病的發(fā)生，大幅減少化學藥劑的使用。

由于臭氧殺菌是利用臭氧的強氧化性來滅殺細菌、真菌和病毒，不具有選擇性的殺菌能力，高濃度的臭氧在殺菌的同時也會破壞植株葉片組織，影響植株光合作用和坐果率[17-19]，這也是與普通殺菌劑直接的區(qū)別；因此，選擇適宜濃度的臭氧進行殺菌尤為重要。試驗表明，當臭氧濃度小于0.20 mg/m3時，植株發(fā)病程度大于臭氧濃度大于0.20 mg/m3位置的植株；而當臭氧濃度長時間維持在0.24 mg/m3時，又會對黃瓜葉片造成傷害；當臭氧濃度范圍控制在0.20～0.24 mg/m3時，既能有效地控制黃瓜病害的發(fā)生，大幅減少化學藥劑的投入，同時對植株的傷害也相對最小，這與前人[20-21]試驗結果有些差異，可能是由于臭氧的使用方法存在差異。

試驗中，黃瓜發(fā)病和灼傷現(xiàn)象同時存在，主要是由于溫室東西方向臭氧濃度分布不均導致的。在發(fā)生器前方30 m范圍內超過了有效殺菌濃度，控制白粉病的同時造成了一定的灼燒；在發(fā)生器背后及前方30 m外只能達到有效殺菌濃度的一半?yún)s不能很好控制白粉病發(fā)生；因此，如何進一步均勻分配臭氧在溫室內的濃度是臭氧發(fā)生器下一步需要改進的重要方面，管道氣體輸送、滴灌臭氧水擴散等方式值得探討研究，使臭氧達到更適宜的濃度以滿足生產實踐的應用。

相比對照溫室，使用臭氧發(fā)生器的溫室能大幅度減少殺菌劑的使用，但從使用次數(shù)上對比，使用臭氧發(fā)生器的溫室減藥率高達77.8%，且進一步對比可以發(fā)現(xiàn)，使用臭氧發(fā)生器的溫室僅噴施了2次治療霜霉病的菌劑，沒有噴施治療白粉病的殺菌劑，大大減少了殺菌劑的種類和用量；因此，臭氧發(fā)生器有著一定的應用前景，需要更進一步探索。