潘劍蕾

摘 要 營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)利用帶來的新問題是循環(huán)利用的營(yíng)養(yǎng)液能在整個(gè)苗圃內(nèi)傳播根系病害，傳染其他健康的植株，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)栽培系統(tǒng)癱瘓。因此，在營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用之前，必須對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行消毒滅菌。基于此，以蕹菜為試驗(yàn)材料，采用水培栽培方式，通過試驗(yàn)研究不同曝氣時(shí)間的臭氧對(duì)水培蕹菜生長(zhǎng)情況的影響。

關(guān)鍵詞 臭氧;無土栽培;營(yíng)養(yǎng)液;消毒殺菌

中圖分類號(hào)：X173;X714 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.06.065

我國(guó)的人均土地資源很少，且可耕種土地利用率不高。無土栽培技術(shù)的推廣與應(yīng)用在一定意義上解決了這些問題，不受地形影響，在荒漠、海島、荒灘上應(yīng)用無土栽培進(jìn)行作物生產(chǎn)已成為現(xiàn)實(shí)，而且無土栽生產(chǎn)的作物種類不斷增加，產(chǎn)量也在不斷提高。因此，推廣無土栽培技術(shù)對(duì)于提高土地資源利用率具有重要的意義。

1 相關(guān)理論概述

1.1 營(yíng)養(yǎng)液消毒

無土栽培面積迅速擴(kuò)大帶來了一系列問題，其中最嚴(yán)重的是排放的廢液日益增多。目前，我國(guó)無土栽培中營(yíng)養(yǎng)液一般采用一次性廢棄處理方式，排出的廢液污染了土壤、地表水和地下水，直接排入河流中的廢液會(huì)引起河流或湖泊水的富營(yíng)養(yǎng)化，同時(shí)會(huì)浪費(fèi)大量的水資源[1]。

20世紀(jì)80年代，人們開始探索營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)利用，以節(jié)約大量的水資源，避免環(huán)境污染。研究表明，無土栽培系統(tǒng)若收集并循環(huán)利用營(yíng)養(yǎng)液，可以節(jié)約水和肥料。營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)利用帶來的新問題是循環(huán)利用的營(yíng)養(yǎng)液能在整個(gè)栽培系統(tǒng)內(nèi)傳播根系病害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大量作物死亡。因此，必須在營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)利用前清除營(yíng)養(yǎng)液中的病原菌，防止傳染栽培系統(tǒng)內(nèi)的健康植株。

Amsing等[2]在巖棉塊的無土栽培系統(tǒng)中，對(duì)種植玫瑰的營(yíng)養(yǎng)液不進(jìn)行滅菌而是直接加以循環(huán)利用，發(fā)現(xiàn)病原體在整個(gè)苗圃迅速擴(kuò)散，且玫瑰的植株越小，越容易感染病菌?？梢?，在營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用之前，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行滅菌具有十分重要的意義。

1.2 臭氧在營(yíng)養(yǎng)液消毒的應(yīng)用

循環(huán)營(yíng)養(yǎng)液的滅菌方法可以分為生物、化學(xué)和物理3類方法?；瘜W(xué)方法滅菌是利用各種化學(xué)藥劑對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行消毒，常用的化學(xué)藥劑有氯及其化合物、各種鹵素、重金屬離子等;生物方法滅菌是利用拮抗菌與病原菌的拮抗作用，抑制病原菌生長(zhǎng);物理方法滅菌主要有紫外線、加熱、臭氧、過氧化氫、碘、氯氣、微波、熱、電、離心分離和過濾等。

臭氧用于營(yíng)養(yǎng)液滅菌是一種物理滅菌方法。臭氧是一種非常強(qiáng)的氧化劑，如果有足夠的曝氣時(shí)間和濃度，可以殺死水中的所有有機(jī)物。因此，臭氧具有很強(qiáng)的殺菌消毒和去除水中微污染物的作用，可以用來對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行滅菌。同時(shí)，它還具有殺菌廣普、易分解以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)[3]。

1.3 臭氧的性質(zhì)

臭氧是一種三原子形式的氧，很不穩(wěn)定，常溫下無色，有特殊的草腥味，易溶于水，化學(xué)性質(zhì)活潑，可自發(fā)分解或接觸到可氧化物質(zhì)而分解。臭氧本身有強(qiáng)烈的氧化能力，因而具有很強(qiáng)的殺菌、除臭、脫色、分解有機(jī)物（如分解不利于果蔬貯藏的乙烯、乙醇、乙醛）等作用，經(jīng)許多科學(xué)家鑒定，臭氧的氧化能力僅次于氟，能殺死細(xì)菌植體、芽孢、病毒、真菌等各種微生物。

1.4 臭氧溶液對(duì)水培植物的影響

殘留在營(yíng)養(yǎng)液中的臭氧對(duì)水培植物根系是否造成傷害，關(guān)鍵在于殘留臭氧的濃度。殘留在營(yíng)養(yǎng)液中的臭氧濃度越高，對(duì)植物根系的傷害就越大。因此，經(jīng)臭氧處理后的營(yíng)養(yǎng)液一般不能立即用于植物栽培。此外，不同的栽培作物耐臭氧的能力不同。宋衛(wèi)堂等的試驗(yàn)證明，營(yíng)養(yǎng)液中殘余臭氧濃度為0.54～0.6 mg·L-1和0.64～0.72 mg·L-1，處理30 min后，黃瓜幼苗根系的傷害率分別達(dá)到7.7%和22.2%[4]。徐燕等在做臭氧應(yīng)用模擬試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：在臭氧間歇（1∶1）曝氣萵苣無土栽培營(yíng)養(yǎng)液處理區(qū)，營(yíng)養(yǎng)液外觀清澈、無味、近似無色，而對(duì)照區(qū)營(yíng)養(yǎng)液外觀嚴(yán)重渾濁，有臭味，淡黃褐色。使用臭氧間歇曝氣處理營(yíng)養(yǎng)液，對(duì)萵苣根系無不良影響，產(chǎn)量比對(duì)照增加36.8%[5]。而有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)液中含有1.5 mg·L-1濃度的臭氧還沒有對(duì)苗期的水培西紅柿根系造成損傷[6]。

2 研究目的和意義

隨著無土栽培面積不斷擴(kuò)大，因發(fā)生病害而造成失敗的事例日益增多。在化學(xué)藥劑消毒越來越受到限制的情況下，要進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)使用，且要防止發(fā)生根傳病害，循環(huán)使用前必須開展非農(nóng)藥的殺菌和消毒工作。使有臭氧進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液的殺菌和消毒，具有時(shí)效性，殺菌效果好，使用方便，清潔衛(wèi)生，對(duì)環(huán)境沒有污染等特點(diǎn)。殘留在營(yíng)養(yǎng)液中的臭氧對(duì)水培植物根系是否造成傷害，關(guān)鍵在于殘留臭氧的濃度。殘留在營(yíng)養(yǎng)液中的臭氧濃度越高，對(duì)植物根系的傷害就越大。因此，找到臭氧對(duì)營(yíng)養(yǎng)液合理的曝氣時(shí)間，解決既要對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行充分消毒，又要避免殘留的臭氧對(duì)植物根系造成傷害的問題，對(duì)臭氧在營(yíng)養(yǎng)液消毒循環(huán)應(yīng)用有著非常重要的意義。本實(shí)驗(yàn)觀察不同曝氣時(shí)間的臭氧在靜止水培蕹菜中對(duì)其生長(zhǎng)的影響，能夠?yàn)檫M(jìn)一步臭氧在水培栽培技術(shù)中應(yīng)用的研究提供基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)。

3 材料與方法

3.1 試驗(yàn)材料

供試植物：蕹菜（Ipomoea aquatica Forsk）。供試材料：臭氧發(fā)生器（佳環(huán)臭氧發(fā)生器，型號(hào)HY-500）、14 L藍(lán)色塑料箱（長(zhǎng)38.54 cm，寬28.24 cm，高14.64 cm）、定植板（厚度為2.5 cm的白色泡沫塑料板）、定植杯（上口徑為6 cm、下口徑為4 cm、高度為7.5 cm的黑色多孔塑料杯）、定時(shí)器、剪刀、塑料直尺、百分之一天平。供試營(yíng)養(yǎng)液：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜類A配方。

3.2 試驗(yàn)方法

蕹菜的生長(zhǎng)過程中分別通入不同時(shí)間的臭氧，分別為0 min、5 min、10 min、15 min共4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。

3.2.1 播種、移苗和定植

蕹菜于2013年3月在盛有復(fù)合基質(zhì)的育苗盤中播種，成苗后，于2013年4月9日選擇植株長(zhǎng)勢(shì)健壯、無病蟲害、生長(zhǎng)基本一致的小苗為試驗(yàn)材料。從育苗盤中取出小苗，洗凈根部基質(zhì)，每2棵小苗放入1個(gè)定植杯中，再加入大約杯高2/3的小石礫以固定植株，然后將定植好的小苗放在1/2劑量的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜類A配方的營(yíng)養(yǎng)液中栽培，讓小苗適應(yīng)水培條件。等到2013年4月13日，定植到一個(gè)劑量的營(yíng)養(yǎng)液里。

3.2.2 曝氣

通過臭氧發(fā)生器向營(yíng)養(yǎng)液中通入不同曝氣時(shí)間的臭氧，分別為0 min、5 min、10 min、15 min共4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。每5 min通入臭氧的濃度是1.157 mg·L-1。

處理一（CK）：不進(jìn)行臭氧曝氣的處理。

處理二：對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行曝氣5 min，通入臭氧的濃度1.157 mg·L-1。

處理三：對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行曝氣10 min，通入臭氧的濃度2.314 mg·L-1。

處理四：對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行曝氣15 min，通入臭氧的濃度3.471 mg·L-1。

3.2.3 收獲

2013年4月25日，第一批蕹菜收獲，沿著定植杯剪下地上部分，稱取鮮重及用直尺量株高。2013年5月23日，第二批蕹菜收獲，稱取地上部分的鮮重，用直尺量株高和根的長(zhǎng)度。

3.3 觀察和測(cè)定的項(xiàng)目

蕹菜的生長(zhǎng)情況：觀察外觀、收獲前的株高、地上部分鮮質(zhì)量、根重和根長(zhǎng)。

3.4 數(shù)據(jù)處理方法

所有數(shù)據(jù)處理均采用Microsoft Excel和SAS軟件處理。

4 結(jié)果與分析

4.1 不同曝氣時(shí)間下臭氧對(duì)蕹菜株高的影響

從圖1可以看出，無論是第一批還是第二批收獲的蕹菜，在不同曝氣時(shí)間的處理下，蕹菜的株高表現(xiàn)都沒有顯著的差異。在沒有曝氣的處理和曝氣5 min、10 min、15 min各處理之間都沒有差異。試驗(yàn)中蕹菜第一批要比第二批收獲的蕹菜株高要低得多，大概因?yàn)閺牟シN到第1茬收獲都是陰霾天氣，蕹菜的生長(zhǎng)過程中由于缺乏光照，因此會(huì)出現(xiàn)徒長(zhǎng)現(xiàn)象，生長(zhǎng)瘦弱，形態(tài)修長(zhǎng)，分蘗少。

4.2 不同曝氣時(shí)間下臭氧對(duì)蕹菜產(chǎn)量的影響

從圖2得知，不同曝氣時(shí)間對(duì)蕹菜的生長(zhǎng)造成了一定的影響。在第一批蕹菜中，處理一的平均鮮重是26.97 g，處理二和處理三分別是25.26 g和24.73 g，都有下降的趨勢(shì)。在第二批蕹菜收獲中，處理一的地上部鮮質(zhì)量顯著大于處理二和處理三，而與處理四的地上部鮮質(zhì)量差異不顯著。從圖2可以看出，在第一批蕹菜地上部鮮質(zhì)量中，處理二和處理三的蕹菜產(chǎn)量都有所下降，可曝氣15 min處理的產(chǎn)量是最高的。在第2次收獲中，處理二和處理三地上部鮮質(zhì)量都明顯下降，但處理四下降的幅度不大。

4.3 不同曝氣時(shí)間下臭氧對(duì)蕹菜根的影響

根是植物的重要組成部分之一，主要作用是從營(yíng)養(yǎng)液中里吸收水分和無機(jī)鹽，維持蕹菜正常生長(zhǎng)，是衡量蕹菜生長(zhǎng)情況的重要指標(biāo)之一。本試驗(yàn)在曝氣處理后，觀察根的外部形態(tài)和特征，收獲時(shí)測(cè)定根長(zhǎng)和根的鮮重。從表1可以看出，在不同處理中，根的長(zhǎng)度和根的重量沒有明顯的影響。

5 結(jié)論

通過測(cè)定第一批、第二批收獲蕹菜的株高，在沒有曝氣的處理和曝氣5 min、10 min、15 min的處理下，蕹菜的株高表現(xiàn)都沒有顯著的差異。說明通入的臭氧濃度為1.157～3.471 mg·L-1時(shí)，蕹菜的株高不會(huì)受影響。試驗(yàn)表明，通入的臭氧濃度為1.157～3.471 mg·L-1

時(shí)，蕹菜的生長(zhǎng)會(huì)受到一定的損害。從觀察生長(zhǎng)過程中來看，在曝氣后的第2天，處理二、處理三、處理四的蕹菜葉片，出現(xiàn)黃化及水浸癥的斑點(diǎn)，主要是靠近定植杯的底下的2～4片葉片。這種現(xiàn)象有可能是因?yàn)橥ㄈ氤粞鹾?，臭氧溶解度低，從營(yíng)養(yǎng)液中溢出并揮發(fā)，對(duì)蕹菜底下的葉片造成損傷。

收獲的第一批蕹菜，處理二和處理三的地上部鮮質(zhì)量都有下降的趨勢(shì)。第二批蕹菜收獲中，處理一的地上部鮮質(zhì)量顯著大于處理二和處理三，這可能是由于通入的臭氧對(duì)蕹菜耐受能力而言濃度過高，臭氧對(duì)蕹菜的生長(zhǎng)造成損傷。

殘留在營(yíng)養(yǎng)液中的臭氧濃度越高，對(duì)植物根系的傷害就越大。有研究指出，營(yíng)養(yǎng)液中殘余臭氧濃度為0.54～0.60 mg·L-1和0.64～0.72 mg·L-1時(shí)，處理30 min后，黃瓜幼苗根系的傷害率分別達(dá)到7.7%和22.2%。在這次試驗(yàn)中，通入的臭氧濃度為1.157 mg·L-1～3.471 mg·L-1時(shí)，從外觀形態(tài)上觀察，臭氧沒有對(duì)蕹菜的根系造成嚴(yán)重傷害，沒有進(jìn)行臭氧曝氣的蕹菜根系的長(zhǎng)度和鮮重，與進(jìn)行曝氣處理的蕹菜沒有差異。

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（責(zé)任編輯：劉昀）