不同曝气时间的臭氧对水培蕹菜生长的影响分析

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　　摘 要 营养液的循环利用带来的新问题是循环利用的營养液能在整个苗圃内传播根系病害，传染其他健康的植株，严重时会导致整个栽培系统瘫痪。因此，在营养液循环利用之前，必须对营养液进行消毒灭菌。基于此，以蕹菜为试验材料，采用水培栽培方式，通过试验研究不同曝气时间的臭氧对水培蕹菜生长情况的影响。
　　关键词 臭氧;无土栽培;营养液;消毒杀菌
　　中图分类号：X173;X714 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.06.065
　　我国的人均土地资源很少，且可耕种土地利用率不高。无土栽培技术的推广与应用在一定意义上解决了这些问题，不受地形影响，在荒漠、海岛、荒滩上应用无土栽培进行作物生产已成为现实，而且无土栽生产的作物种类不断增加，产量也在不断提高。因此，推广无土栽培技术对于提高土地资源利用率具有重要的意义。
　　1 相关理论概述
　　1.1 营养液消毒
　　无土栽培面积迅速扩大带来了一系列问题，其中最严重的是排放的废液日益增多。目前，我国无土栽培中营养液一般采用一次性废弃处理方式，排出的废液污染了土壤、地表水和地下水，直接排入河流中的废液会引起河流或湖泊水的富营养化，同时会浪费大量的水资源[1]。
　　20世纪80年代，人们开始探索营养液的循环利用，以节约大量的水资源，避免环境污染。研究表明，无土栽培系统若收集并循环利用营养液，可以节约水和肥料。营养液的循环利用带来的新问题是循环利用的营养液能在整个栽培系统内传播根系病害，严重时会造成大量作物死亡。因此，必须在营养液的循环利用前清除营养液中的病原菌，防止传染栽培系统内的健康植株。
　　Amsing等[2]在岩棉块的无土栽培系统中，对种植玫瑰的营养液不进行灭菌而是直接加以循环利用，发现病原体在整个苗圃迅速扩散，且玫瑰的植株越小，越容易感染病菌。可见，在营养液循环利用之前，对营养液进行灭菌具有十分重要的意义。
　　1.2 臭氧在营养液消毒的应用
　　循环营养液的灭菌方法可以分为生物、化学和物理3类方法。化学方法灭菌是利用各种化学药剂对营养液进行消毒，常用的化学药剂有氯及其化合物、各种卤素、重金属离子等;生物方法灭菌是利用拮抗菌与病原菌的拮抗作用，抑制病原菌生长;物理方法灭菌主要有紫外线、加热、臭氧、过氧化氢、碘、氯气、微波、热、电、离心分离和过滤等。
　　臭氧用于营养液灭菌是一种物理灭菌方法。臭氧是一种非常强的氧化剂，如果有足够的曝气时间和浓度，可以杀死水中的所有有机物。因此，臭氧具有很强的杀菌消毒和去除水中微污染物的作用，可以用来对营养液进行灭菌。同时，它还具有杀菌广普、易分解以及使用方便等优点[3]。
　　1.3 臭氧的性质
　　臭氧是一种三原子形式的氧，很不稳定，常温下无色，有特殊的草腥味，易溶于水，化学性质活泼，可自发分解或接触到可氧化物质而分解。臭氧本身有强烈的氧化能力，因而具有很强的杀菌、除臭、脱色、分解有机物（如分解不利于果蔬贮藏的乙烯、乙醇、乙醛）等作用，经许多科学家鉴定，臭氧的氧化能力仅次于氟，能杀死细菌植体、芽孢、病毒、真菌等各种微生物。
　　1.4 臭氧溶液对水培植物的影响
　　残留在营养液中的臭氧对水培植物根系是否造成伤害，关键在于残留臭氧的浓度。残留在营养液中的臭氧浓度越高，对植物根系的伤害就越大。因此，经臭氧处理后的营养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。宋卫堂等的试验证明，营养液中残余臭氧浓度为0.54～0.6 mg·L-1和0.64～0.72 mg·L-1，处理30 min后，黄瓜幼苗根系的伤害率分别达到7.7%和22.2%[4]。徐燕等在做臭氧应用模拟试验时发现：在臭氧间歇（1∶1）曝气莴苣无土栽培营养液处理区，营养液外观清澈、无味、近似无色，而对照区营养液外观严重浑浊，有臭味，淡黄褐色。使用臭氧间歇曝气处理营养液，对莴苣根系无不良影响，产量比对照增加36.8%[5]。而有学者发现，营养液中含有1.5 mg·L-1浓度的臭氧还没有对苗期的水培西红柿根系造成损伤[6]。
　　2 研究目的和意义
　　随着无土栽培面积不断扩大，因发生病害而造成失败的事例日益增多。在化学药剂消毒越来越受到限制的情况下，要进行营养液的循环使用，且要防止发生根传病害，循环使用前必须开展非农药的杀菌和消毒工作。使有臭氧进行营养液的杀菌和消毒，具有时效性，杀菌效果好，使用方便，清洁卫生，对环境没有污染等特点。残留在营养液中的臭氧对水培植物根系是否造成伤害，关键在于残留臭氧的浓度。残留在营养液中的臭氧浓度越高，对植物根系的伤害就越大。因此，找到臭氧对营养液合理的曝气时间，解决既要对营养液进行充分消毒，又要避免残留的臭氧对植物根系造成伤害的问题，对臭氧在营养液消毒循环应用有着非常重要的意义。本实验观察不同曝气时间的臭氧在静止水培蕹菜中对其生长的影响，能够为进一步臭氧在水培栽培技术中应用的研究提供基础性的数据。
　　3 材料与方法
　　3.1 试验材料
　　供试植物：蕹菜（Ipomoea aquatica Forsk）。供试材料：臭氧发生器（佳环臭氧发生器，型号HY-500）、14 L蓝色塑料箱（长38.54 cm，宽28.24 cm，高14.64 cm）、定植板（厚度为2.5 cm的白色泡沫塑料板）、定植杯（上口径为6 cm、下口径为4 cm、高度为7.5 cm的黑色多孔塑料杯）、定时器、剪刀、塑料直尺、百分之一天平。供试营养液：华南农业大学叶菜类A配方。
　　3.2 试验方法
　　蕹菜的生长过程中分别通入不同时间的臭氧，分别为0 min、5 min、10 min、15 min共4个处理，每个处理重复3次。
　　3.2.1 播种、移苗和定植 　　蕹菜于2013年3月在盛有复合基质的育苗盘中播種，成苗后，于2013年4月9日选择植株长势健壮、无病虫害、生长基本一致的小苗为试验材料。从育苗盘中取出小苗，洗净根部基质，每2棵小苗放入1个定植杯中，再加入大约杯高2/3的小石砾以固定植株，然后将定植好的小苗放在1/2剂量的华南农业大学叶菜类A配方的营养液中栽培，让小苗适应水培条件。等到2013年4月13日，定植到一个剂量的营养液里。
　　3.2.2 曝气
　　通过臭氧发生器向营养液中通入不同曝气时间的臭氧，分别为0 min、5 min、10 min、15 min共4个处理，每个处理重复3次。每5 min通入臭氧的浓度是1.157 mg·L-1。
　　处理一（CK）：不进行臭氧曝气的处理。
　　处理二：对营养液进行曝气5 min，通入臭氧的浓度1.157 mg·L-1。
　　处理三：对营养液进行曝气10 min，通入臭氧的浓度2.314 mg·L-1。
　　处理四：对营养液进行曝气15 min，通入臭氧的浓度3.471 mg·L-1。
　　3.2.3 收获
　　2013年4月25日，第一批蕹菜收获，沿着定植杯剪下地上部分，称取鲜重及用直尺量株高。2013年5月23日，第二批蕹菜收获，称取地上部分的鲜重，用直尺量株高和根的长度。
　　3.3 观察和测定的项目
　　蕹菜的生长情况：观察外观、收获前的株高、地上部分鲜质量、根重和根长。
　　3.4 数据处理方法
　　所有数据处理均采用Microsoft Excel和SAS软件处理。
　　4 结果与分析
　　4.1 不同曝气时间下臭氧对蕹菜株高的影响
　　从图1可以看出，无论是第一批还是第二批收获的蕹菜，在不同曝气时间的处理下，蕹菜的株高表现都没有显著的差异。在没有曝气的处理和曝气5 min、10 min、15 min各处理之间都没有差异。试验中蕹菜第一批要比第二批收获的蕹菜株高要低得多，大概因为从播种到第1茬收获都是阴霾天气，蕹菜的生长过程中由于缺乏光照，因此会出现徒长现象，生长瘦弱，形态修长，分蘖少。
　　4.2 不同曝气时间下臭氧对蕹菜产量的影响
　　从图2得知，不同曝气时间对蕹菜的生长造成了一定的影响。在第一批蕹菜中，处理一的平均鲜重是26.97 g，处理二和处理三分别是25.26 g和24.73 g，都有下降的趋势。在第二批蕹菜收获中，处理一的地上部鲜质量显著大于处理二和处理三，而与处理四的地上部鲜质量差异不显著。从图2可以看出，在第一批蕹菜地上部鲜质量中，处理二和处理三的蕹菜产量都有所下降，可曝气15 min处理的产量是最高的。在第2次收获中，处理二和处理三地上部鲜质量都明显下降，但处理四下降的幅度不大。
　　4.3 不同曝气时间下臭氧对蕹菜根的影响
　　根是植物的重要组成部分之一，主要作用是从营养液中里吸收水分和无机盐，维持蕹菜正常生长，是衡量蕹菜生长情况的重要指标之一。本试验在曝气处理后，观察根的外部形态和特征，收获时测定根长和根的鲜重。从表1可以看出，在不同处理中，根的长度和根的重量没有明显的影响。
　　5 结论
　　通过测定第一批、第二批收获蕹菜的株高，在没有曝气的处理和曝气5 min、10 min、15 min的处理下，蕹菜的株高表现都没有显著的差异。说明通入的臭氧浓度为1.157～3.471 mg·L-1时，蕹菜的株高不会受影响。试验表明，通入的臭氧浓度为1.157～3.471 mg·L-1
　　时，蕹菜的生长会受到一定的损害。从观察生长过程中来看，在曝气后的第2天，处理二、处理三、处理四的蕹菜叶片，出现黄化及水浸症的斑点，主要是靠近定植杯的底下的2～4片叶片。这种现象有可能是因为通入臭氧后，臭氧溶解度低，从营养液中溢出并挥发，对蕹菜底下的叶片造成损伤。
　　收获的第一批蕹菜，处理二和处理三的地上部鲜质量都有下降的趋势。第二批蕹菜收获中，处理一的地上部鲜质量显著大于处理二和处理三，这可能是由于通入的臭氧对蕹菜耐受能力而言浓度过高，臭氧对蕹菜的生长造成损伤。
　　残留在营养液中的臭氧浓度越高，对植物根系的伤害就越大。有研究指出，营养液中残余臭氧浓度为0.54～0.60 mg·L-1和0.64～0.72 mg·L-1时，处理30 min后，黄瓜幼苗根系的伤害率分别达到7.7%和22.2%。在这次试验中，通入的臭氧浓度为1.157 mg·L-1～3.471 mg·L-1时，从外观形态上观察，臭氧没有对蕹菜的根系造成严重伤害，没有进行臭氧曝气的蕹菜根系的长度和鲜重，与进行曝气处理的蕹菜没有差异。
　　参考文献：
　　[1] 刘向辉.无土栽培循环营养液紫外线灭菌技术的研究[D].北京：中国农业大学，2005.
　　[2] Amsing J J，Runia W T.Disinfestation of Nematode-infested Recirculation Water by Ozone and Activated Hydrogen Peroxide[J].Proceedings of the 9th International Congress on Soilless Culture，1996（123）：381-393.
　　[3] 夏志清，杨君，丁从文.臭氧消毒简介[J].化学教育，2006，10（7）：7-9.
　　[4] 宋卫堂，孙广明.臭氧杀灭循环营养液中三种土传病原菌的试验[J].农业工程学报，2007，23（6）：189-193.
　　[5] 徐燕，赵春燕.臭氧对无土栽培营养液的消毒作用研究[J].微生物学杂志，2004（6）：60-61.
　　[6] Ohashi-Kaneko K，Yoshii M，Isobe T，et al.Nutrient Solution Prepared with Ozonated Water does not Damage Early Growth of Hydroponically Grown Tomatoes[J].Ozone：Science & Engineering，2009，31（1）：7.
　　（责任编辑：刘昀）
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