氧化還原電位水在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用概述

□林熊唐建宋銳李馨

氧化還原電位水又稱電解水、離子水、功能水。它是在特殊裝置中將電解質(zhì)稀溶液經(jīng)過一定的電場(chǎng)處理，促使水的p H值、氧化還原電位（OR P）值、有效氯濃度等指標(biāo)發(fā)生改變而產(chǎn)生的具有特殊功能的酸性電位水和堿性電位水的總稱。

化學(xué)農(nóng)業(yè)的革命為農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了巨大變化，對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的提高、品質(zhì)的改善作出了極大貢獻(xiàn)，大大推動(dòng)了農(nóng)業(yè)發(fā)展步伐。但在產(chǎn)量提高的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重污染，包括生活環(huán)境污染，作物農(nóng)藥殘留、自然生態(tài)破壞、生命健康傷害等。尤其是農(nóng)藥的濫用，直接造成人體危害，如食物中毒及癌癥發(fā)生率倍增等。氧化還原電位水替代部分農(nóng)藥防治病害，將成為農(nóng)業(yè)無公害生產(chǎn)的主要手段。

目前，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，日本已將酸性電位水應(yīng)用于殺菌為目的的減農(nóng)藥、無農(nóng)藥栽培及種子的消毒、清洗等領(lǐng)域；將堿性電位水應(yīng)用于植物的無土栽培、酸性土壤改良、植物營養(yǎng)調(diào)控等領(lǐng)域。美國在食品有害微生物的酸性水消毒方面也做了深入研究。我國對(duì)氧化還原電位水的研究也做了大量工作，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在氧化還原電位水的消毒殺菌作用及其在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用方面做了研究。本文主要介紹氧化還原電位水研究成果及應(yīng)用情況，探討其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的無公害化應(yīng)用前景。

一、氧化還原電位水的形成機(jī)理及特點(diǎn)

氧化還原電位水在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的運(yùn)用主要是利用它在電極作用下形成酸堿性電位水不同于常規(guī)自然水的特異效應(yīng)。為了讓水電解后能對(duì)水中的氫離子、氫氧根離子以及氯離子、鈉鉀離子進(jìn)行區(qū)隔分流，形成具有強(qiáng)酸堿性的功能水，采用陰陽離子交換膜，在電解的同時(shí)進(jìn)行離子交換，讓電極的陰極富集陽離子，而進(jìn)一步反應(yīng)形成堿性電位水；讓其陽極富集陰離子氯而形成酸性電位水。反應(yīng)機(jī)理是在稀電解質(zhì)溶液中，插入兩個(gè)電極，外加一定的直流電壓，一般為5～1 0 V，經(jīng)過一定的時(shí)間電解后，電解槽內(nèi)發(fā)生了一系列電極反應(yīng)：

陽極：2 H2O→O2↑+4 H++4 e-2 C l-→Cl2↑+2 e-

陰極：2 H2O＋C l2+2 e-→H2↑+C l-+H C l O＋OH-

在陽極和陰極分別產(chǎn)生具有特殊功能的電位水，理化性質(zhì)為：強(qiáng)酸性電位水的p H值通常在2～3.5之間，氧化還原電位（OR P值）一般達(dá)1 0 0 0～1 2 0 0 m V，溶解氧含量在1 0～5 0 μL/L，有效氯濃度為 2 0～2 0 0 μL/L；堿性電位水 p H值通常為1 0～1 2，OR P值為－8 5 0 m V～－1 0 0 0 m V。

二、氧化還原電位水的生理生化效應(yīng)

經(jīng)過電場(chǎng)形成的氧化還原電位水，發(fā)生了電解并形成一些活性強(qiáng)極易產(chǎn)生氧化還原的物質(zhì)，在與光、空氣及有機(jī)物接觸后，OR P值下降，很快恢復(fù)成普通的水，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何化學(xué)危害。

氧化還原電位水的強(qiáng)酸性電位水p H值較低，在2.3～2.7之間，一般菌類的適合p H值在3～4以上，強(qiáng)酸性電位水進(jìn)入細(xì)胞以后可改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性，是細(xì)菌細(xì)胞腫脹、破裂、細(xì)胞內(nèi)容物滲出以及使其超微結(jié)構(gòu)改變，從而對(duì)病菌的滋生起到了極大的抑制與殺滅作用。

電位水在發(fā)生氧化還原過程中會(huì)向外界提供電子與獲取電子，通過電子的傳遞而形成了它特有的生物效應(yīng)，如氧化過程，會(huì)強(qiáng)制性地從菌類的細(xì)胞表面奪取電子，從而使胞膜穿孔，生物膜破壞與致死。

氧化還原電位水的主要特點(diǎn)是：①殺菌范圍廣。強(qiáng)酸性電位水對(duì)細(xì)菌、真菌、病毒等均有高效瞬時(shí)的殺菌功效，適用范圍廣。一般作用1～2分鐘即可殺滅細(xì)菌繁殖體，2 0～4 0分鐘內(nèi)可殺滅細(xì)菌芽孢。②無污染。氧化電位水與化學(xué)消毒、殺菌藥劑作用后不同，發(fā)生反應(yīng)后還原成普通水，無任何污染。③安全。對(duì)人畜皮膚無刺激，無毒副作用，安全。④成本低。氧化電位水制取方便快捷，可減少農(nóng)業(yè)投入成本。

三、氧化還原電位水在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的實(shí)際應(yīng)用

電位水應(yīng)用范圍廣，醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、軍事設(shè)備等領(lǐng)域已有應(yīng)用。農(nóng)業(yè)上也開展了部分研究應(yīng)用，包括作物生長(zhǎng)、病蟲害防治、果蔬貯藏保鮮、土壤改良等方面。

1.氧化還原電位水在防病上的應(yīng)用氧化還原電位水的防病殺菌具有廣譜性，可以大面積地運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的病蟲害防治。如種苗的立枯病、猝倒病，水稻的細(xì)菌性條斑病等細(xì)菌性病害；葡萄的霜霉病、白粉病、銹病、黑斑病等真菌性病害；甚至一些蔬菜類的病毒病都可以得到有效的防治，對(duì)于綠色無公害蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能起到促進(jìn)作用。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜的整個(gè)生長(zhǎng)期都處于高溫高濕條件下，病害發(fā)生嚴(yán)重，如白粉病、霜霉病、炭疽病、角斑病等，用氧化還原電位水處理黃瓜病株，1個(gè)月后，白粉病防治效果均達(dá)到7 0％以上，較對(duì)照組高出4 0％，說明氧化還原電位水中的活性成分對(duì)白粉病菌有殺滅作用。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，氧化還原電位水對(duì)葡萄炭疽病的防治效果與常用農(nóng)藥百菌清施用效果相當(dāng)，并認(rèn)為利用氧化電位水防治作物病害應(yīng)以預(yù)防為主，防治的目標(biāo)應(yīng)以表面寄生性病害為主。在北京小湯山國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行氧化還原電位水對(duì)小麥條銹病的防治試驗(yàn)，結(jié)果表明：氧化還原電位水1周兩次噴施對(duì)小麥條銹病具有非常好的防治效果。

2.氧化還原電位水在農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮上的應(yīng)用 農(nóng)產(chǎn)品的加工貯藏是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的產(chǎn)后環(huán)節(jié)，它是農(nóng)產(chǎn)品附加值提升的重要手段與方法，如果處理不當(dāng)，農(nóng)產(chǎn)品表面附著的微生物會(huì)加速生長(zhǎng)繁殖，使農(nóng)產(chǎn)品鮮度下降、品質(zhì)變劣。在農(nóng)產(chǎn)品的加工中，通常的第一步工序就是進(jìn)行產(chǎn)品的清洗與消毒，而常規(guī)的清洗與消毒大多采用洗滌劑或化學(xué)藥劑，農(nóng)產(chǎn)品的化學(xué)殘留或環(huán)境污染就不可避免，食品的污染危害時(shí)有發(fā)生。在農(nóng)產(chǎn)品清洗過程中，可以用清水洗去泥雜物，再用氧化還原電位水進(jìn)行噴淋式或浸入式清洗，附于表面的大腸桿菌、球菌類等，一般在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)就全部殺死，這對(duì)于生鮮蔬菜的凈菜包裝及保鮮來說，是一種最為安全與簡(jiǎn)易的方法。2 0 0 2年在日本，強(qiáng)酸性電解水和微酸性電解水以次氯酸水的名字被指定為食品添加劑（殺菌劑），弱酸性電解水作為一種食品添加劑獲得了日本食品安全委員會(huì)的審議通過。氧化還原電位水技術(shù)已是當(dāng)前果品保鮮中的一項(xiàng)實(shí)用且低成本的輔助技術(shù)。

草莓易腐爛，漿果汁液多，表面微生物活躍，通過氧化還原電位水處理后顯著減少果實(shí)表面的霉菌數(shù)量，提高耐貯性。同時(shí)，草莓中羧甲基纖維素酶和多聚半乳糖醛酸酶的酶活性被顯著抑制，從而延緩草莓的軟化進(jìn)程，抑制果實(shí)呼吸，減少營養(yǎng)成分消耗，進(jìn)而延緩衰老。用強(qiáng)酸性水對(duì)果蔬等進(jìn)行洗凈處理，不僅有很好的洗滌、殺菌消毒作用，而且可延長(zhǎng)保鮮期。

利用氧化電位水對(duì)西紅柿的保鮮試驗(yàn)結(jié)果表明，氧化還原電位水能抑制果實(shí)多聚半乳糖醛酸酶的活性，控制果實(shí)軟化速度，室溫貯藏1 2天后，果實(shí)硬度明顯比對(duì)照高，失重率比對(duì)照低。在生菜葉片、豆芽、番茄、成品豆腐、大蔥和番茄等的酸性電解水殺菌效果研究中發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)酸性電解水也具有較好的殺菌效果。相關(guān)研究表明，微酸性電解水能有效抑制或殺滅鮮切果蔬表面的病原性微生物，且抑制效果高于強(qiáng)酸性電解水。葡萄果皮薄，果漿豐富，貯藏過程中易發(fā)生腐爛，從而降低了葡萄的品質(zhì)和商品性，用氧化還原電位水處理葡萄后，霉菌總數(shù)和細(xì)菌總數(shù)均下降了約2個(gè)對(duì)數(shù)值。

3.氧化還原電位水在養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用 現(xiàn)代化的養(yǎng)殖場(chǎng)中存在著大量的有害微生物，是畜禽致病的病原，因此環(huán)境的殺菌消毒十分重要。國內(nèi)大多采用化學(xué)殺菌保潔的方法，會(huì)造成空氣污染，刺激禽畜的呼吸道，從而間接地產(chǎn)生化學(xué)殘留而影響產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于生產(chǎn)綠色禽畜產(chǎn)品或者保持無病源無污染的養(yǎng)殖環(huán)境來說，采用氧化還原電位水法是一種最為實(shí)用、最易操作的安全方法。在養(yǎng)殖場(chǎng)用酸性電解水進(jìn)行清洗消毒，可大幅度提高牲畜的自身免疫和抗病毒能力，促進(jìn)牲畜的生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)還可用于牲畜的飲用水、排泄物的處理及豬肉的消毒保鮮等?，F(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)對(duì)于無菌環(huán)境的工廠化養(yǎng)殖越來越重視，這種采用噴氧化還原電位水殺菌的方法，不管是從操作的方便性來講，還是殺菌的效果及廣譜性來說，都是養(yǎng)殖業(yè)消毒殺菌的最佳選擇。

4.氧化還原電位水對(duì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)的應(yīng)用 大量試驗(yàn)證明，利用氧化還原電位水進(jìn)行芽苗菜的栽培，除了具有良好的殺菌效果外，還可以大大提高萌芽率，加快芽苗菜的生長(zhǎng)速度。在番茄上的應(yīng)用試驗(yàn)表明，給植物交替性地噴施酸水與堿水不僅能生產(chǎn)出令人滿意的無公害綠色瓜果產(chǎn)品，還可以提高番茄坐果率及果重，可作為水果番茄栽培的一項(xiàng)重要輔助措施。

另外，研究表明大多抑制萌芽的激素物質(zhì)是脫落酸，它的大量存在使芽處于休眠或抑制狀態(tài)，經(jīng)噴灑氧化還原電位堿性水后可以使脫落酸得以中和，緩解其生理作用，從而起到促發(fā)萌芽的作用。同時(shí)也可能與生長(zhǎng)素在堿環(huán)境下不易鈍化有關(guān)，從而發(fā)揮出生長(zhǎng)素的生理效應(yīng)，起到了促進(jìn)萌發(fā)與生長(zhǎng)的作用，其反應(yīng)機(jī)理需要進(jìn)一步研究。

5.氧化還原電位水在土壤改良上的應(yīng)用 氧化還原電位水因其具有的強(qiáng)酸強(qiáng)堿特性，而成為土壤改良中的一種最好的調(diào)節(jié)劑。傳統(tǒng)的酸堿調(diào)節(jié)大多是采用施入硫磺或生石灰的方法，因硫及鈣殘留作用又會(huì)影響到土壤合理的礦質(zhì)元素結(jié)構(gòu)，從而影響某些元素的吸收與固定。有了氧化還原電位水后，如果土壤堿性過重，只需直接施酸性電位水即可，如遇土壤酸性過重則施堿水，調(diào)至適合作物所需的p H范圍。

果樹的生長(zhǎng)發(fā)育好壞與土地的土壤酸堿環(huán)境密切相關(guān)，過酸或過堿都會(huì)造成果樹根系吸收礦質(zhì)營養(yǎng)元素的障礙，如堿地易缺鐵，酸地易缺鉀、磷、鋅、鎂等。氧化還原電位水可靈活地進(jìn)行澆施或灌溉調(diào)節(jié)，酸水的施用還可殺滅部分土傳病菌，大大降低果園的病菌基數(shù)。

重茬連作會(huì)使土壤病害積累滋生，如立枯病、猝倒病等病害嚴(yán)重發(fā)生；導(dǎo)致土質(zhì)鹽堿化；營養(yǎng)不平衡，某些礦質(zhì)微量元素缺乏。采用土壤澆施酸性電位水，可以使土壤中的有害菌得以殺滅，立枯病與猝倒病得到有效控制。土壤中越冬或越夏的病菌可以進(jìn)行清園式的殺滅，從而使某些營養(yǎng)元素被釋放，土壤得以改良，滿足作物均衡的營養(yǎng)吸收。

6.氧化還原電位水在種子處理上的應(yīng)用 氧化還原酸水可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中播種前的種子處理：用酸性電位水處理種子，可殺死種皮外的病菌，提高并改善種皮的滲透性，有利于種子的膨脹吸水。在生產(chǎn)中大豆、水稻、瓜果、蔬菜等種子在播前可以進(jìn)行噴灑處理或者浸種處理，用強(qiáng)酸性電解水浸種發(fā)芽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電解水浸種對(duì)絕大多數(shù)種子萌發(fā)是安全的，強(qiáng)酸性電解水浸種1 2小時(shí)對(duì)大豆種子萌發(fā)具有明顯的促進(jìn)作用。中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院的研究結(jié)果表明：高濃度電解水會(huì)抑制黃瓜種子發(fā)芽；低、中濃度電解水對(duì)黃瓜種子發(fā)芽率無影響。適宜濃度電位水浸種可提高種子胚芽生長(zhǎng)速率，促進(jìn)黃瓜幼苗生長(zhǎng)與干物質(zhì)積累，提高黃瓜幼苗素質(zhì)?？傊?，氧化還原電位水處理種子因不同的處理目的，可以選用不同性質(zhì)的水及不同的處理時(shí)間，才可以把氧化還原電位水的種子處理技術(shù)發(fā)揮至最佳的應(yīng)用效果。

四、存在的不足

氧化還原電位水目前應(yīng)用比較廣泛，世界許多國家都開展了相關(guān)研究及應(yīng)用，市場(chǎng)上已有氧化還原電位水生成設(shè)備出售，但氧化還原電位水在應(yīng)用中仍存在不足：①目前氧化還原電位水生成設(shè)備價(jià)格偏高，農(nóng)戶普及較困難。②氧化還原電位水的貯藏要求較高，需低溫、避光、密閉、減少有機(jī)物接觸等。酸性氧化電位水的穩(wěn)定性研究試驗(yàn)中表明，酸性氧化電位水的理化指標(biāo)和殺菌效果易受光線、空氣、溫度、震蕩等的影響，隨著時(shí)間推移，效果遞減，故最好現(xiàn)用現(xiàn)制。③氧化還原電位水的使用方法不完善，針對(duì)不同作物、不同環(huán)境、不同癥狀等使用方法及濃度等不一樣，把握住最佳的使用濃度、次數(shù)、手段等還需要深入研究，發(fā)揮其最佳效果。④氧化還原電位水屬于液體，運(yùn)輸不方便。

五、結(jié)語

農(nóng)業(yè)環(huán)境的污染及對(duì)人們身體健康的危害已成為當(dāng)前的一個(gè)重要社會(huì)問題，探求新型的無公害生物制劑及開辟新的物理農(nóng)業(yè)手段，已是當(dāng)前可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要課題。氧化還原電位水是一種減農(nóng)藥、無農(nóng)藥栽培的有效手段，可以部分替代農(nóng)藥防治植株病蟲害，減少農(nóng)藥污染，是植物病蟲害防治的又一途徑。氧化還原電位水也是有效的防腐保鮮劑，可以減少在農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)過程中化學(xué)藥劑的使用，有利于人類的身體健康，可以帶來巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益；同時(shí)減少農(nóng)藥的生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用，減少環(huán)境破壞所造成的一切損失，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，應(yīng)加大氧化還原電位水的研究力度，加強(qiáng)推廣應(yīng)用，充分利用其特點(diǎn)，服務(wù)三農(nóng)，造福人類。