空氣凈化殺菌器對設(shè)施環(huán)境及黃瓜生長的影響

劉星辰 孫秀東 劉世琦張現(xiàn)征 任煜倩 秦 瑜

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，山東泰安 271018）

空氣凈化殺菌器對設(shè)施環(huán)境及黃瓜生長的影響

劉星辰 孫秀東 劉世琦*張現(xiàn)征 任煜倩 秦 瑜

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，山東泰安 271018）

在日光溫室栽培條件下，以黃瓜品種津綠30號為試材，研究使用空氣凈化殺菌器對設(shè)施環(huán)境中病菌群落、有害氣體及黃瓜生長的影響。結(jié)果表明：空氣凈化殺菌器對設(shè)施環(huán)境中的有害氣體和病原菌有顯著的清除殺滅效果；與不使用空氣凈化殺菌器的對照相比，使用空氣凈化殺菌器能提高黃瓜光合作用，降低氣傳病害的病情指數(shù)，有效阻止霜霉病、白粉病、炭疽病、枯萎病、黑星病和蔓枯病等黃瓜常見病害的傳播，顯著降低黃瓜體內(nèi)過氧化物酶SOD、POD、CAT的活性和MDA含量，顯著提高單瓜質(zhì)量和產(chǎn)量；此外，空氣凈化殺菌器還能降低勞動作業(yè)強度，提高設(shè)施環(huán)境的機械化和自動化水平。

空氣凈化殺菌器；日光溫室；黃瓜；生長；病情指數(shù)；抗氧化酶活性；產(chǎn)量

我國以日光溫室為主體的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)發(fā)展速度很快，如今已成為世界上設(shè)施栽培面積最大的國家（袁洪波，2015）。由于日光溫室經(jīng)常密閉，通風(fēng)不暢，高溫高濕的環(huán)境很容易滋生病原菌，積累有毒氣體如氨氣、二氧化氮、二氧化硫、乙烯等，這些有毒氣體和病菌極易對設(shè)施內(nèi)作物造成嚴(yán)重危害（李艷菊 等，2011）。設(shè)施黃瓜在生長中容易遭受多種病害的危害，不僅影響了黃瓜生長發(fā)育性狀，而且降低了黃瓜的產(chǎn)量及品質(zhì)。設(shè)施黃瓜種植過程中，大多使用農(nóng)藥防治病害，農(nóng)藥用量難以把握，容易產(chǎn)生農(nóng)藥殘留和病菌抗藥性等問題（聶愛湘和李紅，2000；朱宗源 等，2000；王文橋，2016）。通過使用空氣凈化殺菌器進(jìn)行空氣凈化殺菌可以清潔無污染地解決以上問題，降低蔬菜氣傳病害的發(fā)病率，改善設(shè)施黃瓜生長性狀，提高黃瓜產(chǎn)量。

空氣消毒方式主要分為兩種：靜態(tài)消毒和動態(tài)消毒。其中靜態(tài)消毒使用的消毒產(chǎn)品或消毒系統(tǒng)對人體存在直接或間接的傷害，操作人員需要配備防護(hù)措施（如化學(xué)熏蒸等）；動態(tài)消毒使用的消毒產(chǎn)品或消毒系統(tǒng)不會對人體產(chǎn)生危害，對室內(nèi)空氣消毒時人員無需離開消毒場所（張銀蘋，2012）。目前動態(tài)空氣消毒技術(shù)包括靜電吸附空氣凈化技術(shù)、臭氧空氣消毒技術(shù)、負(fù)離子空氣消毒技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、紫外線空氣消毒技術(shù)、光觸媒空氣凈化技術(shù)、脈沖強光空氣消毒技術(shù)（勵建榮 等，2014）。使用空氣凈化殺菌器進(jìn)行動態(tài)空氣消毒實時控制設(shè)施內(nèi)微生物和有害氣體濃度，可以改善設(shè)施環(huán)境的氣體環(huán)境條件，減少因微生物污染引起的設(shè)施作物病害的傳播（索娜 等，2005）。

本試驗在均不使用化學(xué)藥品的條件下，對比不使用空氣凈化殺菌器的處理和使用空氣凈化殺菌器的處理中設(shè)施黃瓜生長發(fā)育性狀，研究在設(shè)施環(huán)境中使用空氣凈化殺菌器進(jìn)行病害防治的可行性，旨在為推廣空氣凈化殺菌器在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的使用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗材料

供試黃瓜品種為津綠30號，購自山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實驗站。

本試驗使用的SR-X1000-UV254型號空氣凈化殺菌器的構(gòu)造主要由箱體、空氣過濾凈化系統(tǒng)、空氣殺菌消毒裝置、通風(fēng)裝置、控制系統(tǒng)等組成（圖1）。

圖1 SR-X1000-UV254型號空氣凈化殺菌器

1.2試驗方法

試驗于2015年10月至2016年5月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)南校園藝實驗站日光溫室內(nèi)進(jìn)行。日光溫室長52 m、高4.8 m、跨度12 m。每個日光溫室用塑料薄膜等距分成4個密閉空間，每個密閉空間放置1臺空氣凈化殺菌器，每個日光溫室中共放置4臺空氣凈化殺菌器。期間為保證試驗過程不受外界環(huán)境的影響，日光溫室不開啟通風(fēng)口，全程密閉不進(jìn)行放風(fēng)。

黃瓜定植前10 d，對日光溫室進(jìn)行全面24 h的空氣凈化處理，在空氣凈化處理期間利用自然沉降法（齊錫位和張愛玲，2000）測定空氣中細(xì)菌、真菌群落數(shù)量的動態(tài)變化，在日光溫室四周和中央放置多個提前滅好菌的培養(yǎng)皿，自然沉降10 min，然后用封口袋密封，在28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h，然后用顯微鏡統(tǒng)計培養(yǎng)皿中菌落數(shù)量，利用奧氏公式計算空氣中含菌量：含菌量（cfu·m-3）= N50000/AT（A為平板面積，T為暴露時間，N為平均菌落數(shù)）。培養(yǎng)細(xì)菌使用的是牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，培養(yǎng)真菌使用的是PDA培養(yǎng)基。使用PhD6氣體檢測儀（霍尼韋爾Honeywell 公司）檢測NO、NH3、CO、SO2等日光溫室中主要有害氣體含量的動態(tài)變化。

2015年12月1日統(tǒng)一定植津綠30號黃瓜，株距36 cm，行距65 cm，單蔓整枝，田間肥水管理按常規(guī)進(jìn)行，不使用化學(xué)藥品處理病害。定植黃瓜后設(shè)置每天開啟空氣凈化殺菌器0、4、8、12 h 4個處理，以不開啟空氣凈化殺菌器的處理為對照（CK）。每個密閉空間進(jìn)行1種處理，分別在試驗站3個日光溫室中進(jìn)行3次重復(fù)，每個處理隨機選取50株定期觀察測定。

2016年3月1日至5月30日，采用CIRAS-3光合儀（美國PPSYSTEMS公司），在距地面1 m處分別測定4個處理的黃瓜成熟葉片的Pn（凈光合速率）、Gs（氣孔導(dǎo)度）、Ci（胞間CO2濃度）、Tr（蒸騰速率），每隔15 d測定1次，共測定7次（劉玉梅 等，2007）。以7次測定的平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)的差異顯著性分析。

定植60 d和定植90 d時分別測定各處理的黃瓜株高、莖粗、葉長、葉面積、開展度。株高采用卷尺測定，在植株自然生長狀態(tài)下測量地面至植株生長點的垂直距離，莖粗采用游標(biāo)卡尺測定第4片真葉處直徑，葉長采用卷尺測量成熟葉片伸展?fàn)顟B(tài)下葉片長度，葉面積是葉長的平方，開展度采用卷尺測量黃瓜植株形成的最大寬度（李巖 等，2016）。

2016年2月10日至5月下旬，每隔30 d測定各處理黃瓜主要病害霜霉病（耿長興 等，2011）、白粉?。ㄌ镉形?等，2010）、枯萎?。ㄚw帥 等，2014）、黑星?。ㄍ踉品?等，2005）、炭疽病（王獻(xiàn)峰 等，2014）及蔓枯病（默書霞 等，2009）病情指數(shù)的變化，共測定4次，病情分級采用文獻(xiàn)《Pesticide-Guide lines for the field efficacy trials》中文翻譯為《田間藥效試驗農(nóng)藥指南》的標(biāo)準(zhǔn)。0級：無病斑；1級：病斑面積占整個葉面積5%以下；3級：病斑面積占整個葉面積6%～10%；5級：病斑面積占整個葉面積11%～20%；7級：病斑面積占整個葉面積21%～40%；9級：病斑面積占整個葉面積40%以上。病情指數(shù)=∑（各級病葉數(shù)×相對級數(shù)值）/（調(diào)查總?cè)~數(shù)×9）×100，防治效果=（對照病情指數(shù)-處理病情指數(shù)）/對照病情指數(shù) ×100%。以4次測定的平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)的差異顯著性分析。

過氧化物酶酶液的提取與測定：稱取0.5 g黃瓜鮮葉，加磷酸緩沖液（0.05 mol·L-1，pH=7.8）1 mL，冰浴研磨，研磨后再加入1 mL緩沖液倒入離心管，再用2 mL緩沖液沖洗研缽，倒入離心管中，平衡后低溫（0～4 ℃）10 000 r·min-1離心10 min，上清液即為酶提取液，冷藏保存。采用氮藍(lán)四唑（NBT）法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性；采用過氧化氫分解量法測定過氧化氫酶（CAT）活性，采用2-硫代巴比妥酸（TBA）反應(yīng)測定丙二醛（MDA）含量（趙世杰 等，1998；高俊杰 等，2009）。2016年3月上旬至5月下旬，為果實采收期。自黃瓜果實成熟開始，分別采收4個處理中的黃瓜，記錄各小區(qū)黃瓜單果質(zhì)量、單株結(jié)果數(shù)，統(tǒng)計黃瓜產(chǎn)量。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用F檢驗和T檢驗對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1使用空氣凈化殺菌器對日光溫室中細(xì)菌、真菌群落的影響

室內(nèi)空氣質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 18883—2002）中規(guī)定，細(xì)菌、真菌群落數(shù)應(yīng)低于2 500 cfu·m-3。由圖2、3可知，細(xì)菌、真菌群落數(shù)量變化大致呈指數(shù)模型形式，殺菌1 d后凈化效果最為明顯，經(jīng)過2～3 d殺菌凈化后日光溫室空氣中的真菌、細(xì)菌群落數(shù)量呈穩(wěn)定局面，開啟空氣凈化殺菌器4 d以后，日光溫室中的真菌、細(xì)菌群落數(shù)量不再有明顯的上升和下降，趨于穩(wěn)定?？諝鈨艋瘹⒕髂芫S持日光溫室空氣中真菌群落數(shù)量低于2 000 cfu·m-3，低于室內(nèi)空氣質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)2 500 cfu·m-3，對真菌的殺菌效率達(dá)到79.91%；空氣凈化殺菌器能維持日光溫室空氣中細(xì)菌群落數(shù)量低于2 000 cfu·m-3，低于室內(nèi)空氣質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)2 500 cfu·m-3，對細(xì)菌的殺菌效率達(dá)到70.4%。

圖2使用空氣凈化殺菌器后日光溫室中真菌群落的變化

圖3使用空氣凈化殺菌器后日光溫室中細(xì)菌群落的變化

2.2使用空氣凈化殺菌器對日光溫室中NO、NH3、CO、SO2等有害氣體含量的影響

通過使用空氣凈化殺菌器，設(shè)施環(huán)境中NO、NH3、CO、SO2的含量明顯減少，經(jīng)過5 d空氣凈化處理，日光溫室中NH3和SO2含量為零；經(jīng)過6 d空氣凈化處理，NO含量為零；7 d后CO含量為零（圖4）。

圖4使用空氣凈化殺菌器后日光溫室中NO、NH3、CO、SO2含量的變化

2.3空氣凈化殺菌器不同開啟時長對日光溫室中黃瓜植株光合作用的影響

由表1可知，與對照相比，每天開啟4、8、12 h空氣凈化殺菌器處理，隨著開啟時間的延長，黃瓜成熟葉片的Pn（凈光合速率）、Gs（氣孔導(dǎo)度）、Ci（胞間CO2濃度）、Tr（蒸騰速率）有明顯的增加趨勢，表明使用空氣凈化滅菌器可以明顯增強黃瓜葉片的光合作用，且殺菌時間越長效果越顯著。

表1空氣凈化殺菌器不同開啟時長對黃瓜植株光合作用的影響

2.4空氣凈化殺菌器不同開啟時長對日光溫室中黃瓜植株生長的影響

由表2可以看出，與不使用空氣凈化殺菌器的對照相比，每天使用空氣凈化殺菌器4、8、12 h的處理，隨著開啟時間的延長，黃瓜莖粗、株高、葉長、葉面積、開展度呈不斷增加的趨勢，說明使用空氣凈化殺菌器能改善植物生長環(huán)境，顯著改善黃瓜植株的生長。

表2空氣凈化殺菌器不同開啟時長對黃瓜植株生長的影響

2.5空氣凈化殺菌器不同開啟時長對日光溫室中黃瓜常見病害病情指數(shù)的影響

由表3可知，與不使用空氣凈化殺菌器的對照相比，每天使用空氣凈化殺菌器4、8、12 h的處理下，黃瓜常見病害如白粉病、霜霉病、枯萎病、黑星病、炭疽病和蔓枯病的病情指數(shù)均顯著下降，且隨著每天開啟時長的增加，黃瓜常見病害的病情指數(shù)的下降趨勢更為明顯。

表3空氣凈化殺菌器不同開啟時長處理下黃瓜常見病害的變化

由表3還可看出，空氣凈化殺菌器對黃瓜枯萎病、炭疽病、霜霉病、白粉病有較好的防治效果，對黃瓜黑星病和蔓枯病也有一定的防治效果，且隨著空氣凈化殺菌器每天開啟時長的增加，黃瓜常見病害的防治效果越來越好。

2.6空氣凈化殺菌器不同開啟時長對日光溫室黃瓜植株SOD、POD、CAT活性及MDA含量的影響

由表4可知，與不使用空氣凈化殺菌器的對照相比，使用空氣凈化殺菌器4、8、12 h的處理下黃瓜植株內(nèi)SOD、POD、CAT活性和MDA含量均隨每天開啟時長的增加而顯著降低。

表4空氣凈化殺菌器不同開啟時長處理下黃瓜植株內(nèi)SOD、POD、CAT、MDA的變化（FW）

2.7空氣凈化殺菌器不同開啟時長對日光溫室黃瓜產(chǎn)量的影響

由表5可知，與不使用空氣凈化殺菌器的對照相比，使用空氣凈化殺菌器均顯著提高黃瓜單瓜質(zhì)量和產(chǎn)量，每天開啟空氣凈化殺菌器4、8、12 h的處理與對照相比，產(chǎn)量分別顯著增加16.68%、34.61%、38.35%；單株結(jié)果數(shù)也有所增加。

表5空氣凈化殺菌器不同開啟時長處理下黃瓜產(chǎn)量的變化

3 結(jié)論與討論

設(shè)施環(huán)境是影響設(shè)施內(nèi)作物生長發(fā)育的重要因素，尤其是反季節(jié)生產(chǎn)。設(shè)施中高溫高濕的環(huán)境很容易積累有毒氣體以及滋生病原菌，是影響溫室內(nèi)病害發(fā)展的關(guān)鍵因素。設(shè)施環(huán)境中氣傳病害的特點是傳播速度快、波及面廣、控制困難。因此，消除和控制空氣中的有害物質(zhì)，使之達(dá)到一定的消毒與潔凈要求，減少病害侵染，已成為迫切需要解決的問題（Sessa et al.，2002；黃和茂，2013；Cernecky et al.，2015；Bahramian et al.，2016）。張銀蘋（2012）研究表明，利用脈沖強光動態(tài)空氣殺菌，能確保醫(yī)院輸液室等場所的室內(nèi)微生物濃度維持在三類醫(yī)院環(huán)境微生物濃度標(biāo)準(zhǔn)500 cfu·m-3水平以下，保證商場及超市等場所的室內(nèi)微生物濃度維持在室內(nèi)空氣質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)2 500 cfu·m-3水平以下。鐘昱文等（2014）的試驗結(jié)果表明，空氣凈化殺菌器可顯著降低室內(nèi)白色葡萄球菌菌群數(shù)量和室內(nèi)甲醛濃度。本試驗中通過使用空氣凈化殺菌器，日光溫室中細(xì)菌、真菌群落數(shù)量明顯減少，細(xì)菌、真菌群落數(shù)量低于室內(nèi)空氣質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)2 500 cfu·m-3；通過使用空氣凈化殺菌器，日光溫室中NO、NH3、CO、SO2等有害氣體含量明顯減少。

空氣凈化殺菌器對設(shè)施黃瓜生長發(fā)育和光合特性影響顯著。可以顯著改善黃瓜成熟葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率?？諝鈨艋瘹⒕鲗υO(shè)施黃瓜常見病害的病情指數(shù)和防治效果影響顯著。說明通過使用空氣凈化殺菌器可以有效減少設(shè)施黃瓜常見病害的發(fā)生和傳播幾率，空氣凈化殺菌器對氣傳病害有顯著的防治效果，可以作為農(nóng)藥的替代品進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用，降低農(nóng)藥殘留。

逆境脅迫可使植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和消除平衡失調(diào)，造成植物體內(nèi)大量的自由基累積，進(jìn)而加重膜脂結(jié)構(gòu)的損傷和加速植物的衰老進(jìn)程。測定植物體內(nèi)膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的含量及植物體內(nèi)抗氧化酶SOD、POD的活性高低，可在一定程度上反映病害逆境對植物的損害程度和植物的衰老進(jìn)程（裴麗麗 等，2012）。本試驗中，與不使用空氣凈化殺菌器的對照相比，使用空氣凈化殺菌器后黃瓜植株內(nèi)SOD、POD、CAT活性和MDA含量均顯著降低，可能是由于使用空氣凈化殺菌器殺滅了空氣中的致病菌，減輕了黃瓜氣傳病害的發(fā)生，改善了黃瓜的生長環(huán)境，從而導(dǎo)致了黃瓜體內(nèi)抗氧化酶SOD、POD、CAT活性和MDA含量顯著降低。

在本試驗中，使用空氣凈化殺菌器的黃瓜單果質(zhì)量和產(chǎn)量均顯著提高，單株結(jié)果數(shù)也有所增加，說明使用空氣凈化殺菌器顯著改善了日光溫室內(nèi)環(huán)境，進(jìn)而提高了黃瓜產(chǎn)量。

本試驗所用的SR-X1000-UV254型號空氣凈化殺菌器有微電腦智能控制系統(tǒng)，能按照程序自動開啟與關(guān)閉，減少田間人工管理成本；每臺空氣凈化殺菌器一次性投資2 000元，能連續(xù)使用10 a，每年折合成本200元，60～70 m長的大棚需要4臺空氣凈化殺菌器。單純噴灑生物農(nóng)藥一年需要400～500元，雖然使用空氣凈化殺菌器的成本比單純噴灑農(nóng)藥要高出一些，但是符合我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展要求，有利于提高農(nóng)業(yè)機械化和自動化水平，提高綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，滿足農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的要求。綜上所述，空氣凈化殺菌器在日光溫室生產(chǎn)中有良好的應(yīng)用前景。

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Abstrac：Under solar greenhouse cultivation condition，this paper took cucumber cultivar ‘Jinlyu No.30’ as test material and studied on the effects of air cleaning equipment on pathogen community，harmful gas and cucumber growth．The results showed that air cleaning equipment has significant scavenging effects on harmful gas and pathogen．Compared with the contrast group without using air cleaning equipment，the used one could promote the photosynthesis of cucumber，reduce indexes of diseases，effectively prevent the propagation of cucumber downy mildew，powdery mildew，anthracnose wilt，F(xiàn)usarium wilt，venturia disease andMycosphaerella melonis，remarkably reduce the peroxidase activities of SOD，POD，CAT and the content of MDA in cucumber，and significantly increase single fruit weight and yield of cucumber．Besides，air cleaning equipment could help to reduce labor intensity，improve the level of mechanization and automation of facility environment．

Effects of Air Cleaning Equipment on Facility Environment and Cucumber Growth

LIU Xing-chen，SUN Xiu-dong，LIU Shi-qi*，ZHANG Xian-zheng，REN Yu-qian，QIN Yu

〔CollegeofHorticultureScienceandEngineering，ShandongAgriculturalUniversity，StateKeyLaboratoryofCrop Biology，KeyLaboratoryofBiologyandGeneticImprovementofHorticulturalCrops（HuanghuaiRegion），Ministryof Agriculture，Taian271018，Shandong，China〕

Air cleaning equipment；Solar greenhouse；Cucumber；Growth；Disease index；Antioxidant enzyme activity；Yield

劉星辰，男，碩士研究生，專業(yè)方向：蔬菜栽培生理，E-mail：www. lyf.1992@qq.com

*通訊作者（Corresponding author）：劉世琦，男，教授，博士生導(dǎo)師，專業(yè)方向：蔬菜栽培生理，E-mail：liusq99@sdau.edu.cn

2017-01-03；接受日期：2017-04-01

國家公益性行業(yè)科研專項（201303108），國家自然科學(xué)基金項目（31372084），“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃項目（2013BAD01B04）