淺析電解水及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

薛曉莉，趙躍鋼，楊文華，李志娟，張志立，吳 娜，任 強(qiáng)

（北京中農(nóng)天陸微納米氣泡水科技有限公司，北京 100083）

電解水（EW）又稱氧化還原電位水、離子水，是電解質(zhì)溶液如氯化鈉溶液在電場的作用下，形成具有一定pH值、氧化還原電位（ORP）以及有效氯濃度（ACC）的功能水。電解水的應(yīng)用是一種可持續(xù)的綠色概念，與傳統(tǒng)的清潔系統(tǒng)相比，具有成本效益高、使用方便、消毒效果好、現(xiàn)場生產(chǎn)、對人類和環(huán)境安全等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)pH值可以分為強(qiáng)酸性電解水AEW（pH值2～3）、微酸性電解水SAEW（pH值5.0～6.5）、中性電解水NEW（pH值7～8）、微堿性電解水SAIEW（pH值8～10）、強(qiáng)堿性電解水AIEW（pH值10～13）[1]。

1 電解水的制備原理

電解水設(shè)備具有特制的離子膜電解槽，包括陽極和陰極。向電解槽加入一定濃度的NaCl溶液，在一定電流下進(jìn)行電解。陽極主要發(fā)生析氯反應(yīng)和析氧反應(yīng)，得到酸性電解水，pH值低、氧化還原電位高，主要成分包括HClO、Cl2、ClO2、HCl、ClO-和O2等。陰極主要發(fā)生析氫反應(yīng)，得到堿性電解水，主要成分包括H2和稀NaOH溶液[2]。其電解原理如圖1所示。

陽極反應(yīng)：

陰極反應(yīng)：

電解水設(shè)備分為有隔膜式和無隔膜式，有隔膜的設(shè)備可制備強(qiáng)酸性電解水，無隔膜的設(shè)備可制備微酸性電解水，均具有殺菌性能[3]。

2 電解水的殺菌機(jī)理

大量研究表明，電解水的殺菌效果比較理想，在醫(yī)學(xué)殺菌消毒方面具有比較成熟的應(yīng)用。但是對其殺菌機(jī)理的研究尚無定論，目前比較受到認(rèn)可的是物理殺菌學(xué)說和化學(xué)殺菌學(xué)說[4]。

物理殺菌學(xué)說認(rèn)為，酸性電解水的低pH值和高氧化還原電位能夠破壞細(xì)胞膜，而氧氣與其他物質(zhì)作用會使其失去電子，使微生物的細(xì)胞膜電位發(fā)生改變，導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性增強(qiáng)、細(xì)菌腫脹及細(xì)胞代謝酶的破壞，使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)溢出、溶解，進(jìn)而殺滅微生物[5-8]。

化學(xué)殺菌學(xué)說認(rèn)為，電解水中復(fù)雜的化學(xué)因子具有殺菌作用，包括有效氯（HClO、Cl2、ClO2、HCl、ClO-）和活性氧（·OH、·O、H2O2）。有效氯的殺菌原理主要是破壞細(xì)胞膜而使細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、DNA和RNA外流，還可穿透病毒的衣殼與其核酸反應(yīng)?；钚匝醯臍⒕碇饕且蚱漭^強(qiáng)的氧化性，可跟氨基發(fā)生特異反應(yīng)進(jìn)而破壞細(xì)胞膜，并滲透到細(xì)胞內(nèi)破壞有機(jī)物的鏈狀結(jié)構(gòu)，從而使蛋白質(zhì)及DNA合成受阻，致使微生物死亡[9-14]。

3 電解水的優(yōu)勢

就安全性而言，電解水通過電解水生成器制得，其制備原料僅為水和氯化鈉。殺毒效果為傳統(tǒng)含氯消毒劑的40～80倍。氧化電位水僅需要質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（3～5）×10-5就可以達(dá)到理想的滅菌、消毒目的。與傳統(tǒng)消毒劑相比較，氧化電位水具有殺菌廣譜，殺菌高效迅速，無刺激異味，對人體器官、皮膚組織、黏膜等無刺激性和無毒副作用的特點(diǎn)。氧化電位水遇光或與有機(jī)物、土壤接觸時立即放電分解，殺菌后可完全還原成無毒、無殘留的普通水，排放后對環(huán)境無任何污染，不會對生態(tài)環(huán)境造成危害。

在經(jīng)濟(jì)性方面，生產(chǎn)1 t電解水的成本為12.3元（包括氯化鈉、電和水等運(yùn)營成本約2.6元以及設(shè)備折舊費(fèi)約9.7元）。而配制1 t質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5×10-4的含氯消毒劑需要84消毒液約10 L，市場價約109元。

電解水與含氯消毒劑相比，其安全性和經(jīng)濟(jì)性方面都具有顯著優(yōu)勢，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。

4 電解水在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

由于電解水制備原料簡單，僅為水和氯化鈉，且殺菌速度快、殺菌能力強(qiáng)、殺菌具有廣譜性，對人畜安全、無化學(xué)殘留、環(huán)保，除應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域外，還可用于農(nóng)業(yè)種植及農(nóng)產(chǎn)品方面：防治農(nóng)作物病害、促進(jìn)生長與提升品質(zhì)、改良土壤、果蔬殺菌與保鮮、降解殘留的農(nóng)藥等。

4.1 防治農(nóng)作物病害

電解水在我國農(nóng)作物病害綠色防控和無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)方面具有廣闊的應(yīng)用前景，有利于增強(qiáng)我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力，減輕農(nóng)藥施用對環(huán)境的壓力，提升農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。

羅新希等[15]用酸性電解水防治黃瓜白粉病，結(jié)果表明pH值為2.0的酸性電解水防治效果最佳，防效達(dá)到72.10%；酸性電解水的有效防治期為噴施后3 d。魏肖鵬等[16]噴施KCl電解水不但可替代農(nóng)藥來防治黃瓜白粉病，還可顯著提高黃瓜果實(shí)品質(zhì)。聶小鳳等[17]用強(qiáng)酸性電解水對田間茄子灰霉病的防治效果達(dá)68.71%，可以部分替代農(nóng)藥。王步云等[18]用酸性電解水在番茄緩苗期連續(xù)噴施，不僅對番茄葉霉病有一定的防治效果，還可以提高產(chǎn)量；而發(fā)病初期連續(xù)噴施，對番茄葉霉病也具有一定的防治效果，但是對產(chǎn)量的影響不明顯。谷培云等[19]用酸性電解水在辣椒緩苗期和發(fā)病初期連續(xù)噴施預(yù)防，對辣椒白粉病有較好的防治效果。孫慧等[20]使用酸性電解水對馬鈴薯脫毒苗的生產(chǎn)車間和設(shè)備進(jìn)行消毒，可有效提高莖尖成活率，并節(jié)約成本，既安全又環(huán)保。此外，電解水在防治水果病害如葡萄霜霉病[21]、大田作物病害如水稻稻曲病[22]、小麥赤霉病[23]等方面效果也較好。

4.2 促進(jìn)生長與提高品質(zhì)

高新昊等[24]研究了不同pH值的強(qiáng)酸性電解水浸種對黃瓜種子發(fā)芽與幼苗生長的影響，結(jié)果表明適宜濃度的強(qiáng)酸性電解水浸種可提高黃瓜種子胚芽生長速率及黃瓜幼苗素質(zhì)，低、中濃度電解水對黃瓜種子發(fā)芽率沒有影響，而高濃度電解水則表現(xiàn)出抑制作用。侯夢石等[25]研究了電解水灌溉處理對小白菜的影響，酸性電解水對葉片凈光合速率有一定的促進(jìn)作用；噴灌酸性電解水和根灌強(qiáng)堿性電解水對小白菜葉綠素的積累、增加葉片數(shù)及提高產(chǎn)量有促進(jìn)作用，但是會抑制株高；根灌堿性電解水對小白菜維生素C含量有促進(jìn)作用。曹薇等[26]用微酸性電解水浸泡蕎麥種子和噴灑蕎麥芽，能有效控制蕎麥芽菜表面細(xì)菌和真菌數(shù)量、增加苗高以及還原糖、蘆丁含量，對芽菜產(chǎn)量和干質(zhì)量無影響。

4.3 土壤改良

以酸性電解水來調(diào)節(jié)鹽堿地，以堿性電解水來調(diào)節(jié)酸性土壤，不但可以有效調(diào)節(jié)土壤的酸堿環(huán)境，而且無任何殘留，使用時采用原液或稀釋液進(jìn)行灌溉調(diào)節(jié)，極為方便；酸水的施用，還可殺滅部分土傳病菌。胡妍玢[27]發(fā)現(xiàn)酸性電解水肥的6個處理均能不同程度地改善林地土壤性狀，土壤微生物數(shù)量增加、酶活性提高、化學(xué)性質(zhì)得到改良。相立等[28]向蘋果連作土壤中澆入微酸性電解水，能顯著提高平邑甜茶幼苗的生物量，幼苗根長度、根表面積、根體積和根系呼吸耗氧速率均提高；土壤真菌構(gòu)成一個獨(dú)立的群落結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)電解水處理后的土壤環(huán)境并成為優(yōu)勢群落，可減輕連作障礙。

4.4 果蔬殺菌與保鮮

郝建雄等[29]用酸性電解水浸泡番茄10 min并在室溫貯藏12 d后，果實(shí)硬度較對照明顯提高，呼吸強(qiáng)度被明顯抑制，失重率降低。李華貞等[30]用酸性電解水浸泡菠菜，可快速降低表面微生物含量，5 ℃貯藏9 d后微生物增加緩慢、營養(yǎng)成分基本保持不變、亞硝酸鹽積累受到抑制。張后成等[31]用中性氧化電解水和其他消毒劑對卷心菜進(jìn)行殺菌，中性氧化電解水具有高效的殺菌作用，效果優(yōu)于其他消毒劑，有效氯含量為24.52 mg/L時，對大腸桿菌的殺菌效率為95.81%。聶小鳳等[17]用pH值5.9的酸性電解水浸泡茄子果實(shí)，其可溶性固形物含量較高，失重率和褐變指數(shù)較小，對茄子果實(shí)的外在、內(nèi)在品質(zhì)都產(chǎn)生積極影響。Pinto等[32]研究幾種不同殺菌溶液對鮮切萵苣處理5 min后的殺菌作用，中性電解水的效果最好。Aday[33]研究發(fā)現(xiàn)，用25 mg/L電解水和被動氣調(diào)包裝貯藏蘑菇可以延長其保質(zhì)期。楊越等[34]用電解水和次氯酸鈉溶液清洗生菜，電解水消毒效果更好、更加節(jié)水。吳海霜等[35]用電解水處理鮮切茄子，在儲藏期內(nèi)能較好地保持水分，抑制其褐變和硬度的下降，較好地保持其感官品質(zhì)，但對其可溶性固形物的抑制效果較差。陳學(xué)玲等[36]以次氯酸鈉、二氧化氯和酸性電解水處理鮮切西蘭花并在4 ℃下貯藏，酸性電解水殺菌效果最好，能最大程度地延緩營養(yǎng)物質(zhì)的流失和微生物生長繁殖，從而延長鮮切西蘭花貨架期。

肖衛(wèi)華等[37]用電解水浸泡草莓能顯著減少草莓的腐爛，延長保鮮期。于曉霞等[38]用幾種清洗劑處理鮮切哈密瓜15 min，酸性電解水抑菌效果明顯，對可溶性固形物、維生素C、可滴定酸的維持作用明顯，并能較好地抑制丙二醛和菌落總數(shù)的增加，能有效延長鮮切哈密瓜貨架期。

4.5 降解殘留農(nóng)藥

郝建雄等[39]研發(fā)發(fā)現(xiàn)，電生功能水即電解水對蔬菜的乙酰甲胺磷農(nóng)藥殘留具有良好的消除效果，且堿性水的效果要好于酸性水的處理效果；不同洗滌方式（振蕩和浸泡）對農(nóng)藥的消除效果影響不大；處理時間越長，降解效果越好。馬越等[40]用強(qiáng)酸電解水、弱酸電解水、次氯酸鈉溶液、臭氧水、去離子水等清洗劑研究對黃瓜上殘留的農(nóng)藥毒死蜱的去除效果，進(jìn)而研究降低非內(nèi)吸式有機(jī)磷類農(nóng)藥在黃瓜上的殘留，結(jié)果表明：強(qiáng)酸電解水處理10 min效果最好，毒死蜱去除率達(dá)到44.8%。羅琴等[41]用微酸性電解水浸泡白菜，去除辛硫磷效果有顯著提高，處理30 min后，農(nóng)藥去除率高達(dá)92%；隨著微酸性電解水用量的增加、浸泡時間的增長以及溫度的升高，農(nóng)藥殘留率不斷降低、農(nóng)殘去除率不斷增加。胡朝暉等[42]研究不同溶液對韭菜中樂果和毒死蜱的去除效果，微酸性電解水比相同有效氯濃度的NaClO溶液去除效果好；有效氯濃度在10 mg/L左右時，對樂果和毒死蜱的去除率分別達(dá)到78.59%、70.00%；隨著有效氯濃度的升高，有機(jī)磷農(nóng)藥的去除率均趨于穩(wěn)定。

5 電解水在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的推廣及建議

電解水在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，但是其推廣程度依然較慢。生產(chǎn)1 t電解水的成本只相當(dāng)于常規(guī)化學(xué)消毒劑的1/3，但由于購買電解水設(shè)備的一次性投入相對較高（數(shù)萬元），而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的附加值較低，有別于醫(yī)療領(lǐng)域的高投資高收入，這種在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的高投入低附加值的矛盾決定了在一段時間內(nèi)推廣緩慢。

電解水在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行推廣，可從以下幾方面改善：（1）研制成本低、效率高、壽命長的電解水設(shè)備，降低購買設(shè)備的一次性投資。（2）電解水在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究效果，需要先建立項(xiàng)目示范點(diǎn)，率先在農(nóng)業(yè)科技園區(qū)、農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)、農(nóng)業(yè)合作社等應(yīng)用示范，積極推動廣大農(nóng)業(yè)從事者前來參觀應(yīng)用效果，得到認(rèn)可后，產(chǎn)生一定的社會效益時，再向農(nóng)業(yè)市場全面推廣。（3）針對電解水設(shè)備的使用及其效果，免費(fèi)對廣大農(nóng)業(yè)從事者進(jìn)行培訓(xùn)，杜絕夸大虛假宣傳，科學(xué)宣傳推廣。（4）政策鼓勵，并可考慮適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼。在推廣電解水時需要注意，使用電解水生成器時，進(jìn)水水質(zhì)需符合GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》；電解原料氯化鈉的純度在99%以上，其質(zhì)量應(yīng)符合GB/T 1266—1986《化學(xué)試劑氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)》。

綜上，電解水是一種較為理想的環(huán)保型消毒劑，其制備、使用過程均符合我國資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的產(chǎn)業(yè)政策要求，其在安全性和經(jīng)濟(jì)性方面都具有顯著優(yōu)勢，值得在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大力推廣。