臭氧植保技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

近年來，隨著綠色防控技術(shù)的發(fā)展，以臭氧為代表的新型植保技術(shù)與裝備在農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的得到廣泛應(yīng)用與關(guān)注。本文對目前的臭氧植保技術(shù)與裝備進行簡要概述，對研制以臭氧為主的植保裝備有一定的參考意義。

一、臭氧技術(shù)原理

臭氧（O3）易溶于水，其具備高效、廣譜的殺菌特性，是目前最強的氧化劑，在常溫下臭氧能夠自行還原為氧氣［1］。制取臭氧的方式一般有紫外線照射法、電解法、放射化學法和介質(zhì)阻擋放電法［2］。農(nóng)業(yè)上常采用制造臭氧的方法是介質(zhì)阻擋放電法，在高頻高壓的電場中通入氧氣，3個氧原子之間在經(jīng)過撞擊產(chǎn)生1個臭氧分子。臭氧易溶于水，形成臭氧水，而臭氧在水中更易分解。臭氧水的穩(wěn)定性受水中雜質(zhì)影響，水中含有金屬時，臭氧會很快分解為氧氣。

與化學農(nóng)藥不同，臭氧在多次使用后，并不會使害蟲產(chǎn)生耐藥性。植保機械噴施農(nóng)藥特別是植保無人機，農(nóng)藥往往會因為外部風場等因素發(fā)生漂移，對其他作物產(chǎn)生藥害。而使用臭氧水進行噴施作業(yè)時，臭氧易分解的特性也不會造成污染，是一種綠色植保方式。

二、臭氧水制備技術(shù)

臭氧水制備技術(shù)包括臭氧氣體制備和氣液混合。使用臭氧發(fā)生器制備臭氧氣體時，首先選擇合適的氣源，氣源主要分為氧氣和空氣。氧氣源制備的臭氧氣體，產(chǎn)量大且效率高，溫室大棚中通常使用制氧機制造濃度為93%的氧氣，而在實驗室中往往采用氣瓶罐裝的濃度99.9%的高純氧。使用空氣源制備臭氧時，由于氧氣含量只占空氣中的21%，因此臭氧產(chǎn)量小且效率低。而且氮氣含量占空氣的78%，在制造臭氧氣體時會產(chǎn)生大量的氮氧化物，影響臭氧制備效率并會對人體產(chǎn)生危害。

目前，氣液混合的方式有曝氣法、射流法和氣液混合泵法。曝氣法是將曝氣石置于容器底部，臭氧氣體以高壓的方式通過曝氣石進入水中，由于曝氣石會提高氣泡數(shù)量，臭氧氣泡在上升的過程中會溶于水中，從而提高溶解量。射流法又稱文丘里法，由吸氣室、擴壓管和噴嘴所構(gòu)成，當高壓力的水流從狹窄的噴嘴出口噴出后，會在噴嘴處產(chǎn)生真空，便可以將待混合的氣體抽出，氣體與水可以充分混合。氣液混合泵法的原理是高速旋轉(zhuǎn)的渦輪會產(chǎn)生負壓，將臭氧吸入混合泵腔，泵腔內(nèi)的加壓混合可將臭氧與水充分混合。氣液混合泵的溶解效率最高，是文丘里射流管效率的4倍。

三、臭氧植保技術(shù)與裝備的應(yīng)用

（一）固定式臭氧植保技術(shù)與裝備

固定式臭氧植保裝備主要應(yīng)用在溫室大棚中，在溫室大棚中有兩種方式進行臭氧植保，分別是臭氧氣體和臭氧水噴施澆灌。大棚的密閉空間有利于臭氧植保。王志彬等設(shè)計了一款設(shè)施蔬菜多功能植保機，通過風機將制取的臭氧氣體擴散至大棚內(nèi)，以黃瓜白粉病及煙粉虱為對象進行防治。蓋志武等研制了一款臭氧水灌溉裝置，安裝在溫室大棚中，通過澆灌臭氧水來消毒土壤，防治土傳病害。郭正紅等使用設(shè)施蔬菜的臭氧水設(shè)備噴灑臭氧水，探究臭氧水對青菜和生菜的病蟲害防治情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)6mg/L的臭氧水對預(yù)防青菜蟲害的發(fā)生效果顯著。

（二）背負式臭氧植保技術(shù)與裝備

背負式臭氧水噴霧器是一種可以實時制備臭氧水并噴施的植保器械，其內(nèi)部裝備了氣泵、臭氧發(fā)生器、氣液混溶器和水泵等。由于使用空氣源制備臭氧，會導(dǎo)致制取的臭氧濃度不夠且噴施效率低。且人工背負會導(dǎo)致使用者暴露在臭氧環(huán)境下，臭氧濃度過高會對人體有傷害。

（三）移動式臭氧植保技術(shù)與裝備

臭氧水植保在溫室大棚中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，而露地蔬菜和果園還未進行大范圍推廣。溫室外臭氧水制取不便，且臭氧水濃度衰減快，為此，山東理工大學韓鑫等［3］研制了臭氧水植保無人車和臭氧水植保無人機，兩種裝備都可以便制取便噴灑臭氧水，相較于人工噴灑，作業(yè)效率更高。

臭氧水植保無人車將臭氧水系統(tǒng)與履帶車底盤進行集成，融合了可編程邏輯控制器與單片機控制技術(shù)，并針對葡萄霜霉病開展了植保防效試驗。結(jié)果表明，使用20ppm的臭氧水連續(xù)噴施6天后，可有效防治霜霉病。臭氧水植保無人機將臭氧水系統(tǒng)與無人機平臺相集成，進行了載荷布局設(shè)計，將植保無人機重心匹配至無人機幾何中心，機載電源模塊為臭氧水系統(tǒng)和無人機平臺供電，為露地蔬菜等提供了一種綠色、高效的方案。

四、臭氧植保的發(fā)展前景

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們對農(nóng)藥的使用較為依賴，為此國家農(nóng)業(yè)部在2015年發(fā)布了《到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動方案》，目的是控制并減少農(nóng)藥量的使用。而臭氧植保技術(shù)作為一種無污染的綠色防控技術(shù)，其可以替代部分農(nóng)藥進行病蟲害的防治。臭氧植保技術(shù)還需要不斷探索，針對不同作物的不同病蟲害，還需要探究不同臭氧水濃度對其帶來的防治效果，做到精準的濃度噴施。

參考文獻

［1］沈建生，孫萍，林賢銳，鮑慧，方根滿.臭氧水對葡萄主要病害的防治效果［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學，2018，59（06）：980-982.

［2］依成武，吳春篤，許霞，等.臭氧合成及其應(yīng)用的研究進展［J］.現(xiàn)代化工，2007，21（ Z1）：93－96.

［3］劉照啟，張蔚然，范鑫，韓鑫，白京波.臭氧水植保無人機設(shè)計與創(chuàng)新［J］.科學技術(shù)創(chuàng)新，2020（19）：189-190.

（作者單位：山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院）