不同曝氣時間的臭氧對水培蕹菜生長的影響分析
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摘 要 營養液的循環利用帶來的新問題是循環利用的營養液能在整個苗圃內傳播根系病害，傳染其他健康的植株，嚴重時會導致整個栽培系統癱瘓。因此，在營養液循環利用之前，必須對營養液進行消毒滅菌。基于此，以蕹菜為試驗材料，采用水培栽培方式，通過試驗研究不同曝氣時間的臭氧對水培蕹菜生長情況的影響。
關鍵詞 臭氧;無土栽培;營養液;消毒殺菌
中圖分類號：X173;X714 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.06.065
我國的人均土地資源很少，且可耕種土地利用率不高。無土栽培技術的推廣與應用在一定意義上解決了這些問題，不受地形影響，在荒漠、海島、荒灘上應用無土栽培進行作物生產已成為現實，而且無土栽生產的作物種類不斷增加，產量也在不斷提高。因此，推廣無土栽培技術對于提高土地資源利用率具有重要的意義。
1 相關理論概述
1.1 營養液消毒
無土栽培面積迅速擴大帶來了一系列問題，其中最嚴重的是排放的廢液日益增多。目前，我國無土栽培中營養液一般采用一次性廢棄處理方式，排出的廢液污染了土壤、地表水和地下水，直接排入河流中的廢液會引起河流或湖泊水的富營養化，同時會浪費大量的水資源[1]。
20世紀80年代，人們開始探索營養液的循環利用，以節約大量的水資源，避免環境污染。研究表明，無土栽培系統若收集并循環利用營養液，可以節約水和肥料。營養液的循環利用帶來的新問題是循環利用的營養液能在整個栽培系統內傳播根系病害，嚴重時會造成大量作物死亡。因此，必須在營養液的循環利用前清除營養液中的病原菌，防止傳染栽培系統內的健康植株。
Amsing等[2]在巖棉塊的無土栽培系統中，對種植玫瑰的營養液不進行滅菌而是直接加以循環利用，發現病原體在整個苗圃迅速擴散，且玫瑰的植株越小，越容易感染病菌?？梢姡跔I養液循環利用之前，對營養液進行滅菌具有十分重要的意義。
1.2 臭氧在營養液消毒的應用
循環營養液的滅菌方法可以分為生物、化學和物理3類方法。化學方法滅菌是利用各種化學藥劑對營養液進行消毒，常用的化學藥劑有氯及其化合物、各種鹵素、重金屬離子等;生物方法滅菌是利用拮抗菌與病原菌的拮抗作用，抑制病原菌生長;物理方法滅菌主要有紫外線、加熱、臭氧、過氧化氫、碘、氯氣、微波、熱、電、離心分離和過濾等。
臭氧用于營養液滅菌是一種物理滅菌方法。臭氧是一種非常強的氧化劑，如果有足夠的曝氣時間和濃度，可以殺死水中的所有有機物。因此，臭氧具有很強的殺菌消毒和去除水中微污染物的作用，可以用來對營養液進行滅菌。同時，它還具有殺菌廣普、易分解以及使用方便等優點[3]。
1.3 臭氧的性質
臭氧是一種三原子形式的氧，很不穩定，常溫下無色，有特殊的草腥味，易溶于水，化學性質活潑，可自發分解或接觸到可氧化物質而分解。臭氧本身有強烈的氧化能力，因而具有很強的殺菌、除臭、脫色、分解有機物（如分解不利于果蔬貯藏的乙烯、乙醇、乙醛）等作用，經許多科學家鑒定，臭氧的氧化能力僅次于氟，能殺死細菌植體、芽孢、病毒、真菌等各種微生物。
1.4 臭氧溶液對水培植物的影響
殘留在營養液中的臭氧對水培植物根系是否造成傷害，關鍵在于殘留臭氧的濃度。殘留在營養液中的臭氧濃度越高，對植物根系的傷害就越大。因此，經臭氧處理后的營養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。宋衛堂等的試驗證明，營養液中殘余臭氧濃度為0.54～0.6 mg·L-1和0.64～0.72 mg·L-1，處理30 min后，黃瓜幼苗根系的傷害率分別達到7.7%和22.2%[4]。徐燕等在做臭氧應用模擬試驗時發現：在臭氧間歇（1∶1）曝氣萵苣無土栽培營養液處理區，營養液外觀清澈、無味、近似無色，而對照區營養液外觀嚴重渾濁，有臭味，淡黃褐色。使用臭氧間歇曝氣處理營養液，對萵苣根系無不良影響，產量比對照增加36.8%[5]。而有學者發現，營養液中含有1.5 mg·L-1濃度的臭氧還沒有對苗期的水培西紅柿根系造成損傷[6]。
2 研究目的和意義
隨著無土栽培面積不斷擴大，因發生病害而造成失敗的事例日益增多。在化學藥劑消毒越來越受到限制的情況下，要進行營養液的循環使用，且要防止發生根傳病害，循環使用前必須開展非農藥的殺菌和消毒工作。使有臭氧進行營養液的殺菌和消毒，具有時效性，殺菌效果好，使用方便，清潔衛生，對環境沒有污染等特點。殘留在營養液中的臭氧對水培植物根系是否造成傷害，關鍵在于殘留臭氧的濃度。殘留在營養液中的臭氧濃度越高，對植物根系的傷害就越大。因此，找到臭氧對營養液合理的曝氣時間，解決既要對營養液進行充分消毒，又要避免殘留的臭氧對植物根系造成傷害的問題，對臭氧在營養液消毒循環應用有著非常重要的意義。本實驗觀察不同曝氣時間的臭氧在靜止水培蕹菜中對其生長的影響，能夠為進一步臭氧在水培栽培技術中應用的研究提供基礎性的數據。
3 材料與方法
3.1 試驗材料
供試植物：蕹菜（Ipomoea aquatica Forsk）。供試材料：臭氧發生器（佳環臭氧發生器，型號HY-500）、14 L藍色塑料箱（長38.54 cm，寬28.24 cm，高14.64 cm）、定植板（厚度為2.5 cm的白色泡沫塑料板）、定植杯（上口徑為6 cm、下口徑為4 cm、高度為7.5 cm的黑色多孔塑料杯）、定時器、剪刀、塑料直尺、百分之一天平。供試營養液：華南農業大學葉菜類A配方。
3.2 試驗方法
蕹菜的生長過程中分別通入不同時間的臭氧，分別為0 min、5 min、10 min、15 min共4個處理，每個處理重復3次。
3.2.1 播種、移苗和定植 蕹菜于2013年3月在盛有復合基質的育苗盤中播種，成苗后，于2013年4月9日選擇植株長勢健壯、無病蟲害、生長基本一致的小苗為試驗材料。從育苗盤中取出小苗，洗凈根部基質，每2棵小苗放入1個定植杯中，再加入大約杯高2/3的小石礫以固定植株，然后將定植好的小苗放在1/2劑量的華南農業大學葉菜類A配方的營養液中栽培，讓小苗適應水培條件。等到2013年4月13日，定植到一個劑量的營養液里。
3.2.2 曝氣
通過臭氧發生器向營養液中通入不同曝氣時間的臭氧，分別為0 min、5 min、10 min、15 min共4個處理，每個處理重復3次。每5 min通入臭氧的濃度是1.157 mg·L-1。
處理一（CK）：不進行臭氧曝氣的處理。
處理二：對營養液進行曝氣5 min，通入臭氧的濃度1.157 mg·L-1。
處理三：對營養液進行曝氣10 min，通入臭氧的濃度2.314 mg·L-1。
處理四：對營養液進行曝氣15 min，通入臭氧的濃度3.471 mg·L-1。
3.2.3 收獲
2013年4月25日，第一批蕹菜收獲，沿著定植杯剪下地上部分，稱取鮮重及用直尺量株高。2013年5月23日，第二批蕹菜收獲，稱取地上部分的鮮重，用直尺量株高和根的長度。
3.3 觀察和測定的項目
蕹菜的生長情況：觀察外觀、收獲前的株高、地上部分鮮質量、根重和根長。
3.4 數據處理方法
所有數據處理均采用Microsoft Excel和SAS軟件處理。
4 結果與分析
4.1 不同曝氣時間下臭氧對蕹菜株高的影響
從圖1可以看出，無論是第一批還是第二批收獲的蕹菜，在不同曝氣時間的處理下，蕹菜的株高表現都沒有顯著的差異。在沒有曝氣的處理和曝氣5 min、10 min、15 min各處理之間都沒有差異。試驗中蕹菜第一批要比第二批收獲的蕹菜株高要低得多，大概因為從播種到第1茬收獲都是陰霾天氣，蕹菜的生長過程中由于缺乏光照，因此會出現徒長現象，生長瘦弱，形態修長，分蘗少。
4.2 不同曝氣時間下臭氧對蕹菜產量的影響
從圖2得知，不同曝氣時間對蕹菜的生長造成了一定的影響。在第一批蕹菜中，處理一的平均鮮重是26.97 g，處理二和處理三分別是25.26 g和24.73 g，都有下降的趨勢。在第二批蕹菜收獲中，處理一的地上部鮮質量顯著大于處理二和處理三，而與處理四的地上部鮮質量差異不顯著。從圖2可以看出，在第一批蕹菜地上部鮮質量中，處理二和處理三的蕹菜產量都有所下降，可曝氣15 min處理的產量是最高的。在第2次收獲中，處理二和處理三地上部鮮質量都明顯下降，但處理四下降的幅度不大。
4.3 不同曝氣時間下臭氧對蕹菜根的影響
根是植物的重要組成部分之一，主要作用是從營養液中里吸收水分和無機鹽，維持蕹菜正常生長，是衡量蕹菜生長情況的重要指標之一。本試驗在曝氣處理后，觀察根的外部形態和特征，收獲時測定根長和根的鮮重。從表1可以看出，在不同處理中，根的長度和根的重量沒有明顯的影響。
5 結論
通過測定第一批、第二批收獲蕹菜的株高，在沒有曝氣的處理和曝氣5 min、10 min、15 min的處理下，蕹菜的株高表現都沒有顯著的差異。說明通入的臭氧濃度為1.157～3.471 mg·L-1時，蕹菜的株高不會受影響。試驗表明，通入的臭氧濃度為1.157～3.471 mg·L-1
時，蕹菜的生長會受到一定的損害。從觀察生長過程中來看，在曝氣后的第2天，處理二、處理三、處理四的蕹菜葉片，出現黃化及水浸癥的斑點，主要是靠近定植杯的底下的2～4片葉片。這種現象有可能是因為通入臭氧后，臭氧溶解度低，從營養液中溢出并揮發，對蕹菜底下的葉片造成損傷。
收獲的第一批蕹菜，處理二和處理三的地上部鮮質量都有下降的趨勢。第二批蕹菜收獲中，處理一的地上部鮮質量顯著大于處理二和處理三，這可能是由于通入的臭氧對蕹菜耐受能力而言濃度過高，臭氧對蕹菜的生長造成損傷。
殘留在營養液中的臭氧濃度越高，對植物根系的傷害就越大。有研究指出，營養液中殘余臭氧濃度為0.54～0.60 mg·L-1和0.64～0.72 mg·L-1時，處理30 min后，黃瓜幼苗根系的傷害率分別達到7.7%和22.2%。在這次試驗中，通入的臭氧濃度為1.157 mg·L-1～3.471 mg·L-1時，從外觀形態上觀察，臭氧沒有對蕹菜的根系造成嚴重傷害，沒有進行臭氧曝氣的蕹菜根系的長度和鮮重，與進行曝氣處理的蕹菜沒有差異。
參考文獻：
[1] 劉向輝.無土栽培循環營養液紫外線滅菌技術的研究[D].北京：中國農業大學，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，楊君，丁從文.臭氧消毒簡介[J].化學教育，2006，10（7）：7-9.
[4] 宋衛堂，孫廣明.臭氧殺滅循環營養液中三種土傳病原菌的試驗[J].農業工程學報，2007，23（6）：189-193.
[5] 徐燕，趙春燕.臭氧對無土栽培營養液的消毒作用研究[J].微生物學雜志，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.
（責任編輯：劉昀）
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