氧化還原電位水在農業中的應用概述

□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稀溶液經過一定的電場處理，促使水的p H值、氧化還原電位（OR P）值、有效氯濃度等指標發生改變而產生的具有特殊功能的酸性電位水和堿性電位水的總稱。

化學農業的革命為農業發展帶來了巨大變化，對農作物產量的提高、品質的改善作出了極大貢獻，大大推動了農業發展步伐。但在產量提高的同時，也帶來了嚴重污染，包括生活環境污染，作物農藥殘留、自然生態破壞、生命健康傷害等。尤其是農藥的濫用，直接造成人體危害，如食物中毒及癌癥發生率倍增等。氧化還原電位水替代部分農藥防治病害，將成為農業無公害生產的主要手段。

目前，在農業領域，日本已將酸性電位水應用于殺菌為目的的減農藥、無農藥栽培及種子的消毒、清洗等領域；將堿性電位水應用于植物的無土栽培、酸性土壤改良、植物營養調控等領域。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。我國對氧化還原電位水的研究也做了大量工作，中國農業大學在氧化還原電位水的消毒殺菌作用及其在醫療衛生領域、農業生產領域的應用方面做了研究。本文主要介紹氧化還原電位水研究成果及應用情況，探討其在農業領域的無公害化應用前景。

一、氧化還原電位水的形成機理及特點

氧化還原電位水在農業生產上的運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自然水的特異效應。為了讓水電解后能對水中的氫離子、氫氧根離子以及氯離子、鈉鉀離子進行區隔分流，形成具有強酸堿性的功能水，采用陰陽離子交換膜，在電解的同時進行離子交換，讓電極的陰極富集陽離子，而進一步反應形成堿性電位水；讓其陽極富集陰離子氯而形成酸性電位水。反應機理是在稀電解質溶液中，插入兩個電極，外加一定的直流電壓，一般為5～1 0 V，經過一定的時間電解后，電解槽內發生了一系列電極反應：

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生具有特殊功能的電位水，理化性質為：強酸性電位水的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

經過電場形成的氧化還原電位水，發生了電解并形成一些活性強極易產生氧化還原的物質，在與光、空氣及有機物接觸后，OR P值下降，很快恢復成普通的水，不會對環境造成任何化學危害。

氧化還原電位水的強酸性電位水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，強酸性電位水進入細胞以后可改變細菌細胞膜的通透性，是細菌細胞腫脹、破裂、細胞內容物滲出以及使其超微結構改變，從而對病菌的滋生起到了極大的抑制與殺滅作用。

電位水在發生氧化還原過程中會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，如氧化過程，會強制性地從菌類的細胞表面奪取電子，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是：①殺菌范圍廣。強酸性電位水對細菌、真菌、病毒等均有高效瞬時的殺菌功效，適用范圍廣。一般作用1～2分鐘即可殺滅細菌繁殖體，2 0～4 0分鐘內可殺滅細菌芽孢。②無污染。氧化電位水與化學消毒、殺菌藥劑作用后不同，發生反應后還原成普通水，無任何污染。③安全。對人畜皮膚無刺激，無毒副作用，安全。④成本低。氧化電位水制取方便快捷，可減少農業投入成本。

三、氧化還原電位水在農業生產上的實際應用

電位水應用范圍廣，醫療衛生、食品加工、軍事設備等領域已有應用。農業上也開展了部分研究應用，包括作物生長、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，可以大面積地運用于農業生產中的病蟲害防治。如種苗的立枯病、猝倒病，水稻的細菌性條斑病等細菌性病害；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，對于綠色無公害蔬菜產業的發展能起到促進作用。中國農業大學研究發現，黃瓜的整個生長期都處于高溫高濕條件下，病害發生嚴重，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個月后，白粉病防治效果均達到7 0％以上，較對照組高出4 0％，說明氧化還原電位水中的活性成分對白粉病菌有殺滅作用。試驗還發現，氧化還原電位水對葡萄炭疽病的防治效果與常用農藥百菌清施用效果相當，并認為利用氧化電位水防治作物病害應以預防為主，防治的目標應以表面寄生性病害為主。在北京小湯山國家精準農業實驗基地進行氧化還原電位水對小麥條銹病的防治試驗，結果表明：氧化還原電位水1周兩次噴施對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產品貯藏保鮮上的應用 農產品的加工貯藏是農業生產中重要的產后環節，它是農產品附加值提升的重要手段與方法，如果處理不當，農產品表面附著的微生物會加速生長繁殖，使農產品鮮度下降、品質變劣。在農產品的加工中，通常的第一步工序就是進行產品的清洗與消毒，而常規的清洗與消毒大多采用洗滌劑或化學藥劑，農產品的化學殘留或環境污染就不可避免，食品的污染危害時有發生。在農產品清洗過程中，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，一般在幾秒鐘的時間內就全部殺死，這對于生鮮蔬菜的凈菜包裝及保鮮來說，是一種最為安全與簡易的方法。2 0 0 2年在日本，強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的審議通過。氧化還原電位水技術已是當前果品保鮮中的一項實用且低成本的輔助技術。

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表面的霉菌數量，提高耐貯性。同時，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程，抑制果實呼吸，減少營養成分消耗，進而延緩衰老。用強酸性水對果蔬等進行洗凈處理，不僅有很好的洗滌、殺菌消毒作用，而且可延長保鮮期。

利用氧化電位水對西紅柿的保鮮試驗結果表明，氧化還原電位水能抑制果實多聚半乳糖醛酸酶的活性，控制果實軟化速度，室溫貯藏1 2天后，果實硬度明顯比對照高，失重率比對照低。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現，強酸性電解水也具有較好的殺菌效果。相關研究表明，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，且抑制效果高于強酸性電解水。葡萄果皮薄，果漿豐富，貯藏過程中易發生腐爛，從而降低了葡萄的品質和商品性，用氧化還原電位水處理葡萄后，霉菌總數和細菌總數均下降了約2個對數值。

3.氧化還原電位水在養殖業上的應用 現代化的養殖場中存在著大量的有害微生物，是畜禽致病的病原，因此環境的殺菌消毒十分重要。國內大多采用化學殺菌保潔的方法，會造成空氣污染，刺激禽畜的呼吸道，從而間接地產生化學殘留而影響產品質量。對于生產綠色禽畜產品或者保持無病源無污染的養殖環境來說，采用氧化還原電位水法是一種最為實用、最易操作的安全方法。在養殖場用酸性電解水進行清洗消毒，可大幅度提高牲畜的自身免疫和抗病毒能力，促進牲畜的生長發育，同時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。現代養殖業對于無菌環境的工廠化養殖越來越重視，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，都是養殖業消毒殺菌的最佳選擇。

4.氧化還原電位水對促進植物生長的應用 大量試驗證明，利用氧化還原電位水進行芽苗菜的栽培，除了具有良好的殺菌效果外，還可以大大提高萌芽率，加快芽苗菜的生長速度。在番茄上的應用試驗表明，給植物交替性地噴施酸水與堿水不僅能生產出令人滿意的無公害綠色瓜果產品，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重要輔助措施。

另外，研究表明大多抑制萌芽的激素物質是脫落酸，它的大量存在使芽處于休眠或抑制狀態，經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，從而起到促發萌芽的作用。同時也可能與生長素在堿環境下不易鈍化有關，從而發揮出生長素的生理效應，起到了促進萌發與生長的作用，其反應機理需要進一步研究。

5.氧化還原電位水在土壤改良上的應用 氧化還原電位水因其具有的強酸強堿特性，而成為土壤改良中的一種最好的調節劑。傳統的酸堿調節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影響到土壤合理的礦質元素結構，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，調至適合作物所需的p H范圍。

果樹的生長發育好壞與土地的土壤酸堿環境密切相關，過酸或過堿都會造成果樹根系吸收礦質營養元素的障礙，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行澆施或灌溉調節，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。

重茬連作會使土壤病害積累滋生，如立枯病、猝倒病等病害嚴重發生；導致土質鹽堿化；營養不平衡，某些礦質微量元素缺乏。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行清園式的殺滅，從而使某些營養元素被釋放，土壤得以改良，滿足作物均衡的營養吸收。

6.氧化還原電位水在種子處理上的應用 氧化還原酸水可用于農業生產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。在生產中大豆、水稻、瓜果、蔬菜等種子在播前可以進行噴灑處理或者浸種處理，用強酸性電解水浸種發芽試驗發現，電解水浸種對絕大多數種子萌發是安全的，強酸性電解水浸種1 2小時對大豆種子萌發具有明顯的促進作用。中國農科院蔬菜花卉研究所、南京農業大學園藝學院的研究結果表明：高濃度電解水會抑制黃瓜種子發芽；低、中濃度電解水對黃瓜種子發芽率無影響。適宜濃度電位水浸種可提高種子胚芽生長速率，促進黃瓜幼苗生長與干物質積累，提高黃瓜幼苗素質。總之，氧化還原電位水處理種子因不同的處理目的，可以選用不同性質的水及不同的處理時間，才可以把氧化還原電位水的種子處理技術發揮至最佳的應用效果。

四、存在的不足

氧化還原電位水目前應用比較廣泛，世界許多國家都開展了相關研究及應用，市場上已有氧化還原電位水生成設備出售，但氧化還原電位水在應用中仍存在不足：①目前氧化還原電位水生成設備價格偏高，農戶普及較困難。②氧化還原電位水的貯藏要求較高，需低溫、避光、密閉、減少有機物接觸等。酸性氧化電位水的穩定性研究試驗中表明，酸性氧化電位水的理化指標和殺菌效果易受光線、空氣、溫度、震蕩等的影響，隨著時間推移，效果遞減，故最好現用現制。③氧化還原電位水的使用方法不完善，針對不同作物、不同環境、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、手段等還需要深入研究，發揮其最佳效果。④氧化還原電位水屬于液體，運輸不方便。

五、結語

農業環境的污染及對人們身體健康的危害已成為當前的一個重要社會問題，探求新型的無公害生物制劑及開辟新的物理農業手段，已是當前可持續農業發展的重要課題。氧化還原電位水是一種減農藥、無農藥栽培的有效手段，可以部分替代農藥防治植株病蟲害，減少農藥污染，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，可以減少在農產品儲運過程中化學藥劑的使用，有利于人類的身體健康，可以帶來巨大的社會效益、環境效益；同時減少農藥的生產、運輸、使用，減少環境破壞所造成的一切損失，獲得最大的經濟效益。因此，應加大氧化還原電位水的研究力度，加強推廣應用，充分利用其特點，服務三農，造福人類。