臭氧植保技術在農業生產中的應用

近年來，隨著綠色防控技術的發展，以臭氧為代表的新型植保技術與裝備在農業植保領域的得到廣泛應用與關注。本文對目前的臭氧植保技術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、放射化學法和介質阻擋放電法［2］。農業上常采用制造臭氧的方法是介質阻擋放電法，在高頻高壓的電場中通入氧氣，3個氧原子之間在經過撞擊產生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。臭氧水的穩定性受水中雜質影響，水中含有金屬時，臭氧會很快分解為氧氣。

與化學農藥不同，臭氧在多次使用后，并不會使害蟲產生耐藥性。植保機械噴施農藥特別是植保無人機，農藥往往會因為外部風場等因素發生漂移，對其他作物產生藥害。而使用臭氧水進行噴施作業時，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

臭氧水制備技術包括臭氧氣體制備和氣液混合。使用臭氧發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生大量的氮氧化物，影響臭氧制備效率并會對人體產生危害。

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的渦輪會產生負壓，將臭氧吸入混合泵腔，泵腔內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、臭氧植保技術與裝備的應用

（一）固定式臭氧植保技術與裝備

固定式臭氧植保裝備主要應用在溫室大棚中，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。王志彬等設計了一款設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，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。郭正紅等使用設施蔬菜的臭氧水設備噴灑臭氧水，探究臭氧水對青菜和生菜的病蟲害防治情況，結果發現6mg/L的臭氧水對預防青菜蟲害的發生效果顯著。

（二）背負式臭氧植保技術與裝備

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，其內部裝備了氣泵、臭氧發生器、氣液混溶器和水泵等。由于使用空氣源制備臭氧，會導致制取的臭氧濃度不夠且噴施效率低。且人工背負會導致使用者暴露在臭氧環境下，臭氧濃度過高會對人體有傷害。

（三）移動式臭氧植保技術與裝備

臭氧水植保在溫室大棚中已經得到廣泛應用，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，作業效率更高。

臭氧水植保無人車將臭氧水系統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，并針對葡萄霜霉病開展了植保防效試驗。結果表明，使用20ppm的臭氧水連續噴施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與無人機平臺相集成，進行了載荷布局設計，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、臭氧植保的發展前景

現代化農業生產中，人們對農藥的使用較為依賴，為此國家農業部在2015年發布了《到2020年農藥使用量零增長行動方案》，目的是控制并減少農藥量的使用。而臭氧植保技術作為一種無污染的綠色防控技術，其可以替代部分農藥進行病蟲害的防治。臭氧植保技術還需要不斷探索，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］.浙江農業科學，2018，59（06）：980-982.

［2］依成武，吳春篤，許霞，等.臭氧合成及其應用的研究進展［J］.現代化工，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計與創新［J］.科學技術創新，2020（19）：189-190.

（作者單位：山東理工大學農業工程與食品科學學院）