臭氧在植物保護實踐中的應用與展望

摘要：

臭氧是一種高效、環保的廣譜殺菌劑，溶解在水中形成臭氧水殺菌消毒效果更強，能降解農藥殘留，常溫下還原為氧氣，不會對環境造成二次污染。本文對臭氧的性質、臭氧和臭氧水在植物保護實踐中應用、臭氧對植物生理影響機制等方面的進展進行了概述，分析了臭氧在農業及植物保護實踐中存在的問題，展望了臭氧在植物保護實踐中未來應用前景及研究方向。

關鍵詞：

臭氧；植物保護；病蟲害防治

中圖分類號：S4"文獻識別碼：A"文獻編號：10056114（2024）0201803

在農業發展過程中，植物病蟲害一直是不可避免的問題。為了防治各種病蟲害的危害，現有防治方法中還是以化學防治為主。但不合理的化學防治會產生農藥殘留超標、環境污染、病蟲害產生抗藥性等危害。臭氧作為一種高效、環保的廣譜殺菌劑，既可防治病蟲害，還可用于消毒、保鮮，目前已經在多個領域得到廣泛應用，如糧食儲藏、化工、食品、制藥等［1］。近年來，國內外研究者根據臭氧特性，研究了其在植保方面的功效，取得了一些成效。本文從多個角度綜述了臭氧水在植物保護實踐中的應用概況，旨在為其進一步研究和利用提供參考。

1"臭氧性質

1.1"物理性質

常溫常壓下，較低濃度的臭氧是無色氣體，當濃度達到15%時呈淡藍色。臭氧可溶于水，常溫常壓下在水中的溶解度較氧氣約高13倍，較空氣約高25倍；在一個標準大氣壓下，0℃時的臭氧密度為2.14 g/mL，沸點為-111℃，熔點為-192℃ ［1］。

1.2"化學性質

臭氧具有強氧化性，是氧的同素異形體。臭氧水不穩定，通常情況下，20°C時半衰期為20～30 min［2］。臭氧可以將一些污染物分解，產生無害物質如CO2；可用作強氧化劑、漂白劑、皮毛脫臭劑、空氣凈化劑、消毒殺菌劑、飲用水的消毒脫臭；在化工生產中可用臭氧代替許多催化氧化或高溫氧化，簡化生產工藝并提高生產率［1］。

2"臭氧在植保中的應用

2.1"防治病蟲害

2.1.1"作用機理

臭氧極其不穩定，無色略帶臭味，分解過程中釋放出氧氣與自由基態氧，在正常環境下，臭氧分子分解出的自由基態氧即單氧原子具有強氧化性。臭氧消毒過程是一種生物化學氧化反應，能夠穿過細胞壁和細胞膜，直接作用于細胞內的有機物，使其氧化分解，還能夠氧化細胞內的生理代謝相關酶，阻礙三羧酸循環等，最終引起細菌、真菌、害蟲等滅活死亡；臭氧還可氧化細胞組織蛋白、破壞脂多糖或者損傷細胞膜結構，導致細胞溶解，或者直接破壞細胞內的遺傳物質，改變基因等，從而導致生物體難以正常存活［3］。綜上，臭氧殺菌機理是穿透細胞直接與DNA、RNA作用，使之溶解并死亡。

2.1.2"蔬菜病蟲害防治

目前，臭氧水對蔬菜病蟲害防治的研究較多。蔬菜種植環保型臭氧混合植保裝置效率研究表明，臭氧可防治葉菜類蔬菜的蚜蟲、菜青蟲、白粉虱等蟲害和葉斑病、立枯病、白銹病等病害，茄果類蔬菜棉鈴蟲、跗線螨、煙青蟲等蟲害和病毒病、斑點病、褐斑病、青枯病等病害以及瓜果類蔬菜的紅蜘蛛、蚜蟲等蟲害，早疫病、角斑病等病害［4］；結合農藥防治，每隔3 d噴灑1次臭氧水，對番茄葉霉病、早疫病、灰霉病、粉虱的防效均超過80%［5］；在黃瓜生長過程中，間隔3 d共噴施2次臭氧水，6 mg/L電解臭氧水處理黃瓜白粉病的防效最高（74.69%），9 mg/L電解臭氧水處理黃瓜煙粉虱的防效最好（46.98%），且不同濃度產生的效應不同［6］。因此，在利用臭氧水防控病蟲害時，需根據作物種類不同，選用適宜的濃度。

2.1.3"果樹病蟲害防治

臭氧水對果樹病蟲害的防治也早有研究。有試驗表明，刮除蘋果樹腐爛病斑后，使用臭氧油涂抹120 d，治愈率達到96.8%，傷口愈合程度最好，傷口平均愈合寬度可達到14.5 mm，明顯優于化學藥劑組合的處理效果［7］；濃度為2 mg/L的臭氧水連續施用2次，對葡萄園清潔效果最佳；在葡萄生長過程中，用4 mg/L的臭氧水噴施對病蟲害的防治效果較好，且2種濃度對葡萄均不會造成傷害，可以用低濃度的臭氧水進行葡萄病蟲害防治和清潔果園［8］。

2.1.4"殺滅土傳病害病原菌

研究表明，各質量濃度（1.0～5.0 mg/L）的臭氧水對灰霉菌、尖孢鐮刀菌、立枯絲核菌的殺滅作用不同，殺滅率隨臭氧水質量濃度增加而增大，5.0 mg/L時殺滅率達到100%［9］。

2.2"降解農藥殘留

臭氧在降解果蔬農藥殘留方面也有報道。有研究發現，將馬水桔用質量濃度為5 mg/L的臭氧水中浸泡6 min，有機磷農藥的降解效果最好［10］；臭氧氣氛熏蒸法和臭氧水浸泡法均可去除果蔬表面的農藥殘留；但在應用中需要控制臭氧濃度在安全范圍內，尋找合適作用的條件，以達到對大多數常見農藥都有良好降解作用的目的［11］。

2.3"植保機械應用

臭氧殺菌在水處理、化學氧化、醫療保健、食品工業等方面都十分有效，但在農業和植保領域，精確掌握和控制臭氧總量和濃度是一個關鍵的技術問題。從植保機械技術進步角度分析，發展方向是提高農藥使用效率［12］，用臭氧技術改造植保機械，是一種實現突破的科學技術路線。

基于臭氧技術的各類臭氧植保機械研發已成為當下熱點，目前主要研究類別有背負式臭氧植保機械、固定式臭氧植保機械、自走式臭氧植保機械和臭氧植保飛機等；上述臭氧植保機械在解決了目前面臨的一系列問題后，必將有助力于現代高效農業的發展［13］。

3"臭氧對植物的影響

3.1"作用機制

臭氧濃度過高會對植物造成多方面的不利影響，直接影響植物的生理生化過程，進而可能導致植物對其他生物或非生物脅迫應激反應降低［14］。臭氧濃度升高處理可加速小麥灌漿期葉片衰老，引起小麥葉片葉綠體編碼基因 psaA、psbA 和 rbcL 基因表達下調，導致葉綠素含量下降，光合作用降低，進而造成作物減產［15］。

3.2"生理特性

運用臭氧水對果蔬花卉等植物消毒殺菌時，不同處理濃度也會對植物生理特征產生影響。研究臭氧水不同處理濃度對植物生理特性的影響，有利于把握適宜濃度臭氧水在殺菌的同時，保障植物正常的生理特性，以免對植物造成傷害，維持生態效益。

有研究表明，臭氧水澆灌可顯著增加菠菜幼苗的鮮質量，比對照增加了80.07%，明顯促進菠菜幼苗生長，顯著提高了菠菜的產量和品質［16］；試驗發現，與對照相比，澆灌臭氧水可增加小白菜可溶性糖、蛋白質和葉綠素含量，POD活性顯著提高，株高、葉面積和產量也增加，1.0 mg/L臭氧水澆灌對小白菜生長有促進作用［17］；臭氧水澆灌可顯著增加土壤中大元素N、P及微量元素Zn的含量，顯著增加草莓幼苗根系活動和葉片抗氧化酶活性，提高草莓幼苗的抗逆性，對土壤pH及草莓幼苗葉片葉綠素含量影響較?。?8］；通過選擇城市常見的景觀植物，研究不同植物臭氧傷害癥狀及其生理響應機制的差異表明，臭氧暴露后，供試植物葉片均出現了不同程度的臭氧傷害，不同植物對臭氧傷害的激素響應是不一致的［19］。

綜上，不同種類植物對臭氧的響應不同，同一植物不同濃度臭氧水處理后的生理響應也不同。因此，在使用或研究時要注意臭氧濃度及植物的耐受極限，保證生物安全。

4"臭氧應用存在的問題

4.1"濃度不易控制

標準狀況下臭氧在水中的溶解度可達到1～10 mg/L，但因其容易揮發，且在不同濕度、不同溫度、不同酸堿度下的揮發程度和半衰期不同；作用于植物時，又會因為植物種類不同、生長期不同甚至植株部位不同而影響不同，還要考慮濃度太高會危害植物，太小又達不到殺菌效果，增加了臭氧的使用難度。

4.2"使用環境復雜

臭氧常溫常壓下極易分解，儲存困難。若是從制備到使用的間隔太長，臭氧水濃度很容易降低，達不到預期實驗效果。

4.3"植保機械投入高

植保機械成本高、投入高，絕大部分農民難以用農業收入來支撐使用成本，因此機械推廣在目前經濟條件下存在困難。

4.4"存在安全隱患

正常使用臭氧水，濃度較低或者吸入量少，不會對人體產生傷害；若是臭氧濃度過高或是吸入過多，則會對肺部造成傷害；另外，在利用臭氧或臭氧水殺菌消毒時，臭氧氣體不穩定，會與氮、碳元素結合，形成一氧化氮、一氧化碳等污染物，可能造成空氣污染，因此對人身和環境均存在一定的安全隱患。

5"未來展望

在使用臭氧和臭氧水應用于農業領域時，首先要充分了解植物對臭氧的響應機制，根據不同植物的生理生化特性選擇合適的臭氧濃度，仍是未來值得研究的方向。最近一項關于全球性臭氧污染導致作物減產的風險評估數據顯示，2010～2012年我國每年因臭氧污染造成的水稻、小麥減產幅度分別為8.1%和9.8%［20］。據估計，因臭氧濃度升高，2030年全球小麥產量與2000年相比將下降4%～17%［21］。因此，必須弄清臭氧對不同植物的危害程度及對植物生理的影響機制，才能找到解決臭氧危害的應對措施。

臭氧水具有廣譜、強消殺作用，為我國發展生態農業提供了一種方案［22］。臭氧水在使用時可以加入一些化學物質控制其降解時間，制造濃度可控、時間可調節的臭氧水發生裝置，都是目前植保領域亟待探索的方向。另外，臭氧和臭氧水還可運用到果蔬保鮮貯藏、病蟲害防治等領域中，但具體的使用濃度和方法都還需進一步的研究。

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