氧化还原电位水在农业中的应用概述

□林熊唐建宋锐李馨

氧化还原电位水又称电解水、离子水、功能水。它是在特殊装置中将电解质稀溶液经过一定的电场处理，促使水的p H值、氧化还原电位（OR P）值、有效氯浓度等指标发生改变而产生的具有特殊功能的酸性电位水和碱性电位水的总称。

化学农业的革命为农业发展带来了巨大变化，对农作物产量的提高、品质的改善作出了极大贡献，大大推动了农业发展步伐。但在产量提高的同时，也带来了严重污染，包括生活环境污染，作物农药残留、自然生态破坏、生命健康伤害等。尤其是农药的滥用，直接造成人体危害，如食物中毒及癌症发生率倍增等。氧化还原电位水替代部分农药防治病害，将成为农业无公害生产的主要手段。

目前，在农业领域，日本已将酸性电位水应用于杀菌为目的的减农药、无农药栽培及种子的消毒、清洗等领域；将碱性电位水应用于植物的无土栽培、酸性土壤改良、植物营养调控等领域。美国在食品有害微生物的酸性水消毒方面也做了深入研究。我国对氧化还原电位水的研究也做了大量工作，中国农业大学在氧化还原电位水的消毒杀菌作用及其在医疗卫生领域、农业生产领域的应用方面做了研究。本文主要介绍氧化还原电位水研究成果及应用情况，探讨其在农业领域的无公害化应用前景。

一、氧化还原电位水的形成机理及特点

氧化还原电位水在农业生产上的运用主要是利用它在电极作用下形成酸碱性电位水不同于常规自然水的特异效应。为了让水电解后能对水中的氢离子、氢氧根离子以及氯离子、钠钾离子进行区隔分流，形成具有强酸碱性的功能水，采用阴阳离子交换膜，在电解的同时进行离子交换，让电极的阴极富集阳离子，而进一步反应形成碱性电位水；让其阳极富集阴离子氯而形成酸性电位水。反应机理是在稀电解质溶液中，插入两个电极，外加一定的直流电压，一般为5～1 0 V，经过一定的时间电解后，电解槽内发生了一系列电极反应：

阳极：2 H2O→O2↑+4 H++4 e-2 C l-→Cl2↑+2 e-

阴极：2 H2O＋C l2+2 e-→H2↑+C l-+H C l O＋OH-

在阳极和阴极分别产生具有特殊功能的电位水，理化性质为：强酸性电位水的p H值通常在2～3.5之间，氧化还原电位（OR P值）一般达1 0 0 0～1 2 0 0 m V，溶解氧含量在1 0～5 0 μL/L，有效氯浓度为 2 0～2 0 0 μL/L；碱性电位水 p H值通常为1 0～1 2，OR P值为－8 5 0 m V～－1 0 0 0 m V。

二、氧化还原电位水的生理生化效应

经过电场形成的氧化还原电位水，发生了电解并形成一些活性强极易产生氧化还原的物质，在与光、空气及有机物接触后，OR P值下降，很快恢复成普通的水，不会对环境造成任何化学危害。

氧化还原电位水的强酸性电位水p H值较低，在2.3～2.7之间，一般菌类的适合p H值在3～4以上，强酸性电位水进入细胞以后可改变细菌细胞膜的通透性，是细菌细胞肿胀、破裂、细胞内容物渗出以及使其超微结构改变，从而对病菌的滋生起到了极大的抑制与杀灭作用。

电位水在发生氧化还原过程中会向外界提供电子与获取电子，通过电子的传递而形成了它特有的生物效应，如氧化过程，会强制性地从菌类的细胞表面夺取电子，从而使胞膜穿孔，生物膜破坏与致死。

氧化还原电位水的主要特点是：①杀菌范围广。强酸性电位水对细菌、真菌、病毒等均有高效瞬时的杀菌功效，适用范围广。一般作用1～2分钟即可杀灭细菌繁殖体，2 0～4 0分钟内可杀灭细菌芽孢。②无污染。氧化电位水与化学消毒、杀菌药剂作用后不同，发生反应后还原成普通水，无任何污染。③安全。对人畜皮肤无刺激，无毒副作用，安全。④成本低。氧化电位水制取方便快捷，可减少农业投入成本。

三、氧化还原电位水在农业生产上的实际应用

电位水应用范围广，医疗卫生、食品加工、军事设备等领域已有应用。农业上也开展了部分研究应用，包括作物生长、病虫害防治、果蔬贮藏保鲜、土壤改良等方面。

1.氧化还原电位水在防病上的应用氧化还原电位水的防病杀菌具有广谱性，可以大面积地运用于农业生产中的病虫害防治。如种苗的立枯病、猝倒病，水稻的细菌性条斑病等细菌性病害；葡萄的霜霉病、白粉病、锈病、黑斑病等真菌性病害；甚至一些蔬菜类的病毒病都可以得到有效的防治，对于绿色无公害蔬菜产业的发展能起到促进作用。中国农业大学研究发现，黄瓜的整个生长期都处于高温高湿条件下，病害发生严重，如白粉病、霜霉病、炭疽病、角斑病等，用氧化还原电位水处理黄瓜病株，1个月后，白粉病防治效果均达到7 0％以上，较对照组高出4 0％，说明氧化还原电位水中的活性成分对白粉病菌有杀灭作用。试验还发现，氧化还原电位水对葡萄炭疽病的防治效果与常用农药百菌清施用效果相当，并认为利用氧化电位水防治作物病害应以预防为主，防治的目标应以表面寄生性病害为主。在北京小汤山国家精准农业实验基地进行氧化还原电位水对小麦条锈病的防治试验，结果表明：氧化还原电位水1周两次喷施对小麦条锈病具有非常好的防治效果。

2.氧化还原电位水在农产品贮藏保鲜上的应用 农产品的加工贮藏是农业生产中重要的产后环节，它是农产品附加值提升的重要手段与方法，如果处理不当，农产品表面附着的微生物会加速生长繁殖，使农产品鲜度下降、品质变劣。在农产品的加工中，通常的第一步工序就是进行产品的清洗与消毒，而常规的清洗与消毒大多采用洗涤剂或化学药剂，农产品的化学残留或环境污染就不可避免，食品的污染危害时有发生。在农产品清洗过程中，可以用清水洗去泥杂物，再用氧化还原电位水进行喷淋式或浸入式清洗，附于表面的大肠杆菌、球菌类等，一般在几秒钟的时间内就全部杀死，这对于生鲜蔬菜的净菜包装及保鲜来说，是一种最为安全与简易的方法。2 0 0 2年在日本，强酸性电解水和微酸性电解水以次氯酸水的名字被指定为食品添加剂（杀菌剂），弱酸性电解水作为一种食品添加剂获得了日本食品安全委员会的审议通过。氧化还原电位水技术已是当前果品保鲜中的一项实用且低成本的辅助技术。

草莓易腐烂，浆果汁液多，表面微生物活跃，通过氧化还原电位水处理后显著减少果实表面的霉菌数量，提高耐贮性。同时，草莓中羧甲基纤维素酶和多聚半乳糖醛酸酶的酶活性被显著抑制，从而延缓草莓的软化进程，抑制果实呼吸，减少营养成分消耗，进而延缓衰老。用强酸性水对果蔬等进行洗净处理，不仅有很好的洗涤、杀菌消毒作用，而且可延长保鲜期。

利用氧化电位水对西红柿的保鲜试验结果表明，氧化还原电位水能抑制果实多聚半乳糖醛酸酶的活性，控制果实软化速度，室温贮藏1 2天后，果实硬度明显比对照高，失重率比对照低。在生菜叶片、豆芽、番茄、成品豆腐、大葱和番茄等的酸性电解水杀菌效果研究中发现，强酸性电解水也具有较好的杀菌效果。相关研究表明，微酸性电解水能有效抑制或杀灭鲜切果蔬表面的病原性微生物，且抑制效果高于强酸性电解水。葡萄果皮薄，果浆丰富，贮藏过程中易发生腐烂，从而降低了葡萄的品质和商品性，用氧化还原电位水处理葡萄后，霉菌总数和细菌总数均下降了约2个对数值。

3.氧化还原电位水在养殖业上的应用 现代化的养殖场中存在着大量的有害微生物，是畜禽致病的病原，因此环境的杀菌消毒十分重要。国内大多采用化学杀菌保洁的方法，会造成空气污染，刺激禽畜的呼吸道，从而间接地产生化学残留而影响产品质量。对于生产绿色禽畜产品或者保持无病源无污染的养殖环境来说，采用氧化还原电位水法是一种最为实用、最易操作的安全方法。在养殖场用酸性电解水进行清洗消毒，可大幅度提高牲畜的自身免疫和抗病毒能力，促进牲畜的生长发育，同时还可用于牲畜的饮用水、排泄物的处理及猪肉的消毒保鲜等。现代养殖业对于无菌环境的工厂化养殖越来越重视，这种采用喷氧化还原电位水杀菌的方法，不管是从操作的方便性来讲，还是杀菌的效果及广谱性来说，都是养殖业消毒杀菌的最佳选择。

4.氧化还原电位水对促进植物生长的应用 大量试验证明，利用氧化还原电位水进行芽苗菜的栽培，除了具有良好的杀菌效果外，还可以大大提高萌芽率，加快芽苗菜的生长速度。在番茄上的应用试验表明，给植物交替性地喷施酸水与碱水不仅能生产出令人满意的无公害绿色瓜果产品，还可以提高番茄坐果率及果重，可作为水果番茄栽培的一项重要辅助措施。

另外，研究表明大多抑制萌芽的激素物质是脱落酸，它的大量存在使芽处于休眠或抑制状态，经喷洒氧化还原电位碱性水后可以使脱落酸得以中和，缓解其生理作用，从而起到促发萌芽的作用。同时也可能与生长素在碱环境下不易钝化有关，从而发挥出生长素的生理效应，起到了促进萌发与生长的作用，其反应机理需要进一步研究。

5.氧化还原电位水在土壤改良上的应用 氧化还原电位水因其具有的强酸强碱特性，而成为土壤改良中的一种最好的调节剂。传统的酸碱调节大多是采用施入硫磺或生石灰的方法，因硫及钙残留作用又会影响到土壤合理的矿质元素结构，从而影响某些元素的吸收与固定。有了氧化还原电位水后，如果土壤碱性过重，只需直接施酸性电位水即可，如遇土壤酸性过重则施碱水，调至适合作物所需的p H范围。

果树的生长发育好坏与土地的土壤酸碱环境密切相关，过酸或过碱都会造成果树根系吸收矿质营养元素的障碍，如碱地易缺铁，酸地易缺钾、磷、锌、镁等。氧化还原电位水可灵活地进行浇施或灌溉调节，酸水的施用还可杀灭部分土传病菌，大大降低果园的病菌基数。

重茬连作会使土壤病害积累滋生，如立枯病、猝倒病等病害严重发生；导致土质盐碱化；营养不平衡，某些矿质微量元素缺乏。采用土壤浇施酸性电位水，可以使土壤中的有害菌得以杀灭，立枯病与猝倒病得到有效控制。土壤中越冬或越夏的病菌可以进行清园式的杀灭，从而使某些营养元素被释放，土壤得以改良，满足作物均衡的营养吸收。

6.氧化还原电位水在种子处理上的应用 氧化还原酸水可用于农业生产中播种前的种子处理：用酸性电位水处理种子，可杀死种皮外的病菌，提高并改善种皮的渗透性，有利于种子的膨胀吸水。在生产中大豆、水稻、瓜果、蔬菜等种子在播前可以进行喷洒处理或者浸种处理，用强酸性电解水浸种发芽试验发现，电解水浸种对绝大多数种子萌发是安全的，强酸性电解水浸种1 2小时对大豆种子萌发具有明显的促进作用。中国农科院蔬菜花卉研究所、南京农业大学园艺学院的研究结果表明：高浓度电解水会抑制黄瓜种子发芽；低、中浓度电解水对黄瓜种子发芽率无影响。适宜浓度电位水浸种可提高种子胚芽生长速率，促进黄瓜幼苗生长与干物质积累，提高黄瓜幼苗素质。总之，氧化还原电位水处理种子因不同的处理目的，可以选用不同性质的水及不同的处理时间，才可以把氧化还原电位水的种子处理技术发挥至最佳的应用效果。

四、存在的不足

氧化还原电位水目前应用比较广泛，世界许多国家都开展了相关研究及应用，市场上已有氧化还原电位水生成设备出售，但氧化还原电位水在应用中仍存在不足：①目前氧化还原电位水生成设备价格偏高，农户普及较困难。②氧化还原电位水的贮藏要求较高，需低温、避光、密闭、减少有机物接触等。酸性氧化电位水的稳定性研究试验中表明，酸性氧化电位水的理化指标和杀菌效果易受光线、空气、温度、震荡等的影响，随着时间推移，效果递减，故最好现用现制。③氧化还原电位水的使用方法不完善，针对不同作物、不同环境、不同症状等使用方法及浓度等不一样，把握住最佳的使用浓度、次数、手段等还需要深入研究，发挥其最佳效果。④氧化还原电位水属于液体，运输不方便。

五、结语

农业环境的污染及对人们身体健康的危害已成为当前的一个重要社会问题，探求新型的无公害生物制剂及开辟新的物理农业手段，已是当前可持续农业发展的重要课题。氧化还原电位水是一种减农药、无农药栽培的有效手段，可以部分替代农药防治植株病虫害，减少农药污染，是植物病虫害防治的又一途径。氧化还原电位水也是有效的防腐保鲜剂，可以减少在农产品储运过程中化学药剂的使用，有利于人类的身体健康，可以带来巨大的社会效益、环境效益；同时减少农药的生产、运输、使用，减少环境破坏所造成的一切损失，获得最大的经济效益。因此，应加大氧化还原电位水的研究力度，加强推广应用，充分利用其特点，服务三农，造福人类。