柴立平

（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

臭氧是一种强氧化物，氧化能力仅次于氟气，高于氯气和二氧化氯[1]，具有消毒、杀菌、快速分解有机质、阻挡紫外线防护大气层等诸多优点。目前，臭氧主要应用在水质处理、化学氧化、食品加工保鲜、医疗卫生、畜禽养殖等领域[2-3]，且各个领域的应用研究与相关的设备研发已初具规模[4-7]。

臭氧杀菌力较强，杀菌速度极快，不产生残余污染，将臭氧溶解于水，利用臭氧水杀菌，可降解农药残留，替代在消毒过程中无法克服环境污染问题的传统化学消毒剂，更显示出其巨大的优越性[8]。近年来，随着对臭氧研究的不断深入，臭氧在蔬菜生产上也得到了越来越广泛的应用。臭氧作为一种高效、广谱、快速的杀菌剂，能破坏分解细菌的细胞壁，快速扩散渗透进细胞内，氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶等[9]，也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏细胞核糖核酸，分解脱氧核糖核酸、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏[10-11]，从而控制温室病害的发生、防治土传病害，还能在一定程度上增加作物的产量。也有报道指出，过量的臭氧能够破坏作物体内的抗氧化系统，加速脂质过氧化反应，破坏膜的防御系统，严重影响植株生长，甚至导致植株死亡[12-13]。

由于日光温室的特殊环境，特别是黄瓜的生产，受到多种病害的危害，严重制约了黄瓜产量和质量的提高。由于物理及生物防控手段的不完善，目前黄瓜生产仍然过分依赖化学药剂，致使病菌的抗药性越来越强，迫使种植者加大用药量，导致农药残留逐渐突出，严重影响了黄瓜的出口和国内市场的销售。随着人们生活水平的提高，对黄瓜的品质的要求也越来越高，为进一步探索黄瓜的绿色生产技术，在河北省饶阳县冠志园区进行了臭氧发生器对黄瓜白粉病抑制作用的研究。

1 材料和方法

1.1 试验材料

品种：参试黄瓜品种为中农26，由中国农业科学院蔬菜花卉研究所提供。

仪器：臭氧发生器（YLO3-10W）和臭氧浓度测定仪（aeroQUAL，Series200）由南京益隆高科技有限公司提供。

1.2 试验方法

试验于2017年在河北冠志农业科技有限公司农业园区进行，设臭氧发生器应用的试验温室和常规管理的对照温室，温室坐北朝南，规格均为东西长70 m，南北宽10 m，总面积700 m2。

1.2.1 臭氧防病效果试验

试验温室中的仪器于黑暗条件下开机运行，植株健康情况下，每3 d使用1次，发病情况下每天使用1次，使用时间为从太阳落山至揭开遮阳被前。当病情严重至失去控制时应及时喷施化学药剂进行防治，对照温室正常生产管理，具体实施方案如表1。除去病害防治外，整枝打杈、水肥、收获等管理均一致。

1.2.2 臭氧发生器应用试验

在臭氧处理温室内，研究了温室内各点臭氧浓度对白粉病和灼烧病发生情况的影响。

在黄瓜发病和烧苗的时期，根据棚内黄瓜发病和烧苗情况，共设定了7个小区，分别为X-1、X0、X1、X2、X3、X4、X5，具体操作为：将臭氧发生器位置作为原点，安装于距东墙20 m处，设为X0，臭氧发生器东侧7 m处为X-1，西侧每隔7 m均为取样点，依次设为X1、X2、X3、X4、X5，取样点两侧3.5 m内同属一个小区，每个小区70 m2。臭氧发生器悬挂高度距地面4 m，臭氧的扩散方向为自东向西。

臭氧发生器参数设置：棚长、棚宽和高，臭氧发生浓度设定为苗期和成熟期（黄瓜植株高度1.5 m以下作为苗期，1.5 m以上作为成熟期）。开机情况同1.2.1。

表1 不同处理温室黄瓜用药情况

1.3 测定项目及方法

1.3.1 减药统计测定

试验采用无公害标准用药，药品多为市面上主流药剂。常规温室与安装有YLO3-10W智能臭氧发生器的温室用药种类、品牌、浓度、药量及操作者均保持一致。设对照温室黄瓜整个生育期使用杀菌剂次数为M1，安装YLO3-10W智能臭氧发生器的温室大棚使用杀菌剂次数设为M2，减药率为M。

1.3.2 臭氧浓度

从臭氧发生器开机开始计时，在每个小区的中心位置运用臭氧浓度测定仪测定发生器顺、逆2个方向的臭氧浓度，从X-1→X5方向依次循环测定，直至臭氧发生器停止工作。整个试验的测定阶段全程保持黑暗（08：00—09：25，且未掀开温室遮阳被）。

1.3.3 黄瓜白粉病

取样位置与臭氧浓度一致，小区内随机取10株统计单株叶片数及白粉病发病情况。

根据温室内白粉病发病情况制定了如下分级标准：

0级：叶面无病斑；

1级：叶面病斑面积占整个叶面面积不足5%；

3级：叶面病斑面积占整个叶面面积6%～10%；

5级：叶面病斑面积占整个叶面面积11%～25%；

7级：叶面病斑面积占整个叶面面积26%～50%；

9级：叶面病斑面积占整个叶面面积50%以上。

1.3.4 叶片灼烧情况

取样位置与臭氧浓度一致，小区内随机取10株统计单株叶片数及叶片灼伤情况。

参考病叶分级标准，先对臭氧发生器造成的叶面灼烧进行分级如下。

0级：叶面无烧叶；

1级：叶面烧叶面积占整个叶面面积不足10%；

3级：叶面烧叶面积占整个叶面面积11%～50%；

5级：叶面烧叶面积占整个叶面面积50%以上。

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Office Excel 2007软件进行整理和分析，图片采用Origin 8进行绘制。

2 结果与分析

2.1 臭氧防治病害效果

由表1和表2可知，秋冬季温室黄瓜病害以白粉病、霜霉病、细菌性角斑病等为主。对照温室从9月15日定植到11月13日共喷施杀菌剂9次；而应用臭氧发生器的试验温室仅喷施了2次杀菌剂，从使用次数上来看共减少了约77.8%的杀菌剂。更进一步分析可以得出，对照温室进行了2次广谱性预防，7次药物防治，其中，针对白粉病防治次数高达5次；而使用臭氧发生器的试验温室仅治疗了2次霜霉病，没有针对白粉病使用杀菌剂。

表2 不同处理温室用药情况分析

2.2 臭氧发生器在黄瓜温室的应用效果

2.2.1 温室内不同位置黄瓜白粉病发病情况

病情指数是反应病害的一个重要指标，由表3可知，X5位置的黄瓜植株病情指数最大，为47，且与X-1、X0、X1、X2位置相比差异达到了极显著水平；X0位置的病情指数最小，为17，X1、X2与之相近，差异未达极显著水平；X0、X1、X2与其他位置相比，病情指数差异均达到了极显著水平。观察不同位置的黄瓜白粉病发病级数下的叶片数，可以发现：整体上来看，距离臭氧发生器较远的X3、X4、X5小区，5、7、9级的发病叶片数多于距离臭氧发生器较近的X0、X1、X2，且X3、X4、X5的1级和3级的叶片数略少于X0、X1、X2，0级的发病叶片数较为接近；另外，距离臭氧发生器较远位置的X3、X4、X5的病情指数明显大于较近位置的X0、X1、X2。在生物学上，病情指数越大，反应植株病害越严重；因此，距离臭氧发生器较近位置的植株病害较轻，而距离较远的植株病害较重。

2.2.2 温室内不同位置黄瓜叶片灼烧情况

大量研究表明，高浓度的臭氧在灭菌时，会对植株的气孔、膜系统、酶活性、蛋白质和光合作用产生影响，造成植株叶片萎蔫，称之为“叶片灼烧”。参考病情调查方法，制定了植株叶片灼烧情况调查方案，灼烧指数越大，植株叶片被灼烧越严重。由表4可以得出：距离为X1位置的灼烧指数最大，且与X2之间不存在极显著性差异；而距离较远的X5灼烧指数为0，即没有烧叶情况发生；X-1的位置，灼烧指数较小，为8，烧苗情况较轻；灼烧指数较大的X0、X1、X23个位置的3、5级叶片数占总叶片数比例较其他位置较大，0、1级的灼烧叶片数较其他位置较少。综合来看，距离臭氧发生器越近的位置，叶片灼烧越严重，发生器后方（X-1小区）例外；距离发生器越远的地方，叶片受害越小。

表3 不同区域内黄瓜植株白粉病的发病情况

表4 不同区域内黄瓜植株叶片灼伤情况

2.2.3 温室内不同位置臭氧浓度分布情况

该臭氧发生器采用的是“气流组织法”，使得臭氧随着气流散布在温室的各个角落而达到杀菌效果。所谓气流组织，就是强制性地让气流沿温室的纵向上下形成一个气流环，高浓度臭氧在温室的上方，该气流运行几十米后向下折返，此时的浓度已降到植物可接受的安全浓度，并且随着时间的推移，使棚内的臭氧浓度逐渐达到均匀一致，并且有效杀菌浓度在0.20 mg/m3以上。

由表5可以看出，X2位置在开机时的T1至T4时间段臭氧浓度都是最高的；在刚开始开机的T1时间段内，只有X1、X2达到了有效浓度；随着开机时间的推移，在T4时间段内，所有位置（除X0）臭氧浓度达到最大，T5时间的浓度开始有所下降，说明T4时间段臭氧浓度相对稳定，温室臭氧分布情况最为均匀；在棚内臭氧浓度稳定的T4时间段内，有X0、X1、X2、X34个位置浓度达到了有效浓度，但是发生器背后的X-1和距离较远的X4、X5位置浓度只在有效浓度的一半左右。总体来说棚内的浓度不能保证均匀一致，发生器背后、距离较远的位置浓度偏低，X1、X2位置浓度偏高，X3位置浓度相对较适宜。

2.2.4 病情指数、灼烧指数和臭氧浓度三者之间的关系

由图1可以看出，臭氧浓度的变化与灼烧指数表现出相似的规律，均呈现出先增加后减小的规律。臭氧浓度的变化与病情指数表现出相反的规律，臭氧浓度表现为先升后降的抛物线形状，而病情指数表现为先降后升的规律。在X2位置时，臭氧浓度有最大值0.38 mg/m3，灼烧指数也存在较大值57，而病情指数存在较小值20。当臭氧浓度低于0.10 mg/m3时，灼烧指数为0，而病情指数达到最大值47，即没有叶片因为臭氧而造成伤害，但植株发病最严重。系统来看，在X0、X1、X23个位置上臭氧浓度和灼烧指数都相对较大，而病情指数都相对较小。

表5 不同时间段内各个小区的臭氧浓度 mg/m3

图1 病情指数、灼烧指数和臭氧浓度三者之间的关系

3 结论与讨论

臭氧作为一种安全、绿色、低廉的强氧化剂，早于20世纪在水果、蔬菜的贮藏和保鲜行业已经得到了广泛的应用。研究表明，适宜浓度的臭氧处理草莓，能够减少草莓香味和VC含量散失，显著增长了草莓的保鲜期[14]；而在农业生产上，也早就有关于臭氧土壤消毒、空气杀菌的研究，比如臭氧可作为土壤消毒剂[15-16]，代替甲基溴化物，控制病虫害的发生；温室番茄种植中，还可以有效防控灰霉病和叶霉病，且效果优于速克灵烟剂、百菌清烟剂、灭克粉尘剂[4]。试验表明，当臭氧浓度大于0.20 mg/m3时，能够有效控制病菌的发生，而且适宜浓度的臭氧能够有效控制白粉病的发生，大幅减少化学药剂的使用。

由于臭氧杀菌是利用臭氧的强氧化性来灭杀细菌、真菌和病毒，不具有选择性的杀菌能力，高浓度的臭氧在杀菌的同时也会破坏植株叶片组织，影响植株光合作用和坐果率[17-19]，这也是与普通杀菌剂直接的区别；因此，选择适宜浓度的臭氧进行杀菌尤为重要。试验表明，当臭氧浓度小于0.20 mg/m3时，植株发病程度大于臭氧浓度大于0.20 mg/m3位置的植株；而当臭氧浓度长时间维持在0.24 mg/m3时，又会对黄瓜叶片造成伤害；当臭氧浓度范围控制在0.20～0.24 mg/m3时，既能有效地控制黄瓜病害的发生，大幅减少化学药剂的投入，同时对植株的伤害也相对最小，这与前人[20-21]试验结果有些差异，可能是由于臭氧的使用方法存在差异。

试验中，黄瓜发病和灼伤现象同时存在，主要是由于温室东西方向臭氧浓度分布不均导致的。在发生器前方30 m范围内超过了有效杀菌浓度，控制白粉病的同时造成了一定的灼烧；在发生器背后及前方30 m外只能达到有效杀菌浓度的一半却不能很好控制白粉病发生；因此，如何进一步均匀分配臭氧在温室内的浓度是臭氧发生器下一步需要改进的重要方面，管道气体输送、滴灌臭氧水扩散等方式值得探讨研究，使臭氧达到更适宜的浓度以满足生产实践的应用。

相比对照温室，使用臭氧发生器的温室能大幅度减少杀菌剂的使用，但从使用次数上对比，使用臭氧发生器的温室减药率高达77.8%，且进一步对比可以发现，使用臭氧发生器的温室仅喷施了2次治疗霜霉病的菌剂，没有喷施治疗白粉病的杀菌剂，大大减少了杀菌剂的种类和用量；因此，臭氧发生器有着一定的应用前景，需要更进一步探索。