空气净化杀菌器对设施环境及黄瓜生长的影响

刘星辰 孙秀东 刘世琦张现征 任煜倩 秦 瑜

（山东农业大学园艺科学与工程学院，作物生物学国家重点实验室，农业部黄淮地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，山东泰安 271018）

空气净化杀菌器对设施环境及黄瓜生长的影响

刘星辰 孙秀东 刘世琦*张现征 任煜倩 秦 瑜

（山东农业大学园艺科学与工程学院，作物生物学国家重点实验室，农业部黄淮地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，山东泰安 271018）

在日光温室栽培条件下，以黄瓜品种津绿30号为试材，研究使用空气净化杀菌器对设施环境中病菌群落、有害气体及黄瓜生长的影响。结果表明：空气净化杀菌器对设施环境中的有害气体和病原菌有显著的清除杀灭效果；与不使用空气净化杀菌器的对照相比，使用空气净化杀菌器能提高黄瓜光合作用，降低气传病害的病情指数，有效阻止霜霉病、白粉病、炭疽病、枯萎病、黑星病和蔓枯病等黄瓜常见病害的传播，显著降低黄瓜体内过氧化物酶SOD、POD、CAT的活性和MDA含量，显著提高单瓜质量和产量；此外，空气净化杀菌器还能降低劳动作业强度，提高设施环境的机械化和自动化水平。

空气净化杀菌器；日光温室；黄瓜；生长；病情指数；抗氧化酶活性；产量

我国以日光温室为主体的设施蔬菜生产发展速度很快，如今已成为世界上设施栽培面积最大的国家（袁洪波，2015）。由于日光温室经常密闭，通风不畅，高温高湿的环境很容易滋生病原菌，积累有毒气体如氨气、二氧化氮、二氧化硫、乙烯等，这些有毒气体和病菌极易对设施内作物造成严重危害（李艳菊 等，2011）。设施黄瓜在生长中容易遭受多种病害的危害，不仅影响了黄瓜生长发育性状，而且降低了黄瓜的产量及品质。设施黄瓜种植过程中，大多使用农药防治病害，农药用量难以把握，容易产生农药残留和病菌抗药性等问题（聂爱湘和李红，2000；朱宗源 等，2000；王文桥，2016）。通过使用空气净化杀菌器进行空气净化杀菌可以清洁无污染地解决以上问题，降低蔬菜气传病害的发病率，改善设施黄瓜生长性状，提高黄瓜产量。

空气消毒方式主要分为两种：静态消毒和动态消毒。其中静态消毒使用的消毒产品或消毒系统对人体存在直接或间接的伤害，操作人员需要配备防护措施（如化学熏蒸等）；动态消毒使用的消毒产品或消毒系统不会对人体产生危害，对室内空气消毒时人员无需离开消毒场所（张银苹，2012）。目前动态空气消毒技术包括静电吸附空气净化技术、臭氧空气消毒技术、负离子空气消毒技术、光催化氧化技术、紫外线空气消毒技术、光触媒空气净化技术、脉冲强光空气消毒技术（励建荣 等，2014）。使用空气净化杀菌器进行动态空气消毒实时控制设施内微生物和有害气体浓度，可以改善设施环境的气体环境条件，减少因微生物污染引起的设施作物病害的传播（索娜 等，2005）。

本试验在均不使用化学药品的条件下，对比不使用空气净化杀菌器的处理和使用空气净化杀菌器的处理中设施黄瓜生长发育性状，研究在设施环境中使用空气净化杀菌器进行病害防治的可行性，旨在为推广空气净化杀菌器在设施蔬菜生产中的使用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1试验材料

供试黄瓜品种为津绿30号，购自山东农业大学园艺实验站。

本试验使用的SR-X1000-UV254型号空气净化杀菌器的构造主要由箱体、空气过滤净化系统、空气杀菌消毒装置、通风装置、控制系统等组成（图1）。

图1 SR-X1000-UV254型号空气净化杀菌器

1.2试验方法

试验于2015年10月至2016年5月在山东农业大学南校园艺实验站日光温室内进行。日光温室长52 m、高4.8 m、跨度12 m。每个日光温室用塑料薄膜等距分成4个密闭空间，每个密闭空间放置1台空气净化杀菌器，每个日光温室中共放置4台空气净化杀菌器。期间为保证试验过程不受外界环境的影响，日光温室不开启通风口，全程密闭不进行放风。

黄瓜定植前10 d，对日光温室进行全面24 h的空气净化处理，在空气净化处理期间利用自然沉降法（齐锡位和张爱玲，2000）测定空气中细菌、真菌群落数量的动态变化，在日光温室四周和中央放置多个提前灭好菌的培养皿，自然沉降10 min，然后用封口袋密封，在28 ℃恒温培养箱中培养72 h，然后用显微镜统计培养皿中菌落数量，利用奥氏公式计算空气中含菌量：含菌量（cfu·m-3）= N50000/AT（A为平板面积，T为暴露时间，N为平均菌落数）。培养细菌使用的是牛肉膏蛋白胨培养基，培养真菌使用的是PDA培养基。使用PhD6气体检测仪（霍尼韦尔Honeywell 公司）检测NO、NH3、CO、SO2等日光温室中主要有害气体含量的动态变化。

2015年12月1日统一定植津绿30号黄瓜，株距36 cm，行距65 cm，单蔓整枝，田间肥水管理按常规进行，不使用化学药品处理病害。定植黄瓜后设置每天开启空气净化杀菌器0、4、8、12 h 4个处理，以不开启空气净化杀菌器的处理为对照（CK）。每个密闭空间进行1种处理，分别在试验站3个日光温室中进行3次重复，每个处理随机选取50株定期观察测定。

2016年3月1日至5月30日，采用CIRAS-3光合仪（美国PPSYSTEMS公司），在距地面1 m处分别测定4个处理的黄瓜成熟叶片的Pn（净光合速率）、Gs（气孔导度）、Ci（胞间CO2浓度）、Tr（蒸腾速率），每隔15 d测定1次，共测定7次（刘玉梅 等，2007）。以7次测定的平均值进行数据的差异显著性分析。

定植60 d和定植90 d时分别测定各处理的黄瓜株高、茎粗、叶长、叶面积、开展度。株高采用卷尺测定，在植株自然生长状态下测量地面至植株生长点的垂直距离，茎粗采用游标卡尺测定第4片真叶处直径，叶长采用卷尺测量成熟叶片伸展状态下叶片长度，叶面积是叶长的平方，开展度采用卷尺测量黄瓜植株形成的最大宽度（李岩 等，2016）。

2016年2月10日至5月下旬，每隔30 d测定各处理黄瓜主要病害霜霉病（耿长兴 等，2011）、白粉病（田有文 等，2010）、枯萎病（赵帅 等，2014）、黑星病（王云帆 等，2005）、炭疽病（王献峰 等，2014）及蔓枯病（默书霞 等，2009）病情指数的变化，共测定4次，病情分级采用文献《Pesticide-Guide lines for the field efficacy trials》中文翻译为《田间药效试验农药指南》的标准。0级：无病斑；1级：病斑面积占整个叶面积5%以下；3级：病斑面积占整个叶面积6%～10%；5级：病斑面积占整个叶面积11%～20%；7级：病斑面积占整个叶面积21%～40%；9级：病斑面积占整个叶面积40%以上。病情指数=∑（各级病叶数×相对级数值）/（调查总叶数×9）×100，防治效果=（对照病情指数-处理病情指数）/对照病情指数 ×100%。以4次测定的平均值进行数据的差异显著性分析。

过氧化物酶酶液的提取与测定：称取0.5 g黄瓜鲜叶，加磷酸缓冲液（0.05 mol·L-1，pH=7.8）1 mL，冰浴研磨，研磨后再加入1 mL缓冲液倒入离心管，再用2 mL缓冲液冲洗研钵，倒入离心管中，平衡后低温（0～4 ℃）10 000 r·min-1离心10 min，上清液即为酶提取液，冷藏保存。采用氮蓝四唑（NBT）法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性；采用过氧化氢分解量法测定过氧化氢酶（CAT）活性，采用2-硫代巴比妥酸（TBA）反应测定丙二醛（MDA）含量（赵世杰 等，1998；高俊杰 等，2009）。2016年3月上旬至5月下旬，为果实采收期。自黄瓜果实成熟开始，分别采收4个处理中的黄瓜，记录各小区黄瓜单果质量、单株结果数，统计黄瓜产量。

1.3数据处理

采用F检验和T检验对试验数据进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1使用空气净化杀菌器对日光温室中细菌、真菌群落的影响

室内空气质量国家标准（GB/T 18883—2002）中规定，细菌、真菌群落数应低于2 500 cfu·m-3。由图2、3可知，细菌、真菌群落数量变化大致呈指数模型形式，杀菌1 d后净化效果最为明显，经过2～3 d杀菌净化后日光温室空气中的真菌、细菌群落数量呈稳定局面，开启空气净化杀菌器4 d以后，日光温室中的真菌、细菌群落数量不再有明显的上升和下降，趋于稳定。空气净化杀菌器能维持日光温室空气中真菌群落数量低于2 000 cfu·m-3，低于室内空气质量国家标准2 500 cfu·m-3，对真菌的杀菌效率达到79.91%；空气净化杀菌器能维持日光温室空气中细菌群落数量低于2 000 cfu·m-3，低于室内空气质量国家标准2 500 cfu·m-3，对细菌的杀菌效率达到70.4%。

图2使用空气净化杀菌器后日光温室中真菌群落的变化

图3使用空气净化杀菌器后日光温室中细菌群落的变化

2.2使用空气净化杀菌器对日光温室中NO、NH3、CO、SO2等有害气体含量的影响

通过使用空气净化杀菌器，设施环境中NO、NH3、CO、SO2的含量明显减少，经过5 d空气净化处理，日光温室中NH3和SO2含量为零；经过6 d空气净化处理，NO含量为零；7 d后CO含量为零（图4）。

图4使用空气净化杀菌器后日光温室中NO、NH3、CO、SO2含量的变化

2.3空气净化杀菌器不同开启时长对日光温室中黄瓜植株光合作用的影响

由表1可知，与对照相比，每天开启4、8、12 h空气净化杀菌器处理，随着开启时间的延长，黄瓜成熟叶片的Pn（净光合速率）、Gs（气孔导度）、Ci（胞间CO2浓度）、Tr（蒸腾速率）有明显的增加趋势，表明使用空气净化灭菌器可以明显增强黄瓜叶片的光合作用，且杀菌时间越长效果越显著。

表1空气净化杀菌器不同开启时长对黄瓜植株光合作用的影响

2.4空气净化杀菌器不同开启时长对日光温室中黄瓜植株生长的影响

由表2可以看出，与不使用空气净化杀菌器的对照相比，每天使用空气净化杀菌器4、8、12 h的处理，随着开启时间的延长，黄瓜茎粗、株高、叶长、叶面积、开展度呈不断增加的趋势，说明使用空气净化杀菌器能改善植物生长环境，显著改善黄瓜植株的生长。

表2空气净化杀菌器不同开启时长对黄瓜植株生长的影响

2.5空气净化杀菌器不同开启时长对日光温室中黄瓜常见病害病情指数的影响

由表3可知，与不使用空气净化杀菌器的对照相比，每天使用空气净化杀菌器4、8、12 h的处理下，黄瓜常见病害如白粉病、霜霉病、枯萎病、黑星病、炭疽病和蔓枯病的病情指数均显著下降，且随着每天开启时长的增加，黄瓜常见病害的病情指数的下降趋势更为明显。

表3空气净化杀菌器不同开启时长处理下黄瓜常见病害的变化

由表3还可看出，空气净化杀菌器对黄瓜枯萎病、炭疽病、霜霉病、白粉病有较好的防治效果，对黄瓜黑星病和蔓枯病也有一定的防治效果，且随着空气净化杀菌器每天开启时长的增加，黄瓜常见病害的防治效果越来越好。

2.6空气净化杀菌器不同开启时长对日光温室黄瓜植株SOD、POD、CAT活性及MDA含量的影响

由表4可知，与不使用空气净化杀菌器的对照相比，使用空气净化杀菌器4、8、12 h的处理下黄瓜植株内SOD、POD、CAT活性和MDA含量均随每天开启时长的增加而显著降低。

表4空气净化杀菌器不同开启时长处理下黄瓜植株内SOD、POD、CAT、MDA的变化（FW）

2.7空气净化杀菌器不同开启时长对日光温室黄瓜产量的影响

由表5可知，与不使用空气净化杀菌器的对照相比，使用空气净化杀菌器均显著提高黄瓜单瓜质量和产量，每天开启空气净化杀菌器4、8、12 h的处理与对照相比，产量分别显著增加16.68%、34.61%、38.35%；单株结果数也有所增加。

表5空气净化杀菌器不同开启时长处理下黄瓜产量的变化

3 结论与讨论

设施环境是影响设施内作物生长发育的重要因素，尤其是反季节生产。设施中高温高湿的环境很容易积累有毒气体以及滋生病原菌，是影响温室内病害发展的关键因素。设施环境中气传病害的特点是传播速度快、波及面广、控制困难。因此，消除和控制空气中的有害物质，使之达到一定的消毒与洁净要求，减少病害侵染，已成为迫切需要解决的问题（Sessa et al.，2002；黄和茂，2013；Cernecky et al.，2015；Bahramian et al.，2016）。张银苹（2012）研究表明，利用脉冲强光动态空气杀菌，能确保医院输液室等场所的室内微生物浓度维持在三类医院环境微生物浓度标准500 cfu·m-3水平以下，保证商场及超市等场所的室内微生物浓度维持在室内空气质量国家标准2 500 cfu·m-3水平以下。钟昱文等（2014）的试验结果表明，空气净化杀菌器可显著降低室内白色葡萄球菌菌群数量和室内甲醛浓度。本试验中通过使用空气净化杀菌器，日光温室中细菌、真菌群落数量明显减少，细菌、真菌群落数量低于室内空气质量国家标准2 500 cfu·m-3；通过使用空气净化杀菌器，日光温室中NO、NH3、CO、SO2等有害气体含量明显减少。

空气净化杀菌器对设施黄瓜生长发育和光合特性影响显著。可以显著改善黄瓜成熟叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率。空气净化杀菌器对设施黄瓜常见病害的病情指数和防治效果影响显著。说明通过使用空气净化杀菌器可以有效减少设施黄瓜常见病害的发生和传播几率，空气净化杀菌器对气传病害有显著的防治效果，可以作为农药的替代品进行广泛推广应用，降低农药残留。

逆境胁迫可使植物体内活性氧的产生和消除平衡失调，造成植物体内大量的自由基累积，进而加重膜脂结构的损伤和加速植物的衰老进程。测定植物体内膜脂过氧化产物MDA的含量及植物体内抗氧化酶SOD、POD的活性高低，可在一定程度上反映病害逆境对植物的损害程度和植物的衰老进程（裴丽丽 等，2012）。本试验中，与不使用空气净化杀菌器的对照相比，使用空气净化杀菌器后黄瓜植株内SOD、POD、CAT活性和MDA含量均显著降低，可能是由于使用空气净化杀菌器杀灭了空气中的致病菌，减轻了黄瓜气传病害的发生，改善了黄瓜的生长环境，从而导致了黄瓜体内抗氧化酶SOD、POD、CAT活性和MDA含量显著降低。

在本试验中，使用空气净化杀菌器的黄瓜单果质量和产量均显著提高，单株结果数也有所增加，说明使用空气净化杀菌器显著改善了日光温室内环境，进而提高了黄瓜产量。

本试验所用的SR-X1000-UV254型号空气净化杀菌器有微电脑智能控制系统，能按照程序自动开启与关闭，减少田间人工管理成本；每台空气净化杀菌器一次性投资2 000元，能连续使用10 a，每年折合成本200元，60～70 m长的大棚需要4台空气净化杀菌器。单纯喷洒生物农药一年需要400～500元，虽然使用空气净化杀菌器的成本比单纯喷洒农药要高出一些，但是符合我国农业现代化的发展要求，有利于提高农业机械化和自动化水平，提高绿色优质农产品的生产能力，满足农业供给侧结构性改革的要求。综上所述，空气净化杀菌器在日光温室生产中有良好的应用前景。

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Abstrac：Under solar greenhouse cultivation condition，this paper took cucumber cultivar ‘Jinlyu No.30’ as test material and studied on the effects of air cleaning equipment on pathogen community，harmful gas and cucumber growth．The results showed that air cleaning equipment has significant scavenging effects on harmful gas and pathogen．Compared with the contrast group without using air cleaning equipment，the used one could promote the photosynthesis of cucumber，reduce indexes of diseases，effectively prevent the propagation of cucumber downy mildew，powdery mildew，anthracnose wilt，Fusarium wilt，venturia disease andMycosphaerella melonis，remarkably reduce the peroxidase activities of SOD，POD，CAT and the content of MDA in cucumber，and significantly increase single fruit weight and yield of cucumber．Besides，air cleaning equipment could help to reduce labor intensity，improve the level of mechanization and automation of facility environment．

Effects of Air Cleaning Equipment on Facility Environment and Cucumber Growth

LIU Xing-chen，SUN Xiu-dong，LIU Shi-qi*，ZHANG Xian-zheng，REN Yu-qian，QIN Yu

〔CollegeofHorticultureScienceandEngineering，ShandongAgriculturalUniversity，StateKeyLaboratoryofCrop Biology，KeyLaboratoryofBiologyandGeneticImprovementofHorticulturalCrops（HuanghuaiRegion），Ministryof Agriculture，Taian271018，Shandong，China〕

Air cleaning equipment；Solar greenhouse；Cucumber；Growth；Disease index；Antioxidant enzyme activity；Yield

刘星辰，男，硕士研究生，专业方向：蔬菜栽培生理，E-mail：www. lyf.1992@qq.com

*通讯作者（Corresponding author）：刘世琦，男，教授，博士生导师，专业方向：蔬菜栽培生理，E-mail：liusq99@sdau.edu.cn

2017-01-03；接受日期：2017-04-01

国家公益性行业科研专项（201303108），国家自然科学基金项目（31372084），“十二五”农村领域国家科技计划项目（2013BAD01B04）