浅析电解水及其在农业中的应用

薛晓莉，赵跃钢，杨文华，李志娟，张志立，吴 娜，任 强

（北京中农天陆微纳米气泡水科技有限公司，北京 100083）

电解水（EW）又称氧化还原电位水、离子水，是电解质溶液如氯化钠溶液在电场的作用下，形成具有一定pH值、氧化还原电位（ORP）以及有效氯浓度（ACC）的功能水。电解水的应用是一种可持续的绿色概念，与传统的清洁系统相比，具有成本效益高、使用方便、消毒效果好、现场生产、对人类和环境安全等优点。根据pH值可以分为强酸性电解水AEW（pH值2～3）、微酸性电解水SAEW（pH值5.0～6.5）、中性电解水NEW（pH值7～8）、微碱性电解水SAIEW（pH值8～10）、强碱性电解水AIEW（pH值10～13）[1]。

1 电解水的制备原理

电解水设备具有特制的离子膜电解槽，包括阳极和阴极。向电解槽加入一定浓度的NaCl溶液，在一定电流下进行电解。阳极主要发生析氯反应和析氧反应，得到酸性电解水，pH值低、氧化还原电位高，主要成分包括HClO、Cl2、ClO2、HCl、ClO-和O2等。阴极主要发生析氢反应，得到碱性电解水，主要成分包括H2和稀NaOH溶液[2]。其电解原理如图1所示。

阳极反应：

阴极反应：

电解水设备分为有隔膜式和无隔膜式，有隔膜的设备可制备强酸性电解水，无隔膜的设备可制备微酸性电解水，均具有杀菌性能[3]。

2 电解水的杀菌机理

大量研究表明，电解水的杀菌效果比较理想，在医学杀菌消毒方面具有比较成熟的应用。但是对其杀菌机理的研究尚无定论，目前比较受到认可的是物理杀菌学说和化学杀菌学说[4]。

物理杀菌学说认为，酸性电解水的低pH值和高氧化还原电位能够破坏细胞膜，而氧气与其他物质作用会使其失去电子，使微生物的细胞膜电位发生改变，导致细胞膜通透性增强、细菌肿胀及细胞代谢酶的破坏，使细胞内物质溢出、溶解，进而杀灭微生物[5-8]。

化学杀菌学说认为，电解水中复杂的化学因子具有杀菌作用，包括有效氯（HClO、Cl2、ClO2、HCl、ClO-）和活性氧（·OH、·O、H2O2）。有效氯的杀菌原理主要是破坏细胞膜而使细胞内的蛋白质、DNA和RNA外流，还可穿透病毒的衣壳与其核酸反应。活性氧的杀菌原理主要是因其较强的氧化性，可跟氨基发生特异反应进而破坏细胞膜，并渗透到细胞内破坏有机物的链状结构，从而使蛋白质及DNA合成受阻，致使微生物死亡[9-14]。

3 电解水的优势

就安全性而言，电解水通过电解水生成器制得，其制备原料仅为水和氯化钠。杀毒效果为传统含氯消毒剂的40～80倍。氧化电位水仅需要质量分数为（3～5）×10-5就可以达到理想的灭菌、消毒目的。与传统消毒剂相比较，氧化电位水具有杀菌广谱，杀菌高效迅速，无刺激异味，对人体器官、皮肤组织、黏膜等无刺激性和无毒副作用的特点。氧化电位水遇光或与有机物、土壤接触时立即放电分解，杀菌后可完全还原成无毒、无残留的普通水，排放后对环境无任何污染，不会对生态环境造成危害。

在经济性方面，生产1 t电解水的成本为12.3元（包括氯化钠、电和水等运营成本约2.6元以及设备折旧费约9.7元）。而配制1 t质量分数为5×10-4的含氯消毒剂需要84消毒液约10 L，市场价约109元。

电解水与含氯消毒剂相比，其安全性和经济性方面都具有显著优势，因此具有广泛的应用前景。

4 电解水在农业中的应用

由于电解水制备原料简单，仅为水和氯化钠，且杀菌速度快、杀菌能力强、杀菌具有广谱性，对人畜安全、无化学残留、环保，除应用于医疗领域外，还可用于农业种植及农产品方面：防治农作物病害、促进生长与提升品质、改良土壤、果蔬杀菌与保鲜、降解残留的农药等。

4.1 防治农作物病害

电解水在我国农作物病害绿色防控和无公害农产品生产方面具有广阔的应用前景，有利于增强我国农业可持续发展能力，减轻农药施用对环境的压力，提升农产品的品质。

罗新希等[15]用酸性电解水防治黄瓜白粉病，结果表明pH值为2.0的酸性电解水防治效果最佳，防效达到72.10%；酸性电解水的有效防治期为喷施后3 d。魏肖鹏等[16]喷施KCl电解水不但可替代农药来防治黄瓜白粉病，还可显著提高黄瓜果实品质。聂小凤等[17]用强酸性电解水对田间茄子灰霉病的防治效果达68.71%，可以部分替代农药。王步云等[18]用酸性电解水在番茄缓苗期连续喷施，不仅对番茄叶霉病有一定的防治效果，还可以提高产量；而发病初期连续喷施，对番茄叶霉病也具有一定的防治效果，但是对产量的影响不明显。谷培云等[19]用酸性电解水在辣椒缓苗期和发病初期连续喷施预防，对辣椒白粉病有较好的防治效果。孙慧等[20]使用酸性电解水对马铃薯脱毒苗的生产车间和设备进行消毒，可有效提高茎尖成活率，并节约成本，既安全又环保。此外，电解水在防治水果病害如葡萄霜霉病[21]、大田作物病害如水稻稻曲病[22]、小麦赤霉病[23]等方面效果也较好。

4.2 促进生长与提高品质

高新昊等[24]研究了不同pH值的强酸性电解水浸种对黄瓜种子发芽与幼苗生长的影响，结果表明适宜浓度的强酸性电解水浸种可提高黄瓜种子胚芽生长速率及黄瓜幼苗素质，低、中浓度电解水对黄瓜种子发芽率没有影响，而高浓度电解水则表现出抑制作用。侯梦石等[25]研究了电解水灌溉处理对小白菜的影响，酸性电解水对叶片净光合速率有一定的促进作用；喷灌酸性电解水和根灌强碱性电解水对小白菜叶绿素的积累、增加叶片数及提高产量有促进作用，但是会抑制株高；根灌碱性电解水对小白菜维生素C含量有促进作用。曹薇等[26]用微酸性电解水浸泡荞麦种子和喷洒荞麦芽，能有效控制荞麦芽菜表面细菌和真菌数量、增加苗高以及还原糖、芦丁含量，对芽菜产量和干质量无影响。

4.3 土壤改良

以酸性电解水来调节盐碱地，以碱性电解水来调节酸性土壤，不但可以有效调节土壤的酸碱环境，而且无任何残留，使用时采用原液或稀释液进行灌溉调节，极为方便；酸水的施用，还可杀灭部分土传病菌。胡妍玢[27]发现酸性电解水肥的6个处理均能不同程度地改善林地土壤性状，土壤微生物数量增加、酶活性提高、化学性质得到改良。相立等[28]向苹果连作土壤中浇入微酸性电解水，能显著提高平邑甜茶幼苗的生物量，幼苗根长度、根表面积、根体积和根系呼吸耗氧速率均提高；土壤真菌构成一个独立的群落结构，能适应电解水处理后的土壤环境并成为优势群落，可减轻连作障碍。

4.4 果蔬杀菌与保鲜

郝建雄等[29]用酸性电解水浸泡番茄10 min并在室温贮藏12 d后，果实硬度较对照明显提高，呼吸强度被明显抑制，失重率降低。李华贞等[30]用酸性电解水浸泡菠菜，可快速降低表面微生物含量，5 ℃贮藏9 d后微生物增加缓慢、营养成分基本保持不变、亚硝酸盐积累受到抑制。张后成等[31]用中性氧化电解水和其他消毒剂对卷心菜进行杀菌，中性氧化电解水具有高效的杀菌作用，效果优于其他消毒剂，有效氯含量为24.52 mg/L时，对大肠杆菌的杀菌效率为95.81%。聂小凤等[17]用pH值5.9的酸性电解水浸泡茄子果实，其可溶性固形物含量较高，失重率和褐变指数较小，对茄子果实的外在、内在品质都产生积极影响。Pinto等[32]研究几种不同杀菌溶液对鲜切莴苣处理5 min后的杀菌作用，中性电解水的效果最好。Aday[33]研究发现，用25 mg/L电解水和被动气调包装贮藏蘑菇可以延长其保质期。杨越等[34]用电解水和次氯酸钠溶液清洗生菜，电解水消毒效果更好、更加节水。吴海霜等[35]用电解水处理鲜切茄子，在储藏期内能较好地保持水分，抑制其褐变和硬度的下降，较好地保持其感官品质，但对其可溶性固形物的抑制效果较差。陈学玲等[36]以次氯酸钠、二氧化氯和酸性电解水处理鲜切西兰花并在4 ℃下贮藏，酸性电解水杀菌效果最好，能最大程度地延缓营养物质的流失和微生物生长繁殖，从而延长鲜切西兰花货架期。

肖卫华等[37]用电解水浸泡草莓能显著减少草莓的腐烂，延长保鲜期。于晓霞等[38]用几种清洗剂处理鲜切哈密瓜15 min，酸性电解水抑菌效果明显，对可溶性固形物、维生素C、可滴定酸的维持作用明显，并能较好地抑制丙二醛和菌落总数的增加，能有效延长鲜切哈密瓜货架期。

4.5 降解残留农药

郝建雄等[39]研发发现，电生功能水即电解水对蔬菜的乙酰甲胺磷农药残留具有良好的消除效果，且碱性水的效果要好于酸性水的处理效果；不同洗涤方式（振荡和浸泡）对农药的消除效果影响不大；处理时间越长，降解效果越好。马越等[40]用强酸电解水、弱酸电解水、次氯酸钠溶液、臭氧水、去离子水等清洗剂研究对黄瓜上残留的农药毒死蜱的去除效果，进而研究降低非内吸式有机磷类农药在黄瓜上的残留，结果表明：强酸电解水处理10 min效果最好，毒死蜱去除率达到44.8%。罗琴等[41]用微酸性电解水浸泡白菜，去除辛硫磷效果有显著提高，处理30 min后，农药去除率高达92%；随着微酸性电解水用量的增加、浸泡时间的增长以及温度的升高，农药残留率不断降低、农残去除率不断增加。胡朝晖等[42]研究不同溶液对韭菜中乐果和毒死蜱的去除效果，微酸性电解水比相同有效氯浓度的NaClO溶液去除效果好；有效氯浓度在10 mg/L左右时，对乐果和毒死蜱的去除率分别达到78.59%、70.00%；随着有效氯浓度的升高，有机磷农药的去除率均趋于稳定。

5 电解水在农业领域的推广及建议

电解水在农业领域具有广泛的应用，但是其推广程度依然较慢。生产1 t电解水的成本只相当于常规化学消毒剂的1/3，但由于购买电解水设备的一次性投入相对较高（数万元），而农业生产的附加值较低，有别于医疗领域的高投资高收入，这种在农业领域的高投入低附加值的矛盾决定了在一段时间内推广缓慢。

电解水在农业领域进行推广，可从以下几方面改善：（1）研制成本低、效率高、寿命长的电解水设备，降低购买设备的一次性投资。（2）电解水在农业领域的应用研究效果，需要先建立项目示范点，率先在农业科技园区、农业龙头企业、农业合作社等应用示范，积极推动广大农业从事者前来参观应用效果，得到认可后，产生一定的社会效益时，再向农业市场全面推广。（3）针对电解水设备的使用及其效果，免费对广大农业从事者进行培训，杜绝夸大虚假宣传，科学宣传推广。（4）政策鼓励，并可考虑适当的补贴。在推广电解水时需要注意，使用电解水生成器时，进水水质需符合GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》；电解原料氯化钠的纯度在99%以上，其质量应符合GB/T 1266—1986《化学试剂氯化钠标准》。

综上，电解水是一种较为理想的环保型消毒剂，其制备、使用过程均符合我国资源节约型、环境友好型的产业政策要求，其在安全性和经济性方面都具有显著优势，值得在农业领域大力推广。