再论电解水与电解水农业技术

肖伟 张祥辉 秦晓旭

笔者所在团队于2018年5月在《长江蔬菜》“电解水农业”专栏中首次对电解水和电解水技术做了综合性阐述[1]，随着对电解水农业技术研究的深入和对实际应用上的总结，笔者所在团队认为有必要再次对电解水与电解水农业技术做一个更为综合性的阐述，以便农业一线的工作者和科研人员对此有更深入的认识。

1 电解水与电解水的杀菌原理

电解水又称电解离子水或氧化还原电位水，将电流通过稀盐溶液，分离带电产物。一般是于电解槽中将NaCl或K2CO3溶液在消耗微量电能的条件下进行电解，并用隔膜分离生成的酸性电解水和碱性电解水的总称。在生产过程中可以通过电解NaCl溶液得到含次氯酸分子的酸性电解水，通过电解K2CO3溶液得到含钾离子的碱性电解水。酸性电解水中主要含有氢离子和次氯酸，碱性电解水中则主要含有钾离子和氢氧根离子。先前，生产电解水的成本、电解水的稳定性和直接施用存在药害风险等是制约电解水在农业上应用的主要因素，但通过近几年的发展，以上问题已经得到妥善解决，为电解水农业技术的发展打下了坚实的基础[2，3]。

酸性电解水杀菌原理与其低pH值、高氧化还原电位和高有效氯浓度等特性相关，一般认为是三者相互结合共同发挥杀菌作用，低pH值增加细胞膜通透性，不仅能直接抑制细菌生长，而且有利于HClO进入细胞产生羟基自由基，进而氧化微生物的代谢系统；而高氧化还原电位则可以改变细胞膜的电子流，从而破坏细胞结构、影响细胞代谢，最终达到杀菌效果。强碱性电解水因具有较高的pH值，能够水解病原菌的蛋白质和核酸，破坏细菌的正常代谢机能，使细菌死亡，其杀菌作用强大，并能杀灭病毒[1]。在生物学中，次氯酸是体内生成的一种叫“嗜中性粒细胞”的白血球吞噬、杀灭病原菌过程中所释放的免疫物质。因此，次氯酸水与人体有高度的相容性，其杀菌原理和人体免疫系统的杀菌原理一样。现在通过人工生成次氯酸水，拓宽了次氯酸水的商业应用价值。从已知的数据来看，酸性电解水是对人类较安全有效的消毒水。

2 国内外电解水与电解水在农业应用上的发展简介

日本是电解水机的发源地，也是目前发展最好的国家，日本在1931年根据长寿地区的水质特点，研制出了世界上第一台电解水机；1954年日本研发出第一台民用电解装置；随后电解水机陆续传入韩国、美国等国家。我国在20世纪90年代开始涉足电解水领域，发展相对滞后，特别是电解水农业技术方面直到2018年左右都未形成较为成熟的体系[1]。1996年自主开发的电生功能水发生器测试成功，中国迈出了电解水农业技术研发的步伐。2007年，教育部组织以方智远院士为首的专家委员会对中国农业大学李里特教授的“电生功能水的制备及在食品和农业上的应用研究”进行了成果鉴定，鉴定委员会专家一致认为成果总体达到国际先进水平。试验测试证明，电生功能水使用后完全还原为普通水，成本低、无残留。理论上，通过电解水调节植物生长环境中的pH值，可以达到杀菌、驱虫、促进植物生长的目的。但实际应用中因现实需求和技术等原因，种养殖企业和农户接受程度低，规模化推广困难，应用效果并不理想。四川雄一集团从2013年开始研究电解水设备及产品在农业上的应用，并于2017年和西南科技大学合作，联合研究电解水设备及应用技术，利用6 a时间系统研究电解水设备及技术在农业上的应用。通过校企合作的方式，研究出中国第一台雄一农业电解水·肥处置设备及产品。目前取得了“国内领先科技成果”4项、“国际先进科技成果”1项，申请发明专利60余项，发表论文近40篇，出版国内第一本电解水农业应用技术专著，形成了较为完善的电解水农业技术体系。2021年农业农村部全国农技推广中心将电解水技术列为绿色防控七大技术之一。2021年3月29日签发农业植保便函（[2021]53号），在山东、湖南、新疆、重庆、四川用雄一电解水产品开展防治农作物病虫害试验。

3 电解水农业技术

四川雄一集团和西南科技大学等单位联合技术攻关，提出了电解水农业技术这个概念，公开文献可查的时间在2018年。笔者所在团队受邀从2018年起在《长江蔬菜》开设“电解水农业”专栏，对电解水农业技术进行系统阐述[1，4]，提出了利用电解水浸种处理，喷施电解水进行植物病害防治，喷施碱性电解水促进植物生长、提高产量，利用电解水处理栽培土壤、改良土壤、消除或者缓解土传病害，以及电解水在养殖等方面的应用。使用电解水农业技术能有效减少化学农药的施用量，符合化肥、农药使用量零增长行动。

电解水在农业上的应用简单来讲主要分为3部分，第一，利用电解水农业技术体系进行有机（零化学农药施用）、绿色农产品的生产，即在整个生产过程中不施用化学农药；第二，利用电解水农业技术体系有效减少化学农药的施用量；第三，利用电解水在农业其他领域的应用。

3.1 利用电解水农业技术体系进行有机、绿色农产品的生产

①利用电解水浸种处理 酸性电解水用于农业生产中的播种前种子处理，能有效杀死种子中特别是种皮上的病原菌。利用酸性电解水对种子进行处理时需要注意2个方面：一方面浸泡时间不宜过长，另一方面酸性电解水浸泡处理后，一般需要用碱性电解水再浸泡1次。电解水浸种处理一般能提高种子发芽率10.0%左右[5，6]。在水稻生产过程中，该处理措施能有效促进水稻根系发育，有提高水稻抗倒伏能力、增产的作用。使用时，酸性电解水5～10倍稀释，碱性电解水20～30倍稀释。

《长江蔬菜》记者采访西南科技大学生命科学与工程学院电解水农业技术研究团队

在马来西亚做电解水农业技术推广

②直接喷施电解水进行植物病害的防治 酸性电解水中含有次氯酸等有效杀菌成分，pH值较低，可以大面积用于农作物病害的防治；此外，喷施碱性电解水能有效提高作物对营养物质的吸收、抑制作物的氧化应激程度，提高作物的抗氧化能力等。在大田生产过程中可以参照每2周喷施1次酸性电解水的频率来进行病害的预防。对于番茄晚疫病的防治措施建议如下：喷施酸性电解水5倍稀释液，连续2次，每天1次；第三天需要对整块地进行巡查，观察是否有新的晚疫病病斑，一经发现马上摘除，并用装有酸性电解水的手持小喷壶对病斑附近的茎叶进行喷雾。一般1周后可再针对晚疫病进行整块地的巡查。喷施酸性电解水对早期晚疫病的防治具有特效[6]。对于番茄叶霉病的防治措施建议如下：通过通风等措施调控田间温度和湿度；剪掉最下部叶片；按每2周喷施1次酸性电解水的频率进行预防，每周1次的频率进行防治。在喷施酸性电解水的同时可以视病害的发生程度喷施2～3次多抗霉素[7]。在家庭条件下进行豆芽菜的发制是酸性电解水应用的一个重要场景。豆芽菜的发制可以使用发芽盘，也可以使用豆芽机，将酸性电解水稀释5～10倍后施用。使用酸性电解水发制豆芽屡试不爽[8]。

③喷施碱性电解水促进植物生长、提高产量 此过程中碱性电解水使用20～30倍稀释液。在生产过程中喷施碱性电解水，能有效促进作物的生长，提高产量、提高可溶性固形物含量和抗氧化活性，改善口感[9]。在蔬菜生产过程中，对于大多数作物而言，可以交替喷施酸性电解水和碱性电解水来避免喷施酸性电解水可能出现的药害（喷施雄一酸性电解水一般不会出现药害，可不用交替喷施）；在蔬菜生产过程时，一般要求喷施碱性电解水的次数不少于3次或者按照每2周1次的频率进行喷施。相关研究表明，使用电解水农业技术能有效提高单果质量、维生素C含量、糖度、番茄红素含量等。

④利用电解水处理栽培土壤防治或者缓解土传病害 大田生产已经证明浇灌碱性电解水能有效防治马铃薯粉痂病，团队进一步验证了浇灌碱性电解水对十字花科作物根肿病的防治效果[10]，近期的电解水专栏中笔者所在团队又公布了基于电解水农业技术对于茄科作物枯萎病的防治方法[11]。马铃薯粉痂病和十字花科作物根肿病的发生与栽培土壤的pH值有关，一般认为偏碱性（pH值7.2）土壤不利用病害的发生，因此对于马铃薯粉痂病和十字花科作物根肿病的防治，可以简单地认为是通过浇灌碱性电解水来提升土壤pH值达到防病效果。茄科植物枯萎病的防治是通过喷施酸性电解水溶解的壳聚糖液等措施来培育栽培土壤的抑菌活性从而到达防治效果。总之，对于土传病害的防治可以参照如下进行：喷施或者灌溉酸性电解水溶解的壳聚糖液，然后根据实际需要灌溉或者喷施碱性电解水。

⑤碱性电解水的防虫作用 碱性电解水具有一定的防虫效果，相关试验和大田生产实践已经证明，喷施碱性电解水对白粉虱和螨虫等具有一定的防治效果。在有机蔬菜生产过程中，常配合苦参碱等生物农药对虫害进行有效防治。喷施碱性电解水5倍稀释液后，大量的白粉虱掉落在番茄和茄子等作物的叶片正面并死亡，推测是具有一定黏性的碱性电解水堵塞了白粉虱的气孔，但喷施碱性电解水对菜青虫等无效[12]。常规喷施浓度（20～30倍稀释液）对白粉虱的效果不佳，一般配合苦参碱等生物农药进行防治，或者配合防虫网技术等进行有效防治，防虫网一般选择30目。喷施碱性电解水乳化后的植物油对病虫害的防治具有增效作用。

⑥喷施碱性电解水乳化后的植物油在农业生产中的应用 植物油可以在有机蔬菜生产过程中使用，植物油不能直接溶于水，而碱性电解水具有较好的乳化分散作用。碱性电解水通过乳化作用可以将植物油较为均匀地分散到水体中，向作物喷施碱性电解水乳化后的植物油能够有效地在作物表面特别是叶表面形成一层有机膜，这种成膜在作物病虫害的防治方面具有一定的应用前景。植物油的施用浓度可参照0.025%（即4 000倍稀释液）[13，14]。

⑦喷施碱性电解水除农残 利用碱性电解水除农残的场景可以分为大田、工厂（清洗和分装），以及家庭。采收前喷施碱性电解水能有效降低农产品中的化学农药残留量，去除率可达到70%及以上；采收后可用碱性电解水进行清洗。碱性电解水使用20～30倍稀释液。家庭条件下果蔬去农残，可喷家庭装碱性电解水，喷施放置1～2 min后，用清水洗净，可达到有效去农残和杀菌作用。从大量的相关数据来看，碱性电解水的除农残效果明显优于其他方式[15～21]。

3.2 电解水在减少化学农药施用量方面的应用

电解水助力农业生产过程中的化学农药减量，主要体现在2个方面，即电解水农业技术体系能有效实现零化学农药施用的有机生产；绿色生产模式下使用电解水农业技术减少化学农药施用量。第一个方面前面笔者已经作了较为全面的讲解；第二方面减少化学农药施用量又包括使用电解水农业技术减少化学农药的单次施用量和施用次数2个方面。

①减少化学农药的单次施用量 以电解水作为化学农药的助剂进行化学农药的配制时，可以减少化学农药的施用量。大量生产实践结果表明，使用电解水农业技术能有效减少化学农药的单次施用量，可减少30%～50%的化学农药使用量。在该操作过程中一般用酸性电解水对呈酸性的农药进行配制，和用碱性电解水进行呈碱性农药的配制；酸性电解水的使用浓度参照10倍稀释液，碱性电解水的使用浓度参照20～30倍稀释液进行处理。那么，化学农药的使用量可以用常规使用量的50%～70%。大量试验和大田应用结果表明，利用电解水进行化学农药的配制，能有效减少单次化学农药的施用量，且防治效果相当或者优于常规配制方式[22～24]。

②减少化学农药的施用次数 在电解水农业技术体系中，酸性电解水常用于病害的防治，碱性电解水常用于促进农作物生长、提高作物抗性和提高农产品品质等方面。电解水农业技术也常用在农产品的绿色生产（和常规生产）过程中，电解水在防治病虫害中可以有效地减少化学农药的施用次数。也就是说，在绿色生产和常规生产过程中，通过喷施酸性电解水和碱性电解水可对病害进行预防或轻微病害发生时的防治；当病虫害发生或者较大面积发生时，则利用喷施化学农药的方式进行有效防治。化学农药的施用浓度为说明书中的参照施用浓度。该过程中减少化学农药施用量是因化学农药施用次数的减少，从而达到在整个生产过程中有效减少化学农药的施用量。一般讲来，化学农药的喷施次数可以减少1/3及以上[24]。

③其他 利用酸性电解水调节配制化学农药用水的pH值是一个较为特殊和针对特定水体的用法。新疆、青海等西北地区的农业用水普遍偏碱，利用这些水体进行化学农药的配制往往会影响化学农药的效果，因为大部分的农药偏酸性，因此在实际生产过程中可以采用添加酸性电解水的方式使水体的pH值降到5～6，一般参照每20 L水体添加酸性电解水原液1～2 L来进行操作。该措施能有效发挥化学农药的病虫害防治作用，从而减少化学农药的使用量。

3.3 电解水在农业其他领域的应用

①在养殖上的应用 提高养殖生产性能、改善养殖环境：电解水农业养殖技术可以有效改善养殖环境、提高增重率、降低死亡率，并且对减少养殖抗生素的使用具有潜在意义。饮用碱性电解水90 d的肉鸡，体质量平均增重高于常规养殖、成活率可提高31.8%，能较好地提高肉鸡的生产性能。另外，相对比常规消杀剂，电解水具有无毒、无味、无刺激的特点，对养殖环境去除臭味，减少蚊子、苍蝇效果明显。

②在农产品加工上的应用 电解水应用于食品加工中的环境、生产设备等消毒，对生产环境中的铜绿假单胞菌等致病菌杀菌率在90%以上。且电解水因无毒、无害、无残留、无异味、对设备无腐蚀性，相比传统杀菌剂无毒、无刺激、不污染环境，对操作人员无伤害。电解水应用于食品加工中的果蔬清洗，对农产品上的金色葡萄球杆菌、黄曲霉素等致病菌杀菌率在90%以上，可降低农药残留30%以上，且不会造成二次污染、残留。在枸杞加工过程中，利用碱性电解水处理枸杞进行破蜡效果好，可以有效代替小苏打处理。

③在农产品保鲜上的应用 电解水在农产品保鲜上主要体现在2个方面，即利用电解水农业技术体系（主要是碱性电解水的作用）可以有效地提高农产品的抗氧化活性，从而达到延长保鲜时间的作用[9]；酸性电解水可作为农产品的防霉保鲜剂，用电解水处理农产品，可以杀灭果蔬表面的微生物，延长保鲜时间，保证果蔬绿色、安全。

总之，电解水农业技术是将电解水用于农产品生产、加工和运输等过程中的农业技术的综合体系。电解水农业技术作为一项绿色、健康、安全的综合农业技术体系势必将在农业生产过程中发挥越来越重要的作用。

感谢长江蔬菜杂志社在电解水农业技术推广方面给予团队的大力支持；感谢四川雄一集团，特别对李信先生在电解水农业技术研发与推广中所作出的努力与贡献表示感谢！同时，期望广大读者一如既往地关注《长江蔬菜》，关注“电解水农业”专栏！本研究项目的开展主要在四川绵阳电解水农业技术应用示范农场进行，对农场工作人员肖圣国和杨琼英等也一并表示感谢。