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花卉灌溉水的杀菌技术及原理

2019-10-27 14:46| 发布者: 李先生| 查看: 756| 评论: 0

农业种植技术
随着花卉栽培面积的扩大和对品质要求的提升,对水质的清洁与无菌要求也更高。通过灌溉水传播的病原物主要有真菌、细菌、病毒与线虫等。虽然并不是所有的微生物都对植物产生危害,但是当这些微生物进入植物后都可能造成植物感病直至死亡。所以杀菌作业就是要去除、杀死这些病原物。从经济成本的观点出发,杀菌越彻底,成本将越高,由于病原物在某些低浓度之下,并不一定致病,因此灌溉水不一定需要百分之百的杀菌。但为确保花卉不致因为灌溉而遭受到外来病原菌的侵害,灌溉水必须解决杀菌问题。
一、主要的杀菌技术
目前可用的杀菌技术主要有热处理、臭氧处理、紫外线辐射、缓速砂滤法、膜过滤法、离子杀菌法等。
1.热处理
这种处理的方法是将灌溉水经过95℃的热交换,时间达到30s以上。在进入热交换器之前,pH值要减少到4.5以下,以避免钙质累积在热交换器上。交换器的管壁材料以不锈钢或钛合金为主。加热能源以天然气为例,每立方米热水约需要2~4立方米的天然气。目前在荷兰的花卉种植业主主要是使用这种技术进行杀菌。
2.臭氧处理
臭氧因为具有3个氧分子,对细胞膜具有很强的氧化能力。使用时在密闭室内,每立方米体积灌溉水需要使用10g臭氧。使用前水的pH值要低于4.0,使用后放置1h才可供应灌溉。水要通过炭质过滤以避免臭氧逸入温室内或停留在水中产生毒性。
3.紫外线处理
这种方法最为流行和可靠,下文还将进行详细的介绍。主要是使水流通过紫外光照射,其剂量为100~300ml/平方厘米。
4.缓慢砂滤法
这种方法在许多国家用以过滤饮用水。研究结果显示,用0.35~0.5mm的细砂可滤除真菌,对细菌的滤除率为95%~99%。滤菌作业缓慢是这种技术的主要问题,对病毒则无法滤除。
5.膜过滤法
该方法是利用孔径极小的过滤隔膜,用以隔除真菌、细菌或线虫的进入,使用的孔径0.05~0.25μm。主要的应用问题在于孔径容易阻塞。
6.离子杀菌法
这项技术目前还停留在研究阶段,主要的问题在于完成杀菌的灌溉水不容易去除残留离子,对植物产生毒害。
目前在荷兰与北美地区温室灌溉用水的杀菌仍是以热处理、臭氧处理与紫外光杀菌3种为主。在选择灌溉杀菌设备时,除了考虑花卉作物与病原的相互关系,在杀菌系统的规划设计上也必须要考虑到水源的供应、储存,而使用成本更是决定性的因素。此外还需要考虑的问题在于是否需要百分之百的完全杀菌,如果花卉作物对于病原有抵抗性,就不需要彻底杀菌以降低成本。
二、紫外光杀菌技术简介
由于国内花卉栽培(尤其是温室花卉栽培)中病毒病的猖獗,利用紫外线杀菌是最可靠的技术,因此在此加以详细的介绍。
1.作用原理
紫外光是光线某一波段,也可称为一种电磁波。能量由频率或波长所决定。紫外线通常又分为3类:紫外线A(长波紫外线)、紫外线B(中波紫外线)和紫外线C(短波紫外线)。由于紫外线C具有最短的波长与最高的能量,因此最适合用以杀菌作业。
紫外线对付病原物的方式是利用其能量贯穿细胞膜,并遮断分子的DNA。由于DNA结构受到紫外线的辐射作用,所有基因资料不再存在,无法再读取,因此引起细胞失去作用或是死亡,也因此失去再繁殖能力。
造成病害细胞失去生命作用的辐射量决定因子有两项:一是在紫外线作用时,灌溉水所吸收的强度(或称密度)。二是灌溉水在处理室内的作用时间,两者的乘积称为剂量,单位为mJ/平方厘米。
2.杀菌技术
使用紫外线杀菌作业基于两种因子:使用剂量的强度与时间。在实际作业时影响杀菌性能的因子还需要考虑水的清洁程度。由于水中的粒子都会吸收紫外线能量,影响了杀菌能力,因此在进行杀菌作业之前,必须先滤除掉水中的杂质。
水中的病原菌要受到足够的剂量才有杀菌效果,为了使辐射源确实能传递至水中,使用时必须考虑到以下因子,即:紫外光源的辐射能量、光源与灌溉水的距离、紫外光能量在水中的传递能力。杀死病原菌所需要的能量并不相同,一般家庭常见的细菌只需70ml/平方厘米;而要杀死引起植物病害的病原,其所需剂量大致为:霉菌或细菌需100ml/平方厘米,而病毒需达到250ml/平方厘米。
5.紫外线杀菌设备的设计
(1)杀菌作业室:作业室通常为不锈钢材料所组成,通常用高压石英灯管产生紫外光,在处理室内必须装设紫外线传感器以连续监测光能量。目前常见的杀菌室结构有三类:一是轴心型即,杀菌灯位于中央,水流过此圆柱体。二是同心圆型即水流经圆管,杀菌灯位于圆周管壁。三是平面薄膜型即水流流经扁平板面,扁平板内装置紫外灯管。为了确保灌溉水都经过紫外光杀菌,杀菌室内必须有扰流装置,使流水均匀暴露于紫外光下。为避免杂质累积在灯管与传感器而影响性能,作业室要定期进行清洁。
(2)控制器:为了确保杀菌性能,杀菌过程必须加以监测。紫外光灯管的使用小时要连续的记录,以确定不超过使用期限。
4.使用紫外线进行水质处理常见的问题
使用紫外线杀菌作业,在适当的规划与正确使用下,应该可杀死病菌。但有时使用紫外线进行水质处理,也会出现一些问题,失败的原因可归纳如下:
(1)灯源能量太小:设计不当是主要原因,选用的灯管无法提供足够的能量。
(2)灯管老化:灯管使用总时间超过了使用期限。
(3)水量过大或流速太快:灌溉水受到紫外线照射的时间太短或是强度不足,造成总能量不足。
(4)灯管累积杂质:由于杂质的累积,隔断了紫外线逸出的能量。
(5)水中杂质太多:杂质吸附了紫外线能源,造成水中吸收的能量不够,不足以杀死病毒。
(6)水流处理不全面:所有灌溉水没有完全通过紫外光,部分水源自旁支通路进入已完成杀菌的容器内,相互混合,造成污染。
上述几种问题的出现,都应该及时采取有针对性的措施,避免灌溉水源的杀菌不彻底而影响到花卉作物的生产。
随着花卉栽培面积的扩大和对品质要求的提升,对水质的清洁与无菌要求也更高。为确保花卉不致因为灌溉而遭受到外来病原菌的侵害,灌溉水无论是在栽培时直接喷施,还是经过回收后再利用,都必须解决杀菌问题。虽然我国花卉产业目前对于水质杀菌还未引起足够重视,但针对未来的发展,灌溉水源杀菌将成为花卉栽培(尤其是设施栽培)必须面对的问题。
作者单位:江西宜春学院农学院

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