摘要：營(yíng)養(yǎng)液中病原菌和藻類的安全高效滅除是封閉式蔬菜無(wú)土栽培的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。本文綜述了蔬菜無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液中病原菌和藻類的種類、侵染方式，不同滅菌除藻技術(shù)的原理、發(fā)展利用現(xiàn)狀，并提出了新的技術(shù)途徑和若干科學(xué)問(wèn)題，以期為后續(xù)深入研究和推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：無(wú)土栽培；營(yíng)養(yǎng)液；病原菌；藻類；消毒；綜述

　　封閉式無(wú)土栽培通過(guò)特定設(shè)施營(yíng)造出潔凈、穩(wěn)定的蔬菜生長(zhǎng)環(huán)境，營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)利用避免了一次性廢棄而產(chǎn)生的環(huán)境污染，是化肥減施增效的重要技術(shù)途徑，已成為發(fā)達(dá)的主要無(wú)土栽培模式（楊其長(zhǎng)等，2012）。營(yíng)養(yǎng)液是無(wú)土栽培的主要養(yǎng)分來(lái)源，保持營(yíng)養(yǎng)液的健康環(huán)境是無(wú)土栽培管理的核心環(huán)節(jié)。相比土壤栽培，無(wú)土栽培中各種有害因子雖已大幅減少，但病原菌、藻類等仍然存在，極易在營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)過(guò)程中蔓延，影響植物生長(zhǎng)。針對(duì)無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液病原菌消毒的研究已有很多，但對(duì)藻類控制的關(guān)注較少。鑒于營(yíng)養(yǎng)液中病原菌和藻類可能存在協(xié)同共生或競(jìng)爭(zhēng)抑制，滅除原理與技術(shù)途徑相似性高，營(yíng)養(yǎng)液中病原菌和藻類系統(tǒng)的防控對(duì)于蔬菜作物無(wú)土栽培十分重要。

　　1營(yíng)養(yǎng)液中病原菌、藻類的種類及侵染方式

　　和自然水體類似，營(yíng)養(yǎng)液中可能出現(xiàn)的有害生物包括病原微生物（細(xì)菌、真菌）、浮游動(dòng)植物（藻類、原生動(dòng)物）、線蟲等，可通過(guò)空氣、水、種子、基質(zhì)、器具、人工操作等途徑進(jìn)入栽培系統(tǒng)。與藻類相比，病原菌對(duì)植物影響較大，相關(guān)研究較多。營(yíng)養(yǎng)液主要與植物根部接觸，其中致病菌多為根部病害（Reyetal.，1996；劉士哲等，2016）。如葉用萵苣（生菜）水培營(yíng)養(yǎng)液中，常存在腐霉Pythiumdissotocum感染，雖然無(wú)明顯外觀病癥，但嚴(yán)重影響產(chǎn)量（李國(guó)景等，2001）。番茄、黃瓜營(yíng)養(yǎng)液中病害多由腐霉菌、疫霉菌引起，其次是尖孢鐮孢菌和煙草花葉病毒，侵入方式為病原菌傳播、幼苗帶菌或種子傳染，易造成番茄根腐病、枯萎病、青枯病、花葉病毒病和黃瓜疫病等（劉向輝等，2005）。

　　無(wú)土栽培設(shè)施內(nèi)壁和營(yíng)養(yǎng)液中因富含養(yǎng)分，在陽(yáng)光照射下極易滋生藻類，以綠藻門藻種最為常見(jiàn)。少量藻類一般對(duì)植物影響不大，大量繁殖時(shí)會(huì)與植物產(chǎn)生資源競(jìng)爭(zhēng)。熊自立等（2002）發(fā)現(xiàn)綠藻每周可造成營(yíng)養(yǎng)液中的N、P、K、Ca、Mg損失達(dá)10.6%、5.6%、6.9%、1.1%、10.9%，使EC值下降0.21mS·cm-1，pH值下降0.2，溶氧降低以及葉菜類蔬菜葉片褪綠，瓜果類蔬菜坐果不良、產(chǎn)量及品質(zhì)下降等。藻類的活體及殘?bào)w易附著堆積于植物的根莖部和管道壁，會(huì)形成腐殖質(zhì)層，影響蔬菜外觀商品性，滋生病菌和蚊蠅，堵塞管道。部分藻類產(chǎn)生藻毒素，危害植物生長(zhǎng)和食品安全。研究發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)液中低密度的藻類會(huì)促進(jìn)蕹菜根系增長(zhǎng)，但高密度的藻類會(huì)導(dǎo)致蕹菜生長(zhǎng)減緩，藍(lán)藻、綠藻種間競(jìng)爭(zhēng)及化感作用也會(huì)限制蕹菜根系發(fā)展，導(dǎo)致葉片脫落和生物量降低（闞元卿等，2014）。

　　2營(yíng)養(yǎng)液滅菌除藻的研究進(jìn)展

　　營(yíng)養(yǎng)液中病原菌的滅殺消毒是無(wú)土栽培的研究熱點(diǎn)，但藻類的去除一直未受到足夠重視，僅在花卉生產(chǎn)中有過(guò)相關(guān)報(bào)道（趙習(xí)武等，2012），針對(duì)蔬菜的研究極少。鑒于藻類與病原菌在滅除方法上有較大相似性，滅除工作應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，根據(jù)滅殺原理，營(yíng)養(yǎng)液中殺菌除藻的方法可分為物理方法、化學(xué)方法、生物方法3類。不同方法在滅殺效率、專一性和經(jīng)濟(jì)性等方面有明顯差異。

　　2.1物理滅除研究

　　實(shí)際生產(chǎn)中，營(yíng)養(yǎng)液中病原菌、藻類的滅除以物理方法為主，技術(shù)相對(duì)成熟，特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境和產(chǎn)品無(wú)毒無(wú)害，但對(duì)設(shè)備要求較高，操作相對(duì)復(fù)雜；缺點(diǎn)是在滅除有害生物的同時(shí)，有益生物也不能幸免（楊其長(zhǎng)等，2012）。物理滅除法主要包括利用紫外線、加熱及制冷、氧化劑、過(guò)濾等進(jìn)行滅除。紫外線照射是目前應(yīng)用最多的方法之一。通過(guò)紫外線對(duì)水中微小生物進(jìn)行照射，破壞其機(jī)體內(nèi)蛋白質(zhì)和DNA的結(jié)構(gòu)，使其立即死亡或喪失繁殖能力，對(duì)真菌、細(xì)菌均有較好的滅殺效果（劉超然等，2017）。

　　紫外線輻照對(duì)不同藻類也有抑制效果，波長(zhǎng)在200～400nm的紫外光對(duì)橢圓小球藻、普通小球藻等常見(jiàn)綠藻都有滅活作用，通過(guò)抑制藻細(xì)胞生長(zhǎng)、減低藻密度、破壞細(xì)胞完整性、增大藻細(xì)胞比重使其沉降至底部等進(jìn)行除藻，并控制藻毒素和胞內(nèi)外有機(jī)物釋放（賈沛莉等，2017）。但其效果易受營(yíng)養(yǎng)液中透射因子影響，紫外強(qiáng)度越高，營(yíng)養(yǎng)液濁度低時(shí)滅殺效果越好，但隱藏在懸浮顆粒背后的病原菌和藻類難以被殺死（張永吉和劉文君，2005）。劉向輝等（2005）研究發(fā)現(xiàn)，殺滅細(xì)菌和真菌的紫外線射線劑量是100mJ·cm-2，而殺滅病毒的劑量則需250mJ·cm-2，且殺滅真菌相比細(xì)菌需要更強(qiáng)的射線強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)外已有大量紫外線殺菌裝備，且朝著可同時(shí)實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)液消毒和營(yíng)養(yǎng)液成分自動(dòng)化管理方式發(fā)展（李東星等，2011），這些設(shè)備對(duì)藻類的滅殺效果還需要深入研究。高強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間的紫外線照射會(huì)使消毒達(dá)到飽和，從而降低效率，大量研究從病原菌存活率、紫外線輻射量和營(yíng)養(yǎng)液體積之間的關(guān)系著手，或利用模擬系統(tǒng)推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)各種紫外消毒儀器進(jìn)行參數(shù)改進(jìn)及評(píng)價(jià)，在營(yíng)養(yǎng)液水培黃瓜、番茄等研究中取得了較好的滅除效果，滅菌率達(dá)到92%～100%（劉向輝等，2004；王偉琳等，2018；Tsunedomietal.，2018；馬萬(wàn)征等，2019）。牛培平等（2015）利用流體力學(xué)數(shù)值模擬分析優(yōu)化了現(xiàn)有紫外線消毒儀的擋流板設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)采用4孔型擋流板時(shí)，顆粒受到的輻射劑量最小值、平均值較另外2種擋流板設(shè)計(jì)分別提高33.4%和4.2%。

　　2.2化學(xué)滅除研究

　　化學(xué)滅除法指利用各種化學(xué)藥劑進(jìn)行殺菌除藻，通常效果迅速，但產(chǎn)生的二次污染和化學(xué)藥劑的生物富集易對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，正逐漸被取代。化學(xué)滅除的常用化學(xué)藥劑包括各種含氯化合物、鹵素、金屬離子、表面活性劑等。

　　2.3生物滅除研究

　　利用拮抗微生物抑制營(yíng)養(yǎng)液中的病原菌已有應(yīng)用實(shí)踐，此類方法作用緩慢，效果有限，但使用成本低，發(fā)展前景較好。李國(guó)景和李躍珍（2001）將5種細(xì)菌混合而成的Poly-A接種于芹菜NFT種植系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其可顯著抑制水藻，且對(duì)植株生長(zhǎng)無(wú)影響。在生菜NFT種植系統(tǒng)中接種拮抗真菌Trichoderma后，可減輕腐霉病感染率，提高生菜品質(zhì)（李國(guó)景等，2001）。某些放線菌、假單胞菌、鐮孢菌產(chǎn)生的次生代謝物被證明對(duì)腐霉、疫霉等病菌孢子有明顯防治效果（張彩英，1999）。假單胞菌是無(wú)土栽培系統(tǒng)中的一類常見(jiàn)根際微生物，其產(chǎn)生的生物表面活性劑已被證實(shí)對(duì)諸如辣椒疫霉等多種游動(dòng)孢子繁殖的蔬菜病害有抑制作用（Nielsenetal.，2006；Hultbergetal.，2010）。接種假單胞菌Pseudomonaskoreensis2.74后產(chǎn)生的生物表面活性劑，對(duì)生菜循環(huán)系統(tǒng)中的一種致病卵菌滅殺率可達(dá)50%（Hultbergetal.，2011）。Folman等（2004）發(fā)現(xiàn)溶桿菌株Lysobacterenzymogenesisolate3.1T8產(chǎn)生的活性物質(zhì)，對(duì)黃瓜無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液中的隱皮腐霉有明顯的生防效果。利用木霉對(duì)水培蔬菜進(jìn)行生物防治已有深入研究及應(yīng)用，哈茨木霉能夠長(zhǎng)期定殖于水培黃瓜根部，并誘導(dǎo)其對(duì)枯萎病產(chǎn)生抗性（Zhangetal.，2013）。將大麥秸稈或其提取物投入水中，對(duì)藍(lán)藻等藻類產(chǎn)生了很好的控制作用（Everall&Lees，1996）。由此可見(jiàn)，植物或微生物的化感作用及化感物質(zhì)可能為營(yíng)養(yǎng)液中微生物和藻類的滅除提供一種安全低成本的解決途徑，但急需相關(guān)研究支撐。

　　2.4復(fù)合方法滅除研究

　　利用一種方法對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行滅菌除藻存在一定的缺陷，將多種方法聯(lián)合使用，可提高滅殺的廣度和深度。如先將營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)過(guò)濾裝置濾除植物殘?bào)w和部分藻類，并吸附一部分病原菌，然后經(jīng)臭氧、紫外線共同作用，最后再通過(guò)加熱器處理。已有研究證明，臭氧+紫外線比二者單獨(dú)處理時(shí)臭氧化速率提高10～104倍，能氧化臭氧難以降解的有機(jī)物（Loebetal.，2012）。臭氧+紫外線的組合式消毒方式具有協(xié)同效應(yīng)，可使番茄無(wú)土栽培中的細(xì)菌、真菌、放線菌等主要病原體的總消毒效果達(dá)到89.9%（宋衛(wèi)堂等，2011）。李洪等（2016）對(duì)甘藍(lán)漂浮育苗的研究發(fā)現(xiàn)，紫外燈加臭氧的殺菌效果優(yōu)于加熱處理，且能增加營(yíng)養(yǎng)液中硝態(tài)氮含量，降低銨態(tài)氮、磷酸鹽含量和pH。薛曉莉等（2017）利用微納米氣泡發(fā)生技術(shù)制成微納米氣泡臭氧水，與紫外線消毒器發(fā)揮協(xié)同消毒作用，證明了紫外線可通過(guò)提高有機(jī)物分子能量，增加活化分子比例，促進(jìn)臭氧生成反應(yīng)活性更高的羥基自由基，從而實(shí)現(xiàn)更佳的滅菌效果。

　　3問(wèn)題與展望

　　隨著消費(fèi)者對(duì)高品質(zhì)安全農(nóng)產(chǎn)品需求的增加，以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，封閉式無(wú)土栽培的應(yīng)用規(guī)模將繼續(xù)擴(kuò)大，循環(huán)營(yíng)養(yǎng)液中病原菌和藻類的滅除成為無(wú)土栽培的核心技術(shù)環(huán)節(jié)。物理和生物滅除方法已發(fā)展成為營(yíng)養(yǎng)液滅菌除藻的優(yōu)先解決方案，且更加依賴多種方法聯(lián)合使用來(lái)提高效果。新型植保、水處理技術(shù)不斷為營(yíng)養(yǎng)液的滅菌除藻提供可借鑒的技術(shù)，如利用生物活性炭、氧化還原電位水、功能微生物和過(guò)濾形成的生物膜進(jìn)行滅菌除藻都具備一定發(fā)展前景，但滅除效果和機(jī)理大多還處于研究階段。藻類與病原菌共存于營(yíng)養(yǎng)液中，藻類生態(tài)及其次生代謝物對(duì)病原菌和植物會(huì)產(chǎn)生何種影響仍具有不確定性。將植物間套種植應(yīng)用于無(wú)土栽培，利用植物的化感作用來(lái)控制藻類和微生物也許是一種安全低成本的解決途徑，這方面研究尚十分缺乏。上述諸多新方法在應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，其可靠性、經(jīng)濟(jì)性仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證，但無(wú)疑會(huì)為蔬菜無(wú)土栽培提供新的技術(shù)途徑。

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