电功能水水的利用对人类文明起到了哪些推动作用

农业的发展经历了传统自然农业及化学农业，特别是化学农业的革命为农业的发展插上了腾飞的翅膀，对农作物产量的提高、质量的改善作出了极大的贡献，大大推动了农业产业的快速发展，使一直困扰落后国家的温饱问题得以解决。但在产量提高的同时，也带来了严重的污染，包括环境污染，农药残留、生态破坏、健康危害等。这又给人类提出了新的挑战，给科学提出了新的课题，特别是农药使用所带来的危害，已经到了触目惊心不得不重视的阶段了，农药在瓜果蔬菜上的滥用，除了破坏自然生态外，直接造成人体危害，如食物中毒及癌症发生率倍增，已成为人类生存与持续发展的重大问题。科技的发展总是螺旋提升与制限瓶颈不断突破的过程，化学农业发展的一定阶段后，必将会被新型的农业模式所替换与取代，这就是物理农业的萌芽与发展的开始。本文介绍的电功能水技术就是物理农业中一朵绚丽的奇葩，它如争奇斗艳的花朵成为当前农业生产中最为重要的无公害生产手段。水是农业生产的基本条件，是植物生长必有可少的最为基本的要素。但水的不同存在方式，不同的物理化学特性又会产生不同的生物物理化学效应，如磁化水、电场水、富氧水、离子水等，它们都有不同的作用与不同的效应。这里所说的电功能水也是通过现代高科技，让其发生物理化学性状的变化，从而产生具有特异功能与用途的水，我们称之为电功能水。本文就以电功能水的产生机理与农业生产上的运用作些详细的介绍，让人们对水的作用又有了新的认识，让农业生产用水，又赋予了新的含义，让水成为农业生产中更为重要的生产资源，这也是发展持续循环农业的一个重要技术措施，从原本水在栽培上的的常规生理效应拓展为植保上的病理效应，为生产绿色无公害的农产品找到了新的技术路径[1]。电功能水的产生机理认识水的物理化学性状水从分子结构来说，是以二个氢原子与一个氧原子组成，而在自然状态下，大多是以6个水分子通过氢键耦连在一起，形成了水分子团，具有较大的分子量。而自然游离的水在磁及电场的作用下，则会产生氢键之断裂，从而由大的水分子团变成较小的水分子基团或单分子，这样更利于生物的吸收，其活性及自由能都得以改变与提高，与些同时水中的溶氧量也得以有效的是高。水在电极的作用下，会发生电解而放出氧气与氢气，这原理可被工业制氢业所运用。同时，水又是植物光合作用及呼吸作用矿质代谢等生理活动的重要参与者，是植物生长要素中最为重要的元素，水是影响植物生长的综合因素中最为关键的制限因素。水的化学性状，与其水的状态紧密相关，通常的水为中性，自然的雨水稍偏微酸，而在电极作用下，在矿质溶质的参予下，水的性状会发生变化，酸碱度变化极为明显，它在没有隔槽情况下，电极的电解会变成微酸性水，在有阴阳离子交换膜的交换分隔下，会形成强酸与强碱性的水，电功能水就是运用这一机理产生的[2]。电功能水的形成过程电功能水在农业生产上的运用主要就是利用它在电极作用下，能形成强酸与强碱水的这种机理，才使它得以发挥出不同于常规自然水的特异效应，是它的运用价值所在。要产生具有强酸与强碱的两种水，首选要解决发生装置的设计，它的科学设计是极为重要的，如果只是简单在把正负电极置入水中，虽然也能电解，但形成的只是一种酸碱度稍有变化的电解水，也有其作用效应，但其杀菌力不强，达不到生产上运用的杀菌要求。为了让水电解后能对水中的氢离子、氢氧根离子、及氯离子、钠钾离子进行区隔分流，形成具有强酸碱性的功能水，在设计上必须采用阴阳离子交换膜，在电解的同时进行离子的交换，让电极的阴极富集阳离子钠与钾，而进一步反应形成碱水，让其阳极富集阴离子氯而形成酸水。为了让其形成相对稳定而又具强酸碱特性的功能水，可以在生产的原水中加入电解质的盐类，而这种盐需选择利于通过离子膜的化学物质，如氯化钠与氢化钾，其中的钾与钠离子易于在电极作用下，轻松地穿透交换膜而实现了离子间的交换，从而使阴阳极的离子富集成份发生了变化，形成了两种不同性状的水。为了解决离子交换及区隔问题，采用了较为科学的设计是，给水施加强大的电场，让水在电场的作用下流经以离子交换膜为区隔的水流通道，这些流经交换膜的水在电场作用下发生电离，使水及溶质都处于自由能较高的离子状态，以实现离子间的膜交换，从而水中的离子在正负电场的作用下发生极性位移，再把位移富集的水进行分流式的导出，就形成了两股不同酸碱特性的水，在阴极端流出的是碱水，在阳极端流出的是酸水，再用集水槽进行分别收集，就形成了生产上可直接运用的强酸水与强碱水。而电场对水的作用强度不同又可影响水的电离程度与交换的通透性，可以通过添加浓度的不同及电流电场强度的不同来控制产出水的酸碱度，这样就形成了可调控的电功能水发生装置的技术设计思路。目前按这思路开发的电功能水装置主要由以下几方面组成，一个能进行电流强度调控及把交流转换成高压直流的电控装置，一组由白金电极板、绝缘隔板、阴阳离子交换膜分层堆叠组成的电场发生与电解离子交换装置，它是电功能水发生的核心部件，在隔板上按照水的流径设计出两道以离子交换膜为相隔的水流线通道，使流经的水在电场作用下发生离子交换，以催生离子间的位移及化学反应的进行。现把电极作用下的离子反应原理阐述如下，这是形成具有功能型水的重要机理： 电功能水在土壤改良上的运用电功能水因其具有的强酸强碱特性，而成为土壤改良中的一种最好的调节剂。传统的酸碱调节大多是采用施入硫磺或生石灰的方法，如碱土施硫，过酸土壤施石灰的方法，这些化学方法虽然也能起到调节作用，但同时因硫及钙残留作用又会影响到土壤合理的矿质元素结构，还会影响某些元素的吸收与固定。同时投入的改良成本与环境造成的污染也更大些，而选用资源最为丰富的水作为改良调剂，是最为简易与无化学污染的方法，现在，发达的日本已广为运用。生产运用也极为方便，如果是碱性过重的土壤，只需直接浇酸水即可，如遇酸性过重的土壤则施碱水，一直调剂至适合作物所需的PH值范围为止。生产中，土壤酸碱度的调整也是极为重要的，合适的酸碱度有利于营养元素的均衡吸收，过酸过碱的土壤环境都会造成某些元素的缺乏或者毒害。适地而栽显得极为重要，但在农业生产中，土壤的酸碱度又是动态变化的，所以采用该方法进行调节是目前最为灵活而简易的技术。这种酸碱的调节方法与防治病害一样，不会有任何之残留与危害，是成本低的实用技术，可以在酸性过重的红壤土及北方或海边的盐碱地改良上得以推广运用。另外，浇施带有高氧化还原电位的水还可以使土壤中原本不能被利用固定的矿质元素得以活化，以提高肥料的利用率，促进植物的生长。电功能水在克服重茬连作障碍上的运用当前设施条件下的瓜果蔬菜生产，常遇较为头痛的问题就是重茬的连作障碍问题，这个问题常成为蔬菜生产区的一大技术难题，也是众多科研者着力想解决的课题。究其重茬障碍发生的原因有以下几个方面。其一，是土壤病害的积累滋生，使土壤微生物环境恶化，导致一些诸如立枯病、瘁倒病的严重发生；其二，大棚内缺乏外界雨水的滋润，造至返盐而形成土质的盐碱化；其三，因植物的选择吸收而导致某些矿质微量元素的缺乏；当然，还有许多复杂的综合因素也会发生连作之障碍，如一些专一化病害病源基数的增加，导致重茬易得病，也有因肥水管理不科学造成土壤生命力降低，矿质元素无效化，土壤结构破坏板结严重等问题。采用土壤浇施酸水的方法，可以使土壤中的有害菌得以杀灭，因为大多有害菌皆是厌氧菌，而厌氧菌杀死的致死阈值比好气菌稍低，这样就不会把土壤所有的微生物杀死，否则杀死所有微生物，也会影响土壤良好微生物生态环境的破坏。向土壤浇酸水后，苗的立枯病与瘁倒病得以有效控制，这是许多瓜类重茬较易遇到的问题，浇施酸水后，土壤中越冬或越夏的病菌可以得到清园式的杀灭。另外，如因设施栽培造成的酸碱环境恶化引起的重茬同样可通过酸碱水的浇施得以改善[10]。电功能水在种子处理上的运用电功能酸水可用于农业生产中播种前的种子处理，经酸水处理的种子，除了杀死种皮外蓄存的病菌外，还可提高与改善种皮的渗透性，有利于种子的膨胀吸水；同时，带高氧化还原电位的功能水对种子胞膜渗透性的修复也起到一定的促进作用。所以在生产中的大豆、水稻、花生、棉花、瓜果蔬菜等种子在播前可以进行喷洒处理或者浸种处理，但如果采用浸渍处理时要注意，时间不宜过长，否则有些植物种类的种子在长时间酸水处理后，会使萌芽率大大降低，烂种率会增加。所以，在具体处理时，确定浸种处理时间时，最好先进行试验，然后确定最适的浸种时间，以达到最佳的发芽促进效果。另外，确定用碱水处理还是用酸水处理，不同的品种也不同，如大豆用酸水处理促进效果更好，而花生则适于用碱水进行促进处理，不同的品种是存在区别的，不宜千篇一律。但当然，如果只是利用电功能水的杀菌特性，则可以只用酸水进行短时处理，不管什么种子都不会有不良影响的发生。运用电功能水进行种子的萌芽促进处理，除了正负效应外，还有一些植物是不促进也不抑制，只起到杀菌之作用。如：强酸性水浸种可提高小麦发芽率7.3 ～10.3% ，而对萝卜、白菜、黄瓜和水稻种子发芽无明显影响。强碱水对花生种子萌发有促进作用，强酸水对大豆种子萌发有明显的促进作用，可提高发芽率l4.7 ～20.0%，强碱水在种子发芽过程中还具有一定的抑制霉菌的作用，这与菌的喜微酸特性有关，处于碱环境下会得以了抑制。总之，电功能水处理种子因不同的处理目的，可以选用不同性质的水及不同的处理时间，只要做到有的放矢科学运用，才可以把电功能水的种子处理技术发挥至最佳的应用效果。电功能水在芽苗菜生产上的运用在芽苗菜的生产过程中常因种子或环境问题而导致较为严重的烂种现象发生，成为芽苗菜生产的一个主要制限因子，据日本芽苗菜植物工厂的生产经验表明，可以通过间歇性的电功能水喷施来解决有关菌引起的腐烂问题，同时也可大大消除生产过程中产生的异味。并且在产量的提高及质量的保障上都有所改善，特别是豆类苗菜更为明显。因现代的芽苗菜生产大多是在密闭的环境空间下进行，创造无菌环境显得极为重要。而芽苗菜生产的环境又特别适合各种真菌及细菌类的滋生，如果像传统的化学方法，也可做到无菌，但同时对环境及蔬菜的污染较大，不利于实现绿色无公害的生产，所以，电功能水的酸水与碱水都已成为工厂化芽苗菜生产中的一个重要技术手段，包括车间空间及设施工具的水消毒、种子的处理、及收获后芽菜包装前的预处理，都可结合酸水处理技术，可以有效地起到促进生长，抑制杂菌及提高保鲜度的目的。结束语农业环境的污染及对人们生活健康的危害已成为当前的一个重要社会问题，探求新型的无公害生物制剂及开辟新的物理农业解决方案已是当前循环持续农业发展的重要课题。近年随着科技的不断发展，各种物理农业手段的不断开发与运用，为化学农业所造成的瓶颈突破寻找到了新的空间，如超声波、紫外线、辐射、臭氧、磁场处理等方法都在生产上得以运用。为无公害生产提供了许多技术路径，但在农业生产中，水还是最为重要的也是最易获取的资源，做好水的文章，是农业增产增效的一个最为重要的方面，它是农业生产之命脉，而电功能水的开发，又为水的价值赋予了新的含义，也为农业无公害化的生产开拓出一条崭新的高科实用之路。