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氢云技术 | 氢气与富氢水在农业生产上的应用分析

氢云链| 2021-6-4 11:33 阅读 2583 评论 0

作者:刘照启、张蔚然、韩 鑫 、白京波

摘 要:氢气是一种无色无味的气体,具有还原性,溶于水后形成富氢水,目前氢气与富氢水广泛应用于医疗、化工、食品等 行业,并发挥着积极的作用,其在农业上的应用刚刚起步。简述了氢气与富氢水在农业生产上的应用及其作用,分析了使用氢气与富氢水的优点和目前存在的问题,总结归纳了氢气与富氢水未来的发展方向和应用前景。

1、概述

氢气是一种无色无味、无毒无害的惰性气体,是自然界中已知密度最小的双原子分子,密度仅为空气的 1/14,其性质稳定,不易与其他物质发生反应,但氢元素可与众多元素形成化合物。氢气可燃、易爆炸,同时也是最清洁的燃料,常温常压下在水中的溶解度很低。富氢水是氢气溶于水后形成的,具有还原性和抗氧化能力,但氢气仍是以分子的形式存在于富氢水中。

常用的富氢水的制取方法主要分为两种:一种是电解水方法制取,即将电解水产生的氢气通入水中形成富氢水;第二种是通过氢化物分解制取,例如将 MgH2 放入水中即可产生氢气,氢气溶于水形成富氢水。目前,氢气与富氢水广泛应用在医疗、化工、食品等行业,并发挥着积极的作用,在农业上的应用刚刚起步,等待着广大学者去探索和发现。

2、氢气与富氢水的主要作用

2.1 改良土质

使用氢气处理土壤可有效改良植株根系环境,使其有利于植物生长发育,减弱各种恶劣条件对其生长 发育的影响。

2.2 促进种子萌发、幼苗生长

通过氢气处理种子或者土壤,可以调节种子的生理活动,加快萌发速度,提高出芽率和存活率;通过富氢水处理幼苗,可以有效保证根尖细胞的完整性,促进幼苗的生长发育。例如,使用富氢水处理小苍兰植株,可有效增加叶长和叶宽、缩短开花时间,促进其生长发育,增加小苍兰大球、小球的鲜重和干重。

2.3 调节植物生长状态

氢气可以调节植物的生理功能,并可以参与到植物的激素调节中去,促进植物生成营养物质,加快其生长发育,效果可表现为增加株高等。用富氢水灌溉小麦可有效调节小麦叶片气孔的大小,使其适应环境的改变,调节小麦根尖形态,促进根部生长。

2.4 提高植物的抗逆能力

氢气可有效提高植物细胞的活性,清除植物体内的自由基,促进基因的表达,使其生成足够的营养物质,进而促进枝干、叶片的生长,以抵抗重金属危害和各种恶劣条件,例如在 Cu2+ 浓度过高会阻碍植物的生 长,富氢水可以通过保持细胞的完整性和增大植物气孔来减少铜的胁迫,提高植物的抗逆能力。

2.5 提高果蔬保鲜时长

由于氢气具有还原性,可有效提高果蔬抗氧化能力,降低果蔬的呼吸作用,进而提高其保鲜时长。

3、氢气与富氢水应用的优点与问题

3.1 应用的优点

3.1.1 安全性好

目前,在作物病虫害的防治过程中,大多数农民以背负式喷药箱为主,在施药过程中可能会对农民的皮肤、呼吸道造成损伤,如果早期使用富氢水可增强植物 抵抗病虫害的能力,减少农药的使用,提高安全性;在施肥过程中,也可能对皮肤造成伤害,富氢水是一种理 想的肥料,使用富氢水代替部分化肥可增加土地肥力, 提高农业生产的安全性。

3.1.2 代替化学药剂,无污染

氢气是一种新型的肥料,无毒、无害,目前我国使用农药、化肥过多,造成了土质下降和环境污染,如果在植物生长过程中使用氢气或富氢水,可有效代替部分化肥、农药,作业过程无污染、无残留,并可有效提高土质,促进植物的生长发育。

3.1.3 提高产量

在种子萌发的过程中,通过氢气处理可有效提高出芽率,进而提高产量,实现增产增收;在幼苗期,通过富氢水灌溉也可提高植物的抗逆性,进而实现增产。

3.2 存在的问题

3.2.1 富氢水浓度易降低

氢气在水中的溶解度低,制备好的富氢水不易于储存,从制备好富氢水到喷洒或者灌溉,中间过程时间 较长,浓度下降幅度大,影响其作用效果,从而错过作物最佳的治理时期。

3.2.2 氢气具有易燃性

氢气在使用过程中不安全因素有许多,农业生产 过程中使用氢气需要专业人员进行相关操作,推广使用难度大,在使用过程中要严格控制氢气的浓度,同时控制周围的火源,做好安全防范措施以防发生火灾。

3.2.3 技术达不到要求

目前,对于氢气在植物生长发育中能起到哪些作用还没有充分的研究,也没有大量的试验和数据,更谈不上应用,并且制氢、监测、调控设备的研发也达不到要求,将氢气与富氢水广泛投入到农业生产中难以在短时间内实现,需要广大研发人员进一步研究与实践。

4、氢气与富氢水的应用前景

氢气与富氢水在植物生长的各个阶段均能发挥积 极的作用,具有重要的研究价值。在农业生产中,合理使用氢气与富氢水可有效减少农药、化肥的使用,促进生态农业的发展。国内外对氢气与富氢水的研究取得了一定的成果,但是对于其作用机理、范围、方式的研 究仍不够深入,缺少突破性的进展。目前,通过试验研究氢气促进植株生长发育的作用机理和潜在影响是主要任务;如何解决氢气在水中较长时间地保持较高的溶解度和稳定性是研究的重点,将理论研究不断与实践相结合,氢气与富氢水的应用会有突破性的发展,进而逐步广泛地应用到农业生产中。

编辑:氢氢我心  校对:风氢扬  审核:氢云小仙女

来源:山东理工大学农业工程与食品科学学院、山东思远农业开发有限公司

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