淺談灌溉水之消毒技術

　　荷蘭的環境保護法規一直促使農民投資改善其生產體系，期盼栽培環境能符合環保措施與需求。為防止養份及農藥從土壤、水或空氣中污染周遭環境，於西元2000年前，荷蘭的農業備忘錄訂出，無土栽培（soilless culture）全部由開放系統改為循環系統，並訂出擴大生物防治等減少使用農藥期能達成（1）溫室的農藥使用量降低65％，（2）利用效果良好之噴霧器以減少農藥使用量及噴藥次數（3）減少化學農藥對環境之排出與污染。

　　無土栽培即為溫室栽培之一種良好方式，可使植株直接生長在營養液中或加有此養液之砂或碎石中，所用之特別養液皆為植物生長之必要元素，此與肥沃土壤中所含之營養素相近或相同。無土栽培法之主要優點是於貧瘠或對植物有害的土壤地區亦可得到高產量，並能生產高品質與高經濟價值之蔬菜和花卉。然而生長於溶液中的植物與生長在土壤中的植物一樣，同樣會受到病蟲害之危害和環境因素的影響。今日許多荷蘭的花卉及蔬菜栽培皆使用消毒過之再循環回收水，以減少及防止土壤傳播性及水傳播性病害之傳播與發生。荷蘭的科學家為有效地防止溫室栽培之花卉與蔬菜病害之發生，試驗了許多再循環回收水之消毒技術，目前已超過500個花卉與蔬菜種苗業者使用熱、臭氧消毒及紫外線照射等消毒方式處理再循環回收水。這些水消毒方法之最終目標是殺死99.9％的細菌與真菌，將水中的病原之感染潛勢降低，使已經灌溉使用過之水能再重複充分利用。

　　於無土栽培中之再循環回收水常存有疫病菌（Phytophthora spp.）（玫瑰、非洲菊及盆栽植物等）、腐霉病菌（Pythium spp.）（火鶴花與玫瑰等）、鐮胞菌（Fusarium oxysporum）（康乃馨、非洲菊與仙客來等）、立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）與炭疽病菌（Collectotrichum spp., Gnomonia spp.）（玫瑰等）等真菌引起之病害；軟腐病（Erwinia carotovora,無土栽培）與青枯病（Psedomonas solanacearum）等細菌性病害；其他較嚴重之病害如蘭花、康乃馨與天竺葵等之病毒病害（tobacco mosaic virus等），火鶴花之穿孔線蟲（Radopholus similis）。

　　通常在進行水消毒前，再循環回收水或儲備之雨水必先經過濾、去除有機顆粒，以免因堵塞而影響消毒之工作。一般用之過濾膜孔徑大約在50-70μm間，另外為提高消毒之效率，水之酸鹼度必須調低至4.0至4.5，如此可避免熱處理時肥料中鹽類的沈澱。

熱處理消毒（Heat treatment）

　　1987年所使用之熱處理方式消毒再循環水，係將再循環水收集在水槽中，先經50-70μm過濾膜粗略過濾後，調整水之酸鹼度至4.5，然後用幫浦將初淨化水打進第一個熱交換處理機，此時即利用經處理機系統冷卻時放出之熱量以預熱初淨化水。接著再將水打進第二個熱交換處理機，外接的熱源將水溫昇高至華氏200度（約攝氏95度），至少加熱處理30秒，消毒過之水回流至第一個熱交換處理機內冷卻，然後貯存在另一個水槽備用。大多數的熱消毒處理裝置每小時可以消毒460至2750加侖的水，而所需用在第二個熱交換處理機之燃料（瓦斯），每180加侖的水只需1.5m³。番茄青枯病菌（Psuedomonas solanacearum）可用60℃消毒處理10分鐘，然含厚膜胞子之真菌則需80-95℃消毒處理10分鐘方能有效殺菌。本方法應用於大量培養液的循環式消毒仍有困難，但若應用於滴灌式之岩棉栽培，其實用性很高。

臭氧消毒（Ozonization）

臭氧（ozone, O₃）是強氧化劑，常被用在飲用水、工業用水及自宅區廢水消毒。經50-70μm過濾膜粗略過濾之水，以幫浦打進處理槽中，再將臭氧打入水中，同時將硝酸亦打進水中調整酸鹼度4.0至4.5。一般用水，每180加侖水加入5克的臭氧處理一小時；若為已使用過之再循環水，則需加倍用量處理一小時。然欲殺死穿孔線蟲並避免線蟲在火鶴花植株上繁殖，更需20克的臭氧處理一小時以上即能達成效果。一般臭氧消毒裝置如Ozomatic 20，每小時可以消毒360至1100加侖的水量。此種臭氧消毒法成本亦較紫外線照射消毒法高。

紫外線照射消毒（UV radiation）

　　紫外線為電磁輻射線，波長在100-400nm間，在200至280nm短波的紫外線具有很強之殺菌效果，因為光化反應能破壞細胞物質，其中最佳之殺菌波長為253.7nm。高壓水銀蒸氣燈與低壓水銀蒸氣燈兩種燈管最常被作消毒用，高壓水銀蒸氣燈管一般激發200至280nm波長之紫外線，而低壓水銀蒸氣燈管則激發大約253.7nm波長之紫外線。如其他消毒方法，紫外線照射消毒前亦需用粗過濾膜去除有機質，另外以顆粒在0.4-0.8nm間之砂粒層過濾法亦有相似效果。通常再循環水，常需加入過氧化氫（H₂O₂）或醋酸（CH₃COOH）等化藥處理增強水的傳導速率，紫外線用量隨水的流速及傳播速率而異。若只求殺死番茄青枯病菌與胡瓜蔓割病菌，100 MJ cm^-2的紫外線用量即可，若欲達完全消毒（包括殺死線蟲、病毒），250 MJ cm^-2的用量方能達成。用低壓水銀蒸氣燈管、再循環水傳導速率至少50％、水流速在每小時450加侖條件下，160 MJ cm^-2的紫外線用量可殺死穿孔線蟲。

紫外線照射消毒安裝方式有兩種：（1）安裝紫外線燈管於灌溉水（或養液）流動處的上方，（2）在灌溉水（或養液）中裝置防水之紫外線燈管。若安裝紫外線燈管於灌溉水（或養液）上方，因水面之反射而減低殺菌之效果，因此水位（或養液）之深度不可太深，否則無效果。而裝置防水之紫外線燈管於灌溉水或養液中則無水面反射之問題，但得用高價位之完全防水之紫外線石英燈管。目前已有「流水殺菌燈」之產品，其紫外線燈本體外加防水之石英管，可直接浸在養液中，其紫外線輸出分別達0.7或1.7W。

過濾膜消毒（Membrane filtration）

　　溫室栽培業者常用極超過濾法（hyperfiltration）或逆滲透法去除灌溉水中之鹽類，而對於再循環水之消毒，此超細膜會移除水中之肥料並不適用。超過濾法（ultrafiltration）與微過濾法（microfiltration）使用膜之網孔比極超過濾法（hyperfiltration）密，除可移去水中之懸浮物、膠質、細菌與其他物質，但不會改變水溶液中之營養成份。雖然如此，Willemien並不推廣此兩種過濾膜消毒法，主要因此形態之過濾膜常會黏塞致使效果不穩定。

緩砂過濾消毒（Slow sand filtration）

超過一世紀以來，緩砂過濾法一直被作淨化飲用水用，許多盆栽番茄與玫瑰栽培業者亦愛用細砂過濾灌溉水。一般而言，細砂是此消毒系統中最昂貴之部分，通常需二次精選出0.2至2mm大小之顆粒，且砂層至少亦需80公分高方有效果。其中砂粒大小、流速、砂層高度與緩流細砂過濾一些理論基礎，已於最近被解決克服。Wohanka（1991年）以100-300公升／平方公尺／小時之水流速度經0.2-2.0mm細砂層，能過濾水中疫病菌（Phytophthora spp.），後來再經改進以具有單純品係數（uniformity coefficient; UC=D60／D10^*）小於3之0.15-0.30mm特性細砂層可去除豌豆萎凋病菌（Fusarium oxysporum f. sp.pisi）、菸草黑根腐病菌（Thielavviopsis basicola）等，亦可移除99％之十字花科黑腐病菌（Xanthomonas campestris pv. campestris）。但此種消毒法已被證實對穿孔線蟲無效，而且此法經使用一段時日（約六十天）後，應注意砂質層之阻塞（砂表變硬且呈暗褐色）情形，另外藻類亦常造成砂層之阻塞，必須清除及補充有效砂質。

碘化處理消毒（Iodination）

　　碘被用作飲用水消毒，除因可去除人類之病毒外，碘亦比氯較穩定又較方便使用。在園藝應用方面，水中含15ppm之碘濃度仍無法殺死病毒，然而0.7ppm之碘濃度已能有效殺死真菌。經碘消毒處理過後，水須再用幫浦抽送至碳處理吸附多餘之碘，然而碳處理亦會吸收鐵與銅，因此在使用這些消毒水前，應在水中添加這些微量元素。0.8ppm之碘消毒處理12分鐘最常被育苗者所使用。

過氧化氫消毒（Hydrogen peroxide treatment）

　　過氧化氫與臭氧反應相似，但為較弱之氧化劑。配合促進劑與穩定劑的施用，100 ppm經活化之過氧化氫處理5分鐘能有效抑制番茄萎凋病菌（Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici），但欲殺死番茄嵌紋病毒，劑量須提高至400ppm。而400ppm的經活化之過氧化氫須處理24小時以上方能有效殺死穿孔線蟲，但此濃度對番茄有毒害。另外值得注意之事項就是剩餘的過氧化氫如未被中和，由於酸鹼度過低易造成酸害，因此經此法消毒之灌溉水，使用前須先測知並調節酸鹼度。

火燄消毒（Flame disinfection）

　　在此消毒系統中，再循環水先以150μm之網膜過濾，以幫浦打水進入前述之熱交換處理機中預熱，再將水噴灑至第二個水槽，經瓦斯火燄、紫外線燈（200-300nm波長）及紅外光（800-1400nm波長）處理消毒16秒。此系統雖能有效殺死真菌，但對病毒無法有效抑制。此法不會破壞水及肥料之組成份，而且瓦斯用量亦頗經濟，唯使用此系統者鮮少。

結論

　　由於水土保持之不易，河川短急，台灣水資源日愈缺乏，溫室灌溉用水再循環消毒使用之前景將可預期，可惜的是台灣目前投入相關之研究非常缺乏，筆者僅提供此淺見以拋磚引玉，並提供業者參考，使高經濟溫室栽培之病害問題得以事先防範，提昇國際競爭力。

補充說明：臭氧消毒（Ozonization）與紫外線照射消毒（UV radiation）亦普遍用於超集約室內循環水養殖系統中，尤以後者為最普及。