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为解决封闭水培系统中营养液易被植物病原体污染的问题，研究人员开展脉冲电场（PEF）用于水培营养液消毒的研究。结果表明 PEF 能有效灭活病原菌，且新设计的消毒腔效果良好。这为水培营养液消毒提供新选择。
在全球人口不断增长和气候变化的大背景下，稳定的粮食供应成为人类面临的重大挑战。水培技术因其能充分利用空间、缩短植物生长周期、减少肥料使用并提高单位面积产量，受到广泛关注。其中，封闭水培系统因对环境友好、水资源利用高效，成为水培发展的重要方向。然而，该系统中营养液循环使用时，植物病原体极易入侵并大量繁殖，严重影响植物生长，这一问题亟待解决。
为攻克这一难题，来自国外的研究人员开展了关于脉冲电场（Pulsed Electric Field，PEF）应用于封闭水培系统中营养液消毒技术的研究。他们的研究成果发表在《Environmental Technology 》上，为水培产业的发展带来了新的希望。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，利用有限元法（Finite Element Method），借助 Maxwell v16 电磁场模拟软件，对新设计的 PEF 消毒腔进行电场模拟分析，以确定电场分布情况。其次，通过制备细菌浓缩液，选用大肠杆菌（Escherichia coli）和青枯菌（Ralstonia solanacearum）作为模型菌种，开展 PEF 消毒实验，观察细菌数量变化。最后，运用统计分析和动力学分析方法，对实验数据进行处理，探究不同条件下 PEF 对细菌的灭活效果及相关规律。
研究结果如下：
- 新设计 PEF 消毒腔的电场分布：通过模拟软件分析发现，新设计的 PEF 消毒腔在施加 10 kV 脉冲电压时，低阻抗液体（电导率 0.4 S/m）中的最大电场强度可达 4.5 MV/m。而施加 10 kV 直流电压时，最大电场强度仅 0.3 MV/m。这表明新设计的消毒腔在施加脉冲电压时，能有效提高低阻抗液体中的电场强度，为后续实验奠定基础。
- PEF 对不同溶液中大肠杆菌的灭活效果比较（实验 Ⅰ）：在实验 Ⅰ 中，分别将大肠杆菌悬浮在超纯水和营养液中进行 PEF 消毒实验。结果显示，在 100 Hz 和 400 Hz 频率下，当电压为 2 kV 和 6 kV 时，细菌数量下降不明显；当电压达到 10 kV 时，细菌数量显著减少。在 10 kV、400 Hz 的条件下处理 15 分钟，大肠杆菌在超纯水中的数量可降至检测限以下（LRV > 3.7 ± 0.4） ，在营养液中的最大 LRV 可达 4.32。这说明新设计的 PEF 消毒腔能有效灭活不同溶液中的大肠杆菌，且 10 kV 电压对大肠杆菌的灭活效果更佳。
- PEF 对营养液中青枯菌的灭活效果（实验 Ⅱ）：实验 Ⅱ 对悬浮在营养液中的青枯菌进行 PEF 消毒实验。结果表明，除 2 kV 电压外，其他电压条件下青枯菌数量均显著下降。在 10 kV 电压下，青枯菌的 LRV 可达 4.5。这表明 PEF 对植物病原菌青枯菌同样具有显著的灭活效果，能有效降低其在营养液中的浓度，保护植物免受感染。
- 频率和处理时间对营养液中大肠杆菌灭活效果的影响（实验 Ⅲ）：实验 Ⅲ 固定电压为 10 kV，改变频率和处理时间对营养液中的大肠杆菌进行消毒实验。结果显示，不同频率下，大肠杆菌的 LRV 随处理时间变化趋势不同。在 100 Hz 时，处理 8 分钟后 LRV 才明显增加；200 Hz 时，4 分钟后 LRV 开始增加；400 Hz 时，4 分钟后 LRV 增加，8 分钟时大肠杆菌数量降至检测限以下（LRV > 6.0）。通过动力学分析发现，Weibull 和 Gompertz 模型能有效描述 LRV 与处理时间的关系（R2 > 0.98） ，且频率越高，使细菌灭活所需的处理时间越短。此外，研究还发现，当施加脉冲次数达到约 5×10?次时，大肠杆菌的 LRV 开始快速增加，这可能是细菌损伤由可逆转变为不可逆的关键节点。
研究结论和讨论部分指出，本研究成功建立了适用于封闭水培系统的 PEF 消毒方法。新设计的 PEF 消毒腔能够在低阻抗营养液中施加高电场，有效灭活大肠杆菌和青枯菌等植物病原菌。不同电压、频率和处理时间对细菌灭活效果存在差异，10 kV 电压和 400 Hz 频率在实验条件下对细菌灭活较为有效。同时，Weibull 和 Gompertz 模型为优化 PEF 消毒条件提供了理论依据。PEF 处理通过物理破坏细胞壁灭活细菌，不会影响营养液化学成分，也无残留和副产物，对植物生长无不良影响。这一研究成果为封闭水培系统中营养液的消毒提供了一种潜在有效的新选择，有望推动水培产业的健康发展，具有重要的实践意义和应用价值。
