微量乙烯危害

   1.棚膜 

   可由劣质塑料薄膜产生。温室温度过高甚或温室在连阴天为了保温而不放风则乙烯浓度会达到危害植物的数值。乙烯气体危害时，植株矮化，茎节粗短，侧枝生长加快，叶片下垂、皱缩，失绿转黄而脱落，花器、幼果易脱落，果实畸形。茄子、番茄、辣椒敏感，菜豆、黄瓜、西瓜、西葫芦有一定耐性。

   还值得注意的是，劣质塑料薄膜受热还会产生氯气。氯气浓度超过100毫克/升时，蔬菜叶片中毒，叶绿体解腐体变黄，叶缘及叶脉变白而枯死。

   另一需要注意的是劣质塑料薄膜受热释放的磷二甲酸二异丁酯的危害，这种危害曾在山东发生过数百例赔付事件。磷二甲酸二异丁酯的危害表现为叶片边缘及叶肉部分变黄而白继而枯死，严重时全株受害。

塑料棚膜释放乙烯和磷二甲酸二异丁酯的危害

   2.燃煤烟气

   热风炉以及一些神秘的农药、xx的推广为温室增添了许多种有害气体，其中，{zd0}的危害当属乙烯。除了热风炉加温促使塑料释放乙烯以外，燃烧薪材、风化煤产生的烟气中含有大量的乙烯，因此热风炉缝隙释放的烟气乙烯也是温室乙烯来源之一。

   还要注意的是二氧化硫的危害。温室主要来源于硫磺熏蒸xx和加温燃煤。硫磺熏蒸xx气体排放不xx，或燃煤燃烧不充分，或烟道不畅通，以及燃煤中含硫较多等都可造成二氧化硫气体含量超标。一般二氧化硫气体超过5微升/升时，蔬菜就可受害。棚内空气中SO2浓度达到0.2毫克/升，菜豆、豌豆、甘蓝、白菜、西瓜、芹菜等作物3～4天表现出轻度受害症状；浓度达到1毫克/升，4～5小时敏感作物受害；浓度达到10～12毫克/升，如遇阴天、雾天，大部分蔬菜受害，严重时死亡。一般中部叶片受害较重，首先叶片失去光泽，呈水浸状，然后褪色，由绿变浅白并干枯死亡，轻时仅叶背气孔密集处出现症状。茄子、番茄、菜豆对SO2反应敏感，而黄瓜有一定的耐性。

   3.乙烯利与内源乙烯

   不恰当地使用催熟剂可造成上述危害。另一方面，干旱、xx、干热风都会促使植物自身产生大量的乙烯而提早进入生殖生长，结果导致生物产量下降。

消解乙烯危害的方法

    利用3DFC-450型温室电除雾防病促生系统建立的空间电场。建立空间电场的电极线带有4.5万伏直流高电压，它可电离空气产生臭氧，而臭氧是有效分解乙烯的活跃成分。

    温室每天放风也可有效xx乙烯的累计危害。

参考资料：

乙烯危害的测定

   高等植物在生长过程中所释放的一些微量气体（乙烯）会对其生长发育产生抑制作用，尤其是在受控生态生保系统(controlled ecological life support system,CELSS)这样的密闭环境中，微量气体的浓度会更高，对植物生长的影响也更明显。如低浓度乙烯气体（0.04 mg/m3）就会抑制植物生长，引起植物萎黄病、变色病，叶偏向上，抑制胚轴伸长造成水平突变等等，最终造成植物生长发育失衡。因此，必须采取有效方法及时控制受控生态生保系统中的微量气体浓度，延缓植物衰老，增加其生物产量。

    目前，在控制密闭环境微量气体的方法中，物化方法对控制微量气体浓度的速率和效率都较高，但耗能较大，不适应未来长期载人航天和星球定居发展的需要。生物空气过滤器（biological air filter, BAF）采用微生物来控制空气中微量气体的浓度，具有重量轻、能耗低和安全稳定等优点。美、俄、欧、加等国家或组织都在积极开展利用BAF来处理挥发性有毒气体的研究，并取得了大量研究成果。美国航空航天局已将通过微生物途径控制高级生保系统（advanced life support system, ALSS）中微量污染气体定为其研究目标之一，并专门针对乙烯气体的处理进行了深入研究，已得到初步应用；欧空局已进行了BAF的模拟飞行试验等等。唐永康针对CELSS中乙烯气体的降解，研制了用于地面试验的空间乙烯过滤器(space ethylene filter,SEF)样机。

    主要技术指标和性能要求

    空间乙烯过滤器地面试验样机的主要技术指标和性能要求如表1所示。空间乙烯过滤器主要技术指标该样机主要由反应器主体、温湿度控制、流量控制、养分供应、酸碱度调节、结构支撑等6个部分组成。

    反应器主体  反应器主体是微生物降解微量气体的重要场所，采用双滤床封闭式设计，用重量轻和耐腐蚀的有机玻璃做材料。单个反应器主体总高约650 mm，有效容积约30 L，反应器内装填有基质，它是微生物生长和降解微量气体的附着物。选择基质主要考虑易于在太空使用、材料均匀一致和良好的孔径分布等原则［1］。泥炭可为微生物提供养分，珍珠岩能够增加基质的空隙度，因此，拟选用泥炭和珍珠岩组成的混合物为基质。在反应器内部设计安装了用于支撑基质和均匀分布空气的气体分布器，防止反应器长时间运行后基质下沉造成气体堵塞。微生物是反应器主体的关键生物部件，在反应器基质中接种用于降解微量气体的特征微生物群落，并进行一段时间的驯化培养后可用于微量气体的降解处理。

    该反应器工作原理为：含有微量气体的空气首先经过预处理（去除颗粒物和温湿度调节），然后进入反应器内，而后流经由基质空隙形成的毛细管，并经毛细管扩散进入过滤器基质，再通过毛细管上的微孔进入由微生物形成的生物膜内（biofilm），被微生物降解或转化为CO2、H2O和无机盐类，生成的CO2返回空气流并从反应器出口排出，而无机盐类和H2O则滞留在基质中。

    温湿度控制  微生物生长需要适宜的温度和水分条件，因此，必须对反应器基质的温度和含水量以及入口空气温湿度进行调节和控制。考虑到大多数微生物的生长需要，应将反应器基质温度控制在28℃左右。通过温度传感器的自动测量来控制样机内4个电加热片的开关来实现此目的。基质水分含量不宜过低，否则容易造成基质干裂或脱落，使生物膜难以形成，而含水量过高又会增加气体阻力，因此基质的含水量应控制在45％左右为宜。控制方式主要是通过水分传感器自动测量，手动启动或关闭蠕动泵来达到调节基质含水量的目的。入口空气温湿度调节原理为：将气体通入微型恒温水浴箱，通过恒温水浴箱来调节气体的温度和湿度，其出口空气的温度空间乙烯过滤器工作流程在28℃左右，相对湿度在80％左右。

    流量控制  反应器主体容积一定，就决定了该系统的处理能力，因此，入口处空气的流量也必须控制在反应器负荷所能承受的范围之内，否则会增加生物反应器负担，降低微量气体的控制效率。空气中污染物浓度不一样，也需要调整空气的流量，当污染物浓度较低时可适当加大空气的流量，当污染物浓度较高时则需要适当减小空气流量。一般来说微量气体在反应器内停留时间应控制在1 min左右，相应的该系统设计流量不小于10 L/min。流量控制主要是通过调节调压过滤器和可调流量计来实现。

    养分供应  微生物生长过程中除需要微量有机物中的碳作为生物体骨架外，还需要氮、磷和硫作为构成蛋白质和核酸等的组成成分。另外，钾、钠、钙、镁以及微量元素铁、锰、铜、锌、钼和镍等也是构成生物体的重要元素。所以必须向基质中供应微生物需要的其它养分。供应方式主要是通过基质中的养分传感器来监测其养分变化，通过手动控制供应营养液的蠕动泵开关来实现。

    酸碱度调节  酸碱度也是影响微生物生长和代谢的重要因素。一般的微生物要求环境pH值在5～9之间，最适的环境pH值在6.5～7.5之间。另外，一些微生物在代谢过程中会产生酸，也会改变基质环境的酸碱度，所以必须对基质pH进行调节。调节方式主要是通过pH传感器监测其酸碱度变化，通过蠕动泵向基质中加入酸液或碱液来实现。

    结构支撑  结构系统主要用于安装、固定各个部件，将各个系统有机装配在一起。装配后的样机总重量约150 kg，功率约280 W，其外形如图3所示。检验样机的各项性能是否满足设计和实验要求，收集数据，为改进和完善该样机奠定基础。

    实验方法和步骤

    反应器基质装填  将体积比为6∶4的短纤维泥炭和珍珠岩混合物装填在反应器中，要求均匀一致、松紧适度。基质的空隙度应控制在50％较为适宜，防止装填太松造成基质下沉，不利于生物膜的形成，过紧又会造成气体堵塞，循环不畅。装填后单个反应器基质层高450 mm，有效容积约20 L，总容积约40 L。

    微生物菌种的驯化和培养  本实验选择2种特征微生物，xx孢菌属（Pseudomaonas putida）和诺卡氏菌属（Nocardia Salmonicolor），并添加污水处理厂活性污泥来组成混合微生物群落。先将2种特征菌种进行活化处理，之后进行20 d菌种培养，并在28℃恒温箱中用11.3 mg/m3乙烯进行50 d的驯化培养。驯化后的微生物菌液直接接种在反应器基质中，启动乙烯过滤器，调节各参数到设定值，继续用11.3 mg/m3的乙烯进行60 d适应性培养和进一步驯化实验。

    乙烯降解实验  待微生物在反应器中驯化完成后，开始乙烯降解实验。先将该样机与密闭容器相连形成一个密闭循环系统（总容积约80 L），加入乙烯气体使其浓度约为5 mg/m3，调节气体流量为10 L/min，待气体混匀后（30 min）采样测定该系统中乙烯的初始浓度，然后每隔30 min采一次样，以测定微生物对乙烯气体的降解程度。之后，将该装置与受控生态生保系统连接以试验其长时间处理乙烯气体的能力。

    结果与讨论

    微生物驯化与培养  在50 d的微生物初步驯化培养过程中，初始溶液中微生物数量较少，溶液基本上透明，无明显混浊现象。当驯化30 d后，微生物生长迅速，溶液明显混浊，容器底部有许多微生物的絮凝物，而没有通入乙烯气体的对照溶液中，微生物生长较少。以上表明微生物在以乙烯为碳源的环境中生长良好，具有降解乙烯气体的能力，可以接种于反应器基质中用于对乙烯气体的降解处理。将初步驯化后的微生物接种在反应器基质中，进行进一步适应性驯化和培养，当培养到60 d时反应器内壁生长出菌丝，这表明微生物在SEF中生长良好，并且通过测量反应器进出口气体样品乙烯浓度，证明该反应器具有了一定降解乙烯气体的能力。

    环境控制  环境控制是乙烯过滤器的关键要素，只有控制好环境条件才能保证微生物正常生长。可以看出，反应器基质温度控制在27℃左右，基质含水量控制在46％左右，而基质pH值也始终控制在适合微生物生长的中性偏酸附近。以上结果表明，该样机运行稳定，能有效控制各个实验参数，为微生物的快速生长繁殖创造了良好环境。

    乙烯降解  降解运行30 min后，密闭系统中乙烯浓度从4.23 mg/m3降低到0.84 mg/m3，降解了80.14％；降解运行60 min后，其浓度降低到0.23 mg/m3，与初始乙烯浓度相比降解了94.56%；降解运行90 min时乙烯浓度为0.02 mg/m3，此浓度已经低于乙烯影响植物生长的临界浓度（0.04 mg/m3）。该反应器对乙烯的{zg}降解率为9.04 mg/(m3·h)。从受控生态生保系统中的乙烯试验来看，该样机在14 h内将该系统（40 m3）中的乙烯浓度从0.226 mg/m3降低到0.051 mg/m3。以上结果表明该样机具有较好的乙烯降解效果。

    BAF在用于降解微量气体时都需要先用相关气源进行一段时间驯化培养，以xx微生物的活性和增加其数量。如Freedman等通过驯化方式提取到一种能够降解乙烯的微生物；Tambwekar等用低浓度的乙烯（11.3 mg/m3和1.13 mg/m3）连续驯化30周后，BAF具有较好降解乙烯气体的能力。本实验驯化微生物所用的时间和最终降解乙烯的能力与该文献报道有所不同，这可能与微生物菌种种类和不同的实验环境条件有关。另外，由于SEF的基质缓冲性较强，不同部位基质参数差异较大（水分含量），基质环境参数控制较难，可以考虑增加传感器数量，以使基质环境参数的控制更加均匀一致。

    　在装置结构方面，与国外相比，该样机将乙烯过滤器的各部分有机整合在一起，并且部分原理适合空间微重力环境条件，有利于将来开展空间飞行试验和应用。但考虑到该样机为地面使用，所以其重量和功耗相对较大，因此，将来应考虑进一步使其轻量化、低功耗，只有这样才可能真正在太空使用。