Elektrolizowana woda (ECA) – nowa skuteczna metoda dezynfekcji systemów nawadniających w uprawach pod osłonami

Biofilm – ukryte zagrożenie

Badania przeprowadzone w ostatnim dziesięcioleciu wykazały, że większość bakterii, w tym gatunków powiązanych z roślinami, występuje zwykle jako kompleksowe biofilmy. Łatwo formują się one w liniach dystrybucji wody, zbiornikach do magazynowania wody i każdym środowisku wodnym. Biofilm tworzy się, gdy bakterie zaczynają wydalać śluzowatą, lepką substancję (matryca polisacharydowa), która pozwala im przylegać do powierzchni. Masa biofilmu zwykle składa się z wielu gatunków bakterii i często może obejmować grzyby, glony i pierwotniaki. Szlam biofilmu zabezpiecza mikroorganizmy wywołujące choroby, chroniąc je przed dezynfekcją. Bakterie czy grzyby rosnące w biofilmie są zatem znacznie trudniejsze do dezaktywacji, ponieważ wykazują zwiększoną tolerancję na środki biobójcze w porównaniu z pojedynczymi bakteriami. Szlam biofilmu jest również przyczyną zatykania się kapilar.

Analiza skuteczności powszechnie stosowanej dezynfekcji

Powyższe informacje na temat biofilmu wskazują na konieczność analizy skuteczności obecnych procedur i praktyk dezynfekcji w odniesieniu do patogenów bakteryjnych, wirusowych i grzybowych.

Niestety powszechnie stosowana dezynfekcja systemów nawadniających kwasem azotowym i podchlorynem sodu jest najczęściej niewystarczająca. Wynika to z tego, że jedno-dwukrotne przepłukanie kwasem azotowym i podchlorynem sodu na koniec sezonu usunie części mineralne i organiczne oraz wolne komórki bakterii czy grzybów, ale nie zawsze usunie biofilm oraz nie zabije wszystkich znajdujących się w nim bakterii, grzybów, pierwotniaków, wirusów oraz przetrwalników.

Poza tym jony podchlorynowe (-OCl^–), które są główną substancją aktywną podchlorynu sodu są mało skuteczne w zwalczaniu niektórych przetrwalników bakterii i grzybów, gdyż często nie mogą przebić się przez ścianę komórkową.

Dodatkowo należy pamiętać, że biofilm może powstawać w ciągu całego okresu uprawy (do jego powstania wystarczą 1 do 3 tygodnie), jeśli linia nawadniająca nie będzie ciągle lub cyklicznie podawana skutecznej dezynfekcji w sezonie. Groźne patogeny chorobotwórcze mogą bowiem być również przyniesione wraz z nasionami lub materiałem nasadzeniowym na początku sezonu.

Nowe możliwości skutecznej dezynfekcji

Jednym z ostatnich odkryć jest możliwość użycia elektro-chemicznie aktywowanej wody (ECA), zwanej wodą elektrolizowaną (EW) jako środka biobójczego. (Film wyjaśniający co to jest elektrolizowana woda: https://agrosmartlab.com/co-to-jest-elektrolizowana-woda/, film na temat wykorzystania elektrolizowanej wody w rolnictwie w Kanadzie: https://agrosmartlab.com/zastosowanie-elektrolizowanej-wody-w-rolnictwie/.

Jest to wynik nowej koncepcji opracowanej kilkadziesiąt lat temu, ale udoskonalonej w ostatnim dwudziestoleciu w Japonii. ECA została wprowadzona do przemysłu spożywczego, rolniczego i medycznego między innymi w Japonii, USA i Kanadzie – a ostatnio również w Europie. W medycynie jest stosowana do dezynfekcji narzędzi, sterylizacji kanałów nerwowych w stomatologii oraz ostatnio do leczenia bardzo trudno gojących się ran skóry.

W rolnictwie główne zastosowania ECA to:

• dezynfekcja wody przeznaczonej do uprawy oraz do pojenia zwierząt,
• dezynfekcja systemów nawadniających,
• usuwanie biofilmu z wodociągów oraz linii nawadniających
• dezynfekcja nasion, sadzonek, drzewek, podłoży, gleby
• dezynfekcja obiektów, opakowań, chłodni, narzędzi i urządzeń
• dezynfekcja owoców i warzyw po zbiorze
• dezynfekcji kwiatów
• przedłużenie żywotności kwiatów ciętych
• dezynfekcja linii technologicznych w przemyśle rolno-spożywczym
• dezynfekcji pomieszczeń inwentarskich

W Japonii i USA elektrolizowana woda (ECA) jest dopuszczona do ochrony roślin – w tych krajach jest dopuszczona także do zastosowania w ekologicznej produkcji.

Co to jest elektrolizowana woda (ECA)?

Do produkcji ECA potrzebna jest tylko woda i sól (NaCl lub KCl). ECA opiera się na zasadzie membranowej elektrolizy soli. Główną substancją czynną powstałą w tym procesie jest kwas podchlorawy (HOCl). Ma on zdolność do utleniania innych związków chemicznych co sprawia, że jest doskonałym środkiem odkażającym. Dokonując zmian w składzie chemicznym niepożądanych bakterii, grzybów, wirusów czy glonów zabija je.

Kwas podchlorawy jest powszechnie uznawany za jeden z najskuteczniejszych znanych biocydów (środków biobójczych). Jest 80-120 razy bardziej skuteczny w zwalczaniu mikroorganizmów niż podchloryn sodu, którego substancja czynna (-OCL) często nie może przebić się przez ich ścianę komórkową.

Ciekawostką jest to, że kwas podchlorawy jest wytwarzany naturalnie przez organizm człowieka. Kiedy nasze ciało jest atakowane przez bakterie i inne drobnoustroje, układ odpornościowy natychmiast reaguje, wysyłając leukocyty (białe krwinki) do miejsca inwazji. Leukocyty inicjują reakcję produkcji kwasu podchlorawego z wody i soli – przy pomocy impulsów nerwowych. Wytwarzanie ECA jest odzwierciedleniem produkcji kwasu podchlorawego poza organizmem człowieka. Kwas podchlorawy jest więc środkiem biobójczym, który jest naturalnie wytwarzany przez ludzi i zwierzęta. Jest nieszkodliwy dla ludzi, zwierząt i środowiska naturalnego. Jest całkowicie biodegradowalny i hipoalergiczny. Ostatnio np. coraz częściej stosuje się ECA w USA, Australii i Kanadzie do dezynfekcji wody przeznaczonej do pojenia drobiu – dzięki temu eliminuje się podawanie antybiotyków i innych lekarstw. Pierwsze testy ECA w chowie drobiu są już prowadzone również w Polsce przez firmę Agro Smart Lab.

Urządzenia do produkcji elektrolizowanej wody ECA

Na świecie najczęściej wykorzystuje się elektrolizowaną wodę produkowaną przez specjalne urządzenia na miejscu w gospodarstwach (fot.).  Przykładowo grupa Prominent (jeden z największych producentów i dystrybutorów warzyw szklarniowych w Holandii) zakupiła w 2014/2015 roku 14 urządzeń do produkcji ECA w swoich gospodarstwach szklarniowych, gdyż uznano wtedy, że to jest najskuteczniejsza metoda ograniczania występowania choroby szalonych korzeni.

Przy produkcji ECA na miejscu w gospodarstwie jest ona wykorzystywana na wszelkich etapach produkcji:

• do ciągłej dezynfekcji wody,
• dezynfekcji szklarni, tuneli foliowych, magazynów, chłodni, opakowań, narzędzi
• dezynfekcji owoców i warzyw po zbiorze.

Dzięki ciągłej dezynfekcji wody linie fertygacyjne są cały czas czyste i wolne od biofilmu oraz chorobotwórczych bakterii, grzybów oraz glonów. Nie ma również problemów z zatykaniem się kapilar. Nie jest wtedy również konieczna radykalna dezynfekcja linii na koniec sezonu. Stosowanie ECA w okresie uprawy jest możliwe dzięki temu, że jest ona bardzo skuteczna w zabijaniu mikroorganizmów w niskim stężeniu aktywnego chloru (już od 10 ppm), które nie jest fitotoksyczne dla roślin (zaleca się jedynie ostrożność w przypadku siewek ogórków). Przy podawaniu nieco wyższego stężenia kwasu podchlorawego (30-50 ppm) zwalczane są również patogeny chorobotwórcze w matach/podłożach uprawowych.  W USA i Japonii takie stężenie ECA stosowane jest również do leczenia roślin zainfekowanych przez choroby bakteryjne i wirusowe. Przy podawaniu ECA w trakcie uprawy należy jedynie pamiętać, że nie należy podawać elektrolizowanej wody wraz z saletrą amonową, gdyż ECA traci wówczas swoją aktywność w wyniku rozkładu jonu NH⁴⁺. Można stosować ECA łącznie z saletrą wapniową, ale w jej składzie maksymalna zawartość NH⁴⁺ nie powinna być większa niż 0,3%.

W Polsce jest kilka gospodarstw ogrodniczych, w których znajdują się urządzenia do produkcji ECA. Znajdują się w nich jednak starsze wersje urządzeń, które nie posiadają specjalnej membrany i wytwarzana jest w nich mieszanina kwasu podchlorawego i podchlorynu sodu (przy użyciu zwykłej soli), lub mieszanina kwasu podchlorawego z chloranem potasu (przy użyciu soli potasowej).

Nowej generacji urządzenia do produkcji ECA na miejscu u ostatecznego użytkownika oferuje firma Agro Smart Lab. Oferuje ona urządzenia firmy Kirkmayer, które są szeroko stosowane min. w Kanadzie, USA i Australii. Znalazły one tam uznanie, gdyż dzięki opatentowanemu generatorowi z podwójnym systemem chłodzenia oraz specjalną membraną wytwarzają najwyższej czystości kwas podchlorawy, z prawdopodobnie najmniejszą zawartością chlorków na rynku, oraz z bardzo niską zawartością sodu lub potasu (w zależności od tego jaką sól się używa do produkcji). Drugim produktem wytwarzanym przez te generatory w niewielkiej ilości jest NaOH lub KOH, które mogą być wykorzystywane do innych celów. Dodatkowo generatory do produkcji ECA firmy Kirkmayer są wyposażone w automatyczny panel sterowania z podłączeniem do internetu. Dzięki czemu nadzór nad pracą urządzenia oraz ewentualne korekty ustawień mogą być prowadzone zdalnie przez serwisanta.

Więcej informacji na temat ceny i wydajności urządzeń firmy Kirkmayer można uzyskać pod numerem: 506001551, lub emailem: info@agrosmartlab.com

Urządzenia do produkcji ECA u ostatecznego użytkownika jest bardzo opłacalną inwestycją dla większych gospodarstw, gdyż koszt produkcji ECA na miejscu jest bardzo niski, ale dosyć duży jest jednorazowy koszt urządzenia. Inwestycja taka zwraca się jednak w krótkim czasie.

Bio ActiW 2000 – pierwszy zarejestrowany środek biobójczy na bazie ECA

W Unii Europejskiej kwas podchlorawy powstały w wyniku elektrolizy soli i wody został oficjalnie zatwierdzony dopiero w 2018 roku. Dopiero od tego roku można było więc starać się o zarejestrowanie i dopuszczenie do obrotu środka biobójczego na bazie wody elektrolizowanej ECA. Latem tego roku został zarejestrowany i dopuszczony do obrotu w Polsce pierwszy środek biobójczy na bazie kwasu podchlorawego – produkt Bio ActiW 2000 (pozwolenie numer:7790/19).

Bio ActiW 2000 (fot.4) jest dopuszczony do:

• dezynfekcji wody pitnej i użytkowej,
• do dezynfekcji powierzchni mających i niemających styczności z żywnością
• do dezynfekcji owoców i warzyw po zbiorze
• do dezynfekcji w obszarze weterynarii.

Producentem jest firma Bio ActiW, a wyłącznym dystrybutorem firma Agro Smart Lab. Bio ActiW 2000 jest dostępny w opakowaniach 10 l, 20 l (cena 4 zł netto/litr) oraz w opakowaniach 1000 litrowych (cena 2,43 zł netto/litr). Produkty są dostępne na stronie: https://sklep.agrosmartlab.com/

Efektywna dezynfekcja podczas wymiany uprawy przy pomocy wody Bio ActiW 2000

Dezynfekcja systemu nawadniającego

• Pierwszym etapem jest czyszczenia systemu nawadniającego jest pozbycie się substancji mineralnych i organicznych (szlam) z przewodów. W tym celu można zastosować standardowe rozwiązanie (podchloryn sodu) lub Bio ActiW 2000 w stężeniu 2,5% i pH 4,0-5,5. Po kilku godzinach system przepłukuje się wodą, w kolejnym dniu stosuje się kwas azotowy i ponowne płucze się instalację wodą
• Drugim etapem jest usuwanie biofilmu z systemu nawadniającego, w tym celu po pierwszym etapie powinno się zastosować wodę Bio ActiW 2000 w stężeniu 2,5% i pH 4,0 – 5,5. Dezynfekcja powinna być prowadzona przez minimum 5 minut i po kilku godzinach instalacja powinna być przepłukana wodą. W przypadku upraw, w których wystąpiły problemy z chorobami bakteryjnymi czy grzybowymi w poprzednim sezonie zaleca się ponowne zastosowanie wody Bio ActiW 2000 w stężeniu 2,5% i pH 4,0 – 5,5.

Przy stosowaniu Bio ActiW 2000 w dezynfekcji systemu nawadniającego konieczne jest kontrolowanie pH roztworu: 4,0-5,5. Aby zastosować Bio ActiW 2000, można podpiąć się pod jeden z kanałów nawozowych (należy obliczyć szybkość podawania Bio ActiW 2000, tak aby uzyskać wymagane stężenie: np. 2,5% czyli – 2,5 litra na ok. 100 litrów wody lub zastosować precyzyjną pompkę dozującą bezpośrednio do mieszalnika.

Odkażanie mat uprawowych, podłoży i gleby

Spora część ogrodników wykorzystuje maty z wełny mineralnej lub podłoża torfowe czy kokosowe w kolejnym sezonie. Nie jest to zalecane, ale jeśli podejmuje się taką decyzję, koniecznie powinno się odkazić maty uprawowe. Do tej pory nie ma zbyt wielu skutecznych i bezpiecznych metod takiego odkażania. Dzięki technologii ECA i produktowi Bio ActiW 2000 jest to możliwe. Odkażanie mat czy podłoża można połączyć z drugim etapem – usuwania biofilmu z linii nawadniających i kapilar:

Odkażanie mat z wełny mineralnej: Bio ActiW 2000 w stężeniu 2,5%, pH 4,0-5,5. Należy prowadzić dezynfekcję aż maty zostaną całkowicie przelane roztworem wody ECA. Odkażanie powinno być powtórzone drugi raz w kolejnym dniu.

Odkażanie podłoży torfowych/kokosowych: Bio ActiW 2000 w stężeniu 5%, pH 4,0-5,5. Należy prowadzić dezynfekcję aż podłoże zostanie całkowicie przelane. Odkażanie powinno być powtórzone drugi raz w kolejnym dniu. Po odkażeniu takie podłoże jest wyjałowione. Zaleca się (po odczekaniu minimum 5 dni) wprowadzenie do podłoża pożytecznych bakterii lub grzybów.

Odkażanie gleby: Bio ActiW 2000 w stężeniu 5%, pH 4,0-5,5. Gleba przed odkażaniem powinna mieć wilgotność: 50-70% (temperatura: od 1 C-25 C). Należy prowadzić odkażanie aż gleba nasyci się roztworem do głębokości 15-20 cm. Odkażanie powinno być powtórzona drugi raz w kolejnym dniu. Po odkażeniu taka gleba jest wyjałowiona. Zaleca się (po minimum 1 tygodniu od zabiegu) wprowadzenie do gleby pożytecznych bakterii lub grzybów.

Dezynfekcja obiektów (szklarnie tunele), dezynfekcja urządzeń i narzędzi, pakowni, chłodni

Niestety sama dezynfekcja systemu nawadniającego i mat nie jest wystarczająca. Konieczna jest również skuteczna dezynfekcja całego obiektu, urządzeń i narzędzi. Tutaj podobnie jak w przypadku systemów nawodnieniowych w miejscach, gdzie gromadzi się wilgoć mogą powstawać biofilmy. Tak więc po umyciu obiektu powinno się go zdezynfekować.

Dezynfekcja poprzez opryskanie powierzchni: Bio ActiW 2000 w stężeniu 5%, pH 3,5-5,5. Do zakwaszenia roztworu można użyć kwasku cytrynowego (25-35 g na 100 litrów cieczy). Ważne: przygotowany roztwór musi być wykorzystana w tym samym dniu!

Dezynfekcja poprzez zamgławianie: Bio ActiW 2000 w stężeniu 10%-20%, pH 3,5-5,5. Do zakwaszenia roztworu można wykorzystać kwasek cytrynowy (25-35 g na 100 litrów cieczy). Ważne: przygotowany roztwór musi być wykorzystany w tym samym dniu!

Dezynfekcja wody oraz zabezpieczenie przed powstawaniem biofilmu oraz zatykaniem się kapilar w trakcie uprawy

Przy ciągłym podawaniu ECA, nie jest wymagana żadna inna metoda dezynfekcji wody (np. lampy UV).

Ciągła dezynfekcja wody: Bio ActiW 2000 w stężeniu 0,5%, pH 5,0-5,6. Ważne: nie należy łączyć tego roztworu z saletrą amonową, a zawartość NH⁴⁺ w saletrze wapniowej nie może być większa niż 0,3%!

Dezynfekcja linii nawadniających i zapobieganie powstawaniu biofilmu: Dezynfekcja: 1 raz w tygodniu – 2-3 cykle Bio ActiW 2000 w stężeniu: 1%, pH 5,0-5,6. Ważne: nie należy łączyć roztworu z saletrą amonową, a zawartość NH⁴⁺ w saletrze wapniowej nie może być większa niż 0,3%!

Odkażanie mat uprawowych, podłoży i gleby w trakcie uprawy

Odkażanie mat z wełny mineralnej: Bio ActiW 2000 w stężeniu 2,5%, pH 4,0-5,5. Należy prowadzić dezynfekcję aż maty zostaną całkowicie przelane roztworem. Odkażanie powinno być powtórzone drugi raz w kolejnym dniu. Ważne: w celu zwiększenia skuteczności odkażania, 3-4 dni przed zabiegiem należy zaprzestać podawania saletry amonowej (jeśli jest podawana). Podczas przeprowadzania odkażania może być podawana saletra wapniowa, ale należy korzystać tylko z takiego produktu, który zawiera maksymalnie 0,3% saletry amonowej!

Odkażanie podłoży torfowych/kokosowych: Bio ActiW 2000 w stężeniu 5%, pH 4,0-5,5. Należy prowadzić dezynfekcję aż podłoże zostanie całkowicie przelane. Odkażanie powinno być powtórzone drugi raz w kolejnym dniu. Ważne: W celu zwiększenia skuteczności odkażania, 3-4 dni przed zabiegiem należy zaprzestać podawania saletry amonowej (jeśli była podawana)! Podczas przeprowadzania odkażania może być podawana saletra wapniowa, ale należy korzystać tylko z takiego produktu, który zawiera w swoim składzie maksymalnie 0,3% saletry amonowej. Po odkażeniu podłoże jest wyjałowione. Zaleca się (po odczekaniu minimum 5 dni) wprowadzenie do podłoża pożytecznych bakterii lub grzybów

Odkażanie gleby: Bio ActiW 2000 w stężenie 5%, pH:4,0-5,5. Gleba przed odkażaniem powinna mieć wilgotność: 50-70% (temperatura od 1 do 25℃). Należy prowadzić odkażanie aż gleba nasyci się roztworem do głębokości 15-20 cm. Odkażanie powinno być powtórzona drugi raz w kolejnym dniu. Ważne: w celu zwiększenia skuteczności odkażania, 3-4 dni przed zabiegiem należy zaprzestać podawania saletry amonowej przez system fertygacyjny (jeśli była podawana). Podczas przeprowadzania odkażania może być podawana saletra wapniowa, ale należy korzystać tylko z takiego produktu, który zawiera maksymalnie 0,3% saletry amonowej. W przypadku upraw, gdzie stosuje się standardowe nawożenie (posypowe) można zastosować odkażanie nie wcześniej niż 3 tygodnie po zastosowaniu nawozów amonowych. Po odkażeniu gleba jest wyjałowiona. Zaleca się (po minimum 1 tygodniu od zabiegu) wprowadzenie do gleby pożytecznych bakterii lub grzybów.

Pomiar skuteczności dezynfekcji systemu nawadniającego

Do tej pory w zasadzie nie było możliwości zmierzenia skuteczności przeprowadzonej dezynfekcji systemu nawadniającego. Od niedawna jest stosowane w przemyśle spożywczym i hodowli drobiu nowe, proste narzędzie do sprawdzania skuteczności dezynfekcji wody i wodociągów, które można z powodzeniem przenieść do ogrodnictwa. Wykorzystuje się w tym celu przenośne urządzenia do mierzenia potencjału oksydacyjno-redukcyjnego – ORP (Redox). Dosyć dobrym i stosunkowo tanim urządzeniem jest: ADWA AD14 pH/ORP – koszt takiego urządzenia wynosi około 350 zł. ORP jest parametrem mierzonym w miliwoltach (mV), opisujący poziom oksydacyjny (utlenienia) wody (fot. 5). Wynik odzwierciedla aktywność środka odkażającego wodę, a nie poziom jego stężenia wyrażony w ppm. Film wyjaśniający co to jest ORP (Redox): https://www.youtube.com/watch?v=EU5nJqL5TpI

Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) w rozporządzeniu dotyczącym standardów jakości wody pitnej ustanowiła, że przy poziomie ORP równym 650 mV woda jest odkażona, a inaktywacja wirusów zachodzi prawie natychmiast. Badania wykazały, że przy poziomie ORP wynoszącym 650 mV bakterie takie jak Eschcericha coli zabijane są natychmiast lub w ciągu kilku sekund (tab. 1). Zabicie bardziej odpornych organizmów z rodzajów takich jak Listeria, Salmonella, drożdży i pleśni czy sprawców najgroźniejszych bakteryjnych i grzybowych chorób roślin może wymagać ORP na poziomie 750 mV lub wyższym.

W przypadku dezynfekcji linii technologicznych w przemyśle spożywczym zaleca się, aby ORP wynosiło na wejściu minimum 900 mV.  Jeśli na końcu linii jest duży spadek ORP, oznacza to, że w środku są dalej mikroorganizmy i dezynfekcję należy powtórzyć. Uważa się, że system jest zdezynfekowany jeśli na końcu linii ORP jest na podobnym poziomie, co przy wejściu (fot. 6).

Miernik ORP (Redox) można z powodzeniem stosować w ogrodnictwie. Skuteczność dezynfekcji przy pomocy wody elektrolizowanej EC jest zależne od stężenia środka, pH wody oraz twardości wody (im wyższe pH i twardsza woda – niższy poziom ORP – czyli niższa skuteczność). Na efektywność środka mają również wpływ warunki przechowywania. Woda Bio ActiW 2000 powinna być przechowywana w ciemnym i chłodnym miejscu. Tak więc w niektórych przypadkach można zastosować niższe stężenie środka, a w innych przypadkach należy je zwiększyć, aby uzyskać odpowiedni poziom ORP (Redox).

W celu uzyskania najlepszych efektów zastosowania wody elektrolizowanej EC – Bio ActiW 2000 zaleca się następujące wartości ORP (Redox):

• Radykalna dezynfekcja linii nawadniającej: w mieszalniku ORP minimum 850-900 mV,
• Odkażanie mat, podłoża, gleby: ORP: minimum 950 mV,
• Dezynfekcja poprzez opryskiwanie: ORP: minimum 900 mV,
• Dezynfekcja poprzez zamgławianie: ORP: minimum 1000 mV,
• Ciągła dezynfekcja wody: ORP: minimum 780-800 mV,
• Dezynfekcja linii nawadniającej i zapobieganie powstawaniu biofilmu (1 raz w tygodniu): ORP: minimum 800-820 mV.

Czas potrzebny na zabicie bakterii Escherichia coli w zależności od ORP wody