我國現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術應用與研究分析

胡  偉¹     劉玉樂²

（1 天津市農(nóng)業(yè)機械局，天津300192；2 天津農(nóng)學院，天津 300384）

 

摘  要：我國現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術目前處于試驗示范階段。在天津、大連、青島、蘇州等地去都有應用，并在提高農(nóng)作物產(chǎn)量，提升品質(zhì)，增加收入等方面取得明顯的成效。農(nóng)機科技部門、大專院校和生產(chǎn)企業(yè)正積極投身技術與裝備的研發(fā)，部分產(chǎn)品投放市場應用。還應從基礎理論、實際應用和對人體、對環(huán)境影響等方面開展研究和評估。

關鍵詞：物理 農(nóng)業(yè) 工程技術

 

隨著人民生活水平和質(zhì)量的不斷提高，對食品的安全性意識不斷增強，人們對綠色、無害化農(nóng)產(chǎn)品的需求和保護生態(tài)環(huán)境的意識日益增加，因此，環(huán)保型、節(jié)約型技術和設備的開發(fā)和應用迫在眉睫，推廣和應用綠色、無害化農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)技術和設備，是滿足人民生活、創(chuàng)建環(huán)保型、節(jié)約型和諧社會的需要。

現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代物理技術和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的結合。是將電、磁、聲、光、熱、核等物理學原理及其高新技術應用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應用特定的物理技術處理農(nóng)作物或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，可在有效減少化肥和農(nóng)藥使用量的同時，達到增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病和高效的目的，同時有利于保護生態(tài)環(huán)境。這是目前對現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術的一種定義，是否完備，尚待研究，但是它基本反映了現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術的本質(zhì)。

“物理農(nóng)業(yè)”是相對于“化學農(nóng)業(yè)”的一個概念?，F(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術的應用，可以有效減少農(nóng)藥、化肥的使用量，提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性，也可提高產(chǎn)品的產(chǎn)量，對保護生態(tài)環(huán)境和促進人民身體健康，提高生活質(zhì)量都具有重要的意義。

現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術包含的內(nèi)容很多，目前我國在聲、光、電、磁和核技術應用方面都用實踐，但應用量和應用面積較大的還是植物聲波助長促生技術、種子磁化技術、電子殺蟲技術等幾項。

2.1.1 植物聲波助長技術

對植物施加特定頻率的聲波，提高植物活細胞內(nèi)電子流的運動速度，促進各種營養(yǎng)元素的吸收、傳輸和轉化，增強植物的光合作用和吸收能力，促進早熟、提高產(chǎn)量和品質(zhì)。  

增產(chǎn)作用。聲波助長儀能在植物生長過程中，增強光合作用，增大植物的呼吸強度，加快莖、葉等營養(yǎng)器官的生化反應過程，促進生長，提高營養(yǎng)物質(zhì)制造量，加快果實或營養(yǎng)體的形成過程，提高產(chǎn)量。能使葉類蔬菜增產(chǎn) 30% ，黃瓜、西紅柿等果類蔬菜和櫻桃、草莓等水果增產(chǎn) 25% 。玉米等大田作物增產(chǎn) 20% 。

品質(zhì)提高。聲波助長儀在增強植物光合作用的同時，也增加了酶的合成，從而促進了蛋白質(zhì)、糖等有機物質(zhì)的合成，達到提高植物品質(zhì)的效果。實驗證明，西紅柿、草莓的甜度都

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作者簡介：胡偉（1963-），男，重慶江津人，高級工程師，碩士生導師，主要從事農(nóng)機化管理與科技開發(fā)。天津市南開區(qū)科研東路8號 天津市農(nóng)業(yè)機械局，300192。E-mail：h17w@163.com

劉玉樂（1972-），男，天津人，講師，碩士研究生，從事農(nóng)機教學和頻譜技術利用研究。天津市西青區(qū) 天津農(nóng)學院機電系，300384。E-mail：liuyle@sohu.com

有較大提高，含糖量增加 20% 以上。

促進早熟 。聲波助長儀幫助植物促進呼吸作用，加強能量轉變的速度，促進物質(zhì)吸收和運轉能力，使植物表現(xiàn)出旺盛的生長速度，達到早熟的功效。玉米可早熟 7 — 10 天。

提高抗病性。聲波助長儀對植物發(fā)出的諧振波，能促進植物在生長進入旺盛期時，呼吸能力增高，從而保持細胞內(nèi)較高的氧化水平，對病菌分泌的毒素有破壞作用。呼吸還能提供能量和中間產(chǎn)物，有利于植物形成某些隔離區(qū)（如木栓隔離層），阻止病斑擴大。

驅(qū)逐敏感害蟲。當敏感害蟲遇到聲波助長儀產(chǎn)生的諧振波，會產(chǎn)生厭惡感或恐懼感，影響正常進食，使其難以生存，不能繁育或者主動離開，從而達到驅(qū)逐敏感害蟲的功效。實驗證明對蚜蟲、紅蜘蛛等頑固害蟲有十分顯著的效果。

2.1.2 種子磁化促生技術

對種子進行磁化處理，可激發(fā)種子內(nèi)部酶的活性，提高吸收水、肥的能力，提高種子的發(fā)芽率和作物的新陳代謝，增強抗病蟲害能力，促進作物生長，提高產(chǎn)量，是一項很有價值的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)技術。

試驗結果表明：糧食、蔬菜平均增產(chǎn)在１０％左右。 該機無環(huán)境污染，用磁場直接處理作物種子，可提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和幼苗素質(zhì)，使根系發(fā)達，提高吸水、肥能力，促進作物增產(chǎn)。適用于玉米、小麥、水稻、大豆和各種蔬菜及經(jīng)濟作物。 對玉米、小麥等作物可提高發(fā)芽率 8% ，增產(chǎn)幅度為 10% 左右，蔬菜增產(chǎn)２０％以上。

2.1.3 空間電場防病促生技術

在溫室建立空間電場,放出高能帶電粒子、臭氧和氮氧化物，抑制霧汽、粉塵和孢子的飛揚，隔絕氣傳病害的傳播渠道。提高植物的光合作用強度，提高抗病性、抗逆性。也可用于食用菌的栽培。  

2.1.4 電子殺蟲技術

利用害蟲的趨光性特點，誘殺害蟲，實現(xiàn)物理滅殺，防治蟲害。

目前，現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術在天津、大連、青島、蘇州等地都有不同程度的應用，總體上尚處于試驗示范階段，但已經(jīng)取得了一些階段性的應用成果。

本文上述幾項技術介紹中的數(shù)據(jù)來自大連市的應用。在天津，農(nóng)機部門從1980年代就開始利用黑光燈誘蟲養(yǎng)魚，取得很好的成效。2005年以后有開始進行聲波助長促生技術、空間電場技術的示范應用，同樣取得積極的成果。

以下為2006年天津北辰、西青等區(qū)縣實際應用情況記錄。

2.2.1 聲波助長促生技術的應用

黃瓜：

2006年4月23日～6月23日（60天），北辰區(qū)小淀鎮(zhèn)趙莊村，試驗田未發(fā)現(xiàn)蟲災，節(jié)約農(nóng)藥100余元。畝增產(chǎn)15%。

2006年3月～6月（60天），北辰區(qū)青光鎮(zhèn)韓家墅村，畝增產(chǎn)13%。

西紅柿：

2006年4月～6月（38天），北辰區(qū)雙街鎮(zhèn)郎園村，緩秧快、秧水靈、葉色深、枝葉茂，開花及時、集中。

2006年4月28日～6月2日（35天），北辰區(qū)雙街鎮(zhèn)郎園村，提前15天上市，增產(chǎn)15%。

2006年6月～8月（40天），天津農(nóng)科院示范基地，畝增產(chǎn)18%。

芹菜：

2006年3月20日～4月25日（35天），北辰區(qū)大張莊鎮(zhèn)張五莊，芹菜矮、葉片大且多，單根對比平均差50克。提前上市20天，單個棚增產(chǎn)1300斤，單價均0.6元/斤，增效益780元。

蘿卜：

2005年9月2日～11月10日（68天），津南區(qū)咸水沽頭道溝農(nóng)業(yè)經(jīng)濟園區(qū)，提前8～10天上市。

大蔥：

2005年9月2日～11月10日（68天），津南區(qū)咸水沽頭道溝農(nóng)業(yè)經(jīng)濟園區(qū)，畝增效25%。

莜麥菜：

北辰區(qū)宜興埠二村，提前5天上市，增產(chǎn)21%。

2.2.2 蓄禽舍防病促聲系統(tǒng)對肉雞生長影響的對比試驗

2006年1月8日～2006年2月23日（一個生長周期45天），西青區(qū)南河鎮(zhèn)閻莊村肉雞場，死亡率減少33％；雞平均重量增加4％；料肉比減少7％。

2.2.3 種子磁化對玉米生長影響的對比試驗

北辰區(qū)雙口鎮(zhèn)東堤村，出苗期：試驗田出苗快，出苗率高4%。定苗期：鮮重多0.11克，凈生根多0.9。

天津農(nóng)機部門在應用現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術中，還逐步摸索出一些規(guī)律性的成果，初步總結出該項技術的一些裝備與設施的配套方案。

設施作物配套方案：

（1）磁場種子處理+溫室防病促生系統(tǒng)+聲波助長+ 防蟲網(wǎng)

（2）磁場種子處理 +聲波助長 +防蟲網(wǎng)+ CO₂發(fā)生器

（3）磁場種子處理 + 聲波助長 + 防蟲網(wǎng) + 溫室病害臭氧防治

露地作物配套方案：

磁場種子處理 + 聲波助長+電子殺蟲燈

綜合情況表明，采用現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術，使用方便，安全可靠，無毒無污染，綠色環(huán)保，可生產(chǎn)綠色、無公害農(nóng)產(chǎn)品，有效改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。可促進作物生長發(fā)育，增強作物的抗病能力，減少病蟲害的發(fā)生，促進作物早熟，產(chǎn)量提高，產(chǎn)品品質(zhì)提升，并提前上市，增產(chǎn)效果顯著，增加了農(nóng)民的收入。

可提升農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)水平，促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級，提高農(nóng)產(chǎn)品在國內(nèi)外市場的競爭力，促進農(nóng)業(yè)的發(fā)展；也是實現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要生產(chǎn)模式之一。

實踐還表明，現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的一次性投入成本要高于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式，但物理技術的設備使用壽命大多都在10年以上，如果按使用壽命平均一下，每年的投入成本并不高。而且物理技術具有提高產(chǎn)量、促進早熟、改善品質(zhì)、減少化肥農(nóng)藥使用量的功效，這其中的每一個方面都能夠增加收入或節(jié)約支出，尤其是物理農(nóng)業(yè)是生產(chǎn)綠色農(nóng)產(chǎn)品、無公害農(nóng)產(chǎn)品的必要途徑。綠色、無公害的水果、蔬菜的市場價格是普通水果、蔬菜的兩三倍甚至更高，其經(jīng)濟效益非常顯著。據(jù)初步估算，一個面積為1畝的溫室在生產(chǎn)過程中合理應用物理技術，比單純應用化學技術每年將至少增加收入3千元以上。

現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術在美國、日本、俄羅斯等都用研究與應用。據(jù)文獻介紹，有商業(yè)價值的**早應是法國人切諾伊用聲音處理，提高了啤酒廠大麥的發(fā)芽率；美國的D.Carlson公司用高頻信號處理作物；日本的先拓公司用雅樂處理溫室蔬菜；法國聲學研究所和前蘇聯(lián)，有用貝多芬樂曲處理西紅柿、甜菜的增產(chǎn)報道；2000年初，日本東京大學用不同頻率處理，可延長或縮短微生物的繁殖時間；美國的D.R.Carlson則研究了聲波和化學肥料聯(lián)合作用下植物的生長發(fā)育問題，并申請了數(shù)個專利；在國外，有學者研究了超聲波對植物細胞的影響，都得出了適當?shù)蛷姸瘸暡ú粫χ参锛毎斐蓚?，并能促進其生長的結論；還有的學者則研究了噪音除草技術，一方面利用聲波刺激促進雜草的快速生長，從而采用人工方法除草；另一方面可采用聲波刺激抑制雜草的生長。

在我國，大連、青島、天津等地都開展了現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術及其裝備的研究，研制出一些裝備，推向生產(chǎn)應用。

大連市農(nóng)機研究所研制了聲波助長儀、電子殺蟲燈、空間電場除霧除塵設備、種子磁化器等產(chǎn)品；青島物理農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司研制了聲波助長儀；大連博事等離子體有限公司研制了等離子體種子處理機。河南省湯陰縣佳多科工貿(mào)有限公司研制了頻振式殺蟲燈；浙江麗水市農(nóng)科所、中國農(nóng)業(yè)大學研制了電功能水發(fā)生裝置、智能化電場發(fā)生系統(tǒng)；東北農(nóng)業(yè)大學研究了聲波促生裝備。

此外，一些大學開展了頻譜技術對種子酶變化的研究，還有學者進行了利用頻譜技術治療奶牛乳房炎的研究。

在天津，農(nóng)機系統(tǒng)有關單位、農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)及天津大學、天津農(nóng)學院等單位都在從事現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術的研究與開發(fā)工作。其中，天津農(nóng)學院開展了頻譜技術處理種子的研究；天津市農(nóng)機推廣/鑒定站研制了魚用黑光燈，誘蟲養(yǎng)魚，受到養(yǎng)殖戶的歡迎；天津?qū)幒右缤ü狙兄屏朔N子電場磁化處理設備，在棉花、玉米等農(nóng)作物上都有大面積的應用。

總體而言，我國現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術應用與裝備開發(fā)還處在研究與示范相結合的階段?；A理論研究還不完善，應用研究還有待更科學化規(guī)范化。

同時，應看到在各方面的努力宣傳推動下，現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術已經(jīng)引起廣泛的關注，有很多大專院校、科研院所和生產(chǎn)企業(yè)開始投入研究之中，發(fā)展前景可喜。

在應用方面，目前開發(fā)的技術裝備應用在生產(chǎn)實踐中，其效能得到初步的肯定，但還缺乏有效的監(jiān)控、監(jiān)測研究。技術裝備在應用中，無論是產(chǎn)品質(zhì)量和功能都有待進一步的提高。

今后，應該加強以下方面的研究。包括，技術基礎理論（原理）研究；技術及其裝備的應用研究；技術應用對環(huán)境、人身的影響評價，建立評價體系；建立植物聲頻資源庫；研究不同植物的聲頻特點，使聲頻發(fā)生由“廣譜”到“專一”；技術應用對動、植物的負作用評估；合理的使用操作規(guī)程研究等。

同時，有關部門應在科研與示范應用上給予資金支持，建立相應的物理農(nóng)業(yè)示范基地（點），開展試驗示范，給農(nóng)民提供一個可學習參照的樣板，由點到面，逐步推廣應用。

農(nóng)機部門應該抓住現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術在我國逐步興起的契機，大力介入現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)發(fā)展，爭取領先地位，通過技術開發(fā)與應用，發(fā)展資源節(jié)約、環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，為建設社會主義和諧社會做出貢獻。

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