现代物理农业工程技术

1现代物理农业工程技术随着人民生活水平和质量的不断提高，对食品的安全性意识不断增强，人们对绿色、无害化蔬菜的需求和保护生态环境的意识日益增加。推广和应用绿色、无害化农产品的生产技术和设备，是满足人民生活、创建环保型、节约型和谐社会的迫切需要。当前，我国农业正处于一个由传统的化学农业向生态农业过渡的时期，实现这一转型的主要途径有两条，即生物工程和物理农业。而物理农业就是尖端技术之一，相对于二十世纪的化学农业来说，新世纪将是物理农业的世纪。化学农业是以化肥和农药的应用为主要特征，它极大地提高了农作物的产量，在解决粮食和饥饿问题上对人类社会做出了巨大的贡献，并将继续发挥重大作用。然而，由于长期过量的使用化肥和农药，造成地力衰退，环境污染，农作物品质下降，甚至危害人体健康，严重影响到农业的可持续发展。而物理农业比化学农业具有显著的优势。它避免了化学农业造成的地力衰退，环境污染，农作物品质下降，甚至危害人体健康的弊端，与之相对应的是物理农业既有利于保护生态环境，又能生产出绿色、无公害的农产品，在提高了农产品的经济价值的同时，又有利于人的身体健康，所以发展物理农业的经济效益、社会效益和生态效益都是相当可观的。一、概述现代物理农业是物理技术和农业生产的结合。传统农业（也称化学农业）是利用化肥和农药来控制农作物的生长和预防病虫害，现代物理农业是将电、磁、声、光、热、核等物理学知识和高新技术应用2在农业生产中，应用特定的物理技术方法处理农作物，可在减少化肥和农药使用量的同时，达到增产、优质、抗病和高效目的的一种新型农业生产模式，并且有利于保护生态环境。物理农业是实现生态农业，促进人类社会可持续发展的重要途径之一。与我国强调生态效益、社会效益和经济效益相结合的模式紧密结合。众所周知，以机械动力作为驱动，实现对土壤、农作物的处理，完成耕作、播种、收获等农业生产称为物理农业。而加以“现代”称谓的物理农业，则侧重于电、磁、声、光等物理学原理在农业生产中的应用。二、现代物理农业技术国内外及我地区发展情况（一）国内外发展情况物理农业单项技术早在二十世纪七十年代就已经开始研究，日本、前苏联等国对磁场处理种子的生物学效应的研究，取得显著成效，美国也已经将声波助长技术应用于多种作物，结果表明该技术增产效果显著，农产品质量明显提高，发展潜力很大。声波助长单项物理农业技术已在北京、天津、新疆、山西、山东、辽宁等地的30余种作物、蔬菜、花卉和果树上进行了为期7年的试验、示范，各地的试验结果表明，应用该技术一般增产在15%甚至一倍以上，其在增加作物产量、提高营养品质、增强抗病性能、延长贮藏时间和提高种子发芽率等方面都有显著效果，且不污染农产品，表现出良好的推广应用价值。陕西省太白县为了提高蔬菜无公害化科技含量，在400多亩的蔬菜大田安装了植物声频发生器和频振式杀虫灯。目前，我国现代物理农业工程技术的应用已经取得了不小的进展。在辽宁、天津、吉林、山东等地的实际应用，验证了其科学和对农业生产的促进作用。在我国青岛和大连在应用和推广物理农业方面被称之为国内的典范，在农业生产中大面积应用取得了良好效果，其思路是改“以药治病”为“物理治病”，将物理技术和高新技术应用在种3植业和养殖业生产中，以减少化学药物对农产品的污染，推动农产品绿色、无公害生产，发展绿色、环保、节能型的生态农业。（二）阿勒泰地区发展情况阿勒泰地区自2009年开始引进物理农业技术装备：温室电除雾防病促生长系统、畜禽舍空气电净化自动防疫系统、粪道等离子除臭系统、食用菌空间电场促蕾防病系统、杀虫灯、烟气电净化二氧化碳增施机等物理农业设备，至今已引进100多（台）套物理农业设备，并引进了相应的检测设备。在阿勒泰市、青河县、福海县、布尔津县、富蕴县建立了蔬菜大棚（西红柿、黄瓜、辣椒）、食用菌（双鲍菇）、畜禽舍（牛舍、鸡舍、猪舍）等十余个物理农业示范点。物理农业具有降低能量消耗、改善环境质量和改善品质等优点。在突变育种、种子活化处理、声波助长增产、病虫害防治、增强农作物对光能和肥料利用率等方面有着极为重要的作用。物理农业技术会对我国农业产业化的发展带来重大变革，并表现出广阔的发展前景。三、现代物理农业的概念及主要内容现代物理农业是利用具有明显生物效应的物理因子操控动植物的生长发育及其生活环境，促使传统农业逐步摆脱对化学肥料、化学农药、抗生素等化学品的依赖以及自然环境的束缚，最终获取高产、优质、无毒农产品的环境调控型农业。应用范围广泛，种植业（设施和露地）、食用菌和养殖业。其主要作用一是调控生长；二是预防病虫害。现代物理农业所包含的内容很广，如声波助长技术，种子磁化、频谱处理技术，空间电场防病促生技术，电子杀虫技术，二氧化碳增施技术、高频电磁波及激光育种，以及利用射线处理种子的太空育种等，是农业装备机、电、仪技术的有效结合，这些技术可以广泛应用于种植业和养殖业，它们在农业生产和环境保护中将发挥巨大作用。现代物理农业和化学农业相比较，现代物理农业具有显著的优4势。它避免了化学农业造成的地方衰退、环境污染、农作物品质下降，甚至危害人体健康等弊端。现代物理农业既有利于保护生态环境，又可促进生产出绿色、无公害的农产品，在提高了农产品的经济价值的同时，又有利于人的身体健康。所以发展现代物理农业具有重要现实意义又可取得相当可观的经济效益、社会效益和生态效益。目前，应用于现代农业生产中的物理技术主要有：植物声波助长技术、空间电场技术、种子处理技术（磁化、电场、等离子体）、电子杀虫技术和土壤电消毒处理技术等。（一）植物声频助长技术1、技术原理植物声频助长技术是根据植物的声学特性，利用声波对植物进行特殊处理，可促进植物增产、优质、抗病、早熟，是现代高科技在农业生产中应用的成功范例之一。所应用的植物生理谐振波处理技术是，不污染环境，符合环境保护和发展生态农业的要求，是当前生产有机、绿色、无公害农产品的优选设备。可应用于粮油、蔬菜、果树、花卉、园林苗木等作物。植物声频助长技术的基本原理是利用音箱发声对植物施加特定频率的声波，使声波的频率与植物本身固有的生理系统波频相一致，产生共振。从而提高植物活细胞内电子流的运动速度，促进各种营养元素的吸收、传输和转化，增强植物的光合作用和吸收能力，促进生长发育，达到增产、增收、优质、抗病的目的。增产：植物声频助长技术能在植物生长过程中，增强光合作用，增大植物的呼吸强度，加快茎、叶等营养器官的生化反应过程，促进生长，提高营养物质制造量，加快果实或营养体的形成过程，提高产量。能使叶类蔬菜增产30%，黄瓜、西红柿等果类蔬菜和樱桃、草莓等水果增产25%，玉米等大田作物增产20%。品质提高：植物声频助长技术在增强植物光合作用的同时，也增5加了酶的合成，从而促进了蛋白质、糖等有机物质的合成，达到提高植物品质的效果。实验证明，西红柿、草莓的甜度都有较大提高，含糖量增加20%以上。早熟：植物声频助长技术帮助植物促进呼吸作用，加强能量转变的速度，促进物质吸收和运转能力，使植物表现出旺盛的生长速度，达到早熟的功效。一般可促进早熟7～10天。抗病：植物声频助长技术对植物发出的谐振波，能促进植物在生长进入旺盛期时，呼吸能力增高，从而保持细胞内较高的氧化水平，对病菌分泌的毒素有破坏作用。呼吸还能提供能量和中间产物，有利于植物形成某些隔离区（如木栓隔离层），阻止病斑扩大。驱逐敏感害虫：当敏感害虫遇到设备产生的谐振波，会产生厌恶感或恐惧感，影响正常进食，使其难以生存，不能繁育或者主动离开，从而达到驱逐敏感害虫的功效。实验证明对蚜虫、红蜘蛛等顽固害虫有十分显著的效果。2、使用说明（1）将其放在田间或温室中间，加垫置物防潮。打开开关后，再打开音量旋钮。（2）音量调节：电源开关接通后，将音量调节到距离植物声频发生器远端的声强为40—50DB。（人站到距离植物声频发生器最远的地端能听到声音即可）（3）处理方法：每周处理三次，每次播放时间为3小时，以清晨太阳出来后开始处理为宜（下午也可处理），避免在中午最热时使用。（4）波段调整波段使用条件℃波段使用条件℃110-20℃6浇水后25-30℃62浇水后10-25℃730-35℃320-25℃7浇水后30-40℃425-28℃835-40℃528-30℃（5）自苗期开始使用，一星期使用三次，不间断。（6）使用中应配合正常的田间管理。（7）工作环境：10℃～45℃。（8）果菜在坐果后使用。（二）空间电场技术1、温室电除雾防病促生长技术：（1）技术原理空间电场可使在空间直流电晕电场中的雾汽、粉尘会立刻荷电并受电场力的作用而做定向脱除运动，并迅速吸附于地面、植株表面、温室内结构表面，而附着在雾汽、粉尘上的大部分病原微生物也会在高能带电粒子、臭氧的双重作用下，在做定向脱除运动的过程中被杀死、灭活。在随后的自动循环间歇工作中，空间电场抑制了雾汽的升腾和粉尘的飞扬，隔绝了气传病害的气流传播渠道，温室空间持续保持清亮和少菌少毒状态。由于空间电场作用，土壤—植株生活体系中形成了微弱的直流电流，该电流与空间电场、臭氧、高能带电粒子一同作用，防治了土传病害。在空间电场作用下，植物对CO2的吸收加速，CO2的增施满足了植物在空间电场环境中对CO2的旺盛需求。植物对CO2的吸收量远远大于自然环境中的吸收量，植物产品糖度高，品质好。在空间电场作用下，植物的光补偿点降低，即使在弱光环境中仍有较强的光合强度。在空间电场作用下，植株体内Ca2+离子浓度随电场强度的变化7而变化，它的变化调节着植物多种生理活动过程，也促进了植物在低地温环境中对肥料的吸收，增强了植物对恶劣气候的抵御能力。（2）配套设备3DFC系列温室电除雾防病促生系统均采用220伏电源，包括300型、660型、660A型，按照不同型号，可负担面积分别为300㎡、450㎡、660㎡。所有型号的控制均采用间歇循环控制方式，即系统工作15—30分钟就停歇30—55分钟，自动循环往复。3DFC系列温室电除雾防病促生系统性能参数性能型号输出电压DC（KV）最大输出功率KW日耗电KWh空气病菌除去率%CO2吸收提速率%降湿率%氮气氮肥转化率%烟气处理量L/S臭氧产出率g/h660A型0～500.201.065～99＞5＞5302≥1.5450型0～500.0380.265～99＞5＞520——≥0.5300型0～420.0240.165～99＞5＞515——≥0.2备注：空气病菌除去率随着作物生长高度的不同而不同，低矮作物取高值，高杆作物取低值。CO2吸收提速率是指在光强度为20000LUX时、空间电场强度为20KV/m时的检测结果。降湿率指的是在无雾的情况下的空气水分降低率，有雾是的降湿率接近97%。2、食用菌促蕾防病技术（1）技术原理空间电场和臭氧等氧化性气体的产生：通过绝缘子挂在接种房、菇房棚顶的电极线为负极，地面、墙壁、棚梁等接地设施和菌垛为正极，当电极线带有高电压时，空间电场就在正负极之间的空间中产生，臭氧、氮氧化物、高能带电粒子通过电极的尖端放电产生。防病原理：在空间电场中的雾汽、粉尘、孢子会立刻荷电并受电场力的作用而做定向脱除运动，并迅速吸附于地面、菇房内结构表面，而附着在雾汽、粉尘上的大部分病原微生物、孢子也会在做定向脱除8运动的过程中被高能带电粒子、臭氧的杀死、灭活。在随后的自动循环间歇工作中，空间电场抑制了雾汽的升腾和粉尘、孢子的飞扬，菇房空间持续保持清亮状态，隔绝了气传病害的气流传播渠道。由于空间电场的作用，基质—食用菌生活体系中形成了微弱的直流电，该电流与空间电场、臭氧、高能带电粒子一同作用，防治了基质传病害。促生长原理：在空间电场作用下，食用菌的呼吸作用强度加强，食用菌与基质之间HCO3-的强烈交换促进了食用菌对基质营养的吸收，进而加快了食用菌生长速度,而且菌丝内Ca2+离子浓度随电场强度的变化而变化，它的变化又会促进菇蕾的发生。氮气肥料化：带有4～5万伏直流高压的电极线会对空气产生电离作用并使空气中的大量氮气转化为氮氧化物，氮氧化物与水汽结合形成空气氮肥，相当于为菇蕾施加了叶面氮肥，可减少氮肥施用量15～30%。臭氧防病：电极线对空气放电产