我國(guó)現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)應(yīng)用與研究分析
胡  偉1     劉玉樂2
（1 天津市農(nóng)業(yè)機(jī)械局，天津300192；2 天津農(nóng)學(xué)院，天津 300384）

摘  要：我國(guó)現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)目前處于試驗(yàn)示范階段。在天津、大連、青島、蘇州等地去都有應(yīng)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(jī)科技部門、大專院校和生產(chǎn)企業(yè)正積極投身技術(shù)與裝備的研發(fā)，部分產(chǎn)品投放市場(chǎng)應(yīng)用。還應(yīng)從基礎(chǔ)理論、實(shí)際應(yīng)用和對(duì)人體、對(duì)環(huán)境影響等方面開展研究和評(píng)估。
關(guān)鍵詞：物理 農(nóng)業(yè) 工程技術(shù)

1 前言
隨著人民生活水平和質(zhì)量的不斷提高，對(duì)食品的安全性意識(shí)不斷增強(qiáng)，人們對(duì)綠色、無害化農(nóng)產(chǎn)品的需求和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識(shí)日益增加，因此，環(huán)保型、節(jié)約型技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用迫在眉睫，推廣和應(yīng)用綠色、無害化農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，是滿足人民生活、創(chuàng)建環(huán)保型、節(jié)約型和諧社會(huì)的需要。
現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代物理技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的結(jié)合。是將電、磁、聲、光、熱、核等物理學(xué)原理及其高新技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用特定的物理技術(shù)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(shí)，達(dá)到增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病和高效的目的，同時(shí)有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。這是目前對(duì)現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)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(shù)的本質(zhì)。
“物理農(nóng)業(yè)”是相對(duì)于“化學(xué)農(nóng)業(yè)”的一個(gè)概念。現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的應(yīng)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(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)人民身體健康，提高生活質(zhì)量都具有重要的意義。
2 我國(guó)現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的應(yīng)用
現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)包含的內(nèi)容很多，目前我國(guó)在聲、光、電、磁和核技術(shù)應(yīng)用方面都用實(shí)踐，但應(yīng)用量和應(yīng)用面積較大的還是植物聲波助長(zhǎng)促生技術(shù)、種子磁化技術(shù)、電子殺蟲技術(shù)等幾項(xiàng)。
2.1 主要技術(shù)
2.1.1 植物聲波助長(zhǎng)技術(shù)
對(duì)植物施加特定頻率的聲波，提高植物活細(xì)胞內(nèi)電子流的運(yùn)動(dòng)速度，促進(jìn)各種營(yíng)養(yǎng)元素的吸收、傳輸和轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)植物的光合作用和吸收能力，促進(jìn)早熟、提高產(chǎn)量和品質(zhì)。  
增產(chǎn)作用。聲波助長(zhǎng)儀能在植物生長(zhǎng)過程中，增強(qiáng)光合作用，增大植物的呼吸強(qiáng)度，加快莖、葉等營(yíng)養(yǎng)器官的生化反應(yīng)過程，促進(jìn)生長(zhǎng)，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)制造量，加快果實(shí)或營(yíng)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(zhǎng)儀在增強(qiáng)植物光合作用的同時(shí)，也增加了酶的合成，從而促進(jìn)了蛋白質(zhì)、糖等有機(jī)物質(zhì)的合成，達(dá)到提高植物品質(zhì)的效果。實(shí)驗(yàn)證明，西紅柿、草莓的甜度都
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作者簡(jiǎn)介：胡偉（1963-），男，重慶江津人，高級(jí)工程師，碩士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)機(jī)化管理與科技開發(fā)。天津市南開區(qū)科研東路8號(hào) 天津市農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)教學(xué)和頻譜技術(shù)利用研究。天津市西青區(qū) 天津農(nóng)學(xué)院機(jī)電系，300384。E-mail：liuyle@sohu.com
有較大提高，含糖量增加 20% 以上。
促進(jìn)早熟 。聲波助長(zhǎng)儀幫助植物促進(jìn)呼吸作用，加強(qiáng)能量轉(zhuǎn)變的速度，促進(jìn)物質(zhì)吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)能力，使植物表現(xiàn)出旺盛的生長(zhǎng)速度，達(dá)到早熟的功效。玉米可早熟 7 — 10 天。
提高抗病性。聲波助長(zhǎng)儀對(duì)植物發(fā)出的諧振波，能促進(jìn)植物在生長(zhǎng)進(jìn)入旺盛期時(shí)，呼吸能力增高，從而保持細(xì)胞內(nèi)較高的氧化水平，對(duì)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(kuò)大。
驅(qū)逐敏感害蟲。當(dāng)敏感害蟲遇到聲波助長(zhǎng)儀產(chǎn)生的諧振波，會(huì)產(chǎn)生厭惡感或恐懼感，影響正常進(jìn)食，使其難以生存，不能繁育或者主動(dòng)離開，從而達(dá)到驅(qū)逐敏感害蟲的功效。實(shí)驗(yàn)證明對(duì)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(shù)
對(duì)種子進(jìn)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(qiáng)抗病蟲害能力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量，是一項(xiàng)很有價(jià)值的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)技術(shù)。
試驗(yàn)結(jié)果表明：糧食、蔬菜平均增產(chǎn)在１０％左右。 該機(jī)無環(huán)境污染，用磁場(chǎng)直接處理作物種子，可提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和幼苗素質(zhì)，使根系發(fā)達(dá)，提高吸水、肥能力，促進(jìn)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(jì)作物。 對(duì)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(chǎng)防病促生技術(shù)
在溫室建立空間電場(chǎng),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(yáng)，隔絕氣傳病害的傳播渠道。提高植物的光合作用強(qiáng)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(shù)
利用害蟲的趨光性特點(diǎn)，誘殺害蟲，實(shí)現(xiàn)物理滅殺，防治蟲害。
2.2 應(yīng)用情況
目前，現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)在天津、大連、青島、蘇州等地都有不同程度的應(yīng)用，總體上尚處于試驗(yàn)示范階段，但已經(jīng)取得了一些階段性的應(yīng)用成果。
本文上述幾項(xiàng)技術(shù)介紹中的數(shù)據(jù)來自大連市的應(yīng)用。在天津，農(nóng)機(jī)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(jìn)行聲波助長(zhǎng)促生技術(shù)、空間電場(chǎng)技術(shù)的示范應(yīng)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(shí)際應(yīng)用情況記錄。
2.2.1 聲波助長(zhǎng)促生技術(shù)的應(yīng)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(yàn)田未發(fā)現(xiàn)蟲災(zāi)，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(shí)、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(duì)比平均差50克。提前上市20天，單個(gè)棚增產(chǎn)1300斤，單價(jià)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(jì)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(jì)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(duì)肉雞生長(zhǎng)影響的對(duì)比試驗(yàn)
2006年1月8日～2006年2月23日（一個(gè)生長(zhǎng)周期45天），西青區(qū)南河鎮(zhèn)閻莊村肉雞場(chǎng)，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(duì)玉米生長(zhǎng)影響的對(duì)比試驗(yàn)
北辰區(qū)雙口鎮(zhèn)東堤村，出苗期：試驗(yàn)田出苗快，出苗率高4%。定苗期：鮮重多0.11克，凈生根多0.9。
2.3 裝備配套方案
天津農(nóng)機(jī)部門在應(yīng)用現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中，還逐步摸索出一些規(guī)律性的成果，初步總結(jié)出該項(xiàng)技術(shù)的一些裝備與設(shè)施的配套方案。
設(shè)施作物配套方案：
（1）磁場(chǎng)種子處理+溫室防病促生系統(tǒng)+聲波助長(zhǎng)+ 防蟲網(wǎng)
（2）磁場(chǎng)種子處理 +聲波助長(zhǎng) +防蟲網(wǎng)+ CO2發(fā)生器
（3）磁場(chǎng)種子處理 + 聲波助長(zhǎng) + 防蟲網(wǎng) + 溫室病害臭氧防治
露地作物配套方案：
磁場(chǎng)種子處理 + 聲波助長(zhǎng)+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(shù)，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)?？纱龠M(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)作物的抗病能力，減少病蟲害的發(fā)生，促進(jìn)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(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高農(nóng)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展；也是實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要生產(chǎn)模式之一。
實(shí)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(shù)的設(shè)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(shù)具有提高產(chǎn)量、促進(jìn)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(gè)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(chǎng)價(jià)格是普通水果、蔬菜的兩三倍甚至更高，其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。據(jù)初步估算，一個(gè)面積為1畝的溫室在生產(chǎn)過程中合理應(yīng)用物理技術(shù)，比單純應(yīng)用化學(xué)技術(shù)每年將至少增加收入3千元以上。
3 現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的研究
3.1 國(guó)外研究狀況
現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)在美國(guó)、日本、俄羅斯等都用研究與應(yīng)用。據(jù)文獻(xiàn)介紹，有商業(yè)價(jià)值的**早應(yīng)是法國(guó)人切諾伊用聲音處理，提高了啤酒廠大麥的發(fā)芽率；美國(guó)的D.Carlson公司用高頻信號(hào)處理作物；日本的先拓公司用雅樂處理溫室蔬菜；法國(guó)聲學(xué)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(bào)道；2000年初，日本東京大學(xué)用不同頻率處理，可延長(zhǎng)或縮短微生物的繁殖時(shí)間；美國(guó)的D.R.Carlson則研究了聲波和化學(xué)肥料聯(lián)合作用下植物的生長(zhǎng)發(fā)育問題，并申請(qǐng)了數(shù)個(gè)專利；在國(guó)外，有學(xué)者研究了超聲波對(duì)植物細(xì)胞的影響，都得出了適當(dāng)?shù)蛷?qiáng)度超聲波不會(huì)對(duì)植物細(xì)胞造成傷害，并能促進(jìn)其生長(zhǎng)的結(jié)論；還有的學(xué)者則研究了噪音除草技術(shù)，一方面利用聲波刺激促進(jìn)雜草的快速生長(zhǎng)，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(zhǎng)。
3.2 國(guó)內(nèi)研究狀況
在我國(guó)，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(shù)及其裝備的研究，研制出一些裝備，推向生產(chǎn)應(yīng)用。
大連市農(nóng)機(jī)研究所研制了聲波助長(zhǎng)儀、電子殺蟲燈、空間電場(chǎng)除霧除塵設(shè)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(zhǎng)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(jī)。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(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了電功能水發(fā)生裝置、智能化電場(chǎng)發(fā)生系統(tǒng)；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研究了聲波促生裝備。
此外，一些大學(xué)開展了頻譜技術(shù)對(duì)種子酶變化的研究，還有學(xué)者進(jìn)行了利用頻譜技術(shù)治療奶牛乳房炎的研究。
在天津，農(nóng)機(jī)系統(tǒng)有關(guān)單位、農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)及天津大學(xué)、天津農(nóng)學(xué)院等單位都在從事現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的研究與開發(fā)工作。其中，天津農(nóng)學(xué)院開展了頻譜技術(shù)處理種子的研究；天津市農(nóng)機(jī)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(chǎng)磁化處理設(shè)備，在棉花、玉米等農(nóng)作物上都有大面積的應(yīng)用。
4 研究與應(yīng)用的方向
總體而言，我國(guó)現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)應(yīng)用與裝備開發(fā)還處在研究與示范相結(jié)合的階段。基礎(chǔ)理論研究還不完善，應(yīng)用研究還有待更科學(xué)化規(guī)范化。
同時(shí)，應(yīng)看到在各方面的努力宣傳推動(dòng)下，現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)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(yīng)用方面，目前開發(fā)的技術(shù)裝備應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)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(cè)研究。技術(shù)裝備在應(yīng)用中，無論是產(chǎn)品質(zhì)量和功能都有待進(jìn)一步的提高。
今后，應(yīng)該加強(qiáng)以下方面的研究。包括，技術(shù)基礎(chǔ)理論（原理）研究；技術(shù)及其裝備的應(yīng)用研究；技術(shù)應(yīng)用對(duì)環(huán)境、人身的影響評(píng)價(jià)，建立評(píng)價(jià)體系；建立植物聲頻資源庫(kù)；研究不同植物的聲頻特點(diǎn)，使聲頻發(fā)生由“廣譜”到“專一”；技術(shù)應(yīng)用對(duì)動(dòng)、植物的負(fù)作用評(píng)估；合理的使用操作規(guī)程研究等。
同時(shí)，有關(guān)部門應(yīng)在科研與示范應(yīng)用上給予資金支持，建立相應(yīng)的物理農(nóng)業(yè)示范基地（點(diǎn)），開展試驗(yàn)示范，給農(nóng)民提供一個(gè)可學(xué)習(xí)參照的樣板，由點(diǎn)到面，逐步推廣應(yīng)用。
農(nóng)機(jī)部門應(yīng)該抓住現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)在我國(guó)逐步興起的契機(jī)，大力介入現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)發(fā)展，爭(zhēng)取領(lǐng)先地位，通過技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，發(fā)展資源節(jié)約、環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，為建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)做出貢獻(xiàn)。
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