作者: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:我國現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)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(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)品投放市場應(yīng)用。還應(yīng)從基礎(chǔ)理論、實際應(yīng)用和對人體、對環(huán)境影響等方面開展研究和評估。
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,對食品的安全性意識不斷增強(qiáng),人們對綠色、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,達(dá)到增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病和高效的目的,同時有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。這是目前對現(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)”是相對于“化學(xué)農(nóng)業(yè)”的一個概念。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,目前我國在聲、光、電、磁和核技術(shù)應(yīng)用方面都用實踐,但應(yīng)用量和應(yīng)用面積較大的還是植物聲波助長促生技術(shù)、種子磁化技術(shù)、電子殺蟲技術(shù)等幾項。
2.1 主要技術(shù)
2.1.1 植物聲波助長技術(shù)
對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)動速度,促進(jìn)各種營養(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。聲波助長儀能在植物生長過程中,增強(qiáng)光合作用,增大植物的呼吸強(qiáng)度,加快莖、葉等營養(yǎng)器官的生化反應(yīng)過程,促進(jìn)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(qiáng)植物光合作用的同時,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。實驗證明,西紅柿、草莓的甜度都有較大提高,含糖量增加 20% 以上。
促進(jìn)早熟 。聲波助長儀幫助植物促進(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。聲波助長儀對植物發(fā)出的諧振波,能促進(jìn)植物在生長進(jìn)入旺盛期時,呼吸能力增高,從而保持細(xì)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(kuò)大。
驅(qū)逐敏感害蟲。當(dāng)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(jìn)食,使其難以生存,不能繁育或者主動離開,從而達(dá)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(shù)
對種子進(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,提高產(chǎn)量,是一項很有價值的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)技術(shù)。
試驗結(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(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(shù)
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(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,誘殺害蟲,實現(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)行聲波助長促生技術(shù)、空間電場技術(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)縣實際應(yīng)用情況記錄。
2.2.1 聲波助長促生技術(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、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(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。
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(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,提高農(nóng)產(chǎn)品在國內(nèi)外市場的競爭力,促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展;也是實現(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(jì)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(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 國外研究狀況
現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)在美國、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)價值的**早應(yīng)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(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)報道;2000年初,日本東京大學(xué)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(xué)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(xué)者研究了超聲波對植物細(xì)胞的影響,都得出了適當(dāng)?shù)蛷?qiáng)度超聲波不會對植物細(xì)胞造成傷害,并能促進(jìn)其生長的結(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,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。
3.2 國內(nèi)研究狀況
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(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儀、電子殺蟲燈、空間電場除霧除塵設(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、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)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(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?;A(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,應(yīng)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(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(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(shù)應(yīng)用對動、植物的負(fù)作用評估;合理的使用操作規(guī)程研究等。
同時,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),開展試驗示范,給農(nóng)民提供一個可學(xué)習(xí)參照的樣板,由點到面,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),實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,為建設(shè)社會主義和諧社會做出貢獻(xiàn)。
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