我國現代物理農業工程技術應用與研究分析
胡  偉1     劉玉樂2
（1 天津市農業機械局，天津300192；2 天津農學院，天津 300384）

摘  要：我國現代物理農業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，并在提高農作物產量，提升品質，增加收入等方面取得明顯的成效。農機科技部門、大專院校和生產企業正積極投身技術與裝備的研發，部分產品投放市場應用。還應從基礎理論、實際應用和對人體、對環境影響等方面開展研究和評估。
關鍵詞：物理 農業 工程技術

1 前言
隨著人民生活水平和質量的不斷提高，對食品的安全性意識不斷增強，人們對綠色、無害化農產品的需求和保護生態環境的意識日益增加，因此，環保型、節約型技術和設備的開發和應用迫在眉睫，推廣和應用綠色、無害化農產品的生產技術和設備，是滿足人民生活、創建環保型、節約型和諧社會的需要。
現代物理農業是現代物理技術和農業生產的結合。是將電、磁、聲、光、熱、核等物理學原理及其高新技術應用在農業生產中，應用特定的物理技術處理農作物或農業生產環境，可在有效減少化肥和農藥使用量的同時，達到增產、優質、抗病和高效的目的，同時有利于保護生態環境。這是目前對現代物理農業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代物理農業工程技術的本質。
“物理農業”是相對于“化學農業”的一個概念。現代物理農業工程技術的應用，可以有效減少農藥、化肥的使用量，提高農產品的質量和安全性，也可提高產品的產量，對保護生態環境和促進人民身體健康，提高生活質量都具有重要的意義。
2 我國現代物理農業工程技術的應用
現代物理農業工程技術包含的內容很多，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 主要技術
2.1.1 植物聲波助長技術
對植物施加特定頻率的聲波，提高植物活細胞內電子流的運動速度，促進各種營養元素的吸收、傳輸和轉化，增強植物的光合作用和吸收能力，促進早熟、提高產量和品質。  
增產作用。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、葉等營養器官的生化反應過程，促進生長，提高營養物質制造量，加快果實或營養體的形成過程，提高產量。能使葉類蔬菜增產 30% ，黃瓜、西紅柿等果類蔬菜和櫻桃、草莓等水果增產 25% 。玉米等大田作物增產 20% 。
品質提高。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、糖等有機物質的合成，達到提高植物品質的效果。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，主要從事農機化管理與科技開發。天津市南開區科研東路8號 天津市農業機械局，300192。E-mail：h17w@163.com
劉玉樂（1972-），男，天津人，講師，碩士研究生，從事農機教學和頻譜技術利用研究。天津市西青區 天津農學院機電系，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，促進物質吸收和運轉能力，使植物表現出旺盛的生長速度，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物，有利于植物形成某些隔離區（如木栓隔離層），阻止病斑擴大。
驅逐敏感害蟲。當敏感害蟲遇到聲波助長儀產生的諧振波，會產生厭惡感或恐懼感，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，可激發種子內部酶的活性，提高吸收水、肥的能力，提高種子的發芽率和作物的新陳代謝，增強抗病蟲害能力，促進作物生長，提高產量，是一項很有價值的農業增產技術。
試驗結果表明：糧食、蔬菜平均增產在１０％左右。 該機無環境污染，用磁場直接處理作物種子，可提高種子的發芽率、發芽勢和幼苗素質，使根系發達，提高吸水、肥能力，促進作物增產。適用于玉米、小麥、水稻、大豆和各種蔬菜及經濟作物。 對玉米、小麥等作物可提高發芽率 8% ，增產幅度為 10% 左右，蔬菜增產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，實現物理滅殺，防治蟲害。
2.2 應用情況
目前，現代物理農業工程技術在天津、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據來自大連市的應用。在天津，農機部門從1980年代就開始利用黑光燈誘蟲養魚，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），北辰區小淀鎮趙莊村，試驗田未發現蟲災，節約農藥100余元。畝增產15%。
2006年3月～6月（60天），北辰區青光鎮韓家墅村，畝增產13%。
西紅柿：
2006年4月～6月（38天），北辰區雙街鎮郎園村，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），北辰區雙街鎮郎園村，提前15天上市，增產15%。
2006年6月～8月（40天），天津農科院示范基地，畝增產18%。
芹菜：
2006年3月20日～4月25日（35天），北辰區大張莊鎮張五莊，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），津南區咸水沽頭道溝農業經濟園區，提前8～10天上市。
大蔥：
2005年9月2日～11月10日（68天），津南區咸水沽頭道溝農業經濟園區，畝增效25%。
莜麥菜：
北辰區宜興埠二村，提前5天上市，增產21%。
2.2.2 蓄禽舍防病促聲系統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），西青區南河鎮閻莊村肉雞場，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
北辰區雙口鎮東堤村，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
天津農機部門在應用現代物理農業工程技術中，還逐步摸索出一些規律性的成果，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+聲波助長+ 防蟲網
（2）磁場種子處理 +聲波助長 +防蟲網+ CO2發生器
（3）磁場種子處理 + 聲波助長 + 防蟲網 + 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，采用現代物理農業工程技術，使用方便，安全可靠，無毒無污染，綠色環保，可生產綠色、無公害農產品，有效改善農產品品質。可促進作物生長發育，增強作物的抗病能力，減少病蟲害的發生，促進作物早熟，產量提高，產品品質提升，并提前上市，增產效果顯著，增加了農民的收入。
可提升農產品安全生產水平，促進農業產業升級，提高農產品在國內外市場的競爭力，促進農業的發展；也是實現生態農業，促進農業可持續發展的重要生產模式之一。
實踐還表明，現代物理農業生產模式的一次性投入成本要高于傳統農業模式，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量、促進早熟、改善品質、減少化肥農藥使用量的功效，這其中的每一個方面都能夠增加收入或節約支出，尤其是物理農業是生產綠色農產品、無公害農產品的必要途徑。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，其經濟效益非常顯著。據初步估算，一個面積為1畝的溫室在生產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。
3 現代物理農業工程技術的研究
3.1 國外研究狀況
現代物理農業工程技術在美國、日本、俄羅斯等都用研究與應用。據文獻介紹，有商業價值的**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，有用貝多芬樂曲處理西紅柿、甜菜的增產報道；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合作用下植物的生長發育問題，并申請了數個專利；在國外，有學者研究了超聲波對植物細胞的影響，都得出了適當低強度超聲波不會對植物細胞造成傷害，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。
3.2 國內研究狀況
在我國，大連、青島、天津等地都開展了現代物理農業工程技術及其裝備的研究，研制出一些裝備，推向生產應用。
大連市農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、種子磁化器等產品；青島物理農業科技發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有限公司研制了頻振式殺蟲燈；浙江麗水市農科所、中國農業大學研制了電功能水發生裝置、智能化電場發生系統；東北農業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，農機系統有關單位、農機生產企業及天津大學、天津農學院等單位都在從事現代物理農業工程技術的研究與開發工作。其中，天津農學院開展了頻譜技術處理種子的研究；天津市農機推廣/鑒定站研制了魚用黑光燈，誘蟲養魚，受到養殖戶的歡迎；天津寧河溢通公司研制了種子電場磁化處理設備，在棉花、玉米等農作物上都有大面積的應用。
4 研究與應用的方向
總體而言，我國現代物理農業工程技術應用與裝備開發還處在研究與示范相結合的階段。基礎理論研究還不完善，應用研究還有待更科學化規范化。
同時，應看到在各方面的努力宣傳推動下，現代物理農業工程技術已經引起廣泛的關注，有很多大專院校、科研院所和生產企業開始投入研究之中，發展前景可喜。
在應用方面，目前開發的技術裝備應用在生產實踐中，其效能得到初步的肯定，但還缺乏有效的監控、監測研究。技術裝備在應用中，無論是產品質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，建立相應的物理農業示范基地（點），開展試驗示范，給農民提供一個可學習參照的樣板，由點到面，逐步推廣應用。
農機部門應該抓住現代物理農業工程技術在我國逐步興起的契機，大力介入現代物理農業發展，爭取領先地位，通過技術開發與應用，發展資源節約、環境友好型農業，實現農業可持續發展，為建設社會主義和諧社會做出貢獻。
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