我国现代物理农业工程技术应用与研究分析 ［推荐］
作者：胡 伟1 刘玉乐2 （1 天津市农业机械局，天津300192；2 天津农学院，天津 300384）
摘 要：我国现代物理农业工程技术目前处于试验示范阶段。在北京、河北、天津、大连、青岛、烟台、苏州、新疆、四川等地区都有应用，并在提高农作物产量，提升品质，增加收入等方面取得明显的成效。农机科技部门、大专院校和生产企业正积极投身技术与装备的研发，部分产品投放市场应用。还应从基础理论、实际应用和对人体、对环境影响等方面开展研究和评估。
关键词：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、无害化农产品的需求和保护生态环境的意识日益增加，因此，环保型、节约型技术和设备的开发和应用迫在眉睫，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、节约型和谐社会的需要。
现代物理农业是现代物理技术和农业生产的结合。是将电、磁、声、光、热、核等物理学原理及其高新技术应用在农业生产中，应用特定的物理技术处理农作物或农业生产环境，可在有效减少化肥和农药使用量的同时，达到增产、优质、抗病和高效的目的，同时有利于保护生态环境。这是目前对现代物理农业工程技术的一种定义，是否完备，尚待研究，但是它基本反映了现代物理农业工程技术的本质。
“物理农业”是相对于“化学农业”的一个概念。现代物理农业工程技术的应用，可以有效减少农药、化肥的使用量，提高农产品的质量和安全性，也可提高产品的产量，对保护生态环境和促进人民身体健康，提高生活质量都具有重要的意义。
2 我国现代物理农业工程技术的应用
现代物理农业工程技术包含的内容很多，目前我国在声、光、电、磁和核技术应用方面都用实践，但应用量和应用面积较大的还是植物声波助长促生技术、种子磁化技术、电子杀虫技术等几项。
2.1 主要技术
2.1.1 植物声波助长技术
1.对植物施加特定频率的声波，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，促进早熟、提高产量和品质。
增产作用。声波助长仪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2.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。声波助长仪在增强植物光合作用的同时，也增加了酶的合成，从而促进了蛋白质、糖等有机物质的合成，达到提3.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。
促进早熟 。声波助长仪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。玉米可早熟 7 — 10 天。
4.提高抗病性。声波助长仪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。
5.驱逐敏感害虫。当敏感害虫遇到声波助长仪产生的谐振波，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。
2.1.2 种子磁化促生技术
对种子进行磁化处理，可激发种子内部酶的活性，提高吸收水、肥的能力，提高种子的发芽率和作物的新陈代谢，增强抗病虫害能力，促进作物生长，提高产量，是一项很有价值的农业增产技术。
试验结果表明：粮食、蔬菜平均增产在１０％左右。 该机无环境污染，用磁场直接处理作物种子，可提高种子的发芽率、发芽势和幼苗素质，使根系发达，提高吸水、肥能力，促进作物增产。适用于玉米、小麦、水稻、大豆和各种蔬菜及经济作物。 对玉米、小麦等作物可提高发芽率 8% ，增产幅度为 10% 左右，蔬菜增产２０％以上。
2.1.3 空间电场防病促生技术
在温室建立空间电场,放出高能带电粒子、臭氧和氮氧化物，抑制雾汽、粉尘和孢子的飞扬，隔绝气传病害的传播渠道。提高植物的光合作用强度，提高抗病性、抗逆性。也可用于食用菌的栽培。
2.1.4 电子杀虫技术
利用害虫的趋光性特点，诱杀害虫，实现物理灭杀，防治虫害。
2.2 应用情况
目前，现代物理农业工程技术在北京、天津、大连、青岛、苏州等地都有不同程度的应用，总体上尚处于试验示范阶段，但已经取得了一些阶段性的应用成果。
本文上述几项技术介绍中的数据来自大连市的应用。在天津，农机部门从1980年代就开始利用黑光灯诱虫养鱼，取得很好的成效。2005年以后有开始进行声波助长促生技术、空间电场技术的示范应用，同样取得积极的成果。
以下为2006年天津北辰、西青等区县实际应用情况记录。
2.2.1 声波助长促生技术的应用
黄瓜：
2006年4月23日～6月23日（60天），北辰区小淀镇赵庄村，试验田未发现虫灾，节约农药100余元。亩增产15%。
2006年3月～6月（60天），北辰区青光镇韩家墅村，亩增产13%。
西红柿：
2006年4月～6月（38天），北辰区双街镇郎园村，缓秧快、秧水灵、叶色深、枝叶茂，开花及时、集中。
2006年4月28日～6月2日（35天），北辰区双街镇郎园村，提前15天上市，增产15%。
2006年6月～8月（40天），天津农科院示范基地，亩增产18%。
芹菜：
2006年3月20日～4月25日（35天），北辰区大张庄镇张五庄，芹菜矮、叶片大且多，单根对比平均差50克。提前上市20天，单个棚增产1300斤，单价均0.6元/斤，增效益780元。
萝卜：
2005年9月2日～11月10日（68天），津南区咸水沽头道沟农业经济园区，提前8～10天上市。
大葱：
2005年9月2日～11月10日（68天），津南区咸水沽头道沟农业经济园区，亩增效25%。
莜麦菜：
北辰区宜兴埠二村，提前5天上市，增产21%。
2.2.2 蓄禽舍防病促声系统对肉鸡生长影响的对比试验
2006年1月8日～2006年2月23日（一个生长周期45天），西青区南河镇阎庄村肉鸡场，死亡率减少33％；鸡平均重量增加4％；料肉比减少7％。
2.2.3 种子磁化对玉米生长影响的对比试验
北辰区双口镇东堤村，出苗期：试验田出苗快，出苗率高4%。定苗期：鲜重多0.11克，净生根多0.9。
2.3 装备配套方案
天津农机部门在应用现代物理农业工程技术中，还逐步摸索出一些规律性的成果，初步总结出该项技术的一些装备与设施的配套方案。
设施作物配套方案：
（1）磁场种子处理+温室防病促生系统+声波助长+ 防虫网
（2）磁场种子处理 +声波助长 +防虫网+ CO2发生器
（3）磁场种子处理 + 声波助长 + 防虫网 + 温室病害臭氧防治
露地作物配套方案：
磁场种子处理 + 声波助长+电子杀虫灯
综合情况表明，采用现代物理农业工程技术，使用方便，安全可靠，无毒无污染，绿色环保，可生产绿色、无公害农产品，有效改善农产品品质。可促进作物生长发育，增强作物的抗病能力，减少病虫害的发生，促进作物早熟，产量提高，产品品质提升，并提前上市，增产效果显著，增加了农民的收入。可提升农产品安全生产水平，促进农业产业升级，提高农产品在国内外市场的竞争力，促进农业的发展；也是实现生态农业，促进农业可持续发展的重要生产模式之一。
实践还表明，现代物理农业生产模式的一次性投入成本要高于传统农业模式，但物理技术的设备使用寿命大多都在10年以上，如果按使用寿命平均一下，每年的投入成本并不高。而且物理技术具有提高产量、促进早熟、改善品质、减少化肥农药使用量的功效，这其中的每一个方面都能够增加收入或节约支出，尤其是物理农业是生产绿色农产品、无公害农产品的必要途径。绿色、无公害的水果、蔬菜的市场价格是普通水果、蔬菜的两三倍甚至更高，其经济效益非常显著。据初步估算，一个面积为1亩的温室在生产过程中合理应用物理技术，比单纯应用化学技术每年将至少增加收入3千元以上。
3 现代物理农业工程技术的研究
3.1 国外研究状况
现代物理农业工程技术在美国、日本、俄罗斯等都用研究与应用。据文献介绍，有商业价值的最早应是法国人切诺伊用声音处理，提高了啤酒厂大麦的发芽率；美国的D.Carlson公司用高频信号处理作物；日本的先拓公司用雅乐处理温室蔬菜；法国声学研究所和前苏联，有用贝多芬乐曲处理西红柿、甜菜的增产报道；2000年初，日本东京大学用不同频率处理，可延长或缩短微生物的繁殖时间；美国的D.R.Carlson则研究了声波和化学肥料联合作用下植物的生长发育问题，并申请了数个专利；在国外，有学者研究了超声波对植物细胞的影响，都得出了适当低强度超声波不会对植物细胞造成伤害，并能促进其生长的结论；还有的学者则研究了噪音除草技术，一方面利用声波刺激促进杂草的快速生长，从而采用人工方法除草；另一方面可采用声波刺激抑制杂草的生长。
3.2 国内研究状况
在我国，北京、大连、青岛、天津等地都开展了现代物理农业工程技术及其装备的研究，研制出一些装备，推向生产应用。 北京国防部第十研究院研制了声波助长仪、空间电场除雾除尘设备、大连市农机研究所研制了电子杀虫灯、种子磁化器等产品；青岛物理农业科技发展有限公司研制了声波助长仪；大连博事等离子体有限公司研制了等离子体种子处理机。河南省汤阴县佳多科工贸有限公司研制了频振式杀虫灯；浙江丽水市农科所、中国农业大学研制了电功能水发生装置、智能化电场发生系统；东北农业大学研究了声波促生装备。
此外，一些大学开展了频谱技术对种子酶变化的研究，还有学者进行了利用频谱技术治疗奶牛乳房炎的研究。
在天津，农机系统有关单位、农机生产企业及天津大学、天津农学院等单位都在从事现代物理农业工程技术的研究与开发工作。其中，天津农学院开展了频谱技术处理种子的研究；天津市农机推广/鉴定站研制了鱼用黑光灯，诱虫养鱼，受到养殖户的欢迎；天津宁河溢通公司研制了种子电场磁化处理设备，在棉花、玉米等农作物上都有大面积的应用。
4 研究与应用的方向
总体而言，我国现代物理农业工程技术应用与装备开发还处在研究与示范相结合的阶段。基础理论研究还不完善，应用研究还有待更科学化规范化。
同时，应看到在各方面的努力宣传推动下，现代物理农业工程技术已经引起广泛的关注，有很多大专院校、科研院所和生产企业开始投入研究之中，发展前景可喜。
在应用方面，目前开发的技术装备应用在生产实践中，其效能得到初步的肯定，但还缺乏有效的监控、监测研究。技术装备在应用中，无论是产品质量和功能都有待进一步的提高。
今后，应该加强以下方面的研究。包括，技术基础理论（原理）研究；技术及其装备的应用研究；技术应用对环境、人身的影响评价，建立评价体系；建立植物声频资源库；研究不同植物的声频特点，使声频发生由“广谱”到“专一”；技术应用对动、植物的负作用评估；合理的使用操作规程研究等。
同时，有关部门应在科研与示范应用上给予资金支持，建立相应的物理农业示范基地（点），开展试验示范，给农民提供一个可学习参照的样板，由点到面，逐步推广应用。
农机部门应该抓住现代物理农业工程技术在我国逐步兴起的契机，大力介入现代物理农业发展，争取领先地位，通过技术开发与应用，发展资源节约、环境友好型农业，实现农业可持续发展，为建设社会主义和谐社会做出贡献。
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