现代物理农业工程的创新与发展
一、现代物理农业工程的概念及内涵
二、现代物理农业工程学科发展进展
三、现代物理农业工程技术发展进展
四、现代物理农业工程存在的问题
五、现代物理农业工程发展方向
六、结束语
一、现代物理农业工程的概念及内涵
1. 化学农业
20世纪50年代以来，以化肥、农药为代表的化学农业引发了一场农业科技革命，它极大地提高了农产品产量，为提高全球粮食产量、解决饥饿问题做出了巨大贡献。然而，长期大量或不当使用化肥、农药导致农作物中有害化学成分累积，农产品品质下降，而且还导致土壤有机质耗竭，其保水、保肥力降低，土壤结构被破坏等农业生态环境问题。农村环境不断恶化，农田生态系统不断遭到破坏，污染源增加、污染物增多、污染范围变广。农村生态环境恶化不仅直接影响了农产品质量和农民收入，破坏农村人居环境，而且严重阻碍了农村经济社会可持续发展。
2. 现代物理农业
现代物理农业：为了区别于较早的物理农业，将当代的物理农业称之为“现代物理农业”，它已比之前的物理农业有很大的提高。
定义：现代物理农业是以电、磁、声、光、热等物理学原理为技术基础，应用特定的物理技术处理农产品或改善农业生产环境，减少化肥、农药等化学品的投入，实现农产品增产、优质、抗病和高效生产的农业生产模式。从学科性质而言，它是一门涉及物理学、农学、环境科学等内容的交叉型新学科。
特征：以物理学原理为技术基础；少用或不用化肥、农药等化学品；农产品产量和品质提高；农业生产环境改善，生态环境得到保护。
现代物理农业将“两高一低”（资源的高消耗、污染物的高排放、物质和能量的低利用）的农业增长方式转变为“两低一高”（资源的低消耗、污染物的低排放、物质和能量的高利用）的新型农业增长方式，现代物理农业本质上是现代农业生产技术方式上的革命，是传统农业的升级。
化学农业与物理农业的比较
3. 现代物理农业工程
现代物理农业工程强调农业产业间的协调发展，改变传统农业依赖化学药剂的局面，构建合理的农业产业链，以实现农业在经济建设中的基础功能。现代物理农业生产模式是在先进的农业生产经营组织方式下，由新型的农业生产过程技术范式、优化的农业产业组合形式构成的，集安全、节能、低耗、环保、高效等特征于一体的现代化农业生产经营活动。
现代物理农业工程在产业发展中体现为：
（1）一种与环境和谐的农业经济发展模式——尽量减少化学制剂的投入，尽量减少自然资源消耗，尽量减少废弃物的排放，从而真正实现预防和全过程治理；
（2）一种资源节约与高效利用型的农业经济增长方式——把传统的依赖农业资源消耗的线性增长方式，转换为依靠物理技术发展的增长方式，最大限度地保障水资源、土地资源、生物资源等的可再生性，提高各种自然资源的利用效率，运用农业高新技术及先进的实用技术，最大限度地释放资源潜力，减轻资源需求压力；
（3）一种产业链延伸型的农业空间拓展路径——实行全过程的清洁生产，在产品深加工和资源化处理的过程中延长产业链条，通过物理农业产业体系内部各种物理农业装备的协同作用，建立起完整、闭合的产业网络，全面提高农业生产效益及农业可持续发展能力；
（4）建设环境友好型新农村社区的新理念——遏制农业污染和生态破坏，使农业生产真正纳入到农业纯生态系统中，实现生态的良性循环与农村建设的和谐发展，构建绿色农业经济体系。
现代物理农业工程技术发展意义：发展现代物理农业有助于解决化学农业的弊端；发展现代物理农业有助于增强我国农产品市场竞争力；发展现代物理农业有助于提升我国农业装备水平。
二、现代物理农业工程学科发展进展
确定现代物理农业工程学科的首届全国现代物理农业工程技术发展研讨会于2007年在天津召开，此次会议提出了“现代物理农业工程技术概念”；第二届学术研讨会亦于2010年在天津举行，会议提出了“现代物理农业工程技术体系概念”，标志着我国现代物理农业工程体系的形成，天津也因此成为我国现代物理农业工程技术研究、实践的领先地区。这门交叉学科的创立不仅丰富了我国农业工程的内涵，而且扩展了我国农业装备业的领域。
2010年10月，国际农业工程大会“现代物理农业工程技术专题分会场”在上海举办。同年11月，由中国农业机械学会组织的中国科协会员活动日在全国规模最大的现代物理农业工程技术和设备示范基地——杨柳青园艺科技博览园举办。
2011年5月，胡伟主编：《现代物理农业工程技术概论》，天津科技出版社，天津市科协自然科学学术专著基金资助。同5月，马俊贵主编：《现代设施农业环境控制与促生技术及装备》，新疆美术摄影出版社；同5月，现代物理农业工程技术科普宣传活动，中国科协全国学会重点科普活动项目（2011—2012）；同7月，农业部韩长赋部长在大连观看种子磁化机、声波助长仪、多功能静电灭虫灯等设备，听取对物理农业技术应用的介绍。同年9月，《全国农业机械化发展第十二个五年规划（2011—2015）》提出：推动现代物理农业工程技术的创新和试验示范。《全国农业机械化技术推广第十二个五年规划》提出，重点推广设施生产机械、环境调控、物理农业装备与技术。同年12月，吉林省农业科学院、大连博事等离子体有限公司的“等离子体种子处理技术与设备”项目获中华农业科技奖三等奖。2011年，“现代物理农业工程技术”纳入农业部《中国农业机械化科技发展报告（2009—2010）》，第十六章。
2012年天津市1号文件将现代物理农业工程技术推广应用写入。2012年3月，山西农业大学开设现代物理农业工程技术概论课程，现代物理农业工程技术第一次列入高校课程。
从2012年开始，农业工程杂志社联合天津市农业机械与农业工程学会、中国农业机械学会青年工作委员会和其他相关单位连续承办了第三、第四、第五届全国现代物理农业工程技术发展研讨会，会议规模、影响力逐年扩大，2014年参会人员突破100人。
为了展示现代物理农业工程技术近几年的创新与发展成就，记录行业技术进步的足迹，推动技术进步和产业发展，2014年，农业工程杂志社还主办了“第一届全国现代物理农业工程技术创新示范奖”评选活动，经过相关专家的认真评审，“温室连作土壤病虫害微波防治技术与设备”等10项技术获此殊荣。
可以说，在广大科技工作者的共同努力下，现代物理农业工程学科发展已经得到社会的广泛关注、关心和支持，新闻媒体进行了大量的报道，在理论研究、产品开发、技术应用等各个方面都取得了实质性的进展。
一是科研开发取得积极成效，参与研究、开发单位有上百家，申请的项目从省部级科技示范推广项目，到高水平的各种基金项目；纳入国家农机补贴目录的产品达到50余个。二是科研推广工作取得阶段性成果。全国各地大专院校、科研开发部门申请大量的项目，取得一定的研究成果；天津、大连、新疆、北京、吉林等地推广部门建立了较大面积的试验、示范基地，取得大量翔实的试验数据和推广成果，推广成果还获得中华农业科技进步奖。三是高校逐步开设专业课程，如山西农业大学、浙江大学、青岛农业大学、四川农业大学等开设了物理农业相关课程，培养了一大批物理农业工程技术人才。四是学科学术交流活动频繁。从2007年起，在中国农业机械学会的主持下已经召开了5届全国现代物理农业工程技术发展研讨会，极大地促进了学科技术在全国的快速发展。
目前，农业工程杂志社正在牵头筹备成立中国农业机械学会现代物理农业工程分会，通过建立分会这样的学术平台，加强沟通联系，团结广大物理农业工程技术研究人员，促进学术交流和技术合作，促进科技人才的培养和提高，促进物理农业工程技术的理论研究、技术开发和推广，推动我国现代农业的发展。
三、现代物理农业工程技术发展进展
种子处理技术
对种子进行处理是改善种子品质，实现农作物增产的重要手段之一。20世纪80年代后期，人们对农作物的增产研究更多地转向采用物理方法处理种子，从而实现防治病虫害、提高发芽率、促进作物生长发育的目的。目前，推广应用的种子处理技术主要有种子磁化技术、种子等离子体处理技术和种子电场处理技术3种。
（1）种子磁化技术
国内外大量研究表明，适当强度的磁场处理农作物种子具有明显的增产作用。种子在磁场处理正向效应规定的磁场强度范围内受到微磁化和物质结构扭变处理，带有微磁性的种子在播种后会与土壤形成生化、物理互作，将周边的微量元素吸引至种子表皮，为丰产构建物质基础，而扭变的种子膜结构会在土壤固液混合相组成的活性环境中得到修复。
磁场处理能提高酶的活性，可以降低膜脂过氧化程度，减少干旱对幼苗的伤害，合适的磁场强度处理能显著的提高种子的产量与品质。针对某一范围内磁场对种子的发芽势、发芽率及生长状况的具体影响，华中农业大学园艺林学学院的科研人员2010年研究了不同强度的磁场处理对油荣种子发芽率、发芽势的影响。结果表明，磁场为0～795mT处理油菜种子，将会增大种子的发芽势和发芽率；在620～795mT对油菜种子的发芽势和发芽率有最佳的促进效果。当磁场强度超过795mT时，会对种子的发芽势和发芽率产生抑制作用。
不同的磁场类型对相同的生物，同一类型磁场强度对相同的生物作不同时间磁场处理，其生物学效应都有不同。安徽农业大学生物技术中心2011年的研究表明，用9000μT磁场处理超甜玉米种子可以提高种子的各项发芽指标。
江苏大学科研人员于2010年试验研究了不同铁粉含量的磁粉剂在外磁场磁化作用下，对白菜、甘蓝种子发芽率、发芽势、活力指数的综合影响。试验结果表明：磁粉包衣丸粒化对种子早期萌发有抑制作用，但磁粉剂中铁粉质量分数控制在20%以内时，在磁场综合作用下，能明显提高种子后期的发芽率和活力指数，改善幼苗素质，促进幼苗根茎生长。
（2）种子等离子体处理技术
等离子体是当前物理学研究热点之一，它在生物学和农业领域的开发应用在国际上也才刚刚开始。“等离子体”不是一种物质，而是物质存在的一种状态，也称为第四种状态，是除固、液、气之外的第四种状态。种子等离子体处理技术是仿照太空的等离子体环境，即在机器内部形成光、电、磁、活性离子、臭氧和变速运动的空间，使种子接受短时间、低强度、微剂量的物理能量的综合作用，加快种子酶的转化，增强可溶性糖和可溶性蛋白，从而有效提高种子活力和抗逆性的种子处理技术。应用效果表明，种子经过等离子体处理后，后期作物均表现出苗齐、苗庄、根系发达、长势旺盛、抗病性强等特点，作物产量提高，作物品质有效改善。但是，等离子体处理的种子的下一代不能作为种子施用，否则，有可能减产；而且，不用于处理以根茎、枝条或其他方法繁殖的植物，以避免植物因该技术而发生变异。
低温等离子种子处理是俄罗斯科学家发明的一种种子处理新技术，该技术在俄罗斯及独联体国家已有一定的应用，中小型工厂化低温等离子种子处理企业已经出现，它在作物增产和抗逆性等方面显示出的效果是明显的，低温等离子体技术运用工业化生产的形式来促使农业增产，是一项革命性的农业增产新技术。
目前，国内的研究主要在弧光磁化等离子体的种子处理上，在处理过程中既有磁化处理效果，也有等离子体处理的效果。中国农业大学科研人员2013年运用冷等离子体种子处理技术对大葱种子进行小于20s非电离幅射处理，研究该技术对于大葱种子发芽势和发芽率的影响。试验结果表明，经不同功率冷等离子体处理后，种子的发芽势和发芽率有明显变化。冷等离子体处理后放置20d进行发芽试验，当处理功率为240W时种子的发芽势和发芽率提高最大，分别比对照提高10.6%和5.2%。冷等离子体处理后放置20d和放置4d进行发芽试验，大葱种子的发芽势和发芽率都比对照有明显改变，并且具有一致的规律性。
山西农业大学农学院科研人员于2009年通过不同剂量的等离子体处理小麦种子后进行盆栽实验，结果表明小麦增产幅度为10.51%～19.73%，产量因素构成中的作用顺序为：穗长>分蘖数>千粒重，最佳处理剂量为2.0A。沈阳农业大学农学院2009年的研究表明，等离子体处理提高了玉米的氮代谢能力，且随生育进程的推进，这种趋势愈加明显。
浙江大学生物系统工程与食品科学学院科研人员研究了冷等离子体处理对水稻种子萌发与吸水特性的影响，结果表明，冷等离子体处理对水稻种子的萌发具有明显的促进作用，冷等离子体处理新鲜和陈化水稻种子可提高其吸水率，可明显改善其吸水性能。
山东省种子有限责任公司研制开发了真空密闭冷等离子体种子播前处理工艺技术与装备。创新点：（1）研发搭建了以氮气为工作介质的冷等离子体实验平台，开展冷等离子体种子播前处理技术的应用研究。初步明确了在真空状态下，利用氦气形成冷等离子空间，在一定功率范围内、时间18s左右、气压130～160Pa条件下，可以达到较好的种子处理效果。（2）冷等离子体在激活小麦种子性状的记忆性和活力表达性等方面均有较好的表现。研究表明，小麦种子对冷等离子体激活的性状具有记忆性和活力延续表达性的特点，且被激活的这些性状是在基因组DNA序列不发生变化的前提下产生的。因此，将育种材料经一定功率的冷等离子体进行处理，可丰富农作物种质资源。
受太空育种的启发，近年来在我国又诞生了一种新的种子处理技术——大气压放电等离子体技术。研究发现，该技术能一定程度改善种子萌发特性，并对后期植株生长发育乃至果实品质产生影响。
等离子体种子处理技术在农业生产中的应用是一次投资，长期受益，运转成本低，无变异、无污染，增产效果显著，实用性强。要使广大农民接受这一农业新技术，需要一个过程，要加大宣传力度，同时要有一定的资金和技术投入，尽快将设备进一步改进并标准化，实现批量和商品化生产，加强推广力度，扩大应用规模，创造更大的经济和社会效益。
（3）种子电场处理技术
种子电场处理技术就是通过模拟大自然的电场效应，给种子施加比自然界电场强若干倍的电场力，使种子内部正负电荷在播种前就有序排列，从而有效缩短种子在土地里的萌发期，催动种子较快发育。经电场处理过的种子比未处理过的种子早出苗、出全苗、出匀苗、出壮苗。
作物种子萌发过程中发生着各种复杂的生理生化反应，极易受到环境干扰而对后期生长产生重大影响。因此，应用各种手段调节作物种子萌发与生长一直是研究的热点。其中，基于渗透胁迫的种子引发技术和基于电磁生物学效应的种子处理技术研究最多，后者主要集中在基于高压静电场（high voltage electrostatic field，HVEF）的种子处理技术研究。然而，基于HVEF的电磁处理技术一直受到各种问题的困扰。例如，在相同或近似的生物体系中完成的实验经常给出矛盾的结果，或者试验没有统计意义；有时研究方案不易重复，或者不能给出清楚地解释，这些现象使得很难对其技术的有效性做出客观评价，基于生物电磁学效应的种子处理技术亟待突破。
近年来，极低频高压脉冲电场（pulsed electric field，PEF）生物学效应引起重视，这是因为植物细胞本征电位波动的频率在1Hz左右，而植物电位波动能够影响呼吸代谢、光合作用、水分吸收和气孔导度变化等核心生理过程，因此，极低频PEF有可能获得显著的生物学效应。目前已有极低频PEF影响植物代谢和促进种子萌发的报道，预期由此可能产生一种生物电磁新技术。为了查明基于极低频PEF的种子处理技术与基于HVEF的种子处理技术的有效性及其差异，西安理工大学应用物理系科研人员以绿豆为材料，对比研究了1Hz极低频PEF与HVEF对作物种子萌发的影响及其机理，结果表明，极低频PEF处理对绿豆幼苗的质量、芽长和根长都有明显的促进作用，相同强度的HVEF处理对绿豆幼苗的根长生长有一定促进作用，对芽长的影响不显著。机理研究显示，极低频PEF和HVEF处理均对萌发绿豆的氧化代谢和蛋白质代谢有一定影响，在种子萌发初期，极低频PEF处理促进了种子储藏蛋白的分解，在后期促进了新蛋白的合成，HVEF处理则对萌发后期的蛋白合成有一定促进作用。研究还发现，极低频PEF和HVEF均可通过诱发超氧阴离子自由基激活种子超氧化物歧化酶（SOD）活性，促进过氧化物酶（POD）的合成，但是，极低频PEF对SOD和POD的影响大HVEF。
2010年辽宁省鞍山市农机技术推广中心在大屯中心示范农场，进行了玉米播前种子处理栽培效果试验，结果表明，不同种子处理方法对玉米产量影响较大，磁场种子处理可使玉米增产22%，等离子体种子处理可增产18%，电场处理可增产9%。
目前，处于试验研究阶段的种子处理技术还有种子频谱促生技术、种子超声波处理技术和辐射技术。
2. 土壤连作障碍处理技术
连作障碍是指在同一块土壤中连续种植同一种作物或近亲缘作物时，即使在正常的栽培管理条件下也会出现生长势变弱、病虫害加剧、产量降低、品质下降等现象，这种现象就是连作障碍。连作障碍不仅仅局限于蔬菜作物，也广泛存在于果树、花卉和各种早作粮食生产中。连作障碍不仅发生在同一种蔬菜的连年种植，甚至还包括亲缘关系较近的同科作物连年种植，例如辣椒、茄子、番茄等茄科作物的连年种植，西瓜、黄瓜、甜瓜等瓜类作物的连年种植，白菜、萝卜、菜苔等十字花科蔬菜的连年种植。
土壤连作障碍处理技术主要解决土壤连作带来的有害微生物浓度过高、土传病害猖獗、游离态营养元素匮乏、土壤pH值有较大改变等问题。主要设备有土壤连作障碍电处理机，该技术主要依靠土壤溶液的电化学反应来杀灭土壤微生物、消解作物的自毒作用和改善土壤营养状况，同时改变土壤的团粒结构，形成利于作物根系生长的土壤团粒的环状分布，以及众多的水分横向输送管道与纵向的气体输送通道相交织的微细管路，从而促进作物形成发达的根系。
农业部南京农业机械化研究所研制开发了微波土壤处理设备，该设备将产生的微波直接辐射于连作后的土壤进行现场作业，实现了微波就地土壤处理。田间试验表明，微波处理过土壤中的根结线虫数量比未经微波处理过土壤中的根结线虫数量明显减少，与土层深度150mm和200mm相比，在土层100mm时，微波杀菌效果最明显；其中，处理90s对中间和右侧土层深度100mm土壤中的根结线虫效果最佳，土壤中的根结线虫降低了82.3%，为微波处理直接应用于设施农业土壤杀菌提供了参考依据。
除此之外，还有高温闷棚、热水灌注消毒法、种植生物性除盐植物等治理连作障碍的措施。
3. 声波助长技术
声波助长技术是建立在植物的声学特性与植物生长发育之间的关系以及外界因素对植物影响的研究基础上的。声波本身是一种能量，对植物施加特定频率的声波，当声波的频率与植物本身固有的生理系统波频相一致时，就会产生共振，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，促进植物生长，防治作物早衰，延长盛果期，提高坐果率，促进果实增长，达到增产、优质和早熟的效果。主要设备有植物声频发生器和声波助长仪。
植物声控技术的作用机理：植物经声波刺激后，其根系和愈伤组织中的可溶性糖和可溶性蛋白质的含量明显提高。经过声波的交变应力作用后，植物细胞壁的结构会发生改变，引起细胞壁的流动性和通透性的增强，为细胞的生长与分裂乃至植物的生长提供了便利条件；通过声波的刺激，愈伤组织内源生长素IAA的含量显著增加，IAA可促进乙烯的产生，从而加快植物的成熟速度；声波刺激通过影响钙离子而作用于植物体，引起胞内游离钙离子浓度变化，以至影响细胞的生理生化活动。
系统研究结果表明，声波助长技术主要有3方面的特点：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；减少病虫害的发生，促进作物早熟；使用方便，提高作物品质。
内蒙古河套学院的科研人员历经10余年研究声波处理对春小麦“永良4号”生长发育及产量、质量形成的影响。试验结果表明，适量强度的声频对小麦的产量构成因素及产量提高最为有效，声频过强或过弱影响都相对较弱，试验中以声频强度为106dB时增产效果最明显。小麦籽粒淀粉含量、蛋白质含量、脂肪含量随着声频强度的增加，都呈单峰曲线变化，在声频106dB时，小麦品质最好，经显著性检验，均达显著水平。
浙江科技学院生物与化学工程学院科技人员为了考察声波对食用菌生长、产量及营养成分等方面的影响，2010年采用自行开发的声频设备，播放古典音乐与蟋蟀鸣声混合而成的声频，对茶树菇、高温姬菇、黑平、杏鲍菇、秀珍菇、小白菇等6种食用菌的菌丝体进行了7次声波助长试验，对姬菇、黑平和姬菇18号3种食用菌的子实体进行了4次试验。结果表明，此声频可使食用菌的菌丝体生长速度加快10.2%～21%；使子实体提早出菇，提前1～5d采菇，并可延长采菇天数；4次子实体试验的产量分别增加了15.76%、13.38%、13.05%和7.95%。经对2种子实体成分检测比较表明，姬菇18号的脂肪、蛋白质和粗多糖质量分数分别增加5．88%、8．74%和2．78%，黑平的蛋白质、粗多糖的质量分数分别提高2.37%和43.27%。研究结果为声波助长技术在食用菌生产上的推广应用提供科学依据。
4. 电子杀虫技术
电子杀虫技术是利用昆虫的趋光性、趋波性、雌雄飞蛾趋性等特点，采用具有特定光谱的光源和灭杀装置对害虫实施物理灭杀。该技术不仅减少杀虫剂的使用、延缓害虫的抗药性，而且对天敌的杀伤作用也较白炽灯、高压汞灯和黑光灯为轻，可诱杀棉铃虫、金龟子、松毛虫等1000多种害虫。该技术也广泛应用于养殖业，诱杀的害虫可作为家禽和水产养殖的天然饵料。
电子杀虫灯一般分为频振式和互感式两种，电源供给有交流供电、直流供电、太阳能电池供电等形式。在这方面，佳多科工贸集团有限公司做的比较好，2006年，该公司以频振式杀虫灯为核心技术的“农业害虫监测系统及灯光诱控技术研发与应用”获得国家科技进步二等奖。
电子杀虫是一种较为成熟的物理治虫技术，目前使用较多的工具是一种靠太阳能驱动的频振式全自动杀虫灯。它是将白天的太阳能转换为电能储存于蓄电池内，夜晚来临时灯内的自动控制系统会自动开启高压电网和紫光灯，利用昆虫的趋光性、趋波性和雌雄昆虫的趋性等特点，紫光灯发出能够使害虫产生趋光兴奋效应的一定波长（一般为365±50nm）的紫外光，诱使害虫飞来，在其飞扑光源的过程中，使之触到设置于光源外围的高压电网，并驱使电网瞬间放电将其击杀。同时，在该灯诱捕昆虫的过程中，又可利用同种昆虫雌雄间相互发出和接收的性激素气味信息吸引更多的同类飞向杀虫灯，使其在未经交尾产卵之前即被杀灭，从而可达到有效地阻断害虫生殖繁育链，降低害虫危害的效果。
5. 温室补光技术
光照是作物进行光合作用的必备要素之一，光照条件的好坏直接影响作物的产量和品质，也决定了设施农业产出的高低、收益的好坏。在温室设施内的光照度不仅与地理纬度、季节和天气状况因素有关，还与温室结构、管理措施及材料的透光性能等密切相关。由于温室覆盖材料、灰尘以及结构遮光等因素的影响，温室内的光照状况要比露地差得多，一般仅为露地的30%～70%。
近年来，温室栽培在我国迅速发展，已成为经济型农业的重要产业。温室人工补光技术的应用，对于推动温室产业的发展有着重要的作用。在荷兰和以色列等设施农业发达的国家，已经在大面积推广和使用补光技术。使用这一新技术可使茄果类作物成熟期提前7～10d，产量增加20%～30%。作物生长更加茁壮，增强了免疫和抗病能力，减少了农药的用量，且品质优良，瓜果着色好，大小均匀，畸形果少，含糖量提高，维生素增加。尤其对育苗有特殊的效果，可使幼苗生长健状，根系发达，茎秆粗实，叶片肥厚，植株健壮，在恶劣条件下不易徒长等。
我国人工补光的开发应用较晚，目前应用的也不是很普及，这主要和我国农业整体发展水平有关。人工补光的效果除取决于光照强度外，还取决于补光光源的生理辐射特性。所谓生理辐射是指在辐射光谱中，能被植物叶片吸收而进行光合作用的那部分辐射光能。不同的补光光源，其生理辐射特性不同。目前，在温室生产中普遍应用的人工补光光源根据其使用及性能，大致可分为三类：普通光源、新型光源、LED光源。
普通光源中最经常使用的有白炽灯和荧光灯。新型光源有钠灯、镝灯、氖灯和氦灯等。其中，高压钠灯和日色镝灯是发光效率和有效光合成效较高的光源，在温室人工补光中应用较多。LED光源是近年来发展起来的新型节能光源。与白炽灯、荧光灯和高压钠灯等人工光源相比，LED具有显著优点，如节能性、光谱可调性、良好的点光源性、冷光性以及良好的防潮性等，都使其作为农业用灯而被看好。LED灯具可以对植物近距离照射和对空间的不同位置进行不同波长的逐点照射，进而实现使用耗能较少的光源达到优于传统灯具及照射方式的补光效果。这样不仅可以实现对密集种植作物的低矮位置和对分层种植作物的按需补光，还可以实现对同一种作物的不同部位的不同种类光的补光。
在实际应用中，为获得更好的补光效果，常将不同的光源综合配置在同一温室内，如采用荧光灯与白炽灯的综合配置，因荧光灯的光谱成分中无红外线，而当光照中的红外线不足时，会引起植物徒长，采用综合配置即可避免这种现象的发生。将稀土元素粉荧光灯和植物生长灯组合使用，可使稀土元素粉荧光灯的高发光效能和植物生长灯的高红橙光辐射比率得到互补，提高补光效果，降低成本。
在温室补光方面，西北农林科技大学科研人员基于作物需求开发了光环境调控技术与系统。主要创新点：通过拟合的太阳高度角与红蓝光所占比例关系的统计模型计算实时红蓝光比例；融合光合作用所需的温度、光照，建立基于光温藕合的光环境智能调控模型；将无线传感器网络集成应用到光环境调控系统，提高部署灵活性和扩展性。
下面介绍一下光在畜禽养殖方面的应用：
浙江大学生物系统工程与食品科学学院的科研人员研发的LED设备用在种鸡、肉鸡养殖的实践证明，能够增强体质降低死亡，明显促进营养吸收，有效提高养殖产量，降低饮水改善环境，该设备已经应用在全国各大种鸡养殖基地，核心技术荣获1项PCT国际专利和5项国家发明专利。
中国科学院海洋研究所的科研人员深入研究了LED光照对水生生物生长发育的影响。分别研究了光周期对大西洋鲑鱼性腺发育的影响，光照对皱纹盘鲍运动行为、生长发育的影响，光色对方斑东风螺生长及存活的影响，研究结论对循环水养殖系统的发展具有重要意义。
除此之外，在光的研究方面，福建农林大学机电工程学院科研人员提出了“光电子农业”的新概念，这又是一个新兴的综合性跨学科研究领域，使光在农业上的应用研究又跨出了一大步。光电子农业就是将光电子技术广泛地应用于现代农业的种植、养殖、水产和病虫害防治等领域，促进农业增产增收、节能无害的一种新型农业技术，是现代农业发展的基础；利用光电子技术来研究动植物在整个生长过程中所需的最佳光环境，研究光电刺激法对动植物生长的促进作用，以及运用光电法预防和控制植物及土壤中的病虫害，恢复土壤的活力；为农业生产的现代化、精准化和生产过程的最优化和智能化提供有效的控制手段和必要的技术支持。
6. 温室臭氧灭害技术
1840年德国C.F.舍拜恩在电解稀硫酸时，发现有一种特殊臭味的气体释出，因此将它命名为臭氧。1785年，德国人在使用电机时，发现在电机放电时产生一种异味。1840年法国科学家克里斯蒂安·弗雷德日将它确定为臭氧。
臭氧主要功能：食物净化，饮用水净化，消毒灭菌，空气净化，果蔬保鲜、防霉，洗浴、美容、保健，养鱼、浇花，除臭。
温室臭氧灭害技术利用臭氧的强氧化作用来防治温室病虫害的发生。该技术具有无污染、无残留的特点，对常见的灰霉、霜霉等气传病害，疫病、蔓枯病等土传病害效果显著，可节省农药60%～90%。
主要设备是温室臭氧灭害机，该机将温室空气吸进设备中，通过放电的方式来激活空气中的氧气，从而获得臭氧，并通过管道均匀散步在温室各处。在此过程中，臭氧分解出单原子氧，这些单原子氧与空气中、温室表面、室内建筑结构表面的细菌、真菌及病毒接触后，就将这些微生物的组织蛋白、氨基酸、硫醇类等物质氧化，致使这些微生物死亡。
实践表明，利用温室植物病害臭氧防治器产生的低质量分数的臭氧，可以防治温室黄瓜、青椒、茄子等果菜类作物的所有气传病害和大部分土传病害。低质量分数的臭氧能有效预防黄瓜霜霉病、白粉病、炭疽病、蔓枯病、花叶病毒的大面积发生，对茄子、菜豆灰霉病也有预防作用，且平均综合防效达到78%以上。其中：对黄瓜灰霉、霜霉病等气传病害的防效为90%～100%；对黄瓜疫病、蔓枯病等土传病害的防效为73%～100%；对茄子灰霉病的防效为94%～100%；对茄子黄萎病的防效为90%～100%。
除对病害有显著防效外，臭氧对部分虫害也有防治效果。如对蚜虫的防效在63%～86%之间，但对白粉虱、红蜘蛛、斑潜蝇无明显防效。
影响臭氧防治病害效果的因素：
（1）臭氧杀菌要求有一定的浓度和作用时间。用于温室植物病害防治且又不危害植物生长的臭氧质量分数为0.12mg/m3，使用时间应小于20分钟。环境中的温度、湿度、光照等因素对臭氧的杀菌效果有显著影响。温度愈高，臭氧的杀菌效果愈差。棚温在30℃以上的白天，臭氧灭菌几乎无效。高湿有光照环境下的防治效果较高湿无光照的差。由此可见，臭氧在夜晚及阴天的杀菌效果好。当夜间臭氧质量分数维持在0.06～0.08mg/m3且持续15～30分钟时，植物全生育期内不会患病。在植物全生育期内每天使用质量分数为0.2mg/m3的臭氧作用10 min，能有效预防病害的大面积发生。温室夜间臭氧质量分数保持在0.06～0.08mg/m3时，可有效防治黄瓜的各种病害。
（2）改善臭氧的扩散方式可显著提高其对作物病害的防治效果，这与臭氧的比重及扩散方式有直接关系。实践证明，铺设在1.5～2.5m高处的臭氧扩散管对茄子、青椒等低矮蔬菜病害的防治效果明显好于黄瓜、甜瓜、豆角等高秧作物。
除了温室应用臭氧以外，其他方面也有应用。
西安拓达农业科技有限公司开展了等离子臭氧技术防治核桃腐烂病试验研究，首次将臭氧技术应用于核桃腐烂病防治，通过氧化作用使得病原菌的孢子不能萌发而达到杀灭作用。同时可以在病斑处形成稳定的保护层，有效防止其它病原菌再次侵染。开创了无公害防治核桃腐烂病的新途径、新方法，为今后科学、有效、环保开展其它林木枝干性病害奠定了基础，提供了科学依据。
7. 空间电场防病促生技术
说起空间电场防病促生技术，其最初的发明者是大连农机研究所的刘滨疆研究员等人，当时的发明专利名称叫作“可稳定提高植物产量的高电压促进与护卫技术”。该技术是一类能够调节植物生长环境，显著促进植物生长并能十分有效地预防气传病害发生的空间电场环境调控系统，它的基础研究成果是在国家自然科学基金、地区科学研究重点攻关项目等多方资金的资助下，历经十几年的基础研究完成的。在空间电场防病促进生长理论的指导下，通过近10年的应用研究和生产实践，逐步形成了能够满足温室园艺不同生产要求的空间电场生长环境调控系列产品，并取得了发明专利，通过了省级鉴定。它的商业化产品是温室电除雾防病促生机或称空间电场防病促生机。
目前，空间电场系列装备一方面在植物气传病害预防方面达到了100%的效果，并且显著地改善了温室的空气质量，而且也显示出了预防土传病害的作业能力以及预防樱桃、葡萄裂果的特殊效能。另一方面，在植物增产方面不但显示出了空气氮肥化的增产14%以上效果外，还显示出了与二氧化碳同补获取的产量倍增效应以及果实增甜效应，这使得小萝卜生产的产量接近成倍增加。最重要的是其特殊用法的带电栽培生产模式在实现完全不打农药的洁净农业之路上画上了一个完美的句号。除了植物病害能够彻底预防以外，最头疼的白粉虱、蚜虫危害以及土壤病虫害都得到了完全的物理防治。这是实现“零农药”植物生产技术的巨大进步。
空间电场防病促生技术的原理是：在空间电场力的作用下产生大量的阴阳带电离子，温室内的雾气、粉尘等悬浮物被带电离子立刻荷电而做定向脱除运动，并迅速吸附于地面、墙壁、作物表面等处，同时，附着在雾气、粉尘上的大部分病原微生物也会在高能带电粒子、臭氧的双重作用下被杀死灭活。该技术可以抑制雾气的升腾和粉尘的飞扬，隔绝了气传病害的气流传播渠道，使农业生产环境持续保持少菌少毒状态。
空间电场防病促生设备主要应用于温室作物、畜禽养殖和食用菌生产中。主要设备有温室电除雾防病促生设备、畜禽舍空间电场防病促生设备、食用菌空间电场防病促蕾设备。
（1）空间电场调控植物生长作用
a．负极大地的聚水作用在植物生长的空间电场环境中，大地为负极，根据负极聚水原理，空气中的水分、土壤深层的水分、空间电场辐射区域外的土壤水分均向负极的土壤转移，这是正向空间电场环境中植物生长旺盛的负极聚水效应（电渗原理）。
b．空气中氮气氮肥化作用由于设置在植物上方的正电极带有足以使空气发生电离的高电压（电晕放电现象），空气中的氮气N2与氧气O2反应产生可溶于水的NO，而被植物吸收，这是空间电场环境中植物叶色浓绿、生长旺盛的另—重要原因。
c．根系土壤界面的水电解放氧作用在空间电场环境中，空气泄漏电流由上空正极通过空气、植物、根系与土壤界面导人大地。对于根系-土壤微环境来讲，根系又相当于正极，而土壤则为负极，土壤中水电离的OH－则在根系土壤界面处发生微电解反应而生成氧气O2，这就是空间电场环境中植物根系活力（根白而发达）显著高于普通环境中根系活力的原因。
d．养分向根系迁移在正向空间电场环境中，植物根系可向根系-土壤界面释放大量的氢离子H+，这是形成空间泄漏电流的质子载体，这些氢离子H+与土壤中的阳离子进行交换。同样，当场强E<0时，由根系传递出的碳酸氢根离子HCO3－也可以引起多种离子成分的交换。这也是导致植物在空间电场环境中旺盛生长的原因之一。
（2）空间电场调控植物病害防治作用与机理
a．病原物的控制作用
空间电场的净化空气作用：这是直流性质的静电场除尘机理。建立空间电场的空中电极线、地面植株的尖端以及其他空间电场环境中的导体会在高电压的作用下产生能够引起电晕放电的电晕电场，处于其间的气溶胶会荷上相同的带电电荷并在电场力的作用下做由空气指向地面的脱除运动。携带真菌孢子等各种空气微生物的气溶胶可在空间电场中得到去除。
电晕放电致空气电离的灭菌作用：高电压电极线、植物尖端等大曲率半径的物体形成的强电场将其周围的空气电离，进而形成具有强烈氧化能力的臭氧、氮氧化物，这些物质能够把引起气传病害的空气微生物杀死、灭活。
高能带电粒子的灭菌作用：在空间电场环境中，植物上方空间保持有大量的正离子，而靠近地面的植物生长空间保持有大量的负离子。对于空气微生物，正离子比负离子具有更高的杀灭能力。
空气泄漏电流的灭菌作用：土壤-植株生活体系中形成了微弱的直流电流能够在根系-土壤界面形成微弱的电解水、电解氯反应，电解水产生活性氧以及电解氯离子水产生的活性氯可将界面内的微生物杀死。
（3）空间电场技术用于畜禽舍空气净化与自动防疫
在畜禽舍内建立负向或正向空间电场可以去除粉尘和微生物气溶胶，杀灭空气微生物和物体表面微生物，空气微生物直接疫苗化，除臭，最终实现动物的安全生产。
畜禽舍空气电净化自动防疫：
a．空气净化在畜禽舍内建立空间电场可实施整体空间的空气静态净化，其原理为静电场除尘原理。粉尘浓度下降可减少动物空气传播疫病和呼吸道疾病发生率。
b．空气消毒空间电场放电产生的臭氧、氮氧化物和高能带电粒子对空气具有强有力的灭菌作用。与本文前述空间电场对植物病害防治原理相同。
c．空气微生物疫苗化主要包括空间电场电极系统形成的臭氧、氮氧化物和高能带电粒子对空气病原微生物和物体表面病原微生物的致死致弱引起的疫苗化作用；空气微生物浓度变化诱导的抗体产生机理。其中，前者为常规的疫苗生产工艺的灭活处理工艺手段。后者则是依据变浓度(危险微生物低剂量不发病为原则)诱导动物抗体产生的原理。通过空间电场间歇性降低畜禽舍危险空气微生物浓度，使其浓度达不到致病的危险程度但能诱导动物抗体产生。
d．除臭原理。空间电场除臭主要包括：电离空气产生的强氧化物对动物粪臭物质的分解，特别是臭氧对粪臭气体的氧化分解；空间电场对粪便微生物的灭杀作用。臭氧分解一氧化碳、氨气、粪臭素，硫醇等动物呼吸臭、粪便臭。空间电场环境中出现的臭氧、高能带电粒子以及引起的空间泄漏电流，均可对粪便微生物产生灭杀作用。
（4）空间电场技术在食用菌生产中的应用
a. 空间电场促蕾作用
变化的空间电场可以调节空气-菌丝-基质之间的钙离子Ca2+、碳酸氢根离子、质子的流量和流向，进而使钙离子浓度发生变化，对食用菌的菌丝、菌蕾的诱导以及子实体的激素调节、重力调节等过程进行调控，并通过碳酸氢根离子、质子在菌丝和基质之间的传递进行物质交换，发挥空间电场促蕾作用。另一方面，空间电场中的空气在4～5万伏直流高电压的作用下可使空气中大量的氮气转化为氮氧化物，氮氧化物与水结合形成空气氮肥，相当于菇蕾施加了叶面氮肥，有效促进菇蕾的生长发育。
b．空间电场防病作用
空气净化：在菇房内建立空间电场可以实施整体空间的空气静态净化。其净化原理为静电场除尘原理。菇房内粉尘、真菌孢子浓度下降可减少食用菌的气传病害的发生率。从空气净化效果来讲，采用负向空间电场优于正向空间电场，即场强方向由地面指向天空。
空气消毒：高电压电极线形成的强电场将其周围的空气电离，进而形成具有强烈氧化能力的臭氧、氮氧化物，这些物质能够把引起气传病害的空气微生物杀死、灭活。
抵抗力提升：由于空间电场对食用菌的钙调机能以及质子和碳酸氢根阴离子的输送能力的强化，以及空气氮肥化形成微酸富氮环境创造了食用菌健壮生长的内在动力和外在环境。
8. 水处理技术
（1）功能水技术
功能水，又称电解水或农用杀菌水，是将食盐等电解质稀溶液在电极作用下进行电解，经过一系列电极反应形成的具有不同酸碱特性的水。有酸性功能水和碱性功能水之分。功能水的杀菌适用范围广，与化学药剂相比，功能水没有任何残留性。随着与光和空气以及有机物等接触，溶于其中的有效成分会分解，其氧化还原电位会逐步下降，最终还原为普通的水，对环境无污染，而且无蓄积毒性，安全可靠，对人体无毒副作用。同时，其制备成本低廉，便于大面积推广应用。
功能水在日本等发达国家已经得到普遍应用，而我国起步较晚。中国农业大学食品科学与营养工程学院科研人员2008年的研究表明，弱酸性电生功能水对番茄叶霉病的防治效果比混合农药高1倍以上，研究结果为电生功能水作为绿色杀菌剂在农业上的应用提供了依据。
中国农业大学李里特教授主持的“电生功能水的制备及在食品和农业上的应用研究”，发现了电生功能水在农业、食品加工业等领域的广泛应用前景。2009年11月26日，教育部组织以方智远院士为首的专家委员会对此进行了成果鉴定。专家一致认为，该成果总体达到国际先进水平，建议加快成果产业化，加快推广应用。
将电生功能水应用于果蔬杀菌保鲜是很有意义的尝试。国内外将电生功能水用于果蔬贮藏加工来控制有害微生物的研究很多，并且取得了良好效果。研究发现，含有200、444mg/L游离氯的电解氧化水显著降低了番茄表面的大肠杆菌O157∶H7、肠炎沙门氏菌和单增李斯特菌，且未影响番茄的感官品质。中国农业大学研究人员发现，用pH2.5、氧化还原电位1180mV、有效氯浓度35mg/L的电生功能水处理鲜切马铃薯，可以明显降低依附于产品上的各类微生物。
功能水虽然有杀菌作用，但也不是对所有的农作物、农产品、病菌都适用，要通过具体试验，找出合适的作用条件，才能达到最优的效果。
近年来，也有一些别有用心的商家将功能水的作用说得神乎其神，可医治人类各种疾病，在此提醒大家注意，不可轻信此类宣传。
（2）磁化水技术
所谓磁化水就是被磁场磁化的水。普通水以一定的速度垂直切割磁力线，通过一定强度的磁场，就变成了磁化水。水经磁化处理后，其内部结构发生了改变，因此其部分物理和化学性质也会相应改变。
磁化水技术是在电磁场的作用下，瞬间断开水分子团的氢键，使水分子团成为单个水分子，从而使流经管道的普通水变成磁化水。我国磁化水在农业上的应用始于20世纪70年代，研究范围涉及粮食作物、蔬菜、果树、食用菌和家禽等方面，研究表明，磁化水在促进种子萌发，促进幼苗生长、发育，提高抗逆性，提高产量、品质，改善土壤，杀灭细菌、病毒等方面具有显著的作用。磁处理促进作物种子萌发与生长是生物磁学效应最基本、最主要的宏观表现之一。磁化水浸种和磁化水育苗处理可以有效提高种子的发芽率，使作物增产8%～25%。
经磁化水灌溉的土壤比普通水灌溉的土壤疏松、不板结，对盐碱地也具有一定的改良作用。试验证明，用磁化水浇灌的农作物根系发达，对水分、矿质元素的吸收速度快，因此作物产量得以提高。如华南农学院用0.085T的磁化水分别灌溉番茄、大豆和黄瓜，结果产量分别增加10%、40%和0%；江苏省种的萝卜用磁化水灌溉增产30%以上。磁化水还可以改进某些作物的品质，如国家计量所用磁化水种植的水稻，粗蛋白含量增加1.2%，赖氨酸含量提高0.04%；桂林市用磁化水浇灌甘蔗，含糖量增加30%，增产25%；国家计量院对在北京海淀区试验的苹果进行了化验，发现酸度有所降低，糖分有所提高。
磁化处理的水，其溶解度、电离度、流动性及氧的含量提高，为生物的健康生长和新陈代谢提供了有利的生存环境。研究表明，应用磁化水饲养的家禽、家畜和水产等可以有效减少疾病，提高肉食品质和产量。奶牛饮用磁化水后，产奶量提高约10%。南京大学等单位的试验证明，用磁化水养鱼可使鱼增产14%左右，同时测定，使用磁化水养鱼，与使用增氧机的鱼塘相比，可使鱼体中载氧的血红蛋白增加10%～20%，鱼肉中所含的17种主要氨基酸未变，而蛋白质和脂肪的含量有所增加，水分降低，提高了鱼肉的营养成分。又据江西南昌市农科所试验，猪食用磁化水，日增质量提高8%，而且瘦肉增多，肉质良好。
磁化水处理技术作为生物磁学的重要分支，取得了大量的研究成果，但对于磁化机理的研究，仍有待进一步深入。磁化水在农业方面的应用取得了阶段性成果，应用范围不断扩大，但总体应用面积还较小，还存在不少制约因素。大量研究资料表明，外加磁场对生物有促进作用的同时，也有抑制生长的作用，不同的磁场类型对相同的生物、同一类型磁场强度对相同的生物做不同时间的磁化处理，其生物学效应都不同，因此，针对不同作物的最佳磁化处理条件是今后的研究重点。
9. 其他技术
除了上述技术外，还有一些其他物理技术应用于农业方面，如声检测技术、核技术、导航定位技术、超声波驱虫技术、激光技术、数字化声防驱鸟技术等。
在数字化声防驱鸟方面，天津农学院做了大量的研究，是国内首次以我国粮食、水果等农产品生产中危害严重、爆发性强的鸟害行为作为研究对象开展的系统、全面、综合的研究，所采用的技术路线和关键技术具有严密的科学性和可行性，形成了智能语音驱鸟器、超声波驱鸟器、MP3语音驱鸟器及其监控系统等硬件产品。
再介绍一种气流扰动防霜装备及其智能控制技术。该技术由江苏大学联合有关单位开发，针对我国茶果树的特征和丘陵山区气候特征，通过气流场仿真进行叶型结构参数优化，设计出两种茶园专用小型防霜风机叶型和两种果园专用大型防霜风机叶型（双凸和凸凹翼型），填补该产品的国内空白，实现了防霜机的国产化，具有自主知识产权。首次进行小型无人直升机飞行气流扰动防霜，优化防霜飞行参数，实现丘陵山区大规模高效移动防霜；创新研制出吸排式防霜风筒，并改进设计实现大面积防霜效果。
综合技术的集成应用：
国内有很多设施示范园，不再是单一技术的应用，而是综合技术的集成应用，使系统效益最大化。如鹤壁佳多科工贸有限责任公司开发的基于物联网的农林病虫害自动测控系统技术与装备，集成农林病虫害实时监测预警、预警遥控和频振生物诱控3大系统，综合了生物学、光学、电学、力学、机械、计算机和系统工程等技术，对昆虫趋性机理、种类趋性的异同、光源制造、诱控设备在不同生境下的使用技术、控害效果、天敌保护、生物控害、计算机、信息技术等进行了研究优化和合理配置，形成了农林病虫害监测、预警和控制一体化技术装备，实现了病虫持续监测、及时预警、适时诱控、信息共享和综合防控。该系统已在佳多琵琶寺万亩生态园成功试验示范。
天津杨柳青园艺科技博览园集成应用了温室电除雾防病促生、臭氧防治、二氧化碳增施技术，这个组合系统能够创建不使用杀真菌剂、杀细菌剂、杀微小害虫剂、空气清新洁净安全的、最适宜于植物生长的、最适宜于人游览休闲的温室环境。
北京农业智能装备技术研究中心科研人员开发了设施农业集群智慧管控系统，将灌溉施肥管理、温室环境调控、营养液管理、农业能耗管理、植物生理检测等环节集成起来综合调控。
下面简单讲一下现代物理农业工程技术体系和技术应用模式的问题：
（1）现代物理农业工程技术体系。目前，现代物理农业工程技术的应用范围越来越广，已经由种植业向畜禽养殖、水产养殖等领域逐步扩展，并得到越来越多的用户认可，各级农业推广部门也开始关注和重视现代物理农业工程技术的推广应用。现代物理农业工程技术体系的概念被初步提出，并在实践中逐步形成。现代物理农业工程技术体系涵盖了现代物理农业中的相关技术的开发研究、装备的推广应用和技术应用评价3大方面。其中，技术开发是现代物理农业工程技术体系发展的核心，没有技术就没有整个体系的建立；装备的应用是基础，只有装备得到应用，并在农业生产中发挥实效，才能体现整个体系的功能与价值；技术应用评价是体系发展的保障，可展现技术应用的效果，也可为技术开发和装备应用指明发展方向。
（2）技术应用模式。现代物理农业工程技术应用模式是指根据农业生产要求而建立的农业生产工艺和相应的农业装备组合类型。现代物理农业工程技术主要应用于大田作物、温室作物、畜禽养殖生产中。目前技术应用大多是单一技术的应用或某一作业环节的技术应用，这影响了现代物理农业工程技术的综合作用效果。技术应用模式如何选择、物理农业装备如何组合取决于技术、政策、经济等多方面因素的影响。
四、现代物理农业工程存在的问题
我国现代物理农业发展尚处于起步阶段，相关技术研究分散，总体科技水平低，低水平重复研究现象严重。
（1）在技术研究上，基础研究薄弱。比如有一些技术还没有从理论上得到严格的论证，有待科学技术研究的进一步突破，而且现有的技术研究缺乏针对性，体系化程度低。对现代物理农业工程技术影响度及副作用研究还处于空白状态，比如，操作不当对人体或环境造成的危害缺乏研究。
（2）在装备研发上，大部分企业生产规模小、科研能力弱、产品质量不稳定、生产工艺和工业装备落后，这些问题制约了我国现代物理农业的整体发展。
（3）各项技术应用不平衡，电子杀虫、种子磁化等技术应用面积较大；地区之间技术推广应用发展也不平衡，天津、大连、新疆等地应用较多。以单一技术应用为主，对多项技术综合应用，即多技术集成的现代物理农业生产模式的研究与实践还刚刚起步，处于初级阶段。
（4）有关方面对现代物理农业工程技术的认识程度不高。现代物理农业工程技术多是以“看不到，摸不着”的方式作用于对象，这一点不同于化肥、农药等投入品会直接作用于对象本身，也不像农业机械能产生“立竿见影”的作业效果，这就阻碍了现代物理农业工程技术的推广应用。
（5）没有相应的技术应用评价研究。目前，对现代物理农业工程技术的应用效果的研究还不全面，而且，由于统计数据缺乏，因此人们对其应用效果的认识还处于感性认识阶段，没有科学的评价体系。
五、现代物理农业工程发展方向
现代物理农业工程是一种适合我国国情、切实可行的可持续发展的农业生产新模式，在今后的发展过程中，要着重做以下方面的研究和工作。
1. 强化学科基础建设
我国现代物理农业工程技术研究尚处于初级阶段，基础研究薄弱，必须逐步建立现代物理农业学科体系，有效克服研究分散这一不利因素。
（1）加强基础理论研究
现代物理农业工程技术涉及电学、磁学、声学、光学、热力学等物理学与农学、环境学、生物学等多门学科，一些技术的机制研究欠缺，必须加强基础理论研究，从理论上证明技术的有效性。同时，还要建立地方和国家级的物理农业工程技术研究机构，以此搭建多学科研究交流平台，推动学科间的交流，广泛吸收相关学科的研究成果，促进现代物理农业工程技术的科学发展和可持续发展。
（2）加强科技研究与农业生产的结合
加快现代物理农业工程技术和装备的攻关研究，要从农业生产实际需要的角度出发，注重农艺与农机的结合。政府和政策要鼓励创新，特别是鼓励科研机构、高等院校积极开展基础性、超前性研究工作，做好技术储备；要加强对目前农业生产中急需的技术空白点和薄弱环节的研究，使更多的技术纳入到现代物理农业工程技术体系中来，尽早形成成熟完备的技术应用模式。现代物理农业工程技术及其关键装备的研究要积极争取列入农业装备“十三五”发展规划中，增强研究的目的性、针对性。
（3）加快学科队伍建设
发展现代物理农业的重要因素是人才的培养，拥有掌握知识和运用知识的人才是现代物理农业发展的关键。我国现代物理农业还处于起步阶段，技术研究、试验、示范和推广应用均需要一大批专门的技术人才，懂技术、会经营的高素质农业技术管理人才也相当缺乏，因此要通过多种渠道、多种形式建立稳定的现代物理农业人才培养机制。例如，在高校开设相关课程和研究项目，招收和培养本学科的研究生，培养技术研究人员，建立健全长期的培训体系，并制度化和规范化。
2. 加强科技创新力度，提升装备生产能力
技术创新是决定装备水平的重要因素，对新装备开发与应用有着决定性影响；而装备是技术实现的载体，现代物理农业工程技术体系的发展需要质量可靠、性能完备的装备支持。
一是进一步加大技术的研究开发力度，大力开发新装备。企业联合有关科研单位和高等院校，引进消化吸收当前最新的集成性、超前性研究成果，做好技术储备工作。另外，政府和政策应通过加强知识产权保护等措施，鼓励和引导企业和个人投资于现代物理农业工程技术的研发。
二是加强对现有技术的创新研究工作，支持企业提高装备质量，完善装备功能。现代物理农业装备是技术集成终端，其生产企业要积极组织科研技术力量，根据用户反映的情况和生产中存在的问题，对它进行改进，进一步提高其性能和质量，提高装备生产的技术含量以及企业的生产能力，努力为用户提供技术先进、性能优良、质量可靠的装备。
三是加快制定现代物理农业工程技术装备的生产、使用等方面的技术标准，为装备开发和应用提供技术依据，从而更有利于指导技术的研发和应用。
四是做好技术引进工作。即积极引进国外先进技术，弥补国内技术空白和供给的不足。
3. 加大示范推广力度，促进科技成果转化
（1）促进技术的产业化进程
对于已经通过鉴定的技术，政府有关部门应加快推进其产业化进程，使之尽快转化成现实生产力。政府有关部门要大力促进“产”、“学”、“研”之间的协作和联合，促进科研机构和高校对装备生产企业的技术输入，促进技术成果尽快转换成直接生产力。
（2）建立科技示范基地、园区
国家应设立全国性的现代物理农业技术示范工程，建立科技示范基地和园区，引导农民认识和采纳现代物理农业工程技术。同时，各省市应积极开展现代物理农业工程技术示范和推广，加快技术普及进度，结合现有的农业技术服务推广体系，扩大技术推广渠道，降低技术转化成本，提高技术的转化速度。
（3）解决技术实用化、普及化的问题
政府应加大科技转化投入，切实解决技术实用化、普及化的问题。政府应加大现代物理农业科技成果转化的投入，支持科技成果的转化。政府及农业主管部门应充分认识加快发展现代物理农业的重要意义，把现代物理农业作为发展现代农业、建设社会主义新农村和构建社会主义和谐农村的重要内容，纳入当地经济社会发展的总体规划和综合评价体系，并作为为农民群众办实事的具体措施。
（4）加强宣传，强化技术培训
政府部门应加强面向社会的宣传工作，使人们接受现代物理农业理念。一是要加强技术人员和农民朋友的培训工作，使他们尽快掌握技术要领、提高技术应用能力，特别是有文化、懂技术、会经营的新型农民，他们是现代物理农业技术应用的主体。对于已经技术成熟、经济适用的物理农业技术和装备，各级农机部门应通过各种渠道加强宣传示范，让农民对这些技术装备的作业效果、经济适用性等有直观的了解和认识。宣传示范的对象应面向更广大的直接从事农业生产的农户。
二是要及时树立现代物理农业工程技术应用的典型，让典型发挥示范效应，进一步扩大物理农业的社会影响，提高全社会特别是农村广大干部群众的认知度，大力营造发展现代物理农业的良好氛围。
4. 建立装备应用扶持机制
政府应将现代物理农业工程技术装备纳入农业机械产品范畴，使之享受相应的税收优惠政策。同时，还要将现代物理农业装备纳入国家和地方购机补贴范围，列入农业机械购置补贴目录，提高补贴标准，增加对农民购买使用现代物理农业装备的导向性和扶持力度，以此鼓励农民购买和使用现代物理农业装备，从而加快现代物理农业装备的推广应用进程。
5. 生产模式的研究
实现单一技术应用到集成应用，从技术应用转向生产模式构建，实现工程技术、生物技术、环境技术、信息技术融合。
6. 技术评估研究
从投入产出的角度，基于各种物理农业技术的投入（如成本、人力等）和产出（如产量的增加、抗病性能的增强等）数据，建立多投入、多产出效率评估数学模型，对各种物理农业技术的效率进行客观测评。
建立评估指标体系，对现代物理农业工程技术开展综合影响研究。该体系应主要包括物理农业技术对人体健康的影响、物理农业技术对植物生长的影响、物理农业技术本身的生产效率等。运用运筹学中的多目标评价和模糊评价相结合的方法，对各种物理农业技术进行综合评价、排序，从而为制定现代物理农业工程技术方案提供科学依据。
六、结束语
作为一门新兴的交叉型学科，现代物理农业工程创立的时间并不长，尚处于发展的起步阶段，还需要经历不断的被批评和质疑，才能更加丰富和完善。任何学科的发展，都是一个渐进的过程，不可能一蹴而就。学科发展过程中存在的问题都需要不断地在实践中进行研究和总结，并上升到理论；由理论指导实践，在实践中丰富和发展理论；理论再站在更高的水平指导实践。现代物理农业工程学科唯有经历“实践—理论—再实践—上升的理论—再实践”循环往复、螺旋式前进的过程，才能逐步丰富和完善，进而推动我国现代农业的健康可持续发展。
有学者提出：20世纪是化学农业的世纪，21世纪将是物理农业的世纪！
谢谢大家！
农业工程杂志社 王艳红
2014年12月17日