現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

張文斌　張龍全　李抗

摘 要：闡述了現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程主要技術(shù)及其工作原理，對該技術(shù)國內(nèi)外應(yīng)用研究及進(jìn)展進(jìn)行了概述，分析了當(dāng)前我國發(fā)展現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)存在的主要問題，針對這些問題從加強基礎(chǔ)理論研究、提升裝備研發(fā)能力、完善技術(shù)效果評價體系和加快示范、推廣等方面提出了對策建議，并對該技術(shù)未來發(fā)展作了展望。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 工作原理 研究進(jìn)展 存在問題 對策建議

現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)是物理技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的有機結(jié)合，是一種高效、清潔、環(huán)保的農(nóng)業(yè)技術(shù)，符合綠色、生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展方向?，F(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)起源于植物生理學(xué)、農(nóng)業(yè)物理學(xué)、生物物理學(xué)和物理農(nóng)業(yè)。研究表明：應(yīng)用電場、磁場、激光、超聲等具有生物效應(yīng)的物理因子，通過特定裝備作用于農(nóng)作物種子及幼苗，最終可獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、無毒農(nóng)產(chǎn)品[1-4]。

然而由于物理農(nóng)業(yè)技術(shù)以物理手段為主要特點，沒有其他農(nóng)業(yè)技術(shù)簡明、直觀，在實際應(yīng)用中缺乏一些應(yīng)用效果的考量，導(dǎo)致目前各地在推廣應(yīng)用物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)方面進(jìn)展緩慢。

文章通過對各主要物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)工作原理及國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行綜合闡述，以期為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程主要技術(shù)及工作原理簡介

1.1 植物聲頻控制技術(shù)

植物聲頻控制技術(shù)是近年來發(fā)展的一項農(nóng)業(yè)新技術(shù)，其基本原理是利用聲頻發(fā)生器對植物施加特定頻率的聲波與植物自發(fā)聲的頻率相匹配，產(chǎn)生諧振，促進(jìn)其生長發(fā)育，達(dá)到增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病的目的。

1.2 空間電場技術(shù)

空間電場技術(shù)是空間電場防病促生技術(shù)系統(tǒng)簡稱，是在空間電場力的作用下，借助空間電場放電產(chǎn)生臭氧、氮氧化物、高能帶電粒子，溫室內(nèi)的粉塵、霧氣等懸浮物在帶電粒子作用下做定向脫除運動，同時附著在粉塵、霧氣中的大部分病源微生物也會在臭氧、高能帶電離子的雙重作用下被滅殺，隔絕了氣傳病害的傳播渠道，起到防病促生的作用。

1.3 種子磁化技術(shù)

磁技術(shù)是利用外加的物理因素，對被處理物進(jìn)行刺激、調(diào)動其自身的調(diào)節(jié)作用，激發(fā)內(nèi)部活力。種子磁化處理技術(shù)是在外加磁場作用下，增強種子中酶的功能和活力，調(diào)節(jié)個體發(fā)育中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝，促進(jìn)植物根系生長和養(yǎng)分吸收。

1.4 臭氧物理病害防治技術(shù)

臭氧是一種強氧化劑，利用臭氧的強氧化性特性，不僅可氧化分解細(xì)菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶，使細(xì)菌滅活死亡，還能夠透過細(xì)胞膜組織，作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細(xì)菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。溫室病害臭氧防治技術(shù)的原理是對抽入機內(nèi)的空氣進(jìn)行高電壓放電而使空氣臭氧化，借助擴(kuò)散系統(tǒng)釋放臭氧來實現(xiàn)氣傳病害的預(yù)防和病原微生物的滅殺。

2 現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)發(fā)展概況

現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)作為由化學(xué)農(nóng)業(yè)向生態(tài)、可持續(xù)農(nóng)業(yè)全面過渡轉(zhuǎn)型的主要途徑（另一種是生物工程），得到了各國的高度重視，聯(lián)合國已明確提出了“物理農(nóng)業(yè)”的概念。

2.1 國外發(fā)展概況

目前現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程在國外發(fā)達(dá)國家都有研究和應(yīng)用，主要涵蓋種植業(yè)、畜牧業(yè)等。

聲頻控制技術(shù)方面：法國人切諾伊，她用聲波處理的方法提高了啤酒廠大麥的發(fā)芽率；美國人Daniel系統(tǒng)地研究了植物細(xì)胞壁的力學(xué)性質(zhì)，并闡述了外界應(yīng)力與細(xì)胞生長之間的關(guān)系；美國D·Carlson公司采用高頻聲波（4000～6000 Hz）處理作物、D·R·Carlson則研究了聲波與化學(xué)肥料聯(lián)合作用下植物的生長發(fā)育問題[5]。空間電場研究方面：2006年、2009年韓國、法國在溫室中引入了空間電場系統(tǒng)以驗證其在促進(jìn)作物生長和防治病害方面的作用；日本在20世紀(jì)90年代便開展了空間放電提高香菇產(chǎn)量的試驗，并有一款用于香菇生產(chǎn)的放電器在市場銷售；美國于2001年開展了雞舍電凈化技術(shù)的試驗，主要用于排氣系統(tǒng)電凈化以控制養(yǎng)雞舍布氏桿菌??；日本于2008年開展了針對口蹄疫控制方面的豬舍的空氣電凈化試驗[6]。磁技術(shù)方面：20世紀(jì)70年代，日本、前蘇聯(lián)便開始了對種子經(jīng)過磁場處理后的生物學(xué)效應(yīng)研究；日本Pham Thanh Van等用恒定磁場裝置處理蝴蝶蘭球莖，得出磁場處理2～7周后球莖增值量增大，S極比N極效果更為明顯[7]。

2.2 國內(nèi)發(fā)展概況

國內(nèi)現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)技術(shù)在2007年之后逐步形成，大致可分為2大部分：一類是物理技術(shù)正向化，利用物理技術(shù)機理提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)；一類是物理技術(shù)逆向化，利用物理學(xué)原理對病源微生物和害蟲進(jìn)行滅殺。

在促進(jìn)作物生長、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量方面：侯天偵及其團(tuán)隊通過對植物聲學(xué)特性研究得出該技術(shù)可顯著促進(jìn)設(shè)施蔬菜的生長發(fā)育、提早開花結(jié)果、增加產(chǎn)量、提高抗病蟲害能力[4]；楊桂娟、白亞鄉(xiāng)利用高壓靜電場處理大麥、甜菜、玉米等農(nóng)作物種子后，得出不同劑量的靜電場均能提高干種子及發(fā)芽種子的趨弱發(fā)光強度[1]；李旭英、劉濱疆等通過研究空間電場對植物吸收CO2和生長速度的影響，得出空間電場的極性對植物吸收CO2的速度有顯著影響[8]；鄭世英等用可變電磁場處理器對小麥種子進(jìn)行處理試驗得出了發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與磁場強度、處理時間之間的相互關(guān)系[9]；周清、曲英華等研究了聲頻處理對草莓生長性狀及葉綠素光系統(tǒng)Ⅱ的熒光參數(shù)的影響，得出：聲頻處理35d后，草莓的開花數(shù)、結(jié)果數(shù)、葉綠素含量及葉片光合作用能力均有所提高[10]。

在改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境方面：馬正義、劉濱疆研究了土壤根結(jié)線蟲的電處理方法；大連市農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站研制的空間電場/ CO2同補控制病害系統(tǒng)在促進(jìn)植物CO2吸收的同時，控制空氣傳播病害；谷玉環(huán)研究認(rèn)為空間電場防病促生系統(tǒng)能在地面與電極線間建立起自動循環(huán)間隙工作的空間電場，實現(xiàn)對病菌和害蟲滅殺[11]；蘇州市農(nóng)業(yè)機械技術(shù)推廣站采用臭氧發(fā)生器對設(shè)施大棚內(nèi)西紅柿、黃瓜、西葫蘆等作物開展了病害防治效果試驗研究。

3 現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)發(fā)展存在的主要問題

雖然現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)在我國部分地區(qū)已經(jīng)開始小范圍推廣應(yīng)用，但是直到現(xiàn)在仍未大規(guī)模推廣應(yīng)用，究其原因主要存在以下幾個方面的問題。

3.1 對現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的認(rèn)識還不夠

現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)在國內(nèi)起步時間不長，農(nóng)業(yè)主管部門、科技人員和農(nóng)民對其應(yīng)用效果的認(rèn)識程度有待提高；另外現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)多是以“看不到、摸不著”的方式作用于作業(yè)對象、缺乏一些效果的考量，不同于化肥、農(nóng)藥等以比較直觀的方式作用于作物本身，更不像傳統(tǒng)的聯(lián)合收割機、插秧機等產(chǎn)生“立竿見影”的作業(yè)效果，一定程度上限制了這項技術(shù)的推廣應(yīng)用。

3.2 現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)裝備研發(fā)落后

目前大部分現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)裝備生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、研發(fā)能力弱、生產(chǎn)工藝工裝水平落后、缺乏嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，制約了現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)的整體發(fā)展。

3.3 現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)工作原理與作物生長間的內(nèi)在關(guān)系尚未理清

雖然國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中均有借助現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)提高被試作物產(chǎn)量和品質(zhì)等方面的研究報道，但是具體作用機理尤其是與作物間內(nèi)在的物理關(guān)系還都處于探索、研究階段。如我國聲學(xué)第一人侯天偵教授首先提出了“植物經(jīng)絡(luò)學(xué)說”，并研制了植物聲頻發(fā)生器應(yīng)用于大田和溫室生產(chǎn)，但是植物聲頻特性與植物生長間的內(nèi)在關(guān)系還處于研究的初級階段，有待從理論上進(jìn)行嚴(yán)格的論證。

3.4 對現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用效果尚存在爭議

以設(shè)施作物病害臭氧物理防治技術(shù)為例，雖然臭氧作為強氧化劑在水質(zhì)處理、化學(xué)氧化、食品加工保鮮和醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域已有較高水平的研究與設(shè)備開發(fā)，但其在設(shè)施大棚內(nèi)作物病害防治效果目前還存在較大的爭議。楊宇紅、馮蘭香研究認(rèn)為臭氧防治溫室蔬菜苗期意義不大，成株期防治效果需進(jìn)一步研究確認(rèn)；劉迪林、蔡杰明確質(zhì)疑了臭氧防治溫室病害理論，認(rèn)為溫室中使用臭氧防治病蟲害是個錯誤。因存在諸多爭議，政府主管部門在推廣應(yīng)用現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)過程中格外謹(jǐn)慎，目前尚未出臺相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

4 對策建議

4.1 加強基礎(chǔ)理論研究

現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)是現(xiàn)代物理學(xué)、材料學(xué)、植物學(xué)及農(nóng)學(xué)領(lǐng)域的育種、栽培、土壤和遺傳等多學(xué)科交叉和綜合而成的一門新生學(xué)科，應(yīng)從基礎(chǔ)理論研究著手，加強各學(xué)科間技術(shù)機理研究，理清其內(nèi)在作用原理，為現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

4.2 提升裝備研發(fā)和生產(chǎn)能力

裝備是技術(shù)實現(xiàn)的載體，現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的發(fā)展離不開先進(jìn)、適用、安全、可靠的裝備支持。為此國家相關(guān)部門應(yīng)制定嚴(yán)格的生產(chǎn)、使用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，出臺相應(yīng)的扶持政策，引導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)提升裝備研發(fā)和生產(chǎn)能力，努力為用戶提供性能優(yōu)良、技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠的裝備。

4.3 完善技術(shù)效果評價體系

目前現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)及裝備在應(yīng)用過程中存在的各種爭議，歸根結(jié)底還是缺乏相應(yīng)的技術(shù)效果評價體系?，F(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)效果評價體系是保障該技術(shù)發(fā)展的重要組成。技術(shù)部門應(yīng)當(dāng)盡快出臺相應(yīng)的技術(shù)使用效果評判標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一裝備使用作業(yè)質(zhì)量，為主管部門對現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)裝備形成有效監(jiān)管提供參照。

4.4 加快推進(jìn)成熟技術(shù)裝備的示范、推廣

通過產(chǎn)、學(xué)、研、推之間的相互協(xié)作和聯(lián)合，依托現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)技術(shù)示范工程，建立科技示范基地、產(chǎn)業(yè)園區(qū)，擴(kuò)大技術(shù)推廣渠道，強化技術(shù)培訓(xùn)和宣傳力度，加快推進(jìn)成熟技術(shù)裝備的示范、推廣。5 結(jié)論和展望

現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)作為一門新興的、多學(xué)科交叉融合的學(xué)科，尚處于發(fā)展起步階段，還存在很多亟需解決的問題：如在技術(shù)研究上，基礎(chǔ)理論研究還比較薄弱；在裝備研發(fā)上，生產(chǎn)企業(yè)良莠不齊，總體處于較低水平；在認(rèn)識上，人們對現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的認(rèn)識程度普遍不高；在評價體系上，缺乏相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用評價體系。這都需要不斷地在實踐中進(jìn)行研究和總結(jié)，并上升到理論，并由理論指導(dǎo)實踐，只有如此不斷的往復(fù)、螺旋式前進(jìn)，才能將這項技術(shù)逐步豐富和完善，進(jìn)而推動我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

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Abstract：This paper expounds the main technology and working principle of modern physical agricultural engineering technology， summarizes the research progress of this technology at home and abroad， analyses the main existing problems. Aiming at these problems， puts forward some corresponding countermeasures， such as strengthening the basic theory research， improving the capabilities of equipment research and development， perfecting the evaluation system of technical effect， and promoting the demonstration of the technology. At last prospects for the future development of the technology.

Key words： Modern physical agricultural engineering technology； working principle； research progress； problems； countermeasures