物理知識(shí)在農(nóng)業(yè)新能源中的運(yùn)用

劉志梅

（衡水學(xué)院 河北衡水 053000）

在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的諸多因素當(dāng)中，最關(guān)鍵也是影響力最大的因素非能源莫屬，能源是確保經(jīng)濟(jì)得以向前發(fā)展的關(guān)鍵因素。但是，根據(jù)筆者的調(diào)查，與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)能源利用效率還比較低。我國(guó)作為能源消耗大國(guó)，跟發(fā)達(dá)國(guó)家相比，平均能源利用效率低20%左右，可我國(guó)的產(chǎn)值耗能超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家兩倍之多。這便是我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)受到限制并且產(chǎn)生一系列問(wèn)題的根源所在。在此背景下，新能源的開(kāi)發(fā)和利用便顯得尤為重要，開(kāi)發(fā)和利用新能源能夠在很大程度上緩解我國(guó)資源緊張的局面，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)得以可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是提升現(xiàn)代人生活質(zhì)量的重要前提。近些年，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域一直都在控制能耗，積極開(kāi)發(fā)和利用新能源，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供全新的發(fā)展動(dòng)力。以下是筆者結(jié)合自己多年相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，就此議題提出的幾點(diǎn)看法和建議。

1 農(nóng)業(yè)新能源的具體應(yīng)用

1.1 太陽(yáng)能

對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展而言，太陽(yáng)能資源是核心的新能源代表之一，太陽(yáng)能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所發(fā)揮的作用和價(jià)值不容小覷，是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中最常見(jiàn)、利用頻率最高的一種新能源?？v觀當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展情況，太陽(yáng)能已經(jīng)逐步被應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)種植、農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害預(yù)防與治理以及農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)等諸多方面，而且太陽(yáng)能的應(yīng)用形式變得越來(lái)越豐富和多元化，未來(lái)其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中的應(yīng)用范圍將會(huì)持續(xù)擴(kuò)展。

當(dāng)前太陽(yáng)能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中比較常見(jiàn)的應(yīng)用模式是光伏農(nóng)業(yè)大棚。與普通農(nóng)業(yè)大棚的區(qū)別主要在于，光伏農(nóng)業(yè)大棚利用的是設(shè)置不同的透光率太陽(yáng)能電池板或者光伏薄膜，成功地解決了農(nóng)業(yè)大棚農(nóng)作物生產(chǎn)所需要的光照問(wèn)題，通過(guò)這樣的科學(xué)設(shè)置，不僅可以更好地滿足農(nóng)業(yè)大棚農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程中不同時(shí)間段的采光需求，而且在一定程度上實(shí)現(xiàn)了節(jié)約土地資源的目的。

1.2 生物質(zhì)能

何為生物質(zhì)能？從理論層面來(lái)解釋，生物質(zhì)能指的是以生物質(zhì)材料作為來(lái)源的各種形式的可再生能源，現(xiàn)實(shí)生活中生物質(zhì)能主要的表現(xiàn)形式便來(lái)自植物、動(dòng)物及其排泄物等等。借助生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成為燃料物質(zhì)，最終主要應(yīng)用于發(fā)電和供氣兩個(gè)方面，其中發(fā)電包括沼氣發(fā)電、秸稈直燃發(fā)電等，而供氣則包括沼氣供氣、生物質(zhì)集中供氣等。

在當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用過(guò)程中，最具代表性、利用率最高的應(yīng)該是對(duì)沼氣的利用。將農(nóng)村牲畜的糞便、農(nóng)作物的秸稈以及有機(jī)生活垃圾等放入沼氣池中進(jìn)行發(fā)酵，所產(chǎn)生的沼氣便可以供農(nóng)民生產(chǎn)、生活和發(fā)電所使用。此外，沼氣池的渣滓、液體等還可以作為有機(jī)肥料用于農(nóng)田或者溫室大棚農(nóng)作物的培養(yǎng)。

1.3 其他新能源

在農(nóng)業(yè)新能源領(lǐng)域當(dāng)中，還有水能、風(fēng)能以及地?zé)崮艿却蟊姳容^熟悉的清潔型能源。其中，水能主要包括河流水能、潮汐水能、波浪水能以及海流能等等。目前在農(nóng)業(yè)新能源領(lǐng)域中所應(yīng)用的水能資源主要為河流水能。而在風(fēng)能利用方面，大眾比較了解的應(yīng)用形式便是利用風(fēng)車發(fā)電，除此之外，當(dāng)前農(nóng)業(yè)新能源對(duì)風(fēng)能的利用還有另外一種新形式叫作離網(wǎng)型小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)風(fēng)能的應(yīng)用中也發(fā)揮出了至關(guān)重要的作用。在地?zé)崮芾梅矫?，?dāng)前農(nóng)業(yè)溫室對(duì)地?zé)崮艿睦眯枨蟊容^大。但是，根據(jù)筆者的調(diào)查和了解，地?zé)崮艿膽?yīng)用技術(shù)并不是很成熟，到目前為止仍然有一些問(wèn)題沒(méi)有得到妥善解決，因此未能形成對(duì)地?zé)崮艿囊?guī)?；瘧?yīng)用。

2 物理知識(shí)在農(nóng)業(yè)新能源中的運(yùn)用情況

2.1 以物理知識(shí)為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)與利用

眾所周知，關(guān)于可再生新能源的開(kāi)發(fā)與利用均離不開(kāi)對(duì)物理知識(shí)的應(yīng)用，其基本上都是以物理學(xué)知識(shí)作為基礎(chǔ)理論，農(nóng)業(yè)新能源領(lǐng)域中對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)與利用亦是如此?，F(xiàn)階段太陽(yáng)能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域諸多方面，但是縱觀太陽(yáng)能在各方面的應(yīng)用，我們不難發(fā)現(xiàn)其都是通過(guò)光—熱、光—電以及光—化學(xué)來(lái)完成對(duì)太陽(yáng)能資源的轉(zhuǎn)化和利用，雖然太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換形式有所不同，但是從轉(zhuǎn)化的過(guò)程來(lái)看其都與物理知識(shí)以及與物理知識(shí)相關(guān)的技術(shù)有著密不可分的關(guān)系。

目前在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域利用太陽(yáng)能最具代表性的一種轉(zhuǎn)換形式便是光—熱轉(zhuǎn)換，由光到熱是通過(guò)傳播、對(duì)流以及輻射等基礎(chǔ)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的，并且在此基礎(chǔ)上加以利用。在轉(zhuǎn)化與傳播的過(guò)程中，所涉及的物理知識(shí)主要包括傅里葉定律、牛頓冷卻定律和斯特藩-玻爾茲曼定律。舉例說(shuō)明：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民生活中應(yīng)用比較多的集熱器便是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，通過(guò)集熱器來(lái)吸收太陽(yáng)能的輻射，借助集熱器中的傳熱介質(zhì)確保水溫能夠在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)民生活用水所需要的合適溫度。集熱器的應(yīng)用不僅給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)民生活帶來(lái)了極大的便利，而且在一定程度上取代了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)煤炭的使用，降低了煤炭資源的消耗。

此外，當(dāng)前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中太陽(yáng)能光到電的轉(zhuǎn)換，所涉及的物理知識(shí)便是光生伏特效應(yīng)。目前，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中所涉及的光—化學(xué)的轉(zhuǎn)化主要是通過(guò)對(duì)光化學(xué)反應(yīng)的研究來(lái)研制光化學(xué)電池。這里光化學(xué)電池的主要組成部分是半導(dǎo)體材料和電解液。太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用還需要加大技術(shù)投入，以提高太陽(yáng)能的利用效率，推進(jìn)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.2 物理知識(shí)在生物質(zhì)能中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能的過(guò)程中，會(huì)涉及非常多與物理知識(shí)相關(guān)的問(wèn)題，其中最具代表性的便是燃料問(wèn)題，因?yàn)樯镔|(zhì)能在農(nóng)業(yè)新能源領(lǐng)域中主要是被作為高效燃料利用。比如：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中會(huì)涉及農(nóng)作物秸稈的燃燒以及相關(guān)垃圾燃燒發(fā)電，其中就必然面臨不可燃燒物和燃燒生成有害氣體的排放問(wèn)題，在解決這一問(wèn)題的過(guò)程中，需要從物理學(xué)的角度尋求切入點(diǎn)，盡可能在燃燒之前對(duì)燃燒物進(jìn)行物理處理，減少有害氣體的排放，或者借助物理手段和方式來(lái)提升燃燒效率。再比如：生物質(zhì)能燃燒過(guò)程當(dāng)中所使用到的鍋爐很容易因?yàn)槭軣釂?wèn)題而產(chǎn)生腐蝕的情況，久而久之，燃燒時(shí)便會(huì)存在巨大的安全隱患。因此，也需要借助物理手段和方式來(lái)對(duì)腐蝕機(jī)理進(jìn)行研究并且結(jié)合物理知識(shí)制定出有效的防治措施。

2.3 物理農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)新能源領(lǐng)域中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)新能源領(lǐng)域當(dāng)中，物理農(nóng)業(yè)主要是指將電、磁、聲、光、熱、核等物理學(xué)知識(shí)和物理技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一種方式。物理農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效果非常顯著，其不僅在很大程度上降低了農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)化肥和農(nóng)藥的使用量，而且對(duì)于促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)朝著優(yōu)質(zhì)高效方向發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

目前我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)研制成功并且投入使用的物理農(nóng)業(yè)設(shè)備種類越來(lái)越多，而且越來(lái)越具先進(jìn)性，其中主要代表設(shè)備有電子殺蟲(chóng)燈、空間電場(chǎng)防病促生系統(tǒng)、植物聲波助長(zhǎng)儀等等。筆者在這里將對(duì)電子殺蟲(chóng)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的介紹：電子殺蟲(chóng)燈利用的是農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)所具有的趨光性、趨波性以及雌雄飛蛾趨性等特征，采用有特定光譜的光源和滅殺裝置，在夜間開(kāi)啟光源，利用光源對(duì)害蟲(chóng)的引誘力，盡可能吸引害蟲(chóng)，害蟲(chóng)在越來(lái)越接近光源的過(guò)程當(dāng)中會(huì)被存在于光源周圍的高壓電網(wǎng)電擊，在高壓電網(wǎng)放電的瞬間便被擊死在地了。除此之外，電子殺蟲(chóng)燈還可以利用害蟲(chóng)雌雄性相互發(fā)出和接受性激素氣味信號(hào)的吸引來(lái)誘導(dǎo)害蟲(chóng)接近殺蟲(chóng)燈，這樣一來(lái)害蟲(chóng)在沒(méi)有交尾產(chǎn)卵之前就被滅殺掉了，害蟲(chóng)的生殖繁育鏈也因此被有效阻斷，可以對(duì)農(nóng)作物起到很好的保護(hù)作用。

3 小結(jié)

近年來(lái)我國(guó)一直都在不斷加大對(duì)農(nóng)業(yè)新能源的開(kāi)發(fā)和利用力度，意在通過(guò)對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和利用來(lái)改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展面貌，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)資源能源的消耗，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的環(huán)境污染程度，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)新能源領(lǐng)域的發(fā)展與物理知識(shí)之間存在著非常緊密的聯(lián)系，新能源開(kāi)發(fā)和利用過(guò)程中所使用到的諸多原理和先進(jìn)技術(shù)都建立在物理知識(shí)和定律基礎(chǔ)之上。物理知識(shí)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常高的應(yīng)用價(jià)值，未來(lái)農(nóng)業(yè)新能源領(lǐng)域的發(fā)展還將繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)物理知識(shí)的應(yīng)用，深入挖掘物理知識(shí)的應(yīng)用潛力，通過(guò)對(duì)物理知識(shí)更全面深入的探究和應(yīng)用來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。