浅谈物理技术在农业上的应用

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摘要：物理农业是近些年来发展起来的一种新的高科技农业技术。物理农业的发展离不开物理技术的支持。文章从电、磁、声、光、热、核等角度分别介绍了各种物理技术在农业上的应用。

关键词：物理技术；农业；增产；优质

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-03-0004-2

基金项目：山西农业大学科技创新基金（2009011）

随着人民生活水平和质量的不断提高，对食品的安全性要求不断提高。人们越来越热衷于选择绿色、无公害的农产品。为了满足人们的需要，科学家们从上个世纪60年代起就开始关注把物理技术与农业相结合。到目前为止，很多物理技术被应用在农业上，如电、磁、声、光、热、核等。由于物理技术在达到相同效果的情况下，其成本低，效果明显，污染少，易控制等优点也越来越受到人们的关注。物理技术与农业的结合形成了物理农业，对以化学肥料、化学农药为主体的化学农业提出了挑战。因此，越来越多的物理技术被应用到现代农业中来，本文分别从光技术、核技术、电磁技术等方面阐述了物理技术在现代农业中的应用。

1 光技术

光技术被应用到农业上，是结合昆虫或植物的自身特点而开发出的一系列新技术。如利用昆虫的趋光性，人们发明了黑光灯。同时利用昆虫对紫外线的敏感性，人们利用诱集虫源将其杀死，达到了防止害虫的目的。近年来，科学家进一步在黑光灯的基础上，与波振技术结合起来，研究出了频振式杀虫灯。有的还添加了频振式高压触杀电网，从而极大地提高诱杀效果。人们还在害虫的时期在农田安装上带有性激素气味的杀虫灯，不仅杀死了害虫，同时达到了阻断害虫生殖繁育链、降低农作物害虫密度、减少化学农药使用量的目的。

在农作物栽培方面，研究人员发现用低剂量的激光处理陈种子后，将其休眠状态打破，并对种子发芽，种子新陈代谢能力，幼苗的叶绿素等具有促进作用。因此，在栽培作物前用激光处理种子，不仅能使作物根系发达，同时也增强了作物的抗逆能力，还收到增产的效果。

2 核技术

核技术包括辐照应用、同位素示踪、活化分析和核仪器应用等技术。核技术是现代农业生产中的新手段。至今全国各省、市、自治区和少数地区的农业科研单位已广泛开展这方面的研究，并取得了显著成绩。如人们利用γ、X、β射线或中子流等高能量的电离辐射处理植物的器官，在电离作用下使细胞内发生基因突变，进而诱发产生可遗传的突变,从中培育优良的新品种。核辐射技术已经是基因工程中培育新品种的有效手段之一。高剂量的核辐射可以杀虫灭菌，但对农产品品质等方面不会造成任何影响。在核技术与农业生产相结合的过程中，人们利用同位素示踪技术研究分析土壤中各种微量元素的成分，根据栽培作物自身生长发育的要求对土壤进行改良，指导肥料的合理使用。中子活化分析是一种灵敏度、准确度和精密度极高的一种放射分析法。该方法利用辐射能的强弱可以分析土壤或肥料中各种元素的含量，以指导合理施肥。该技术还可用于分析食品有害元素的含量，也可分析农作物样品中蛋白质以及多种微量元素的位置、微区、深度和结构等进行分析，这有利于准确的了解作物体内的生理过程，有利于指导开发新品种。中子活化分析还可以对农业环境样品分析，如大气污染和水质分析。

3 超声波技术

超声波在介质中传播引起介质颗粒的机械振动，人们依靠超声波技术可以提高植物活细胞内电子流的流动速度，从而促进植物体对各种营养元素的吸收、传输和转化，使得植物的光和作用和吸收能力增强，有利于体内各种酶、蛋白质以及糖类等成分的合成，有利于植物的生长发育。同时也不会对环境造成污染，对人类也没有害处，很好的满足了当前对绿色、无公害农产品的要求。目前，超声波技术已经被广泛的应用于农作物、瓜果、花卉、苗木等生产中，很好的满足了当前市场的要求。另外，超声波产生的振动使害虫会产生一定的厌恶感或恐惧感，不仅影响其正常进食，而且致使其无法生存、繁育甚至使其自动离开，达到一定的驱虫效果。在对付蚜虫或红蜘蛛类害虫很有效。

4 电、磁场技术

近年来，为了满足市场上对反季节蔬菜、花卉等作物需求量不断增加的要求，农民们不断扩大温室面积。由于温室常年处于高温高湿的状态，空气中雾气和粉尘较大，极有利于气传病害的传播和发生。研究人员利用电场作用，使空气中的雾气和粉尘带电，并在电厂的作用下发生定向移动，使其附着于地面、墙壁或作物等表面上，以阻断病虫害传播的途径，且起到净化环境的作用。不同种子的品质不同，由于体内的化学成分不同，种子的电导率、介电常数不同。另外，因为种子的品质、成熟程度等不同，其体内所含的化学成分会有差异，从而导致种子的电学特性如电导率、电阻率、介电常数、膜电容及极化特性等均存在差异。因此，不同种子在同一静电场中的运动轨迹会有差异。利用这一特性，人们对不同含水量的、不同活力、不同成熟度的种子进行筛选，筛选高品质的种子，去除劣质破碎的种子，清除杂质。使得到的高品质种子的纯度得到极大的提升。利用静电技术筛选得到的种子的发芽率、发芽势以及最终产量均有较大提高。人们还利用静电场产生的电位差激活作物体内的生物能，促使各种酶类的活化，加大细胞内外的通透性，有利于加速各种营养物质的运输和吸收，促进作物生长。人们还利用高压静电场产生电晕放电促进植物的光合作用，促使作物生长加快、开花期提前、延长花期，以达到高产早产的目的。高压静电场电晕放电还可以产生臭氧，臭氧和空气形成的混合物能够杀死细菌，对于土豆、番茄、苹果、香蕉、红薯、萝卜、谷物等长期需要储藏的作物具有很好的保鲜效果。高压静电场下产生不同形状的电极、不同方向的电场等条件，这些条件会影响水分的蒸发，因此，科研人员利用这一特性干燥各种蔬菜、水果、枣、药材、农作物种子等食材。电、磁场技术因其具有广泛的应用途径，已被越来越多的应用到农业生产中，进一步促进传统农业向现代化农业的转变。

磁处理技术一方面是指用磁场本身去处理农作物或种子，以达到使用者的目的。另一方面是指利用磁场处理水（简称磁水）对种子或作物从电子、分子到细胞代谢的各个层次都施加影响的调控方法。在播种前，将农作物种子放于磁场中进行磁化处理，微弱的磁场可以激发种子中酶的活力，从而促进种子发芽势提高，幼苗长势茁壮，根系发达，对水肥的吸收能力和光合作用能力得到加强，抗病虫害能力增强，作物长势健壮，进而达到了增产高产的目的。用磁化水浸泡种子对小麦、水稻等作物的次生根的分化具有明显的促进作用。磁化水对有丝分裂、细胞体积增大均有促进作用，增强了作物对水肥的吸收。用磁化水浇灌农作物，增加了矿物质及氧在水中的溶解度，提高了作物对营养物质和水分的吸收速率，对农作物的生长发育、增产以及抗逆能力都有促进作用。

5 卫星、航天技术

全球卫星定位系统(GPS)是利用地球上24颗通讯卫星和地面上的接收系统而形成的全球范围的定位系统。1992年，美国宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组应用GPS技术成功的监测到了欧洲玉米螟的分布，对其迁飞的距离、方向进行了定位，准确的指导了害虫防治。这是GPS技术首次成功的应用于农业上。基于这一成功的开创性研究及鉴于这种技术与GIS等技术结合，具有指导大面积农田精确施肥的可行性，美国的大型农化公司纷纷投资进行开发研究，现在美国已开始推广普及由明尼苏达州Ag-Chem农化公司开发的一种土壤定位器。这是一种GPS卫星信号接收装置，带有数据加工计算机及监视器屏。将其安装在大型田间喷施肥料、微量元素、除草剂的专用自走式机器上，就可实现精确的施肥、喷药作业。农田中，由于土壤养分含量、杂草等在地块内分布往往很不均匀，尤其是耕作面积较大时，人们常常采用统一施肥，统一除草的管理方法。对整个农田采取一样的管理措施，这样容易导致有的地方肥料仍欠缺，有的地方营养已经过剩的状况。不仅不能充分利用肥料而且会造成浪费和环境污染。对农作物而言，有的植株营养过剩发生徒长现象，有的植株因为“吃不饱”而生长不良，导致单产降低。然而一旦用上使用土壤定位器，机器利用GPS定位系统自动对土地进行分区并应用计算机内的相关程序，对每块分区的土壤成分进行分析，自动判定哪个区域缺少什么营养成分，哪个区域营养成分过剩。根据这些数据，可以自动为每个区域定制独有的“营养配方”，并且随时根据指令配比肥料，做到不浪费一点肥料、农药。从而真正做到以数株或几十株等少量植株为基础的因苗、因土精确喷肥、喷药。

现代农业的发展离不开高新技术的支持，物理技术作为新的技术已经逐步在农业生产上开始应用推广，随着科学技术的不断发展，物理技术将会在我国以及全世界物理学家和科研人员的共同努力下被更广泛的应用到农业生产中。目前，农业物理技术仍处于研究和尝试的阶段，很多技术还没有广泛的应用到农业生产中。因此，如何将物理技术更好的应用于农业生产还有待我们广大科研工作者继续努力。

参考文献

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作者简介：张宾（1967-），男，江苏常州人，山西农业大学文理学院助理实验师，硕士，研究方向：生物物理与光谱技术等。

通讯作者：杨苗（1978-），山西襄汾人，山西农业大学文理学院讲师，硕士，研究方向：生物物理及光谱技术等。