[科普中国]-物理农业

物理农业是相对于化学农业的一种农业生产新技术体系, 是物理技术和农业生产的有机结合, 是利用具有生物效应的电、磁、声、光、热、核等物理因子操控植物的生长发育及其生活环境, 促使传统农业逐步摆脱对化学肥料、化学农药、抗生素等化学品的依赖以及自然环境的束缚, 最终获取高产、优质、无毒农产品的环境调控型农业。1

发展现状现代物理农业技术在美国、日本和俄罗斯等国家都有研究与应用。据文献介绍, 有商业价值的最早应用是法国人切诺伊用声音处理, 提高了啤酒厂大麦的发芽率。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。

我国已经开始应用的物理农业技术包括空间电场调控动植物生长及疫病预防技术、土壤连作障碍电处理技术、烟气电净化二氧化碳增施技术、温室病害臭氧防治技术、声波助长技术、种子磁化处理技术和电子杀虫技术等, 并在农业生产中起到了预防病虫害、促进作物生长、提高作物产量和质量的作用, 促进我国由化学农业向物理农业转型2

分类物理农业成形阶段也就是在2007年后的这一时期。这时的农业物理已经可以划分为两大部分：

物理增产优质型农业

将物理学中对生物具有正向作用的原理技术化并用来提高农作物、家禽家畜、菌类、水生动物的产量和质量的“物理增产优质型农业”。

代表物理增产优质型农业最重要特征就是环境安全型设施农业，其最具特色的应用技术包括空间电场与二氧化碳同补的产量倍增技术、植物补光技术、设施温控技术。

物理植保农业

将物理学中对病原微生物和害虫具有灭杀作用以及对环境具有保护的原理技术化，形成物理植保技术，并用来预防动植物的病虫以及其他危险化学品危害的“无毒农业”或“物理植保农业”。代表物理型无毒农业最重要的特征就是环境安全型畜禽舍、环境安全型温室、环境安全型菇房三大农业生产模式的建立和应用。

发展方向物理农业在“增产优质型物理农业”、“无毒农业”两个方向上快速发展，并被解读为现代物理农业。

“增产优质型物理农业”主要以种植业为主，为了获得高产，物理调控工艺主要是空间电场与高浓度二氧化碳增施技术相配合形成的同补技术，这一技术具有显著的增产与品质优化的“双效能”。养殖业主要的高产优质的物理调控工艺就是光控生殖工艺，主要用于家禽、水生动物的生殖生长、排卵、受精等方面。

“无毒农业”涉及农业的所有种类。其目的就是使用对病原微生物和害虫具有灭杀作用和环境保护作用的物理技术来满足动植物的防病防疫要求，彻底杜绝农药的使用和抗生素的滥用以及环境毒物的产生。这方面的技术工艺很多都已设施化，譬如环境安全型温室、环境安全型畜禽舍、环境安全型菇房、环境安全型育苗室、养殖水体介导鱼礁微电解实时消毒技术。

主要应用电磁处理促增产优质磁场处理是指利用适当强度的磁场在作物播前处理种子, 或者在浸种、发芽、育苗和生长的某些过程中施加一定的磁场。大量的研究表明, 磁处理能显著提高大多数作物种子的发芽势和发芽率, 使萌发时的呼吸速率提高4~5倍;作物幼苗的种子根和次生根数显著增加;抗旱、抗寒性能大大增强;作物经济性状明显改善。小麦种子经磁场处理后可使发芽势提高21%, 发芽率提高28.2%, 幼苗高度和根长分别增长25.3%和38.5%, 产量增加8.1%~23.3%。磁场处理玉米后, 苗期的根数和根重比对照生长快, 株高、茎粗、茎叶鲜重及叶面积与对照相比都有显著差异, 穗粒重和百粒重分别增加57.3%和5.7%。脉动磁场处理高粱种子后, 可使发芽率、芽长、根长分别增加13.7%、11.2%和13.8%, 提早1~2天出苗, 千粒重提高11.6%。磁场处理在油菜、大麦、甜菜、花生、大豆、水稻、棉花等作物上也有类似效应。

静电灭虫杀虫更有效长久以来, 各种飞翔类害虫如甜菜夜蛾、蚜虫、斑潜蝇、白粉虱等一直让农民非常头痛。它们不仅破坏植物的根、茎、叶、花、果实和种子, 使其无法生长甚至死亡, 同时还携带各种细菌和病毒, 对农作物生长危害很大。

利用普通的喷药方式杀虫, 不但很难杀死大部分害虫, 还会使害虫产生耐药性, 同时产生农药残留。而多功能静电灭虫技术是成本最低、用工最少、效果最好、副作用最小的物理防治方法, 它利用昆虫趋光、趋波、趋色的生物学特性进行引诱, 再利用高电压将害虫击杀。

使用该技术的温室内不再需要喷施杀虫剂, 作物一个生长期可减少打药次数3~8次, 不仅节约了成本支出, 更重要的是农产品农药残留大幅度降低, 食用安全。此外, 电极产生的高压静电还可吸附空气中的病菌和灰尘, 起到净化空气的作用。

噪声也能除草噪声对植物生长是有害的, 强烈的尖啸声会使一般植物萎谢, 使蔬菜严重减产。但不同的植物对不同波段的噪声敏感程度并不一样, 这一现象被人们巧妙地应用在农业生产中。如强度适中的尖啸声, 可使萝卜籽的发芽速度快一倍, 因为噪声能刺激种子中的分子活性, 使幼芽容易破皮而出。

国外根据这一奇异功能还研制成功了一种噪声除草器, 将它放在田间沟垄中, 发射一种超声噪音, 来诱发杂草种子提前萌发, 以便在作物生长之前施药除草。1

意义提升作物质量在进行农业生产的时候, 育种工作室是最为基础也是最为重要的一项工作, 农业工作者们可以利用多种现代农业技术来进行更加科学合理的育种, 提升农作物种子质量, 确保其以后的生长情况优良。在进行育种的时候, 我们可以采用种子磁化处理基础, 直接将种子进行磁化处理, 确保种子内部的种子酶保持更高的活力, 从而达到提升种子抗病虫害和新陈代谢能力, 种子在生长发芽的时候可以更有效的吸收水和肥料, 相比于正常育种的种子有更强的生命力和发芽率。另外, 我们还可以利用等离子体和高压静电场等技术进行育种, 这些技术都能够对种子的发育起到积极的促进作用。

另外, 我们还可以利用声波对于植物的生长有一定影响的特点, 使用声波助长技术提升农作物质量。声波助长技术最为常见的应用就是使用音响发出的特定频率, 使得频率与植物自身带有的生理声波频率形成共鸣关系, 进而引发共振, 促进农作物内部电子流的运动速度, 这样能够更好地保证农作物吸收各种营养元素的效率, 增强农作物质量。一般来说, 使用声波助长技术能够帮助叶类蔬菜产量增强30%作用, 而作为大田农作物产量增幅则能够达到20%, 除了增强农作物产量以外, 像西红柿和草莓这类农作物的味道也会好上很多, 甜度提升效果显著。

优化生产管理我们尝试着在农作物生产中引入现代物理农业技术的过程中, 还应当制定更加科学合理的管理制度, 确保先进的物理农业技术被得到更有效的使用。比如, 我们在使用声波助长仪去促进植物生长的时候, 应当提前针对植物的生长特性与设备操作人员进行良好的沟通, 从而在实际使用中, 选择最适合该农作物生长特性的频率进行生长促进, 并且在进行促进的时候, 设备使用时间也应当有着比较严格的管理, 确保植物能够得到最大效果的生长促进。

另外, 我们还用在农作物种植的温室大棚当中构建空间垫层, 借助电厂中加速的高能带电粒子为植物构造更加优良的生长环境, 大大降低植物患上气传病的可能性。并且, 还应当科学安装电子杀虫灯, 利用昆虫的向光性进行病虫害的防治与解决, 其中在安装电子灭虫灯的时候也需要有所选择, 如果种植的是菌菇类农作物, 我们就可以考虑利用静电灭虫解决菇蝇类害虫, 使用电击的技术来解决螨虫病虫害, 尽可能地不适用农药治理病虫害, 生产更加健康的蔬菜水果, 为人们提供更放心的绿色食品。

改进生产模式为了进一步提升农业生产的产量, 农业工作者们还应当致力于进行生产模式的改进, 结合多种农业生产技术和现代化农业设备提升农业生产质量。农业生产者们可以尝试着引入物理调控技术来进行无毒优质果蔬的生产, 建造环境更加安全可靠的温室来作为果蔬生产单位, 并且在温室内部应用土壤电消毒灭虫技术、声波助长技术以及电除雾防病促生枝技术确保植物生长过程中遭受病虫害的概率大大降低, 对于常见的植物病虫害和土壤传染病实现及时把控, 确保农作物健康生产, 培养出品质优良的产品。

而在禽畜生产过程中, 我们还可以打造环境安全性禽畜舍, 禽畜舍中安装先进的除臭灭菌设备, 达到净化环境、灭菌杀毒的作用, 将各类粉尘和飞沫都进行及时的处理, 为禽畜提供更加优越的生活环境, 养殖人员还应当及时进行禽畜疫病情况的检测, 做好防范工作, 即使出现了疫病, 也能够迅速采取措施进行疾病的隔离和处理, 实现安全生产。对于水产养殖行业来说, 安全洁净的生长环境对于水产品的生长也有着重要的作用, 养殖者们可以考虑利用水体电解技术及时空气净化自动灭菌系统来进行水产养殖环境的优化, 进行海水或者淡水的微电解, 并且在电极两端导入多个介导鱼礁, 为水生动物们打造更好的生活环境。

总而言之, 农业是支撑一个国家稳定和持续发展的重要支柱产业。尤其是我国作为农业大国, 更是应当重视农产品生产技术的改进, 农产品生产者也应当考虑顺应时代发展, 应用现代物理农业技术实现农作物的增产, 确保农作物能够得到更好的生长环境, 从而提供更加健康的绿色食品, 提升大众生活质量。3

本词条内容贡献者为:

魏大勇 - 副教授 - 西南大学