高壓靜電場(chǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

摘要:介紹了高壓靜電場(chǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用情況及其作用機(jī)理的研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞:高壓靜電場(chǎng);設(shè)施農(nóng)業(yè);作用機(jī)理

中圖分類號(hào):S129文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.01.028

Application of High Voltage Electrostatic Field in Installment Agriculture

LUO Ying1， ZHANG Zhi-jun1， FANG Jun2

(1.Tianjin Research Institute of Forest and Pomology， Tianjin 300112， China; 2.Tianjin Agricultural Machinery Extension Station， Tianjin 300020， China)

Abstract: The review summarized the application of high voltage electrostatic field in Installment agriculture and the research of its mechanism.

Key words: high voltage electrostatic field; Installment agriculture; mechanism

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的逐步調(diào)整，以果蔬為主的經(jīng)濟(jì)作物面積，特別是設(shè)施蔬菜栽培面積迅速擴(kuò)大。在設(shè)施蔬菜栽培中，由于特殊環(huán)境氣候引起嚴(yán)重病害，菜農(nóng)頻繁、過(guò)量使用化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)行防治，出現(xiàn)了環(huán)境被污染、食品安全受到威脅和生態(tài)平衡被破壞等一系列嚴(yán)重問(wèn)題。高壓靜電場(chǎng)作為一種物理方法被應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)中，并取得巨大成功，現(xiàn)在已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。筆者主要介紹近年來(lái)高壓靜電場(chǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用及其作用機(jī)理。

1高壓靜電場(chǎng)的生物效應(yīng)及研究現(xiàn)狀

自然界是一個(gè)靜電的海洋[1]，地球上的生物體時(shí)刻在自然靜電場(chǎng)作用下生長(zhǎng)繁殖[2]。環(huán)境電場(chǎng)變化，特別是外加高壓靜電場(chǎng)在適宜條件下，必然對(duì)構(gòu)成生物體物質(zhì)的電荷分布、排列、運(yùn)動(dòng)發(fā)生作用，從而影響生物體生命活動(dòng)的許多方面[1]。

高壓靜電生物效應(yīng)是研究高壓靜電場(chǎng)對(duì)生物體所產(chǎn)生的影響[3]，包括高壓靜電場(chǎng)對(duì)人體、動(dòng)物機(jī)體的影響，對(duì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)和種子活力、果蔬貯藏保鮮的作用，以及靜電生物工程等多個(gè)方面[4]。

1.1影響高壓靜電場(chǎng)生物效應(yīng)的主要因素

1.1.1電場(chǎng)的劑量在描述生物學(xué)電場(chǎng)作用條件時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度及處理時(shí)間是首先要解決的問(wèn)題。靜電場(chǎng)作用于生物上的劑量，目前還沒(méi)有精確的計(jì)算公式，只有在大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的數(shù)據(jù)范圍。

1.1.2電場(chǎng)的作用對(duì)象及處理環(huán)境生物體是一個(gè)特殊的等勢(shì)體，具有較為復(fù)雜的生理特性[5]。因此，靜電場(chǎng)產(chǎn)生的效果也不相同。它不僅受到生理生化、電磁特性等因素的影響，還受到外界諸多因素如電場(chǎng)類型、自身的品種、含水量及周圍環(huán)境的溫度、濕度等生長(zhǎng)條件的影響。所以，在做電場(chǎng)處理時(shí)不僅要考慮電場(chǎng)的劑量，還要考慮溫度、濕度、含水量等環(huán)境條件和生物的自身?xiàng)l件。

1.1.3生物體生長(zhǎng)階段生物體的生長(zhǎng)發(fā)育有階段性，不同生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)電場(chǎng)處理有不同的生物效應(yīng)，不同的生命過(guò)程對(duì)靜電場(chǎng)的調(diào)節(jié)作用也不盡相同[6]。

1.2高壓靜電場(chǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

目前，國(guó)內(nèi)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用比較多的高壓靜電場(chǎng)裝置主要是由劉濱疆等人研制的靜電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)離子系統(tǒng)。該系統(tǒng)在防治災(zāi)害、提高蔬菜等農(nóng)作物的抗逆境性能方面有著特殊的功能，操作簡(jiǎn)單，能耗低。靜電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)離子系統(tǒng)由控制器、場(chǎng)驅(qū)電源、上懸電極網(wǎng)及放電腔、CO2增補(bǔ)器組成。

依靠上懸電極與棚室壁面、土壤之間建立的靜電場(chǎng)能在2～3 min內(nèi)將溫室內(nèi)的霧氣除去，并把濕度降下來(lái)[7]，在系統(tǒng)工作的時(shí)間內(nèi)，能持續(xù)保持棚室空間的清亮狀態(tài)，這對(duì)由高濕度和結(jié)露引起的病害有極顯著的預(yù)防作用。

能持續(xù)地放出臭氧，臭氧與電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)特性相結(jié)合，能除掉空氣中80%以上的細(xì)菌、病毒，并能將棚室內(nèi)各表面的細(xì)菌、病毒控制在不發(fā)病的狀態(tài)下[7]，而有機(jī)農(nóng)藥、有機(jī)肥及腐物釋放的異味氣體會(huì)被除掉，使空氣清新爽快。

可通過(guò)上懸電極與土壤之間建立的電場(chǎng)在土壤中產(chǎn)生微弱的電流，該電流對(duì)細(xì)菌、線蟲及病毒造成的土傳病害有很好的控制作用，同時(shí)，該電流對(duì)土壤中非游離態(tài)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有很強(qiáng)的解離作用[7]，可大幅度提高土壤肥力，這為增強(qiáng)蔬菜等農(nóng)作物的抗逆境能力提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

依靠電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)作用可促進(jìn)低地溫(12～15℃ )時(shí)的植株對(duì)離子性肥料的吸收，其吸收能力可達(dá)到地溫為18～20℃ 時(shí)的狀態(tài)[7]，還能顯著降低植株光補(bǔ)償點(diǎn)，并能使蔬菜對(duì)CO2的吸收速度加快數(shù)倍，使蔬菜抵抗連陰天帶來(lái)的生理障礙的能力大幅度提高。

通過(guò)高電壓電場(chǎng)將燃煤型CO2增補(bǔ)器產(chǎn)生的煙氣凈化，并將凈化后比較純凈的CO2安全地供給植物，足量的CO2能在高電壓電場(chǎng)作用下被植株快速吸收，并與植株受電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)而從土壤中吸收來(lái)的大量離子性肥料相平衡，C/N營(yíng)養(yǎng)平衡與充足可使蔬菜旺盛生長(zhǎng)，進(jìn)而增強(qiáng)蔬菜抵御不良?xì)夂虻哪芰7]。

靜電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)離子系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用于黃瓜、蘿卜、萵苣等果蔬的溫室種植，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)能有效控制黃瓜灰霉病，縮短蘿卜生長(zhǎng)周期并提高甜度，徹底解決結(jié)球萵苣的頂腐病、心腐病，同時(shí)可提高萵苣生長(zhǎng)速度和甜度。靜電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)離子系統(tǒng)是保障無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的有效技術(shù)系統(tǒng)。

3高壓靜電場(chǎng)作用機(jī)理

3.1高壓靜電場(chǎng)對(duì)溫室環(huán)境的影響

在溫室中安裝靜電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)離子系統(tǒng)后，溫室頂部的電極與大地形成線—板電極或針—板電極。接通高電壓后，電極間形成電暈電場(chǎng)，氧氣被激發(fā)形成亞穩(wěn)定的臭氧。一定濃度的臭氧具有殺菌作用，因此，溫室中的許多真菌、細(xì)菌被殺死，也可使一些植物病毒鈍化， 但對(duì)蔬菜生長(zhǎng)不產(chǎn)生危害[8]。電暈電場(chǎng)還可以使溫室中的氣體電離，使漂浮在溫室中的塵粒獲得電荷，向電場(chǎng)兩極定向移動(dòng)，達(dá)到除塵的目的。同時(shí)電場(chǎng)作用及電場(chǎng)產(chǎn)生的電暈風(fēng)加速水分蒸發(fā)[9]，從而消除了溫室中的水霧，降低了濕度。

3.2高壓靜電場(chǎng)對(duì)植物生長(zhǎng)代謝的影響

實(shí)驗(yàn)證明，靜電場(chǎng)能夠刺激植物根的活性，使根冠比增大，根系呼吸速率增大，從而使根部放出更多的CO2。大量的CO2和H2O結(jié)合產(chǎn)生H-和HCO3+， H-與土壤溶液中陽(yáng)離子交換的速率同時(shí)增大[10]，使植物吸收陽(yáng)離子的量得以提高，為生理代謝提供了充足的營(yíng)養(yǎng)。

靜電場(chǎng)對(duì)植物光合器官和功能的變化也具有顯著影響[11]。在靜電場(chǎng)作用下，葉片的光合速率及呼吸速率都明顯高于對(duì)照，光合速率比呼吸速率增加的幅度更大。葉片在靜電場(chǎng)下積累的元素增多[11]，這些元素又是光合合成中不可缺少的調(diào)節(jié)及營(yíng)養(yǎng)元素，為保證葉片色素合成及光合過(guò)程有關(guān)酶的合成提供了營(yíng)養(yǎng)，葉片光合器官的發(fā)育得以促進(jìn)，這對(duì)維持較高的光合活性提供了良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。靜電場(chǎng)下的植物生長(zhǎng)速率、產(chǎn)量都有所增加，這與靜電場(chǎng)促進(jìn)植物光合速率密切相關(guān)。

高壓靜電場(chǎng)處理還可以改變細(xì)胞膜的通透性，改變膜兩側(cè)的離子分布和電位。靜電場(chǎng)在高壓條件下產(chǎn)生的電流電位差，刺激了愈傷組織的增殖，膜電位的增加不但使生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸，促進(jìn)組織增殖，而且影響膜的通透性及其它分子的極性運(yùn)輸，改善了細(xì)胞吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)物質(zhì)的能力，從而促進(jìn)了植物生長(zhǎng)[12]。

4結(jié)束語(yǔ)

在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，與化學(xué)農(nóng)藥相比較，高壓靜電場(chǎng)具有明顯優(yōu)勢(shì)，能避免長(zhǎng)期以來(lái)使用化學(xué)藥劑造成的土壤板結(jié)、地力下降和環(huán)境污染，以及危害人體健康和生態(tài)平衡等弊端。在提高產(chǎn)量的同時(shí)，又能促進(jìn)早熟，防治病蟲害，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，并延長(zhǎng)貯藏時(shí)間。因此，高壓靜電場(chǎng)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)綠色、無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的重要技術(shù)手段。

隨著高壓靜電場(chǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，針對(duì)高壓靜電場(chǎng)作用機(jī)理的研究也在不斷深化。在物理學(xué)者、生物學(xué)學(xué)者、化學(xué)學(xué)者的積極參與下，將進(jìn)一步揭示其作用機(jī)理，從而實(shí)現(xiàn)理論指導(dǎo)實(shí)踐，取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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