物理知識在農業新能源中的運用

劉志梅

（衡水學院 河北衡水 053000）

在推動經濟發展的諸多因素當中，最關鍵也是影響力最大的因素非能源莫屬，能源是確保經濟得以向前發展的關鍵因素。但是，根據筆者的調查，與其他發達國家相比，我國能源利用效率還比較低。我國作為能源消耗大國，跟發達國家相比，平均能源利用效率低20%左右，可我國的產值耗能超過發達國家兩倍之多。這便是我國經濟增長受到限制并且產生一系列問題的根源所在。在此背景下，新能源的開發和利用便顯得尤為重要，開發和利用新能源能夠在很大程度上緩解我國資源緊張的局面，是社會經濟得以可持續發展的重要基礎，是提升現代人生活質量的重要前提。近些年，我國農業生產領域一直都在控制能耗，積極開發和利用新能源，為農業生產提供全新的發展動力。以下是筆者結合自己多年相關工作經驗，就此議題提出的幾點看法和建議。

1 農業新能源的具體應用

1.1 太陽能

對于農業生產和發展而言，太陽能資源是核心的新能源代表之一，太陽能在農業生產中所發揮的作用和價值不容小覷，是當前我國農業領域中最常見、利用頻率最高的一種新能源。縱觀當前我國現代農業的發展情況，太陽能已經逐步被應用到了農業種植、農業灌溉、農業病蟲害預防與治理以及農業機械生產等諸多方面，而且太陽能的應用形式變得越來越豐富和多元化，未來其在農業生產全過程中的應用范圍將會持續擴展。

當前太陽能在農業生產中比較常見的應用模式是光伏農業大棚。與普通農業大棚的區別主要在于，光伏農業大棚利用的是設置不同的透光率太陽能電池板或者光伏薄膜，成功地解決了農業大棚農作物生產所需要的光照問題，通過這樣的科學設置，不僅可以更好地滿足農業大棚農作物生產過程中不同時間段的采光需求，而且在一定程度上實現了節約土地資源的目的。

1.2 生物質能

何為生物質能？從理論層面來解釋，生物質能指的是以生物質材料作為來源的各種形式的可再生能源，現實生活中生物質能主要的表現形式便來自植物、動物及其排泄物等等。借助生物質能轉換技術將生物質能轉化成為燃料物質，最終主要應用于發電和供氣兩個方面，其中發電包括沼氣發電、秸稈直燃發電等，而供氣則包括沼氣供氣、生物質集中供氣等。

在當前農業生產與應用過程中，最具代表性、利用率最高的應該是對沼氣的利用。將農村牲畜的糞便、農作物的秸稈以及有機生活垃圾等放入沼氣池中進行發酵，所產生的沼氣便可以供農民生產、生活和發電所使用。此外，沼氣池的渣滓、液體等還可以作為有機肥料用于農田或者溫室大棚農作物的培養。

1.3 其他新能源

在農業新能源領域當中，還有水能、風能以及地熱能等大眾比較熟悉的清潔型能源。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。目前在農業新能源領域中所應用的水能資源主要為河流水能。而在風能利用方面，大眾比較了解的應用形式便是利用風車發電，除此之外，當前農業新能源對風能的利用還有另外一種新形式叫作離網型小型風力發電機，這種小型風力發電機在促進農業生產對風能的應用中也發揮出了至關重要的作用。在地熱能利用方面，當前農業溫室對地熱能的利用需求比較大。但是，根據筆者的調查和了解，地熱能的應用技術并不是很成熟，到目前為止仍然有一些問題沒有得到妥善解決，因此未能形成對地熱能的規模化應用。

2 物理知識在農業新能源中的運用情況

2.1 以物理知識為基礎的太陽能開發與利用

眾所周知，關于可再生新能源的開發與利用均離不開對物理知識的應用，其基本上都是以物理學知識作為基礎理論，農業新能源領域中對太陽能的開發與利用亦是如此。現階段太陽能已經被廣泛應用在農業生產領域諸多方面，但是縱觀太陽能在各方面的應用，我們不難發現其都是通過光—熱、光—電以及光—化學來完成對太陽能資源的轉化和利用，雖然太陽能的轉換形式有所不同，但是從轉化的過程來看其都與物理知識以及與物理知識相關的技術有著密不可分的關系。

目前在農業領域利用太陽能最具代表性的一種轉換形式便是光—熱轉換，由光到熱是通過傳播、對流以及輻射等基礎方式來實現能量轉換的，并且在此基礎上加以利用。在轉化與傳播的過程中，所涉及的物理知識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。舉例說明：在農業生產和農民生活中應用比較多的集熱器便是將太陽能轉化為熱能，通過集熱器來吸收太陽能的輻射，借助集熱器中的傳熱介質確保水溫能夠在較短的時間內達到農業生產以及農民生活用水所需要的合適溫度。集熱器的應用不僅給農業生產與農民生活帶來了極大的便利，而且在一定程度上取代了農業生產對煤炭的使用，降低了煤炭資源的消耗。

此外，當前農業領域中太陽能光到電的轉換，所涉及的物理知識便是光生伏特效應。目前，農業領域中所涉及的光—化學的轉化主要是通過對光化學反應的研究來研制光化學電池。這里光化學電池的主要組成部分是半導體材料和電解液。太陽能的開發和利用還需要加大技術投入，以提高太陽能的利用效率，推進太陽能產業的發展。

2.2 物理知識在生物質能中的應用

農業生產在開發和利用生物質能的過程中，會涉及非常多與物理知識相關的問題，其中最具代表性的便是燃料問題，因為生物質能在農業新能源領域中主要是被作為高效燃料利用。比如：農業生產領域當中會涉及農作物秸稈的燃燒以及相關垃圾燃燒發電，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題，在解決這一問題的過程中，需要從物理學的角度尋求切入點，盡可能在燃燒之前對燃燒物進行物理處理，減少有害氣體的排放，或者借助物理手段和方式來提升燃燒效率。再比如：生物質能燃燒過程當中所使用到的鍋爐很容易因為受熱問題而產生腐蝕的情況，久而久之，燃燒時便會存在巨大的安全隱患。因此，也需要借助物理手段和方式來對腐蝕機理進行研究并且結合物理知識制定出有效的防治措施。

2.3 物理農業在農業新能源領域中的應用

農業新能源領域當中，物理農業主要是指將電、磁、聲、光、熱、核等物理學知識和物理技術應用到農業生產中的一種方式。物理農業在農業生產中的應用效果非常顯著，其不僅在很大程度上降低了農作物生長過程中對化肥和農藥的使用量，而且對于促進現代農業朝著優質高效方向發展有著至關重要的作用。

目前我國農業生產領域已經研制成功并且投入使用的物理農業設備種類越來越多，而且越來越具先進性，其中主要代表設備有電子殺蟲燈、空間電場防病促生系統、植物聲波助長儀等等。筆者在這里將對電子殺蟲技術的應用進行詳細的介紹：電子殺蟲燈利用的是農業害蟲所具有的趨光性、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，在夜間開啟光源，利用光源對害蟲的引誘力，盡可能吸引害蟲，害蟲在越來越接近光源的過程當中會被存在于光源周圍的高壓電網電擊，在高壓電網放電的瞬間便被擊死在地了。除此之外，電子殺蟲燈還可以利用害蟲雌雄性相互發出和接受性激素氣味信號的吸引來誘導害蟲接近殺蟲燈，這樣一來害蟲在沒有交尾產卵之前就被滅殺掉了，害蟲的生殖繁育鏈也因此被有效阻斷，可以對農作物起到很好的保護作用。

3 小結

近年來我國一直都在不斷加大對農業新能源的開發和利用力度，意在通過對新能源的開發和利用來改變傳統農業的發展面貌，減少農業生產對資源能源的消耗，降低農業生產造成的環境污染程度，進而為實現農業的可持續發展奠定更加堅實的基礎。農業新能源領域的發展與物理知識之間存在著非常緊密的聯系，新能源開發和利用過程中所使用到的諸多原理和先進技術都建立在物理知識和定律基礎之上。物理知識在農業生產中有著非常高的應用價值，未來農業新能源領域的發展還將繼續加強對物理知識的應用，深入挖掘物理知識的應用潛力，通過對物理知識更全面深入的探究和應用來進一步促進現代農業的可持續發展。