1物理农业介绍
1.1物理农业的概念
现代物理农业首先是从植物生理学、农业物理学和生物物理学等多个学科中发展起来的，大量的研究数据都表明，物理学中的声、光、电、磁和核等物理因素对植物的生长和发展有着明显的影响。在传统的物理农业领域中主要侧重于植物生长方面的研究，但也仅仅是在声和磁方面的探索比较多，在早期有通过核技术、航天技术、激光技术、磁技术和声频控制技术等综合技术来影响农业生产。在现代化的物理农业生产中，从电、磁、声、热力学和光学等多个领域都有与农业生产的结合与探索，在农业大领域中的种植、畜牧和水产等方面都有新的探索。
1.2物理农业的理论基础
在物理农业发展的过程中，主要涉及的理论基础从传统的应力刺激逐步深入到细胞的生长、细胞内交变信号的传导等理论。有专家对物理农业的理论基础进行过系统的研究，他们发现现代物理农业生产主要是以植物分子生物学作为基础理论，通过量子力学的影响，改变植物机体内部分子在生理代谢、酶活性和物理因子的活性，以此来提高农作物的产量，提高农产品的质量。同时增强作物的抗病力，有利于生态环境的保护和人类的身体健康。
1.3物理农业的主要技术内容
1.3.1声波助长技术
该技术主要是对农作物施放特定的声波，使得作物本身与施放的声波可以产生共振，促进植物体内各种营养因素的吸收和转化，提高植物的光合作用和吸收能力，促进植物的生长发育，提高作物的产量、抗病性和质量。
1.3.2空间电场防病促生技术
该技术通过空间电场的建立，营造出带有高能带电粒子、臭氧和氮氧化物的植物生长环境，在这一环境中能够对粉尘、空气中的微生物、有害气体有比较好的防控效果。这一技术能够应用于温室大棚和畜禽舍，实现空气环境的净化和植物气传病的综合防控。
1.3.3种子磁化技术
在播种之前利用磁化技术对种子进行前期处理，保持种子的微磁性，当种子播种到土壤中后可以通过微磁性吸附土壤中的部分必须微量元素，从而提高种子的发芽率，为植物的生长打下良好的基础。经过磁化处理的种子长出的植株长势较好，特别是籽实比较饱满，粮食作物和蔬菜产量普遍提高10%以上。
1.3.4电子杀虫技术
该技术利用病虫害的趋光性、趋波性和雌雄飞蛾趋性等生物学特点，通过特殊光源等生物灭杀设备在夜晚吸引农业害虫，在害虫飞扑向光源的过程中，能够通过周边的高压电网将害虫灭杀，从而降低害虫对农作物的危害，减少农药的使用。
1.3.5植物补光技术
该技术根据植物生长的规律和植物的光合作用原理，利用灯光来对植物进行补光照射，为植物的生长提供必要的光源。植物补光灯可做成红蓝、蓝色和红色集中形式，可以有效覆盖植物光合作用的波长。红色和蓝色的组合光呈现出粉红色，红光促进植物发芽、开花，蓝光促进植物生长。植物补光技术可以有效改善温棚内植物缺乏光照引起的植物生长发育不良的问题，提高作物的产量和质量，节本增效。
2国内外物理农业技术应用现状
2.1国外应用现状
现代物理农业技术最早在美国、日本和俄罗斯等国家应用，有文献发现，在物理农业技术的发展中最具有应用价值的是法国人切诺伊通过声波技术的应用有效地提高了啤酒大麦的发芽率;在法国和前苏联都有关于使用贝多芬的音乐来提高西红柿和甜菜产量的报道;2000年，日本研究人员通过声波技术的处理改变了微生物的繁殖时间;美国的Carlson博士研究声波技术和化肥综合使用对植物生长发育的影响，申请了多个专利;研究发现一定强度的超声波会促进植物细胞的生长;另外，也有部分研究人员利用噪声来影响杂草的生长。
2.2国内应用现状
我国在物理农业技术的发展方面还相对比较滞后，21世纪以后，我国对物理农业技术的重视程度也越来越高，特别是在天津、新疆、大连等地开展试点工作，并获得了很多的实践经验，取得了一定的技术成果，成为全国现代物理农业技术推广的示范点。目前在农业生产和发展中，需要从品种、生产管理、肥料的使用等多个环节进行提高，在农作物的收获和销售全程使用实用的、投入不高的、符合中国农民民情的物理农业设备和技术。
2.2.1选种和育种上的应用
在农作物的选种和育种方面可以有效地利用现代物理农业技术，目前发展相对比较完善的就有种子磁化技术和等离子处理技术。通过电磁场技术在种子处理机中挑选出饱满的优质种子通过电磁技术进行处理来提高种子的发芽率。研究发现，磁化处理后的种子在酶活性、发芽率和出苗时间等方面都有很好的提升。通过这一技术处理后的种子在根系方面更加发达，作物生长后的新陈代谢速度也比普通作物快，植物长势更好，在田间管理时有利于提高大田作物的产量，能够产生良好的生态和经济效益。等离子体种子处理技术是在种子的自由落体过程中通过等离子照射增加种子生长的活力，有效提高种子的抗病性和防病能力，从而增加农作物的产量。有研究发现，经过等离子体技术处理后的种子在农作物产品品质的改善、作物产量的增加方面效果非常明显。而且该技术在成本方面有着很大的优势，种子处理的成本相对较低，操作技术也比较简单，污染较小，非常适合大面积推广。
2.2.2土地管理和作物生长管理中的应用
目前，我国的很多物理农业技术都得到了较为广泛的应用。如声波助长仪，通过特定频率声波的设置来促进农作物营养的吸收和转化，增强植物的生长性能、有效提高作物的产量，并且保证农作物的产品质量。通过在温室大棚中建立空间电厂，可以通过电场中的高能带电粒子有效降低植物气传病的发生，在土壤和农作物的生长环境中造成微弱的电流环境，促进农作物的光合作用，实现增产增收。通过电子杀虫灯来有效地杀灭农作物生产中具有趋光性、趋热性的害虫，降低农药的使用，提高农作物产量和质量。
3现代物理农业生产模式
要将物理农业发展成为一种产业就要有相应的产业模式来符合产业发展的需求，在传统意义上的某一项技术或者几项技术的应用或者简单的设施设备的组合并不能称之为产业模式，而且对现代物理农业产业的发展来说提升作用相对比较有限。
3.1无毒优质果蔬
这一模式主要是用来生产无毒的优质果品和蔬菜，以环境安全型温室为主要生产单位，通过物理调控技术来有效预防病虫害对作物的影响，从而实现果品和蔬菜生产的无毒、优质目标。在这一模式中使用的现代物理农业技术有温室电除雾防病促生技术、土壤电消毒灭虫技术和声波助长技术等。温室电除雾防病促生技术主要用来防控霜霉病和灰霉病等气传和真菌性病害;土壤电消毒灭虫技术主要用来控制土壤传染病害，如枯萎病、根腐病等;声波助长技术用于促进植物的快速生长、产量和品质的提高与改善。
3.2环境安全型畜禽舍
这一模式主要是为了实现畜禽的安全生产，通过这一生产模式的使用来实现动物疫病的自动预防和畜禽臭气的自动分解。主要使用的技术包括畜禽舍空气电净化自动防疫技术和等离子体除臭灭菌技术。这两项技术主要是为了有效的防治和净化畜禽舍空间中存在的粉尘、飞沫和雾气，净化畜禽舍的空气，灭杀畜禽舍的微生物，从而实现疫病的自动预防和畜禽的安全生产。
3.3环境安全型食用菌菇房
该模式主要是将空间电场促蕾防病技术、静电灭虫技术和声波助长技术有效结合起来，通过这些技术净化食用菌生产环节中的空气，抑制杂菌的生长，保证食用菌的生产。其中静电灭虫技术主要是用来灭杀菇蝇类的害虫和跳虫，通过电击杀技术有效降低螨类的数量，降低农药等化学药物的使用。通过声波助长技术来调控食用菌的生长，改善食用菌的品质，实现食用菌菇行整齐、菌丝转化彻底的目标。
3.4环境安全型水产养殖
这一模式集成了水槽水体微电解技术系统和循环水微电解处理器、空气电净化自动灭菌系统以及介导渔礁、LED灯补光器等。主要是通过海水或淡水的微电解和人工介导渔礁的设置，把两个惰性电极插在池塘的两端，同时在两个电极之间设置多个介导鱼礁(鱼礁具有屏蔽电场和电流的作用)，通电以后鱼和其他水生动物就会躲入鱼礁内部，当鱼躲入鱼礁后，就可以调大电解电压，从而有效控制水体微生物的数量和氨氮含量，优化水质。另外，由空气电净化自动灭菌系统、微电解技术系统、介导渔礁组成的环境安全型水产育苗室已经开始对海胆、海参、鱿鱼、泥鳅和金鱼进行养殖试验，以观测水生动物集体健康状况的发病率、感染率和致死率等。
4研究趋势及展望
2l世纪是我国从传统农业向现代化农业迈进的关键时期，解决我国农业存在的问题必须依靠科技的进步。物理农业在我国还处于起步阶段，对相关技术的研究深度和研究广度还远远不够，未来的发展还有很长的路要走。一些技术由于其作用的复杂性和广泛性，作用的微观机理还不是完全清楚，还有待于大量的进一步深入细致的探索和研究，来推动物理农业健康快速地发展，才能让物理农业真正发挥出高效无害、生态环保的优势。
作者：陈宏波 陈勇 单位：天津市农业机械推广总站
