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当今现代物理农业的四个高端技术和产品
2020-04-16 15:29:38 来源:农药快讯信息网 浏览:160

现代物理农业是指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,提高植物保护能力及改善其生活环境,最终获取高产、优质、无毒农产品的农业。

 

相较于大众熟知并且应用广泛的化学和生物农业种植方式,采用现代物理农业生产实施方案,现今往往被农业生产所忽略。而由于近几十年来主要采用化学农业种植方式,在生产中过量使用化学农业投入品,因而使得土壤板结、酸化、有机质含量下降、污染严重,土壤健康状况堪忧;使得农产品的品质和安全得不到保证。由此也导致了生产者能向市场提供的农产品品质和安全保证与消费者日益增长的对食品品质和安全的要求不相适应的矛盾日显突出。为解决目前农业生产中存在的问题,国家先后出台了诸多为解决土壤问题和切实保证食品品质和安全的政策和措施,并且提出“药肥双减增效”,保护“绿水青山”的要求。并且在2020年新年开始不久,中央一号文件就再次提到了:深入开展农药化肥减量行动,推进秸秆综合利用,并且要求强化科技支持作用。加强农业关键核心技术公关,部署一批重大科技项目,抢占科技制高点。实践证明,要解决目前农业生产中存在的问题,必须在扬化学农业和传统农业之长的同时,应用高科技技术研发并生产出先进的现代物理农业新产品。

 

除大众熟知的诱虫灯、植物光合作用灯、杀虫灯、粘蝇板等物理农业产品,本文将重点介绍,中国最为前沿的并且已处于世界领先地位的物理农业技术及产品:

 

一、应用生物微电流方式灭杀害虫的新产品——电极粉

目前,农业生产中对于害虫的防止,除采用一些物理杀虫的方式(如诱虫灯、粘蝇板等产品)外,大都采用的是化学或生物农药。由于化学产品的特性,杀虫后农药会残留在农作物上,且食品也会留有农残,因而给人们的身体健康乃至生命带来了严重的危害。

 

中国物理农业科学家经过十多年的研发,应用高能物理原理研发出了一款利用生物微电流杀虫的产品—电极粉。

 

产品机理:使用高能物理赋能技术,将食品/药品添加剂作为驻极体(带电能量的载体)进行高压赋能。当电极粉喷洒于虫体后,赋能驻极体对虫体的表皮进行溶脂,解构昆虫表皮生物电形成的一层有秩序的致密层(由几丁质、脂肪和蛋白质组成),打乱昆虫表皮结构,使电液在电场作用下击穿虫皮,快速渗入虫体(似同油布变成了无纺布),致昆虫细胞内的水分急速蒸发,脱水而死,整个杀虫过程迅速。由于生物微电流的电能量类似于静电(人和动物无法感知),因而对人体和动物无毒无害,且对环境友好。(注:昆虫皮肤是由生物电维持的致密有机驻极体层,当外原驻极体场能强于昆虫皮肤驻极体场能时,虫皮致密层被破坏漏液,虫液被蒸发而失水死亡。)

 

产品效能:电极粉采用纯物理变化进行杀虫。用电极粉杀虫,对害虫来讲不仅不存抗药性,而且其拥有比绝大多数传统化学农药和生物农药更高的杀虫速度。由于产品的载体属于绝对安全的食品/药品添加剂原料,无任何生物活性,即便在灭杀害虫时未能发挥效用的电极粉液体留存在作物及土壤上,也不会对人体产生任何危害,对环境友好,亦可确保农产品的安全。

 

电极粉的出现,颠覆了传统杀虫剂研发人员的认知和想象,即可以有高效的结果也有和传统农药相似的应用方式。并且该产品没有施药间隔期,存储时间长,对于从事有机种植,担心农药残留的种植户将是福音。

 

电极粉杀虫缺陷和使用方式:利用生物微电流杀虫产品和技术,也有其缺陷:例如没有内吸性,药效持久性短,在水分消失后,生物微电流将不再起作用。因此在实际应用时,种植户可以结合化学/生物农药,甚至水溶性肥料混配使用,以此来提高杀虫效率、减少农药使用、降低化学农药残留。

 

电极粉杀虫产品是中国科学家独立自主研发而成,并且拥有自主知识产权,是中国现代物理农业的一大突破和亮点。

 

二、农业废弃物“秸秆综合利用”的新产品——快速燃烧制肥机

农业废弃物处理现状及痛点:农作物收成后都有其废弃物(例如秸秆)。对于废弃物的处理,目前一般采用的是填埋处理法、焚烧处理法及生物处理法。但实践证明,每一种处理方法都存在一定的缺陷。其中,采用填埋法的主要问题在于渗滤液会造成比较严重的二次污染问题(从某种程度上讲是一种污染的转移甚至加剧),且可供填埋的用地日益减少;采用焚烧法的主要问题是需要消耗大量的热量。同时还会产生大量的有毒气体(如氮氧化物、硫氧化物等),严重破坏大气环境以及危害人体健康;采用生物法,虽是一种清洁环保的处理方法(是目前采用较多的一种方法),但该方法由于是将微生物与废弃物按比例同时加入,增加了微生物投入成本,且发酵过程资源消耗量较大。

 

基于上述三类处理方式的缺陷,中国物理农业科学家经过十几年的研发,利用现代物理业最前沿的高端技术,设计了一套全新的“快速燃烧制肥”的解决方案。此方案不仅可以快速处理农业废弃物,而且可将废弃物通过燃烧即时转化为可直接利用的“三态”肥料回归农田,大幅减少农业生产过程中化肥农药的使用。

 

产品的工作机理:快速燃烧制肥机设备由秸秆粉碎机、燃烧炉、烟气冷却系统、吸附制肥设备组成。其中,农业废弃物通过燃烧炉中的电引燃,并在设置于吸附制肥本体的引风机形成的负压作用下快速燃烧,其烟气经过冷却器降温进入吸附制肥本体而被电离分解和净化吸附,最终排出的是纯净的二氧化碳。该设备将农业废弃物通过燃烧,迅速转化为固态(通过燃烧所得的灰分)、液态(对烟气通过电离分解和净化吸附形成)、气态(通过净化所得二氧化碳气体)这“三态”全元素(富含所燃烧作物中所含的各种营养元素)速效肥料。(类似于传统的“火烧肥”)。

 

产品的主要功效:(1)可将农作物的秸秆在现场快速还田,防止秸秆在存放过程中产生的污染;(2)秸秆燃烧后所产生的固体肥和液体肥,是一种全元素肥,施用后形成当季作物可有效吸收的水溶性营养成份,可促进植物所需营养元素的平衡;(3)使用秸秆燃烧后所产生的固体肥和液体肥后,可大大减少化学肥料的使用;(4)使用秸秆燃烧后所产生的固体肥和液体肥,可对土壤进行杀虫灭菌,消除作物的连茬效应,大幅减少农药的使用量;5.将秸秆燃烧后所产生的固体肥和液体肥回归土壤,可有效改善土壤的质量。

 

相关数据:通过燃烧制肥机燃烧100 kg干物质所产生的草木灰和液态原肥回归农田后,可满足产生1 000 kg鲜植物的营养需求。以玉米秸秆为例:一吨含水率在18%的秸秆可产生820 kg干物质,经过燃烧制肥机燃烧后可产生40 kg草木灰及约1.5吨液态原肥。液态原肥若用于杀虫灭菌和改良土壤,可稀释80倍进行施用;液态原肥若用于农作物常规施肥,可稀释400倍进行施用。

 

使用快速燃烧制肥机,一是可实现高效环保解决农业废弃物处置的问题;二是将处理后的肥料再回归农田,是一条将农作物秸秆迅速“变废为宝”的新路子;三是让“三态”肥回归农田,可使农业生产过程中大幅减少化肥农药的使用,有力促进生态农业可持续发展和美丽乡村的建设。

 

三、利用高能物理原理营造空间静电场,解决畜禽舍及植物种植大棚的气传病害的新产品——空间电场设备

 

目前,人们对于畜禽舍及植物种植大棚的气传病害,都采用化学或生物类的杀菌剂。杀菌剂虽可灭杀畜禽舍及植物种植大棚的病害,但也留下了农药的残留。

 

中国物理农业科学家经过十多年的努力,应用现代物理业最前沿的高端技术,利用直流电场、静电场等多种生物效应,研发生产了可阻止气传病害及调节植物生产的功能的高科技产品——空间电场。

 

空间电场的工作机理:通过主机将直流高电压送入由绝缘子悬挂的电极线、大地组成的正、负极空间结构中,构建带电粒子形成的空间电场,带电粒子可以击穿飘浮空间带病粒子并碳化,脱离飘浮空间,达到防止气传病害的特殊效果。当带电粒子在空间饱和时,可形成动态防病状态,且能持续不断地处理气传病害粒子,以有效减少气传病害。同时,通过这个空间电场还可调节动植物生长环境以及生理活动,进而满足人们对农副产品的品质和绿色安全需求。

 

应用实例:空间电场产品通过在猪圈中的应用,可以起到两个作用,一是净化空气,抑制猪咳嗽所产生的飞沫、活动产生的粉尘等,使其不会在空中飞扬,相当于切断了传播渠道。二是猪舍里存在氨气之类的物质,其电离空气能产生一种灭菌消毒的原子氧。这种原子氧与氨气反应能够生成二氧化氮之类的氮氧化物,通常猪易便秘,因此猪舍的表面、地面都会比较潮湿,二氧化氮与猪舍里湿润的空气相溶可形成酸性物质,而这种酸性物质对很多病毒都有钝化作用。所以空间电场具有电离、产生灭菌和钝化空气及表面微生物的功能。

 

产品应用范围:植物设施大棚、畜禽养殖场、生物实验室、宠物店、公共场所等需要进行空气净化杀菌消毒的场所。

 

产品主要功效:

在种植业上应用:(1)调节光合作用强度和根系活力、提供空气氮肥,降低氮肥用量,促进植物增产;(2)切断气传病害传播渠道,灭活空气微生物,防治植物病害,减少农药杀菌剂的使用;(3)净化空气、消除设施内雾气、增加空气透明度提高光照效率。

在畜禽场应用:(1)净化空气与除臭、消减空气微生物浓度、灭活病原菌,预防气传病害;(2)调节钙代谢,预防软骨病,降低破蛋率、软蛋率。

 

四、纳米技术,化学和生物农药新发展方向

在化学农药、生物农药的新原药研发越来越困难的现状下,现有传统农药纳米化处理将带来新的机遇,纳米农药的应用将为无人机飞防,农药减量使用,提高农药利用率方面做出巨大贡献。

 

国际纯粹与应用化学联合会(英文简称IUPAC)在其成立100周年和门捷列夫元素周期表公布150周年纪念会上,首次公布了将改变世界的十大化学新兴技术,纳米农药位列首位。纳米农药主要是利用先进的物理技术,将非水溶性农药原药,分散成尽可能小的纳米微粒(粒径小于100纳米的才能称为纳米农药)的农药制剂。作为一种新型农药,纳米农药首先将会在国内近年迅速发展的无人机植保领域大显身手。

 

纳米农药最重要的优点是可大幅提高药效和降低农药使用量(农药的粒径越小,其有作用的微粒数量越多,接触作物靶标的面积就越大,以此达到减量增效的结果)。而植保无人机专用农药制剂需要达到低稀释倍数且稀释后稳定性高、避免堵塞喷头、雾化效果好,防止液滴飘移挥发、界面性能良好,易于沉积、铺展、渗透吸收等特点。纳米农药将成为无人机专用药剂一种非常好的选择。

 

纳米农药另一个显著优点是当活性成分成为纳米级别时,其将更能溶解于水中,对于高毒的苯类溶剂和助剂的使用将可去除,从而达到更加环境友好的结果。(对于本身就已是高水溶性或全水溶的农药产品,做成纳米级的意义就不是很大了)。

 

当然纳米农药作为新型农药,其在环境中的残留一直为业内人士担心和常常讨论的问题。目前,在这方面缺少相关的数据加以论证。我们相信,随着参与的企业增多,这些问题在未来将会逐步得到解决。

 

最后笔者想说:作为中国实体经济中的常青树,农业充满了机遇和挑战。未来农业将是一个跨界竞争的行业,中国现代物理农业将会整合更多的高科技技术,将会在行业中扮演越来越重要的角色。

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