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摘 要：阐述了现代物理农业工程主要技术及其工作原理，对该技术国内外应用研究及进展进行了概述，分析了当前我国发展现代物理农业工程技术存在的主要问题，针对这些问题从加强基础理论研究、提升装备研发能力、完善技术效果评价体系和加快示范、推广等方面提出了对策建议，并对该技术未来发展作了展望。
关键词：现代物理农业工程技术 工作原理 研究进展 存在问题 对策建议
现代物理农业工程技术是物理技术与现代农业的有机结合，是一种高效、清洁、环保的农业技术，符合绿色、生态农业发展方向。现代物理农业工程技术起源于植物生理学、农业物理学、生物物理学和物理农业。研究表明：应用电场、磁场、激光、超声等具有生物效应的物理因子，通过特定装备作用于农作物种子及幼苗，最终可获得高产、优质、无毒农产品[1-4]。
然而由于物理农业技术以物理手段为主要特点，没有其他农业技术简明、直观，在实际应用中缺乏一些应用效果的考量，导致目前各地在推广应用物理农业工程技术方面进展缓慢。
文章通过对各主要物理农业工程技术工作原理及国内外研究进展进行综合阐述，以期为该技术的推广应用提供技术参考。
1 现代物理农业工程主要技术及工作原理简介
1.1 植物声频控制技术
植物声频控制技术是近年来发展的一项农业新技术，其基本原理是利用声频发生器对植物施加特定频率的声波与植物自发声的频率相匹配，产生谐振，促进其生长发育，达到增产、优质、抗病的目的。
1.2 空间电场技术
空间电场技术是空间电场防病促生技术系统简称，是在空间电场力的作用下，借助空间电场放电产生臭氧、氮氧化物、高能带电粒子，温室内的粉尘、雾气等悬浮物在带电粒子作用下做定向脱除运动，同时附着在粉尘、雾气中的大部分病源微生物也会在臭氧、高能带电离子的双重作用下被灭杀，隔绝了气传病害的传播渠道，起到防病促生的作用。
1.3 种子磁化技术
磁技术是利用外加的物理因素，对被处理物进行刺激、调动其自身的调节作用，激发内部活力。种子磁化处理技术是在外加磁场作用下，增强种子中酶的功能和活力，调节个体发育中的物质转化和能量代谢，促进植物根系生长和养分吸收。
1.4 臭氧物理病害防治技术
臭氧是一种强氧化剂，利用臭氧的强氧化性特性，不仅可氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡，还能够透过细胞膜组织，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。温室病害臭氧防治技术的原理是对抽入机内的空气进行高电压放电而使空气臭氧化，借助扩散系统释放臭氧来实现气传病害的预防和病原微生物的灭杀。
2 现代物理农业工程技术发展概况
现代物理农业工程技术作为由化学农业向生态、可持续农业全面过渡转型的主要途径（另一种是生物工程），得到了各国的高度重视，联合国已明确提出了“物理农业”的概念。
2.1 国外发展概况
目前现代物理农业工程在国外发达国家都有研究和应用，主要涵盖种植业、畜牧业等。
声频控制技术方面：法国人切诺伊，她用声波处理的方法提高了啤酒厂大麦的发芽率；美国人Daniel系统地研究了植物细胞壁的力学性质，并阐述了外界应力与细胞生长之间的关系；美国D·Carlson公司采用高频声波（4000～6000 Hz）处理作物、D·R·Carlson则研究了声波与化学肥料联合作用下植物的生长发育问题[5]。空间电场研究方面：2006年、2009年韩国、法国在温室中引入了空间电场系统以验证其在促进作物生长和防治病害方面的作用；日本在20世纪90年代便开展了空间放电提高香菇产量的试验，并有一款用于香菇生产的放电器在市场销售；美国于2001年开展了鸡舍电净化技术的试验，主要用于排气系统电净化以控制养鸡舍布氏杆菌病；日本于2008年开展了针对口蹄疫控制方面的猪舍的空气电净化试验[6]。磁技术方面：20世纪70年代，日本、前苏联便开始了对种子经过磁场处理后的生物学效应研究；日本Pham Thanh Van等用恒定磁场装置处理蝴蝶兰球茎，得出磁场处理2～7周后球茎增值量增大，S极比N极效果更为明显[7]。
2.2 国内发展概况
国内现代物理农业技术在2007年之后逐步形成，大致可分为2大部分：一类是物理技术正向化，利用物理技术机理提高农产品产量和品质；一类是物理技术逆向化，利用物理学原理对病源微生物和害虫进行灭杀。
在促进作物生长、提高农产品品质和质量方面：侯天侦及其团队通过对植物声学特性研究得出该技术可显著促进设施蔬菜的生长发育、提早开花结果、增加产量、提高抗病虫害能力[4]；杨桂娟、白亚乡利用高压静电场处理大麦、甜菜、玉米等农作物种子后，得出不同剂量的静电场均能提高干种子及发芽种子的趋弱发光强度[1]；李旭英、刘滨疆等通过研究空间电场对植物吸收CO2和生长速度的影响，得出空间电场的极性对植物吸收CO2的速度有显著影响[8]；郑世英等用可变电磁场处理器对小麦种子进行处理试验得出了发芽率、发芽指数、活力指数与磁场强度、处理时间之间的相互关系[9]；周清、曲英华等研究了声频处理对草莓生长性状及叶绿素光系统Ⅱ的荧光参数的影响，得出：声频处理35d后，草莓的开花数、结果数、叶绿素含量及叶片光合作用能力均有所提高[10]。
在改善农业生产环境方面：马正义、刘滨疆研究了土壤根结线虫的电处理方法；大连市农业机械化技术推广站研制的空间电场/ CO2同补控制病害系统在促进植物CO2吸收的同时，控制空气传播病害；谷玉环研究认为空间电场防病促生系统能在地面与电极线间建立起自动循环间隙工作的空间电场，实现对病菌和害虫灭杀[11]；苏州市农业机械技术推广站采用臭氧发生器对设施大棚内西红柿、黄瓜、西葫芦等作物开展了病害防治效果试验研究。 3 现代物理农业工程技术发展存在的主要问题
虽然现代物理农业工程技术在我国部分地区已经开始小范围推广应用，但是直到现在仍未大规模推广应用，究其原因主要存在以下几个方面的问题。
3.1 对现代物理农业工程技术的认识还不够
现代物理农业工程技术在国内起步时间不长，农业主管部门、科技人员和农民对其应用效果的认识程度有待提高；另外现代物理农业工程技术多是以“看不到、摸不着”的方式作用于作业对象、缺乏一些效果的考量，不同于化肥、农药等以比较直观的方式作用于作物本身，更不像传统的联合收割机、插秧机等产生“立竿见影”的作业效果，一定程度上限制了这项技术的推广应用。
3.2 现代物理农业工程技术装备研发落后
目前大部分现代物理农业装备生产企业规模小、研发能力弱、生产工艺工装水平落后、缺乏严格的质量控制体系，产品质量稳定性差，制约了现代物理农业的整体发展。
3.3 现代物理农业工程技术工作原理与作物生长间的内在关系尚未理清
虽然国内外相关文献中均有借助现代物理农业工程技术提高被试作物产量和品质等方面的研究报道，但是具体作用机理尤其是与作物间内在的物理关系还都处于探索、研究阶段。如我国声学第一人侯天侦教授首先提出了“植物经络学说”，并研制了植物声频发生器应用于大田和温室生产，但是植物声频特性与植物生长间的内在关系还处于研究的初级阶段，有待从理论上进行严格的论证。
3.4 对现代物理农业工程技术在农业上的应用效果尚存在争议
以设施作物病害臭氧物理防治技术为例，虽然臭氧作为强氧化剂在水质处理、化学氧化、食品加工保鲜和医疗卫生领域已有较高水平的研究与设备开发，但其在设施大棚内作物病害防治效果目前还存在较大的争议。杨宇红、冯兰香研究认为臭氧防治温室蔬菜苗期意义不大，成株期防治效果需进一步研究确认；刘迪林、蔡杰明确质疑了臭氧防治温室病害理论，认为温室中使用臭氧防治病虫害是个错误。因存在诸多争议，政府主管部门在推广应用现代物理农业工程技术过程中格外谨慎，目前尚未出台相应的国家标准。
4 对策建议
4.1 加强基础理论研究
现代物理农业工程技术是现代物理学、材料学、植物学及农学领域的育种、栽培、土壤和遗传等多学科交叉和综合而成的一门新生学科，应从基础理论研究着手，加强各学科间技术机理研究，理清其内在作用原理，为现代物理农业工程技术发展提供理论依据。
4.2 提升装备研发和生产能力
装备是技术实现的载体，现代物理农业工程技术的发展离不开先进、适用、安全、可靠的装备支持。为此国家相关部门应制定严格的生产、使用技术标准，出台相应的扶持政策，引导生产企业提升装备研发和生产能力，努力为用户提供性能优良、技术先进、质量可靠的装备。
4.3 完善技术效果评价体系
目前现代物理农业工程技术及装备在应用过程中存在的各种争议，归根结底还是缺乏相应的技术效果评价体系。现代物理农业工程技术效果评价体系是保障该技术发展的重要组成。技术部门应当尽快出台相应的技术使用效果评判标准、统一装备使用作业质量，为主管部门对现代物理农业工程技术装备形成有效监管提供参照。
4.4 加快推进成熟技术装备的示范、推广
通过产、学、研、推之间的相互协作和联合，依托现代物理农业技术示范工程，建立科技示范基地、产业园区，扩大技术推广渠道，强化技术培训和宣传力度，加快推进成熟技术装备的示范、推广。5 结论和展望
现代物理农业工程技术作为一门新兴的、多学科交叉融合的学科，尚处于发展起步阶段，还存在很多亟需解决的问题：如在技术研究上，基础理论研究还比较薄弱；在装备研发上，生产企业良莠不齐，总体处于较低水平；在认识上，人们对现代物理农业工程技术的认识程度普遍不高；在评价体系上，缺乏相应的技术应用评价体系。这都需要不断地在实践中进行研究和总结，并上升到理论，并由理论指导实践，只有如此不断的往复、螺旋式前进，才能将这项技术逐步丰富和完善，进而推动我国现代农业健康可持续发展。
参考文献
[1] 白亚乡， 胡玉才， 迟建卫. 物理技术在农业生产中的应用进展[J]. 沈阳农业大学学报，2003（3）： 232-235.
[2] 张俐， 申勋业， 杨方. 高压静电场对生物效应影响的研究进展[J]. 东北农业大学学报，2009（3）：307-312.
[3] 何兴华， 程昌明， 陈杰. 磁化水对作物种子的生物效应研究[J]. 西南农业大学学报， 2003，25（2）：120-122.
[4] 侯天侦， 李保明， 腾光辉， 等. 植物声频控制技术在设施蔬菜生产中的应用[J]. 农业工程学报，2009，25（2）：156-159.
[5] 张建国. 植物声频控制装置的改进及其应用[D]. 南京： 南京农业大学， 2011.
[6] 郭光照. 空间电场和声波助长仪对日光温室蔬菜生长发育的影响[D]. 乌鲁木齐： 新疆农业大学，2014.
[7] Van P T， Teixeira da Silva J A， Ham L H， et al. Effects of permanent magnetic fields on the proliferation of Phalaenopsis protocorm-like bodies using liguid medium[J]. Scientia Horticulturae， 2011，128（4）：479- 484.
[8] 李旭英， 刘滨疆， 陈淑英. 空间电场对植物吸收CO2和生长速度的影响[J]. 农业工程学报，2007，23（10）：177-181.
[9] 郑世英， 徐建. 磁处理对小麦种子萌发及光合特性的影响[J]. 麦类作物学报， 2010（1）：79-82.
[10] 周清， 曲英华， 李保明， 等. 声频处理对草莓植株性状及叶片叶绿素荧光特性的影响[J]. 中国农业大学学报，2010，15（1）：111-115.
[11] 马正义， 刘滨疆， 张清江. 土壤根结线虫的电处理方法[J]. 农机科技推广，2006（10）：36.
Abstract：This paper expounds the main technology and working principle of modern physical agricultural engineering technology， summarizes the research progress of this technology at home and abroad， analyses the main existing problems. Aiming at these problems， puts forward some corresponding countermeasures， such as strengthening the basic theory research， improving the capabilities of equipment research and development， perfecting the evaluation system of technical effect， and promoting the demonstration of the technology. At last prospects for the future development of the technology.
Key words： Modern physical agricultural engineering technology； working principle； research progress； problems； countermeasures
关键词：现代物理农业工程技术 工作原理 研究进展 存在问题 对策建议
现代物理农业工程技术是物理技术与现代农业的有机结合，是一种高效、清洁、环保的农业技术，符合绿色、生态农业发展方向。现代物理农业工程技术起源于植物生理学、农业物理学、生物物理学和物理农业。研究表明：应用电场、磁场、激光、超声等具有生物效应的物理因子，通过特定装备作用于农作物种子及幼苗，最终可获得高产、优质、无毒农产品[1-4]。
然而由于物理农业技术以物理手段为主要特点，没有其他农业技术简明、直观，在实际应用中缺乏一些应用效果的考量，导致目前各地在推广应用物理农业工程技术方面进展缓慢。
文章通过对各主要物理农业工程技术工作原理及国内外研究进展进行综合阐述，以期为该技术的推广应用提供技术参考。
1 现代物理农业工程主要技术及工作原理简介
1.1 植物声频控制技术
植物声频控制技术是近年来发展的一项农业新技术，其基本原理是利用声频发生器对植物施加特定频率的声波与植物自发声的频率相匹配，产生谐振，促进其生长发育，达到增产、优质、抗病的目的。
1.2 空间电场技术
空间电场技术是空间电场防病促生技术系统简称，是在空间电场力的作用下，借助空间电场放电产生臭氧、氮氧化物、高能带电粒子，温室内的粉尘、雾气等悬浮物在带电粒子作用下做定向脱除运动，同时附着在粉尘、雾气中的大部分病源微生物也会在臭氧、高能带电离子的双重作用下被灭杀，隔绝了气传病害的传播渠道，起到防病促生的作用。
1.3 种子磁化技术
磁技术是利用外加的物理因素，对被处理物进行刺激、调动其自身的调节作用，激发内部活力。种子磁化处理技术是在外加磁场作用下，增强种子中酶的功能和活力，调节个体发育中的物质转化和能量代谢，促进植物根系生长和养分吸收。
1.4 臭氧物理病害防治技术
臭氧是一种强氧化剂，利用臭氧的强氧化性特性，不仅可氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡，还能够透过细胞膜组织，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。温室病害臭氧防治技术的原理是对抽入机内的空气进行高电压放电而使空气臭氧化，借助扩散系统释放臭氧来实现气传病害的预防和病原微生物的灭杀。
2 现代物理农业工程技术发展概况
现代物理农业工程技术作为由化学农业向生态、可持续农业全面过渡转型的主要途径（另一种是生物工程），得到了各国的高度重视，联合国已明确提出了“物理农业”的概念。
2.1 国外发展概况
目前现代物理农业工程在国外发达国家都有研究和应用，主要涵盖种植业、畜牧业等。
声频控制技术方面：法国人切诺伊，她用声波处理的方法提高了啤酒厂大麦的发芽率；美国人Daniel系统地研究了植物细胞壁的力学性质，并阐述了外界应力与细胞生长之间的关系；美国D·Carlson公司采用高频声波（4000～6000 Hz）处理作物、D·R·Carlson则研究了声波与化学肥料联合作用下植物的生长发育问题[5]。空间电场研究方面：2006年、2009年韩国、法国在温室中引入了空间电场系统以验证其在促进作物生长和防治病害方面的作用；日本在20世纪90年代便开展了空间放电提高香菇产量的试验，并有一款用于香菇生产的放电器在市场销售；美国于2001年开展了鸡舍电净化技术的试验，主要用于排气系统电净化以控制养鸡舍布氏杆菌病；日本于2008年开展了针对口蹄疫控制方面的猪舍的空气电净化试验[6]。磁技术方面：20世纪70年代，日本、前苏联便开始了对种子经过磁场处理后的生物学效应研究；日本Pham Thanh Van等用恒定磁场装置处理蝴蝶兰球茎，得出磁场处理2～7周后球茎增值量增大，S极比N极效果更为明显[7]。
2.2 国内发展概况
国内现代物理农业技术在2007年之后逐步形成，大致可分为2大部分：一类是物理技术正向化，利用物理技术机理提高农产品产量和品质；一类是物理技术逆向化，利用物理学原理对病源微生物和害虫进行灭杀。
在促进作物生长、提高农产品品质和质量方面：侯天侦及其团队通过对植物声学特性研究得出该技术可显著促进设施蔬菜的生长发育、提早开花结果、增加产量、提高抗病虫害能力[4]；杨桂娟、白亚乡利用高压静电场处理大麦、甜菜、玉米等农作物种子后，得出不同剂量的静电场均能提高干种子及发芽种子的趋弱发光强度[1]；李旭英、刘滨疆等通过研究空间电场对植物吸收CO2和生长速度的影响，得出空间电场的极性对植物吸收CO2的速度有显著影响[8]；郑世英等用可变电磁场处理器对小麦种子进行处理试验得出了发芽率、发芽指数、活力指数与磁场强度、处理时间之间的相互关系[9]；周清、曲英华等研究了声频处理对草莓生长性状及叶绿素光系统Ⅱ的荧光参数的影响，得出：声频处理35d后，草莓的开花数、结果数、叶绿素含量及叶片光合作用能力均有所提高[10]。
在改善农业生产环境方面：马正义、刘滨疆研究了土壤根结线虫的电处理方法；大连市农业机械化技术推广站研制的空间电场/ CO2同补控制病害系统在促进植物CO2吸收的同时，控制空气传播病害；谷玉环研究认为空间电场防病促生系统能在地面与电极线间建立起自动循环间隙工作的空间电场，实现对病菌和害虫灭杀[11]；苏州市农业机械技术推广站采用臭氧发生器对设施大棚内西红柿、黄瓜、西葫芦等作物开展了病害防治效果试验研究。 3 现代物理农业工程技术发展存在的主要问题
虽然现代物理农业工程技术在我国部分地区已经开始小范围推广应用，但是直到现在仍未大规模推广应用，究其原因主要存在以下几个方面的问题。
3.1 对现代物理农业工程技术的认识还不够
现代物理农业工程技术在国内起步时间不长，农业主管部门、科技人员和农民对其应用效果的认识程度有待提高；另外现代物理农业工程技术多是以“看不到、摸不着”的方式作用于作业对象、缺乏一些效果的考量，不同于化肥、农药等以比较直观的方式作用于作物本身，更不像传统的联合收割机、插秧机等产生“立竿见影”的作业效果，一定程度上限制了这项技术的推广应用。
3.2 现代物理农业工程技术装备研发落后
目前大部分现代物理农业装备生产企业规模小、研发能力弱、生产工艺工装水平落后、缺乏严格的质量控制体系，产品质量稳定性差，制约了现代物理农业的整体发展。
3.3 现代物理农业工程技术工作原理与作物生长间的内在关系尚未理清
虽然国内外相关文献中均有借助现代物理农业工程技术提高被试作物产量和品质等方面的研究报道，但是具体作用机理尤其是与作物间内在的物理关系还都处于探索、研究阶段。如我国声学第一人侯天侦教授首先提出了“植物经络学说”，并研制了植物声频发生器应用于大田和温室生产，但是植物声频特性与植物生长间的内在关系还处于研究的初级阶段，有待从理论上进行严格的论证。
3.4 对现代物理农业工程技术在农业上的应用效果尚存在争议
以设施作物病害臭氧物理防治技术为例，虽然臭氧作为强氧化剂在水质处理、化学氧化、食品加工保鲜和医疗卫生领域已有较高水平的研究与设备开发，但其在设施大棚内作物病害防治效果目前还存在较大的争议。杨宇红、冯兰香研究认为臭氧防治温室蔬菜苗期意义不大，成株期防治效果需进一步研究确认；刘迪林、蔡杰明确质疑了臭氧防治温室病害理论，认为温室中使用臭氧防治病虫害是个错误。因存在诸多争议，政府主管部门在推广应用现代物理农业工程技术过程中格外谨慎，目前尚未出台相应的国家标准。
4 对策建议
4.1 加强基础理论研究
现代物理农业工程技术是现代物理学、材料学、植物学及农学领域的育种、栽培、土壤和遗传等多学科交叉和综合而成的一门新生学科，应从基础理论研究着手，加强各学科间技术机理研究，理清其内在作用原理，为现代物理农业工程技术发展提供理论依据。
4.2 提升装备研发和生产能力
装备是技术实现的载体，现代物理农业工程技术的发展离不开先进、适用、安全、可靠的装备支持。为此国家相关部门应制定严格的生产、使用技术标准，出台相应的扶持政策，引导生产企业提升装备研发和生产能力，努力为用户提供性能优良、技术先进、质量可靠的装备。
4.3 完善技术效果评价体系
目前现代物理农业工程技术及装备在应用过程中存在的各种争议，归根结底还是缺乏相应的技术效果评价体系。现代物理农业工程技术效果评价体系是保障该技术发展的重要组成。技术部门应当尽快出台相应的技术使用效果评判标准、统一装备使用作业质量，为主管部门对现代物理农业工程技术装备形成有效监管提供参照。
4.4 加快推进成熟技术装备的示范、推广
通过产、学、研、推之间的相互协作和联合，依托现代物理农业技术示范工程，建立科技示范基地、产业园区，扩大技术推广渠道，强化技术培训和宣传力度，加快推进成熟技术装备的示范、推广。5 结论和展望
现代物理农业工程技术作为一门新兴的、多学科交叉融合的学科，尚处于发展起步阶段，还存在很多亟需解决的问题：如在技术研究上，基础理论研究还比较薄弱；在装备研发上，生产企业良莠不齐，总体处于较低水平；在认识上，人们对现代物理农业工程技术的认识程度普遍不高；在评价体系上，缺乏相应的技术应用评价体系。这都需要不断地在实践中进行研究和总结，并上升到理论，并由理论指导实践，只有如此不断的往复、螺旋式前进，才能将这项技术逐步丰富和完善，进而推动我国现代农业健康可持续发展。
参考文献
[1] 白亚乡， 胡玉才， 迟建卫. 物理技术在农业生产中的应用进展[J]. 沈阳农业大学学报，2003（3）： 232-235.
[2] 张俐， 申勋业， 杨方. 高压静电场对生物效应影响的研究进展[J]. 东北农业大学学报，2009（3）：307-312.
[3] 何兴华， 程昌明， 陈杰. 磁化水对作物种子的生物效应研究[J]. 西南农业大学学报， 2003，25（2）：120-122.
[4] 侯天侦， 李保明， 腾光辉， 等. 植物声频控制技术在设施蔬菜生产中的应用[J]. 农业工程学报，2009，25（2）：156-159.
[5] 张建国. 植物声频控制装置的改进及其应用[D]. 南京： 南京农业大学， 2011.
[6] 郭光照. 空间电场和声波助长仪对日光温室蔬菜生长发育的影响[D]. 乌鲁木齐： 新疆农业大学，2014.
[7] Van P T， Teixeira da Silva J A， Ham L H， et al. Effects of permanent magnetic fields on the proliferation of Phalaenopsis protocorm-like bodies using liguid medium[J]. Scientia Horticulturae， 2011，128（4）：479- 484.
[8] 李旭英， 刘滨疆， 陈淑英. 空间电场对植物吸收CO2和生长速度的影响[J]. 农业工程学报，2007，23（10）：177-181.
[9] 郑世英， 徐建. 磁处理对小麦种子萌发及光合特性的影响[J]. 麦类作物学报， 2010（1）：79-82.
[10] 周清， 曲英华， 李保明， 等. 声频处理对草莓植株性状及叶片叶绿素荧光特性的影响[J]. 中国农业大学学报，2010，15（1）：111-115.
[11] 马正义， 刘滨疆， 张清江. 土壤根结线虫的电处理方法[J]. 农机科技推广，2006（10）：36.
Abstract：This paper expounds the main technology and working principle of modern physical agricultural engineering technology， summarizes the research progress of this technology at home and abroad， analyses the main existing problems. Aiming at these problems， puts forward some corresponding countermeasures， such as strengthening the basic theory research， improving the capabilities of equipment research and development， perfecting the evaluation system of technical effect， and promoting the demonstration of the technology. At last prospects for the future development of the technology.
Key words： Modern physical agricultural engineering technology； working principle； research progress； problems； countermeasures