激光在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

1、 激光在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用1、引言 激光是由激光發(fā)射器發(fā)射出來(lái)的一種與自然光不同的特殊單色光,具有亮度高,定向性強(qiáng)和極好的單色性等優(yōu)點(diǎn)。自其在60年代問(wèn)世以來(lái),在自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)大顯身手,在生產(chǎn)上己得到廣泛應(yīng)用,也成為發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)高新技術(shù),并取得顯著效果，在誘變育種、增強(qiáng)種子活力、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、提高產(chǎn)量和品質(zhì)、平地整地、提高節(jié)水灌溉能力、防治病蟲害等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。 2、激光在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一些典型應(yīng)用 2.1 激光誘變育種 從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，美國(guó)、前蘇聯(lián)、澳大利亞、加拿大等國(guó)就已將激光用于誘變育種。我國(guó)激光育種始于1972年，并在糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物乃至微生物育種、牲畜育種、魚

2、類育種領(lǐng)域取得顯著成果，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。應(yīng)用育種的激光器波長(zhǎng)從遠(yuǎn)紅外1 188um，106 um，到可見(jiàn)光6943nm，6328nm，530nm，441 6nm，到紫外3371nm，265nm等；常用的激光器有CO2、He-Ne、N2、釹玻璃、紅寶石、Ar 、YAG等，其中以C02和He-Ne激光最為普遍。 圖一 激光育種農(nóng)作物 圖二 激光育種魚類 2.2 提高種子活力 低劑量激光能使機(jī)體當(dāng)代產(chǎn)生光化學(xué)效應(yīng)，DNA酶系統(tǒng)活性提高，有絲分裂加快，核仁、器官活化，可使種子發(fā)芽率提高、出苗加快、苗期生長(zhǎng)旺盛、植株矮化、分蘗增加、提早開(kāi)花和成熟、增加產(chǎn)量。報(bào)道較早的是美國(guó)和加拿大，用紅

3、寶石激光處理蠶豆、蘿卜、紫花、苜蓿和南瓜種子提高種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)。我國(guó)在20世紀(jì)70年代初開(kāi)始研究，現(xiàn)已在水稻、小麥、大麥、棉花、高粱、玉米、大豆、甜菜、蕃茄、黃瓜、青椒、馬鈴薯及甜橙等方面取得成果。激光促長(zhǎng)的主要途徑有照射種子、照射植株和照射灌溉水，國(guó)內(nèi)目前主要是照射種子。長(zhǎng)期實(shí)踐表明，低劑量激光照射不僅在提高種子活力方面有短生物效應(yīng)，而且對(duì)秧苗的生長(zhǎng)和發(fā)育有長(zhǎng)期的生物效應(yīng)。 圖三 “激光種子” 2.3 激光平地整地 激光平地整地技術(shù)是利用激光獨(dú)有特性，將激光束作為控制手段，控制液壓平地機(jī)具的升降高度。激光平地設(shè)備一般由激光發(fā)射器、接收器、控制器和平地機(jī)具組成。激光發(fā)射器發(fā)射一束極細(xì)且能旋

4、轉(zhuǎn)360。的激光束，提供恒定平地基準(zhǔn)。裝有接收器的裝置放在靠近平地機(jī)具測(cè)量標(biāo)桿上，從激光束到平地刀口之間的固定距離即為標(biāo)高測(cè)量基準(zhǔn)，接收器檢測(cè)到激光信號(hào)后不間斷地給控制器發(fā)送坡度信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)具控制，達(dá)到農(nóng)業(yè)平地整地的效果。 圖四 激光平地整地示意圖 圖五 激光平地整地 2.4 防治病害蟲 美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)激光照射到健康農(nóng)作物時(shí)，能被吸收進(jìn)行光合作用。如果照射在生長(zhǎng)不良或有病蟲害的農(nóng)作物上時(shí)，光能不會(huì)完全被光合作用利用，其中一部分會(huì)分散成不同波長(zhǎng)的冷光或被反射回來(lái)。通過(guò)分析這些光的性質(zhì)，就可檢測(cè)到作物病害，確診病因，對(duì)癥下藥。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，利用激光技術(shù)替代化學(xué)藥品防治殺滅害蟲，可有效減輕農(nóng)藥殘

5、留對(duì)環(huán)境的污染和因食用被污染的食品而給人們的健康造成傷害。用小功率紅寶石或CO2激光器可在幾小時(shí)內(nèi)殺死大部分農(nóng)業(yè)害蟲的卵、幼蟲、蛹或成蟲，如波長(zhǎng)450 500nm的激光可殺死螨類和蚊類。 圖六 激光除蟲之滅蚊激光炮 2.5 激光除草 美國(guó)一家農(nóng)業(yè)研究所的科研人員研制成功一種新型的激光除草劑，其主要成分是按基乙酰丙酸。這種除草劑完全是通過(guò)光發(fā)揮作用的，效力大，用量小，不損害農(nóng)作物，對(duì)人畜無(wú)害，使用非常方便。于黃昏前噴射施用，被雜草吸收后，在光的作用下，便產(chǎn)生有害物質(zhì)，破壞雜草的細(xì)胞膜，最后流出汁液，在4 小時(shí)之內(nèi)雜草就變白而枯死。 圖七 激光除草 2.6 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉 植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，用紅寶石發(fā)出

6、的激光束照過(guò)的誰(shuí)灌溉農(nóng)田，特別容易被作物吸收。同時(shí)，這些灌溉灌溉激光水的玉米，棉花等，產(chǎn)量提高2成。植物學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，植物對(duì)激光水的吸收率是普通水的3倍。這些發(fā)現(xiàn)，對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水具有深遠(yuǎn)意義。 2.7 改良水果品種 沙田柚是盛譽(yù)海內(nèi)外的名果，果肉柔嫩，味甜有蜜味。主要缺點(diǎn)是果內(nèi)的籽太多，一個(gè)果平均有籽140150?！，F(xiàn)在用激光改造了柚子樹(shù)性能，結(jié)的柚子里面含的籽很少，而且有4的果內(nèi)一粒籽都沒(méi)有。 果子的肉更甜，含可溶性固性物高達(dá)1214，比通常的果子含量高2左右，產(chǎn)量也提高了。 以往一朵花只結(jié)一個(gè)果，結(jié)兩個(gè)果的就很少了，現(xiàn)在，一般結(jié)二三個(gè)果，還出現(xiàn)一朵花結(jié)40個(gè)果的事。平均每棵樹(shù)可以收400個(gè)果，而以前只有150200個(gè)。 還有一種叫“沙子早生”的桃子樹(shù)，它結(jié)的桃子肉厚、嫩、甜，是制造桃子水果罐頭的好原料。我國(guó)引種了好幾年，但結(jié)果率很低。果樹(shù)栽培專家說(shuō)，這是因?yàn)樗加小安挥Y”?，F(xiàn)在采用激光照射處理的辦法，終于治好了它的“不孕癥”，結(jié)果率達(dá)85以上，產(chǎn)量比原先提高4倍以上，而且果子的品質(zhì)也獲得提高，含糖量高達(dá)14.5，恢復(fù)疲勞素（天冬氨酸）的含量提高。 圖八 激光處理的沙田柚和桃 3、總結(jié) 就現(xiàn)在而言，激光用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還受到很多的限制，我