（地球探测与信息技术专业论文）STD1系统的研究与设计.pdf

摘要 本文结合“十一五 国家科技支持计划“粮食丰产科技工程 项目，针对储粮驱鼠灭鼠领域，研究出一种能利用电磁辐射驱鼠灭鼠 的物理方法，并研制出一套能在大、中型粮库中应用的伪随机无定向 旋转电磁场辐射的驱灭鼠系统( s t 胪1 ) ，达到逐步解决粮食产后减损 的难题。 本文首先搜集了大量的生物医学实验数据和相关文献记载，全 面分析了电磁场频率范围和辐射强度大小对老鼠生殖能力、中枢神经 系统、学习能力等方面的影响，确定了对老鼠伤害比较严重的电磁场 频率范围和磁场强度，为“s t d - i 系统的研发确定了理论基础。 伪随机无定向旋转电磁场辐射“s t d _ 1 装置的设计主要分为： l ：信号源的研究与设计、2 ：自适应编码控制系统的研究与设计、3 ： 伪随机无定向旋转电磁场辐射三大部分。 在伪随机无定向旋转电磁场辐射“s t d - i 装置的研究与设计 中，首次提出并采用“伪随机广谱复合频率信号作为人工场源，实 现粮食储粮环境驱鼠灭鼠的方法。在信号源的研究与设计中针对信号 源的广谱性质、起始相位同步、多频同步发送等关键技术进行了研究 与设计。在自适应编码控制系统的研究与设计中，针对磁场的无定向 自适应控制关键技术进行了研究与设计。在伪随机无定向旋转电磁场 辐射器的研究与设计中针对辐射器部分进行了电磁场理论分析并结 合低频电流元辐射的磁场强度对应分析，设计出了一种具有发明专利 的接地偶极子辐射装置，并在计算机上进行了仿真。 通过对“s t d - - i 模拟装置的整机测试与仿真实验，结果表明： s t d 1 的系统的研究与设计达到了设计要求。 关键词：伪随机，复合频率，极低频 a bs t r a c t a c c o r d i n gt or e q u i r e m e n to f h i g h - y i e l df o o ds c i e n c ea n dt e c h n o l o g y p r o je c t s ”o ft h e “11 m f i v e y e a rp l a n w i t hn a t i o n a ls c i e n t i f i ca n d t e c h n o l o g i c a ls u p p o r t ，f o c u s i n go ng r a i ns t o c k p i l ep r o b l e mi nr u r a la r e a s ， 1 1 1 ep a p e rp r e s e n t san e w p h y s i c a lm e t h o dt oe x p e la n de r a d i c a t er o d e n t s b yv i r t u eo fp s e u d o - r a n d o ma s t a t i cr o t a r ye l e c t r o m a g n e t i cf i e l dr a d i a t i o n a n di td e s c r i b e sh o wt od e v e l o pas e to f p s e u d o - r a n d o ma s t a t i cr o t a r y e l e c t r o m a g n e t i cf i e l dr a d i a t i o nc o n t r o ls y s t e m ( s t d 1 ) w h i c hi su s e di n l a r g ea n dm e d i u m - s i z e dg r a i nd e p o t f i r s t ，t h ep a p e ra n a l y s e st h ei n j u r yi n f l u e n c eo fe l e c t r o m a g n e t i cf i e l d r a d i a t i o nt ot h er e p r o d u c t i v e ，t h ec e n t r a ln e r v o u ss y s t e m , l e a r n i n ga n d m e m o r yc a p a c i t yo fr o d e n t s ，b a s i n go n1 0 t so fb i o m e d i c a le x p e r i m e n t s a n dd a t a a n dt h e nt h ef i e q u e n c ya n di n t e n s i t y r a n g eo f e l fi sc o n f i r m e d , w h i c h l a y sat h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rt h es t u d vo ft h es y s t e m 1 1 1 ep a p e rd i v i d e si n t ot h r e ep a r t st od e s c r i b eh o wt od e s i g ns t d 1 e q u i p m e n t 1 1 1 e c o n t e n tc o n t a i n s s i g n a l s o u r c e m o d u l e ，a d a p t i v e o c c l u s i o nc o d i n gm o d u l ea n dr a d i a t i o nc o n t r o l l e rt h r e e s p e c i f i cm o d u l e i nt h er e s e a r c ha n d d e s i g n o fp s e u d o - r a n d o ma s t a t i c r o t a r y e l e c t r o m a g n e t i cf i e l dr a d i a t i o nc o n t r o ls y s t e m ( s t d 1 ) ，p s e u d o - r a n d o m b r o a d s p e c t r u mc o m p o s i t ef r e q u e n c ys i g n a ls o u r c ei su s e da sm a n m a d e s i g n a lf o rt h ef i r s tt i m et or e a l i z ee x p e l l i n ga n de r a d i c a t i n gr o d e n t si n g r a ms t o r a g ee n v i r o n m e n t i nt h er e s e a r c ha n dd e s i g no fs i g n a ls o u r c e ， t h ek e yt e c h n o l o g yo ft h en a t u r e0 fb r o a d s p e c t r u m , t h es a m ei n i t i a lp h a s e ， a n dm u l t i - f r e q u e n c y s y n c h r o n i z a t i o ns e n d i n gh a sb e e nr e s e a r c h e d a d a p t i v ec o n t r o lc o d i n gh a sa l s ob e e nd e s i g n e di nt h ec o n t r 0 1s y s t e m r a d i a t i o nc o n t r o l l e rm o d u l ed e s c r i b e st h et h e o r yo f e l e c t r o m a g n e t i c ，a n d a n a l y z e sa n t e n n ar a d i a t i o ni nt h el o w f r e q u e n c ye l e c t r o m a g n e t i s m , a n d d e s i g n sak i to fg r o u n d i n gd i p o l er a d i m i o nd e v i c ea sp a t e n t e di n v e n t i o n ， a n ds i m u l a t e st h ed a t ai nc o m p u t e r f i n a l l y , t h ea p p a r a t u si sd e b u g g e d t h et e s t i n gr e s u l t ss h o wt h a tt h e p s e u d o r a n d o ma s t a t i cr o t a r ye l e c t r o m a g n e t i cf i e l dh a sa c h i e y e dt h e d e s i g nr e q u i r e m e n t s h k e y w o r d s ：p s e u d o - r a n d o m ,m u l t i f r e q u e n c y ,e x t r e m e l y l o w f r e q u e n c y i i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：麴玺盐日期： 型古年月上日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：盥圭丛导师签名 日期：上啦年j 月2 _ b 中南大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源 本学位论文来源于“十一五一国家科技支撑计划“粮食丰产科技工程一之“农 村储粮防虫、防鼠关键技术研究与示范 课题。课题编号为：2 0 0 6 b a d 0 2 a 1 8 。“伪 随机无定向旋转磁场驱灭鼠关键技术研究与示范一是该课题中的1 8 - 3 子课题。 1 2 研究背景与意义 鼠害是当今世界性灾害，也是当前制约我国农业可持续发展的的重要生物灾 害之一。近年来，由于农业种植结构调整、生态环境改变、剧毒鼠药的泛滥、气 候异常等多种因素的影响，农区鼠害发生呈加重趋势。据有关文选报道，全世界 每年因鼠害损失的粮食约3 3 0 0 万吨，占粮食生产的1 0 _ - 2 0 9 6 ，我国每年农田鼠 害发生面积有3 5 亿亩次，年损失粮食1 5 0 万余吨，若加上农户和仓库储粮， 损失更大1 。鼠类不但窃取粮食和食品，破坏森林、草原、农田，而且传播疾病， 啃咬物品建筑、通讯设施、家具衣物等，给人类的生命财产带来了巨大的损失。 由于害鼠对农牧业生产和人民的生活危害很大，因此，防治鼠害对促进我国农业 可持续发展，发展国民经济，保障人民的身体健康具有深远的意义。 国内，害鼠常年危害农业生产，从在土壤中盗食种子开始，啮食作物根、茎、 叶和果实，直到作物收获后继续危害贮存的粮食及加工的食品，以及蔬菜、果树、 果品、经济作物，无所不害。其发生面积之大，损失之重，超过历来被认为我国 对农业危害最重的蝗、螟、粘虫、小麦条锈病灾害的总和。进入9 0 年代以来， 农村鼠害再次回升。1 9 9 3 年和1 9 9 4 年我国农田鼠害发生面积分别为2 3 3 3 万公 顷和2 5 3 3 万公顷，分别比1 9 9 0 年增加4 0 和5 0 。据不完全统计，“八五一 期间，全国每年因鼠害造成的粮食作物田间损失达3 0 多亿公斤嗍，棉花达2 0 多 万担，甘蔗达1 0 万吨以上。西南、西北、东北、华南等鼠害严重地区的水稻、 玉米、小麦、豆类等作物一般减产5 一1 0 ，重者达3 0 以上，部分农田甚至 毁种或绝收。1 9 9 3 湖南邵阳县一个村失收水稻1 7 9 公顷( 2 6 8 亩) ，全村人均 损失稻谷5 0 5 公斤；广西贵港市一农户损失稻谷高达1 2 5 0 公斤。1 9 9 4 年江西 早稻遭受鼠害面积1 0 0 万公顷( 1 5 0 0 万亩) 、晚稻受害重的稻田减产3 - 5 成；1 9 9 5 年，各地群众纷纷致信江泽民总书记、李鹏总理以及农业部领导，反映鼠害猖獗。 湖南郴州反映水稻每亩减产高达1 0 0 公斤；江西玉山红薯受害4 0 ：四川仁寿、 合川、铜梁反映小麦、玉米、水稻减产3 0 一5 0 ，有的毁种3 4 次。此外一 些地区花生、低酚棉、果树、甘蔗等作物也不同程度遭受鼠害。重庆召开的2 0 0 3 中南大学硕士论文第一章绪论 年全国农村灭鼠技术交流会的报道，2 0 0 2 年全国农田鼠害发生面积近o 3 3 亿 h m 2 ，比“八五 期间的年均0 2 亿h f f 增长了近0 1 3 亿h m 2 而且，大多数的害鼠都没有冬眠期，终年危害，在粮食存储过程中，鼠害造 成的粮食损失达存储量的1 一2 。据调查，一个农户一年损失储粮少者1 0 - 2 0 公斤，多者5 0 公斤以上。我国2 3 以上的农户，不同程度存在着鼠害问题。有 关主管部门估计，每年因鼠害造成全国农户储粮损失达2 0 一3 0 亿公斤。1 9 8 7 年 农业鼠害损失最严重，全国损失粮食高达1 5 0 0 万吨，约占8 0 年代全世界损失量 ( 5 0 0 0 余万吨) 的2 7 ，等于我国年进口粮食的总量，相当于6 2 0 0 万人口一年 的口粮被鼠吃掉了。据统计，2 0 0 2 年全国鼠害造成的粮食损失在2 5 亿公斤以上， 经济损失巨大。 其次，鼠类能传播各种人畜共患疾病，能携带2 0 0 余种病原体，其中能使人 致病的有5 7 种，对人类危害性很大的有鼠疫、流行性出血热。钩端螺旋体病等 1 3 国内外鼠类防治现状 鼠害的防治是一项系统的工程。长久以来，我们已经使用了各种方法去控制 其危害，然而在取得一定效果的同时，始终没有获得一个令人绝对满意的方法。 传统的老鼠防治方法一般可分为物理防治、化学防治、生物防治和生态学防治四 种类型口1 。物理、化学、生物灭鼠则为灭鼠，生态学灭鼠属于防鼠。 1 物理防治 物理灭鼠又称器械灭鼠。利用物理学原理( 力学平衡原理和杠杆作用) 制成 捕鼠器械，用于灭鼠。我国利用器械灭鼠历史悠久，早在公元前的书籍上就有圈 套、陷阶捕鼠的记载。在长期的灭鼠斗争中，人们创造出很多种灭鼠器械，针对 不同鼠种用不同的器械进行捕灭。现有的灭鼠器械约有二、三百种，大致可分为 夹类、笼类、压板类、刺杀类、套扣类、水淹类、扣捕类等。许多种类的结构和 原理基本相同，易于操作应用。随着科学技术的进步，现代灭鼠法中又有超声波、 电子捕鼠器和粘鼠法等新方法。器械灭鼠具有对环境不留毒害、鼠尸容易消除、 灭鼠效果明显等优点。但这些方法，只适应于小面积的防治，不适用于控制大面 积的鼠害，且费工，成本高、投资大。 2 化学防治 a 化学药物防治 化学药物灭鼠，是指使用有毒化合物杀灭鼠类的方法。它仍是现在最常用的 实施方法，见效快、效果好、使用方便。当大面积、大量发生害鼠时，只有化学 防治才能更好的解决问题。过去我们常用急性灭鼠剂，如磷化锌、胆骨化醇、溴 甲灵、敌溴灵等，其特点是毒性作用快速、潜伏期短，1 - 2 天甚至几个小时内， 即可引起中毒死亡，但此用来防治家栖鼠效果很差，其主要原因是家栖鼠的摄食 2 中南大学硕士论文第一章绪论 行为较为零散，对新出现的物体包括毒饵有新物反应。而且其毒性大，具有二次 中毒现象，且杀死了很多有益的天敌，人畜中毒事件也屡见不鲜n 1 。同时，害鼠 对上述药剂容易产生抗药性和拒食性，导致防效明显下降，且对环境造成污染。 近几年来我们常用慢性灭鼠剂，其特点是需要鼠类多次食用以后累计中毒，才能 发挥其最大的作用，其效果明显好于急性灭鼠剂，如杀鼠灵、杀鼠迷、敌鼠、溴 敌隆、大隆等。 b 利用植物驱灭鼠 接骨木、稠李、柠条、缬草等野生植物能散发出一种特殊气味，具有很强的 驱鼠作用。陕西有一种叫紫苏的油料作物驱鼠作用也很明显。在人工林的株行间 适当栽种这些被称为“植物猫的植物，可取得长治久安的效果。研究发现多种 植物具有杀鼠活性，如白头翁、曼佗罗、苦参、狼毒、草乌、黄花蒿、接骨木、 瑞香等。例如狼毒含有狼毒素，可以引起鼠类腹泻、痉挛、昏迷死亡1 。把它粉 碎后混合在鼠的食物中，就可以作为毒饵用于灭鼠。 c 抗生育剂灭鼠 抗生育剂又分为化学不育剂、植物性不育剂。人们早就考虑利用不育剂来控 制害鼠种群，对化学不育剂的研究很早，但始终处在试验阶段。8 0 年代末，国 内某生产厂家从经济角度考虑生产了以a 一氯丙醇为主剂的“鼠绝净 ，因防治 效果不佳，推广规模较小而匆匆下马。其他种类作用于雌性的绝育化合物有甾体 和非甾体激索类化合物它能终止妊娠阻止受精卵在子宫内着床，是一类堕胎 药。雄鼠绝育化合物有三乙撑三聚氰酰胺和1 ，4 一丁二醇二甲磺酸脂，杂环类化 合物有呋喃旦叮。l o p p m 的己雌酚二辛酸脂药饵能使雌雄鼠均不育，这些抗生育 剂还停留在试验阶段。有资料表明，经动物试验具有抗生育作用的天然植物及其 提取物有几十种，下列物质具有抗着床及致流产作用。如：信子素( e m b e li n ) 、 对香豆素酸( a r i s f o l i c a c i dm e t h y l e s t e r ) 、问二甲氢醌、巴拉圭菊醇、褐煤醇、 金雀花碱、天花粉蛋白、二碱荫原酸脂、芫花酯甲( y a n h u ac i n e ) 及芫花酯乙 ( y a n h u ad i n e ) 都具有很强的引产作用。原鸦片碱( p r o t o p i n e ) 、紫堇醇灵碱 ( c o r y n o li n 。) 和异紫堇醇灵碱( 1 s o c o r y n o li n e ) 等3 种生物碱嘲，有终止早期妊 娠作用。从百合科植物提取的秋水仙素，为抑制精子生成的物质。莪术( c u r e u m a z e d o r i a ( b e r g ) r o s c ) 的酵浸膏州。萜类、倍半萜类化合物有明显的抗早孕作用。 3 生物灭鼠 自然界生物间存在着极其复杂、相互依存又相互制约的联系。利用某些生物 来防治对人类有害的生物的方法，就是生物防治。也叫生物防除。鼠类的天敌很 多，主要是食肉目的小兽如黄鼬、野猫、家猫、狐等，鸟类中的猛禽如鹰、猫头 鹰等，还有蛇类。利用这些天敌和微生物( 致病病原生物) 抑制鼠害发生、发展 3 中南大学硕士论文 第一章绪论 和蔓延。 4 生态学灭鼠 其内容包括环境改造、断绝鼠粮、防鼠建筑、农田改造、搞好室内外环境卫 生、消除鼠类隐居处所等，以改变、破坏适于害鼠生活的环境条件。改变环境条 件并不能直接或立即杀死鼠类，但改变的环境对鼠类生活不利，可减少鼠类的增 殖或增加其死亡率，从而降低害鼠的密度。防鼠虽是治本的办法，但必须与灭鼠 兼施，综合治理，才能收到预期的效果。生态学灭鼠是综合鼠害防治中很重要的 一环。 上述四大类( 物理、化学、生物、生态) 鼠害防治方法各有特点，也各有缺 点。其中应用最广、发展最快者为化学防治( 即药物灭鼠) 、比较简便易行，见 效快。但药物灭鼠同时带来了很多副作用，有资料显示，导致中国百姓中毒的毒 物类型，农药和鼠药列为前两位，农药占2 9 2 2 ，鼠药占2 8 6 2 。每年中国 的农药用量比鼠药用量要多得多，所以按比例，急性剧毒鼠药是中国老百姓中毒 死亡的首要因素。针对这种现状，促使人们研制出更好，更绿色，更适用的驱灭 鼠方法。 1 4 本文研究的主要内容和结构 本文研究内容：全面研究伪随机无定向旋转电磁场的频率和强度大小对老鼠 的中枢神经系统、生育繁殖机制、方向识别能力等方面损害的基础上，在鼠害严 重的粮库建立一个随机变化的无定向旋转磁场来阻止老鼠进入粮库或使库中的老 鼠生育能力降低，为我国粮食安全贮存产后减损寻找到一种驱灭鼠新的物理方法。 并研制出一套能在大、中型粮库实施的防鼠灭鼠伪随机广谱无定向磁场系统，达 到逐步解决粮食产后减损这一世界性难题。填补国内外储粮领域物理驱灭鼠方法 和装置的空白。 第1 章绪论，简短地介绍了目前鼠害所造成的损失和国内外驱灭鼠的现状， 并针对目前的灭鼠方法进行了系统的总结。对整个论文的章节结构进行了概括性 介绍。 第2 章主要介绍了伪随机无定向旋转磁场的理论和磁场辐射对老鼠的生理机 能的影响，主要从对老鼠生育繁殖能力的影响，对中枢神经系统的影响二大方面 进行了详细阐述。并对该磁场辐射对人类及应用环境的公害性影响进行了分析。 第3 章从数学模型入手，介绍了伪随机无定向旋转磁场辐射系统的总体设计 及关键技术，并简要介绍了各个部分的功能及实现。 第4 章从信号的理论分析着手，具体分析了2 “系列矩形脉冲的特性，详细论 述了伪随机广谱复合频率脉冲信号模块的设计，包括软件实现和硬件设计。该信 号是作为伪随机无定向旋转磁场的信号激励源。它本身就解决了磁场的伪随机问 4 中南大学硕士论文第一章绪论 题。 第5 章介绍了自适应编码设计。该模块是为了实现电磁场方向的无定向和旋 转而设计的。通过该模块对磁场辐射器的控制，自适应地导通与截止辐射器中的 接地偶极子，从而实现磁场的无定向与旋转。因此自适应闭塞编码是关键。 第6 章从电磁波辐射的原理出发，对低频电磁场线流元辐射的分析，设计出 了接地偶极子辐射装置，并在计算机上进行了仿真。辐射器采用8 个接地偶极子 作为辐射器的元件，以满足辐射强度和范围要求。 第7 章通过在k e ilc 5 1 + p r o t e u s 联调系统中对该系统的控制部分的仿真， 验证了软件系统的正确性。同时记录了实验数据，验证了硬件电路的正确与可靠 性。对辐射器进行了测试。保证了该系统的正确性和可靠性。 最后总结了本文的创新点和不足之处，并提出了下一步的工作。 5 中南大学硕士论文二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 第二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 电磁场作为全新的环境因素，其生物效应越来越受到重视。流行病调查和动 物试验结果均表明，多种动物在长期低强度电磁辐射下具有明显的生殖能力下降 和中枢神经损伤、记忆、学习等功能降低的效应。 频率低于1 0 0 0 h z 的e m f 称为低频电磁场( 1 0 wf r e q u e n c ye l e c t r o m a g n e t i c f i e l d s ，l f e ) ，频率在o 1 0 0 h z ( 美国) 或3 0 - 3 0 0h z ( 欧洲) 的e m f 称为 极低频电磁场( e x t r e m e l yl o wf r e q u e n c ye l e c t r o m a g n e t i cf i e l d s ，e l f ) 。l f e m f 和 e l f e m f 按其波长和能量范围，属非电离辐射。研究最多的是l f e m f 和 e l f e m f ，其中尤以e m f ( 5 0 6 0 h z ) 生物效应的研究备关注。本文综合国内 外相关的研究报告，较系统地叙述极低频电磁场对鼠类的生殖毒性和对神经系 统，内分泌功能等影响，为伪随机无定向旋转电磁场驱灭鼠系统的研制提供了理 论依据。 2 1 极低频电磁场对鼠类生殖能力的影响 低频、极低频电磁场对鼠类生殖的影响主要表现在对雄性鼠类的生精能力， 精子的数量和质量，睾丸和附睾的重量的影响、对雌性鼠类的生育能力的影响以 及仔鼠的发育情况的各种影响，以下从这些方面阐述低频、极低频电磁场对鼠类 的生殖影响。 2 1 1 磁场辐射对雄鼠生殖的影响 通过检测暴露于不同强度磁场的小鼠睾丸的重量变化，睾丸的组织学变化， 精子数变化，精子活动率以及精子头部畸形率来判断磁场对雄性小鼠的生殖影 响。也可通过对经磁场辐射的雄性鼠与未受磁场辐射的雌性鼠进行交配，观察雌 鼠的生殖和仔鼠的生长情况来判断磁场对雄性小鼠的生殖能力的影响。下面就这 两方面进行详细阐述。 洪蓉等n 卜1 2 1 以小鼠睾丸重量、睾丸组织学、精子数量、精子活动率及精子头 部畸形率为指标，探讨e l fe m f s 对雄性生殖的影响。 实验材料：9 4 只1 8 到2 2 克的雄性昆明小鼠。暴露频率是5 0h z ，强度分别 是0 2 m t ，3 2 m t ，6 4 m t ) 暴露时间为2 周或者4 周，暴露间断是2 小时为一个 周期，自由光照。室温是1 8 到2 2 摄氏度。 实验方法：照射后观察小鼠的睾丸重量，精子数目以及精子活动率和精子头 部畸形率变化。其中用于精子常规检查的小鼠6 4 只，分为8 个小组( 2 个对照 组) ，用于流式细胞术的小鼠3 0 只，分为于2 g 和6 4 g 电磁场暴露，以及对照组， 6 中南大学硕士论文二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 共分为3 组。( 注：昆明小鼠5 周龄左右睾丸内才有精子，6 5 到8 5 周龄性成 熟) 实验结论：小鼠在6 4 6 的磁场中暴露4 周之后睾丸的重量明显低于对照组， 暴露4 周组睾丸重量均低于暴露2 周组，见下表2 1 。暴露4 周组小鼠精子数量 下降，且在4 周组0 2 m t 、6 4 m t 组下降尤为明显；与相应对照组比较，电磁场 暴露组精子活动率下降，精子头部畸形率明显上升，4 周暴露组精子头部畸形率 高于相应2 周组，见表2 2 。这与d ev i t a 等n 3 1 关于e l fe m f s 暴露后小鼠的长 型精细胞数量明显减少，以及n i e h a u s 等n 叼关于仓鼠的精原细胞的明显改变的实 验结果相印证。 表2 1 电磁场暴露对睾丸重量的影响( m g ，z s ) 其中，石是小鼠睾丸的平均重量，s 是称量的均值误差。 由表2 1 数据得出电磁场强度、暴露时间与睾丸重量变化关系曲线图如图2 1 所示。 1 2 0 l o o 8 0 6 0 4 0 2 0 o 电磁场暴露对睾丸重量的影响 黪嬲黪鬻辎戳警薹，黔譬辎燮鬈霉登翮胃爷戳p 嬲m 哪8 8 舞 融。；均瓢。7 9 一十、求，? ，霪 壤t ? j 。? + 、”7 6 豫 黻一 一 一。， 魏 黪正n n 一”键 黪”。等一纛。- 一。n 。r ， 蘧 琵勃盔蝴蕊“五越巍蕊醯国磊基翻罐巍稼崩啦蠡她弛蕊矗幽妇酶盛如凸。避艘赫赫_ oo 23 26 4 磁场强度( r o t ) 1 2 0 1 1 8 ：臣 1 1 2 1 l o 1 0 8 图2 1 电磁场暴露与睾丸重量变化关系曲线图 表2 2 电磁场暴露对雄鼠的影响( m g ，z s ) 其中，工是小鼠精子平均数量，s 是数量的均值误差。 7 中南大学硕士论文 二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 实验分析，从图2 1 可知，在6 4 m t 强度照射时无论照射时间是2 周还是4 周对睾丸的影响都是最大的，即当磁场强度是6 4 m t 时磁场对小鼠睾丸的影响才 有统计意义。这种现象提示我们：当磁场强度没达到一定程度，磁场对小鼠睾丸 重量的影响是不明显的。 李小宁等n 嗣利用频率范围是2 5 - 1 0 0h z ，脉宽4 0 u s ，强度0 0 2 m t 至0 0 5 m t 的极低频脉冲磁场，用显性致死试验研究该磁场对n i h 雄性小鼠的生殖效应。 实验方法：将1 0 只n i h 雄性小鼠置于屏蔽罩中连续暴露3 5 天，另用1 0 只 n i h 雄性小鼠为对照。实验过程中小鼠自由饮水取食。照射结束后，两组同时与 未经照射的雌性n i h 小鼠交配，8 天分笼：雄鼠休息4 天后与另一批雌鼠交配， 8 天分笼；再休息4 天后进行第三次交配，分笼后的雌鼠，分别在怀孕晚期被解 剖( 未孕者亦解剖) 。 实验结果：n i h 小鼠的受孕率只在第一批交配受到影响( 见表2 3 ) ；各组的 胚胎死亡率和对照组相比均有不同程度的增高( 见表2 4 ) ；第一批以胚胎晚期死 亡率增高为主( 见表2 5 ) ，增高了3 4 o 。第二，三批以胚胎早期死亡率增高为 主( 见表2 6 ) ，分别增高8 2 、8 o 。 表2 3 极低频电磁场时n 珊小鼠受孕率的影响 死胎数活胎数胚胎晚期死亡率瞄 宰经统计学处理有显著差异p 0 0 1 中南大学硕士论文二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 宰经统计学处理有显著差异p o 0 5 实验分析：实验中，处理组小鼠是经磁场辐射3 5 天后立即进行第一次交配 的，第1 2 天后进行第二次交配；再经过1 2 天进行第三次交配。而小鼠各阶段生 殖细胞到射精经历的时间如下：再输精管和附睾的精子l 7 天；睾丸中精子8 1 4 天；精细胞1 5 - 一2 1 天；精母细胞至少2 2 天；精原细胞至少3 6 天【1 6 1 。因此第 一批交配时的精子，在精母细胞、精细胞和精子阶段皆被照射；第二批交配的精 子，在精细胞和精母细胞阶段被照射，而精子阶段已经停止照射；第三批交配的 精子，仅在精母细胞阶段被照射过，而再随后的各发育阶段中磁场已停止照射。 由图2 2 可以看出极低频电磁场对胚胎的总死亡率的影响在和对照组相比较只有 第一批和第二批才有统计学意义。产生这种现象的原因就是随着离开磁场辐射的 时间的延长，磁场对雄鼠的生殖影响越来越小，所以从第一批到第三批死胎数逐 渐下降，活胎数逐渐上升。 图2 2 极低频电磁场对小鼠生殖能力影响曲线图 j i ns a n gl e e 等n 力证明6 0h z 频率长期辐射下，5 g 的强度辐射的精子死亡率 比1 g 强度下明显要高。a 1 - a k h r a s 等n 町证实，暴露于2 5 u t 、5 0 h z 磁场9 0 天的 雄性大鼠与未接受磁场暴露的大鼠交配后，雌鼠的怀孕率下降、胎吸收率上升 w i l s o n 等n 钔关于6 0h z 、0 1 m t 电磁场下仓鼠睾丸重量下降的报道与上述结果相 印证。 2 1 2 磁场辐射对雌鼠生殖的影响 通过观察磁场照射后的妊娠孕鼠的体重变化，分娩情况以及仔鼠生长发育情 9 中南大学硕士论文二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 况来探讨磁场对雌性鼠的生殖影响。 曹亚南等舯妇研究了极低频电磁场暴露对孕鼠妊娠和子代生长发育的影响， 选择昆明种小鼠，无生育史，2 8 到3 0 克，随机选择1 ：1 合笼进行实验。 实验方法：次日检查出有阴栓的小鼠有3 5 只( 记做孕期0 d ) 并分为两组， 其中一组( 2 0 只) 进行磁场照射，照射频率是5 0h z ，强度是1 2 m t ，另外一组 ( 1 5 只) 作为对照组，每天照射8 小时，共照射2 1 天。 实验结论：孕鼠妊娠后期的平均体重增长率为2 9 ，明显低于对照组4 7 8 。 分娩率下降至仅为对照组的6 0 ，并见有流产，早产及死胎，畸形情况。见表2 7 。 暴露组新生仔鼠平均每窝胎数为7 只，明显低于对照组1 1 只，见表2 8 ；暴露 组仔鼠出生2 周内平均身长、尾长和体重增长速度均明显低于对照组。仔鼠平均 张耳、出牙和开眼时间推迟，见表2 9 ，2 1 0 和2 1 l 。 表2 7 极低频电磁场对孕鼠分娩的影响 组别窝数窝重( g )每窝胎数( 只)初生体重( g ) 其中x 是仔鼠平均体重或者是每窝的胎数，s 是均值误差。p 值是指统计学意 义。比较对照组和暴露组可看出磁场辐射会使得仔鼠的窝重，胎数下降但是初生 体重则会有点上升。 表2 9 极低频电磁场对仔鼠身长增长的影响( e m ) l o 中南大学硕士论文 二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 与对照组相比，p o 0 5 其中石是仔鼠张耳，生毛，出牙以及开眼的时间，s 是时间的均值误差。p 值是指统计学意义。从上表的对比分析可以知道磁场暴露可以明显拉长仔鼠张 耳，出牙以及开眼的时间。具有统计学意义。 从上面的整体分析我们得知，磁场对雌性鼠类的影响主要是对怀孕分娩状况 的影响以及直接影响到仔鼠的发育情况。这样对鼠类的后代产生了负面的影响也 有利于达到我们的目标。文献 2 2 - 2 6 等都证明了上述研究结论。 2 1 3 磁场对鼠辐射部位的选择 刘清等阱1 将昆明小鼠随机分为4 组，每组2 0 只，除对照组外其余接受辐射。 照射距离均为3 0 厘米，每天照射2 次，一次3 0 分钟，连续1 5 天照射，温度控 制在3 6 到3 8 摄氏度。第1 6 天空腹称重，取血制备血清并立即取出睾丸和附睾 进行称重，还进行血清睾酮的水平测定。 表2 1 1 频谱照射小鼠不同部位后四项指标变化( x s ) 图2 3 频谱照射小鼠不同部位影响曲线图 实验结论：腹部照射体重下降不明显，睾丸重量、附睾重量及血清睾酮的 水平显著下降。将鼠笼升高由下向上照射) 。背部照射( 将照射装置置于鼠笼上方， 中南大学硕士论文 二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 由上向下照射) 和侧部照射( 由侧部照射) 的各项指标上升，且以附睾和血清睾酮 上升最显著，睾丸重量变化次之。背部和侧部照射的小鼠之间对比，其各项指标 无显著差异，具体比对情况见表2 1 1 。 从上图2 3 中可以看出磁场在照射部位的选择上对鼠生殖影响的作用。对于 体重的变化，照射部位在背部时体重变化最明显，照射部位在腹部的时候附睾的 重量下降最明显，在其他部位的照射附睾的重量反而上升。睾丸的重量也就是在 腹部照射的时候才是影响最大的。由此，可以看出照射部位选择在腹部照射应该 是对鼠类生殖产生最理想的负面影响的选择。 2 2 极低频电磁场对鼠类中枢神经系统的影响 电磁波作为一种全新的环境因素，其生物效应越来越受到重视。流行病学调查 和动物实验结果均表明，不同频率的e l f - e m f 暴露对鼠类中枢神经产生不同的影 响、某个频率下的e m f 的场强大小和辐射时间对中枢神经的影响可能存在某个频 率窗，或是功率窗，下面就各频段e l f - e m f 对鼠类的影响分别分析，辨别其差别 找出共通。 ( 1 ) l o h z 以下：这个频段最接近生物生理信号频率，是脑电e e g 的主要频段， 这个区域的频率可能对鼠类影响很大。但从各种实验来看，学者们更关注的是磁 场对脑部伤害的修复作用。神经学家马克乔治来说的e l f “经颅磁刺激( t m s ) 疗法就在2 0 0 2 年问世。 m i c h a e lv h o g a n a 嘲指出：0 1 6 h z 脉冲磁场，1 5 m t ，3 0 分钟的暴露，将使 海马片中的c a m p 聚集量增加近三倍，停止暴露1 h 后，持续增加达4 倍，再过 1 h 恢复正常恒磁场和0 5h z 磁场都没有这种效果，c a m p 由场强决定，并要求细 胞外有大量钙质。磁场强度变化( 9 1 5 m t ) 的脉冲磁场持续5 2 0 分钟引起c a m p 聚集量翻倍。上述实验结果表明，电磁场能调节神经元第二信使( c a m p ) 的浓度， 即影响神经元的功能。 ( 2 ) 1 0 5 0 h z ：这也是脑电e e g 的主要频段，但是被a 节律波8 1 3 h z ( 清醒平 静放松状态) 和b 节律波( 1 3 h z b 3 5 h z ) ( 放松、警觉、激动和焦虑) 占据。这 个频段的磁场有可能调节鼠类的情绪，造成神经系统的损害。 郭明霞等啪3 使用l o h z 2 0 h z 的调制磁场( 5 0 k h z ) 、2 0 h z 脉冲磁场，刺激 2 3 m t2 0 m i n 刺激后1 h 和2 4 h 记忆能力有所增强，记忆再现能力减弱。 实验如下：将w i s t a r 大鼠2 5 只随机分为5 组，4 个实验组和1 个对照组。 实验1 组刺激6 m i n ，调制频率在l o h z - - - 1 6 8 h z 之间周期性变化，重复周期2 m i n ； 实验2 组先采用l o h z 诱导，即q 节律波诱导，然后采用2 5 h z 诱导，即b 节律波 诱导，总共刺激2 1 m i n ；实验3 组作用时间为1l m i n ，整体上是先用b 节律波诱 1 2 中南大学硕士论文二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 导，然后q 节律波诱导，即先兴奋再平静的过程：实验4 组接受无高频载波脉冲 的低频脉冲磁场刺激，先l o h z 再2 5 h z 。 接着对大鼠进行改良“十一字迷宫( e l e v a t e dp l u s - m a z e ) 啪1 测试，实验数 据用i j 表示，所有数据统计处理并进行t 检验。表l 为用4 种不同变化规律的 脉冲磁场刺激大鼠后，对其记忆能力的测试结果，测试分别在刺激后即刻和刺激 后5 h 进行。 表2 1 2 不同脉冲磁场对大鼠记忆能力的影响 表2 1 2 实验结果：4 种脉冲磁场刺激均能降低大鼠的记忆能力，其中实验2 、 3 、4 组与对照组对比，有显著性差异( p o 0 5 ) ；2 0 h z 脉冲磁场和l o h z 脉冲磁场 对大鼠的记忆能力都产生显著影响。 2 0 1 5 1 0 5 o 刺激后0 h刺激后5 h 刺激后1 5 h 刺激后2 4 h刺激后6 天 图2 4 调制脉冲磁场对大鼠记忆能力影响与时间关系 磁场刺激后，分别于o 、5 、1 5 、2 4 h 和第6 d 对实验2 组及对照组大鼠进行 记忆能力的测试，测试结果见图2 1 4 。磁场刺激后，5 h 内大鼠的记忆能力明显 降低( p o 0 5 ) 。说明外电磁场单次作用对生物代谢动态平衡过程是个“干扰d 表2 1 3 低频脉冲磁场对大鼠脑内神经递质的影响 表2 1 3 列出了低频脉冲磁场对大鼠海马n e ，e ，d a ，5 - h t ，a c h 等神经递质的 1 3 中南大学硕士论文二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 影响其结果表明，低频脉冲刺激后，大鼠海马中n e ( p o 0 5 ) ，d a ( p 0 0 5 ) ， 5 - h t ( p 0 0 1 ) ，含量显著性增加；a c h ( p 0 1 ) 含 量变化无意义。以往的研究已证明，5 一h t 涉及情感、睡眠、记忆等的调节，n e 通路和d a 通路与学习和记忆功能密切相关，记忆能力下降的动物脑中n e 、5 一h t 明显增高；m e l i s 等口2 1 在体实验表明，海马a c h 释放的降低，与大鼠空间学习 与记忆功能的降低密切相关。该实验的检测结果与以上研究结果相符。h o f f m a n n 等1 中的研究则采用1 、8 、1 2 、2 9 和5 0 h z 极低频调制的高频磁场，每天3 0 m i n ， 连续1 4 d ，观察到低频电磁场对海马齿状同细胞的增殖作用是通过海马神经元释 放的神经递质和激素调控的。n e 、e 、d a 及5 一h t 等神经递质在神经系统中相互 作用、相互影响，起着极其重要的生理功能，与学习记忆的密切关系越来越受到 人们的重视。 ( 3 ) 5 0 一6 0 h z ： 人为产生的e m f 已逐渐成为威胁人体以及其他生物体健康和安全的环境污染 因子。因此工频磁场( 5 0 - 6 0 h z ) 对鼠类的影响，是受到关注最多的频段了，研究 它的文献较其它频段为盛。 此频段e m f 影响与其它频段e m f 对鼠类神经的影响定有其共通之处。通过分 析下面的实验，我们可以得到一些启示。 李平阳等m 1 研究了极低频弱电磁场短期及长期照射对大鼠学习记忆的影响。 实验方法是：用h e l m h o l t z 线圈产生5 0h z ，强度连续可调的均匀电磁场( o 1 、 1 2 、1 6 m t ) ，分别对青龄( 2 3 月) 及大龄( 1 8 个月) s d 大鼠照射1 0 天8 个月，通过m o r r i s 水迷宫实验检测电磁场照射后大鼠逃避潜伏期和穿环系数以 及反应定位航行和空间探索行为功能的变化。 实验结果是： ( 1 ) 青龄大鼠照射l o d 、0 1 、1 2 、1 6 m t 组的逃避潜伏期缩短，穿环系数增 大，1 2 、1 6 m t 组与对照组差异有显著性( 见图2 5 ) ，显示出大鼠的学习记忆 能力得到提高。而0 i m t 组的影响与假照组没有太大差别，甚至0 i m t 组，潜伏 期更长，学习记忆能力更差。这里暗示我们：弱e l f - e m f 辐射一定时间可能使 鼠类不适应，导致其记忆能力先下降，但不明显；0 i m t 可以做到，但强度十几 倍于它的磁场，就会出现一些新情况：随e l f - e m f 辐射量的增多，然后会进入一 个学习记忆的暂时提高阶段。 ( 2 ) 1 6 m t 组停止照射3 0 d 后逃避潜伏期和穿环系数与对照组差异无显著性 ( 见图2 6 ) ，提示随e m f 的停曝，暂时提高阶段的影响是可以恢复的。 ( 3 ) 1 2 m t 组连续照射9 0 d ，潜伏期延长，穿环系数减少，与对照组差异有显 著性( 见图2 6 ) 。提示随e m f 的持续曝露，大鼠学习记忆能力仍会从暂时提高 1 4 中南大学硕士论文 二章极低频电磁辐射驱灭鼠理论研究 阶段到达一个最终损害阶段。 ( 4 ) 大龄大鼠0 1 m t 组照射l o d ，潜伏期变化不显著；照射4 个月后潜伏期 延长，照射8 个月后潜伏期延长更显著( 见图2 7 ) 。 图2 51 0 d 照射后青龄大鼠的潜伏期曲线图 图2 65 0 h z 磁场对大鼠m o