物理农业-麟字照明

1、西安麟字半导体照明有限公司西安麟字半导体照明有限公司现代智慧物理农业现代智慧物理农业二十一世纪告别化肥、农药的二十一世纪告别化肥、农药的高新技术时代高新技术时代物理农业 以LED植物生长灯为主要手段，运用物理声、光、电、热、磁等物理要素，营造植物生长的无公害环境。使用电热元件调节温室大棚温度，使用空间电场结合二氧化碳转化空气中的氮元素为植物生长所需的养分，用光电杀虫灯抑制病虫害，用电磁装置改善土壤性状，规模化使用LED植物生长灯，提高作物产量，改善果实品质，缩短生长周期。形成无公害，无农药，无化肥，纯天然的植物工厂。智慧物理农业光伏物理农业 智慧物理农业是以大棚为主体，利用农业物联网信息技术和

2、具有生物效应的电、磁、声、光、热、核等物理因子，实现大棚种植智能补光、智能杀虫、智能施肥、智能灌溉、智能生产、智能控制，以促使传统农业逐步摆脱对化学肥料、化学农药、抗生素等化学品的依赖以及自然环境的束缚，最终获取高产、优质、无毒农产品的新型科技农业。一、物理农业基本概念1.1 国外物理农业现状v美国在上世纪70年代开始植物生长灯光源及发光材料的研究，并掌握不同波长的光线对植物生长的影响。v日本在上世纪90年代掀起了电功能水技术，采用电场技术与水电解结合起来的一种技术，利用它生产出用于农业病害防止的功能酸水，具有杀菌、消毒的显著功效。v植物波技术，就是利用人工地磁修复技术，为植物生长的环境创造出

3、最佳的电磁场空间，让受干扰与破坏的磁场得以修复，从而起到促进生长的作用，它的作用是一种绿色的持久而不耗人工能源的生物效应，现也已在日本得以应用。1.2 国内物理农业现状v我国的基础研究与应用研究都相对落后。直到90年代才掀起了磁生物学研究的热潮，许多磁灌溉技术、磁水处理、磁化肥等都在这个时期产生。v90年代中期，随着人们对物理静电在工业上研究应用的掀起，又有许多科研单位投入了电场生物效应的研究，特别是在电场种子处理与保鲜上的研究达到了空前的高涨。v另外对电场促长防病研究也陆续开展，特别是空间电场在设施大棚中的运用方面也形成了电场二氧化碳同补处理技术，使园艺植物的产量质量得以大大提高。二、常规农

4、业的危害 在世界农业现代化的进程中，农业部门普遍采用现代化的设施及农业机械设备，依赖大量的投入，以化肥、农药、杀虫剂、除草剂等化工产品，用高投入换取高产出。这种农业即使考虑到生态保护、农产品质量及安全等因素，但很难在高产出同时又全面兼顾生态保护、农产品质量及安全等因素。2.1 农药的危害v国际癌症研究机构根据动物实验确证，18种广泛使用的农药具有明显的致癌性，还有16种显示潜在的致癌危险性。残留在食品中的农药的母体、衍生物、代谢物、降解物都能对人体产生危害。v我国尽管颁布了5批农药安全使用标准，也规定10类农药禁止在农业上使用，但在利益驱使下形同虚设，甚至愈演愈烈。其中二溴氯丙烷可引发男性不育

5、，对动物有致癌、致突变作用。三环锡、特普丹对动物有致畸作用。二溴乙烷可使人、畜致畸、致突变。杀虫脒对人有潜在的致癌威胁，对动物有致癌作用。2.2 化肥的危害v化肥中的硝酸物质会被人体细菌还原成亚硝酸盐，这是一种致癌物质。从责任田承包开始，中国所有的耕地都靠施 化肥增收，这种毒素在人体内堆积了三十多年，现代疾病终于暴发了，高血压、心脏病、糖尿病和癌症成了常见病。v据统计，中国每年因不合理施肥造成1000多万吨的氮素流失到农田之外，直接经济损失约300亿元。过量的肥料还会渗入20米以内的浅层地下水中，使得地下水硝酸盐含量增加。v浪费大量紧缺资源。仅在2004年，我国化肥生产消耗了大约1亿吨标准煤，

6、超过国家能源消耗比重的5。此外，我国化肥生产每年消耗的高品位磷矿石超过了1亿吨，而磷矿石已经列入国土资源部2010年后紧缺资源之列；化肥生产还消耗了我国72的硫资源。2.3 除草剂剂的危害v百草枯和杀草快是普遍使用的两种除草剂，体表接触会刺激皮肤和指甲，如果摄人体内，这些除草剂会导致胸痛、恶心、呕吐和腹泻。v硝基苯酚除草剂和硝基甲苯酚除草剂对肝、肾和神经系统有毒性。进入人体会引起头疼、虚弱、口干和过度出汗，皮肤。头发和尿液出现黄变也是中毒的症状。慢性中毒则会导致体重减轻。v除草剂在土壤中的残留期很长，玉米地除草剂如使用不当，对下茬小麦仍有药害，麦田中使用的高效除草剂绿磺隆，虽用量很少，但对下茬

7、玉米、油菜、大豆和水稻 等作物生长都有影响。vLED植物生长灯v空间电场生物效应v二氧化碳气体肥vLED诱虫杀虫灯v土壤连作处理v大棚沼气池v物理农业物联网三、物理农业设备与应用3.1 LED植物生长灯3.1 LED植物生长灯v 众所周知，植物生长离不开阳光，但是理论与实践均证实，太阳光中，并不是所有波长的光都对植物生长有促进作用，有些甚至有害，如280nm以下紫外光会使植物在短时间内枯萎等。对所有光源进行对比后，只有LED能发出植物生长所需的单色光，蓝光和红光。传统光源的低生物能效和高能耗不利于植物补光的应用与发展 。LED是有望替代太阳和传统电光源的照明光源，有利于提高植物照明的效能，减少

8、电能消耗，显著降低工厂化设施栽培生产成本，促进植物工厂走向普遍性实用阶段。v（1）缩短生长周期缩短生长周期。使用LED植物灯增加有效光照时间，可缩短植物生长周期1/3 。产量增加50%左右。（2）不使用农药。不使用农药。LED植物灯的光谱中无红外光和紫外光，一般昆虫不会到这种环境中，因而不需使用农药。（3）节水节水3/4 。LED灯光中无红外光，不产生水份蒸发，生长期中，水份消耗很少。（4）连续光照改变植株吸收营养模式连续光照改变植株吸收营养模式，植物从空气中吸收二氧化碳营养，无须使用化肥。（5）蔬菜风味、口感好蔬菜风味、口感好。植物叶片肥美，壮实，由于光照时间长，维生素和糖的含量提高，商品性

9、好。（6）可调节植物的供应时间可调节植物的供应时间，植物灯诱导植物生长，可提前瓜果、蔬菜上市时间。（7）LED寿命长、节能、环保寿命长、节能、环保。LED光效目前可达200lm/w，使用寿命可达7万小时以上。LED植物灯应用优势西安麟字半导体照明有限公司LED植物灯项目及产品特点v1，专利技术，具有核心技术自主知识产权。v2，使用寿命长，可靠性高，正常使用寿命8年。v3，具有多功能智慧物联特性，植物灯配置物联传感，可根据生长情况和环境进行智能自动控制调节。v4，系统效果显著，10天内明显见效。 传统光源的低生物能效和高能耗不利于植物补光的应用与发展 。LED是有望替代太阳和传统电光源的照明光源

10、，有利于提高植物照明的效能，减少电能消耗，显著降低工厂化设施栽培生产成本，促进植物工厂走向普遍性实用阶段。麟字LED植物生长灯技术参数产品型号产品型号LZ-PG- 220/70ALZ-PG-220/100ALZ-PG-220/80E1LZ-PG-220/120E1Z-PG-220/160E1额定功率70W100W80W120W160W包装尺寸1060 x230 x1301000 x230 x130360 x270 x170490 x270 x170360 x540 x170输入电压AC110-240V频率范围50/60HZ功率因数0.95总谐波失真15%波长范围蓝光峰值波长450nm；红光峰值

11、波长630nm（可微调）工作环境温度045工作环境湿度95%使用寿命50000Hr防护等级IP65LZ-PG-220/70A型植物生长灯LZ-PG-220/100A型植物生长灯LZ-PG-220/80E1型植物生长灯LZ-PG-220/120E1型植物生长灯LZ-PG-220/160E1型植物生长灯 经历十多年的基础研究证实，在自然界中，带负电荷的地球与带正电荷的电离层之间形成的空间电场，是继植物生长三要素（光、水、肥）外，又被发现的新要素，自然界中植物生长以及病害的发生频度都受大气电场的控制。（安全防护措施：利用自动检测装置，通过智能视频分析和红外特征检测等措施，系统在确认大棚无人、绝对安全

12、状态下，激活启动电场，并随时检测安全状态，紧急状态下应急关闭，确保绝对安全）3.2 空间电场的生物效应v空间电场可促进植物的光合作用，提高根系活力和植物生长速度。v产生臭氧、空气氮肥和带电粒子，实现植物病虫害的防治。v空间电场与补充的CO2结合，可促进植物生长，改良品质和提高产量v消除温室内的雾气和空气中的微生物，给植物生长形成良好的环境3.2 空间电场的生物效应 二氧化碳气体是农作物进行光合作用,产生碳水化合物的原材料。据测试，在一定范围内，二氧的浓度越高，作物的光合作用越强。通过喷洒气肥的水稻和蔬菜的增产幅度达到了7090。棚内试验的结果，115公顷施二氧化碳5公升，可使番茄增产38，大豆

13、增产57，水稻增产1倍，高梁增产2倍。目前，日本大棚里的黄瓜已有60采用了这项技术。我国近年来也开始在大棚蔬菜上试用。而究竟每种作物吸收多少二氧化碳产果最佳，在目前除二氧化碳外，还有什么气体能作为“气体肥料”?这是当今国内外科学家联合攻克的重点研究课题之一。因而，人们称上述这种用喷施农作物并可获得增产效果的气体叫做气体肥料。 3.3 二氧化碳气体肥3.4 LED杀虫灯 杀虫灯利用害虫的趋光趋波特性，将频振波作为一项诱杀害虫成虫新技术，光源采用白紫相 间的LED，增加诱杀害虫的种类；利用光近距离、波远距离引诱害虫成虫扑灯，灯外配以高压电网，网丝输出电压为（2200-3000V）直流高压，达到杀

14、灭害虫控制虫害的目的，LED杀虫灯既能使用于大面积的杀虫防治，同时也作为害虫测报工具。安全防护措施：1，产品使用安全防护罩，确保物理隔离。2，产品能智能识别靠近物体，在物体靠近时候自动降低到安全电压。3.5 土壤电消毒、杀虫与连作处理系统控制方案3.5 土壤电消毒、杀虫与连作处理系统控制方案v相对化学农药植物保护技术而言，利用能够有效防治植物生长发育过程中的病虫害并无污染的物理方法称为物理植保技术。v通过脉冲电流可杀灭土壤中的害虫；通过土壤内水分电解产生的氧化性气体，可消除土壤中的病菌与病毒；通过电极附近产生的电化学作用，可消除根系分泌的有机酸；通过电极附近发生的氧化还原作用，可消除土壤中的盐

15、碱化离子。3.6 沼气池v在土壤中增施有机肥料和地面覆盖稻草、麦糠等有机物。这些有机物经过腐烂，能促进根系的吸收和微生物分解，同时释放大量二氧化碳。该法优点是不需要设备投资，原材料廉价易得，不需要专人操作，气体施肥和根部施肥同时并举，供气时间长。v可将人粪尿或鸡、羊、猪粪加水浸泡，然后浇于树冠下土地上，起应急供碳作用。v照度传感器v温度传感器v湿度传感器vCO2浓度传感器v土壤水分传感器v沼气流量传感器v沼气压力传感器v摄像头3.7 物理农业物联网3.7.1 数据采集v3G/4G数据网络v云计算、云服务、云存储v每个大棚参数实时采集与历史记录v病虫害远端诊断v每个大棚农作物生长情况、产量等数据

16、统计v微信平台推广物理农业种植的无公害农作物3.7 物理农业物联网3.7.2 云服务v对于不同的农作物，依据其最优的生长环境设置种植策略vLED植物生长灯、二氧化碳输送、滴灌电磁阀、空间电场发生器、卷帘机等物理农业设施实时控制3.7 物理农业物联网3.7.3 智能控制西安麟字物理农业开发的宗旨：落实“以项目为切入点、推进成果产业化、为地方经济服务”的精神，构建物理农业科技成果转化平台，团结广大光电子及物理农业工作者，采用新的高效、清洁、安全的物理农业技术手段及相应的经营管理方式，实现农业的高产、优质、高效、低耗，保持人、环境、自然与经济的和谐统一，为建设富裕中国 、和谐中国、美丽中国做贡献。4

17、.1植物无虫害无病害生长环境 项目实施内容v物理农业最核心的内容就是采用物理的手段预防设施和露地栽培的蔬菜、花卉、果树、烟草等植物的病虫害，最大限度或完全取代农药的使用，确保植物产品的生物和化学安全，并获得良好的产量。本项目实施的目地便是建立这样一整套植物全生育期病虫害的物理预防体系，做到从种到收的全程物理保护，它包括土传病虫害、气传病害以及飞翔类害虫的物理控制，即对看不见的真菌、细菌、病毒等病原微生物直到能够看到的微小的害虫、大型害虫实施系统的物理控制。土传病虫害的控制v土传病虫害的控制主要包括镰刀菌引起的枯萎病、大丽花轮枝孢菌引起的黄萎病等通过土壤、灌溉水、施肥引起的植物病害和根结线虫病。

18、控制技术装备采用3DT-90型土壤连作障碍电处理机。气传病害的控制v 气传病害的控制主要包括植物的霜霉病、灰霉病、疫病、锈病、黑痘病、白粉病、炭疽病等通过气流传播的真菌、细菌病害。控制技术装备采用3DFC系列温室电除雾防病促生系统。微小飞翔类害虫的控制微小飞翔类害虫的控制主要包括白粉虱、蚜虫、斑潜蝇、蓟马等害虫。控制设备包括3DJ-2A型介电吸虫板/筒，表面包括两种颜色，蓝色和黄色。大型类飞翔害虫的控制v 大型类飞翔害虫的控制主要包括食心虫等果树害虫、小菜蛾等蔬菜害虫以及蝼蛄、金龟子等地下害虫。控制设备包括3DS-15型电子式杀虫灯。温室内设置v 温室内设置土壤电处理系统、温室电除雾防病促生系

19、统、介电吸虫板/筒，温室外设置杀虫灯阵列。物理农业在设施农业中的推广与应用.doc物理植保原理-大气电场的生物效应大气电场的生物效应 v 我们知道温度、阳光、水分、肥料是植物生长的四大要素，然而就在1989-1994年间国家自然科学基金资助的两项基础研究项目：“静电场促生水培设备的多因子调控设计理论的研究及应用”(项目号批准号：59267006 )；“低温低光强低CO2浓度下植物快速生长的电场条件的研究”(项目批准号：39060027 )的研究揭示了大自然隐藏的另一秘密：自然界中的植物生长以及病害的发生频度原来还要受到大气电场的控制。大气电场形成的基本过程大气电场形成的基本过程v科学探测表明我

20、们居住的地球环境中，地球带负电荷、电离层带正电荷，这样我们生活的空间就有了大气电场。通常，晴天的时候，大气电场为正向空间电场，即场强方向指向地球。这个空间电场对生长于其间的植物具有显著地生理作用。地球大气体系的静电参数地球大气体系的静电参数1v 根据大气电现象的研究表明，从静电角度来看，地球和大气近似形成一个漏电的球状电容器，如图1、2所示，其中地球表面带负电，大气带正电，距地表50公里高度以上的大气由于电离程度很高，可认为是一个理想导体。由大气电测量表明：接近地球表面的电场是垂直指向地球表面，在晴天情况下，其数值约为E0(r0)=100伏/米，而地球表面上的电荷密度-8.8510-10库仑/

21、米2，地球表面上携带总负电荷量为4.51105（库仑），大气的电流密度约为-310-12（安/米）2。植物光合作用的大气电场调控原理植物光合作用的大气电场调控原理2 v在空间电场强度不太强及植物生活体系总电导率不变的条件下，感应的Ca2+输运电流?的变化仅取决于空间电场强度的变化。在?t的任何时间段内，实现定极性多量输运Ca2+的电动力学模型为：v ?=/(t2_t1)t1E(t)dt v式中表示：当电场强度变化率E?(t)0时，植株形态学上部的Ca2+阳离子下移，栽培基质中和根区的HCO3阴离子上移。当电场强度变化率E?(t)0时， HCO3- 由叶背面、土壤中被驱动进入叶的上表层和植物体内

22、、而当E (t)0时或高强度空间电场场强方向指向地面时，叶片气孔中的HCO3阴离子受驱动迅速穿越胞壁进入叶肉细胞，依据扩散和质流的原理，空气中的CO2就会迅速涌入，这一过程将会表现出密闭空间空气中的CO2浓度迅速降低，同时，根区土壤中的HCO3阴离子同根系排出的大量阳离子相交换而进入植物体内。当电场强度变化率E(t)0时或高强度空间电场场强方向指向天空时，植物体内大量的HCO3阴离子受驱动迅速向根区及根区土壤中输运，土壤中大量的阳离子也同其交换而进入植物体内，同时，植物体内也有少量的HCO3阴离子受驱动而由叶片背面气孔中排出，以上过程将表现为密闭空间空气中的CO2浓度略有增加而植物体内HCO3

23、阴离子量的减少幅度却很大。空间电场的建立2v图式中，v、r、1分别为布设在植物上方的电极线与地之间的电位差以及其间的气柱电阻、总电导率和植物生活体系总电导率。表明植株体内离子响应电流的大小由空间气体的电学参数及栽培基质、植株体本身的电学参数的变化决定，也就是环境中任一因子的变化都会影响植株体内离子肥料的浓度和分布。因此，特殊变化的空间电场及作用于该空间电场中的环境因子的变化均可改变植株吸收离子养料和同化物的运输状态。v只要空间电场变化，植株的各种生理活动状态均将发生改变。设置特定变化的空间电场即能对植物的吸收、同化物的运输及多种生理活动进行调控。地球表面生长的植物受大气电场和重力的联合作用 v

24、地球表面生长的植物受大气电场和重力的联合作用，并在水分蒸发逃逸的方向上呈现垂直生长的特点。脱离了大气电场的作用或脱离了重力作用，植物生长会严重地失去方向感。大气电场与旱作农业高产栽培模式的发现大气电场与旱作农业高产栽培模式的发现v对于干旱地区，采用高垅沟种是丰产的重要技术措施，其电动力学模型则为深凹槽的静电屏蔽原理：在凹槽的两个内角处，空间电场或大气电场强度接近零，此处的水分蒸发速度极慢，因此把植物种植在这个位置是非常科学的。考虑到水分的热蒸发和土垄静电屏蔽保水能力的平衡， 故建议在旱作农业地区把植物种植在沟底背阴处最为科学。如果种植在垄顶，只有那些具有发达根系的植物才能生长。 大气电场引发的

25、聚水和产生氧气的电动力大气电场引发的聚水和产生氧气的电动力学原理学原理大气电场引起的植物根系水分的微电解v在大气电场的作用下，植物的根系会产生微量的氧气，其原因就是大气电场引起的植物根系水分的微电解，电化学反应式如图中所示。同时，空气中的雾气会聚向地面。 没有设置空间电场发生系统的香菇房 模拟大气电场变化的空间电场发生系统：温室电除雾防病促生系统空气聚水效果（香菇房） 未启动空间电场发生系统时温室的雾气茫茫空间电场发生系统启动15分钟后的现场：温室电除雾防病促生系统空气除雾聚水效果 理论应用理论应用v 大气电场调控植物生长的基础理论研究揭示了空间电场的植物生长发育调控机理，这一成果极大地推动了

26、空间电场调控植物生长技术的发展和应用。大气电场或空间电场作为又一人类能够操控植物生长发育的环境因子已经在生产中广泛应用，并成为保障无毒蔬菜生产的物理植保系统的核心技术，其技术装备也是建立环境安全型温室的关键设备。 温室上方橘黄色绝缘子吊挂的电极线与地面组成了线-板电容器，通电后就建立了空间电场 空气质量极好，完全不用农药 空间电场环境中生产的生菜 模拟大气电场建立空间电场调控植物生长与防病的3DFC-450型温室电除雾防病促生系统土壤连作电处理机土壤连作电处理机14亩地控制方案亩地控制方案 土壤病虫害的物理植保技术v 在土壤病虫害防治方面:土壤病虫害的物理植保技术实用化并在国内推广的有“土壤电消毒杀虫技术与装备”。为我国独