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空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

(2014-03-07 23:25:18)
标签:

空间电场

农作物

光合作用

静电除雾

病虫害

分类: 温室设备与技术

空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

    一、空间电场天空植物生长与病害预防的基本原理 

    空间电场通过静电净化空气切断气传病害的传播渠道;带有高电压的空间电场的电极线电离空气产生的氧化性气体是强烈的杀菌剂;间歇工作的空间电场能够保持叶片干燥;空间电场引起的根际环境氧气含量增加效应提高了作物抵抗土传病害的抗病力;空间电场消解了钙素缺乏症;空间电场提高了弱光环境中的光合作用强度。

空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

     二、3DFC系列空间电场防病促生机的基本知识?

  • 空间电场的建立

    电极线带有3-4万伏的正高压,它与地面形成一个静电场。

  • 性能

   促进光合作用和提高根系活力,增加产量和果实甜度;

   净化空气、电离空气,预防气传病害;

   干燥叶片水珠,预防病害;

   像闪电一样,把空气中氮气转化为氮肥。一年下来,一套设备生成的氮肥大于30公斤。

  • 耗电量

   使用220伏电源;每套设备管控7分地,耗电量7天1度。

   设备功率:18瓦

   工作状态:循环间歇工作。

  • 设备投资

    7分地投资5300元。

  • 使用寿命

   8年以上。  

 空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

    温室中悬挂着红红的一串串小灯篓(绝缘子),这么多的小灯篓下面牵着一条细细的金属线(电极线),温室的山墙上固定着两台仪器,就是这两台仪器把220伏的交流电转变为直流的正高压送往细细的金属线上的,金属线与地面之间就会形成一个正向的空间电场,温室内的雾气、空气微生物就会被净化掉,温室蔬菜的病害就会大幅度减少。

    另一方面,电极线带有的高电压会发出嘶嘶放电声,空气中的氧气就会变成臭氧,这臭氧就能杀灭空气中漂浮的病菌,而空气中的氮气就会变成氮肥并在空间电场的静电力的作用下粘附于植物叶片和土壤中并成为植物的“美餐”。

由电极线通过温室湿空气导体、植物流入土壤的电流会在根系位置产生很多氧气,进而提高了植物根系活力,也就是增强了植物的抗病力和生长能力。

    还有一点要注意的是,所用的空间电场调控植物生的空间电场都是间歇工作的,为什么要这样?原因就在于变化的空间电场与植物钙素营养的特殊关系,电场强度的变化会迅速改变植物和土壤之间的钙离子流动方向和数量,而钙离子流向和数量的变化通常会改变植物的许多生理活动强度,对产量、品质有非常好的影响。

 空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

摘要:本文包括(1)附件1:植物温室空间电场环境中的温湿度测量;(2)温湿度与植物病害的关系及控制;(3)湿度与空间电场空气氮肥化的关系;(4)湿度与植物生长之间的关系及控制;(5)湿度控制与温室保温节能的关系;(6)与湿度相关的名词和检测仪器。

 

 (1)附件1:植物温室空间电场环境中的温湿度测量

 空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

 

实验名称:植物温室空间电场环境中的温湿度测量 

                       测定人员:                                    实验时间:

       一、实验目的

      植物温室内设置的空间电场会对空气湿度和土壤湿度产生显著影响。研究监测空间电场环境中温室气湿和土壤湿度的变化规律以及与对照的差异,并结合作物生长状况和生理代谢的变化,科学地给出空间电场环境中湿度与通风节能、作物生长速度或产量之间的关系。

     二、实验仪器及材料

     1.实验仪器及设备

    通风干湿表、温度计、秒表、空盒气压计(水银气压计)。本方法参见中华人民共和国国家标准:公共场所空气湿度测定方法GB/T 18204.14-2000.其中,

    1.1通风干湿表法

    1.1.1原理

    将两支完全相同的水银温度计都装人金属套管中(金属套管接地:接地线缆一端与套管良好接触,另一端与温室金属梁柱良好接触,即使用线缆缠绕金属套筒和梁柱并用防水胶带包好),水银温度计球部有双重辐射防护管。套管顶部装有一个用发条或电驱动的风扇,启动后抽吸空气均匀地通过套管,使球部处于)2.5 m /s的气流中(电动可达3 m/s),以测定干湿球温度计的温度,然后根据干湿球温度计的温差,计算出空气的湿度。

    1.1.2仪器

    机械通风干湿表:温度刻度的最小分值不大于0.2℃,测量精度士3%,测量范围为10 %-100%RH

    电动通风干湿表:温度刻度的最小分值不大于0.2℃,测量精度士3%,测量范围为10%-100%RH

    2.实验对象及材料

    无论育苗期还是秧苗生长期或是休耕期,只要温室是密闭的均可作为检测对象,如漂浮育苗温室、土壤栽培温室、无土栽培温室均可作为检测对象。

     三、实验原理

     2.监测点的确定和要求

     2.1 温室内面积不足16 ㎡,测温室中央一点;16 ㎡以上但不足30 ㎡测二点(温室对角线三等分,其二个等分点作为测点);30㎡以上但不足60㎡测三点(温室对角线四等分,其三个等分点作为测点);60~1000㎡测五点(二对角线上5个等分点设点)。

    2.2 烟草漂浮育苗等无土栽培:测点离地面高度0.4 m~1.6 m,应离开温室棚壁和热源不小于2.5 m.土壤栽培:0.5~1.8m。

    四、测定步骤

    3.仪器校正

    通风器作用时间的校正:将纸条止动风扇,上足发条,抽出纸条,风扇转动,开动秒表,待风扇停止转动后,按下秒表,其通风器的全部作用时间不得少于6 min。

    通风器发条盒转动的校正:挂好仪器,上弦使之转动。当通风器玻璃孔中条盒上的标线与孔上红线重合时以纸棒止动风扇。上满弦,抽掉纸棒,待条盒转过一周,标线与玻璃孔上红线重合时,开动秒表,当标线与红线重合时,停表。其时间即为发条盒第二周转动时间。这一时间不应超过检定证上所列时间6s。

    4.用管吸取蒸馏水送人湿球温度计套管内,湿润温度计头部纱条。

    5.如用电动通风干湿表则应接通电源,使通风器转动。

    6.通风5min后读干、湿温度表所示温度。  

    五、结果计算

    7.气压的计算

     见式1:

e=Bt’-AP(t-t’)..... (1)

    式中:e一监测时空气中的水气压,hPa;

    Bt:湿球温度下的饱和水气压,hPa;

    P:监测时水气压,hPa;

    A:度计系数,依测定时风速而定,与湿球温度计头部风速有关,风速0.2m /s以上时为0.00099 ,2.5m/s 时为0.000677;

    t:干球温度,℃;

    t’:湿球温度,℃。

    8.绝对湿度的计算

    见式(2 )

K=289e /T ··· ··· ··· ·· ·( 2 )

    式中:K—绝对湿度(即水汽在空气中的含量);

    e:空气中的水气压,hPa;

    T:监测时的气温K。

    9.相对湿度的计算

    见式(3)

F =e/E×100% ·· ··· ··· ··· ( 3 )

    式中:F:相对湿度,%;

    e:空气中的水气压,hPa;

    E:干球温度条件下的饱和水气压,hPa。

    六、实验记录

   按照本实验第2.1、2.2节规定的测点选择方法进行布点测量,将每次每点的各点测量结果按早中晚三个时间段填入表1。

表1. 计算环境温湿度需要的相关监测数据记录

 

    七、数据处理

    根据表1获得的数据和式2、式3计算出绝对湿度、相对湿度。

    八、实验结果

绝对湿度:(略)

相对湿度:(略)

气温:(略)

    九、误差分析

    测量空间电场环境中空气湿度的误差可能来源于通风干湿表的屏蔽方式、置放地点以及空气中电荷的含量。

 空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

   (2)温湿度与植物病害的关系及控制

 

    一、温湿度与植物病害的关系

    在设施农业环境中,温湿度与植物病害的关系最为直接,两者皆可影响病原物,又可影响寄主。

    1.对病原物:温度和湿度对孢子囊的存活有显著的影响。湿度影响孢子萌发、细菌繁殖、传毒昆虫的活动。温度影响萌发速度;
    有关试验结果表明:
    温度和湿度对孢子囊的存活有显著的影响,随温度的升高孢子的存活率降低。
    在35℃时,新鲜孢子囊的存活期为24h。
    饱和的相对湿度有利于孢子囊的存活,而干燥的条件对孢子囊的存活率影响较复杂。
    相对湿度为45﹪时,孢子裘的存活率随温度的升高先上升,25℃时达最高值,然后随温度的升高而下降。
    在恒温条件下,35℃时新鲜孢子囊存活期为1d。
    30℃时存活期为3d;在10、15、20和25℃下存活期为3-6d。
    在超过35℃的高温条件下,饱和的相对湿度和干燥的条件,都不利于孢子的死亡,降低了高温处理的效果;而在中等湿度RH=75﹪左右条件下,孢子囊对高温敏感,40-45℃的高温处理1-2h,可杀死绝大多数的孢子囊。
    温度、湿度对病菌的孢子囊的萌发有显著的影响,其中湿度的影响效果较大。
    多数病菌的孢子囊在10-30℃范围内都能萌发,萌发最适宜的温度在20℃左右。
    孢子囊萌发需要自由水,在没有自由水的条件下,即使相对湿度为100﹪,孢子囊也不能萌发。
    温度、湿度对病斑的产孢量影响较大。
    多种病害的病斑在10-35℃时均能产生孢子囊,但不同温度下产孢量有明显差异,在15-20℃时病斑产孢量最大。
    叶片结露条件下,病斑能大量产孢,其产孢量显著高于饱和湿度条件下的产孢量。
    干燥的条件下RH=45﹪病斑不能产孢。
    例如:黄瓜霜霉病在不同温度下,其潜育期和发病率各不相同。
    在25℃下潜育期最短,为3-4d。
    20℃下为4-5d;15℃下为5-6d;10℃为8-10d;5℃和30℃下为8.11d和8-10d;35℃下不发病。
    用同一浓度的孢子囊悬浮液接种叶片,20℃条件下,发病率最高,为83.3﹪;其次为25℃,发病率为80﹪;5℃和30℃下的发病率低;35℃下不发病。
    在不同温度条件下,孢子囊完成侵染,导致叶片发病所需要的最短露时不同。
    25℃时,叶面结露1h,就足以导致病菌侵染,引起叶片发病;在15℃、20℃、30℃的条件下,叶面结露2h可以导致病原菌侵染,引致叶片发病;在10℃和5℃条件下,需要3-4h才能引起发病。
    在同一温度下,其侵染量随露时的延长而增大。
    2.对于寄主:作物不同,生长发育所需温度不同,如果气候不适宜,生长发育差,抗性减弱从而诱发了病害。

 

    二、温湿度与空气病原菌的空间电场控制空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

    1.空间电场的除湿作用

    利用空间电场除雾技术可以降低空气的绝对湿度、相对湿度,进而控制孢子的萌发;

    2.间歇变化的空间电场促水分蒸发的作用

    间歇变化的空间电场可以快速蒸发叶片露水:一是改变了水分的表面张力,使水分易于蒸发;二是叶片上荷电的水分会表现出快速蒸发的特征;三是水分会在空间电场环境中产生微弱的水电解反应,生成一定量的氧气和氢气。
    3.空间电场灭菌与增强作物抗病力的作用

    在空间电场环境中,空气水雾的消失伴随着空气微生物浓度的降低;建立空间电场的高压电极会电离空气产生臭氧、二氧化氮等杀菌性气体,进而消杀一部分空气病原微生物;空间电场以其强烈的静电作用,可切断通过空气传播的病害;空间电场电极电离空气产生的光谱与阳光相似,不仅可以提高作物的光合作用强度,增强抗病力,而且会以微弱的紫外线促进作物茎秆、叶片的纤维化,进而提高抗病力。

空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

    三、病害预防效果检测

    效果检测可用为发病率、严重度、病情指数三个方面表示。对于烟草病害的检测可参照本博博文附件2:烟草病害的空间电场预防效果的检测标准。

空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

   

   (3)湿度与空间电场空气氮肥化的关系

   

    建立空间电场的高压电极会电离空气把空气中的氮气转化为二氧化氮,而电离生成的二氧化氮必须与水结合才能形成硝态氮被植物吸收。因此,在实践中,常采用间歇工作的空间电场技术装置作为空气氮肥化的设施。当空间电场消失后,雾气又会慢慢地升起,而当空间电场又出现时,空气中的氮气就会被电离成二氧化氮并在静电力的作用下与雾气结合成为硝态氮肥。即伴随着间歇出现的空间电场,出现了这样一种过程:雾气---二氧化氮---聚并为微酸性硝酸---着落地面和植株上----再被植株吸收,此过程昼夜循环,雾起雾落,植物就不断地吸收着氮素营养,长此以往,植物生长便可以脱离氮素化肥的投入而照样健康生长。

    空间电场转化氮气为氮肥的数量测定可按照水面面积在一个月内累积的氮素计算。测定方法如下:

    在空间电场的温室内按照湿度监测点的布设方法布置1㎡的不锈钢槽或塑料槽(需采用不锈钢电极将水面接地),槽深大于5厘米即可。测取时间为1个月,然后抽取水溶液10毫升进行氮素含量分析,最后换算成单位面积月空气氮肥转化量。

表2 空间电场环境中水槽水pH

 

 

   (4)湿度与植物生长之间的关系及控制

    

    1.湿度对作物生长的影响很复杂,作物对湿度的需求呈多样性。

    由于植物种类繁多,因原产地气候条件不同,对空气湿度、土壤湿度的要求也不一致。许多原产于热带雨林中或生长在山涧小溪旁的植物,不单对土壤水分要求较多,而且还需要较大的空气湿度。不少种类对空气湿度的要求甚至比土壤浇水更为重要。例如蕨类、一些附生植物等。如果空气太干燥,容易出现叶面粗糙、边缘焦枯、叶片黄化、卷曲等不良现象。除了水生植物以外,适合多数农作物生长的土壤湿度或土壤含水率为20-45%。

    热带雨林作物多喜湿,如热带兰和很多观叶植物,这类植物要求空气的湿度至少在60%以上。在一般情况下,只要不低于40%,多数品种还能正常生长。如果湿度不及40%,植株的叶子就会产生焦边、枯黄的现象。另一类植物,譬如景天酸代谢(CAM)的仙肉植物,气孔白天关闭(减少蒸腾作用),晚上开放,空气湿度作用有限,当然并非说空气湿度完全没有用,很多沙漠性仙肉植物获得水分的主要途径之一是利用昼夜温差大产生的水露以及海洋传播的水气,但是保持这种空气湿度的时间是很短暂的,这和热带雨林的高湿度是有本质区别。

    2.植物外形的日间歇变化

    因植物蒸腾作用、大气电场日变化的存在,植物的枝干茎粗每日随时间会有尺寸的脉动变化,晴天情况下愈为明显,然而在雨天这种脉动变化会在土壤湿度、空气湿度均接近饱和时停止,但常规的灌溉只引起枝干茎粗尺寸的增大。枝干尺寸的脉动变化对植物的养料输送有直接影响。

    3.气湿的空间电场控制

    在空间电场环境中,空气湿度会有一定程度的减小,但其会因时间、距地面高度的不同而呈现较大差异。晴天阳光照射下,因冠层气流的上升作用,距离冠层高70厘米区间空气湿度变化不大,常保持在60~70%的相对湿度状态下。夜间该空间湿度分布则被空间电场压缩至冠顶层至30厘米的空间内,此空间内还保持着携有大量负电荷的水汽粒子。实践证明,湿度的间歇变化对作物的生长要优于湿度的恒定状态,此项知识可参见本博“图11所述内容。

 

  (5)湿度控制与温室保温节能的关系

   

   湿度是病害发生的重要影响因素,降低湿度就能够降低病害的发生率。空间电场的除湿净化及灭菌作用可将温室空气环境维护至很安全的状态,因此可以大幅度减少通风换气次数,如果室内设置了二氧化碳增施系统或有机肥施加足够的话,3个月内可完全不必通风。

   

 

 

                           空间电场环境中的湿度监测

 

  (6)与湿度相关的名词和检测仪器

 

       1.干湿球温度计

     一对并行设备,形状相同的温度计,测量温度,说干球温度计,另一用蒸馏水饱和,以保持包纱布,称湿球温度计。当空气不饱和,湿球因表面蒸发热消耗离开湿球温度下降。同时,湿球和空气流经湿球继续使供热。当湿球消费,由于蒸发热量从周围空气中的热平衡,获得湿球温度时,将不再继续下降,因此有一个干湿球温度之间的差异。干湿之间的湿球温度的大小差,空气湿度大。空气湿度越小,湿球更快的表面蒸发,湿球温度更大程度的降低,更大的干;另一方面,更大的湿度,湿球表面的水分蒸发慢,更湿球温度下降少,干、湿球之间的温差较小。当然,与其他一些因素,如湿球附近的空气速度,干湿球温度差的大小、压力、湿球的大小、湿球湿的方法也有关。干、湿球温度,并考虑其他因素的基础上,从理论上计算时间的空气湿度。

 

        2.大气压的测量——空盒气压计法

  仪器:空盒气压计由具有弹性的薄壁金属空盒构成,气压增高时盒盖内陷,气压降低时盒盖隆起,借助杠杆和齿轮的传动,从表面刻度盘上的指针指示大气压力。

  测量要点:空盒气压计带到现场,露出通气孔,用手指轻扣仪器几下,克服传动部件机械摩擦误差,待指针指示稳定后,读出大气压力值,同时读出附带温度计的温度。精度为±2kPa。空盒气压计应定期经计量部门检定。

 

   
空间电场环境中的湿度监测

    3.名词

    本实验中所用气压单位换算关系:1标准大气压=1013.25hPa=101325Pa。
    绝对湿度absolute humidity:单位体积空气中所含水气的质量,称为绝对湿度,单位用g/m,来表示。

    相对湿度relative humidity:空气中实际水气压与同一温度条件下饱和水气压之比值,称为相对湿度(RH),用%表示。

     空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点。补充:当该温度低于零摄氏度时,又称为霜点。

     一定外界条件下,液体中的液态分子会蒸发为气态分子,同时气态分子也会撞击液面回归液态。这是单组分系统发生的两相变化,一定时间后,即可达到平衡。平衡时,气态分子含量达到最大值,这些气态分子对液体产生的压强称为饱和蒸气压,简称蒸气压。

 

 空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

空间电场调控植物生长与病害预防技术基本知识

刘滨疆

目录

1.生长的调控作用

2.病害的预防作用

3.藻类的预防

    用于植物生长调控的空间电场首先应该是一个正向空间电场,即在由电极线---地面组成的线板电容器中,电极线带有正电位,而大地则是零电位,处于其中的植物就生长在这个正向空间电场之中。这个正向空间电场具有调控植物的生长和预防植物病害的作用,其基本作用如图2.

 

图2 正向空间电场的四个作用

    1.生长的调控作用

    大气电场也称自然电场,是地球环境中存在的一种自然现象,并对地球环境中的植物生长发育以及病虫害发生与发展产生着一种“无形”控制,它是继光、温度、水分、空气、土壤、肥料之后于上世纪九十年代才发现的新要素。大气电场的形成是由带负电荷的地球和带正电荷的电离层组成的类似于球形电容器产生的,因此,大气电场的方向指向地面,其强度随时间、地点、天气状况和离地面的高度而变。大气电场变化的规律性导致了植株定极吸收离子的规律。大气电场的脉动导致了植株对两种极性离子的交替吸收,人为实现电场的变化即可控制植株的生长速度。

 

图3.空间电场仅对碳酸氢根离子和钙离子有驱动效果(国家自然科学基金项目研究结论)

技术说明:

   (1)空间电场强度的变化对植物吸收与输送离子的影响

    当正向空间电场强度提高时,即空间电场变化率大于零时,植物从土壤中、大气中吸收碳酸氢根离子、二氧化碳,而植株体内的钙离子则向根部运输或向土壤、营养液中释放;而当正向空间电场强度减弱时,即空间电场变化率小于零时,植物则从土壤、营养液中吸取钙离子并向土壤、营养液、大气排出二氧化碳。

    也就是说,空间电场可以通过钙离子来调控植物的多种生理活动,并通过电场强度的变化来调控光合作用强度。见图4.

 

   图4 空间电场驱动植物吸收和输运钙离子的物理模型

 

    (2)持续的正向空间电场对根际氧含量以及光合作用增量的影响

    因为空气的微弱导电性,处在空间电场环境中植株会成为空气泄漏电流的导体,这一电流由布设于植物上方的电极线通过空气、植株流入土壤,当该电流从根系流入土壤、营养液中的时候会在根系与土壤溶液或根系与营养液形成的两相界面边界层内产生水分的微电解反应,其结果会导致根际环境中氧气浓度的提高,进而提高根系活力,这是正向空间电场环境中植物根系发达且活力高的一个基本原因,见图5、图6、图7。

    持续的空气泄漏电流还将导致碳酸氢根离子进入植株体内,进而在光的作用下而合成更多的碳水化合物,这是空间电场环境中植物高产的基本原因之一。

 

图5 空间电场环境中根系活力高的机理解释

因空间电场泄漏电流的存在,根系处的土壤水分会产生微电解反应,水分子中的羟基会失去电子变为氧气,进而提高根际环境的氧气含量。

 

 

 

图6 空间电场漂浮育苗营养液增氧机理的图示

技术说明:正向空间电场可以提高漂浮育苗模式中烟苗根际环境中的氧气含量

 

 

   图7 营养液栽培槽的优化设计理论“深凹槽的电动力学分析模型

技术解释:槽体越浅或苗越高,空间电场的促进生长作用越好

    (3)空间电场的空气氮肥化作用

    高电压电极线和空间电场环境中的植物尖端均会在空间电场环境中电离空气,促使氮气转化为二氧化氮,并和温室的湿气结合生成极稀的硝酸型氮肥,这就是空间电场的空气氮肥化作用,也是空间电场环境中植物生长快的原因之一,见图8、图9.

图8 空间电场的空气氮肥化原理

 

图9 空间电场的空气氮肥化原理

    (4)延缓植物衰老与内源乙烯的消解

     因建立空间电场的电极线、植物尖端的放电作用,空气中会产生微量的臭氧,这些臭氧会与植物释放的乙烯发生反应生产二氧化碳和水,进而消除乙烯进一步的催熟和催化叶片老化的作用,其原理见图10.

 

图10 空间电场环境中尖端和细电极线电离空气消解乙烯的电化学反应

   (5)空间电场间歇工作的好处
    在空间电场环境中,因空间电场采用的是间歇工作制,除了空间电场在建立和消失的时候能调节植物体内钙离子浓度以及碳素营养的吸收状况并以此改善植物的生长状态以外,设施内的湿气含量还会随着空间电场的消失而增加,这些湿气会在下一工作周期内变成带电荷的氮肥雨而滋润烟苗,进而促进烟苗生长,见图11。

 

 

图11 间歇喷雾、静电喷雾等间歇工作方式可影响大气电场、空间电场的变化,进而促进植物的生长

技术说明:能够引起空间电场电场强度变化的因子除了设置间歇工作模式以外,另外的因子就是能够引起空气导电率的气象因子、土壤理化因子和引起电场分布的物理机械运动因子,见图12。

    (1)气象因子

    湿度、温度、气溶胶浓度、风速和风向等局地气象条件的变化都会引起空气泄漏电流的大小,进而引起空间电场场强的大小变化。电场强度的变化会导致碳素营养吸收的变化以及钙离子的传递方向,较为变化频繁的电场强度对植物的纤维化、生长速度和抗病力的提高均有促进作用。

    (2)土壤理化因子

    土壤水分含量的变化、土壤空气含量、电解质浓度的变化、原生动物的活动、土壤振动等可导致土壤介电常数变化的因子都可影响进入土壤的泄漏电流的大小,也会改变空间电场的分布,进而影响作物的生长。

    (3)物理机械运动因子

    在空间电场环境中,人和机械的走动、鸟与昆虫的飞翔等移动都会改变空间电场的电力线分布,进而调控着植物的生理活动,调节植物的正常生长。

 

   

图12 多种环境理化生物因子调控大气电场场强的电动力学模型

 

    2.病害的预防作用

     正向空间电场预防植物病害的原理主要包括以下几个方面:

    (1)通过钙离子、碳酸氢根离子的输送调控,提高抗病力

    通过调节空间电场强度的增减形式就可以调控以钙离子为信使的生理代谢的活动强度,进而预防植物的多种生理病害,譬如缺钙引起的多种植物的心腐病以及果实的软腐病,并在增强果实硬度的基础上提高收获后的耐贮性。另一重要表现便是根系活力要高于普通环境中作物,根系亮白而发达,抵抗土传病害能力显著提高。

    通过设立正向空间电场以及采用间歇调控的模式,可以显著地提高植物在低温寡照的逆境中的生长能力,并能增强光合作用强度,提高同化产物向根系输送的数量,进而增强根系的呼吸作用以及吸收营养的能力,其终结果是根系的抗病力提高,这也是空间电场环境中植物的枯萎病、青枯病发生率减少的原因。

    (2)消除内源乙烯的老化作用,抑制嗜糖菌的生长

    建立空间电场的电极线以及植物尖端都可在空间电场环境中电离空气生成微量的臭氧,此环境中的臭氧浓度不会造成植物叶片的氧化损伤,但能将植物释放的乙烯分解掉,进而抑制叶片、果实的过早老化、成熟,同时抑制霉菌的活性,降低霉菌的发病率。

    (3)净化空气,切断了气传病害的传播渠道

    气传病害的传播方式包括三个方面:

    a.产孢器官向大气释放孢子;

    b.孢子随气流扩散:近程传播动力主要是植物冠层中或贴近冠层的地面气流或水平风力,一次传播距离在百米以下,所造成的病害在空间上市连续的或基本连续的,有明显的梯度现象。中程传播的动力来源于湍流或上升气流从植物冠层苔生到冠层以上数米的高度,再由近地面的风运送到一定距离后在落到植物冠层中,其一次传播距离几百米至几公里,其发病具有空间不连续的特点,通常菌源附近有一定量的发病,而距离源稍远处又有一定量的发病,两者之间病害中断或没有梯度传播特点。远程传播的动力主要来源于上升气流、旋风等抬升力,其力可将孢子抬升至距地面近千米以上高度,并形成孢子云,继而又被高空气流水平运送到上百公里至数千公里之外,最后靠锋面雨、湍流或重力作用而降落到地面,如小麦锈病。

    c.着落于植物体表:在温室内病害发生通常表现为中心式流行或点扩散,这是因为温室气候稳定,孢子传播均属于近程传播,着落的孢子形成初侵染并经两三代的高速繁殖和再侵染二形成发病中心,进而向外扩展,扩展方向和距离取决于温室通风和农事操作。初春以后随着温室频繁通风,往往还会造成病害的弥散式传播,这主要是因通风的湍流引起的温室内菌源的弥散,这时的菌源来源于温室内和温室外,发病初期就可以全田发病。

    空间电场的出现可以通过静电力抑制孢子的释放和传播,而那些着落在叶片上的孢子会因空间电场的叶片干燥作用而不得不休眠直至死亡。

    设立于植物生长空间的正向空间电场与我们熟知的静电场一样,具有空气净化的功能。其净化原理如下:带有高电位的电极线电离空气产生正电荷,正电荷与空气微生物气溶胶相结合并在静电力(库仑力)的作用下做定向移动,其定向移动轨迹延伸至任何接地物体,比如大地、植物。而新生的微生物气溶胶则被静电场抑制在原地而失去扩散能力。

    (4)电离空气产生的氧化剂的杀菌作用

    带有高电压的电极线电离空气产生的微量臭氧可以杀灭一部分空气微生物,进而降低空气微生物浓度,减少空气传播病害的发生率。

    (5)调节根际环境优势微生物菌群种类。

    在空间电场环境中,流过植物体内的电流会在根际产生水的微电解、氯离子的电化学反应,生成微量的氧气或氯气,进而改变根际环境中的微生物菌群种类和数量,进而预防一些土传病害的发生与发展,其原理如图5、图6、图13。

 

图13 空间电场调节根际环境的理化与生物特性的机理说明

   3.藻类的预防

    使用空间电场设备预防营养液藻类繁殖的办法是直接使用电极线抵近水面进行电晕放电,其机理在于空间电场抑制了藻类孢子的扩散,但同时也会因为电晕放电产生的臭氧抑制藻类生长,不过此法对非水面漂浮的作物根系生长没有抑制作用,仅对浮萍等水面漂浮的植物生长和分生有抑制。

 空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

参考文献:

1.国家自然科学基金资助项目“低温低光强低CO2浓度下植物快速生长的电场条件的研究”(项目号:39060027)。

2.国家自然科学基金资助项目“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:59267006)的研究成果。

空间电场调控植物生长与病害预防的重要功能原理

 



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