W020200902475389191653.jpg

“电网种菜”有望提高农作物产量

陕西科技报 2020-09-02

  

  我国各地的一些大棚里,科学家们正在做着一项有望提高农作物产量的实验,他们将莴苣和黄瓜大棚置于许多电缆释放出的强大电力场中,让作物生长得更快。位于北京郊区某个面积庞大的商业暖房里,光线透过上方的玻璃倾泻而入,但与普通温室不同的是,空气中弥漫着轻柔的嗡嗡声。这声音来自悬挂于作物上空的高压电线,这里不是一个普通的作物生长空间,而是一个正在兴起的电气栽培技术的实验场地。

  这项实验的目的是让农作物沐浴在电缆辐射出的无形电力场中,从而提高产量。从黄瓜到小萝卜,增产效果好得简直令人难以置信。“整体效果非常好,”该项目首席科学家刘滨疆说道,“实际上,我们已经进入了这项技术的黄金时代。”

  没有明朗结果的早期探索

  早在19世纪80年代,芬兰物理学家卡尔·塞利姆·莱姆斯特罗姆就引入了电气栽培这一概念,并向全世界推广。

  他对拉普兰(位于斯堪的纳维亚半岛)北部的光照情况进行研究后发现,尽管那一地区作物生长季节很短,但那里的树木生长状况却非常良好。他认为,这可能与涌入地球大气的带电粒子引发极光所产生的电力场有关。

  有了这个想法之后,莱姆斯特罗姆立即着手进行了一系列实验,通过架设电线产生电力场来试图促进作物生长,但实验效果喜忧参半,有成功的,也有不太成功的。1896年,发表在《北美评论》上的一篇文章描述了莱姆斯特罗姆的研究成果,“在周围大气中强大电力场刺激下的菜园里……作物生长速度和产量均提高了50%,葡萄园的实验结果也异常喜人,结出的葡萄不但个儿大,品质好,而且糖份和乙醇含量也更高。电力场刺激下生长的花朵香气更芬芳,色彩更艳丽。”此后不久,英国也复制出了类似的实验结果。

  1918年一战结束时,美国建立了一个由科学家和农民组成的电气栽培委员会,以确定电气栽培是否是一个值得追求的科研目标。

  此后十几年间,该委员会对麦子、燕麦、豌豆和土豆进行了一系列实验,不稳定的实验结果令他们感到失望。“即使在大多数年份里都能保证20%的增产幅度,在经济成本上也是得不偿失的。”1936年,该委员会在最后的报告中如此总结道。

  然而,一些科学家还是坚定地认为,电力栽培的效果是真实可信的。尽管实验结果很难说明问题,但还是有许多相关专利问世,不过电气栽培技术在美国却一直没能广泛推广。

  不仅能增产,还能杀虫

  上世纪80年代之前,电气栽培研究一直在断断续续地缓慢推进。就在那时,时任内蒙古农牧业机械化研究所研究员的刘滨疆开始了这一方面的探索。

  刘滨疆一直对光照对土壤营养物质的影响非常感兴趣,因此开始关注电力场对促进小麦和大麦生长的作用。

  他将自己开发的方法称为“空间电力场”。通常,在空气中有一个大约每米100伏特的天然的垂直电势梯度。刘滨疆在温室里进行的实验中,将每米天然垂直电势梯度提高到700至2万伏特,输电线垂置于作物上方,这些电线形成的电场向下面的农田辐射。

  刘滨疆发现,在这番布置下,作物产量有了可观的提高:莴苣和黄瓜产量增加了40%,土豆、萝卜和茴香也有类似的提高。2000年,他与深圳合作开发了一款专门为这些输电线提供电力的商用发电机。之后的几年里,他又分别在北京、大连和天津建立了多个电气栽培温室大棚。

  其实,电气栽培除了增加产量,还可大量减少杀虫剂的使用。2013年,刘滨疆开发了第二代电气栽培技术,叫做“带电栽培”。这一技术同样需要架设悬置于农田上方的输电线,不同的是,电流将直接通过作物。在这个实验中,如果用手触摸植株,可以感受到轻微的电刺激。这可以起到有效的驱虫作用,电力场还能驱除温室空气中的有害微生物,因为在电场放电的情况下所产生的化学分子可杀死空气中的细菌。

  刘滨疆的研究实验的科学性目前还难以做出评断,他和同事的大部分研究成果尚未在国际学术期刊上发表,但在国内已经发表了100多篇论文。

  刘滨疆不是唯一研究电气栽培技术的研究人员。墨西哥电化学研究和技术开发中心的埃里卡·布斯托斯也一直在探索电气栽培对作物的影响,她的实验对象是一种与卷心菜同属一科的小型开花植物。在2016年的研究中,布斯托斯在种植实验植物的土壤中布置了形成电路的电极。在电流不太大的情况下,植物确实会长得更快更壮实。

  植物期待雷暴雨的记忆

  为什么电流可以促进植物生长?这是因为植物会利用电流的作用。一些植物细胞能通过细胞内离子的流动,如钙离子和镁离子,来积聚和释放电荷。据说,这可能是植物传递信号的一种方式,有人甚至认为,电信号是形成植物记忆的基础。

  研究人员最近发现,西红柿植株可通过它们的根系在土壤中传递电信号。这表明,电流对于植物生长很重要。

  但外部电力场又是如何促进植物生长的呢?上世纪90年代,英国伦敦皇家学院的植物学家安德鲁·戈兹沃西曾提出,在经历了一场雨量充沛的暴雨之后,植物生长会猛然加速,这说明了电对于植物生长的重要性。大气中每米电势梯度通常为100伏特,而雷暴天气里每米电势梯度可达几百伏特甚至更多。

  戈兹沃西由此推断,植物也能够感知电场变化。1991年,他用烟草植物做实验后发现,施加微弱外部电场可改变植物内部钙离子的流动模式——植物可能将施加的电场视为雨水即将来临的信号,而当最后雨水并没到来时,有可能对植物产生负面影响。

  但这些都只是猜测,这些实验观察结果背后的机制在很大程度上还难以厘清。可以肯定的是,植物和它们周围电环境之间一定存在某种有趣的联系。

  在20世纪进行电气栽培实验需要付出昂贵的经济代价,如今的实验花费则要少得多。当然,提高农作物产量也有很多其他途径,电气栽培法是否更具优势?目前尚不明确。但通过这一研究,科学家们也许会有更多新发现。

  (慕子岚)

责任编辑:王超

科普中国APP 科普中国微信 科普中国微博
陕西科技报
是中国科协为深入推进科普信息化建设而塑造的全新品牌,旨在以科普内容建设为重点,充分依托现有的传播渠道和平台,使科普信息化建设与传统科普深度融合,以公众关注度作为项目精准评估的标准,提升国家科普公共服务水平。

猜你喜欢