激光在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用(DOC)

1、股卻傳顯工窓大學(xué)Chengdu University of Information Technology激光在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用調(diào)研報(bào)告課程名稱：激光原理專業(yè)班級(jí)：電科131班姓名學(xué)號(hào)：林靜2013031030摘要激光是一種新型光源，激光是受激輻射光放大產(chǎn)生的一種單色性、方向性和相干性都很好的強(qiáng)光光束。激光器是 2020 世紀(jì)的重大發(fā)明之一，是人造光源的一次革命。隨著激光技術(shù) 的不斷發(fā)展，激光的潛在應(yīng)用價(jià)值被慢慢開發(fā)，在短短的幾十年時(shí)間里，激光已經(jīng)在工業(yè)、 國防、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域獲得愈來愈多的應(yīng)用。近1010 年來，激光在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用也取得了可喜的成果。激光在農(nóng)業(yè)上的具體應(yīng)用一.激光在作物培育方面的應(yīng)用1

2、.1.育種農(nóng)業(yè)育種科學(xué)家根據(jù)綠色植物的葉片經(jīng)過一定波長激光照射后，會(huì)發(fā)出微弱熒光的特 點(diǎn)，采用靈敏的儀器將其測(cè)出，對(duì)比銀光亮度與產(chǎn)量關(guān)系，發(fā)現(xiàn)同種之物熒光越強(qiáng)，產(chǎn)量越高。激光育種是在其他高科技成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有微波育種、X X 射線育種、放射性同位素育種、種子育種等背景下出現(xiàn)的。利用紅寶石激光照射胡蘿卜等種子，可以有效提高發(fā)芽率和出苗率。后經(jīng)過不斷研究，發(fā)現(xiàn)一適當(dāng)計(jì)量的激光輻射大都、水稻、小麥、玉米、 骨子、蠶豆、蔬菜等種子，可加快農(nóng)作物生長，增強(qiáng)一直病蟲害的能力。提高種子弄虛而參 數(shù)（發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)）和改善葉綠素含量，真呢過強(qiáng)光合作用強(qiáng)度和一些生物酶的活性，有 利于作物的生長，達(dá)到增

3、產(chǎn)目的。從 2020 世紀(jì) 6060 年代開始，美國、前蘇聯(lián)、澳大利亞、加拿大等國就已將激光用于誘變育 種。我國激光育種始于 19721972 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從遠(yuǎn)紅外 1 1 1818. 8um8um , 1010. 6 6 umum，到可見光 694694. 3nm3nm , 632632 . 8nm8nm , 530530nmnm, ,441441. 6nm6nm ,到紫 外 337337. 1nm1nm ,265265nmnm 等；常用的激光器有 CO2CO2、He-NeH

4、e-Ne、N2N2、釹玻璃、紅寶石、 ArAr、YAGYAG 等，其中以 C02C02 和 He-NeHe-Ne 激光最為普遍。激光促長的主要途徑有照射種子、照射植株和照射灌溉水，國內(nèi)目前主要是照射種子。長期實(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)秧苗的生長和發(fā)育有長期的生物效應(yīng)。研究表明，激光同其他理化誘變因素一樣，能引起水稻后代出現(xiàn)多種形狀的變異。特別是早熟、矮桿、籽粒變大等有利變異出現(xiàn)的頻率較高。目前我國試驗(yàn)激光育種的植物品種已達(dá) 200200 種。2.2.控制生長縮短生長周期：日本北海道農(nóng)業(yè)研究所先采用大功率半導(dǎo)體激光器在缽內(nèi)育苗，8 8 天后移到營養(yǎng)液中栽培

5、生長，同時(shí)在生長期間用紅色波長的激光和藍(lán)色的熒光燈燈光照射水稻， 使其高效率地進(jìn)行光合作用，56566868 天內(nèi)全部成熟。按照這種栽培法的生長期計(jì)算，1 1 年至少可收獲 5 5 次。用激光照射茄子的植株， 能夠使它們開的雌花數(shù)量增加1.51.5 倍，產(chǎn)量提高 2020%3030%。用激光照射生長中的甘蔗，營養(yǎng)生長期延長，提高了甘蔗的產(chǎn)量和質(zhì)量。用激光照射大豆秧 苗，會(huì)使植株變矮，結(jié)莢多而飽滿。植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，用紅寶石發(fā)出的激光束照過的誰灌溉農(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 2 成。植物學(xué)家又用綠色和橙色激光照射的 水灌溉花，結(jié)果使許多名貴花大而色

6、艷，花期延長了1010 多天。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 3 倍。這一發(fā)現(xiàn)，對(duì)節(jié)水具有深遠(yuǎn)意義。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 140140 - 150150 粒?，F(xiàn)在用激光照射柚子樹后，結(jié)的柚子里面含的籽很少， 而且有 4 4 %的果內(nèi)一粒籽都沒有。果子的肉更甜，含可溶性固性物高達(dá)1212- 1414%，比通常的果子含量高 2 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)4040 個(gè)果的事。平均每棵樹可以收 400400 個(gè)果，而以前只有 1501502

7、00200 個(gè)。還有一種叫“沙子早生”的桃子樹，它結(jié)的桃子肉厚、嫩、甜，是制造桃子水果罐頭的好原料。我國引種了好幾年，但結(jié)果率很低。果樹栽培專家說，這是因?yàn)樗廴锇l(fā)育不全，不能很好地授粉。現(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) 8585 %以上，產(chǎn)量比原先提高4 4 倍以上，而且果子的品質(zhì)也獲得提高，含糖量高達(dá)14.514.5 %，恢復(fù)疲勞素（天冬氨酸）的含量提高15%-35%15%-35%。不同的人，對(duì)諸如桔子、柑、橙、蘋果等水果的口味要求不同，一些國家的人喜歡帶點(diǎn)酸味的水果，我國人則多數(shù)喜歡甜味比較濃的水果?，F(xiàn)在，利用激光技術(shù)也可以“設(shè)計(jì)”出不同口味要求的桔子樹、柑

8、樹、橙樹和蘋果樹。水果生產(chǎn)豐富多彩了。二.激光在影響種植環(huán)境方面的應(yīng)用1.1. 除草美國一家農(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 4 小時(shí)之內(nèi)雜草就變白而枯死。2.2. 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)且能旋轉(zhuǎn) 36036

9、0。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。激光平地整地示意圖3.3. 防治病蟲害美國科學(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 的冷光或被反射回來。 通過分析這些光的性質(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)藥殘留對(duì)環(huán)境的污染和因食用被污

10、染的食品而給人們的健康造成傷害。用小功率紅寶石或CO2CO2 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450450 500500nmnm 的激光可殺死螨類和蚊類。4.4. 選擇家畜精子性別美國農(nóng)業(yè)研究中心研究成功一種激光選擇家畜精子性別系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是根據(jù) X X 精子染色體中的 DNADNA 比 Y Y 精子染色體中含量多，在激光照射時(shí)，X X 精子染色體比較明亮，有電腦呼地護(hù)記錄其熒光高密度，然后在電聲作用下分離開 X X 精子和 Y Y 精子，于是選用 X X 精子與卵子受精 便生產(chǎn)雌畜，選用 Y Y 精子與卵子受精便生產(chǎn)雄畜，目前，美國已在牛、羊、豬等家畜中進(jìn)行

11、 試驗(yàn)。3.激光在農(nóng)用器械制造中的應(yīng)用1.1. 激光剪羊毛澳大利亞的養(yǎng)羊業(yè)非常發(fā)達(dá)， 但用傳統(tǒng)的剪刀剪羊毛費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 效率低?？萍既藛T研制 成功一種激光裝置，利用該裝置的光束代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剪刀， 把羊毛連根剪斷，整張毛被剝下來， 提高工效十倍。2.2. 快速成型技術(shù)快速成型技術(shù)就是直接根據(jù)CADCAD 模型快速生產(chǎn)樣件或零件的技術(shù)總稱。它集成了CADCAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。它能根據(jù) CADCAD 模型（電子模型）自動(dòng)、快速、直接、精確地將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定功 能的原型或直接制造零件，在不用模具和工具的而條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零部件，解決了從設(shè)計(jì)到知道的快速對(duì)接問題。農(nóng)用機(jī)械生產(chǎn)過程具有特殊性，零件多具有較復(fù)雜的形狀，如耕地機(jī)械、整地機(jī)械和收 獲機(jī)械等。此外，復(fù)雜的曲面較多，如犁體曲面、旋耕機(jī)旋刀、水泵葉輪和送料螺旋等，而 且根據(jù)具體的生產(chǎn)情況不同，其形狀還需要相應(yīng)調(diào)整。因此，利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法研制 這種農(nóng)用機(jī)械零件，不僅研制開發(fā)時(shí)間，加工工藝復(fù)雜，而且很難達(dá)到理想的效果。運(yùn)用先 進(jìn)的激光快