近30年植物生理學、地球物理學的最大發現：大氣電場的生物效應 我們知道溫度、陽光、水分、肥料是植物生長的四大要素，然而就在1989-1994年間國家自然科學基金資助的兩項基礎研究項目：“靜電場促生水培設備的多因子調控設計理論的研究及應用”(項目號批準號：59267006 )；“低溫低光強低CO2濃度下植物快速生長的電場條件的研究”(項目批準號：39060027 )的研究揭示了大自然隱藏的另一秘密：自然界中的植物生長以及病害的發生頻度原來還要受到大氣電場的控製。

1.大氣電場形成的基本過程

 

科學探測表明我們(men) 居住的地球環境中，地球帶負電荷、電離層帶正電荷，這樣我們(men) 生活的空間就有了大氣電場。通常，晴天的時候，大氣電場為(wei) 正向空間電場，即場強方向指向地球。這個(ge) 空間電場對生長於(yu) 其間的植物具有顯著地生理作用。

2.地球大氣體(ti) 係的靜電參數

根據大氣電現象的研究表明，從(cong) 靜電角度來看，地球和大氣近似形成一個(ge) 漏電的球狀電容器，如圖1、2所示，其中地球表麵帶負電，大氣帶正電，距地表50公裏高度以上的大氣由於(yu) 電離程度很高，可認為(wei) 是一個(ge) 理想導體(ti) 。由大氣電測量表明：接近地球表麵的電場是垂直指向地球表麵，在晴天情況下，其數值約為(wei) 　E₀(r₀)=100伏/米，而地球表麵上的電荷密度-8.85×10^-10庫侖(lun) /米²，地球表麵上攜帶總負電荷量為(wei) 4.51×10⁵（庫侖(lun) ），大氣的電流密度約為(wei) -3×10^-12（安/米）²。

 

已知地球表麵與(yu) 電離層的電壓及大氣中的電流，便可求出大氣中消耗的電功率P=5.2（億(yi) 瓦）。提供5.2億(yi) 瓦電功率的電源是大氣中的雷電！因此常說，大氣是一部分忙碌工作著的電機。

3.植物生物電流形成的電動力學模型

 

大氣中的電荷在大氣電場作用下移動，產(chan) 生1350安培的穩定電流，從(cong) 而把正電荷輸送到大地上，則地球上的負電荷將迅速被中和，為(wei) 什麽(me) 地麵上的總電量 庫侖(lun) 能保持恒定呢？回答是：地麵上空頻繁的雷電把負電荷帶到地球上，維持地麵的總負電量不變。雷雨雲(yun) 的上部一般帶正電，下部帶負電，雲(yun) 地間放電時，給地球帶來負電，據估計在全球範圍內(nei) ，平均每妙約100次雷電，保持地麵負電荷的穩定性。值得指出的是大氣電場強度的迅速變化可引起植物的生理生化變化，進而促進作物的生長。

4.植物光合作用的大氣電場調控原理

 

在空間電場強度不太強及植物生活體(ti) 係總電導率不變的條件下，感應的Ca2+輸運電流?的變化僅(jin) 取決(jue) 於(yu) 空間電場強度的變化。在?t的任何時間段內(nei) ，實現定極性多量輸運Ca2+的電動力學模型為(wei) ：

=–{ｒ/(t2_t1)}∫t1E′(t)dt

式中表示：當電場強度變化率E?(t)>0時，植株形態學上部的Ca2+陽離子下移，栽培基質中和根區的HCO3—陰離子上移。當電場強度變化率E?(t)<0時，植株形態學上部的HCO3—等陰離子下移，栽培基質中和根區的Ca2+陽離子上移。

1.當E’ (t)>0時， HCO3- 由葉背麵、土壤中被驅動進入葉的上表層和植物體(ti) 內(nei) 、而當E’ (t)<0時， HCO3-則由根進入土壤中。
2.空間電場與(yu) 二氧化碳同補可出現產(chan) 量倍增效應。

 

模擬大氣電場變化的空間電場與(yu) 二氧化碳氣肥聯合調控植物生長的係統

當空間電場強度足夠強時，HCO3—陰離子響應電流的變化除受圖式中參數的變化影響外，更取決(jue) 於(yu) 空間電場的極性，即空間電場強度的方向。

植物吸收空氣中CO2的一般過程先是CO2通過擴散和質流進入葉片背麵氣孔的，然後再水解為(wei) HCO3—陰離子。當電場強度變化率E’(t)>0時或高強度空間電場場強方向指向地麵時，葉片氣孔中的HCO3—陰離子受驅動迅速穿越胞壁進入葉肉細胞，依據擴散和質流的原理，空氣中的CO2就會(hui) 迅速湧入，這一過程將會(hui) 表現出密閉空間空氣中的CO2濃度迅速降低，同時，根區土壤中的HCO3—陰離子同根係排出的大量陽離子相交換而進入植物體(ti) 內(nei) 。當電場強度變化率E’(t)<0時或高強度空間電場場強方向指向天空時，植物體(ti) 內(nei) 大量的HCO3—陰離子受驅動迅速向根區及根區土壤中輸運，土壤中大量的陽離子也同其交換而進入植物體(ti) 內(nei) ，同時，植物體(ti) 內(nei) 也有少量的HCO3—陰離子受驅動而由葉片背麵氣孔中排出，以上過程將表現為(wei) 密閉空間空氣中的CO2濃度略有增加而植物體(ti) 內(nei) HCO3—陰離子量的減少幅度卻很大。

 

圖式中，v、r、γ、γ1分別為(wei) 布設在植物上方的電極線與(yu) 地之間的電位差以及其間的氣柱電阻、總電導率和植物生活體(ti) 係總電導率。表明植株體(ti) 內(nei) 離子響應電流的大小由空間氣體(ti) 的電學參數及栽培基質、植株體(ti) 本身的電學參數的變化決(jue) 定，也就是環境中任一因子的變化都會(hui) 影響植株體(ti) 內(nei) 離子肥料的濃度和分布。因此，特殊變化的空間電場及作用於(yu) 該空間電場中的環境因子的變化均可改變植株吸收離子養(yang) 料和同化物的運輸狀態。

隻要空間電場變化，植株的各種生理活動狀態均將發生改變。設置特定變化的空間電場即能對植物的吸收、同化物的運輸及多種生理活動進行調控。

5.大氣電場與(yu) 植物的生長方向

 

地球表麵生長的植物受大氣電場和重力的聯合作用，並在水分蒸發逃逸的方向上呈現垂直生長的特點。脫離了大氣電場的作用或脫離了重力作用，植物生長會(hui) 嚴(yan) 重地失去方向感。

 

這是生長在果子溝山坡上的塔鬆，，仍然直衝(chong) 天空。

6.大氣電場與(yu) 旱作農(nong) 業(ye) 高產(chan) 栽培模式的發現

 

對於(yu) 幹旱地區，采用高壟溝種是豐(feng) 產(chan) 的重要技術措施，其電動力學模型則為(wei) 深凹槽的靜電屏蔽原理：在凹槽的兩(liang) 個(ge) 內(nei) 角處，空間電場或大氣電場強度接近零，此處的水分蒸發速度極慢，因此把植物種植在這個(ge) 位置是非常科學的。考慮到水分的熱蒸發和土壟靜電屏蔽保水能力的平衡，故建議在旱作農(nong) 業(ye) 地區把植物種植在溝底背陰處最為(wei) 科學。如果種植在壟頂，隻有那些具有發達根係的植物才能生長。

 

整個(ge) 夏季無水灌溉的溝種植物：仍然活著

 

機械化起壟

7.大氣電場引發的聚水和產(chan) 生氧氣的電動力學原理

 

在大氣電場的作用下，植物的根係會(hui) 產(chan) 生微量的氧氣，其原因就是大氣電場引起的植物根係水分的微電解，電化學反應式如圖中所示。同時，空氣中的霧氣會(hui) 聚向地麵。

 

沒有設置空間電場發生係統的香菇房

 

模擬大氣電場變化的空間電場發生係統：溫室電除霧防病促生係統空氣聚水效果（香菇房）

 

未啟動空間電場發生係統時溫室的霧氣茫茫

 

空間電場發生係統啟動15分鍾後的現場：溫室電除霧防病促生係統空氣除霧聚水效果

8.理論應用

大氣電場調控植物生長的基礎理論研究揭示了空間電場的植物生長發育調控機理，這一成果極大地推動了空間電場調控植物生長技術的發展和應用。大氣電場或空間電場作為(wei) 又一人類能夠操控植物生長發育的環境因子已經在生產(chan) 中廣泛應用，並成為(wei) 保障無毒蔬菜生產(chan) 的物理植保係統的核心技術，其技術裝備也是建立環境安全型溫室的關(guan) 鍵設備。

 

溫室上方橘黃色絕緣子吊掛的電極線與(yu) 地麵組成了線---板電容器，通電後就建立了空間電場

 

空氣質量極好，完全不用農(nong) 藥

 

空間電場環境中生產(chan) 的生菜

 

空間電場/二氧化碳同補環境中的番茄苗

 

模擬大氣電場建立空間電場調控植物生長與(yu) 防病的3DFC-450型溫室電除霧防病促生係統