激光在农业中的应用(DOC)

激光在农业中的应用

调研报告

课程名称：激光原理

专业班级：电科131班

姓名学号：林静2013031030

摘要

激光是一种新型光源，激光是受激辐射光放大产生的一种单色性、方向性和相干性都很好的强光光束。激光器是20世纪的重大发明之一，是人造光源的一次革命。随着激光技术的不断发展，激光的潜在应用价值被慢慢开发，在短短的几十年时间里，激光已经在工业、国防、医学等领域获得愈来愈多的应用。近10年来，激光在农业中的应用也取得了可喜的成果。

激光在农业上的具体应用

一.激光在作物培育方面的应用

1.育种

农业育种科学家根据绿色植物的叶片经过一定波长激光照射后，会发出微弱荧光的特点，采用灵敏的仪器将其测出，对比银光亮度与产量关系，发现同种之物荧光越强，产量越高。

激光育种是在其他高科技成果的基础上发展起来的，有微波育种、X射线育种、放射性同位素育种、种子育种等背景下出现的。利用红宝石激光照射胡萝卜等种子，可以有效提高发芽率和出苗率。后经过不断研究，发现一适当计量的激光辐射大都、水稻、小麦、玉米、骨子、蚕豆、蔬菜等种子，可加快农作物生长，增强一直病虫害的能力。提高种子弄虚而参数（发芽率、发芽势）和改善叶绿素含量，真呢过强光合作用强度和一些生物酶的活性，有利于作物的生长，达到增产目的。

从20世纪60年代开始，美国、前苏联、澳大利亚、加拿大等国就已将激光用于诱变育种。我国激光育种始于1972年，并在粮食作物、经济作物乃至微生物育种、牲畜育种、鱼

类育种领域取得显著成果，取得了良好的经济效益和社会效益。应用育种的激光器波长从远红外1 18．8um，10．6 um，到可见光694．3nm，632．8nm，530nm，441．6nm，到紫外337．1nm，265nm等；常用的激光器有CO2、He-Ne、N2、钕玻璃、红宝石、Ar 、YAG 等，其中以C02和He-Ne激光最为普遍。

激光促长的主要途径有照射种子、照射植株和照射灌溉水，国内目前主要是照射种子。长期实践表明，低剂量激光照射不仅在提高种子活力方面有短生物效应，而且对秧苗的生长和发育有长期的生物效应。

研究表明，激光同其他理化诱变因素一样，能引起水稻后代出现多种形状的变异。特别是早熟、矮杆、籽粒变大等有利变异出现的频率较高。目前我国试验激光育种的植物品种已达200种。

2.控制生长

缩短生长周期：日本北海道农业研究所先采用大功率半导体激光器在钵内育苗，8天后移到营养液中栽培生长，同时在生长期间用红色波长的激光和蓝色的荧光灯灯光照射水稻，使其高效率地进行光合作用，56～68天内全部成熟。按照这种栽培法的生长期计算，1年至少可收获5次。

用激光照射茄子的植株，能够使它们开的雌花数量增加 1.5 倍，产量提高20％～30％。用激光照射生长中的甘蔗，营养生长期延长，提高了甘蔗的产量和质量。用激光照射大豆秧苗，会使植株变矮，结荚多而饱满。

植物学家发现，用红宝石发出的激光束照过的谁灌溉农田，特别容易被作物吸收。同时，这些灌溉灌溉激光水的玉米，棉花等，产量提高2成。植物学家又用绿色和橙色激光照射的水灌溉花，结果使许多名贵花大而色艳，花期延长了10多天。植物学家还发现，植物对激光水的吸收率是普通水的3倍。这一发现，对节水具有深远意义。

沙田柚是盛誉海内外的名果，果肉柔嫩，味甜有蜜味。主要缺点是果内的籽太多，一个果平均有籽140－150粒。现在用激光照射柚子树后，结的柚子里面含的籽很少，而且有4％的果内一粒籽都没有。果子的肉更甜，含可溶性固性物高达12－14％，比通常的果子含量高2％左右，产量也提高了。以往一朵花只结一个果，结两个果的就很少了，现在，一般结二三个果，还出现一朵花结40个果的事。平均每棵树可以收400个果，而以前只有150－200个。还有一种叫“沙子早生”的桃子树，它结的桃子肉厚、嫩、甜，是制造桃子水果罐头的好原料。我国引种了好几年，但结果率很低。果树栽培专家说，这是因为它雄蕊发育不全，不能很好地授粉。现在采用激光照射处理的办法，终于治好了它的“不孕症”，结果率达85％以上，产量比原先提高4倍以上，而且果子的品质也获得提高，含糖量高达14.5％，恢复疲劳素（天冬氨酸）的含量提高15%-35%。

不同的人，对诸如桔子、柑、橙、苹果等水果的口味要求不同，一些国家的人喜欢带点酸味的水果，我国人则多数喜欢甜味比较浓的水果。现在，利用激光技术也可以“设计”出不同口味要求的桔子树、柑树、橙树和苹果树。水果生产丰富多彩了。

二．激光在影响种植环境方面的应用

1.除草

美国一家农业研究所的科研人员研制成功一种新型的激光除草剂，其主要成分是按基乙酰丙酸。这种除草剂完全是通过光发挥作用的，效力大，用量小，不损害农作物，对人畜无害，使用非常方便。于黄昏前喷射施用，被杂草吸收后，在光的作用下，便产生有害物质，破坏杂草的细胞膜，最后流出汁液，在4 小时之内杂草就变白而枯死。

2.激光平地整地

激光平地整地技术是利用激光独有特性，将激光束作为控制手段，控制液压平地机具的

升降高度。激光平地设备一般由激光发射器、接收器、控制器和平地机具组成。激光发射器发射一束极细且能旋转360。的激光束，提供恒定平地基准。装有接收器的装置放在靠近平地机具测量标杆上，从激光束到平地刀口之间的固定距离即为标高测量基准，接收器检测到激光信号后不间断地给控制器发送坡度信号，从而实现机具控制，达到农业平地整地的效果。

激光平地整地示意图

3.防治病虫害

美国科学家发现激光照射到健康农作物时，能被吸收进行光合作用。如果照射在生长不良或有病虫害的农作物上时，光能不会完全被光合作用利用，其中一部分会分散成不同波长的冷光或被反射回来。通过分析这些光的性质，就可检测到作物病害，确诊病因，对症下药。在农业生产中，利用激光技术替代化学药品防治杀灭害虫，可有效减轻农药残留对环境的污染和因食用被污染的食品而给人们的健康造成伤害。用小功率红宝石或CO2激光器可在几小时内杀死大部分农业害虫的卵、幼虫、蛹或成虫，如波长450 500nm的激光可杀死螨类和蚊类。

4.选择家畜精子性别

美国农业研究中心研究成功一种激光选择家畜精子性别系统。这种系统是根据X精子染色体中的DNA比Y精子染色体中含量多，在激光照射时，X精子染色体比较明亮，有电脑记录其荧光高密度，然后在电声作用下分离开X精子和Y精子，于是选用X精子与卵子受精

便生产雌畜，选用Y精子与卵子受精便生产雄畜，目前，美国已在牛、羊、猪等家畜中进行试验。

3.激光在农用器械制造中的应用

1.激光剪羊毛

澳大利亚的养羊业非常发达，但用传统的剪刀剪羊毛费时费力，效率低。科技人员研制成功一种激光装置，利用该装置的光束代替传统的剪刀，把羊毛连根剪断，整张毛被剥下来，提高工效十倍。

2.快速成型技术

快速成型技术就是直接根据CAD模型快速生产样件或零件的技术总称。它集成了CAD 技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。它能根据CAD模型（电子模型）自动、快速、直接、精确地将设计思想物化为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条件下生成几乎任意复杂的零部件，解决了从设计到知道的快速对接问题。

农用机械生产过程具有特殊性，零件多具有较复杂的形状，如耕地机械、整地机械和收获机械等。此外，复杂的曲面较多，如犁体曲面、旋耕机旋刀、水泵叶轮和送料螺旋等，而且根据具体的生产情况不同，其形状还需要相应调整。因此，利用传统的机械加工方法研制这种农用机械零件，不仅研制开发时间，加工工艺复杂，而且很难达到理想的效果。运用先进的激光快速成型集成技术，不仅大大缩短新产品的开发周期，降低开发成本，而且制造质量也优于传统制造方法。

总结

就现在来说，激光用于农业生产还受到很多的限制，农业生产集约度不够，农民科技意识不强，大部分地方还停留在传统的种植模式中。可是我相信，随着社会节水意识的逐步增强，国家对于生态经济发展的重视，这种节水高效的农业生产设备必将走入广泛的市场，激光运用于农业的前景将相当广泛。