设施栽培中植物声频处理技术研究与应用

发布时间:2016-07-22

嘉宾姓名:樊庚

2010年9月——2014年7月  吉林农业大学  农业建筑环境与能源工程专业  工学学士。


我的汇报题目:设施栽培中植物声频处理技术研究与应用,主要包括声频处理技术研究和应用研究两部分,首先给大家介绍一下研究背景,在我们生活的世界中充满了各种各样的声音。如虫鸣鸟叫等。声音按频率分类,频率低于20Hz的声波称为次声波;频率20Hz~20kHz的声波称为可听波;频率20kHz~1GHz的声波称为超声波;频率大于1GHz的声波称为特超声或微波超声。

声音在人们的生产和生活中广泛应用着。如各种音乐,B超等。

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在动物方面,音乐可以使动物保持安静、放松或消除恐惧感。

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如果说,动物能够“听懂”音乐,是因为它们有神经,有感觉,那么,给植物播放音乐,会用反应吗。然而,研究学者们通过大量实验发现植物也能对声波产生响应。

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研究背景

从1860年开始,植物声波处理的研究历程,已经有一百多年的历史,从最初的音乐处理、超声波处理到现在的声频处理,声波对植物生长发育的促进作用已被国内外科学家的研究所证实。声波在植物方面的应用研究相对较多,而声波对植物的作用机理研究则不足,国内外并没有做出统一的解释。目前主要有两个观点:

观点一:植物的生物力学

声波属于一种机械应力,国内外学者从细胞和分子生物学角度揭示声波作用机理。

观点二:植物的声学特性

植物的自发声:植物器官在生长过程中所发出的低频声波。植物受特定外源声波刺激后的谐振响应。

从1974年开始直到现在,从生物力学角度解释植物声波处理的机理,国内外已经做了很多研究。而有关植物自身声学特性的研究进展缓慢,尚处于初始阶段。

为此,对植物自发振动的特性及其随环境变化的规律进行研究,为设施栽培中应用植物声频处理技术提供参考。

植物声频处理技术研究

(1)植物自发声测定方法研究

植物自发声的测点:茎、叶肉、叶脉

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植物自发声信号微弱,需要在特殊场合测定:消音室。

测量仪器:PDV-100数字便携式激光测振仪。

信号分析:采用功率谱分析方法可确定出植物自发声信号频率的分布和变化情况。

测试设备校准:音叉。

试验时间和地点:2010年3月至7月,消声室。

对象:黄瓜幼苗。

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黄瓜幼苗叶片主脉、叶肉和茎三个部位的频域特性基本一致,主频值出现频率主要集中于:4.98~5.56 Hz之间。

植物声频发生器(波段3)刺激黄瓜幼苗后,黄瓜苗茎的功率谱谱峰值增大为自发声的2倍,且出现了与外源声波频率相接近的频率成分(125 Hz等)。表明,当对黄瓜苗施加一定的外源声源刺激时,会诱发黄瓜幼苗自发声频率幅值的增加。

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另外,对滴水观音实验测试发现,滴水观音茎的自发声集中在3~10 Hz之间,功率谱谱峰值最高为4.5。当播放不同频率的纯音后,自发声功率谱谱峰值均增大;其中,50 Hz声波刺激时幅值增加最明显。

从以上两个试验均可以发现,一定外源声波处理后,可以与植物自发声信号发生谐振,促进植物的生长发育等生理活动;由海芋的试验结果可以知道,当外源声波的频率越接近自发声频率时,谐振现象越明显,而外源声波频率远离自发声频率时,谐振效果减弱,甚至不具有谐振效果。

(2)植物自发生随环境变化规律研究

以黄瓜幼苗为例分别进行光照和土壤水分实验

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光照强度变大及黄瓜苗久遇干旱突然浇水的情况下,自发声信号的主频有降低趋势,这一特征可间接反映黄瓜幼苗所处的环境条件。同时,此结果与早期研究成果一致,即低温潮湿特别是浇水后,自发声频率会降低。

植物声频处理技术应用

(1)甜椒试验: 2008年3月至6月北京顺义区某日光温室

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增产63.6%。

(2)黄瓜试验: 2008年3月至6月在位于新疆某日光温室

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前期增产14.3%,总产量增产10.2%

(3)草莓试验:2008年11月至2009年1月在北京某日光温室中

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声频处理加快草莓提前开花,增大叶面积,对生长前期的光合特性的影响较大。

(4)菠菜试验:2009年8月至2009年11月在中国农业大学水利与土木工程学院实验室进行。

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声频处理显著提高了菠菜的种子发芽率、ATP含量和VC含量,同时,声频处理的菠菜鲜重、干重以及还原糖含量略高于对照组。

研究结论与建议

(1)一定频率的外源声波可以与植物的自发声信号发生谐振,进而促进植物的生长发育;当外源声波的频率越接近植物自发声频率时,谐振现象越明显,而当外源声波频率远离植物自发声频率时,谐振效果会减弱,甚至不具有谐振效果。

(2)通过试验研究,验证了早期试验结论,即低温潮湿特别是浇水后,自发声频率会降低。

(3)采用不同设施栽培果蔬作物(甜椒、草莓、黄瓜、菠菜),对植物声频处理技术在设施栽培中的应用效果进行了试验研究,发现:采用植物声频处理技术可以有效促进植物的生长发育,产量和品质也有明显提高。

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