近30年植物生理學(xué)、地球物理學(xué)的最大發(fā)現(xiàn)：大氣電場(chǎng)的生物效應(yīng) 我們知道溫度、陽(yáng)光、水分、肥料是植物生長(zhǎng)的四大要素，然而就在1989-1994年間國(guó)家自然科學(xué)基金資助的兩項(xiàng)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目：“靜電場(chǎng)促生水培設(shè)備的多因子調(diào)控設(shè)計(jì)理論的研究及應(yīng)用”(項(xiàng)目號(hào)批準(zhǔn)號(hào)：59267006 )；“低溫低光強(qiáng)低CO2濃度下植物快速生長(zhǎng)的電場(chǎng)條件的研究”(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：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(zhǎng)以及病害的發(fā)生頻度原來(lái)還要受到大氣電場(chǎng)的控制。

1.大氣電場(chǎng)形成的基本過(guò)程

 

科學(xué)探測(cè)表明我們居住的地球環(huán)境中，地球帶負(fù)電荷、電離層帶正電荷，這樣我們生活的空間就有了大氣電場(chǎng)。通常，晴天的時(shí)候，大氣電場(chǎng)為正向空間電場(chǎng)，即場(chǎng)強(qiáng)方向指向地球。這個(gè)空間電場(chǎng)對(duì)生長(zhǎng)于其間的植物具有顯著地生理作用。

2.地球大氣體系的靜電參數(shù)

根據(jù)大氣電現(xiàn)象的研究表明，從靜電角度來(lái)看，地球和大氣近似形成一個(gè)漏電的球狀電容器，如圖1、2所示，其中地球表面帶負(fù)電，大氣帶正電，距地表50公里高度以上的大氣由于電離程度很高，可認(rèn)為是一個(gè)理想導(dǎo)體。由大氣電測(cè)量表明：接近地球表面的電場(chǎng)是垂直指向地球表面，在晴天情況下，其數(shù)值約為　E₀(r₀)=100伏/米，而地球表面上的電荷密度-8.85×10^-10庫(kù)侖/米²，地球表面上攜帶總負(fù)電荷量為4.51×10⁵（庫(kù)侖），大氣的電流密度約為-3×10^-12（安/米）²。

 

已知地球表面與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（億瓦）。提供5.2億瓦電功率的電源是大氣中的雷電！因此常說(shuō)，大氣是一部分忙碌工作著的電機(jī)。

3.植物生物電流形成的電動(dòng)力學(xué)模型

 

大氣中的電荷在大氣電場(chǎng)作用下移動(dòng)，產(chǎn)生1350安培的穩(wěn)定電流，從而把正電荷輸送到大地上，則地球上的負(fù)電荷將迅速被中和，為什么地面上的總電量 庫(kù)侖能保持恒定呢？回答是：地面上空頻繁的雷電把負(fù)電荷帶到地球上，維持地面的總負(fù)電量不變。雷雨云的上部一般帶正電，下部帶負(fù)電，云地間放電時(shí)，給地球帶來(lái)負(fù)電，據(jù)估計(jì)在全球范圍內(nèi)，平均每妙約100次雷電，保持地面負(fù)電荷的穩(wěn)定性。值得指出的是大氣電場(chǎng)強(qiáng)度的迅速變化可引起植物的生理生化變化，進(jìn)而促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。

4.植物光合作用的大氣電場(chǎng)調(diào)控原理

 

在空間電場(chǎng)強(qiáng)度不太強(qiáng)及植物生活體系總電導(dǎo)率不變的條件下，感應(yīng)的Ca2+輸運(yùn)電流?的變化僅取決于空間電場(chǎng)強(qiáng)度的變化。在?t的任何時(shí)間段內(nèi)，實(shí)現(xiàn)定極性多量輸運(yùn)Ca2+的電動(dòng)力學(xué)模型為：

=–{ｒ/(t2_t1)}∫t1E′(t)dt

式中表示：當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度變化率E?(t)>0時(shí)，植株形態(tài)學(xué)上部的Ca2+陽(yáng)離子下移，栽培基質(zhì)中和根區(qū)的HCO3—陰離子上移。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度變化率E?(t)<0時(shí)，植株形態(tài)學(xué)上部的HCO3—等陰離子下移，栽培基質(zhì)中和根區(qū)的Ca2+陽(yáng)離子上移。

1.當(dāng)E’ (t)>0時(shí)， HCO3- 由葉背面、土壤中被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入葉的上表層和植物體內(nèi)、而當(dāng)E’ (t)<0時(shí)， HCO3-則由根進(jìn)入土壤中。
2.空間電場(chǎng)與二氧化碳同補(bǔ)可出現(xiàn)產(chǎn)量倍增效應(yīng)。

 

模擬大氣電場(chǎng)變化的空間電場(chǎng)與二氧化碳?xì)夥事?lián)合調(diào)控植物生長(zhǎng)的系統(tǒng)

當(dāng)空間電場(chǎng)強(qiáng)度足夠強(qiáng)時(shí)，HCO3—陰離子響應(yīng)電流的變化除受圖式中參數(shù)的變化影響外，更取決于空間電場(chǎng)的極性，即空間電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。

植物吸收空氣中CO2的一般過(guò)程先是CO2通過(guò)擴(kuò)散和質(zhì)流進(jìn)入葉片背面氣孔的，然后再水解為HCO3—陰離子。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度變化率E’(t)>0時(shí)或高強(qiáng)度空間電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)方向指向地面時(shí)，葉片氣孔中的HCO3—陰離子受驅(qū)動(dòng)迅速穿越胞壁進(jìn)入葉肉細(xì)胞，依據(jù)擴(kuò)散和質(zhì)流的原理，空氣中的CO2就會(huì)迅速涌入，這一過(guò)程將會(huì)表現(xiàn)出密閉空間空氣中的CO2濃度迅速降低，同時(shí)，根區(qū)土壤中的HCO3—陰離子同根系排出的大量陽(yáng)離子相交換而進(jìn)入植物體內(nèi)。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度變化率E’(t)<0時(shí)或高強(qiáng)度空間電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)方向指向天空時(shí)，植物體內(nèi)大量的HCO3—陰離子受驅(qū)動(dòng)迅速向根區(qū)及根區(qū)土壤中輸運(yùn)，土壤中大量的陽(yáng)離子也同其交換而進(jìn)入植物體內(nèi)，同時(shí)，植物體內(nèi)也有少量的HCO3—陰離子受驅(qū)動(dòng)而由葉片背面氣孔中排出，以上過(guò)程將表現(xiàn)為密閉空間空氣中的CO2濃度略有增加而植物體內(nèi)HCO3—陰離子量的減少幅度卻很大。

 

圖式中，v、r、γ、γ1分別為布設(shè)在植物上方的電極線與地之間的電位差以及其間的氣柱電阻、總電導(dǎo)率和植物生活體系總電導(dǎo)率。表明植株體內(nèi)離子響應(yīng)電流的大小由空間氣體的電學(xué)參數(shù)及栽培基質(zhì)、植株體本身的電學(xué)參數(shù)的變化決定，也就是環(huán)境中任一因子的變化都會(huì)影響植株體內(nèi)離子肥料的濃度和分布。因此，特殊變化的空間電場(chǎng)及作用于該空間電場(chǎng)中的環(huán)境因子的變化均可改變植株吸收離子養(yǎng)料和同化物的運(yùn)輸狀態(tài)。

只要空間電場(chǎng)變化，植株的各種生理活動(dòng)狀態(tài)均將發(fā)生改變。設(shè)置特定變化的空間電場(chǎng)即能對(duì)植物的吸收、同化物的運(yùn)輸及多種生理活動(dòng)進(jìn)行調(diào)控。

5.大氣電場(chǎng)與植物的生長(zhǎng)方向

 

地球表面生長(zhǎng)的植物受大氣電場(chǎng)和重力的聯(lián)合作用，并在水分蒸發(fā)逃逸的方向上呈現(xiàn)垂直生長(zhǎng)的特點(diǎn)。脫離了大氣電場(chǎng)的作用或脫離了重力作用，植物生長(zhǎng)會(huì)嚴(yán)重地失去方向感。

 

這是生長(zhǎng)在果子溝山坡上的塔松，，仍然直沖天空。

6.大氣電場(chǎng)與旱作農(nóng)業(yè)高產(chǎn)栽培模式的發(fā)現(xiàn)

 

對(duì)于干旱地區(qū)，采用高垅溝種是豐產(chǎn)的重要技術(shù)措施，其電動(dòng)力學(xué)模型則為深凹槽的靜電屏蔽原理：在凹槽的兩個(gè)內(nèi)角處，空間電場(chǎng)或大氣電場(chǎng)強(qiáng)度接近零，此處的水分蒸發(fā)速度極慢，因此把植物種植在這個(gè)位置是非常科學(xué)的。考慮到水分的熱蒸發(fā)和土壟靜電屏蔽保水能力的平衡，故建議在旱作農(nóng)業(yè)地區(qū)把植物種植在溝底背陰處最為科學(xué)。如果種植在壟頂，只有那些具有發(fā)達(dá)根系的植物才能生長(zhǎng)。

 

整個(gè)夏季無(wú)水灌溉的溝種植物：仍然活著

 

機(jī)械化起壟

7.大氣電場(chǎng)引發(fā)的聚水和產(chǎn)生氧氣的電動(dòng)力學(xué)原理

 

在大氣電場(chǎng)的作用下，植物的根系會(huì)產(chǎn)生微量的氧氣，其原因就是大氣電場(chǎng)引起的植物根系水分的微電解，電化學(xué)反應(yīng)式如圖中所示。同時(shí)，空氣中的霧氣會(huì)聚向地面。

 

沒(méi)有設(shè)置空間電場(chǎng)發(fā)生系統(tǒng)的香菇房

 

模擬大氣電場(chǎng)變化的空間電場(chǎng)發(fā)生系統(tǒng)：溫室電除霧防病促生系統(tǒng)空氣聚水效果（香菇房）

 

未啟動(dòng)空間電場(chǎng)發(fā)生系統(tǒng)時(shí)溫室的霧氣茫茫

 

空間電場(chǎng)發(fā)生系統(tǒng)啟動(dòng)15分鐘后的現(xiàn)場(chǎng)：溫室電除霧防病促生系統(tǒng)空氣除霧聚水效果

8.理論應(yīng)用

大氣電場(chǎng)調(diào)控植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)理論研究揭示了空間電場(chǎng)的植物生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控機(jī)理，這一成果極大地推動(dòng)了空間電場(chǎng)調(diào)控植物生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。大氣電場(chǎng)或空間電場(chǎng)作為又一人類(lèi)能夠操控植物生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境因子已經(jīng)在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，并成為保障無(wú)毒蔬菜生產(chǎn)的物理植保系統(tǒng)的核心技術(shù)，其技術(shù)裝備也是建立環(huán)境安全型溫室的關(guān)鍵設(shè)備。

 

溫室上方橘黃色絕緣子吊掛的電極線與地面組成了線---板電容器，通電后就建立了空間電場(chǎng)

 

空氣質(zhì)量極好，完全不用農(nóng)藥

 

空間電場(chǎng)環(huán)境中生產(chǎn)的生菜

 

空間電場(chǎng)/二氧化碳同補(bǔ)環(huán)境中的番茄苗

 

模擬大氣電場(chǎng)建立空間電場(chǎng)調(diào)控植物生長(zhǎng)與防病的3DFC-450型溫室電除霧防病促生系統(tǒng)