[01332102]应用磁技术培育人参的研究

1、任务来源吉林省科学技术厅，吉科合字20020708。2、应用领域和技术原理近年来，生物磁学在农业领域己得到广泛应用。在磁效应的作用机理、生物磁性的发生机制、演变规律及其影响因素，磁场对农作物生长发育、产量和质量的影响，磁场对肥料及土壤中N、P、K行为的影响等方面进行了大量研究，并取得了许多研究成果，为生物磁学在农业生产中的应用提供了理论基础和科学依据。在生物磁学的农业应用中，磁化肥较磁场和磁化水的应用更为广泛。磁性肥料的作用因素包括三个部分：（1）粉煤灰：粉煤灰中细砂—粉砂占91%，主要物相为玻体。锌、铜、钼、硼等微量元素含量高于土壤，有效Si_2含量在2.56～11.7g/kg之间，硅的释放速度比土壤高2.0～11.0倍；（2）磁效应：土壤自然剩余磁感应强度一般为10^(-5)～10^(-7)mT，施用磁性肥料可提高土壤磁感应强度一个数量级，对土壤的理化及生物学性状产生影响；（3）化学肥料：根据作物需肥规律，按比例配合施用。磁性肥料的施用效果主要有以下几个方面：磁性肥料与常规施肥相比，一般增产10%～25%；在适宜的外加磁场作用下，土壤中＜0.01mm及＜0.001mm的颗粒发生团聚，形成较大颗粒0.01～0.05mm的微团聚体，显著降低了粘结力和膨胀性；容重降低0.1～0.2g/cm^3；粘性土抗压强度由5.6kg/cm^2降低到4.5 kg/cm^2；可促进有机质的矿质化或其它氧化作用，使土壤中有效氮、钾明显增加；施用磁性材料处理的土壤中氨化细菌和硝化细菌是未施用的2～9倍；叶片硝酸还原酶、过氧化氢酶活性提高；根重增加8.8%，根瘤重增加17.6%。3、性能指标为在人参上合理应用磁化混合肥和磁化水，为生产应用提供科学依据，根据合同要求，该课题对人参施用磁化混合肥、灌溉磁化水后对人参生长、产量、皂苷及氨基酸含量的影响等进行了研究，性能指标如下：（1）磁化混合肥对人参地上部生长的影响：研究结果表明，施用剩磁含量为0.1mT磁化混合肥，人参茎高增加11.2%～27.1%，茎粗增加15.6%～25.4%，叶长增加17.5%～20.2%，叶宽增加13.2%～15.2%，叶面积增加33.3%～47.5%，光合速率增加21.6%～25.5%(t＞t0.01)，病害发生率降低32.5%～32.7%(t＞t0.01)；（2）磁化混合肥对参根生长的影响：研究结果表明，施用剩磁含量为0.1mT的磁化混合肥，参根鲜重增加11.9%～18.6%(t＞t0.01)，主根长增加11.0%～11.4%，主根粗增加11.9%～16.2%。病害发生率降低53.8%～55.1%(t＞t0.01)，特等参和1等参增加24.1%(t＞t0.01)；（3）磁化混合肥的用量及配比：研究结果表明，当剩磁含量为0.1mT、粉煤灰、泥炭、化肥比例为3:1:1，粉煤灰600g/m^2、泥炭200g/m^2、化肥200g/m^2，P_2O_5:K_2O:Zn:Mn:B为12:10:1.2:1.8:1时，茎高增加16.3%，茎粗增加18.3%，叶长增加26.0%，叶宽增加18.9%，叶面积增加32.3%，光合速率增加19.0%(t＞t0.05)；地上部病害发生率降低56.8%(t＞t0.01)；参根鲜重增加22.1%(t＞t0.01)，主根长增加15.7%，主根粗增加11.4%，参根病害发生率降低30.2%(t＞t0.01)，特等参和1等参增加16.5%(t＞t0.05)；（4）磁化混合肥对人参产量皂苷及氨基酸含量的影响：研究结果表明，对施用剩磁含量为0.05mT、0.1mT和0.2mT的磁化混合肥，人参产量分别增加7.8%、21.4%( t＞t0.01)和14.0%(t＞t0.05)，皂苷含量分别增加4.55%、8.52%和9.66%；氨基酸含量分别增加0.24%、2.45%和2.95%，但差异不显著；（5）磁化水灌溉对人参生长、产量和质量的影响：研究结果表明，于结果期和根增重期2次行间灌溉磁化水，较对照茎高增加8.4%，茎粗增加11.0%，叶长增加4.6%，叶宽增加11.9%，叶面积增加10.4%，浆果产量增加17.2%(t＞t0.05)，种子产量增加23.4%(t＞t0.01)，人参增产18.7%(t＞t0.05)；较井水灌溉茎高增加3.3%，茎粗增加5.2%，叶长增加1.1%，叶宽增加4.4%，叶面积增加3.8%，浆果产量增加8.4%，种子产量增加6.0%，人参增产9.0%；总皂苷含量差异不显著。4、与国内外同类技术的比较（1）磁性肥料磁性肥料是农业上应用较多的一种磁性材料。它是以作物生长发育所需的营养元素为主，加以适量的粉煤灰，经磁化处理制成的肥料，通称为磁化肥。20世纪80年代，国外就利用热电厂的粉煤灰，经磁化处理后作为磁性改良剂或磁性肥料应用于农业生产。瓦久尼娜( 1987)研究表明，施用磁性肥料可以使土壤磁性提高，改善土壤理化性质，促进农作物种子萌发，增强作物的抗逆性，提高作物产量。粉煤灰可成为良好的土壤改良剂。由于磁化的铁磁体在土壤中氧化比普通的铁磁体强烈，磁化的粉煤灰与土壤矿物团聚后可促进黏质土壤结构改善；施入壤质生草灰化土中的铁磁质可降低土壤水解酸度，有利于土壤中水解N和代换性K的积累。土壤中施入0.5～5.0t/hm^2磁性改良剂可使马铃薯显著增产。1984年前苏联学者发现，由于煤灰中含有大量的金属磁性成分，它们在磁场中磁化后会带有一定的磁性，施入到马铃薯和甜菜田里时，可使马铃薯产量增加10%～20%。在盆栽试验中，分别施入磁性灰渣和普通灰渣，然后播种莴苣，结果发现施用了磁性灰渣的幼苗比施用普通灰渣的生长茂盛。当磁性灰渣与有机肥配合施用时，土壤中有效含氮量明显提高。此外，磁性灰渣还能改变土壤结构，特别是使黏质土壤的结构性、透水性及孔隙度都得到显著改善。捷克斯洛伐克土壤专家于80年代开始了利用磁化粉煤灰改土的研究工作。结果证实，施用经磁场处理后的粉煤灰可促进土壤颗粒团聚、改善土壤理化性质、提高土壤酶活性、促进作物生长和提高品质。近年来，我国开展了磁化粉煤灰的农业应用研究。结果证明，利用磁化粉煤灰对于保护环境和促进农业生产均有一定意义。把少量或微量的强磁性物质或顺磁性物质在磁场中处理，使其带有剩余磁性，然后作为肥料施入土壤中，或者与一定量的氮、磷、钾及微量元素配置成混合肥料，都可称为磁性肥料。施用磁性肥料后，除了可供应作物生长所需氮、磷、钾和微量元素之外，还具有以下作用：1）磁性载体物质在磁场处理后带有一定的剩磁，在土壤中形成微弱的磁场，对植物根系生长、微生物活动和生物化学反应产生刺激与促进作用；2）磁性物质的转化对土壤理化性质具有调节作用。例如Fe_3O_4转化Fe(OH)_3、Fe(OH)_2的过程可释放出648.8J/mol的热量，因而促进了微生物的生命活动、有机质的转化及其它化学和生物化学反应。同时，由高价铁向低价铁的转化过程，还会影响土壤的氧化还原电位和Ph，进而影响到某些养分的有效性；3）磁性肥料中的磁性载体，如磁化粉煤灰等，其中都含有一些作物需要的微量元素，从而也促进了作物生长。该课题的研究结果表明：1）施用剩磁含量为0.1mT，粉煤灰600g/m^2、泥炭200g/m^2、化肥200g/m^2，粉煤灰、泥炭、化肥比例为3:1:1，P_2O_5:K_2O:Zn:Mn:B为12:10:1.2:1.8:1的磁化混合肥，人参茎高增加11%～27%，茎粗增加15%～25%，叶面积增加33%～47%，光合速率增加21%～25%，病害发生率降低30%～55%，特等和1等参增加16%～24%；2）人参总皂苷含量增加4.5%～9.7%，差异不显著；3）明确了人参适宜的磁感应强度为0.1mT；4）人参增产22.0%。（2）磁化水磁化水结构的变化使其分子极性增强，介电常数增大，溶质电离度增大，渗透力及对生物膜的穿透能力增强。因此，采用磁化水灌溉可提高灌溉质量，改良土壤，促进作物生长。早在20世纪80年代，前苏联就开始了磁化水在农业上的应用研究，并全面开展了磁化水灌溉作物、处理种子和盐碱土脱盐、洗盐的试验。前苏联的库班农场连续多年使用磁化水浸种。结果证明，磁化水浸种可提高甜菜产量和糖分含量。使用磁化水浇灌番茄比使用普通水增产21%，磁化水灌溉黄豆增产40%。1993年保加利亚将大型磁化器安装在总干渠上，用磁化水灌溉0.15万hm^2农田，平均增产16%。美国也曾采用磁化水灌溉番茄，获得了30%的增产效果。日本森冲产业公司2000年开发出利用磁场处理水，提高无土栽培蔬菜产量的新技术，并试制出成套设备。该技术是将含有养分的水用强度为800～1000mT的强磁场进行磁化处理，然后进行无土栽培。他们认为，强磁场可使水分子分解为带正电的氢离子及带负电的氧离子，这种离子易与钙、磷等营养元素的离子相结合，使养分更容易被作物吸收，从而提高了农作物产量。近年来，我国开展了磁化水的农业应用研究。结果表明，水稻、玉米、小麦等用磁化水浸种后，一般可早出芽1～3天。用150mT磁场处理黄瓜种子24小时，然后用磁化水灌溉，可提高黄瓜发芽率9.0%，移栽成活率提高3.3%。磁化水对蔬菜的增产作用显著，用磁化水浸种和对秧苗进行浇灌都有显著的增产效果。磁化水处理可使萝卜、韭菜、菠菜、黄瓜、番茄、芹菜、茄子、辣椒、豌豆、白菜、豇豆等十几种蔬菜增产10%～30%。磁化水灌溉水稻、小麦、大麦、大豆、黄麻、棉花、油菜、玉米、花生和马铃薯等农作物均有一定的增产效果，增产幅度一般在10%～25%。该课题研究结果表明，于结果期和根增重期2次行间灌溉磁化水，人参茎高增加8.4%，茎粗增加11.0%，叶长增加4.6%，叶宽增加11.9%，叶面积增加10.4%，浆果产量增加17.0%(t＞t0.05)，种子产量增加23.4%(t＞t0.01)，人参增产18.7%(t＞t0.05)，总皂苷含量增加8.2%。5、成果的创造性、先进性及作用意义人参在我国中医药领域一直占有重要地位，同时也是吉林省东部山区的重要产业。多年来，广大科研和技术人员对人参栽培技术进行了大量研究，并取得了丰硕成果，但在磁技术的研究和应用方面却一直是空白。该项目在应用磁技术培育人参方面进行了初步研究，涉及的研究内容有一定的创造性和实际意义，具体表现在以下几个方面：（1）明确了人参适宜的磁感应强度为0.1mT，在此强度条件下，人参生长、产量和质量均优于其他处理，磁化混合肥表现出显著效果；（2）明确了磁化混合肥中粉煤灰每平方米用量为600g，泥炭200g，化肥200g，粉煤灰、泥炭、化肥用量比例为3∶1∶1，P_2O_5︰K_2O︰Zn︰Mn︰B为12︰10︰1.2︰1.8︰1.0；（3）明确了施用磁化混合肥和灌溉磁化水对人参地上部和参根生长的影响；（4）明确了施用磁化混合肥对人参病害（黑斑病、疫病、菌核病、锈腐病）发生率的影响；（5）明确了施用磁化混合肥对人参光合速率的影响；（6）明确了灌溉磁化水对人参浆果和种子产量的影响；（7）明确了施用磁化混合肥和灌溉磁化水对人参产量和质量的影响。6、作用意义（直接经济效益和社会意义）（1）经济效益分析吉林省是中国乃至世界的人参主产区，栽培面积约4200公顷，年产鲜参约1.5万吨，占全国产量的85%，占世界的70%以上。人参作为名贵药材和补品，在我国中医药及其他国家民族医学中一直占有重要地位。同时也是吉林省东部山区的重要产业，是吉林省中药经济的重要组成部分。为贯彻落实“科教兴国”战略，吉林省委、省政府决定把建设中药现代化科技产业基地，作为吉林省产业结构调整的重大措施，使中药产业成为吉林省经济的支柱产业，这使人参的科学研究、栽培生产及加工等更有了长足的发展与进步。该课题于2002年立项，现已完成了合同中规定的全部研究内容。研究结果表明，施用剩磁含量为0.1mT磁化肥，粉煤灰600g/m^2、泥炭200g/m^2、化肥200g/m^2，粉煤灰、泥炭、化肥比例为3︰1︰1，P_2O_5︰K_2O︰Zn︰Mn︰B为12︰10︰1.2︰1.8︰1的磁化混合肥，每平方米成本仅增加1.20元，人参可增产20%以