物理知识在农业新能源中的运用

刘志梅

（衡水学院 河北衡水 053000）

在推动经济发展的诸多因素当中，最关键也是影响力最大的因素非能源莫属，能源是确保经济得以向前发展的关键因素。但是，根据笔者的调查，与其他发达国家相比，我国能源利用效率还比较低。我国作为能源消耗大国，跟发达国家相比，平均能源利用效率低20%左右，可我国的产值耗能超过发达国家两倍之多。这便是我国经济增长受到限制并且产生一系列问题的根源所在。在此背景下，新能源的开发和利用便显得尤为重要，开发和利用新能源能够在很大程度上缓解我国资源紧张的局面，是社会经济得以可持续发展的重要基础，是提升现代人生活质量的重要前提。近些年，我国农业生产领域一直都在控制能耗，积极开发和利用新能源，为农业生产提供全新的发展动力。以下是笔者结合自己多年相关工作经验，就此议题提出的几点看法和建议。

1 农业新能源的具体应用

1.1 太阳能

对于农业生产和发展而言，太阳能资源是核心的新能源代表之一，太阳能在农业生产中所发挥的作用和价值不容小觑，是当前我国农业领域中最常见、利用频率最高的一种新能源。纵观当前我国现代农业的发展情况，太阳能已经逐步被应用到了农业种植、农业灌溉、农业病虫害预防与治理以及农业机械生产等诸多方面，而且太阳能的应用形式变得越来越丰富和多元化，未来其在农业生产全过程中的应用范围将会持续扩展。

当前太阳能在农业生产中比较常见的应用模式是光伏农业大棚。与普通农业大棚的区别主要在于，光伏农业大棚利用的是设置不同的透光率太阳能电池板或者光伏薄膜，成功地解决了农业大棚农作物生产所需要的光照问题，通过这样的科学设置，不仅可以更好地满足农业大棚农作物生产过程中不同时间段的采光需求，而且在一定程度上实现了节约土地资源的目的。

1.2 生物质能

何为生物质能？从理论层面来解释，生物质能指的是以生物质材料作为来源的各种形式的可再生能源，现实生活中生物质能主要的表现形式便来自植物、动物及其排泄物等等。借助生物质能转换技术将生物质能转化成为燃料物质，最终主要应用于发电和供气两个方面，其中发电包括沼气发电、秸秆直燃发电等，而供气则包括沼气供气、生物质集中供气等。

在当前农业生产与应用过程中，最具代表性、利用率最高的应该是对沼气的利用。将农村牲畜的粪便、农作物的秸秆以及有机生活垃圾等放入沼气池中进行发酵，所产生的沼气便可以供农民生产、生活和发电所使用。此外，沼气池的渣滓、液体等还可以作为有机肥料用于农田或者温室大棚农作物的培养。

1.3 其他新能源

在农业新能源领域当中，还有水能、风能以及地热能等大众比较熟悉的清洁型能源。其中，水能主要包括河流水能、潮汐水能、波浪水能以及海流能等等。目前在农业新能源领域中所应用的水能资源主要为河流水能。而在风能利用方面，大众比较了解的应用形式便是利用风车发电，除此之外，当前农业新能源对风能的利用还有另外一种新形式叫作离网型小型风力发电机，这种小型风力发电机在促进农业生产对风能的应用中也发挥出了至关重要的作用。在地热能利用方面，当前农业温室对地热能的利用需求比较大。但是，根据笔者的调查和了解，地热能的应用技术并不是很成熟，到目前为止仍然有一些问题没有得到妥善解决，因此未能形成对地热能的规模化应用。

2 物理知识在农业新能源中的运用情况

2.1 以物理知识为基础的太阳能开发与利用

众所周知，关于可再生新能源的开发与利用均离不开对物理知识的应用，其基本上都是以物理学知识作为基础理论，农业新能源领域中对太阳能的开发与利用亦是如此。现阶段太阳能已经被广泛应用在农业生产领域诸多方面，但是纵观太阳能在各方面的应用，我们不难发现其都是通过光—热、光—电以及光—化学来完成对太阳能资源的转化和利用，虽然太阳能的转换形式有所不同，但是从转化的过程来看其都与物理知识以及与物理知识相关的技术有着密不可分的关系。

目前在农业领域利用太阳能最具代表性的一种转换形式便是光—热转换，由光到热是通过传播、对流以及辐射等基础方式来实现能量转换的，并且在此基础上加以利用。在转化与传播的过程中，所涉及的物理知识主要包括傅里叶定律、牛顿冷却定律和斯特藩-玻尔兹曼定律。举例说明：在农业生产和农民生活中应用比较多的集热器便是将太阳能转化为热能，通过集热器来吸收太阳能的辐射，借助集热器中的传热介质确保水温能够在较短的时间内达到农业生产以及农民生活用水所需要的合适温度。集热器的应用不仅给农业生产与农民生活带来了极大的便利，而且在一定程度上取代了农业生产对煤炭的使用，降低了煤炭资源的消耗。

此外，当前农业领域中太阳能光到电的转换，所涉及的物理知识便是光生伏特效应。目前，农业领域中所涉及的光—化学的转化主要是通过对光化学反应的研究来研制光化学电池。这里光化学电池的主要组成部分是半导体材料和电解液。太阳能的开发和利用还需要加大技术投入，以提高太阳能的利用效率，推进太阳能产业的发展。

2.2 物理知识在生物质能中的应用

农业生产在开发和利用生物质能的过程中，会涉及非常多与物理知识相关的问题，其中最具代表性的便是燃料问题，因为生物质能在农业新能源领域中主要是被作为高效燃料利用。比如：农业生产领域当中会涉及农作物秸秆的燃烧以及相关垃圾燃烧发电，其中就必然面临不可燃烧物和燃烧生成有害气体的排放问题，在解决这一问题的过程中，需要从物理学的角度寻求切入点，尽可能在燃烧之前对燃烧物进行物理处理，减少有害气体的排放，或者借助物理手段和方式来提升燃烧效率。再比如：生物质能燃烧过程当中所使用到的锅炉很容易因为受热问题而产生腐蚀的情况，久而久之，燃烧时便会存在巨大的安全隐患。因此，也需要借助物理手段和方式来对腐蚀机理进行研究并且结合物理知识制定出有效的防治措施。

2.3 物理农业在农业新能源领域中的应用

农业新能源领域当中，物理农业主要是指将电、磁、声、光、热、核等物理学知识和物理技术应用到农业生产中的一种方式。物理农业在农业生产中的应用效果非常显著，其不仅在很大程度上降低了农作物生长过程中对化肥和农药的使用量，而且对于促进现代农业朝着优质高效方向发展有着至关重要的作用。

目前我国农业生产领域已经研制成功并且投入使用的物理农业设备种类越来越多，而且越来越具先进性，其中主要代表设备有电子杀虫灯、空间电场防病促生系统、植物声波助长仪等等。笔者在这里将对电子杀虫技术的应用进行详细的介绍：电子杀虫灯利用的是农业害虫所具有的趋光性、趋波性以及雌雄飞蛾趋性等特征，采用有特定光谱的光源和灭杀装置，在夜间开启光源，利用光源对害虫的引诱力，尽可能吸引害虫，害虫在越来越接近光源的过程当中会被存在于光源周围的高压电网电击，在高压电网放电的瞬间便被击死在地了。除此之外，电子杀虫灯还可以利用害虫雌雄性相互发出和接受性激素气味信号的吸引来诱导害虫接近杀虫灯，这样一来害虫在没有交尾产卵之前就被灭杀掉了，害虫的生殖繁育链也因此被有效阻断，可以对农作物起到很好的保护作用。

3 小结

近年来我国一直都在不断加大对农业新能源的开发和利用力度，意在通过对新能源的开发和利用来改变传统农业的发展面貌，减少农业生产对资源能源的消耗，降低农业生产造成的环境污染程度，进而为实现农业的可持续发展奠定更加坚实的基础。农业新能源领域的发展与物理知识之间存在着非常紧密的联系，新能源开发和利用过程中所使用到的诸多原理和先进技术都建立在物理知识和定律基础之上。物理知识在农业生产中有着非常高的应用价值，未来农业新能源领域的发展还将继续加强对物理知识的应用，深入挖掘物理知识的应用潜力，通过对物理知识更全面深入的探究和应用来进一步促进现代农业的可持续发展。