原作者：刘滨疆
*.国家自然科学基金资助项目“低温低光强低CO2浓度下植物快速生长的电场条件的研究”（项目号：39060027）。
*.国家自然科学基金资助项目“静电场促生水培设备的多因子调控设计理论的研究及应用”（项目号：59267006）的研究成果。
摘要：空间电场的极性对植物吸收Ca2+的量无显著影响，无论是正向还是负向的空间电场都能提高植物吸收Ca2+的量。空间电场强度的变化可以调控Ca2+阳离子流的流动方向，正向空间电场强度的迅速下降能使植株根区的Ca2+阳离子流向植株的地上部分，而当该电场强度迅速增加时，地上部分的Ca2+阳离子则流向植株根区。正向空间电场与足量的CO2相配合能大幅度提高温室果菜产量和果实硬度、糖度。
关键词空间电场 Ca2+ 蔬菜产量硬度
利用空间电场调控植物吸收与输运各种离子性肥料的研究已进行了多年，在采用了同位素示踪测定方法后以及空间电场促进植物生长的机理提出，空间电场调控植物吸收与输运各种离子性营养物质的研究菜获得了突破性进展，现已基本上确定了在植物生长发育所需的NO3－、H2PO4－、HCO3—、Ca2+、Mg2+离子性肥料中，只有HCO3—、Ca2+表现出明显的空间电场可调性，而其他离子在植物吸收与输运中未观察到明显的空间电场可调性，只在植物吸收的总量上表现出略有增加。在空间电场对H+、K+以及离子性同化产物的调控方面仍缺乏详尽的研究。空间电场对植物吸收与输运HCO3—、Ca2+离子性肥料的调控能解决植物产品生产中的许多问题，这方面的技术装备已在温室蔬菜生产中推广应用。
1 空间电场促进植物生长机理的提出
地球与电离层之间的大气电场强度时时都在每米几百伏到几十万伏之间变动。变化的大气电场同阳光一样也是植物生长不可缺少的环境因子。它对植物生长发育的调控作用也满足于电动力学的许多规律。
空间电场调控植物吸收与运输的机理
大气电场以及空间电场的变化在植株体内形成的离子响应电流i的相对变化[1]为：
di/idt=—dv/vdt+dr/rdt+dγ/γdt+dγ/γ1dt (1)
式中，v、r、γ、γ1分别为布设在植物上方的电极线与地之间的电位差以及其间的气柱电阻、总电导率和植物生活体系总电导率。式（1）表明植株体内离子响应电流的大小由空间气体的电学参数及栽培基质、植株体本身的电学参数的变化决定，也就是环境中任一因子的变化都会影响植株体内离子肥料的浓度和分布。因此，特殊变化的空间电场及作用于该空间电场中的环境因子的变化均可改变植株吸收离子养料和同化物的运输状态。只要空间电场变化，植株的各种生理活动状态均将发生改变。设置特定变化的空间电场即能对植物的吸收、同化物的运输及多种生理活动进行调控。
Ca2+输运的电动力学特征
在空间电场强度不太强及植物生活体系总电导率不变的条件下，感应的Ca2+输运电流ί的变化仅取决于空间电场强度的变化。在∆t的任何时间段内，实现定极性多量输运Ca2+的电动力学模型[1]为：
ί=–{ｒ/(t2_t1)}∫t1E′(t)dt (2)
式（2）表示：当电场强度变化率E΄(t)>0时，植株形态学上部的Ca2+阳离子下移，栽培基质中和根区的HCO3—阴离子上移。当电场强度变化率E´(t)<0时，植株形态学上部的HCO3—等阴离子下移，栽培基质中和根区的Ca2+阳离子上移。
2实验方法及材料
2.1实验装备
采用4个营养液栽培人工气候箱，箱中以高压钠灯作为光源，箱内栽培板处的光照强度为8200Lux，实验箱内上部安装有电极，营养液及栽培箱有接地电极，实验箱和对照箱之间采用电屏蔽材料隔离。试材为生长基本一致的芹菜苗。其他环境条件均相同。
2.2同位素及测定仪器
Ca2+阳离子的输运采用同位素45Ca—Ca2+，其测定采用美国BACKMAN公司制造的液闪测定仪。称重为电子天平。
2.3条件的设置及采样方法
首先选择4个营养液栽培人工气候箱，采用浮根式营养液栽培方式，在将苗移入的三天内，其中，a、b、c三箱施加场强恒定且方向指向地面的空间电场，即正向空间电场(+E)。另一d箱(Eg)为对照，其内不设空间电场。三天后同时对4箱注入等量的45Ca—Ca(NO3)2浓缩液，5h后将a、b两箱的正向空间电场强度同时按突升(E´(t)>0)
突降(E´(t)<0)处理，c箱正向空间电场强度不变，在突升(E´(t)>0)突降(E´(t)<0)处理的几秒钟内，同时对a、b、c、d箱中的试材形态学上部进行采样，采样时尽量减少采样工具对空间电场的影响。将所采试样制成标准样品以备液闪测定仪进行测定。
实验结果与分析
使用液闪测定仪对标准样品进行cpm(每分钟标准样品闪烁发光的次数)测定，其测定结果见表1。
表1 空间电场调控植物输运45Ca—Ca2+的测定数据 单位：cpm
序号 a)E´(t)>0 b)E´(t)<0 c) +E d)Eg
1 2466 4833 5240 877
2 7210 6900 5000 3200
3 4212 4203 2112 5339
4 3400 5777 6766 720
5 2470 3623 5200 1020
6 4113 6000 8800 4450
7 3680 8784 5200 4450
8 2030 4565 7800 2180
9 4444 6200 4000 506
10 3002 9100 10000 3200
平均 3703 6199 6011 2149
对表1中a）b）、b）c）、a）d）进行成对t检验，a）b）、a）d）的差异显著，a）c）则无差异。
表1结果表明Ca2+是一种受控于空间电场变化的阳离子。电场强度变化率E´(t)<0的空间电场能调控芹菜秧对Ca2+的吸收量和吸收速度。电场强度变化率E´(t)>0的空间电场能将一定量的Ca2+从芹菜秧的地上部输运到根区。电场强度变化率的正负性及Ca2+相应的定向输运都将改变植株体内各组织细胞中的Ca2+浓度。细胞中Ca2+浓度的变化又可对植物的光诱导、激素调节、重力调节的过程进行调控[2]。Ca2+的空间电场可调性再一次说明了Ca2+在植物体内并不是一个简单的大量元素，而是参与调节植物体内许多生理过程的代谢和发育的主要调节物，同时也说明了空间电场以及自然界中存在的大气电场同阳光一样也是调控植物生长发育的又一重要的环境因子。
表1结果还表明了无论正向空间电场如何变化，正向空间电场中的芹菜秧所吸收的Ca2+量均大于自然环境条件下的吸收量，这一结果对如何提高植物产品的硬度、延长贮藏期和货架时间有着利用价值。
空间电场强度变化率的正负性及Ca2+在芹菜秧体内相应的变化量符合式(2)描述的Ca2+输运电流的变化规律。式(2)仅对Ca2+的输运适用，已有NO3－、H2PO4－Mg2+离子被证实不具空间电场可调性，其他离子仍有待逐一进行研究确定。
式(2)对植物产品的优质、高产稳产生产有着重要的理论指导意义。
生产应用
空间电场调控植物的Ca2+输运技术在植物产品的实际生产中有着多种用途，但在潮湿的温室中产生出这样一个特殊的空间电场一直是个难题，直到中国专利技术“可稳定提高植物产量的高电压促进与护卫系统”(公开号：CN1309889A)的公开，3DFC—660、660A型温室电除雾防病促生系统才得以在这一领域解决这个难题。这类系统一般由空间电场控制器、空间电极组件组成，660A型系统还配备着烟气电净化CO2增施器。
3DFC—660A型温室电除雾防病促生系统具有以下几方面作用：(1)提高高糖度植物产品的硬度。利用660A型系统提供的空间电场/CO2同补生产技术既可提高蕃茄的硬度又可进行高糖度蕃茄的生产。(2)防治植物的各种类型的生理障碍。利用660A型系统产生的空间电场调控植物—土壤之间的Ca2+流向和分配来调节植物的各种生理过程,促进植物的生长，防治植物的各种缺素症。(3) 提高植物对CO2的吸收速率和光合作用强度。空间电场能强烈地促进植物吸收空气中的CO2和土壤中的HCO3—阴离子、降低CO2补偿点，提高光和效率。(4) 提高植物的抗逆能力。由于空间电场的作用，植物根系发达、叶厚而硬、茎粗、节间短、少病害。(5)除雾降湿、灭菌消毒。在660A型系统中的空间电极组件与地之间建立空间电场的同时，也产生带电粒子和微量臭氧，并依靠这个特殊变化的空间电场迅速地将温室内雾气除去，同时可抑制土壤水分蒸发以及将植物的蒸腾作用产生的水分驱向土壤。空间电场、带电粒子和微量臭氧可将大部分病原菌、病毒杀死和钝化。这些臭氧还能有效地分解有机肥、农药、腐烂植物放出的异味气体而保持温室内空气新鲜。由于空间电场能在土壤中形成微弱的电流，该电流能有效地抑制土壤中病毒、病菌的发展。
3DFC—660A型温室电除雾防病促生系统已在温室黄瓜、蕃茄、甜瓜、莴苣、辣椒、茄子的生产中得到应用。系统中的大果蕃茄果实的糖度一般为8~10度，口感甚好。熟果硬度一般为0.8~1.2Kg、耐运输耐贮藏、货架时间长。无空洞果、脐腐果、裂果、着色不良果、网筋果和畸形果，感观好。系统中的莴苣产量较仅施用CO2气肥的产量高70%以上，而且，660A型系统中的莴苣未有对照温室莴苣的心腐病、顶腐病，商品率极高。660A型系统中的黄瓜不但病害少而且瓜秧节间短而粗、瓜条匀直、甜脆可口、产量较别的温室高40~120%。660A型系统中的甜瓜瓜秧可同时挂结两个瓜且两瓜的生长速度同对照温室一株一瓜的生长速度相近，而且，瓜秧所结甜瓜糖度高。660A型系统中的黄瓜、甜瓜、莴苣、辣椒、茄子的气传和土传病害很少发生。
随着3DFC—660A型温室电除雾防病促生系统、3DFC—660型温室电除雾防病促生系统的广泛应用，对空间电场调控植物生长的机理及技术的研究将会深入进行，其应用领域也将得到进一步扩展。
参考文献
1刘滨疆静电场促控植物生长条件的研究高电压技术 1998(4)：16—20
2.Donald C.Rasmusson Crop Scifnce Vol.27№.6
刘滨疆男 内蒙古农牧业机械化研究所 呼和浩特市 010020 （现任职于大连市农业机械研究所）
高建民内蒙古农业学校
陈有君内蒙古农业大学
雍红波内蒙古农业学校
仲兆清呼和浩特市蔬菜研究所
Research on the regulating and controlling the content on Ca 2+ in the body of plant through space electric field and it application
Liu binjiang ,Gao jianmin,Chen youjun,Yong hongbo(Inner Mongolia Institute of Agriculture and Animal Husbandry Mechanization)
Abstract: The polarity of space electric field has no remarkable effects on the absorbing amount of Ca2+ by the plant. Both forward and reverse space electric field can increase the absorbing amount of Ca2+ by the plant. The changes of space electric field strength can regulate and control the flow direction of cationic current of Ca2+. The rapid decrease of forward space electric field strength can make the Ca2+ action in the root zone of a plant flow to the aerial stem of a plant. And the rapid increase of forward space electric field strength can make the situation reverse. In coordination with enough CO2, forward space electric field can increase not only the output of fruit and vegetable by a big margin but also the hardness as well as the sugar degree of fruit in green house.
Key words: space electric field, Ca2+, vegetable, output, hardness