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物理學(xué)科與農(nóng)業(yè)學(xué)科結(jié)合的探索
在知識(shí)經(jīng)濟(jì)、信息化時(shí)代，實(shí)施科教興農(nóng)不僅要善于創(chuàng)造新知識(shí)，吸取人類的一切文明成果，而且要善于把新知識(shí)、新成果轉(zhuǎn)化成新產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，才能發(fā)揮知識(shí)和科技的價(jià)值??[1]?。農(nóng)業(yè)院校在科研中，考慮不同學(xué)科的交叉融合，把基礎(chǔ)學(xué)科與優(yōu)勢(shì)學(xué)科整合，通過學(xué)科邊緣交叉是技術(shù)創(chuàng)新鏈中必不可少的環(huán)節(jié)。?
本文結(jié)合魔芋科研項(xiàng)目中物理技術(shù)在控制病害發(fā)生、提高產(chǎn)量等方面的應(yīng)用，就物理學(xué)科知識(shí)與農(nóng)業(yè)學(xué)科結(jié)合在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)展開論述。探索通過物理學(xué)科與農(nóng)業(yè)學(xué)科的有益結(jié)合，思考對(duì)培養(yǎng)新世紀(jì)合格農(nóng)業(yè)人才、推動(dòng)農(nóng)業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)模式等問題。?
一、學(xué)科交叉，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)
在科技迅速發(fā)展的今天，時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步推進(jìn)了科學(xué)技術(shù)向縱深方向發(fā)展，學(xué)科之間相互交叉滲透是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。?
現(xiàn)代科技發(fā)展的學(xué)科高達(dá)分化基礎(chǔ)上的高達(dá)綜合的特點(diǎn)說明，科技的發(fā)展需要不同學(xué)科和技術(shù)的橫向聯(lián)合就能形成整體優(yōu)勢(shì)，邊緣交叉容易出現(xiàn)新的生長點(diǎn)?? [2]?。尤其是物理學(xué)這一基礎(chǔ)學(xué)科，與其他學(xué)科的結(jié)合更是越來越突出，如計(jì)算物理學(xué)、數(shù)學(xué)物理、物理化學(xué)、生物物理學(xué)等，這些交叉學(xué)科的出現(xiàn)，無疑促進(jìn)了物理學(xué)及其他學(xué)科的發(fā)展和延伸。其中物理學(xué)與農(nóng)業(yè)科學(xué)的交叉滲透，使“物理農(nóng)業(yè)”脫穎而出，并且有效推動(dòng)了生態(tài)農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)的健康、穩(wěn)步發(fā)展。?
二、物理學(xué)科與農(nóng)科知識(shí)結(jié)合的必然與優(yōu)勢(shì)
1、物理學(xué)科與農(nóng)科生物科學(xué)相結(jié)合的必然?
(1)自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)必然存在同一的、共同的聯(lián)系。20世紀(jì)以來，以數(shù)學(xué)為工具、物理學(xué)為理論基礎(chǔ)的學(xué)科發(fā)展，已逐步把除生物學(xué)以外的其他學(xué)科同一起來??[3]?。而物理學(xué)研究的物理運(yùn)動(dòng)是自然界最普遍的一種現(xiàn)象，它滲透于自然界的任何生命系統(tǒng)，因此物理學(xué)也要研究生命、時(shí)間和空間的性質(zhì)、聯(lián)系等，它與生物學(xué)科也存在同一的、共同的聯(lián)系，這一點(diǎn)也是被歷史證明了的。1943年，物理學(xué)家薛定諤寫下了《生命是什么》一書，從物理學(xué)的角度對(duì)生命現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的闡述�，F(xiàn)今生命科學(xué)中的許多重要概念如“遺傳密碼”，就是由薛定諤首次提出的;21世紀(jì)關(guān)于生命現(xiàn)象的描述性信息太多了，新的工作框架——定量生物學(xué)的應(yīng)運(yùn)而生，使生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)這些基礎(chǔ)學(xué)科聯(lián)系起來;同時(shí)在農(nóng)科教材中也不乏許多物理科學(xué)知識(shí)，如離心分離技術(shù)、宏觀、微觀方法——氣體分子熱運(yùn)動(dòng)理論、紅外測(cè)溫、衛(wèi)星遙感、生物與熵、正常細(xì)胞的電模型、衍射現(xiàn)象、生物體的旋光現(xiàn)象、核磁共振技術(shù)和物質(zhì)的放射性，等等，涉及了物理學(xué)的力、熱、電、光、磁，原子物理、相對(duì)論、量子力學(xué)等許多方面�？梢�，物理科學(xué)與農(nóng)科知識(shí)間存在著密切的聯(lián)系。?
(2)物理科學(xué)的思想方法和實(shí)驗(yàn)方法已日益滲透和應(yīng)用于各個(gè)自然科學(xué)領(lǐng)域，包括農(nóng)科的生物科學(xué)。20世紀(jì)50年代以物理學(xué)的X射線衍射結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)的分子生物學(xué)的成就與發(fā)展技術(shù)被引進(jìn)了生物學(xué)，從而確定了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，至今X射線衍射晶體分析法仍是分析生物大分子立體結(jié)構(gòu)最精確的技術(shù)??[3]?;物理學(xué)和生物學(xué)的交叉學(xué)科生物物理學(xué)在研究思路、應(yīng)用的理論和方法方面就突出了物理學(xué)的特點(diǎn)。
從當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)律以及走在國際前沿開展科學(xué)研究的美國、英國的趨勢(shì)來看，21世紀(jì)生命科學(xué)與物理科學(xué)之間的融會(huì)貫通已經(jīng)勢(shì)不可擋。美國國家科學(xué)基金會(huì)與國家衛(wèi)生研究院聯(lián)手資助大學(xué)建立了多個(gè)跨學(xué)科的Bio-X中心，英國生物技術(shù)與生物科學(xué)基金會(huì)在2003年也建立了以10年為期的重大研究計(jì)劃——預(yù)測(cè)生物學(xué)。這個(gè)蓬勃發(fā)展的交叉學(xué)科正在成為大量學(xué)術(shù)會(huì)議、高質(zhì)量學(xué)術(shù)雜志以及基金資助機(jī)構(gòu)的主角�？梢�，物理學(xué)科與農(nóng)科生物科學(xué)間的交叉融合是必然的。?
2、把物理知識(shí)用于農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢(shì)?
早在20世紀(jì)70年代，日本等國就已開始研究現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程的單項(xiàng)技術(shù);我國自20世紀(jì)90年代進(jìn)入物理農(nóng)業(yè)—物理技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用物理學(xué)技術(shù)、方法和基礎(chǔ)理論研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和農(nóng)業(yè)生物生命過程中的物理規(guī)律，以及物理因素對(duì)生物系統(tǒng)的作用機(jī)制，涉及物理學(xué)、材料學(xué)、動(dòng)植物學(xué)及農(nóng)學(xué)領(lǐng)域的多學(xué)科交叉綜合的一門新生學(xué)科??[4]?。隨著國際貿(mào)易農(nóng)藥殘留標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品健康、安全的高要求，“物理農(nóng)業(yè)”的精英們?cè)谥袊鴳?yīng)用物理農(nóng)業(yè)技術(shù)方面進(jìn)行了不懈的探索。?
近5年來，在天津、大連等地已開展得如火如荼且已取得驕人的成績(jī)，有力地說明把物理科技應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，能推動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的變革，是一種獨(dú)特有效的生產(chǎn)方式。?
在我國，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)技術(shù)有：磁化、電場(chǎng)處理種子技術(shù)、電子殺蟲技術(shù)、空間電場(chǎng)防病促生技術(shù)，等等，而且取得了顯著的成效。相對(duì)于化學(xué)農(nóng)業(yè)來說是一種高效、無環(huán)境污染且成本低廉，易實(shí)現(xiàn)效益轉(zhuǎn)化的農(nóng)業(yè)技術(shù)?? [5]? ，可控制化肥和農(nóng)藥的使用量，并且能達(dá)到提高品質(zhì)、抗病增產(chǎn)的目的，保證農(nóng)產(chǎn)品達(dá)到質(zhì)量、綠色、無污染的標(biāo)準(zhǔn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益�？梢�，把物理科學(xué)知識(shí)參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，利用物理因素和物理技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，有著誘人的前景與潛力。
三、在農(nóng)業(yè)科研中，進(jìn)行物理技術(shù)與農(nóng)業(yè)栽培措施有機(jī)結(jié)合的探索
前人把物理技術(shù)應(yīng)用于科研已取得了一些成果，低溫和紫外線輻射植株地上部分后能有效抑制病害發(fā)生，并對(duì)植株生長產(chǎn)生良好的影響，這在小麥、大豆、玉米、郁金香、百合、大蒜等作物上已得到證實(shí)。?
魔芋是經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的作物，近年已成為山區(qū)農(nóng)民脫貧致富的有效途徑。然而，在魔芋生產(chǎn)中，魔芋軟腐病已成為魔芋生產(chǎn)和魔芋產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要制約因素。鑒于魔芋軟腐病的主要初侵染源是種芋及土壤，種芋帶菌是引起植株發(fā)病的主要原因這一特性，以及溫度、紫外線等物理因子影響魔芋生產(chǎn)的研究尚未見報(bào)道，因此，筆者于2008年至2010年間開展了“低溫、紫外線對(duì)魔芋種芋生長的影響”研究，通過對(duì)魔芋種芋進(jìn)行不同強(qiáng)度的低溫冷藏和不同時(shí)長的紫外線輻射，研究不同處理對(duì)魔芋生長過程中軟腐病的控制及產(chǎn)量表現(xiàn)的影響，把物理學(xué)科與農(nóng)業(yè)學(xué)科知識(shí)結(jié)合應(yīng)用于科研生產(chǎn)。通過此研究得出結(jié)論：用低溫冷刺激、紫外線殺菌處理魔芋種芋能降低病害，提高產(chǎn)量，把物理因子低溫、紫外線這樣應(yīng)用對(duì)魔芋的影響是正向的;試驗(yàn)中不施用化學(xué)農(nóng)藥，保證了生產(chǎn)的魔芋沒有藥物殘留，綠色環(huán)保。?
筆者在科研中把物理科學(xué)與農(nóng)業(yè)科學(xué)結(jié)合的探索取得了一定成效，這種生產(chǎn)成本低、簡(jiǎn)便易行的生產(chǎn)方式對(duì)改善和提高魔芋品質(zhì)、保護(hù)生態(tài)等方面具有現(xiàn)實(shí)意義。?
四、物理學(xué)科與農(nóng)業(yè)學(xué)科結(jié)合的展望與思考
1、加強(qiáng)物理學(xué)科與農(nóng)業(yè)學(xué)科的融合，有利于學(xué)生的就業(yè)(創(chuàng)業(yè))與升造?
農(nóng)業(yè)院校教學(xué)與科研中注意物理科學(xué)與農(nóng)業(yè)科學(xué)的融合，有利于教師的農(nóng)業(yè)科研拓展，更好地服務(wù)“三農(nóng)”的同時(shí)能加強(qiáng)學(xué)生交叉學(xué)科知識(shí)素養(yǎng)，能拓寬農(nóng)科學(xué)生的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。畢業(yè)生面對(duì)需要大量知識(shí)和技術(shù)的市場(chǎng)就業(yè)更具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì);對(duì)于畢業(yè)且有志于繼續(xù)深造的學(xué)生，可選擇由交叉學(xué)科而產(chǎn)生的新興領(lǐng)域?yàn)榉较颍F(xiàn)代新興的物理農(nóng)業(yè)中所涉及的有關(guān)食品安全、生態(tài)農(nóng)業(yè)等諸多問題有待應(yīng)用科學(xué)理念和現(xiàn)代技術(shù)加以解決，農(nóng)業(yè)院校的學(xué)生由此領(lǐng)域?yàn)榉较蚓褪且粋�(gè)不錯(cuò)的選擇，其中加強(qiáng)物理學(xué)科與農(nóng)業(yè)學(xué)科融合的培養(yǎng)對(duì)他們的知識(shí)積累無疑是一個(gè)很大的推動(dòng)。?
中國理論生物物理學(xué)家歐陽鐘燦院士呼吁：“為培養(yǎng)具有全新知識(shí)結(jié)構(gòu)的研究人員，首先應(yīng)革新大學(xué)生命科學(xué)相關(guān)的教學(xué)”,呼吁高校生物系反省傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方式，適當(dāng)增加數(shù)學(xué)、物理學(xué)等其他學(xué)科的知識(shí)，與美國著名的倡議“培養(yǎng)21世紀(jì)的科學(xué)家：本科生的生物學(xué)教育”(Undergraduate biology education to prepare research scientists for the 21st century，簡(jiǎn)稱Bio2010)相呼應(yīng)??[3]?�，F(xiàn)在中國的一些高等院校已開設(shè)了生物物理學(xué)等交叉學(xué)科專業(yè)，希望“培養(yǎng)出來的跨學(xué)科學(xué)生能操同一種語言去建造生命科學(xué)的通天塔”。?
2、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，走可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)模式?
在“綠色革命”“轉(zhuǎn)基因作物”的糧食增產(chǎn)模式一一亮相的時(shí)候，物理知識(shí)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物理增產(chǎn)技術(shù)也在低碳農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)的倡導(dǎo)環(huán)境中備受關(guān)注。把物理中的力、熱、光、電、磁等知識(shí)與技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“物理農(nóng)業(yè)”，區(qū)別于傳統(tǒng)的“化學(xué)農(nóng)業(yè)”，不用化肥、農(nóng)藥、生長調(diào)節(jié)劑的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，減少環(huán)境污染，恢復(fù)耕地質(zhì)量，阻止環(huán)境惡化與生態(tài)退化，是解決“先污染后治理”“先發(fā)展后治理”問題的重要途徑之一。?
近年物理農(nóng)業(yè)已展示了它的“神奇”，相信物理農(nóng)業(yè)在未來的發(fā)展中，不僅在糧食生產(chǎn)的健康安全、增產(chǎn)增收方面能取得輝煌的成績(jī)，也能兼顧到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的相容，同時(shí)為農(nóng)業(yè)、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展做出杰出的貢獻(xiàn)，在農(nóng)業(yè)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展中充分發(fā)揮物理科學(xué)知識(shí)的作用，充分展示交叉學(xué)科的魅力。
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