CN1402964A

CN1402964A - 植物声频处理技术及其设备

Info

Publication number: CN1402964A
Application number: CN01131188A
Authority: CN
Inventors: 侯天侦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-03-19

Abstract

本发明属于植物声频处理技术方法及其设备技术领域。它是一项新兴的农业科学技术，是物理农业科学技术的一个重要方面。它是在植物经络理论指导下和利用已研制成功的激光多普勒效应测振仪所测定的植物自发声频率结果，发明了植物声频发生器，该发生器可给出与植物自发声频率相同的外界声波，使其能够匹配吸收，配合施用叶面微量元素肥料，达到增产、优质、抗病效果并不污染环境。本发明的技术在国内外历经六年在2000多亩温室和大田试验，共做过30多种作物取得明显效果，必将为农业的可持续发展作出贡献。

Description

植物声频处理技术及其设备

技术领域

本发明属于植物声频处理技术方法及其设备技术领域。它是一项新兴的农业科学技术，相对于目前的化学农业而言，是物理农业科学技术的一个重要方面。它的基本原理是对植物施加声波处理，结合在植物上施用叶面微量元素肥料，以达到增产增收目的，其技术特征是发明了激光多普勒效应测振仪，可测出各种植物自发声的特定频率(吸收声波的频率相同)及其频谱特性。然后用本发明专用的植物声频发生器将植物自发声的特定频率的声波返施给植物自身。同时对植物施用少量有机复合微量元素叶面肥料，按照本发明的规范对植物进行声波处理，从而达到了提高植物光合作用和吸收能力，并降低植物生物电阻，提高其生理活性、增产、优质和抗病的目的。本技术不污染环境，是当前传统的化学农业向可持续发展农业过渡的重要手段之一。

背景技术

声音与植物的关系。古人早就有所发现：一千多年前中国的宋代沈括和王灼分别在他们的著作“梦溪笔谈”和“碧鸡漫志”中记载了一个草木知音的故事：作曲家桑景舒创作虞美人操使江南的一种虞美人草枝叶舞动。这就是人类历史上有文字记载的最早的植物声学实验。

一百多年前，达尔文给含羞草连续吹奏巴松管，希望用音乐引起它的羽状复叶的运动，尽管实验没有成功，但它鼓励了许多后人对植物进行声学处理的不断探索。

二十世纪中期，国际上逐渐兴起一门声生物学。它首先应用于畜禽上，如用优美的琴声增加乳牛的产乳量和母鸡的产蛋量。声波用于处理植物的文献记载开始于1977年11月：chernoe(美国专利号：4022915)用声音处理提高了啤酒厂大麦的发芽率；美国的Dan.carson公司利用高频声波(4～6KHz)结合化肥处理促进植物的生长发育(美国专利：4680889 1989.7；4834789 1989.5；5043009 1991.8)。相类似的专利还有Weinberger(美国专利：3703051 1972.11)，Robinson(美国专利：4743287 1988.5)，muir(美国专利：4952229 1990.8)，以及Alexander(美国专利：5034045 1991.7)。此外，根据报章杂志报道：日本先拓公司用雅乐处理蔬菜提高其产量(参见海啸·科学画报6：361990)法国和前苏联有人用贝多芬乐曲处理西红柿、甜菜使其增产。

从整体上看，以前的植物声波(或音乐)处理技术研究和应用，尚处在一种经验探索和资料积累的初期阶段。由于没有先进的理论指导，缺少严格的田间对比试验。特别是没有相应的测试仪器的精确地测定不同植物的自发声和接受声频的特定的频谱特性，造成这个领域中存在着许多矛盾和混乱现象。例如：有人用不同的摇滚乐、爵士乐、古典乐和轻音乐播放给植物，得出不同的结果；有人用不同的高低频声波刺激植物，结果对所观察到的现象茫然不解；2000年初，日本东京大学用不同频率的声波处理可延长或缩短微生物繁殖的时间等等。

本发明的目的是要克服以前该领域研究普遍存在的弊端：没有先进的理论指导，没有定量分析的精密仪器所提供的精确数据为依据，没有性能先进的声频发生器设备和声频处理技术保证该项技术的重复性和可靠等等。克服这些弊端，从而使该领域的研究，由经验探索的初期阶段走向精密定量测试分析，达到精密量化的工艺可稳定的科学的实用阶段。

发明内容

要达到本发明的上述目的，本发明所要解决的问题是：首先要掌握先进的理论，掌握先进的声频测试用精密仪器设备的制造和使用技术，利用仪器设备精确测定并掌握各种植物的自发声特定频率及频谱特性，设计制造出先进的植物声频发生器能够将与植物自发声频率及频谱特相一致的声波返施给植物。并能根据植物自身的状况和环境条件的不同采用合理的声波处理的规范性工艺程序等等。

现将本发明解决上述技术问题的方案逐一介绍如下：

植物经络系统的理论研究成果介绍：

本发明的技术是建立在植物经络系统学说的理论基础之上的，发明人及其同事曾历经15年的研究，发现并通过实验证明了植物普遍存在类似于人体和动物经络系统的控制系统，(详见侯天侦等1994a.b.c，1997a.b)

在植物经络系统理论指导下，自行研制成功了激光多普勒效应测振仪，精确地测定了植物不同部位的自发声频率。该仪器具有以有两个显著特点：其一是它采用了激光探测的非接触式测量。避免了探头接触动植物体时造成的测量误差。其二是该仪器可以灵敏地测出植物不同部位如茎、枝、叶及至叶脉、叶肉处的自发声频率及其频谱特性。这是前所未有的成果。据测定一般植物在正常生长状况下，自发声的频率均在低频的特定范围内(20Hz-2000Hz)。它不同于以前有人给出的高频范围(4000Hz-6000Hz)更不同于前人指出的低频范围(20Hz-20000Hz)。众所周知这是指声波的几乎全部频率范围，而且他们给出的均为单一的频率，而我们掌握了植物各部位的自发声频率及其频增特性，所以我们给出的是组合频率，能够体现植物实际自发声的频谱特性，用此声波处理植物其效果自然优于单一频率。

另一方面，我们还测定出植物自发声频率与外界条件(如气温)和植物自身状况(如含水量)等诸因素之间的关系。例如当气温升高时或植物缺水时，植物的自发声频率升高。

本发明所用的激光多普勒效应测振仪，在声屏蔽室的抗震台上能精确地测出植物各部位的自发声特定频率并可做频谱分析，为本发明的技术奠定了坚实的技术基础。(详见侯天侦1999a.b)。

本发明与前人发明相比具备了三个显著特点：

1.由于精确测定了植物自发声频率，本植物声频发生器给出的外界声波频率范围已缩小到20Hz-2000Hz范围。

2.鉴于发现了植物各部位自发声的频率不同，整体体现为组合频率特性。所以本植物声频发生器给出的外界声波不是前人给出的单一频率，而是与植物自发声相一致的组合频率声波，体现了植物自发声的频谱特性。

3.由于掌握了植物自发声与外界环境和植物自身状况的关系，本发明的植物声频发声器可以适应外界环境的变化和植物自身状况的不同，给出相适应的外加的适合植物需要的声波。

本发明自1994年来，历经6年的国内外温室和大田的试验，包括30多种不同的作物、蔬菜、花卉和果树，供试面积约2000余亩。通过有计划的实验，目前已掌握了一套对于各种不同植物进行规范性声波处理的技术，为该项技术的推广应用提供了保障。

综上所述，本发明通过研究掌握植物经络系统理论；研究掌握能够精确测定植物的自发声特定频率及其频谱特性的激光多普勒效应测振仪技术；用激光多普勒效应测振仪测试掌握了各种植物自发生的特定频率及其频谱特性；研制成能将植物自发声特定频率及其频谱特性的声波返施给植物的声频发生；通过实验掌握了植物声处理的合理的处理技术规范；通过植物声频处理使植物增强了光合作用和有机复合微量元素叶面肥料的吸收和利用，降低了植物体的生物电阻，提高了植物生理活性，从而达到了增产、优质、和抗病的目的并为防止环境污染，促进传统化学农业向可持续发展农业过渡作出贡献。这就是本发明实现发明目的的主要技术途径和技术方案。

本发明的优点和积极效果

本发明以植物经络系统理论为指导，通过上述途经和技术方案的实施，掌握了植物特定声波处理技术，从而结束了该领域研究的经验探索性初期阶段。进入了科学的精确定量的处理阶段，克服了前人的弊端实现了本发明的目的并与前人发明相比具备了上述的三个显著特点，同时经过国内外三个阶段的温室和大田实验，取得了积极效果，现将三个阶段，各举一例说明如下，

第一阶段，1994年在美国华盛顿州做田间小区试验。共做17个品种的植物。其中最突出的是菠菜平均增产了557％，并提高了品质；

第二阶段1995年4月起在美国加利福尼亚州做温室和田间大面积试验，其中草莓增产幅度最大，平均增产50％以上，明显提高了品质；

第三阶段，1999年发明人回国在中国山西省运城地区做棉花试验，经专家测产评估，棉花平均增产了71.62％。

并经对多个品种进行测试分析，其产品营养成份大幅度提高，产品品质好，耐贮藏性好并且植物的抗病害性提高，这些品质的提高比产品的产量提高更为可贵，更为重要。因此本发明的技术与前人的发明相比具有了突出的多项优点并被实践证明已经取得极为积极的效果。

附图说明

图1：植物声频发生器外形结构与平面略图

图2：植物声频发生器电路原理框图。

图1：植物声频发生器外形结构及其工作原理的说明

本发明的植物声频发生器其外形结构与平面布置如附图1所示，现将其特征及其性能简介说明如下：本植物声频发生器的外壳采用木质胶合板制成。其外形特征呈一个“倒金字塔形”即形状是一个无顶尖的金字塔形，它的六面柱体其上底大，下底小，四个侧面为底朝上方的梯形。每个侧面装有一个电动式扬声器，为了适应温室或室内植物的需要，该扬声器也可以是号筒式扬声器或长方形扬声器。四个侧面的扬声器可同时向周围360度范围内发射声波。本植物声频发生器的外壳同时兼有扬声器音箱的功能，并且是按照扬声器音箱的要求进行设计的。

鉴于电动式扬声器的纸盒在作声频振动时，会向纸盆前、后两个方向发射声波，声波波长较长有明显的绕射作用，将会产生反射、绕射等声波的相互作用，造成“声短路”现象。因此在箱体结构设计上必须采取相应的技术措施，以保证正常工作。

解决的办法是，本发明采用封闭式扬声器箱体结构，为了防止密封扬声器箱内气体的“气垫效应”保证扬声器箱的下限截止频率和低频电声换能效果，故必须保证音箱箱体有足够的容积，理论分析存在以下关系：

V = 3.5 \times 10^{5} \times a^{4} / {f_{0}}^{2} \times M \times (\frac{1}{2} {Q_{0}}^{2} - 1)

式中：V为扬声器音箱的有效容

a为扬声器纸盒的有效半径

f₀为扬声器下限截止频率

M为扬声器箱体系统的有效质量

Q₀为扬声器本身的品质因数

按照以上公式设计的本植物声频发生器的外壳兼扬声器音箱箱体共分大小二种，现以大的为例，其主要性能如下：

工作频率范围：20Hz-2000Hz

频率准确度：＞1％

频率稳定度：＞3％

使用电源电压：220v/50Hz或110V/60Hz的交流电源或12V直流电源(适用于野外工作)

使用温度范围：0℃-50℃

使用湿度范围：0-90％RH

图2植物声频发生器电路原理说明

图2为植物声频发生器电路原理框图。其工作原理说明如下：

电源采用220V/50Hz或110V/60Hz交流电源或12V直流电源(野外适用于直流)

基频电路：用于产生频率准确度和频率稳定度都很高的正弦波基波频率信号，由于发生器工作频带较宽，要求基频发生器要有较低的谐波分量，故在振荡电路上采用运算放大器作为振荡器的振荡放大环节。采用阻容网络作为选频网络。同时采用二极管限幅电路保证输出信号的振幅稳定。

时基脉电路：它产生一个固定频率的方波脉冲，经限流电阻限流后加在功率放大器功放管的基极，对功率放大器输出的基频信号进行脉冲调制，从而使功放级输出的基频信号成为对植物有较强刺激作用的断续性脉冲音频声波。

音频调节及功率放大器：它由集成电路构成，并采用OTL电路形式，功率放大器输出信号直接驱动扬声器进行电声转换，该音频调节及功率放大器除进行脉冲调制输出外，也可进行音量控制，控制的音量范围大于50db-120db，通常工作的音量范围为：70db-80db.

存贮器电路，为了进一步的提高植物声频发生器的性能和质量。鉴于植物自发声特性与外界因素(如温度)和植物自身状况(如含水量)等条件有关。因此，为了适应在各种条件下植物对处理声波的不同需要，所以可以事先将各种植物声波处理的典型参量和典型程序存入贮器中，供实时处理时，根据需要选用，从而可以大大方便使用，提高工作效率，此功能是为未来自动化程度较高的机型设置的。

频率选择器电路：频率选择器电路执行存贮器里程序规定的指令。配合其完成植物声频发生器发出规定频率声波的任务。

有机复合微量元素叶面肥料简介：

本植物频发生器，在试验过程中发现对植物进行声波处理时，同时使用有机复合微量元素叶面肥料的效果远比单用声波处理或单用该肥料要好。因此在对植物声波处理时，辅以喷施少量叶面肥料十分必要。

这里需要特别指出的是：这种有机复合微量元素叶面肥料，是一种国产的市场上出售的商品，它的商品名称是奥甫尔肥料，该肥料原是美国产品，是性能较好，使用经济的微量元素叶面肥料。

对植物进行声波处理的一般方法简介

一般农作物、蔬菜、花卉等植物苗高达到5-30厘米，最好是20厘米是可开始用声波处理。处理规范为：通常每周处理3次，每次3-4小时，处理时间最好在早晨太阳出来以后植物开始进行光合作用时开始，也可以在下午3-4点后进行。声波频率的选取原则是根据植物和气候环境条件选定。例如气温较高和干旱缺水时可选用较高的处理频率。植物声频处理的声波音量通常在50db-120db内可调选用。最好在70db-80db范围使用。植物声频处理的效果：根据实验可知与植物距声源的距离呈负相关关系。换言之，植物距离声源越近处理效果越好。

现将部分植物适用的声波频率范围介绍如下：

表1：部分植物适用的声波处理频率范围

频率范围Hz 适用的植物品种

50-120 海芋、萝卜、菠菜、3种生菜、2种黄瓜、甜瓜、西瓜

150-300 马铃薯、园白菜、豌豆、菜豆、大豆

300-500 花椰菜、菜花、玉米、棉花、葡萄、草莓

有机复合微量元素叶面肥料的用法简介

喷施有机复合微量元素叶面肥料，在整个植物生长发育期内喷施3-4次即可，分别在生长旺盛期，开花前期，结果期各喷一次，喷施肥料前先播放声波0.5小时，以1小时为最好。然后边播放声波边施肥，施完肥料后，继续播放声波1-3小时，最好是2小时，喷施肥料的工具可以是背负式农用喷雾器也可以是拖拉机带动的大型喷雾器，最好是新式的静电喷雾器。

有机复合微量元素叶面肥料的另一种用法是用于浸种处理，先用500倍清水稀释后用来浸种。浸泡时间为4-24小时，最好浸种24小时，边浸种边放声波处理，处理浸种的声波频率为300Hz。音量常在70db-80db。播放时间为12小时为佳。

本发明的具体应用实施方式的优选方式实施例举例

实施例1(即前述的第一阶段实验)

试验地点：美国华盛顿州

试验地块：两块条件一致相距200米的地块。每块做成4×2＝8m²的10个小区。每个小区用木板围起来，土壤置换成成份相同的营养土。

试验地用水；一律用当地井水灌溉，保证水肥成份一致

种子处理：用500倍清水稀释有机复合微量元素叶面肥料。浸种12小时，同时用300Hz声波音量70dB对所浸种子处理4小时，对照组浸清水处理。

试验日期：1994年除马铃薯6月30日播种外，其余品种7月13日播种。

收获期：除菠菜9月9日收获外，其余品种约为10月2日收获。处理所用声波频率、音量：统一用100Hz声波，音量70db～80db。

声波处理情况：出苗高至10厘米，开始声波处理每周处理二次，每次4小时。

100Hz70db～80db处理半小时后开始施用有机复合微量元素肥料(用500倍清水稀释)喷完肥料继续处理到满4小时为止。

施肥次数：在植物整个生长期中只在生长旺季施用一次有机复合微量元素的肥料。

其它田间管理：其它如间苗、除草、灌溉等各种田间管理条件均保持一致。

本实施例小区试验的17种作物试验结果如下：(另有浸种处理一例)

土豆：大个的平均增产46.82％总平均增产 13.6％

日本萝卜：平均增产 112.93％

菠菜：平均增产 557％

生菜(三种)：平均增产 200％

圆白菜：平均增产 37.17％

黄瓜(二种)：平均增产 220.8％

甜瓜：平均增产 114.29％

西瓜：平均增产 142.86％

豌豆减产9.6％，但无病害，对照组感染了白粉病。

日本大豆和菜豆：被兔子吃了无法对比

甜玉米：平均增产 30.2％

绿菜花和白菜花分别减产37.5％、31.3％。

喜树种子浸种：喜树种子发芽率一般不超过20％，这种珍贵树种是提取抗癌药物的重要资源经浸种处理后，发芽率达到：31％。

由于以上试验的成功该项技术曾于1998年获得美国发明专利(专利号：5731265)此项专利未包括声频处理设备，试验品种仅包括上述17个品种。

实施例2(即前述的第二阶段实验)

试验地点：美国加利福尼亚洲

试验性质：大面积温室与大田实验

试验品种和情况如下：

西红柿：450亩连片西红柿田中连片的150亩地的两边各30亩对剩位置，条件相当的地块作对比试验。

4月5日播种、5月30日苗高30厘米时开始处理，8月30日收获并取样分析。

声频处理情况：每周处理3次，每次处理3小时。

处理声波参数：100Hz～300Hz，音量70db～80db。

施肥情况：共施用有机复合微量元素叶面肥料3次。

处理结果：

平均增产30.7％(P＝0.0018效果显著)

品质提高情况：经测试分析，含糖量提高到26.1％、维生素A提高了55.39％、抗坏血酸含量提高了92.31％、维生素C和E分别降低了2.1％和12.69％，在被分析的33种微量元素中有26种增加了，有17种减少，声频处理使西红柿品质大幅度提高，使其耐贮存期增加了一倍。

菠菜：

供验面积：270亩

试验日期：1995年8月2日播种，分别于10月4日、11月3日两次收获。

声波处理情况：苗高10厘米时开始声波处理，每周处理3次，每次处理3小时，处理声波频率50-120Hz，音量70dB～80dB。

增产效果：平均增产22％以上。

品质提高情况：品质分析结果表明含糖量增加了37.5％，维生素A、B、C的含量分别增加了35.6％、41.67％、40％，抗坏血酸含量降低了7.69％，在分析的33种矿物元素中，增加的有29种，其中铁增加了57.71％，硒增加了8.14％，仅有钠、钴、钒、锌四种略有减少。

生菜：

1、试验地：温室每个温室面积6亩，盆栽对比试验。

对比方法：生菜栽于相同的塑料盒中分A、B、C、D 4组，每种12盆，盆直径15cm。

A组(声+肥)处理平均增产 44.1％

B组单独声处理平均增产 29.92％

C组单独肥处理平均增产 16.19％

D组对照无声肥处理对照

声波处理参数：声波频率50～120Hz，声波音量：70db～80db，每周三次，每次3小时。

2、试验地：生菜田间大面积试验，两块分别为106亩、142亩的条件相当的地块相距300米以上。

对比试验方法：

106亩分成二组：

A组：声+肥试验平均增产 41.67％

B组：单独声试验平均增产 30.88％

142亩分成另二组：

C组：单独肥试验平均增产 19.61％

D组：对照对照

试验日期：1996年6月16日播种，8月24日收获。

声波处理参数：声波频率50Hz～120Hz，音量70db～80db，每周2次每次3小时。

扁桃：

试验日期：1996年4月25日～8月15日

试验地块：两块各约120亩的地块

地块1：12年生桃树平均增产 16.03％

地块2：18年生桃树平均增产 8.11％

声频处理情况：每周处理2次，每次3小时。

葡萄：

试验日期：地块1：1996年4月16日～7月26日

地块2： 4月16日～9月27日

试验地块：地块1：约300亩 14年生葡萄 300米外部分作对照

平均增产 10.7％

地块2：约480亩5年生葡萄取200亩作对照

平均增产 11.7％

品质改善情况：葡萄含糖量增加了23％左右。

声频处理情况：每周处理3次，每次3小时，声频：300Hz-500Hz，

声量：70db～80db

棉花：

试验日期：1996年4月18日播种，10月24日收获。

声处理：6月21日苗高30厘米时开始，声频：300～500Hz，

声量70db～80db，每周处理3次，每次3小时。

地块：连片棉田250亩，取60亩处理，60亩对照，各位于棉田的一边。

试验结果：棉花平均增产32.51％(P＜0.001)。

草莓：

试验日期：1995年开始连续实验4年。

试验地块：400亩草莓。

增产结果：平均增产50％以上。

品质提高情况：含糖量提高，原来草莓只能种一年，第二年即退变，经声处理后3年生草莓结果仍正常。

声处理情况：声频：300～500Hz，音量70dB～80dB，每周3次，每次3小时。

实施例3：

试验日期：2000年6月初至9月8目测产评估。

试验地点：中国山西省运城地区临猗县楚侯村。

试验项目：棉花大田实验。

试验地块：在棉农韩随虎承包的140亩地块上进行，东西两边各取20亩棉田，两块棉田中间被玉米、枣树隔离，相距超过150米，地力条件相当。

声波处理情况：每周处理3次，每次3小时，声波频率：300～500Hz，

音量：60db～80db。

使用有机复合微量元素肥料情况：共施用3次。

实施处理结果：

由山西省运城地区科委组织山西省棉花研究所，地区农技推广站以及科委三家各出三名专家到田间进行了测算评估：

专家测算报告：亩产棉花114.73公斤，比对照68.85公斤增产达71.62％，收获完成后韩随虎报告：亩产棉110公斤比对照75公斤增产4成以上。

此外在北京做的磨菇、速生杨树、梨树、玉米以及韩随虎处的玉米和枣树均取得明显增产效果，此处不一一枚举。

综上所述本发明的植物声频发生器及其声波处理技术经大面积多品种的温室及大田试验已取得确切而明显的效果，它必将为可持续发展农业作出贡献。

Claims

1.本发明属于植物声频处理技术方法及其设备技术领域。它是物理农业的一个重要方面，它的基本原理是对植物施加声波处理，结合在植物上施用叶面微量元素肥料，以达到增产增收目的，其特征是本发明专用的植物声频发生器可给出与植物自发声频率相同的外界声波，引起植物共振匹配吸收；同时对植物施用少量有机复合微量元素叶面肥料；按照本发明的规范对植物进行声波处理，从而达到了提高植物光合作用和吸收能力，增产、优质和抗病的目的。

2.按照权利要求1所述的植物自发声频率其特征是其基频在20Hz～2000Hz范围内，也即本发明的植物声频发声器发出的是同样的基频声波，但是经过脉冲调制的，以加强对植物的刺激作用。

3.按照权利要求1所述的植物声频发生器其特征是它的机壳兼发生器音箱是一个“例金字塔形”箱体，箱体上底大，下底小，四个侧面呈梯形，四面各装一个电动式扬声器，可向周围360度范围内发射声波。

4.按照权利要求1所述的植物声频发生器其特征是它的电子电路由电源电路、基频信号电路、时基脉冲电路、音量调节与功率放大电路、频率选择电路、存贮器电路、电动式扬声器等部分组成。

5.按照权利要求2所述的植物自发声频率，也即本植物声频发生器发射的声波频率其特征在于不是单一的基频，而是一个组合频率的声波，其组合频率是由外界环境条件(如气温)及植物当时的状况况(如含水量)决定的。

6.按照权利要求2所述的施加于植物的声波，其特征是声波音量通常在50db～120db范围内是可调的。最佳使用范围为70db～80db。每周处理3次，每次处理3-4小时。

7.按照权利要求4所述的电源其特征是可以是220V/50Hz、110V/60Hz的交流电源，也可以是12V的直流电源。