K46 BÀI TẬP 3 PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG CỦA VẬT LÍ TRONG CÁC LĨNH VỰC NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH

PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG VẬT LÍ TRONG LĨNH VỰC NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH I... LASER Laser đọc là lade là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Trang 1

PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG VẬT LÍ TRONG LĨNH VỰC NÔNG NGHIỆP

THÔNG MINH

I Ứng dụng của từ trường trong các lĩnh vực nông nghiệp

1 Khái niệm từ trường

Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt tồn tại xung quanh các điện tích chuyển động hoặc nam châm và là nhân tố trung gian gây ra tương tác giữa chúng

2 Ứng dụng của từ trường trong các lĩnh vực nông nghiệp

2.1 Ứng dụng của từ trường nhân tạo để kích thích sinh trưởng và phát triển một số giống cây trồng trong giai đoạn nuôi cấy mô và ươm.

Từ trường tự nhiên sinh ra do hoạt động tự quay của trái đất đã tác động lên khối chất lỏng trong tâm và có ảnh hưởng tới đời sống tất cả các sinh vật trên trái đất Khoa học phát triển đã ứng dụng từ trường rất hiệu quả trong y học, trong chẩn đoán, phòng và chữa nhiều loại bệnh kết quả tốt Trong nông nghiệp, từ trường nhân tạo đã được ứng dụng để kích thích sinh trưởng phát triển, giảm thời gian cây giống trong giai đoạn nuôi cấy mô và vườn ươm, nâng cao năng suất và hiệu quả vườn ươm Những nghiên cứu đã cho biết từ trường thúc đẩy

nhanh sinh trưởng một số loại cây trồng (cây chè, cây phong lan Vũ Nữ, cây bạch đàn, cây keo ) nếu chúng được kích thích trong điều kiện về thời gian và cường độ phù hợp

Trang 2

Hình 1 Ứng dụng từ trường nhân tạo để kích thích sinh trưởng và phát triển một số giống cây trồng trong giai đoạn nuôi cấy mô và giai đoạn vườn ươm

2.2 Nước từ tính Nước tưới đầy tiềm năng

Ngày nay, nhiều công trình khoa học của các nhà sinh học và lý sinh đã mô tả ảnh hưởng của từ trường đối với việc sản xuất của các nhà máy Dựa trên những nghiên cứu này, “Công nghệ Nam châm” đã được nhiều công ty đưa ra một phương pháp đó là tác động của từ trường đối với vùng nước tự do Phương pháp này là một phần thiết yếu trong toàn bộ hoạt động phức tạp của việc sử dụng từ trường trong nông nghiệp Nó bao gồm sự thay đổi hóa học các thông số nước tự nhiên, dẫn đến cải thiện các đặc tính lọc và tác động vào một số các tính chất của nước Những thay đổi này dẫn đến kết quả là sự đồng hóa tốt hơn các chất dinh dưỡng cho cây và tạo ra lượng phân bón trong các nhà máy phục vụ cho quá trình phát triển của thực vật

Trang 3

Hình 2 Nước từ tính phù hợp cho hệ thống trồng thủy canh

Được biết, các loại cây cần muối và nguyên tố vi lượng khoáng từ đất để phát triển Tuy nhiên, các nhà máy nhận thấy phần lớn các chất dinh dưỡng có trong đất không được sử dụng Trong khi tưới cây bằng nước bình thường, chỉ có một lượng nhỏ các nguyên tố dinh dưỡng hòa tan trong đất Hơn nữa khi cây bắt đầu mọc việc hấp thụ các chất dinh dưỡng khá ít và một số lượng lớn các chất dinh dưỡng cần thiết bị thâm hụt là nguyên nhân chính làm tỷ lệ tăng trưởng giảm và năng suất cây trồng thấp Đó là lý do tại sao nước từ tính nên được sử dụng để tưới cây Nước từ tính an toàn, khả năng tương thích cao và khá đơn giản Bên cạnh đó chúng thân thiện với môi trường, chi phí vận hành thấp Nước từ tính có những đặc điểm vật lý và hóa học độc đáo góp phần cải tiến chất lượng nước tưới và số lượng,

Trang 4

năng suất cây trồng và chất lượng, cải tạo đất và tiết kiệm nước là một trong những lợi ích trong nông nghiệp Ngoài ra, phương pháp dùng từ trường đã cho thấy tác dụng có lợi trên sự nảy mầm của hạt giống, cây trồng sinh trưởng và phát triển, sự chín và năng suất của cây

trồng.Nước nhiễm mặn không những làm giảm năng suất cây trồng mà còn làm tích lũy muối trên lớp đất bề mặt, có thể hạn chế khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây trồng Nước nhiễm mặn cũng làm tắc các vòi tưới thủy lợi

Nước nhiễm mặn là hiện tượng phổ biến và xảy ra thường xuyên tại nhiều nơi trên thế giới Công nghệ từ tính là một giải pháp hữu hiệu giúp phá vỡ các phân tử muối trong nước, giúp nước có thể được hấp thụ dễ dàng bởi cây trồng

Hệ thống được thiết kế từ các nam châm điện khớp với các ống thép chống gỉ, được kết nối trực tiếp tới nguồn nước, tạo ra một từ trường bên trong ống Khi điện được đưa tới các pin, các phân tử nước đi qua ống rung, liên kết của các hạt muối sẽ bị phá vỡ Các muối hòa tan lúc này sẽ không thể hình thành nên cặn tinh thể cứng gây hại tới cây trồng

2.3 Loại bỏ cỏ dại trên cánh đồng nhờ vào nam châm lọc sắt

Trong canh tác, người nông dân thường gặp rất nhiều khó khăn đối với việc diệt cỏ dại trên quy mô lớn Thông thường, nông dân sẽ dùng các chế phẩm hóa học để diệt cỏ, điều này gây ra nhiều vấn đề bất cặp như: chất hóa học không phân hủy hoặc phân hủy với tốc độ chậm gây ô nhiễm môi trường; tiêu diệt cùng lúc các thiên địch của các loài gây

Trang 5

hại; Cho nên để khắc phục vấn đề này, các nhà khoa học đã thực hiên dự án loại bỏ hạt giống cỏ dại bằng nam châm lọc sắt

Hình 3 Ứng dụng nam châm diệt trừ cỏ dại

Trên hạt cỏ dại thường có những tua sợi, có thể bám vào lông của những con vật chạy lướt qua nó, bởi thế nó có thể lan truyền đến một nơi ở rất xa cây mẹ Dựa trên đặc tính phân tán này, người ta rắc mạt sắt vào trong hạt giống cây trồng có lẫn hạt giống cỏ dại thì chúng sẽ bám chặt vào hạt giống cỏ dại xù xì chứ không thể bám vào hạt giống cây trồng nhẵn nhụi Sau đó cho hỗn hợp trên đi vào tác dụng của nam

Trang 6

châm điện đủ mạnh Tiếp đến người ta lại cho hỗn hợp trên đi vào tác dụng của nam châm điện với lực từ vừa đủ mạnh Sau đó, hỗn hợp ấy sẽ tự động tách ra thành hạt giống cây trồng và hạt giống cỏ dại Bởi trong quá trình này, nam châm đã có thực hiện nhiệm vụ vớt hết tất cả những hạt có dính mạt sắt ra khỏi số hạt giống có trong hỗn hợp ấy

2.4 Nam châm giúp bò giảm chứng viêm màng ruột

Nghe có vẻ khó tin, nhưng khẩu phần ăn của các chú bò hiện nay

thường được bổ sung thêm một viên nam châm nhỏ Nguyên nhân của việc thêm nếm nghe có vẻ khá dị thường này là do vai trò của nam châm trong việc chữa trị chứng viêm màng bụng ở các loài động vật nhai lại như bò

Hình 4 Bò sữa ở trang trại

Bò cũng như tất cả các loài động vật nhai lại khác không nhai trước khi nuốt Tuy chúng dành rất nhiều thời gian để nhai lại thức ăn đùn lên từ dạ dày, nhưng chúng luôn nuốt chửng thức ăn trước tiên Điều đó đồng nghĩa với việc chúng nuốt luôn tất cả những mảnh vụn kim loại nằm lẫn trong đám cỏ chúng ăn vào Những miếng kim loại này đọng lại ở màng bụng, ngăn thứ hai của dạ dày, và dính chặt lại ở đó Những mảnh sắc thậm chí có thể thọc qua dạ dày và đi thẳng vào tim Nguy hiểm hơn nữa, chúng có thể ngăn cản quá trình tiêu hóa và khiến cơ thể con vật phồng trương

Đáng mừng là các nhà khoa học đã tìm ra cách giải quyết vấn đề này một cách nhanh gọn Bò sẽ được cho ăn một miếng nam châm có kích cỡ bé bằng ngón tay bằng một chiến ống bơm dài Sau khi yên vị tại

Trang 7

màng bụng, nam châm sẽ hút chặt các miếng kim loại nằm rải rác chung quanh Để kiểm tra xem một chú bò đã được “cho ăn” nam châm hay chưa, người ta sẽ sử dụng la bàn Một miếng nam châm gía chỉ vài USD nhưng lại rất hữu hiệu trong việc giải quyết chứng viêm

màng bụng ở động vật nhai lại.Ý tưởng này nghe qua thì có vẻ rất kì quặc nhưng nó thực sự rất cần thiết Một bản báo cáo năm 1990 đã chỉ

ra rằng, có tới 55 đến 75% số lượng bò thịt được phát hiện mắc chứng viêm màng bụng

Ngoài ra, trong nông nghiệp, người ta cũng thường sử dụng nam châm đất hiếm để xử lý trước thức ăn cho gia súc giúp đảm bảo cho sức khỏe của các động vật Trên các dây chuyền phân phối thức ăn sẽ trải qua công đoạn kiểm tra bằng nam châm đất hiếm để loại bỏ tạp chất trước khi được đóng gói bao bì

II Ứng dụng của ánh sáng đơn sắc LED trong lĩnh vực nông nghiệp:

1 Ánh sáng đơn sắc LED

LED, viết tắt của

LightEmitting-Diode có nghĩa là “điốt phát

sáng”, là một nguồn sáng phát

sáng khi có dòng điện tác động

lên nó

Trang 8

2 Ứng dụng của ánh sáng đơn sắc LED trong lĩnh vực nông lâm

ngư nghiệp

2.1 Nâng cao năng suất cây trồng nhờ ánh đơn sắc LED:

Sau nhiều nghiên cứu về tác động của ánh sáng lên tốc độ tăng trưởng của thực vật, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các sắc tố quang hợp khác nhau sử dụng các bước sóng khác nhau và trong mỗi giai đoạn sinh trưởng khác nhau thì cây cần các bước sóng khác nhau Cụ thể:

Loại ánh

sáng Bước sóng Tác dụng

Ánh sáng

tia cực

tím

10nm

400nm

Hình thành màu sắc thực vật,mùi vị và hương liệu thúc đẩy sự tích tụ hợp chất phenolic, tăng cường hoạt động chống oxy hóa của chất chiết xuất từ thực vật

Ánh sáng

xanh

dương

430

450nm Kích thích tăng trưởng thực vật thông qua hình thành rễ mạnh mẽ và quang hợp với cường độ cao

Ánh sáng

đỏ 640nm –680nm Điều chỉnh thời điểm ra hoa, thiết lập nhịp sinh học, sự nảy mầm của hạt giống, kéo dài thân cây, kích thướchình

Trang 9

Hình 5: Trang trại rau diếp Tagajo ở Nhật Bản sử dụng hệ thống chiếu sáng LED

Hình 6 Vườn thanh long sử dụng hệ thống chiếu sáng LED

III Ứng dụng của công nghệ LASER trong lĩnh vực nông lâm ngư nghiệp

1 LASER

Laser (đọc là lade) là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng Anh, và có nghĩa là

Trang 10

"khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích" Chùm tia LASER có những tính chất sau:

Độ đơn sắc cao :Laser là chùm ánh sáng mà các tia sáng của nó có mức chênh lệch bước sóng nhỏ nhất, so với các chùm sáng đơn sắc khác Sự chênh lệch bước sóng này còn gọi là phổ ánh sáng của chùm ánh sáng Và dĩ nhiên là phổ càng hẹp thì độ đơn sắc của chùm sáng càng cao Trước khi có laser các nhà vật lý đã tạo được các chùm ánh sáng đơn sắc có chênh lệch bước sóng từ 1Ao đến 10nm, nhưng để sử dụng trong nghiên cứu khoa học Trong khi đó mức chênh lệch bước sóng của chùm ánh sáng laser có thể tới 0,1 Ao

Tính chất này rất quan trọng vì hiệu quả tác dụng của laser khi tương tác với vật chất, với các tổ chức sinh học phụ thuộc vào độ đơn sắc này

Độ định hướng cao :Khác với các nguồn sáng khác, các tia sáng Laser được chọn lọc chỉ phát ra những tia vuông góc với gương, nên hầu như song song với nhau (hay nói theo ngôn ngữ vật lý là góc mở giữa các tia là rất nhỏ) Nhờ vậy, laser có độ định hướng lý tưởng, có thể chiếu

đi rất xa, đến mức người ta có thể dùng laser để đo những khoảng cách trong vũ trụ

Mật độ phổ (độ chói) rất cao:Độ chói của nguồn sáng được tính bằng cách chia công suất của chùm sáng cho độ rộng của phổ Vì độ rộng của phổ Laser rất nhỏ nên laser có độ tập trung các tia sáng rất cao, hay nó cách khác là độ chói rất cao so với các nguồi sáng khác

Trang 11

Ví dụ: laser có công suất thấp là laser HeNe cũng có độ chói gấp hàng vạn lần độ chói của ánh sáng mặt trời Những laser có công suất lớn có độ chói cao gấp hàng triệu lần mặt trời

Công suất của laser :Tùy loại laser mà có nguồi sáng công suất khác nhau Có những loại laser công suất mạnh tương đương công suất 1 vạn nhà máy điện 1 triệu KW Nhựng nguồn laser công suất mạnh có thể sử dụng trong công nghiệp nặng như khoan cắt vật liệu, hay chế tạo các loại vũ khí, khí tài quân sự

Các loại laser sử dụng trong y học là những laser có công suất thấp như laser He – Ne công suất chỉ khoảng từ 2MW đến 10MW

2 Ứng dụng tia LASER

2.1 Ứng dụng tia LASER đối với cây trồng

Ở viện nghiên cứu Krasnodar phía Nam nước Nga, năm 1976 đã xử lí tia laser lên hạt lúa mì gây đột biến Ljubov có hàm lượng protein tăng và năng suất tăng 15% so với giống gốc

Hình 7 Lúa mỳ

Nhà nghiên cứu của Viện Bảo vệ thực vật Anton Didenko cho biết: "Đất trong khu vực Krasnodar đang bị cằn cỗi dần Đây là hậu quả của việc trồng lúa mì bằng công nghệ chuyên sâu sử dụng các hóa chất độc hại với số lượng lớn Áp dụng công nghệ laser cho phép hoàn toàn từ bỏ chất hóa học" Trước đây, sau khi phun hóa chất độc hại, người ta nhận thấy trong khu vực có nhiều chim chết Việc sử dụng tia laser hoàn toàn vô hại đối với cả chim và người Tia laser không chỉ có thể sử dụng

Trang 12

với các loại cây lương thực, mà còn có thể áp dụng với rau màu Hơn nữa, hiệu quả sẽ cao hơn khi xử lý hạt giống và mầm

Để làm điều này, thiết bị được gắn trên máy kéo chạy xung quanh chu

vi cánh đồng Hiệu quả chum tia laser lan rộng trong bán kính 400 mét Laser kích thích hệ miễn dịch của thực vật, tăng cường độ vững chắc của bộ rễ và làm cho cây ít nhạy cảm với bệnh tật Thông qua phép lạ thiết bị laser, cần ít người, công nghệ và tiền bạc hơn để để bảo vệ cây trồng Trong vòng một giờ, chùm tia laser có thể tác động tới một khu vực có diện tích tới 100 ha một tốc độ khiến các nhà nông học hài lòng Kết quả cho thấy, nhờ tác động của tia laser, những bông lúa mỳ đầu tiên xuất hiện sớm hơn 10 ngày so với phương pháp canh tác

truyền thống Hệ thống rễ khỏe hơn và cây phát triển nhanh hơn

Anton Didenko, một nhà nghiên cứu của Viện Bảo vệ Thực vật Nga, khẳng định rằng công nghệ laser sẽ giúp nông dân loại bỏ hoàn toàn hóa chất trong quá trình canh tác Ông cùng các đồng nghiệp đang chờ lúa mỳ chín để thu hoạch Họ hy vọng năng suất lúa mỳ sẽ tăng vọt

2.2 Ứng dụng công nghệ LASER san phẳng mặt ruộng

Thời gian gần đây, tại Long An, công nghệ laser san phẳng mặt ruộng đã được ứng dụng đại trà trong sản xuất nông nghiệp Kỹ thuật hiện đại này giúp giảm các chi phí sản xuất khoảng 2,5 triệu đồng/ha, đồng thời tăng năng suất thu hoạch lúa từ 1.0001.500 kg/ha

Hệ thống san phẳng điều khiển bằng laser gồm có: Máy kéo; bộ phát laser được gắn trên trụ cố định, phát chùm tia laser tỏa ra xung quanh, đưa tín hiệu đến máy kéo; bộ nhận laser nhận tín hiệu và xác định độ cao so với mặt chuẩn từ bộ phát và truyền thông tin đến hộp điều

khiển Bộ nhận được lắp vào một trụ trên gàu san sau máy kéo Ngoài

ra còn một bộ nhận lắp trên dụng cụ đo cao độ dùng khi khảo sát mặt ruộng; hộp điều khiển xử lý tín hiệu từ bộ nhận, cho biết vị trí của gàu san so với độ cao muốn có Khi cài ở chế độ tự động, hộp điều khiển hệ thống thủy lực để nâng hạ gàu san Hộp được lắp cạnh người lái máy để điều khiển bằng tay khi cần thiết; hệ điều khiển thủy lực nâng hạ gàu san nhờ tín hiệu từ hộp điều khiển; gàu san có thể treo hoặc móc sau máy kéo

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	5,74 MB