¿Los ultrasonidos son perjudiciales para el crecimiento de la sandía?
La aplicación y perspectivas de las ondas ultrasónicas en la agricultura
Las ondas ultrasónicas se refieren a ondas sonoras con una frecuencia superior al límite superior de la audición humana. El ultrasonido también está muy presente en la naturaleza, pero no es audible para el oído humano. Las ondas ultrasónicas pueden penetrar fácilmente el agua de mar, los estratos, el cuerpo humano y muchos sólidos y líquidos, y pueden penetrar casi cualquier material. Por lo tanto, en comparación con las ondas de luz y las ondas electromagnéticas, el ultrasonido tiene una capacidad única para recopilar información interna de los materiales. Es más, la energía ultrasónica con mayor frecuencia o intensidad de sonido se puede utilizar para cambiar ciertos estados de la materia o tener algunos efectos importantes en el desarrollo y crecimiento de los organismos. Este artículo informa brevemente sobre algunas aplicaciones nuevas del ultrasonido en la agricultura y sus perspectivas basadas en temas de investigación relacionados.
1 Aplicación de las ondas ultrasónicas en la agricultura
1.1 Principios básicos del tratamiento y procesamiento por ultrasonidos.
El equipo de procesamiento ultrasónico se compone principalmente de cuatro partes: generador ultrasónico, transductor, concentrador ultrasónico y circuito de adaptación entre el generador ultrasónico y el transductor. Como se muestra en la Figura 1, el generador ultrasónico genera cierta energía eléctrica de alta frecuencia y la proporciona al transductor ultrasónico. La energía eléctrica se convierte en energía mecánica a través del transductor ultrasónico, y luego la energía mecánica se amplifica a través del concentrador ultrasónico, de modo que la energía sonora actúa sobre el material a tratar. El principio básico del tratamiento y procesamiento ultrasónico utiliza principalmente el fenómeno de cavitación de la dinámica de fluidos. La cavitación ultrasónica se refiere a diversas manifestaciones dinámicas de burbujas activadas por ultrasonidos, que pueden ser una cavitación regular y suave en estado estacionario, o una cavitación transitoria muy fuerte y de corta duración. La burbuja de cavitación transitoria se contrae adiabáticamente hasta colapsar. La burbuja puede presentar altas temperaturas y presiones de miles de atmósferas, acompañadas de potentes ondas de choque o chorros. Debido a sus efectos mecánicos, la radiación ultrasónica puede mejorar el movimiento de partículas y acelerar la transferencia de masa en medios líquidos, al tiempo que afecta las capas límite, membranas, paredes celulares y vacuolas. La cavitación ultrasónica también puede dañar las células y desnaturalizar las enzimas. Algunas de las nuevas aplicaciones del ultrasonido en la agricultura que se mencionan a continuación se implementan básicamente siguiendo los principios básicos anteriores.
1.2 Determinación ultrasónica de plomo en suelo
El plomo es un elemento nocivo para el cuerpo humano. Es un elemento constante en el análisis de suelos. Cuando la suspensión se inyecta directamente en el suelo y se usa para medir el plomo mediante espectrometría de absorción atómica de llama, debido al gran volumen de muestreo de la muestra de suelo, la emulsión en suspensión tiene una alta viscosidad y no es fácil de dispersar uniformemente, lo que afecta las características del muestreo. . El tratamiento ultrasónico de la suspensión antes del muestreo puede garantizar un muestreo fluido y una estabilidad a largo plazo de la suspensión. El efecto de sensibilización del dodecilsulfato de sodio (sDS) puede mejorar la sensibilidad de la espectrometría de absorción atómica de llama para el muestreo directo de suspensiones. Este método es rápido, sencillo y preciso. Adecuado para la determinación de plomo en diversas muestras de suelo.
1.3 Efecto del tratamiento ultrasónico sobre la tasa de germinación de las semillas
El tratamiento ultrasónico puede afectar la tasa de germinación de las semillas y este efecto es específico de cada especie. Se descubrió que se podían obtener tasas de germinación de semillas más altas en condiciones suaves de tratamiento ultrasónico. Cuando el tiempo de tratamiento ultrasónico excede el valor máximo, la tasa de mortalidad de los embriones de semillas aumentará y la capacidad de germinación de las semillas disminuirá naturalmente. Por lo tanto, cuando se analiza el efecto del tratamiento ultrasónico en la germinación de las semillas, las diferentes condiciones de tratamiento, como la intensidad y la duración del tratamiento ultrasónico, tendrán distintos grados de impacto en la germinación de las semillas, lo que conducirá a resultados diferentes.
1.4 Efecto del tratamiento ultrasónico sobre el crecimiento de las plantas
Al igual que otras presiones ambientales, el ultrasonido también es un tipo de presión. Tiene una influencia importante en el crecimiento y desarrollo de las plantas. El tratamiento ultrasónico puede afectar la supervivencia y el crecimiento de plantas o de ciertos órganos. Los estudios sobre los efectos sobre el crecimiento de los órganos deberían centrarse en las raíces, y un tratamiento ultrasónico suave puede promover el enraizamiento. Después del tratamiento ultrasónico de las células vegetales, existe un fenómeno constante, es decir, el tratamiento suave a corto plazo y en dosis bajas puede acelerar e inducir significativamente la división de las células vegetales, estimular el crecimiento celular y acelerar la síntesis de proteínas de los protoplastos; Si el tiempo se prolonga, se debe aumentar la dosis del tratamiento, provocará efectos negativos e irreversibles. El uso de un tratamiento ultrasónico de conservantes puede aumentar significativamente el peso fresco de los crisantemos, claveles y otras plantas cortados, retrasar el número de días en que el peso fresco comienza a disminuir, aumentar el tallo floral máximo y extender la vida útil del florero. Se puede observar que el tratamiento ultrasónico con cierta frecuencia e intensidad puede fortalecer ciertos indicadores fisiológicos y bioquímicos de las plantas y promover su crecimiento y desarrollo.
1.5 Efecto del tratamiento ultrasónico en la respiración de las plantas
El estudio de la respiración de las plantas siempre ha sido un punto caliente en la investigación de la fisiología vegetal, especialmente para los cultivos, cuya respiración está directamente relacionada con el rendimiento. Por tanto, su investigación tiene un importante significado teórico y práctico para el desarrollo de la agricultura. La investigación de AlbuE en 1975 encontró que después de que las verduras fueron tratadas con ultrasonido de baja frecuencia (25 kHz), la intensidad de la respiración de las plantas anuales (como tomates y pepinos) disminuyó, mientras que la intensidad de la respiración de las plantas bienales (como el repollo y la cebolla) aumentó. Se puede especular que el tratamiento ultrasónico de cultivos relacionados puede aumentar el rendimiento de los cultivos.
1.6 Arado ultrasónico
Los arados tradicionales requieren tracción de maquinaria pesada, que no solo compacta el suelo profundo, sino que también lo hace incapaz de retener agua y nutrientes y la capa superficial del suelo levantada; ser erosionado por el viento y la lluvia. Esta es una gran preocupación para muchos agricultores. Además, a medida que el arado repetido levanta las raíces de las plantas y las plantas en descomposición del suelo, emiten gas dióxido de carbono. ¿Nida, ingeniero jordano de maquinaria agrícola? Abuhad inventó el uso de ondas ultrasónicas para aflojar la tierra. Sus resultados experimentales demostraron que el suelo se puede aflojar hasta una profundidad de 20 centímetros. Esto cumple plenamente con la profundidad de escarificación del suelo para cultivos generales.
1.7 Tratamiento ultrasónico de las raíces de las plantas
El azúcar es uno de los componentes principales de las plantas, y los azúcares solubles se refieren principalmente a monosacáridos y oligosacáridos. Los fosfatos monosacáridos no abundan en las células vegetales, pero son intermediarios importantes durante la fotosíntesis y la respiración. Extremadamente importante en los procesos metabólicos. Después de la estimulación con ondas sonoras, el contenido de azúcar soluble en las raíces fue aproximadamente un 29,6% mayor que el del grupo de control. Las abundantes proteínas son la base material de las células para llevar a cabo una serie de actividades fisiológicas. Después de la estimulación con ondas sonoras, la proteína soluble en las raíces aumentó en un 35,3%. El alto nivel de contenido de proteína soluble garantiza la gran capacidad de las células para dividirse y crecer. Esto muestra que después de la estimulación con ondas sonoras, las células de la raíz de la planta se dividen vigorosamente y tienen una gran capacidad de crecimiento.
1.8 Insecticida ultrasónico para promover la eclosión de gusanos de seda
Utilice un generador ultrasónico de 250W-CFS (producido por Zhongyuan Electronic Instrument Factory) para combinar con un tanque de limpieza independiente. 19,5 ~ 20,5 kHz, las castañas con gusanos en la fruta se remojan en agua del grifo en el tanque de limpieza y se encienden durante 15 minutos. Después de eso, sécalo en agua y guárdalo durante dos semanas. Cuando se abre el fruto del castaño, las larvas de unos 10 mm de largo sobreviven y las larvas de menos de 6 mm mueren. Después de un tratamiento prolongado, la mortalidad de los insectos fue esencialmente la misma. Además, algunas personas han utilizado métodos y equipos similares para procesar los huevos de gusanos de seda (aproximadamente medio minuto). El resultado directo es que el tiempo de eclosión de los gusanos de seda de las hormigas es básicamente el mismo: los resultados del seguimiento muestran que la velocidad de tambaleamiento de los capullos hechos por adultos. cultivadas en las mismas condiciones aumenta; También ha habido intentos de utilizar ondas ultrasónicas para tratar plagas en frutas (como manzanas y peras), pero después de realizar algunos pequeños experimentos en las condiciones de ese momento, la mayoría fracasó.
2 Problemas que deben resolverse
La aplicación de ondas ultrasónicas en la agricultura es un campo de investigación relativamente temprano, pero aún no se ha popularizado y aún se encuentra en la etapa exploratoria. Para seguir desarrollando su valor de aplicación, se deben realizar esfuerzos desde los siguientes aspectos:
2.1 Investigación y mejora teórica
Los efectos biológicos del ultrasonido no solo están relacionados con la dosis total del tejido biológico irradiado, sino también para que la dosis de radiación se distribuya en el espacio y el tiempo. Estas relaciones son diferentes para diferentes tejidos biológicos. Debido a muchos factores que influyen, la repetibilidad de algunos resultados experimentales obtenidos hasta ahora no es satisfactoria y aún queda por explorar la regularidad, por lo que todavía queda mucho trabajo por hacer en esta área.
2.2 Problema de amplificación
Actualmente, aunque los efectos biológicos producidos por los ultrasonidos se han utilizado en un pequeño número de tratamientos, la mayoría de ellos pertenecen a estudios de laboratorio y faltan tratamientos intermedios. datos para la amplificación. Reflejan una descripción cuantitativa del proceso. Actualmente no existe una escala estandarizada y cuantitativa, por lo que se necesita una gran cantidad y suficiente trabajo de investigación sobre los efectos y mecanismos biológicos de la estimulación por ultrasonidos, la cinética de reacción y el diseño de amplificación del reactor.
2.3 Cuestiones de sinergia
Aunque los ultrasonidos tienen grandes ventajas en la producción agrícola, su impacto en los organismos es multifacético, dependiendo de su frecuencia, intensidad y tiempo de acción. El ultrasonido de alta intensidad daña las células e inactiva las enzimas. El ultrasonido de baja intensidad puede promover el crecimiento celular y aumentar la actividad enzimática, lo que hace que la aplicación del ultrasonido en la agricultura sea dual. Por lo tanto, para que el tratamiento ultrasónico de organismos sea más razonable desde el punto de vista teórico, el tratamiento ultrasónico debería combinarse con otras tecnologías de tratamiento, de modo que sea técnicamente viable y más económicamente razonable.
3 Las perspectivas de aplicación de las ondas ultrasónicas en la agricultura
3.1 La aparición de nuevos convertidores de frecuencia de alta eficiencia
El material magnetoestrictivo es un material transductor ultrasónico tradicional. Debido a su rendimiento estable, alta capacidad de potencia y buena resistencia mecánica, todavía se utiliza en algunos campos especiales. Sin embargo, también tiene desventajas como una baja eficiencia de conversión de energía, un circuito de excitación complejo y un procesamiento de materiales difícil. Con la promoción y aplicación a gran escala de materiales cerámicos piezoeléctricos. Con el tiempo, los materiales magnetoestrictivos muestran signos de ser reemplazados por materiales piezoeléctricos. Sin embargo, con la aparición de algunos materiales magnéticos nuevos, como la ferrita, los materiales magnetoestrictivos gigantes de tierras raras y los materiales de transductores de ferrofluidos, los transductores magnetoestrictivos han atraído la atención de la gente. Es previsible que con la mejora de la tecnología de procesamiento de materiales y la reducción de costes, algunos nuevos materiales magnetoestrictivos se utilicen ampliamente en los campos de la hidroacústica y el ultrasonido. En la actualidad, la frecuencia de trabajo de los transductores ultrasónicos se ha desarrollado desde frecuencias bajas comúnmente utilizadas (20 kHz) hasta frecuencias más altas (cientos de kilohercios o incluso varios megahercios), y la frecuencia de trabajo de los transductores también se ha desarrollado desde una única frecuencia de trabajo hasta múltiples frecuencias de trabajo. . Además, el desarrollo exitoso de nuevos materiales magnetoestrictivos gigantes de tierras raras también ha sentado una base sólida para el desarrollo de nuevos transductores magnetoestrictivos. El desarrollo exitoso de estos nuevos transductores de alta eficiencia ciertamente ampliará el alcance de aplicación de la tecnología de ultrasonido.
3.2 La aplicación de la tecnología ultrasónica en la agricultura tendrá nuevos desarrollos y mejoras.
Los efectos biológicos de los ultrasonidos no sólo están relacionados con la dosis total del tejido biológico irradiado, sino también con la distribución de la dosis irradiada en el espacio y el tiempo. Estas relaciones son diferentes para diferentes tejidos biológicos. Al mismo tiempo, el ultrasonido también se puede combinar con tecnología de mejoramiento por radiación infrarroja lejana y tratamiento de semillas de cultivos para la mutagénesis, a partir de la cual se pueden seleccionar excelentes individuos mutantes y se pueden cultivar nuevas variedades mediante una serie de procedimientos de mejoramiento. Este tipo de experimento se ha llevado a cabo en el extranjero y el efecto no es malo. Las perspectivas de aplicación y el potencial de los ultrasonidos en el cultivo y la producción de materiales medicinales siguen siendo muy grandes y tiene una gran importancia práctica para promover el desarrollo de medicamentos nacionales. Producción de materiales: onda artificial ultrasónica en agricultura, silvicultura y ganadería. También contribuye en cierta medida al aumento de las precipitaciones. Actualmente, no se ha citado la aplicación de la agricultura ultrasónica en China.
Atraer suficiente atención de las partes relevantes. Sin embargo, muchas prácticas experimentales han demostrado que la posibilidad y diversidad de aplicaciones ultrasónicas en la agricultura son grandes, y han demostrado su poder y amplias perspectivas. Basado en los resultados de las pruebas espaciales existentes en el país y en el extranjero. El autor predice. Si se toman semillas tratadas con ultrasonidos en el suelo para germinar y crecer en el espacio, es probable que se produzcan resultados más mágicos. Podemos creer plenamente que no pasará mucho tiempo antes de que la nueva tecnología ultrasónica desempeñe un papel único al servicio de la modernización agrícola socialista de China y la mejora de la productividad agrícola.