物理學科與農(nóng)業(yè)學科結(jié)合的探索
在知識經(jīng)濟、信息化時代，實施科教興農(nóng)不僅要善于創(chuàng)造新知識，吸取人類的一切文明成果，而且要善于把新知識、新成果轉(zhuǎn)化成新產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力，才能發(fā)揮知識和科技的價值??[1]?。農(nóng)業(yè)院校在科研中，考慮不同學科的交叉融合，把基礎(chǔ)學科與優(yōu)勢學科整合，通過學科邊緣交叉是技術(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)量等方面的應用，就物理學科知識與農(nóng)業(yè)學科結(jié)合在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用和優(yōu)勢展開論述。探索通過物理學科與農(nóng)業(yè)學科的有益結(jié)合，思考對培養(yǎng)新世紀合格農(nóng)業(yè)人才、推動農(nóng)業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)模式等問題。?
一、學科交叉，優(yōu)勢互補
在科技迅速發(fā)展的今天，時代的發(fā)展和科技的進步推進了科學技術(shù)向縱深方向發(fā)展，學科之間相互交叉滲透是當代科學發(fā)展的一個主要趨勢。?
現(xiàn)代科技發(fā)展的學科高達分化基礎(chǔ)上的高達綜合的特點說明，科技的發(fā)展需要不同學科和技術(shù)的橫向聯(lián)合就能形成整體優(yōu)勢，邊緣交叉容易出現(xiàn)新的生長點?? [2]?。尤其是物理學這一基礎(chǔ)學科，與其他學科的結(jié)合更是越來越突出，如計算物理學、數(shù)學物理、物理化學、生物物理學等，這些交叉學科的出現(xiàn)，無疑促進了物理學及其他學科的發(fā)展和延伸。其中物理學與農(nóng)業(yè)科學的交叉滲透，使“物理農(nóng)業(yè)”脫穎而出，并且有效推動了生態(tài)農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)的健康、穩(wěn)步發(fā)展。?
二、物理學科與農(nóng)科知識結(jié)合的必然與優(yōu)勢
1、物理學科與農(nóng)科生物科學相結(jié)合的必然?
(1)自然科學領(lǐng)域內(nèi)必然存在同一的、共同的聯(lián)系。20世紀以來，以數(shù)學為工具、物理學為理論基礎(chǔ)的學科發(fā)展，已逐步把除生物學以外的其他學科同一起來??[3]?。而物理學研究的物理運動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)，因此物理學也要研究生命、時間和空間的性質(zhì)、聯(lián)系等，它與生物學科也存在同一的、共同的聯(lián)系，這一點也是被歷史證明了的。1943年，物理學家薛定諤寫下了《生命是什么》一書，從物理學的角度對生命現(xiàn)象進行了詳細的闡述�，F(xiàn)今生命科學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——定量生物學的應運而生，使生物學、化學、物理學、數(shù)學這些基礎(chǔ)學科聯(lián)系起來;同時在農(nóng)科教材中也不乏許多物理科學知識，如離心分離技術(shù)、宏觀、微觀方法——氣體分子熱運動理論、紅外測溫、衛(wèi)星遙感、生物與熵、正常細胞的電模型、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，涉及了物理學的力、熱、電、光、磁，原子物理、相對論、量子力學等許多方面�？梢�，物理科學與農(nóng)科知識間存在著密切的聯(lián)系。?
(2)物理科學的思想方法和實驗方法已日益滲透和應用于各個自然科學領(lǐng)域，包括農(nóng)科的生物科學。20世紀50年代以物理學的X射線衍射結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)的分子生物學的成就與發(fā)展技術(shù)被引進了生物學，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]?;物理學和生物學的交叉學科生物物理學在研究思路、應用的理論和方法方面就突出了物理學的特點。
從當代科學技術(shù)發(fā)展規(guī)律以及走在國際前沿開展科學研究的美國、英國的趨勢來看，21世紀生命科學與物理科學之間的融會貫通已經(jīng)勢不可擋。美國國家科學基金會與國家衛(wèi)生研究院聯(lián)手資助大學建立了多個跨學科的Bio-X中心，英國生物技術(shù)與生物科學基金會在2003年也建立了以10年為期的重大研究計劃——預測生物學。這個蓬勃發(fā)展的交叉學科正在成為大量學術(shù)會議、高質(zhì)量學術(shù)雜志以及基金資助機構(gòu)的主角�？梢姡锢韺W科與農(nóng)科生物科學間的交叉融合是必然的。?
2、把物理知識用于農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢?
早在20世紀70年代，日本等國就已開始研究現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程的單項技術(shù);我國自20世紀90年代進入物理農(nóng)業(yè)—物理技術(shù)應用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，應用物理學技術(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，以及物理因素對生物系統(tǒng)的作用機制，涉及物理學、材料學、動植物學及農(nóng)學領(lǐng)域的多學科交叉綜合的一門新生學科??[4]?。隨著國際貿(mào)易農(nóng)藥殘留標準越來越嚴格的動態(tài)趨勢，消費者對農(nóng)產(chǎn)品健康、安全的高要求，“物理農(nóng)業(yè)”的精英們在中國應用物理農(nóng)業(yè)技術(shù)方面進行了不懈的探索。?
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，有力地說明把物理科技應用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，能推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的變革，是一種獨特有效的生產(chǎn)方式。?
在我國，應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)技術(shù)有：磁化、電場處理種子技術(shù)、電子殺蟲技術(shù)、空間電場防病促生技術(shù)，等等，而且取得了顯著的成效。相對于化學農(nóng)業(yè)來說是一種高效、無環(huán)境污染且成本低廉，易實現(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，并且能達到提高品質(zhì)、抗病增產(chǎn)的目的.，保證農(nóng)產(chǎn)品達到質(zhì)量、綠色、無污染的標準，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益�？梢姡盐锢砜茖W知識參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，利用物理因素和物理技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)，有著誘人的前景與潛力。
三、在農(nóng)業(yè)科研中，進行物理技術(shù)與農(nóng)業(yè)栽培措施有機結(jié)合的探索
前人把物理技術(shù)應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。?
魔芋是經(jīng)濟價值較高的作物，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)的研究尚未見報道，因此，筆者于2008年至2010年間開展了“低溫、紫外線對魔芋種芋生長的影響”研究，通過對魔芋種芋進行不同強度的低溫冷藏和不同時長的紫外線輻射，研究不同處理對魔芋生長過程中軟腐病的控制及產(chǎn)量表現(xiàn)的影響，把物理學科與農(nóng)業(yè)學科知識結(jié)合應用于科研生產(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、紫外線這樣應用對魔芋的影響是正向的;試驗中不施用化學農(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與農(nóng)業(yè)科學結(jié)合的探索取得了一定成效，這種生產(chǎn)成本低、簡便易行的生產(chǎn)方式對改善和提高魔芋品質(zhì)、保護生態(tài)等方面具有現(xiàn)實意義。?
四、物理學科與農(nóng)業(yè)學科結(jié)合的展望與思考
1、加強物理學科與農(nóng)業(yè)學科的融合，有利于學生的就業(yè)(創(chuàng)業(yè))與升造?
農(nóng)業(yè)院校教學與科研中注意物理科學與農(nóng)業(yè)科學的融合，有利于教師的農(nóng)業(yè)科研拓展，更好地服務“三農(nóng)”的同時能加強學生交叉學科知識素養(yǎng)，能拓寬農(nóng)科學生的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。畢業(yè)生面對需要大量知識和技術(shù)的市場就業(yè)更具有絕對的優(yōu)勢;對于畢業(yè)且有志于繼續(xù)深造的學生，可選擇由交叉學科而產(chǎn)生的新興領(lǐng)域為方向，而現(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)等諸多問題有待應用科學理念和現(xiàn)代技術(shù)加以解決，農(nóng)業(yè)院校的學生由此領(lǐng)域為方向就是一個不錯的選擇，其中加強物理學科與農(nóng)業(yè)學科融合的培養(yǎng)對他們的知識積累無疑是一個很大的推動。?
中國理論生物物理學家歐陽鐘燦院士呼吁：“為培養(yǎng)具有全新知識結(jié)構(gòu)的研究人員，首先應革新大學生命科學相關(guān)的教學”,呼吁高校生物系反省傳統(tǒng)的教學內(nèi)容和方式，適當增加數(shù)學、物理學等其他學科的知識，與美國著名的倡議“培養(yǎng)21世紀的科學家：本科生的生物學教育”(Undergraduate biology education to prepare research scientists for the 21st century，簡稱Bio2010)相呼應??[3]?�，F(xiàn)在中國的一些高等院校已開設(shè)了生物物理學等交叉學科專業(yè)，希望“培養(yǎng)出來的跨學科學生能操同一種語言去建造生命科學的通天塔”。?
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)模式一一亮相的時候，物理知識應用于農(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)的倡導環(huán)境中備受關(guān)注。把物理中的力、熱、光、電、磁等知識與技術(shù)應用于農(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，也能兼顧到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的相容，同時為農(nóng)業(yè)、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展做出杰出的貢獻，在農(nóng)業(yè)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展中充分發(fā)揮物理科學知識的作用，充分展示交叉學科的魅力。
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