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

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.07 MB, 13 trang )

PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG VẬT LÍ TRONG LĨNH VỰC NƠNG 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

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.

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,

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

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

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

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 LightEmittingDiode có nghĩa là “điốt phát
sáng”, là một nguồn sáng phát
sáng khi có dòng điện tác động
lên nó.

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

Ánh sáng tia cực tím

10nm 400nm

Ánh sáng xanh dương

430 450nm

Ánh sáng đỏ

640nm – 680nm

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
"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.
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 my

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
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.

2.3. Máy laser đuổi chim Agrilaser
Tia laser được các nhà khoa học vật lý chế tạo ra để khuếch đại dạng
ánh sáng thành các chùm cường độ mạnh và tập trung. Chính từ tính
chất đặc biệt của ánh sáng, laser đã khiến nó trở thành một công cụ
thiết yếu trong hầu như mọi mặt đời sống hàng ngày, như viễn thông,
giải trí, sản xuất và y khoa. Gần đây, laser đã đã được các nông trang ở
nước Anh áp dụng trong nông nghiệp. Trên các cánh đồng của nước
Anh, chuyên cây trồng bị chim phá hoại diễn ra rất phổ biến. Người
nông dân gặp rất nhiều khó khăn để giải quyết vấn đề này bởi những
cách đồng có diện tích rất lớn. Một phát minh mới được tạo ra để giúp
người nông dân bảo vệ cánh đồng của mình khỏi bị chim phá hoại.
Laser được lập trình để chiếu các chùm tia laser một cách ngầu nhiên
trên khắp các cánh đồng. Các chùm tia laser này sẽ khiến lũ chim sợ
hải và bay đi. Phát minh này được đánh giá cao bởi nó giúp người nông
dân tiết kiệm nhiều sinh lực, không quá tốn kém cũng như không gây
ra tiếng ồn để đuổi chim

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

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về