近30年植物生理學、地球物理學的最大發現：大氣電場的生物效應 我們知道溫度、陽光、水分、肥料是植物生長的四大要素，然而就在1989-1994年間國家自然科學基金資助的兩項基礎研究項目：“靜電場促生水培設備的多因子調控設計理論的研究及應用”(項目號批準號：59267006 )；“低溫低光強低CO2濃度下植物快速生長的電場條件的研究”(項目批準號：39060027 )的研究揭示了大自然隱藏的另一秘密：自然界中的植物生長以及病害的發生頻度原來還要受到大氣電場的控制。

1.大氣電場形成的基本過程

科學探測表明我們居住的地球環境中，地球帶負電荷、電離層帶正電荷，這樣我們生活的空間就有了大氣電場。通常，晴天的時候，大氣電場為正向空間電場，即場強方向指向地球。這個空間電場對生長于其間的植物具有顯著地生理作用。

2.地球大氣體系的靜電參數

根據大氣電現象的研究表明，從靜電角度來看，地球和大氣近似形成一個漏電的球狀電容器，如圖1、2所示，其中地球表面帶負電，大氣帶正電，距地表50公里高度以上的大氣由于電離程度很高，可認為是一個理想導體。由大氣電測量表明：接近地球表面的電場是垂直指向地球表面，在晴天情況下，其數值約為　E₀(r₀)=100伏/米，而地球表面上的電荷密度-8.85×10^-10庫侖/米²，地球表面上攜帶總負電荷量為4.51×10⁵（庫侖），大氣的電流密度約為-3×10^-12（安/米）²。

已知地球表面與電離層的電壓及大氣中的電流，便可求出大氣中消耗的電功率P=5.2（億瓦）。提供5.2億瓦電功率的電源是大氣中的雷電！因此常說，大氣是一部分忙碌工作著的電機。

3.植物生物電流形成的電動力學模型

大氣中的電荷在大氣電場作用下移動，產生1350安培的穩定電流，從而把正電荷輸送到大地上，則地球上的負電荷將迅速被中和，為什么地面上的總電量 庫侖能保持恒定呢？回答是：地面上空頻繁的雷電把負電荷帶到地球上，維持地面的總負電量不變。雷雨云的上部一般帶正電，下部帶負電，云地間放電時，給地球帶來負電，據估計在全球范圍內，平均每妙約100次雷電，保持地面負電荷的穩定性。值得指出的是大氣電場強度的迅速變化可引起植物的生理生化變化，進而促進作物的生長。

4.植物光合作用的大氣電場調控原理

在空間電場強度不太強及植物生活體系總電導率不變的條件下，感應的Ca2+輸運電流?的變化僅取決于空間電場強度的變化。在?t的任何時間段內，實現定極性多量輸運Ca2+的電動力學模型為：

=–{ｒ/(t2_t1)}∫t1E′(t)dt

式中表示：當電場強度變化率E?(t)>0時，植株形態學上部的Ca2+陽離子下移，栽培基質中和根區的HCO3—陰離子上移。當電場強度變化率E?(t)<0時，植株形態學上部的HCO3—等陰離子下移，栽培基質中和根區的Ca2+陽離子上移。

1.當E’ (t)>0時， HCO3- 由葉背面、土壤中被驅動進入葉的上表層和植物體內、而當E’ (t)<0時， HCO3-則由根進入土壤中。
2.空間電場與二氧化碳同補可出現產量倍增效應。

模擬大氣電場變化的空間電場與二氧化碳氣肥聯合調控植物生長的系統

當空間電場強度足夠強時，HCO3—陰離子響應電流的變化除受圖式中參數的變化影響外，更取決于空間電場的極性，即空間電場強度的方向。

植物吸收空氣中CO2的一般過程先是CO2通過擴散和質流進入葉片背面氣孔的，然后再水解為HCO3—陰離子。當電場強度變化率E’(t)>0時或高強度空間電場場強方向指向地面時，葉片氣孔中的HCO3—陰離子受驅動迅速穿越胞壁進入葉肉細胞，依據擴散和質流的原理，空氣中的CO2就會迅速涌入，這一過程將會表現出密閉空間空氣中的CO2濃度迅速降低，同時，根區土壤中的HCO3—陰離子同根系排出的大量陽離子相交換而進入植物體內。當電場強度變化率E’(t)<0時或高強度空間電場場強方向指向天空時，植物體內大量的HCO3—陰離子受驅動迅速向根區及根區土壤中輸運，土壤中大量的陽離子也同其交換而進入植物體內，同時，植物體內也有少量的HCO3—陰離子受驅動而由葉片背面氣孔中排出，以上過程將表現為密閉空間空氣中的CO2濃度略有增加而植物體內HCO3—陰離子量的減少幅度卻很大。

圖式中，v、r、γ、γ1分別為布設在植物上方的電極線與地之間的電位差以及其間的氣柱電阻、總電導率和植物生活體系總電導率。表明植株體內離子響應電流的大小由空間氣體的電學參數及栽培基質、植株體本身的電學參數的變化決定，也就是環境中任一因子的變化都會影響植株體內離子肥料的濃度和分布。因此，特殊變化的空間電場及作用于該空間電場中的環境因子的變化均可改變植株吸收離子養料和同化物的運輸狀態。

只要空間電場變化，植株的各種生理活動狀態均將發生改變。設置特定變化的空間電場即能對植物的吸收、同化物的運輸及多種生理活動進行調控。

5.大氣電場與植物的生長方向

地球表面生長的植物受大氣電場和重力的聯合作用，并在水分蒸發逃逸的方向上呈現垂直生長的特點。脫離了大氣電場的作用或脫離了重力作用，植物生長會嚴重地失去方向感。

這是生長在果子溝山坡上的塔松，，仍然直沖天空。

6.大氣電場與旱作農業高產栽培模式的發現

對于干旱地區，采用高垅溝種是豐產的重要技術措施，其電動力學模型則為深凹槽的靜電屏蔽原理：在凹槽的兩個內角處，空間電場或大氣電場強度接近零，此處的水分蒸發速度極慢，因此把植物種植在這個位置是非�？茖W的�？紤]到水分的熱蒸發和土壟靜電屏蔽保水能力的平衡，故建議在旱作農業地區把植物種植在溝底背陰處最為科學。如果種植在壟頂，只有那些具有發達根系的植物才能生長。

整個夏季無水灌溉的溝種植物：仍然活著

7.大氣電場引發的聚水和產生氧氣的電動力學原理

在大氣電場的作用下，植物的根系會產生微量的氧氣，其原因就是大氣電場引起的植物根系水分的微電解，電化學反應式如圖中所示。同時，空氣中的霧氣會聚向地面。

沒有設置空間電場發生系統的香菇房

模擬大氣電場變化的空間電場發生系統：溫室電除霧防病促生系統空氣聚水效果（香菇房）

未啟動空間電場發生系統時溫室的霧氣茫茫

空間電場發生系統啟動15分鐘后的現場：溫室電除霧防病促生系統空氣除霧聚水效果

8.理論應用

大氣電場調控植物生長的基礎理論研究揭示了空間電場的植物生長發育調控機理，這一成果極大地推動了空間電場調控植物生長技術的發展和應用。大氣電場或空間電場作為又一人類能夠操控植物生長發育的環境因子已經在生產中廣泛應用，并成為保障無毒蔬菜生產的物理植保系統的核心技術，其技術裝備也是建立環境安全型溫室的關鍵設備。

溫室上方橘黃色絕緣子吊掛的電極線與地面組成了線---板電容器，通電后就建立了空間電場

空氣質量極好，完全不用農藥

空間電場環境中生產的生菜

空間電場/二氧化碳同補環境中的番茄苗

模擬大氣電場建立空間電場調控植物生長與防病的3DFC-450型溫室電除霧防病促生系統