基于音波技术的玉米催熟和驱虫研究

艾 祎，常英杰，张忠帅，雷静雅

（武汉商学院，湖北 武汉 430000）

玉米是我国主要的粮食作物之一，玉米产量稳定是保障我国粮食安全的关键。玉米生产效率高的特点毋庸置疑，但随着生活水平的提高，有时还是会出现玉米供不应求的现象，市面上玉米品质参差不齐，甚至很多玉米存在农药残留超标、害虫啃食籽粒的现象。因此，研究玉米催熟和驱虫技术十分必要。

1 传统玉米催熟方法及其弊端

1.1 国内常用的传统玉米催熟技术

1）去除病株和无效株。每次检查玉米长势时将病株和无效株拔除，避免病毒转移，为害健康植株，也可以避免无效株与健康植株争夺养分和水分，造成资源浪费。

2）放秋垄喷微肥。在8 月底左右放秋垄，喷洒微肥如磷酸二氢钾等，清除底部的叶片，使植株吸收养分，促进玉米早熟。

3）剥皮晒棒。在玉米灌浆末期，当玉米粒长到合适大小时，将玉米棒的外层苞衣拨开，可以使其得到充足的光照，透气性更好，籽粒不会因缺氧而腐烂，缩短玉米生长周期。

1.2 化学催熟技术

1）乙烯催熟是广为人知的一种方法，在果实成熟期自身也会释放乙烯。乙烯可以促进RNA 和蛋白质的合成，加速玉米呼吸作用。当农作物中乙烯含量增加时，果实中的有效成分将催化果实生长。乙烯也可以增强酶的活性，酶也具有催化作用，其催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍，催化也是在较温和的条件下发生，不会出现因植物体pH 值过高或过低而导致化学药剂失活的现象。植物体内的酶最适pH 值为4.5～6.5，最适喷雾为300～500 mg/kg。乙烯催化玉米提前进入成熟期，大大提高了生产效率。乙烯与音波的融合，人为控制乙烯的释放，并不会对人体产生危害［1］。

2）施用玉米催化剂能有效催化玉米成熟，常用的玉米生长调节剂种类丰富。施用玉米健壮素450 mL/hm2兑水300 kg/hm2，均匀喷施在玉米的上部顶心，可提高玉米的抗倒伏能力和产量，适用于干旱地区种植玉米。使用质量浓度为6～10 mg/L胺鲜酯药液浸泡种子12～24 h，捞出种子晒干后播种，以提高玉米的质量和产量，促进玉米早熟。在玉米抽雄前，均匀喷洒0.01 mg/kg 芸苔素内酯，减少玉米生长但不结果实的情况，加快玉米成熟的速度。不同地区、不同品种的玉米，对生长条件的需求不同，要根据实际情况和需求，使用适合的生长调节剂［2］。

1.3 传统催熟技术的弊端

清除无效株难免会损伤到健康植株，会造成玉米减产，此过程也会消耗大量人力、物力，无法实现资源利用最大化；喷洒肥料，可能会造成环境污染和农药残留，清洗不到位后直接食用，将危害人体健康；玉米剥皮后将玉米粒露在自然环境中，很可能会吸引鸟类啄食而导致玉米粒损伤，降低农民种植收益。

2 音波催熟技术

2.1 音波技术

音波技术是按照生产需求设计出有规律频率的机械波，发射信号与目标对象产生共振。例如，利用超声波将眼镜缝隙中难以看到的灰尘清洗干净，并且不会磨损眼镜镜片；雷达也是如此，发射无线电波（电磁波）来检测目标位置和情况［3］；听音乐助眠也是运用了音波骨传导刺激脑部神经，使人放松的原理。

2.2 音波技术的优势

音波技术引入农业种植，使农作物的产量稳定，成熟后的农作物品质更好，更有可能实现有机食品的全面覆盖，农户不会因为环境等因素而担心农作物的收成，也大大地减少了化学药剂对环境的污染。音波技术的运用可以减少生产投入成本，只需要每天进行监测，便能实现农户增产增收、带动农村的经济发展的目的。因此，亟须将更多的资源投入到科技研发，为农业增收提供更多技术支撑。

2.3 音波催熟技术

近年来，有新闻报道，农户为提高产量，施用违禁化学药剂和过量催熟剂，对人体和环境产生极其严重的危害。因此，引入物理因素如声、电、磁，可以提高农业生产的安全性。有科学家证明，给奶牛听音乐可以让其进入放松的状态，并且刺激大脑释放激素，显著提高了产奶量，这种方法也同样适用于植物。根据植物内部经络运动理论，植物在温度适宜和养分充足的条件下生长是因为植物可以发出和接收音波，音波就是一种以频率为表现形式的机械波，获取适宜的环境因素和营养成分发出的音波来分析设计音波的频率，从而产生共振，进而使玉米内部细胞运动加快，加速玉米对营养的吸收和玉米的生长发育，提高玉米生产效率，并保持其品质稳定，不用担心农作物表面有化学药剂残留，保证食品安全。

2.3.1 作用机理

糖类和蛋白质是植物生长不可或缺的营养物质，通过音波有规律的频率辐射可以提高植物体内糖类和蛋白质含量。运用音波催熟技术，可以提高农作物本身细胞的流动性和细胞壁的通透性。钠离子、钾离子、钙离子都是植物生长需要的金属离子，其跨膜运输方式都是主动运输，不仅需要载体蛋白的协助，还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。而音波辐射也是一种能量，能为主动运输提供能量，协助金属离子的运输，从而促进释放农作物自身产生的催熟剂如乙烯，达到加快果实成熟、提高产量的目的。

2.3.2 音波定位玉米成熟度分析

玉米气味随着玉米成熟度的变化而变化，成熟度越高，脂香味越大。音波定位是根据音波的传播速度和传播距离来决定的，但有时玉米播种不规则，通过高阶信道盲辨识算法求传播距离，会受玉米种植密度、昼夜温差等因素的影响。因此，可采用等温定位法和变步长精细法对玉米成熟度进行定位分析。定位到的玉米通过高通量表型测量系统，将玉米的特征通过图像在计算机上呈现出来，成熟度的提高会使反映出的数据即水平距离、最远两点距离、垂直距离、表面积、周长、圆度这6 个表型特征值增大。运用音波定位法分析玉米成熟度十分便捷，还可以将其运用于判断玉米是否被污染，成本较低，不会对玉米有任何损伤，也不用进行预处理试验［4］。

3 玉米催熟技术调整

3.1 玉米生理特性

玉米根系具有吸收水分和养分、固氮、参与新陈代谢、合成氨基酸和一些活性物质的作用，最适玉米根生长的温度是20～40 ℃，地表温度为20～24 ℃，土壤水分保持在60%～70%。玉米对土壤中养分吸收遵循钾＞氮＞钙＞镁＞磷的顺序。观察玉米茎从下到上是否逐渐变细，节的长度从中间到两边是否逐渐变短可以判断玉米品种的优劣，优质玉米近地表的1～2 个节间粗短、弯曲。玉米适合在温度较高的环境生长，温度越高则茎秆生长越快，茎秆生长的最适温度在24～28 ℃。叶的作用是储存营养成分和保护茎秆，要控制好温度和水分，减少叶片水分的蒸发，避免叶片干枯变黄。玉米种子的胚由胚芽、胚轴、胚根、子叶组成，胚乳为玉米种子发芽生长提供营养物质，提取出来的淀粉就储存在胚乳里面［5］。

3.2 催熟技术的影响因素

植物细胞呼吸作用和光合作用是促进植物生长的2 个重要过程。相同体积的空气，压力越大，温度就越低，即空气密度越大温度越高，运用音波技术，可以实现控制温度。

1）细胞呼吸作用。玉米在最适温度条件下，细胞呼吸作用强度最大，温度过高或过低都会导致细胞呼吸速率下降。呼吸速率提高，可以促使细胞氧化释放出更多的能量，加快玉米成熟。玉米成熟后也可以运用音波技术降低环境温度，有利于更好地储存玉米，达到保鲜的目的，提高生产效益，促进玉米产业长效发展。

2）光合作用。有效的光合作用能起到催熟的作用［6］。玉米叶片将光能转化为化学能，然后形成有机化合物，供给玉米生长所需的营养。当温度高于最适温度，会导致酶钝化或者变性，也会导致叶绿体损伤，降低了光合速率；温度过高也会导致叶片失水过多而枯萎死亡，能有效接收到光源的叶片越来越少，进而导致光合效率低下，不利于玉米的生长。

4 玉米驱虫技术

4.1 国内常见的玉米驱虫技术

如今普遍使用的是药物驱虫，侵染玉米的害虫有棉铃虫、玉米螟、黏虫等。可在抽雄前在开口处施用辛硫磷颗粒剂。敌百虫是常见的有机磷酸脂类药物，在玉米的穗期，可将适量敌百虫和水混合搅匀喷洒在叶片和茎秆表面。

选取抗病性能优良的玉米种子，在播种前，玉米种子要进行药水浸泡杀菌的工艺过程，让其在生长前就具备抗病、抗虫的能力。土壤肥沃对玉米的生长有非常大的促进作用，需要不定时对土壤增施钾肥，防止土壤滋生细菌，降低玉米被污染的可能性。

4.2 药物驱虫的弊端

虽然人们对绿色农产品的需求量越来越大，但许多企业无法承担有机农药产生的高成本，而是使用一些低成本的低质量农药［7］。驱虫药物的不当使用很可能会污染土壤、水源，并且随着害虫种类的增多、繁殖数量的增加［8］，单一的驱虫药剂很可能无法起到良好的驱虫效果，加量使用也会严重污染玉米，对人体健康产生威胁。若针对每种害虫设计不同的驱虫剂会造成资源浪费，增加了生产成本。

4.3 音波驱虫技术

音波驱虫技术是设计所需要频率的音波，用发射器传播到农田，旨在损伤害虫的听力系统和本身自带的生物电磁场，通过音波干扰，破坏害虫的正常生理活动。通过了解玉米螟、黏虫、叶螨等害虫的天敌，例如寄生蜂、七星瓢虫、鸟类等，通过模仿天敌运动发出的声音的频率，使害虫远离农田；或者研究害虫可接受的音波频率的范围，1～480 Hz的音波振动可以将农作物表面的30%～40%的害虫驱赶离开；更刺激的音波，例如高于20 000 Hz 可以让害虫难以忍受，刺激其神经导致生理功能丧失，无法繁殖、进食和休眠，从而造成其死亡。高于20 000 Hz 超出了人耳能听到的范围，用此频段进行驱虫，不会对人类的正常生活产生任何影响。

音波驱虫技术能更方便、快捷地根据环境和害虫种类的不同，改变音波的频率，可以结合人工智能和计算机编程自动计算出适宜的音波频率数据。音波驱虫的使用期限也较长，在田地里放置太阳能板来充电，可节约电能。一旦玉米被有毒的害虫啃食，就会在玉米上残留有毒物质，消费者若没有清洗彻底便食用，可能危害身体健康［9］。音波驱虫技术的应用既可以让农民少使用甚至不使用化学药剂，提高玉米的品质，也可以让消费者更放心地购买玉米产品。药物驱虫只针对施用过药的特定部位，而音波驱虫技术可以全方位、大面积覆盖。音波驱虫技术为农业发展注入新的活力，发展前景广阔。

5 结束语

与化学催熟技术相比，音波催熟技术具有更广阔的发展前景，其可以更好地利用资源获得更多的产量。化学药剂需要根据不同的品种进行多次试验，易造成资源浪费；而音波催熟仅通过方便、快捷的网络测算设计频率就可以达到较好的驱虫效果，只需电力支持便可开展工作，目前我国电力技术发展迅速，水力和风力发电技术发展完备，不用担心声波驱虫技术在使用过程中因断电而中断。同时，音波不会带来危害和污染。音波驱虫技术的推广，大大扩宽了音波的应用范围，发挥音波多重效用，减少资源浪费。催熟和驱虫技术相结合使玉米生长环境变得更加优越，从而实现玉米高质、高产。