Application background
应用背景
农业发展经历了原始农业、传统农业和现代化农业的发展阶段，在其漫长的 发展过程中，为人类文明提供了有力的支持。等离子体技术在农业上的应用，源 于航天试验，在航天试验中发现，利用卫星搭载的种子，从太空返回地面种植后， 表现出异常的生长活力，其主要原因是太空中较强的等离子体和宇宙射线对作物 种子的激活作用，开启了作物的一些潜在基因，从而表现出较强的抗逆性和生命 力，最终使产量提高，农产品品质改善。这种技术在农作物中表现出超强的能量 供给作用。
现代化农业大量使用化肥、农药、生长激素等化学产品，对农业增产起到了 重要作用。然而，由此带来的土壤板结、地力下降、面源污染、环境恶化和食品 安全问题等等负效应，已构成了全球性的生态危机，使农业的发展陷入了新的困 境。
为了摆脱困境，人类积极探索农业发展的新途径，不能再靠透支环境换取农 业产出，必须牢固树立尊重自然、顺应自然、保护自然的绿色发展新理念，依靠绿色创新技术建立资源节约型、环境友好型农业，促进形成资源利用高效、生态系统稳定、产地环境良好、产品质量安全的现代农业绿色发展新格局。如果说绿色农业是未来发展的必然趋势，那么代表现代农业的高端农业技术：低温等离子体技术，也必然是未来中国农业可持续发展的核心支撑。
Overview of Low Temperature Plasma
低温等离子体概述
广义上认为，等离子体是包含足够多数目近于相等的 正负带电粒子的物质聚集状态。
它是“固、液、气”之外的另一种物质存在形态，称为物质的第四态。
基本概念
概括说来，低温等离子涵盖了除电弧放电及热等离子体外的所有电子释放产 生的等离子体。例如，常见的火焰和打雷前的闪电即是热等离子体。所谓的低温 等离子体也称为冷等离子体，是相对于其体系中的高温电子而言，即在低温等离 子体系中，电子温度很高，可达 104 K 以上，而离子及气体温度只有 300~-500 K，接近常温，即电子温度(Te)>>离子温度(Ti) ≌气体温度(Tg)，从而形 成热力学上的非平衡性，所以整个体系在宏观上表现为常温。
虽然宏观表现为常温，但其中微观的高能电子及各种激发态粒子都具有很 高的化学活性，这一在常温下就具有极高化学活性的体系在其他技术中是很难 做到的。正是利用低温等离子体系中高能粒子和自由电子通过碰撞等方式产生 或活化大量具有反应活性的自由基OH·，O，H:O:，O·。这些自由基可撞击和
杀灭微生物，还可和微生物发生氧化，产生二氧化碳和水。
常规分类
低温等离子体主要由气体放电产生。气体放电法的种类很多，按电极结构的 不同或供能方式不同，常见的有电晕放电、介质阻挡放电、沿面放电及铁电放电 等。典型的低温等离子体放电有辉光和流光放电两种形式，霓虹灯产生的是辉光 放电形式，闪电是流光放电的形式。目前实验室中常用非热力学平衡等离子体主 要包括电晕放电(Corona discharge)、辉光放电(Glow discharge)、火花放电(Spark discharge)、介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge)、滑动弧光放电(Gliding arc discharge)、微波等离子体(Microwave plasma)及射频等离子体(Radio- frequency plasma)等。等离子灭菌一般要求在常温、常压下进行，这样才有工业 化的价值，而能在常压下产生低温等离子体的只有电晕放电、介质阻挡放电、滑 动弧光放电。气态污染物的治理，一般要求在常压下进行，在以上提到的等离子 体产生方式中，电晕放电和介质阻挡放电能在常压下产生低温等离子体，因此在 有害气体的处理领域得到了广泛的重视。
Overview of Low Temperature Plasma
农业等离子体技术应用
绿色农业是我国农业产业未来发展的必然趋势，代表现代农业的高端农业技术的低温等离子体技术
也必然是未来中国农业可持续发展的核心技术支撑
冷等离子体中的真空紫外线能与生物大分子互作用，从而使种子产生积极的生物学效应，具体表现在生理活性大大加强，潜在抗逆基因得到表达，提高了作物的生长活力和抗逆性能。
通过等离子体处理，种子发芽势，发芽率明显提高，并增强农作物抗旱、抗寒、抗病等抗逆性能，减少化肥农药施肥量且增加作物产量和提高品质。
相比传统化肥和农药，等离子体制剂在使用过程中无有害代谢产物产生，对环境、人类、作物无任何伤害，真正做到生态、有机、安全、环保。在确保生态有机、环境友好的大前提下，能够有效实现作物品质提高、抗性提升、产量增加，保障农产品安全，并减少化肥和农药使用量。
在多家行业权威机构的共同努力下， 应用农用等离子体制剂在20多种作物上进行多年、多地的田间试验、示范和推 广，结果证明：增产率达 7.0%-38.6%，投入产出比均超过 1:6，综合效益十分显 著，可广泛应用于粮食作物、油料作物、棉花、茶叶、果树和蔬菜等主要农作物的生产。
等离子肥不同于传统氮磷钾大量元素肥料，它是一种比原子态更微小的离子态结构，因而更利于植物营养吸收，这就使得作物能充分吸收肥料种的营养用于自身生长所需，从而表现出长势强、生命力旺盛等特点。
等离子肥的制作工艺也不同于传统化肥的生产制作工艺，而采取物理方法制备，其作用过程中无二次代谢产物，因此对环境无任何污染，对人体、动植物无任何伤害。
等离子体物理技术已经颠覆了现代农业生产中大量依靠化学农药的传统时代，它的安全性，对环境零污 染，对土壤的调节和改善作用对现代农业可持续的集约发展有着革命性的重大意义。
低温等离子体产生的高能电子轰击供应气体或污染物分子，通过电离、激发、解离产生次级电子、离子、自由基活性粒子等，这些活性粒子再与有机污染物分子作用，最终将其降解，生成无毒或毒性较小的小分子。
等离子体技术具有操作简单、降解速率快、净化彻底、处理范围广、无二次污染等优点。对农产品农药残留处理有可行性、有效性和良好的发展前景。
低温等离子体于20世纪60年代开始用于医疗器械及包装材料的消杀处理，开创了低温灭菌的新领域，已被证明对细菌繁殖体、细菌芽孢、病毒、真菌等都具有良好的杀灭效果，相对于其他灭菌方法，低温等离子体的突出特点是操作温度 低、灭菌时间短、无残留毒性，能广泛应用于多种材料和物品的灭菌。
在农业领域可以广泛应用于畜禽防疫、农产品仓储运输及交易过程的菌毒污染防范、农产品病害治理及农产品保鲜等。
