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對物理學(xué)科與農業(yè)學(xué)科結合的探索與思考論文
論文關(guān)鍵詞:物理學(xué)科 農業(yè)學(xué)科 學(xué)科交叉 物理農業(yè) 人才培養
論文摘 要:通過(guò)在農業(yè)科研中把物理學(xué)科知識與農業(yè)學(xué)科知識相結合的實(shí)踐,探索物理學(xué)科與農業(yè)學(xué)科結合對農業(yè)可持續發(fā)展、農業(yè)人才培養等方面的有利作用。展望學(xué)科交叉對培養新世紀具有全新知識結構人才的廣闊前景,推動(dòng)物理農業(yè)的穩步發(fā)展,充分發(fā)揮學(xué)科交叉的潛能。
在知識經(jīng)濟、信息化時(shí)代,實(shí)施科教興農不僅要善于創(chuàng )造新知識,吸取人類(lèi)的一切文明成果,而且要善于把新知識、新成果轉化成新產(chǎn)品,轉化為現實(shí)生產(chǎn)力,才能發(fā)揮知識和科技的價(jià)值[1]。農業(yè)院校在科研中,考慮不同學(xué)科的交叉融合,把基礎學(xué)科與優(yōu)勢學(xué)科整合,通過(guò)學(xué)科邊緣交叉是技術(shù)創(chuàng )新鏈中必不可少的環(huán)節。
本文結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(xué)科知識與農業(yè)學(xué)科結合在農業(yè)生產(chǎn)中的應用和優(yōu)勢展開(kāi)論述。探索通過(guò)物理學(xué)科與農業(yè)學(xué)科的有益結合,思考對培養新世紀合格農業(yè)人才、推動(dòng)農業(yè)走可持續發(fā)展的生產(chǎn)模式等問(wèn)題。
一、學(xué)科交叉,優(yōu)勢互補
在科技迅速發(fā)展的今天,時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步推進(jìn)了科學(xué)技術(shù)向縱深方向發(fā)展,學(xué)科之間相互交叉滲透是當代科學(xué)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢。
現代科技發(fā)展的學(xué)科高達分化基礎上的高達綜合的特點(diǎn)說(shuō)明,科技的發(fā)展需要不同學(xué)科和技術(shù)的橫向聯(lián)合就能形成整體優(yōu)勢,邊緣交叉容易出現新的生長(cháng)點(diǎn) [2]。尤其是物理學(xué)這一基礎學(xué)科,與其他學(xué)科的結合更是越來(lái)越突出,如計算物理學(xué)、數學(xué)物理、物理化學(xué)、生物物理學(xué)等,這些交叉學(xué)科的出現,無(wú)疑促進(jìn)了物理學(xué)及其他學(xué)科的發(fā)展和延伸。其中物理學(xué)與農業(yè)科學(xué)的交叉滲透,使“物理農業(yè)”脫穎而出,并且有效推動(dòng)了生態(tài)農業(yè)、有機農業(yè)的健康、穩步發(fā)展。
二、物理學(xué)科與農科知識結合的必然與優(yōu)勢
1蔽錮硌樸肱┛粕物科學(xué)相結合的必然
(1)自然科學(xué)領(lǐng)域內必然存在同一的、共同的聯(lián)系。20世紀以來(lái),以數學(xué)為工具、物理學(xué)為理論基礎的學(xué)科發(fā)展,已逐步把除生物學(xué)以外的其他學(xué)科同一起來(lái)[3]。而物理學(xué)研究的物理運動(dòng)是自然界最普遍的一種現象,它滲透于自然界的任何生命系統,因此物理學(xué)也要研究生命、時(shí)間和空間的性質(zhì)、聯(lián)系等,它與生物學(xué)科也存在同一的、共同的聯(lián)系,這一點(diǎn)也是被歷史證明了的。1943年,物理學(xué)家薛定諤寫(xiě)下了《生命是什么》一書(shū),從物理學(xué)的角度對生命現象進(jìn)行了詳細的闡述�，F今生命科學(xué)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)于生命現象的描述性信息太多了,新的工作框架——定量生物學(xué)的應運而生,使生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、數學(xué)這些基礎學(xué)科聯(lián)系起來(lái);同時(shí)在農科教材中也不乏許多物理科學(xué)知識,如離心分離技術(shù)、宏觀(guān)、微觀(guān)方法——氣體分子熱運動(dòng)理論、紅外測溫、衛星遙感、生物與熵、正常細胞的電模型、衍射現象、生物體的旋光現象、核磁共振技術(shù)和物質(zhì)的放射性,等等,涉及了物理學(xué)的力、熱、電、光、磁,原子物理、相對論、量子力學(xué)等許多方面�？梢�(jiàn),物理科學(xué)與農科知識間存在著(zhù)密切的聯(lián)系。
(2)物理科學(xué)的思想方法和實(shí)驗方法已日益滲透和應用于各個(gè)自然科學(xué)領(lǐng)域,包括農科的生物科學(xué)。20世紀50年代以物理學(xué)的X射線(xiàn)衍射結構分析為基礎的分子生物學(xué)的成就與發(fā)展技術(shù)被引進(jìn)了生物學(xué),從而確定了DNA的雙螺旋結構,至今X射線(xiàn)衍射晶體分析法仍是分析生物大分子立體結構最精確的技術(shù)[3];物理學(xué)和生物學(xué)的交叉學(xué)科生物物理學(xué)在研究思路、應用的理論和方法方面就突出了物理學(xué)的特點(diǎn)。
從當代科學(xué)技術(shù)發(fā)展規律以及走在國際前沿開(kāi)展科學(xué)研究的美國、英國的趨勢來(lái)看,21世紀生命科學(xué)與物理科學(xué)之間的融會(huì )貫通已經(jīng)勢不可擋。美國國家科學(xué)基金會(huì )與國家衛生研究院聯(lián)手資助大學(xué)建立了多個(gè)跨學(xué)科的Bio-X中心,英國生物技術(shù)與生物科學(xué)基金會(huì )在2003年也建立了以10年為期的重大研究計劃——預測生物學(xué)。這個(gè)蓬勃發(fā)展的交叉學(xué)科正在成為大量學(xué)術(shù)會(huì )議、高質(zhì)量學(xué)術(shù)雜志以及基金資助機構的主角�？梢�(jiàn),物理學(xué)科與農科生物科學(xué)間的交叉融合是必然的。
2卑鹽錮碇識用于農業(yè)的現代物理農業(yè)的優(yōu)勢
早在20世紀70年代,日本等國就已開(kāi)始研究現代物理農業(yè)工程的單項技術(shù);我國自20世紀90年代進(jìn)入物理農業(yè)—物理技術(shù)應用到農業(yè)領(lǐng)域,應用物理學(xué)技術(shù)、方法和基礎理論研究農業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和農業(yè)生物生命過(guò)程中的物理規律,以及物理因素對生物系統的作用機制,涉及物理學(xué)、材料學(xué)、動(dòng)植物學(xué)及農學(xué)領(lǐng)域的多學(xué)科交叉綜合的一門(mén)新生學(xué)科[4]。隨著(zhù)國際貿易農藥殘留標準越來(lái)越嚴格的動(dòng)態(tài)趨勢,消費者對農產(chǎn)品健康、安全的高要求,“物理農業(yè)”的精英們在中國應用物理農業(yè)技術(shù)方面進(jìn)行了不懈的探索。
近5年來(lái),在天津、大連等地已開(kāi)展得如火如荼且已取得驕人的成績(jì),有力地說(shuō)明把物理科技應用于農業(yè)領(lǐng)域,能推動(dòng)傳統農業(yè)的變革,是一種獨特有效的生產(chǎn)方式。
在我國,應用于農業(yè)生產(chǎn)的現代物理農業(yè)技術(shù)有:磁化、電場(chǎng)處理種子技術(shù)、電子殺蟲(chóng)技術(shù)、空間電場(chǎng)防病促生技術(shù),等等,而且取得了顯著(zhù)的成效。相對于化學(xué)農業(yè)來(lái)說(shuō)是一種高效、無(wú)環(huán)境污染且成本低廉,易實(shí)現效益轉化的農業(yè)技術(shù) [5] ,可控制化肥和農藥的使用量,并且能達到提高品質(zhì)、抗病增產(chǎn)的目的,保證農產(chǎn)品達到質(zhì)量、綠色、無(wú)污染的標準,具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益�？梢�(jiàn),把物理科學(xué)知識參與農業(yè)生產(chǎn)過(guò)程,利用物理因素和物理技術(shù)應用于農業(yè),有著(zhù)誘人的前景與潛力。
三、在農業(yè)科研中,進(jìn)行物理技術(shù)與農業(yè)栽培措施有機結合的探索
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(xiàn)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(cháng)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(shí)。
魔芋是經(jīng)濟價(jià)值較高的作物,近年已成為山區農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(xiàn)等物理因子影響魔芋生產(chǎn)的研究尚未見(jiàn)報道,因此,筆者于2008年至2010年間開(kāi)展了“低溫、紫外線(xiàn)對魔芋種芋生長(cháng)的影響”研究,通過(guò)對魔芋種芋進(jìn)行不同強度的低溫冷藏和不同時(shí)長(cháng)的紫外線(xiàn)輻射,研究不同處理對魔芋生長(cháng)過(guò)程中軟腐病的控制及產(chǎn)量表現的影響,把物理學(xué)科與農業(yè)學(xué)科知識結合應用于科研生產(chǎn)。通過(guò)此研究得出結論:用低溫冷刺激、紫外線(xiàn)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(xiàn)這樣應用對魔芋的影響是正向的;試驗中不施用化學(xué)農藥,保證了生產(chǎn)的魔芋沒(méi)有藥物殘留,綠色環(huán)保。
筆者在科研中把物理科學(xué)與農業(yè)科學(xué)結合的探索取得了一定成效,這種生產(chǎn)成本低、簡(jiǎn)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)等方面具有現實(shí)意義。
四、物理學(xué)科與農業(yè)學(xué)科結合的展望與思考
1奔憂(yōu)課錮硌樸肱┮笛頻娜諍,有利于學(xué)生的就業(yè)(創(chuàng )業(yè))與升造
農業(yè)院校教學(xué)與科研中注意物理科學(xué)與農業(yè)科學(xué)的融合,有利于教師的農業(yè)科研拓展,更好地服務(wù)“三農”的同時(shí)能加強學(xué)生交叉學(xué)科知識素養,能拓寬農科學(xué)生的農業(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(chǎng)就業(yè)更具有絕對的優(yōu)勢;對于畢業(yè)且有志于繼續深造的學(xué)生,可選擇由交叉學(xué)科而產(chǎn)生的新興領(lǐng)域為方向,而現代新興的物理農業(yè)中所涉及的有關(guān)食品安全、生態(tài)農業(yè)等諸多問(wèn)題有待應用科學(xué)理念和現代技術(shù)加以解決,農業(yè)院校的學(xué)生由此領(lǐng)域為方向就是一個(gè)不錯的選擇,其中加強物理學(xué)科與農業(yè)學(xué)科融合的培養對他們的知識積累無(wú)疑是一個(gè)很大的推動(dòng)。
中國理論生物物理學(xué)家歐陽(yáng)鐘燦院士呼吁:“為培養具有全新知識結構的研究人員,首先應革新大學(xué)生命科學(xué)相關(guān)的教學(xué)”,呼吁高校生物系反省傳統的教學(xué)內容和方式,適當增加數學(xué)、物理學(xué)等其他學(xué)科的知識,與美國著(zhù)名的倡議“培養21世紀的科學(xué)家:本科生的生物學(xué)教育”(Undergraduate biology education to prepare research scientists for the 21st century,簡(jiǎn)稱(chēng)Bio2010)相呼應[3]�，F在中國的一些高等院校已開(kāi)設了生物物理學(xué)等交叉學(xué)科專(zhuān)業(yè),希望“培養出來(lái)的跨學(xué)科學(xué)生能操同一種語(yǔ)言去建造生命科學(xué)的通天塔”。
2碧岣吲┮瞪產(chǎn)技術(shù),走可持續發(fā)展的生產(chǎn)模式
在“綠色革命”“轉基因作物”的糧食增產(chǎn)模式一一亮相的時(shí)候,物理知識應用于農業(yè)生產(chǎn)的物理增產(chǎn)技術(shù)也在低碳農業(yè)、節水農業(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)應用于農業(yè)生產(chǎn)的“物理農業(yè)”,區別于傳統的“化學(xué)農業(yè)”,不用化肥、農藥、生長(cháng)調節劑的農業(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(wèn)題的重要途徑之一。
近年物理農業(yè)已展示了它的“神奇”,相信物理農業(yè)在未來(lái)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(jì),也能兼顧到農業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的相容,同時(shí)為農業(yè)、生態(tài)的可持續發(fā)展做出杰出的貢獻,在農業(yè)與環(huán)境的協(xié)調發(fā)展中充分發(fā)揮物理科學(xué)知識的作用,充分展示交叉學(xué)科的魅力。
參考文獻:
[1]吳文勝,程立佳.發(fā)揮高等農業(yè)院校優(yōu)勢,努力為科教興農服務(wù)[J].高等農業(yè)教育,1999(4):29—31.
[2]胡躍高主編.農業(yè)總論[M].北京:中國農業(yè)大學(xué)出版社,2000(9).
[3]袁觀(guān)宇.生物物理學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2006.
[4]朱 杰,郭連紅,王國棟.物理農業(yè)與農業(yè)物理學(xué)及其在我國農業(yè)現代化中的作用[J].農業(yè)科學(xué)研究,2008(2):64—67.
[5]張 仿.物理技術(shù)是發(fā)展生態(tài)農業(yè)的重要手段[J].安徽農學(xué)通報,2008(9):88—89.
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