激光在土地保护、农作物生长及害虫防治领域应用研究进展.pdf

吉林农业大学学报 2021 43 2 130 137 http xuebao jlau edu cn Journal of Jilin Agricultural University E mail jlndxb vip sina com 激 光在土地保护 农作物生长及害虫防治领域 应用研究进展 梁 雪梅 1 2 贾 鹏 3 秦 莉 3 于 合龙 1 2 毕 春光 1 2 王 立军 3 1 吉林农业大学信息技术学院 长 春 130118 2 吉林农业大学智慧农业研究院 长春 130118 3 发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 长春 130033 摘 要 由于激光具有功率高 相 干性好 光谱线宽窄 光谱范围广等特点 其在土地保护 农作物生长及害虫 防治等领域应用广泛 文章综合国内外激光技术在农业领域的应用情况 介绍了已经获得应用的激光诱导击 穿光谱仪 激光测距仪 激光雷达系统 激光补光灯等设备在土壤检测 土地平整 激光诱变育种 植物补光和 虫害防治等领域发挥的作用 对激光技术对农业领域的推动作用 特别是激光技术在吉林省农业应用方面的 情况进行了展望 关键词 激光 激光平地 植物补光 激光育种 虫害防治 中图分类号 S123 文献标志码 A 文章编号 1000 5684 2021 02 0130 08 DOI 10 13327 j jjlau 2021 1123 引文格式 梁雪梅 贾鹏 秦莉 等 激光在土地保护 农作物生长及害虫防治领域应用研究进展 J 吉林农业 大学学报 2021 43 2 130 137 esearch Progress of Laser Application in Land Protection Crop Growth and Pest Control LIANG Xuemei 1 2 JIA Peng 3 QIN Li 3 YU Helong 1 2 BI Chunguang 1 2 WANG Lijun 3 1 College of Information Technology Jilin Agricultural University Changchun 130118 China 2 In stitute of Smart Agriculture Jilin Agricultural University Changchun 130118 China 3 State Key Laboratory of Luminescence and Application Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics Chinese Academy of Sciences Changchun 130033 China Abstract Due to the characteristics of high power good coherence narrow spectral linewidth and wide spectral range laser is widely used in the fields of land protection crop growth and pest con trol Based on the application of laser technology in agriculture at home and abroad this paper brief ly introduces the application of laser induced breakdown spectrometers laser rangefinders lidar sys tems laser supplement lamps and other equipment which has played a great role in the fields of soil detection land leveling laser mutation breeding plant re lighting and pest control indicating that laser technology has a significant influence on the development of smart agricultural technology The paper also looks forward to the future role of laser technology in promoting agricultural fields especially to the application of laser technology in agriculture in Jilin province Key words laser laser leveling plant re lighting laser breeding pest control 基 金项目 国家自然科学基金项目 U19A2061 国 家重点研发计划项目 2019YFC1710700 吉林 省科技发展计划项目 20190301024NY 20200301047 Q 20200401062GX 202001069GX 20200501006GX 20200501008GX 作者简介 梁雪梅 女 博士 讲师 研究方向 物理农业 收稿日期 2021 03 11 通信作者 梁 雪梅 等 激光在土地保护 农作物生长及害虫防治领域应用研究进展 吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University 1 背 景 土 地是不可再生资源 是人类生存的物质基 础 土地保护是指保护人类社会初级生产可利用 的地面空间的面积和质量的措施 农作物的生 长 离不开科学的生产技术 以及新型工业制造出 来的农业生产辅助机械设备 激光 Light amplification by stimulated emis sion of radiation Laser 表示受激辐射 光放大 激光是由工作物质处于粒子翻转状态的激光器产 生的 具有功率高 相干性好 光谱线宽窄 光谱范 围广等特点 1 广泛应用于通信 工 业 农业 医 学等领域 2 激光器的核心元件是工作物质 包 括玻璃 晶 体 半导体 氦 氖蒸汽 二氧化碳蒸汽 染料液体 等 使用外部激励源激发工作物质 可产生紫外 193 nm 波段至红外 10 600 nm 波段的宽谱线 范围激光束 3 相 比于高压钠灯 LED 光源等传 统农用光源 4 激光光源具有单色性好 电 光转 换效率高 成本低等优势 有望逐步替代传统光 源 成为未来新型农业技术领域的主流光源 形成 一系列新型的光学农业技术和产业 激 光农 业 随着激光技术的进步 其在现代农业领域的 应用范围不断扩展 重要性与日俱增 4 在 农业 检测方面 各国研究人员利用基于全固态激光技 术的激光诱导击穿光谱技术 开展了大量的土壤 重金属 5 7 农作物营养成分 6 10 和 食品安全 11 13 等 检测工作 开发出多种激光诱导击穿光谱检测 设备和检测方法 14 15 提高了土壤重 金属 农作 物营养成分等元素和物质的检测准确率和速度 相比于传统的生物 化学检测方法 具有快速 安 全 无污染等优势 在自动化农机领域 基于半导 体激光技术的激光雷达和测距仪作为自动农机的 眼睛 可以准确地判断农机与参照设备的相对 位置 结合自动驾驶系统 可以实现自动的精准播 种和土地平整 相比于传统的手动设备 可以有效 节约种子 提高土地平整度 2 cm 16 17 在 农 业育种方面 氦 氖激光器 红宝石激光器等产生 的高脉冲能量激光已应用于水稻 玉米 番茄等多 种粮食和果蔬种子进行激光诱变试验 获得了许 多遗传性状稳定 产量优异的新品种作物 而且相 比于传统的化学 生物育种方式 激光诱变育种技 术具 有 无 污 染 变异特征可稳定遗传的优 势 18 20 在 设施农业补光方面 利用基于半导体 激光器的激光植物补光灯 对温室大棚内的黄瓜 豆角和草莓等作物进行了补光试验 发现补光组 的生长和结果情况优于未补光的对照组 相比于 传统的高压钠灯 LED 灯 3 半导体激光具有电 光 效率高 单色性好等优势 在补光效果相同的情 况下 可以大幅降低电能的消耗 这是由于激光的 光谱线宽窄 同时其光谱峰值与叶绿素 类胡萝卜 素等光合作用物质的吸收光谱峰值相近 提高了 光能的利用效率 综上 激光技术已经广泛应用于土壤检测 食 品安全 土地平整 激光诱变育种 植物补光和虫 害防治等农业领域 对现代农业技术的发展具有 不可忽视的影响力 2 应 用 2 1 激光在土地保护领域的应用 2 1 1 重 金属检测 随着我国工业化和城市化 进程不断提高 工业废水 废弃物和城市生活垃 圾 以及农药 化肥的大规模使用 土壤重金属污 染日趋严重 威胁着地区生态的发展 21 传 统重 金属的检测是现场采样后通过实验室的化学试剂 和仪器进行检测分析 存在着非实时 检测周期长 的缺点 因此 现场快速精准测试重金属元素的 种类及含量的技术 已经成为必然的发展趋 势 22 激 光诱导击穿光谱技术 LIBS 是一种快速 的土壤成分检测技术 具有制样简单 探测灵敏度 高 多元素同时探测 检测速度快等优势 23 其 利 用 Nd YAG 固体激光器发射一束 1 064 nm 波 段的脉冲激光 经过透镜汇聚至待测样品的表面 或内部 将样品加热和熔化 当样品中原子最外 层电子吸收足够的能量就会摆脱束缚 形成自由 电子以及高能态的激发态原子和离子 随着激光 照射的停止 激发态的原子和离子会向低能态或 基态跃迁 将产生与元素成分对应的特定波长的 谱线 24 26 通 过分析特征谱线的峰位和强度 就 可以得到样品中元素的种类和浓度 27 29 完 成快 速 准确的 LIBS 检测 随着激光技术的发展 早在 20 世纪 60 年代 Brech 等 29 首次提出利用激光 照射激发待测样 品 并对其进行分析的想法 即 LIBS 技术的雏形 131 吉林农业大学学报 2021 年 4 月 Journal of Jilin Agricultural University 2021 April 卢 渊等 30 采 用 LIBS 技术结合内标法检测了泥浆 中铅元素的含量 所得铅的特征谱线强度和内标 曲线的拟合相关系数达 0 995 线性相关度高 张保华等和陈添兵等 31 32 分 别采用 LIBS 技术对 土壤中的锰和铅元素含量进行测量 结果相对偏 差仅为 4 1 和 10 5 检测误差率较低 由此 可见 LIBS 技术可以快速 高效 准确地检测土壤 中的重金属元素 2 1 2 激光技术在农田平整领域的应用 激光 平地技术相比于传统的机械平地技术 能有效提 高田地的平整精度 对节约灌溉水 增强施肥效 果 提高土壤品质 增加土地利用率 提高农作物 产量具有显著的效果 33 激 光平地设备主要包 括激光二极管发射器和激光接收器组成的激光导 航系统 以及控制装置 刮土铲和拖土斗等组成的 机械系统 相比于传统全手动操作平地设备的平 整精度 5 20 cm 激光平地设备的耕地平整精度 可以达到 2 cm 以内 大幅提高了土地的平整度 有利于后续的播种 灌溉和施肥工作 34 激 光平地技术在国外已广泛应用于农田耕 作 美国在 20 世纪 70 年代已经开始使用激光平 地技术平整农田 至今大部分农田都采用激光平 地技术 配合轮作 免耕等农艺技术 提高农作物 的产量 33 近 年来 国内各大平原地区也开始普 及激光平地技术 如东北平原的黑龙江 吉林 辽 宁 华北平原的河北等地区 34 采用激光平地技术 农田的平整度大幅提高 能减少灌溉水流的阻力 使 水更快速 均匀地灌溉 整个田块 同时经过平整后的土壤密实程度增加 土壤吸收水分的速度变慢 可以使更多的灌溉水 流到距离灌溉口较远的后段地块 提高整体灌溉 效果 进而增加农作物的产量 33 2 2 激光在农作物生长及植物保护中的应用 2 2 1 激 光诱变育种和诱导技术 激光诱变育 种是突变育种技术的一种 利用适当波段和剂量 的激光辐照植物种子和其他器官 以使其发生突 变 进而在其后代中选择优良的变异个体 达到培 育新品种的目的 35 相对于传统的化 学诱变和 辐射诱变 激光诱变具有作用温和 成活率高 有 益突变多 当代变异 无污染等优势 36 在 农作物 育种方面具有广阔的应用前景 激光对生物的诱变作用 主要通过激光与生 物的光效应 热效应 光压效应和电磁效应的综合 作用 37 使农作物细胞的染色体 DNA 处 于一种 易于突变的状态 形成 DNA 断裂 聚合 交联 重 组等一系列物理和化学变化 38 获得具有抗病能 力 强 产量高 抗倒伏等有益变异的新品种 39 该 诱 变过程主要经历 3 个阶段 光生物物理阶段 激光辐照样品植株时 激光能量被样品的遗传物 质直接吸收 或者通过能量转移的方式间接吸收 进而激发遗传物质 光化学反应阶段 激光照 射到样品植株 引起其中生物分子的光解离 光致 分解 游离基反应等 使样品植株的 DNA 分子或 染色体发生畸变 生物变化阶段 产生生物遗 传性状突变的植株个体 40 随 着激光技术的兴起 20 世纪 60 年代就已 开展了对激光诱变育种技术的研究 41 1962 年 Bessis 等 41 使用激光刺激有机细胞 开 启了 激光在生物领域应用的先河 1969 年 Wilde 等 42 利用红宝石激光器产 生的 690 nm 波段红光 对植物和种子进行照射刺激 开始了激光诱变育 种 20 世纪 70 年代初 前苏联哈萨克斯坦蔬菜 研究所同样利用红宝石激光器开展了针对青瓜 番茄 小麦等植物的光照试验 获得了产量大 品 质高的新品种 43 国内激光育种的研究始于 1972 年 四 川大学 首先开展了油菜的激光诱变育种研究 44 之 后 在全国近百家单位开展了激光在农业上的应用 经过多年的发展 我国在激光育种领域取得了丰 硕的成果 已在水稻 小麦 棉花 大豆 油菜 瓜 果 蔬菜等 20 多种农作物上选育成功 以水稻 小 麦为例 激光诱变育种产生的新品种占比达到 28 8 和 25 2 45 1982 年 吴 晓煜 46 以 南 优 2 号 为材料 用激光辐照育成的 南花 11 号 一 般亩产 350 450 kg 高产田达 500 650 kg 比原 亲本增产 5 15 目前已在南方 14 省引种试 种 推广面积 33 333 hm 2 以 上 被称为 不要制种 的杂交稻 2008 年 柴 瑞娟等 47 采 用激光对珠 子参愈伤组织进行诱导 通过不同光质和功率激 光处理损伤珠子参的茎和叶 愈伤组织诱导率达 到 92 和 6 7 远高于无激光辐照植株的 45 3 和 0 7 有助于珠子参愈伤组织的诱导 可见 激光诱变育种和诱导技术在农业领域的重 要地位 48 随着激光技术的发展 氦 氖 激光器 氩离子激光器 Nd YAG 固态激光器 二氧化碳激 光器 半导体激光器等发射不同波长激光的激光 231 梁 雪梅 等 激光在土地保护 农作物生长及害虫防治领域应用研究进展 吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University 器被应用到激光诱变育种领域 与生物技术 加倍 单倍体技术 杂交育种技术等育种技术相互渗透 结合 最终形成了一种新型的育种技术体系 并取 得了理想的成果 43 2 2 2 激 光植物补光 植物的光合作用需要波 长为 380 760 nm 的可见光 促进存在于植物叶 子中的特殊感光器官捕捉光子 这个过程中主要 利用叶绿素 a 和 b 吸收波长分别是 662 nm 和 642 nm 49 除了光合作用外 光形态和趋光性等 都 受到光环境的影响 如光形态依赖于 730 735 nm远红光调节细胞 组织和器官的分化 波长 400 500 nm 的光波可以触发植物的趋光性 当自然光照不足时 许多地区的农作物出现 产量低和欠收的问题 因此 1980 年 Mpelkas 50 提出采用温室栽培和人工照明控制农作物生长环 境 的方法 增加农作物产量 将农作物种植工业 化 即植物工厂 随着照明技术不断进步 研究人 员分别采用白炽灯 ILs 气致放电灯 GDLs 荧 光灯 FLs 高压气体放电灯 HIDLs 发光二极 管 LED 和激光灯 LLs 作为植物工厂的补光光 源 51 目 前 激光和 LED 以其全光谱范围 寿命长 供应链成熟等优势 是植物工厂的主要照明光 源 52 55 研 究人员对光源中红光 630 680 nm 和蓝光 400 500 nm 的配比对植物的生长和发 育等影响进行了系统的研究 并积累了丰富的经 验 56 58 与 此同时 激光光源以其单色性好 电光转换 效率高 寿命长等优势 逐渐被应用到植物补光领 域 1970 年 Paleg 等 59 采 用 632 8 nm 波段的 氦 氖激光照射 402 m 内的植物 证明了激活植 物中的光敏色素 能有效调节其生长和发育过程 之后 国内外学者采用激光补光技术 对水稻 小 麦 葵花 棉花 蔬菜 瓜果等粮食和经济作物进行 了研究 系统研究了激光波长和能量配比对植物 生长的促进和调节作用 以及产量和抗病能力的 改善情况 60 68 目 前 国内仅有几家公司开展商用植物激光 补光光源的研发工作 69 以杭州长芯光电为例 其联合中国科学院长春光学精密机械与物理研究 所 开发的 CXL1 X0210 00 补光灯 具有单亩功 耗低 相同光照度条件下 功耗仅为 LED 的 10 可靠性高 智能功率调节 输出光束质量好 等优势 已提供给吉林农业大学 长春国信农业 沈阳新民和山东寿光蔬菜基地等用户试用 取得 了良好的补光效果 其中 在国信农业的有机果 蔬大棚中 主要开展了草莓 豆角和黄瓜等植物的 补光试验 由表 1 可知 生长期的草莓在补光周期内补 光组的叶片和株茎的生长情况明显优于对照组 均高约 5 表 1 草莓补光与未补光生长情况 Table 1 Comparison of growth of strawberry with and without re lighting mm 测 量时间 周 茎长 补光组 对照组 叶 尖长 补 光组 对照组 叶 中长 补 光组 对照组 1 0 67 0 72 32 27 33 07 40 20 40 8 2 0 76 1 03 33 93 34 80 41 87 42 13 3 0 87 1 08 35 13 35 20 44 07 43 00 4 0 95 1 11 36 93 36 20 45 27 43 87 5 1 02 1 12 37 60 35 93 46 27 44 27 6 1 02 1 12 38 67 36 87 46 80 45 33 由 表 2 可知 对于生长期和结果期的豆角 可 以发现生长期中 补光组与未补光组比较 叶片和 株茎长相差约 10 豆荚的宽和厚相差约 15 豆荚长度相差在 20 以上 补光效果明显 对比生长期的黄瓜 补光区黄瓜蔓藤的高度 明显高于非补光区 长差约 10 可见激光补光 灯对黄瓜蔓藤的生长促进作用明显 图 1 根据吉林省农业优势产业和设施农业的特 点 建议由相关高校 科研院所和企业等单位联合 推进光农业的科学研究 技术开发及产业化应用 研发针对菌类 蔬菜果类的种植补光设备 保证春 冬季绿色有机作物的正常生长 以企业作为示范 331 吉林农业大学学报 2021 年 4 月 Journal of Jilin Agricultural University 2021 April 基 地 技术成熟后在省内大棚推广应用 选择 1 2 个农机产品进行智能设备的开发及应用 与长春 市 吉林省农业主管部门合作 开展种植补光标准 制定 产品推广和相应的补贴政策 与其他大学 和研究所合作 实现跨学科领域的科学问题的探 索和研究 促进设施农业的布局合理化 科学化以 及技术普及化 表 2 补光与未补光的豆角茎叶 豆 荚生长情况 Table 2 Comparison of growth of stem leaf and pod of bean with and without re lighting mm 测 量时间 周 果实长 补光组 对照组 果 实宽 补光组 对照组 果 实厚 补光组 对照组 茎 长 补光组 对照组 叶 尖长 补光组 对照组 叶 中长 补光组 对照组 1 56 40 56 80 5 80 6 00 14 50 15 60 0 93 0 94 61 47 62 20 82 27 79 13 2 64 40 53 60 7 00 5 80 21 10 17 30 1 15 1 11 82 60 77 00 105 80 100 40 3 72 60 60 40 8 20 7 40 24 90 19 60 1 26 1 31 91 00 82 00 112 67 105 13 4 77 60 62 60 9 20 7 80 27 40 23 20 1 41 1 37 91 87 82 80 113 47 106 87 5 86 20 67 20 12 00 10 00 37 40 31 10 1 53 1 30 93 53 83 80 114 00 107 40 6 91 80 69 40 12 60 10 60 42 90 32 50 1 79 1 68 94 00 84 47 115 00 107 80 a 未 补光组 b 补光组 图 1 补光与未补光黄瓜的对比 Fig 1 Comparison of cucumber with and without re lighting 2 2 3 激 光防治病虫害 伴随现代农业技术的 发展 保障了粮食的基本安全供给 但是为保证粮 食产量的稳定 使用农药成为可控制农作物病虫 害的必要技术手段 然而 农药的大量使用必然 造成农产品和土地的污染 对人们的生命安全和 生活质量产生负面影响 同时会使害虫产生抗药 性 70 激光杀虫是一种高效 环保的杀虫方式 对 周 围环境影响小 不会使害虫出现抗性 相对于农药 和生物治虫的使用范围更加广阔 是一种理想的 害虫防治手段 随着激光器成本的不断降低 该 技术在农作物保护领域的作用将日益凸显 71 伴 随激光技术在农业领域应用范围不断拓 展 激光防治害虫的方法开始被使用 激光照射 能使害虫产生遗传性的生理缺陷 使雄虫不育或 使之发生遗传变异 破坏其繁殖能力 达到预防害 虫的目的 72 激 光防治害虫 主要利用激光的光 吸收效应和生物热效应 73 当激光照射到生物体 时 不同波长的激光会被选择性的吸收 采 用合适 波长的激光可以使生物组织出现较强的吸收 促 使其发生某种光化反应 强激光的生物热效应可 以破坏细胞的正常新陈代谢 破坏蛋白质 起到杀 死病毒 细菌和害虫的作用 如何使用激光杀灭害虫同时减低激光对益虫 的伤害是当前病虫害防治的重点研究方向 研究 表明 使用红宝石激光器发出波长为 450 560 nm 的激光 可以在数小时内消灭温室白粉虱 红蜘蛛 等蔬菜害虫 67 以及寄生在小麦 玉 米 稻谷等粮 食的赤拟盗谷 71 使 用 694 3 nm 波长的红宝石 激光能杀死深颜色的皮蠹虫 棉红蛛 红叶螨等害 虫 71 波 长为 488 nm 的氩离子激光能有效灭杀 孑孓 螨类和蚁类等害虫 74 二 氧化碳激光器对 消灭飞行中的蝗虫很有效 75 2 2 4 激 光检测作物营养成分 随着生活水平 的提高 人们对农产品质量和安全问题的关注度 不断提升 因此农产品的营养成分和潜在污染物 431 梁 雪梅 等 激光在土地保护 农作物生长及害虫防治领域应用研究进展 吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University 的快速检测技术成为了农业检测方面的研究热 点 其中 激光诱导击穿光谱技术不仅可以检测 土壤样品的重金属含量 也可以对农作物的营养 成分进行检测 76 de Oliveira 等 77 采 用 LIBS 技术对红平菇和 平菇的硒元素富集效应 以及该效应对 2 种菌类 中钙 钾 镁等元素分布的影响 发现红平菇中硒 富集有利于钙元素在其下部积累 阻碍其向边缘 和顶部的迁移 同时可以改变钾和镁的分布 而平 菇中硒富集仅改变了子实体的形态特性 但对钾 和镁元素的分布影响不显著 孙海峰 78 采 用 LIBS 技术对不同耕作施肥条件下的水稻营养元 素进行了测定 通过检测不同生长条件下水稻的 叶 穗 茎中氮和钾元素的含量 分析水稻的生长 状况发现 结合 K means 方法及 Fisher 判别分析 方法可提高检测的可靠性和准确率 证明 LIBS 技 术具有实时监测水稻等作物生长状态的潜在能 力 Liang 等 79 利 用激光显微解剖和液相色谱 质谱法测定了人参根和根茎中人参皂苷的含量 利用从人参根茎 主根和支根中分离出 5 种组织 细胞 鉴定出 59 种人参皂苷 结果表明 周皮层 中人参皂苷的种类明显多于皮层 韧皮部 木质部 和树脂管 同时 发现人参支根的韧皮部 木质部 和树脂管中人参皂苷的含量明显高于主根 为人 参各部分的营养和药用价值提供了可靠的判断依 据 激光检测技术是一种高效 快速 准确的检测 方法 需要的检测样品较少 并可以准确检测到待 测元素的光谱谱线 结合日渐丰富的农作物物质 和元素的光谱数据库 是未来理想的食品安全和 营养物质检测 以及农作物生长状态实时监管的 检测技术 76 3 讨 论 现 阶段 人民群众对安全食品越来越重视 这 些需求促进了国内设施农业将继续长期保持良好 的发展势头 大规模生产型温室的建设明显增 多 行业整体呈现出设施与农艺并重 向规模化 标准化 智慧化方向发展的趋势 2018 年农业农 村部对十三届全国人大一次会议第 2950 号建议 的答复 以及 2019 年国务院 关于加快推进农业 机械化和农机装备产业转型升级的指导意见 中 对设施农业的发展都提出了一系列的扶持政 策 吉 林 省 的 设 施 农 业 其 中 温 室 面 积 3 960 53 hm 2 大 棚面积 13 628 84 hm 2 渔 业养殖 面积 20 45 hm 2 激 光技术在设施农业领域已被 大量应用 例如在促进作物生长及生长监测方面 获得了成功应用 激光技术在智能农机领域也有 着重要的应用 全省现有传统拖拉机 181 15 万 台 耕整机 5 23 万台 旋耕机 10 94 万台 联合收 获机 3 10 万台等 这部分农机的升级改造也将是 一个广阔的应用空间 目前 激光技术在土地保护 农作物生长及害 虫防治领域应用的方法正在经历一个快速的发展 时期 如激光诱导技术在参类自愈修复方面的应 用 激光育种技术在水稻 玉米等粮食作物新品种 培育方面的应用 激光检测食用菌 水稻等作物的 营养成分和生长监测方面的应用 激光技术的发 展正不断推进上述领域中农业技术的进步 在激 光和农业交叉领域 未来可以集中在以下几个方 面进行深入研究 应开发新的结构 以增强激光 器的电光转换效率 提高可靠性和输出功率 激 光技术应与其他分析技术 拉曼 荧光等 相结 合 扩大激光设备的应用范围和适用性 应开发 便携式和定制的激光设备 促进激光技术在智慧 农业的广泛应用 并推动现代农业技术的快速发 展 激光技术与成像监控技术 生物技术 农业机 械装备技术以及基因技术的结合 呈现出跨学科 科学合作的优势 对于推动中国农业转型升级具 有重要的作用 参考文献 1 陈 家璧 激光原理及应用 M 北京 电子工业出版社 2004 2 王立军 宁永强 秦莉 等 大功率半导体激光器研究进展 J 发光学报 2015 36 1 1 19 3 黄 世耀 激光的基本原理 类型及其应用 J 中国科技信 息 2006 1 55 4 钱 舒婷 李建明 补光灯类型对设施草莓光合特性与产量的 影响 J 西北农林科技大学学报 自然科学版 2019 47 4 41 48 5 Yan Z Y Zhang Z W Yu Y et al Chemiluminescence deter mination of potassium bromate in flour based on flow injection analysis J Food Chemistry 2016 190 20 24 6 Ferreira E C Gomes Neto J A Milori D M B P et al Laser induced breakdown spectroscopy extending its application to soil pH measurements J Spectrochimica Acta Part B Atomic Spectroscopy 2015 110 96 99 531 吉林农业大学学报 2021 年 4 月 Journal of Jilin Agricultural University 2021 April 7 Arantes de Carvalho G G Moros J Santos D Jr et al Direct determination of the nutrient profile in plant materials by femto second laser induced breakdown spectroscopy J Analytica Chimica Acta 2015 876 26 38 8 Braga J W B Trevizan L C Nunes L C et al Comparison of univariate and multivariate calibration for the determination of micronutrients in pellets of plant materials by laser induced breakdown spectrometry J Spectrochimica Acta Part B A tomic Spectroscopy 2010 65 1 66 74 9 Barbafieri M Pini Ciucci A et al Field assessment of Pb in contaminated soils and in leaf mustard Brassica juncea the LIBS technique J Chemistry and Ecology 2011 27 sup1 161 169 10 Lei W Q Haddad J Motto os V et al Comparative meas urements of mineral elements in milk powders with laser in duced breakdown spectroscopy and inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy J Analytical and Bioanalytical Chemistry 2011 400 10 3303 3313 11 Agrawal Kumar ai S et al LIBS a quality control tool for food supplements J Food Biophysics 2011 6 4 527 533 12 Kim G Kwak J Choi J et al Detection of nutrient elements and contamination by pesticides in spinach and rice samples using laser induced breakdown spectroscopy LIBS J Journal of Agricultural and Food Chemistry 2012 60 3 718 724 13 艾 建军 杨英芸 高韶坤 我国农田激光平地机的研究进 展及发展趋势 J 东北农业大学学报 2013 44 11 155 160 14 张 荣 张玉钧 章炜 等 土壤重金属铅元素的 X 射线荧光 光谱测量分析 J 光谱学与光谱分析 2013 33 2 554 557 15 宋 矫健 田野 卢渊 等 532 和 1064nm 激光的水下 LIBS 探 测对比研究 J 光谱学与光谱分析 2014 34 11 3104 3108 16 侯 明亮 宋正河 毛恩荣 激光平地机液压控制装置的设 计与试验 J 农业机械学报 2005 36 8 33 37 17 Govil S Agrawal D C ai K P et al Growth responses of Vigna radiata seeds to laser irradiation in the UV A region J Physiologia Plantarum 1985 63 1 133 134 18 Hern ndez A C Carballo C A Artola A et al Laser irradia tion effects on maize seed field performance J Seed Science and Technology 2006 34 1 193 197 19 Anna Aladjadjiyan The use of physical methods for plant growing stimulation in bulgaria J Journal of Central Euro pean Agriculture 2007 8 3 369 380 20 余 克强 赵艳茹 刘飞 等 激光诱导击穿光谱技术在土壤 元素检测中的应用 J 光谱学与光谱分析 2016 36 3 827 833 21 任 佳 高勋 飞秒细丝 纳秒激光诱导击穿光谱技术对土壤 重金属 Pb 元素检测 J 光学精密工程 2019 27 5 1069 1074 22 邓 欣欣 基于激光诱导击穿光谱的土壤重金属定量分析 方法研究 D 长春 吉林大学 2020 23 Arca G Ciucci A Palleschi V et al Trace element analysis in water by the laser induced breakdown spectroscopy tech nique J Applied Spectroscopy 1997 51 8 1102 1105 24 Harmon S DeLucia F C McManus C E et al Laser in duced breakdown spectroscopy An emerging chemical sensor technology for real time field portable geochemical minera logical and environmental applications J Applied Geo chemistry 2006 21 5 730 747 25 Hahn D W Omenetto N Laser induced breakdown spectros copy LIBS part review of basic diagnostics and plas ma particle interactions still challenging issues within the an alytical plas