中國科學家在全國用高壓電種菜30年，產量驚人，這是什麼操作？_風聞

【本文由公眾號“把科學帶回家”提供，ID：steamforkids】

來源 Nature 等

編譯 七君

電在自然界裏無處不在，地球上的所有動物都需要電，因為動物的神經信號是電信號，人類的每一個思想都伴隨着神經元放電。所以很自然的，一些科學家猜想，電或許也和植物的生長有關。不過，由於植物沒有神經系統，所以它們需不需要電流一直是一個引發爭議的問題。

杭州的電氣栽培草莓

@劉濱疆/SCMP

但是在2018年8月，中國農業科學院和國家政府機關公佈了不同氣候、土壤和種植條件下30年電網種菜——電氣栽培實驗的結果，中國農業科學院稱這是一次大突破。

中國農業科學院從90年代開始就在試驗電氣栽培。農科院的研究者在地面上3米處支起了裸露的銅電網，通入了5萬伏的快速脈衝電流。5萬伏特是一般家庭電壓的200倍。

農科院的電網種菜示意圖

根據《南華早報》的報道，該項目的主要領導者之一劉濱疆教授表示，電網中的電流只有一安的百萬分之一，“對植物和附近的人沒有危害”。從戈壁灘到東部沿海的3600公頃大棚參與了中國政府支持的電氣栽培項目。

他們發現，使用電氣栽培處理後的作物產量上漲了20-30%，而且這個數字是在減少使用農藥70-100%，減少使用化肥20%的情況下得到的。

電網種菜真有這麼神奇嗎？

北極極光引發的電網種菜浪潮

關於電氣栽培，英國帝國理工學院的植物學家 Andrew Goldsworthy 表示：“學術界爭議很大，支持派和反對派誰也説服不了誰。在二戰前，關於電氣栽培的話題就逐漸銷聲匿跡了。”

但實際上，美國專利及商標局還設有專門的電氣栽培分類，可以在 plant husbandry 類目下的1.3條看到電氣栽培的條目。

美國專利及商標局關於電氣栽培的分類

來源：www.uspto.gov/web/patents/classification/uspc047/defs047.htm

不過正如 Goldsworthy 所説，過去許多研究顯示，人工電力的效果不太穩定，有時甚至有反效果。

早在1746年，愛丁堡的 Dr Maimbray 給桃金娘樹枝通了一個月的電，他觀察到它們又長出了新枝條。這個消息傳遍了歐洲大陸，許多人開始模仿，但是結果不一。

後來在1902年，電氣栽培的先驅、芬蘭赫爾辛基大學的地球物理學家 Karl Selim Lemström 也注意到，北極極光下的植物生長比温暖氣候中的植物更為迅速。

這個觀察給了他靈感，他在植物上方搭設了一個電網，電網產生每米10千伏的電壓。Lemström 發現，在電網下植物生長欣欣向榮，產量是預期的1.5倍。在1904年他將這項關於電氣栽培的研究發表了出來。

Karl Selim Lemström 的電氣栽培技術

Lemström 的研究引發了歐洲許多國家的效仿。

1900年《自然》的一項報道指出，俄羅斯的一些科學家曾經用電氣法對櫻桃和大麥的種子進行了催芽處理，效果不錯。

俄羅斯工程師 V. A. Tyurin 的研究發現，種子通了電以後，長得比沒通電的種子更快更好。他還在土裏埋上用電線相連的銅板和鋅板種菜，這樣種出來的土豆的重量是普通土豆的3倍，胡蘿蔔直徑可以長到25釐米那麼粗。

另一位俄羅斯工程師 M. Spyeshneff 則在莊稼上面架設了一個電網。他發現，在電網下大麥的生長和成熟速度加快了12天。

相互矛盾的英美研究

在 Lemström 的研究的激勵下，英國帝國理工學院的植物學家 Vernon Blackman 也做了一些類似的試驗。

在1915-1920年間，他也在燕麥、大麥、晚播冬小麥、苜蓿和牧草混合地上架設了電網，每天給電網通6小時的電，電壓為40-80千伏。

Blackman 對電網種菜的效果深信不疑，因為在他的18片試驗田裏，有14片的產量增加了，有9片試驗田的產量比預期高出30%。和沒有通電的種植田相比，上方通電的燕麥和大麥產量增加了22%。後來，Blackman 還用交流電替代直流電，得到了類似的結果。

他還發現，如果給植物通10皮安（10 x 10^-12安培）的電流，就能促進植物的生長，但是高於10納安（10 x 10^-9安培）的電流則會阻礙植物生長。

雖然這聽起來很瘋狂，但是當時的主流社會和學術界信以為真，因為 Blackman 是榮譽教授，而且還是英國皇家學會會員。

英國農業、漁業和糧食部甚至還成立了一個電氣栽培委員會，專門研究電氣栽培的可行性。

委員會成員包括了物理學家、生物學家、電氣工程師和農業學家，其中6位來自皇家學會，包括一位諾獎獲得者，還有一人是當時英國電力委員會主席 John Snell 爵士。

而電氣栽培委員會得到的研究結果則好壞摻半，這從研究的18年持續時長（1918-1936年）以及最後的被迫解散的命運就可以看出來。

1920年，委員會做了12個田地試驗，其中11個得到了積極的結果，其中8個實驗的增產數據是30-50%。不過，接下來的2年的數據卻慘不忍睹，因為1920年雨水過多，而1921年又太乾旱。

1922年，委員會決定放棄大型實地研究，轉戰温室盆栽。他們把作物種到花盆裏，並在上方架設電網。

​那時候，委員會又得到了驚人的數據——電氣栽培的作物產量高於控制組，其中一盆增產118%。但是在接下來的13年裏，數據卻向相反的方向傾斜。比如，在1926年73%的作物減產，1932-1935年間沒有增產的跡象。

而美國同時期由美國農業部主導的一項研究也沒有發現電氣栽培有什麼效果。因此在1936年，電氣栽培委員會被解散。

中國農科院的電氣栽培温室

@劉濱疆/SCMP

但是後來，電氣栽培學陸續得到了一些支持性的結果。

1962年，加州大學伯克利分校的生物醫學家 Albert Krueger 發現，電離的空氣的確增加了燕麥的蛋白質和糖含量。

Goldsworthy 本人曾在80年代做過不少電氣栽培的研究，他發現電氣栽培在某些情況下的確能促進植物生長，但是由於操作非常複雜，應用前景不太明朗。

Goldsworthy 和同事 Minas Mina 用高於天然電流幾倍的人工電流為煙草細胞通電，結果細胞按照人工電流的方向重新排列（細胞極化）。接着，Goldsworthy 和同事 Keerti Singh Rathore 為尚未分化的煙草細胞通電，電流為1-2微安。結果，培養皿中煙草的生長速度增加了70%。

事後，Goldsworthy 為這種方法申請了專利。可是它卻沒有得到商業重視，因為它的操作過於繁瑣了。

不過，如果電氣栽培的確有效，高壓電網附近的植物豈不是應該長勢良好？

Goldsworthy 説：“有時的確有這樣的零星報告，不過並不能確定這是電場的作用，因為在電線上休息的鳥類可能會給植物‘施肥’。”

中國農科院的電氣栽培電網

@劉濱疆/SCMP

眾説紛紜的理論

和電氣栽培的多舛命運類似，關於它的原理學術界也是眾説紛紜。

植物的確能受到電流的影響。比如氫離子、鈣離子和和鉀離子能夠在植物細胞之間流動，產生的電流大約是每平方釐米0.1微安。

又如，墨角藻的卵子上就有天然的電流，鈣離子會流入細胞的某個特定位點，這個位置最後就會發育為假根（rhizoid），一種類似於根一樣起到固定和支撐功能的結構。

墨角藻 Fucus vesiculosus

@wikipedia

燕麥苗也有天然的電流，而且電流的方向似乎和燕麥的生長方向有關，因為燕麥的生長方向總是平行於電流方向。

作為60-70年代活躍在電氣栽培領域的科學家，英國卡迪夫大學的植物學家 G.H. Sidaway 認為問題的關鍵在於光照的週期性（photoperiodicity）——在春季和秋季，植物對電磁場的反應不同。

他提出，秋播的作物不適合電氣栽培，因為它們的種子在發芽時，不會經歷春天時多變的氣候條件和土壤條件變化。英國電氣栽培委員會在1925年也注意到了秋播植物不適合電氣栽培的現象。

而在2006年，Goldsworthy 則提出，電場引發的反應，類似於植物對於雷雨天氣的反應。

他説，植物，尤其是生長在乾旱環境裏的植物要利用雷雨天的雨水，那些能夠對雷雨天快速反應的植物能夠更好地生存下來，從而被演化選擇。

雷雨天16千伏/米的電壓梯度是強降雨的良好信號。因此，電氣栽培的有效前提應該是雨水的配合，否則只會起到相反的結果。對於20年代美國電氣栽培實驗的失敗，Goldsworthy 的解釋是，試驗植物可能受到了沙塵暴的背景電場的影響。

中國農科院的電氣栽培温室

@劉濱疆/SCMP

而關於電氣栽培的原理，中國農業科學院的解釋是，高壓電能夠殺死空氣和土壤中的細菌和病毒，還會影響植物表面液滴的表面張力，加速水分蒸發。此外，電場還能促進植物體內的粒子運輸（比如碳酸氫鹽和鈣離子），增加二氧化碳吸收和光合作用。

劍橋大學的植物學家 Mark Tester 總結道，“在實驗室裏，植物生長當然受到電流的影響，這些電流可能和自然界的閃電類似。但是這背後的機理非常複雜。”

不論如何，劉濱疆教授對電氣栽培的未來十分樂觀，“最近的投資都來自私營企業，我們正在向其他國家，比如荷蘭、美國、澳大利亞和馬來西亞輸出技術。中國在這方面領先世界。”

如果電氣栽培真的性價比不錯，你的下一口米飯，可能是電大的哦。