水肥同施条件下棉花的磁场生物学效应研究

Targeted to the large-scale application of drip irrigation under plastic film from growing field crops, the cotton’s biological effect of magnetic field under water-fertilizer together application is studied. After the interaction between water-fertilizer mixed liquid medium and magnetic field, the research on magnetization mechanism, remanence effect and magnetic fertilizer coupling regulations is carried out. Additional, the impact on cotton growth situation is also analysed. The magnetic fields with different parameters applied to the water-fertilizer mixed liquid medium. Then, the liquid medium is controlled and dripped into the cotton root. Molecular distribution and change of free energy after magnetization treatment is studied, then the micro-structure’s change mechanism can be ensured . The relation between applied magnetic field and the physical parameters variation such as the liquid surface tension, viscosity, which can be obtained by micro-energy variation, and then magnetization mechanism of medium can be confirmed. Considering two factors of magnetization and flow，the relationship between the dynamic water-fertilizer mixed liquid’s magnetic field intensity and speed, applied magnetic field parameters is studied. The influence elements of remanence effect as well as the working time and space can be confirmed. Combining remanence effect and manure effect, the research on cotton’s magnetic fertilizer coupling under drip fertigation is carried out. Additional, the influence to cotton’s growth situation and quality as well as the immanent cause of this effect is also evaluated.

针对大田膜下滴灌技术的大面积应用，项目以水肥同施条件下棉花的磁场生物学效应为研究对象，对水肥融合液体介质与磁场交互作用后的磁化机理、剩磁效应、磁肥耦合规律，以及对棉花生长状态的影响进行研究。将不同参数的外加磁场作用于水肥融合液体介质，经过程控制后，滴施给棉花，研究经磁化处理后介质分子分布及自由能的变化，确定其微观结构的变化机理。由微观能量变化得出液体表面张力、粘度等物理参数变化与外加磁场的联系，确定其磁化机理。然后将磁化与流动二因素耦合，研究动态水肥融合液体的剩余磁场强度与流速、外加磁场参数之间的关系，明确其剩磁效应的影响因素以及作用的时间、空间。将剩磁效应与肥料效应结合，评价棉花在滴灌施肥生产条件下经磁化控制所产生的磁肥耦合效应以及对棉花生长状态及品质的影响，明确这种影响产生的内在原因。

水肥同施已成为棉花农业生产中一种新的水肥管理方式，通过空间磁场将水肥融合液体进行磁化，使其具有剩余磁性，继而滴施给棉花，会使棉花产生一系列磁场生物学效应。本项目主要围绕磁场作用于水肥融合液体的微观结构及理化参数变化、水肥融合液体的剩磁效应、棉花的磁场生物学效应开展了相关研究。.主要研究结果如下：（1）设计了稳态可控磁化装置，可实现对农用水肥融合液体的可控磁化；通过实验研究，确定了外加磁场对水肥融合液体微观结构及理化性质参数的影响，将磁场作用于水肥融合液体的微观结构变化与宏观理化性质影响相结合，初步明确了水肥融合液体经稳态磁场作用后的理化性质参数变化机理；提出了一种基于元学习器LSTM的元学习优化模型，实现了对磁化水肥融合液体的理化参数预测。（2）提出了一种基于条件生成对抗网络数据增强的水肥融合液体剩余磁场强度预测建模方法，实现了对磁化水肥融合液体的剩余磁场强度预测，确定了水肥融合液体剩磁效应作用的时间和空间。（3）以“新陆中36号、新陆早63号、新陆早79号”为试验材料，明确了磁化处理灌溉对棉花根系形态、生物量分布、根表面积垂直分布、根长垂直分布的影响；以“新陆早79号”为试验材料，明确了磁化处理灌溉对棉田根系土壤养分水平方向分布及垂直方向分布的影响；以“中棉99号”为试验材料，明确了水肥溶液不同磁场处理水平对棉花生物量累积与分配、氮素、磷素、钾素吸收利用的影响；以“新陆中36号、新陆早79号”为试验材料，确定了磁化处理灌溉对棉花农艺性状（株高、第一果枝高度、始节数、果枝数），产量性状（单株结铃数、单铃重、衣分、子指、衣指、子棉产量、皮棉产量），品质性状（上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值、整齐度指数、伸长率）的影响。.本项目的研究成果可为棉花的磁场生物学效应研究提供理论基础，为生物磁学技术在农业生产上的应用提供理论依据。