李明

超過95%的日本農戶僅在每年的5～12月生產草莓。盡管目前可實現(xiàn)草莓的周年生產，但由于塑料溫室的溫度管理比較困難，草莓產量較低。另外，周年生產草莓中夏季和冬季的溫度控制，無毒種苗和農藥的購買等也會給農戶帶來一定的負擔。人工光植物工廠可避免室外環(huán)境變化的影響，使室內環(huán)境終年保持在最佳水平，進而可實現(xiàn)草莓的周年生產。若使用種子繁育草莓，則可進一步實現(xiàn)農藥零使用，提高草莓的安全生產水平。隨著近年來草莓市場的發(fā)展，草莓成為一種較普通葉菜更有附加值的農作物，使用人工光植物工廠生產草莓也獲得了越來越多的關注。但熒光燈、LED等人工光植物工廠內的人工光源僅包含植物生長所必須的光，缺少與蜜蜂授粉活動相關的紫外線。紫外線是蜜蜂的導航光波，缺乏紫外線會造成蜜蜂采蜜的活躍性降低，使得蜜蜂授粉效率低下。由于目前還沒有草莓專用的人工授粉激素，多使用毛刷等物理方法進行人工授粉，授粉效率不高。為解決該問題，該研究開發(fā)了一種超聲波授粉裝置，來實現(xiàn)植物工廠內草莓的高效人工授粉。

當有物體阻擋超聲波時，與超聲波傳播方向相對應的物體表面就會產生壓力。超聲波可由超聲波換能器產生。但是單個超聲波換能器所產生的聲波輻射壓強較小。因此，需要將幾百個超聲波換能器組合在一起，構成相控陣，通過合理控制每個換能器的相位，將所有換能器產生的超聲波聚焦于空間上的某一點，即可產生數十毫牛的力。通過管理每個換能器的相位，則可以轉換超聲波相控陣的作用位置。該研究所開放裝置的相控陣的長度為17 cm，包含285個換能器，可產生40 kHz的超聲波頻率，在空間所產生的最大壓力為16 mN。壓力的大小可通過脈沖調節(jié)裝置調節(jié)。

根據測試研究，發(fā)現(xiàn)草莓花朵的典型震動頻率為30 Hz。該研究將超聲波相控陣的聲波頻率調整為30 Hz，并進行了試驗。整個試驗在人工光植物工廠內進行，所使用的光源為熒光燈。使用草莓種子育苗，育苗時間為50天。定植后35天開始授粉。試驗組使用非接觸式超聲波授粉裝置授粉，對照組使用震動授粉器授粉。在定植后55天開始收獲果實，共持續(xù)20天。試驗結果發(fā)現(xiàn)，對照組和試驗組的花芽數和花蕾數無顯著差異。與對照組相比，試驗組的坐果率為59%，除去重量不足或尺寸較小的果實后，該處理的收獲率可達到89%；而對照組的坐果率為73%，但是收獲率僅為35%。此外，試驗組草莓果實總重量是對照組的2倍，但是兩種處理的單顆草莓果實重量沒有顯著差異。

綜合以上分析結果，新開發(fā)的非接觸式超聲波授粉裝置相較傳統(tǒng)授粉方法對草莓生產更有利。在植物工廠內有較為廣闊的應用前景。

（摘譯自：Hiroshi SHIMIZU， Takayuki HOSHI， Nakamura Kenji， et al. Development of a non-contact ultrasonic pollination device [J]. Environmental Control in Biology， 2015， 53（2）： 85-88.）