農(nóng)業(yè)包括種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)(國(guó)外多將農(nóng)業(yè)與食品歸為一個(gè)領(lǐng)域)。與其他領(lǐng)域一樣，科學(xué)儀器和檢控儀器，作為信息技術(shù)的源頭，也必然是農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的“摧化劑”、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展的“倍增器”。如今科學(xué)測(cè)試和檢控儀器已滲透到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的各領(lǐng)域和環(huán)節(jié)(見附表1)，既涉及動(dòng)植物本體的性狀、生理、生態(tài)和環(huán)境因子及其產(chǎn)品品質(zhì)的測(cè)試分析，也涉及產(chǎn)品在儲(chǔ)運(yùn)、保鮮和加工中的檢控。過去有一種錯(cuò)覺、多認(rèn)為農(nóng)業(yè)比較粗放，對(duì)儀器的技術(shù)要求不高、品種不多，其實(shí)農(nóng)業(yè)各方面需分析測(cè)試和檢控的對(duì)象極廣泛，從動(dòng)植物群體、個(gè)體到細(xì)胞、基因、分子，從有機(jī)到無機(jī)，從檢測(cè)生態(tài)環(huán)境到模擬甚至創(chuàng)造特定的生態(tài)環(huán)境，其對(duì)象多是生物體，而使用條件又比工業(yè)使用環(huán)境更惡劣的田間、現(xiàn)場(chǎng)。所以，在農(nóng)口凡屬較深層次的科技項(xiàng)目和較大規(guī)模的精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，當(dāng)今我國(guó)科學(xué)儀器的許多技術(shù)指標(biāo)、性能、應(yīng)用條件尚難滿足實(shí)際需求。但是，我國(guó)儀器儀表行業(yè)歷經(jīng)波折和努力之后、還是取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。據(jù)我們對(duì)農(nóng)業(yè)和食品業(yè)抽樣統(tǒng)計(jì)，按臺(tái)數(shù)計(jì)算、省級(jí)和地(市)級(jí)國(guó)產(chǎn)儀器占有率約占70%以上，而縣級(jí)部門幾乎都用國(guó)產(chǎn)儀器?，F(xiàn)以農(nóng)業(yè)幾個(gè)方面和我國(guó)已公布實(shí)施的農(nóng)業(yè)和食品業(yè)的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為例，概述幾種通用的分析儀器在農(nóng)業(yè)和食品業(yè)應(yīng)用狀況和法定地位，提出農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化對(duì)科學(xué)儀器的新需求，以及振興我國(guó)科學(xué)儀器、研發(fā)農(nóng)業(yè)專用儀器具體建議。

 表1 各類科學(xué)測(cè)試、控制儀器在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

　　2. 幾種通用分析儀器在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用狀況

　　2.1 通用分析儀器在農(nóng)業(yè)常規(guī)分析測(cè)試中的應(yīng)用。[2,3,4]

　　通用分析儀器仍然是農(nóng)業(yè)常規(guī)分析測(cè)試的主體，附表2～6概述了5個(gè)方面的幾種主要分析儀器的應(yīng)用狀況，該表是依據(jù)1999年以前的文獻(xiàn)歸納的，其中尚缺Icp發(fā)射光譜儀和原子熒光光譜儀的統(tǒng)計(jì)資料，但是從中仍可見出光譜儀和色譜儀是農(nóng)業(yè)常規(guī)分析手段的主體地位?？茖W(xué)儀器在我國(guó)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣闊的市場(chǎng)。

　　表2 分析儀器在土壤肥料分析中的應(yīng)用

　　表3 分析儀器在農(nóng)藥及其殘留分析中的應(yīng)用

　　表4 分析儀器在農(nóng)、牧、魚業(yè)產(chǎn)品和食品分析中的應(yīng)用

　　表5 分析儀器在植物生化分析和生物技術(shù)中的應(yīng)用

　　表6 分析儀器在飼料分析中的應(yīng)用

　　2.2 從我國(guó)已公布的與農(nóng)業(yè)直接相關(guān)的幾個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、看科學(xué)儀器應(yīng)用的法定地位。

　　有人說市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)就是用法律和法規(guī)調(diào)控和規(guī)范化的經(jīng)濟(jì)。國(guó)內(nèi)外制訂的一系列標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和消費(fèi)的法規(guī)組成部分，與農(nóng)業(yè)和食品有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)更是關(guān)系著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民身體健康和提高產(chǎn)品國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。這些標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)地規(guī)定了應(yīng)檢測(cè)的組分(成分)、分析測(cè)試的方法和儀器，然而無論是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、還是國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都是最關(guān)鍵、最基本的要求，相關(guān)檢驗(yàn)方法和儀器雖不代表當(dāng)今的最新水平(需經(jīng)充分驗(yàn)證、認(rèn)同、普及)，但必然是最經(jīng)典的、公認(rèn)的、各層次易實(shí)現(xiàn)的，也最具法定地位的?？茖W(xué)儀器在其中被譽(yù)為“物化法官”?，F(xiàn)例舉4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中所確定的分析方法和儀器。隨著經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展、技術(shù)監(jiān)督和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)密，相關(guān)的技術(shù)裝備和人員素質(zhì)的提高，必須更多、更先進(jìn)的現(xiàn)代科學(xué)儀器和分析方法列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之中。

　　2.2.1. 糧油作物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用的分析方法與儀器

　　糧食作物約30多種、油料作物11種，相應(yīng)的檢驗(yàn)方法(標(biāo)準(zhǔn))目前有90多個(gè)，其中除去涉及形態(tài)、色澤、純度等物理性狀和味感檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)之外，針對(duì)不同作物、不同組份需用分析儀器檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)有50多個(gè)，如以檢驗(yàn)組份歸納，即如表7所示。

　　表7 糧油作物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用的分析方法與儀器

　　2.2.2 蔬菜及其制品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用的分析方法與儀器

　　人們廣為食用的蔬菜有20多種、并有相應(yīng)的脫水、速凍、鹽漬、油漬和罐頭制品、質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)中，除與種類有關(guān)的各不相同的形態(tài)、色澤、質(zhì)地、成熟度以及其他感官指標(biāo)之外，還有4大類具有共性的重要理化指標(biāo)，即營(yíng)養(yǎng)成份、有害元素、農(nóng)藥殘留和特殊品種的特定標(biāo)準(zhǔn)，這些都需用分析儀器檢測(cè)，可概要?dú)w納如表8所示。

　　表8 蔬菜及其制品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中所運(yùn)用的分析方法與儀器

　　2.2.3 畜禽產(chǎn)品、水產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用的分析方法與儀器

　　畜禽產(chǎn)品和水產(chǎn)品種類多、制成品更多，消費(fèi)量也越來越大，所以對(duì)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、動(dòng)物疫病、微生物、農(nóng)藥和獸藥的殘留、環(huán)境污染等為當(dāng)今世人十分關(guān)注， 除了仍重視感官指標(biāo)的檢驗(yàn)之外，將更多地依賴于用科學(xué)儀器檢驗(yàn)，且其指標(biāo)、方法不斷地修訂增補(bǔ)，所以檢驗(yàn)中所運(yùn)用的分析方法與儀器實(shí)難用有限篇幅說清，現(xiàn)僅選一些已廣為重視的理化指標(biāo)的檢驗(yàn)例子，予以簡(jiǎn)釋，如表9所示。

　　表9 畜禽產(chǎn)品、水產(chǎn)品檢驗(yàn)中應(yīng)用的分析方法與儀器

　　2.2.4 獸藥檢驗(yàn)和監(jiān)督中現(xiàn)代分析方法和科學(xué)儀器的作用

　　我國(guó)最新獸藥典(2000年版)已頒布實(shí)施，收載了化藥、抗生素、生物制品469種和中藥材、成方制劑656種，詳細(xì)地規(guī)范了獸藥鑒別、檢查、含量(效價(jià))測(cè)定等標(biāo)準(zhǔn)，表10和表11即為以化藥為例，列出了各種分析方法和儀器在鑒別獸藥的真?zhèn)渭捌溆行С煞?效價(jià))測(cè)定時(shí)的應(yīng)用情況。

　　表10 各種分析方法和儀器在化藥鑒別中被選用情況(種、次)

　　表11 各種分析方法和儀器在有效成份(效價(jià))測(cè)定中被選用情況(種、次)

　　從表10和11中看，雖然一般化學(xué)鑒別法和化學(xué)分析法仍占主導(dǎo)地位，但正如該藥典前言中指出的“現(xiàn)代分析技術(shù)在本版藥典中得到進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用，高效液相色譜法、氣相色譜法、薄層色譜法等、較第一版有大幅度增加”。這是與我國(guó)國(guó)情、基礎(chǔ)有關(guān)，隨著我國(guó)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，技術(shù)裝備和藥檢人員素質(zhì)提高，現(xiàn)代儀器分析方法必將成為主導(dǎo)地位，這已為“中華人民共和國(guó)藥典”中所規(guī)定采用現(xiàn)代儀器分析的發(fā)展(見表12)和美國(guó)FDA標(biāo)準(zhǔn)所證實(shí)。此外，中藥是我國(guó)祖?zhèn)髦畬?、為發(fā)楊光大，有待用現(xiàn)代分析儀器和方法，特別是用傅里葉變換光譜儀深入地、全面地鑒別、分析中藥材和成方藥，建立具有我國(guó)科技創(chuàng)新特色的中藥紅外指紋圖庫，必將引起我國(guó)學(xué)界和有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門的高度重視。

　　表12 各版藥典規(guī)定使用現(xiàn)代儀器檢驗(yàn)藥品種數(shù)

　　3. 農(nóng)業(yè)科技發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化對(duì)科學(xué)儀器的需求和展望

　　農(nóng)業(yè)測(cè)試分析的對(duì)象從有機(jī)到無機(jī)面很廣，且多為天然樣品，多組份共存、背景干擾嚴(yán)重、生物樣品不均勻性，且測(cè)試分析的組份涉及人體健康，因而除常規(guī)分析之外，還有大量屬于微量級(jí)、痕量級(jí)甚至超痕量級(jí)的分析。此外，除組份分析，還需做結(jié)構(gòu)分析，所以農(nóng)業(yè)科技發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中所需用的科學(xué)儀器，可說涵蓋了當(dāng)今所有分析測(cè)試儀器，現(xiàn)從農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需求出發(fā)，提出以下淺見和建議[5、6、8]。

　　3.1 色譜儀和光譜儀仍然是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用面廣、量大的科學(xué)儀器，建議運(yùn)用已有基礎(chǔ)，抓住國(guó)產(chǎn)儀器薄弱的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高我國(guó)色譜儀和光譜儀的技術(shù)水平。

　　3.1.1 關(guān)于色譜儀有待進(jìn)一步突破的關(guān)鍵技術(shù)的建議

　　農(nóng)業(yè)分析測(cè)試對(duì)象大量屬有機(jī)物，故色譜儀及其分析方法應(yīng)用得很廣，需求量將不斷增加，問題是須更新進(jìn)樣、泵、氣路、柱等技術(shù)性能，以提高分離能力和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，應(yīng)著力提高檢測(cè)器的靈敏度和檢出限的水平，要研發(fā)近幾年來國(guó)外已商品化的多種高靈敏度檢測(cè)器，例如氣相色譜中的Micro-ECD，檢出水平已達(dá)fg級(jí);PFPD檢測(cè)器對(duì)P、N、S的靈敏度都提高了10-100倍。液相色譜中高靈敏度掃描熒光檢測(cè)器、示差檢測(cè)器、電化學(xué)檢測(cè)器，以及農(nóng)業(yè)和食品業(yè)中特有需求的氨基酸分析儀等，我國(guó)都急待研發(fā)和商品化。

　　3.1.2 原子吸收光譜儀的性能有待進(jìn)一步提高

　　原子吸收分光光度計(jì)的石墨爐自動(dòng)進(jìn)樣器、塞曼背景校正和聯(lián)合扣背景技術(shù)以及多元素分析等技術(shù)都有待迅速趕上國(guó)外水平。

　　3.1.3 急待研發(fā)Icp發(fā)射光譜儀：

　　鑒于Icp發(fā)射光譜儀精度高、元素的檢出限比傳統(tǒng)的元素分析方法低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，而微量元素既是生物不可缺的養(yǎng)分之一，但是過量了則為毒害，故當(dāng)今人們對(duì)微量有毒的重金屬元素十分關(guān)注。目前農(nóng)業(yè)和食品業(yè)也正在裝備Icp發(fā)射光譜儀，可是國(guó)產(chǎn)品近乎空白，所以研發(fā)采用中階梯光柵和CCD(或CID、SCD)固體陳列檢測(cè)器的全譜直讀Icp儀，在國(guó)內(nèi)是很有市場(chǎng)前景的。

　　3.1.4應(yīng)進(jìn)一步完善紫外可見光分光光度計(jì)的技術(shù)指標(biāo)和功能

　　紫外可見光分光光度計(jì)是應(yīng)用面最廣的儀器，近幾年來國(guó)產(chǎn)品的技術(shù)躍進(jìn)喜人，建議進(jìn)一步降低雜散光和噪聲，提高吸光度測(cè)量范圍和精度，并在進(jìn)樣系統(tǒng)和分析軟件等方面下功夫，如同BECMAM、P-E、UNICAM等廠家那樣，開發(fā)、衍生出生物技術(shù)等專用的紫外分光光度計(jì)。

　　3.1.5. 應(yīng)將熒光分光光度計(jì)產(chǎn)業(yè)化

　　鑒于熒火分光光度計(jì)如今也已成為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)儀器之一，而國(guó)內(nèi)的研發(fā)起步較晚，僅有少數(shù)大學(xué)和科研單位研究過此產(chǎn)品、也出了一些研究成果，但未見成功的產(chǎn)業(yè)化，建議予以重視。

　　3.1.6. 應(yīng)走出紅外光譜儀的延誤區(qū)，發(fā)展傅里葉變換紅外光譜儀

　　近幾年來、隨著光的干涉機(jī)制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，色散型紅外分光光度將很快地被高分辨率、高精度、低噪音、高速掃描、信息含量豐富的傅里葉變換紅外光譜儀所代替，國(guó)內(nèi)瑞利分析儀器廠早已起步研發(fā)和小批量生產(chǎn)，可惜其進(jìn)展和水平的提高與國(guó)際上的迅猛發(fā)展以及國(guó)內(nèi)需求不大相適應(yīng)，以農(nóng)、林口而言、近幾年為了進(jìn)行藥物、毒物的分析以及近紅外區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分析、大約引進(jìn)了50多臺(tái)(其中部份包含近紅外配置)，所以發(fā)展傅里葉變換紅外光譜儀應(yīng)是大勢(shì)所趨。

　　3.2. 農(nóng)、林口也在呼喚質(zhì)譜儀和聯(lián)用儀

　　5年前我國(guó)只有少數(shù)農(nóng)業(yè)科研單位應(yīng)用質(zhì)譜儀和聯(lián)用儀，隨著農(nóng)、林業(yè)科技發(fā)展，為測(cè)定生物大分子，研究天然產(chǎn)物中化合物結(jié)構(gòu)，研究代謝產(chǎn)物，檢測(cè)農(nóng)、林、牧、漁業(yè)產(chǎn)品中有害的有機(jī)物污染，測(cè)定農(nóng)藥獸藥殘留和超微量級(jí)重金屬對(duì)農(nóng)、林業(yè)環(huán)保和人身健康的影響、都十分引人關(guān)注，例如1999年震驚世界的劇毒致癌物二噁英污染畜禽產(chǎn)品事件，近來世界上又爆出有關(guān)多氯聯(lián)苯(PCB)等致病化合物、以及導(dǎo)致內(nèi)分泌紊亂的化合物(EDC)等等，都促使世界各國(guó)對(duì)質(zhì)譜儀、色譜/質(zhì)譜聯(lián)用以及MS與光譜儀聯(lián)儀的急切需求，所以研發(fā)新型質(zhì)譜儀(MS)、突破接口技術(shù)、進(jìn)而完善GC/MS、LC/MS、GC/MS/MS、LC/MS/MS以及ICP/MS將是國(guó)內(nèi)外研發(fā)大型科學(xué)儀器的熱點(diǎn)之一。

　　3.3 應(yīng)盡快地將生命科學(xué)專用儀器設(shè)備的空白補(bǔ)上[5.9]

　　醫(yī)療和農(nóng)業(yè)是生命科學(xué)的二大領(lǐng)域，當(dāng)今發(fā)達(dá)國(guó)家都在爭(zhēng)奪21世紀(jì)生命科學(xué)的制高點(diǎn)，許多專家預(yù)言，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)將引發(fā)第二次綠色革命，它是可持續(xù)性發(fā)展、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高抗、高效農(nóng)業(yè)的技術(shù)支柱之一，但是生命科學(xué)和產(chǎn)業(yè)，從上游基礎(chǔ)研究到下游產(chǎn)業(yè)化，都依托于一系列生物技術(shù)專用儀器設(shè)備，其發(fā)展很快、技術(shù)含量高、也很貴，我國(guó)僅處起步階段。為迎接這一世紀(jì)性的學(xué)科和產(chǎn)業(yè)，我國(guó)也應(yīng)將其中常用的儀器列入研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃，例如：CO2培養(yǎng)箱、分子雜交箱，發(fā)酵罐(生物反應(yīng)器)等培養(yǎng)設(shè)備;各種離心機(jī)、層析儀、膜分離等分離純化儀器;DNA擴(kuò)增儀、各種電泳儀及圖像處理系統(tǒng)、DNA測(cè)序儀等分析、表達(dá)儀器;以及細(xì)胞融合儀、基因槍、顯微操作系統(tǒng)等基因?qū)雰x器。

　　近幾年來生物芯片技術(shù)突飛猛進(jìn)[10]，它是將成千上萬種具有生物識(shí)別功能的分子，有序地陳列在面積很小的基片上，與標(biāo)記的檢驗(yàn)分子反應(yīng)或雜交，再通放射自顯影、光化學(xué)、電化學(xué)、酶標(biāo)顯示或活性檢測(cè)，即可取得大量的十分豐富有用的生物信息，在農(nóng)業(yè)上有著廣闊的應(yīng)用天地。例如通過平行監(jiān)測(cè)基因表達(dá)譜進(jìn)行功能分析，能更確切地了解環(huán)境因子、抗病能力的基因表達(dá)影響，最終有可能免除進(jìn)行費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢的大田試驗(yàn)。另外生物芯片用于基因測(cè)序，可大大加快基因多態(tài)性鑒定，縮短了動(dòng)植物育種和新品種產(chǎn)生周期。

　　4. 為了進(jìn)一步轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)模式，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，走優(yōu)質(zhì)、高效、精細(xì)農(nóng)業(yè)之路，全面提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、滿足國(guó)內(nèi)需求、確保人民身體健康和迎接入世，急需引用已成熟的分析儀器和技術(shù)，加以外延、衍化、簡(jiǎn)化從而研發(fā)出一批實(shí)用、價(jià)廉、便攜式的農(nóng)業(yè)專用儀器。

　　縱觀世界農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程，可說經(jīng)歷了3個(gè)過程，即：一是為了吃飽、追求高產(chǎn);二是為了吃好，追求農(nóng)產(chǎn)品有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和口感;三是為了全面確保人們身體健康、則要求農(nóng)產(chǎn)品不僅優(yōu)質(zhì)，而且無公害。另外從迎接“入世”而言，我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品面臨的挑戰(zhàn)就是品質(zhì)不如國(guó)外同類產(chǎn)品，且農(nóng)藥、獸藥殘留和有害重金屬等安全指標(biāo)又常超標(biāo)，而其價(jià)格則不見得比國(guó)外低，所以形勢(shì)是很嚴(yán)峻。

　　為確保農(nóng)產(chǎn)品高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、無公害、各國(guó)國(guó)情不一、措施也不同，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家是加大農(nóng)業(yè)科研力度，培育新品種，推行科學(xué)種植和養(yǎng)殖措施，并以完整的法治體系確保產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)和無害。我國(guó)正處在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌期、無序、不講法制和道德，甚至野蠻經(jīng)營(yíng)運(yùn)作等負(fù)面現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重、暫且難免，所以我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域從品種到產(chǎn)品，再到餐桌上的食品，假、冒、偽、劣、害真是五毒俱全，從種子、生產(chǎn)環(huán)境、到農(nóng)藥獸藥的違禁生產(chǎn)和使用，以及超標(biāo)施用。政府對(duì)此極重視、正大力加強(qiáng)法治建設(shè)和執(zhí)法力度，但就我國(guó)國(guó)情而言，還必須有相應(yīng)簡(jiǎn)便、實(shí)用的檢驗(yàn)儀器和方法，以利于在源頭，即在生產(chǎn)、收購(gòu)、加工和營(yíng)銷現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，這也許可稱為具有發(fā)展中國(guó)家特色的“物化法官”吧!為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，除了上面已敘的對(duì)通用科學(xué)儀器有更高需求之外，還應(yīng)重視以下農(nóng)業(yè)專用儀器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

　　4.1. 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)速測(cè)儀

　　4.1.1優(yōu)質(zhì)小麥品質(zhì)速測(cè)儀

　　我國(guó)小麥年產(chǎn)量已達(dá)1億多噸，居世界之首。但品種多而雜，且大多僅適于做饅頭、面條，缺乏做面包和餅干、糕點(diǎn)的強(qiáng)筋和弱筋小麥，所以出現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)小麥?zhǔn)袌?chǎng)疲軟，而每年進(jìn)口優(yōu)質(zhì)小麥300-500萬噸，對(duì)此只有從育種、繁種、種植、收購(gòu)和加工全面實(shí)施優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)措施，關(guān)鍵之一就是要有品質(zhì)速測(cè)儀代替當(dāng)今憑感官、經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)辦法。近年引進(jìn)的小麥品質(zhì)測(cè)定儀品種很多，也很昂貴，我認(rèn)為可借用已成熟的粘度計(jì)和糊化特性測(cè)定的機(jī)理、研發(fā)小麥品質(zhì)速測(cè)儀，也許是捷徑之一。

　　4.1.2 稻米品質(zhì)速測(cè)儀

　　我國(guó)稻谷產(chǎn)量已達(dá)2億多噸，居世界首位，但因品質(zhì)欠佳、產(chǎn)稻大省積壓稻米達(dá)1500多萬噸，而市場(chǎng)走俏的是泰國(guó)米，其中除營(yíng)養(yǎng)成份略有差別外，主要的是直、支鏈淀粉比例差異較大，也即粳性和糯性口感差異很大，在國(guó)標(biāo)中確定用碘試劑與淀粉反應(yīng)，根據(jù)直鏈淀粉生成藍(lán)色復(fù)合物，而支鏈淀粉生成棕紅色復(fù)合物，用分光光度計(jì)即可測(cè)定二者比例，確定稻米品質(zhì)，故依此機(jī)理，完全可研發(fā)出專用的分光光度計(jì)，作為稻米品質(zhì)速測(cè)儀。

　　4.1.3 賴氨酸測(cè)定儀

　　賴氨酸是人體和畜禽必需從食物和飼料中吸取最重要的氨基酸養(yǎng)分之一，也是評(píng)價(jià)稻、麥、豆類作物、糧食和飼料的重要指標(biāo)之一，國(guó)標(biāo)中確定用染料結(jié)合法測(cè)定，即運(yùn)用偶氮磺酸作為染料與樣品中賴氨酸結(jié)合、顯色，用分光光度進(jìn)行測(cè)定。80年代初國(guó)內(nèi)運(yùn)用上述機(jī)理研發(fā)和小批量生產(chǎn)過這種儀器，但因未能及時(shí)更新結(jié)構(gòu)和性能陳舊而停產(chǎn)，現(xiàn)在應(yīng)有足夠條件研發(fā)新一代儀器了。

　　4.1.4 優(yōu)質(zhì)油菜速測(cè)儀

　　傳統(tǒng)的油菜品種中含有較高的芥酸和硫甙，不利于人們健康，且餅粕也不能代替糧食用作飼料，經(jīng)典的檢驗(yàn)方法是采用氣相和液相色譜儀，顯然是不適用于油菜生產(chǎn)、收購(gòu)、加工等基層單位。為此，中國(guó)農(nóng)科院油料所和院儀器設(shè)施技術(shù)服務(wù)中心聯(lián)手，運(yùn)用了特征酶顯色反應(yīng)比色法和比濁法，研發(fā)并小批量生產(chǎn)了優(yōu)質(zhì)油菜速測(cè)儀。

　　4.1.5近外品質(zhì)分析儀

　　自從70年代美國(guó)農(nóng)業(yè)部實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了近紅外品質(zhì)分析儀以來，由于具有不需進(jìn)行繁雜的樣品前處理，即可快速分析測(cè)試農(nóng)產(chǎn)品各種組份，甚至能直接測(cè)試完整的籽粒，不久該儀器和技術(shù)又延伸到化工產(chǎn)品分析、并實(shí)現(xiàn)工業(yè)在線分析，所以它成為近十多年來光譜儀和分析技術(shù)的熱點(diǎn)之一，顯示出強(qiáng)勁的勢(shì)頭。我國(guó)從80年代初期至今經(jīng)歷了開始引進(jìn)→有些失望→滿懷期望→受外商欺騙→進(jìn)入低谷→重新認(rèn)識(shí)→確切掌握→爭(zhēng)相引進(jìn)的四起三落的過程。鑒于其特有的優(yōu)點(diǎn)，且應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，所以當(dāng)今國(guó)際上生產(chǎn)近紅外光譜儀的廠家都已在我國(guó)搶灘登陸、推出不同的類型、檔次、用途的系列產(chǎn)品，這也帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)的研發(fā)熱潮，石化研究院在陸婉珍院士主持下成功地研發(fā)并批量生產(chǎn)了應(yīng)用于石化系統(tǒng)的近外光譜儀，并對(duì)近紅外分析方法作了系統(tǒng)研究[11] ，但適用于農(nóng)產(chǎn)品近紅外快速品質(zhì)分析儀至今國(guó)內(nèi)尚未見成熟的、可產(chǎn)業(yè)化的樣機(jī)，據(jù)有關(guān)部門透露、約有7-8家企業(yè)和單位涉足此項(xiàng)研發(fā)工作，按說“眾人拾柴、火焰高”是件好事，但我建議應(yīng)力戒“一擁而上，定位不準(zhǔn)、收效甚微”的弊病，特呼請(qǐng)有關(guān)方面扎扎實(shí)實(shí)地推進(jìn)此項(xiàng)研發(fā)工作。在實(shí)施方案上，我和中國(guó)農(nóng)大嚴(yán)衍祿教授多次商議并建議在硬件研發(fā)上宜分3個(gè)層次：

　　(1) 先研發(fā)面向基層的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外分析儀，為簡(jiǎn)便、實(shí)用和價(jià)廉，可采用發(fā)光二極管，配以干涉濾光片的長(zhǎng)光程、透射式、短波近紅外光譜儀;

　　(2) 以第一個(gè)層次為基礎(chǔ)、配合不同探頭技術(shù)，研發(fā)適用于快速測(cè)定蔬菜、瓜果、牛奶、畜禽和水產(chǎn)品鮮樣的速測(cè)品質(zhì)儀;

　　(3) 采用聲光調(diào)制或傅里葉變換等新技術(shù)，研發(fā)農(nóng)業(yè)科研教育單位實(shí)驗(yàn)室用的研究型近紅外品質(zhì)儀。

　　在軟件方面，應(yīng)充分運(yùn)用我國(guó)已有一定優(yōu)勢(shì)[12]，且已先后被國(guó)外多廠家和國(guó)內(nèi)十多單位應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型、分析軟件，包括已收集了5000多份農(nóng)產(chǎn)品近紅外光譜庫，建立面向用戶和生產(chǎn)廠家的建模中心(或稱農(nóng)業(yè)近紅外分析技術(shù)協(xié)作網(wǎng))。

　　此外國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，還確定利用糧食與對(duì)苯二胺反應(yīng)，根據(jù)顯色(即活性)可檢驗(yàn)糧食新舊;利用谷物中色氨酸與二甲胺基甲醛反應(yīng)生成藍(lán)色化合物，即可用光度法測(cè)定色氨酸。由此可推想、許多農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)速測(cè)儀，即由簡(jiǎn)易的輸液泵(輸入樣品和試劑)、反應(yīng)器皿、不同光程的比色皿，固定波長(zhǎng)的單色器、配以單片機(jī)完成曲線擬合、固化、校正、輸出等，即可構(gòu)成單組份或多組份傻瓜機(jī)式的品質(zhì)速測(cè)儀。

　　4. 2. 農(nóng)藥、獸藥殘留速測(cè)儀

　　農(nóng)藥、獸藥殘留對(duì)人們身體健康構(gòu)成的威脅是當(dāng)今世人關(guān)心的熱門問題，我國(guó)這方面出現(xiàn)的問題也相當(dāng)嚴(yán)重。據(jù)報(bào)導(dǎo)[13]，由于我國(guó)茶葉中農(nóng)藥殘留超標(biāo)，將影響我國(guó)二分之一出口量，僅閩、蘇、浙3省茶農(nóng)收入將損失10～20億元。又如某省對(duì)5個(gè)菜市場(chǎng)檢驗(yàn)、48個(gè)菜樣中竟有44個(gè)不合格，其中高毒農(nóng)殘檢出率達(dá)30%。北京市部分市場(chǎng)檢測(cè)，有18%的農(nóng)產(chǎn)品有害物殘留量超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，京郊自產(chǎn)蔬菜中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留超標(biāo)率為17%，而外埠進(jìn)京蔬菜超標(biāo)率達(dá)69%。近年來政府三令五申禁止在飼料中濫用促生激素、抗生素和一些化學(xué)合成物，但對(duì)5個(gè)省調(diào)查，發(fā)現(xiàn)違禁藥品檢出率仍高達(dá)19.8%。由于吃了用激素、生長(zhǎng)素飼養(yǎng)的畜、禽、水產(chǎn)品和農(nóng)殘超標(biāo)的蔬菜、糧食，會(huì)導(dǎo)致婦女更年期紊亂、孩子性成熟加快，男人生育能力降低，以及引發(fā)出其他病變和中毒事件。鑒于藥殘和其他有毒物的檢出限要求很低，要檢測(cè)痕量，甚至超痕量級(jí)藥殘和違禁藥物確需要GC、HPLC，甚至色/質(zhì)聯(lián)用儀[8]，但是為了實(shí)施從生產(chǎn)、加工、營(yíng)銷等源頭和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，全面實(shí)施無公害、無污染的綠色農(nóng)業(yè)、綠色食品。對(duì)我們發(fā)展中國(guó)家來說，確實(shí)急需研發(fā)和生產(chǎn)便攜式、實(shí)用、快速且價(jià)廉的速測(cè)儀，這是帶有中國(guó)特色的要求，難度也較大。估計(jì)最有前途的是利用微型色譜、微型毛細(xì)管電泳以及生物芯片、特種生物傳感器等。但是最現(xiàn)實(shí)可行的、且國(guó)內(nèi)已有一些科研單位和企業(yè)已經(jīng)研發(fā)和投入使用的是利用專一性、特征性酶反應(yīng)(顯色反應(yīng))和運(yùn)用酶催化動(dòng)力學(xué)光度法，以及試用薄層析等方法，這些方案和方法，都已顯示出儀器設(shè)備和試劑成本低、測(cè)定快速的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步工作應(yīng)使儀器使用更簡(jiǎn)便、傻瓜機(jī)化，且檢出限應(yīng)與我國(guó)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接近。

　　4.3. 土壤肥料速測(cè)儀

　　這也是發(fā)展高產(chǎn)、精細(xì)、高效農(nóng)業(yè)所需的儀器。土壤主要養(yǎng)分是指氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀以及酸堿度，含鹽量等，利用通用儀器是可構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室土肥分析系統(tǒng)，但不僅價(jià)高，且操作復(fù)雜，難于普及。早在80年代初國(guó)內(nèi)就將光電比色計(jì)、酸度計(jì)組合成土肥速測(cè)儀，但因當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)處理部件太昂貴，難于采用，故上述簡(jiǎn)單組合的儀器并未體現(xiàn)出簡(jiǎn)便、實(shí)用、價(jià)廉的特點(diǎn)，故未得到普及和提高。但是國(guó)外卻不斷更新并推出兩類土壤養(yǎng)分速測(cè)儀。

　　(1) 將分光光度計(jì)與酸度有機(jī)地組合和簡(jiǎn)化，配以單片機(jī)完成簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理，構(gòu)成傻瓜機(jī)式的直讀土壤養(yǎng)分速測(cè)儀。其機(jī)理仍然采用奈氏試劑比色法測(cè)定銨態(tài)氮;采用硝酸酚比色法測(cè)定硝態(tài)氮;采用磷鉬藍(lán)比色法測(cè)定速效磷;采用4苯硼鉀比濁法測(cè)定速效鉀;運(yùn)用酸度計(jì)和復(fù)合電極測(cè)定酸堿度。

　　(2) 與上述機(jī)理相類似，但做成與檢測(cè)組份相對(duì)應(yīng)20多種檢測(cè)試紙條，通過試紙條與樣品溶液中不同組份產(chǎn)生不同的顯色反應(yīng)，再用反射式光度表定量判讀出測(cè)定結(jié)果。這種由顯色試制紙與反射式光度表構(gòu)成的養(yǎng)分速測(cè)儀，可在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)地測(cè)定數(shù)十種有機(jī)物和無機(jī)離子，除適用于土壤養(yǎng)成測(cè)定之外還可速測(cè)水質(zhì)。

　　4.4農(nóng)作物生理、生態(tài)、環(huán)境因子測(cè)試分析儀[8]

　　這類儀器是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化必備的農(nóng)業(yè)專用儀器，既是培育新品種、研究不同生態(tài)環(huán)境下的栽培技術(shù)所必需、也是研究作物抗性(抗旱、澇、鹽、堿、蟲、病)所必需。我國(guó)開發(fā)大西北、發(fā)展旱地農(nóng)業(yè)，恢復(fù)植被和林木所必需，計(jì)有：有效光合作用輻射儀，光合作用測(cè)定儀、積溫儀、積光儀、葉面積儀、植物冠層分析儀，葉綠素測(cè)定儀，紅外遙測(cè)葉面/植被/地表面溫度計(jì)、蒸騰儀、植物效能儀、莖流儀、植物/土壤水勢(shì)儀、土壤水分計(jì)、農(nóng)用小型氣象站等。這些儀器技術(shù)難度并不大，國(guó)外均已商品化，我國(guó)幾乎一片空白，建議政府提供鼓勵(lì)性補(bǔ)貼或貸款，以形成精干的專業(yè)化廠家。

　　4.5 農(nóng)用自動(dòng)化總線系統(tǒng)

　　發(fā)展工廠化農(nóng)業(yè)，包括工廠化育苗、種植、養(yǎng)殖和水產(chǎn)品生產(chǎn)，是對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)進(jìn)行革命化轉(zhuǎn)變，使農(nóng)業(yè)擺脫自然環(huán)境制約，實(shí)施技術(shù)密集型精細(xì)農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的有力手段，這是農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的大趨勢(shì)。近幾年來我國(guó)塑料大棚、日光溫室、大規(guī)模集約式畜禽養(yǎng)殖和人工水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)發(fā)展很快，但其自動(dòng)化水平和技術(shù)含量都比較低，多數(shù)仍延用工業(yè)上已逐步淘汰的、自動(dòng)化儀表組合的方式。近年來國(guó)內(nèi)外工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)迅猛發(fā)展，其具有開放性、分散性、全數(shù)字通信以及測(cè)控智能化和優(yōu)化決策優(yōu)點(diǎn)，是過去組合式自動(dòng)化儀表所不可比的。為了促進(jìn)技術(shù)密集型的工廠化農(nóng)業(yè)，極需研發(fā)和生產(chǎn)農(nóng)用自動(dòng)化總線系統(tǒng)，其中包含兩層內(nèi)容：

　　(1) 去繁就實(shí)、研發(fā)和生產(chǎn)簡(jiǎn)便、價(jià)廉、實(shí)用的農(nóng)業(yè)自動(dòng)化總線系統(tǒng)，包括相應(yīng)的實(shí)用硬件和適用于不同應(yīng)用目的軟件和專家系統(tǒng)。

　　(2) 研發(fā)和生產(chǎn)適用于比工業(yè)使用環(huán)境更惡劣(如高濕、高溫、多塵…)、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、性能價(jià)格比優(yōu)良的傳感器，例如：溫度、濕度、光照、土壤干燥度，CO2、有機(jī)質(zhì)、pH值、氮、磷、鉀、溶氧值、風(fēng)速等等……傳感器。

　　4.6 農(nóng)、林、牧、漁專用儀器的研發(fā)前景是直接獲取和利用動(dòng)植物本身散發(fā)(表達(dá))出來的信息[8]

　　農(nóng)作物、樹木、畜禽、魚類等動(dòng)植物在其發(fā)育和生長(zhǎng)的過程中，無時(shí)無刻地發(fā)散信息，其本身就是豐富的信息源，探索、獲取至今尚未被重視或未弄清的，然而卻是大量的、非常有意義的生物信息。研究這些信息的內(nèi)涵及各種相關(guān)性，并利用它們開發(fā)出新一代的農(nóng)業(yè)專用儀器，這將有力地推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。近十多年來，國(guó)內(nèi)外都有不少探索和嘗試，如以研究植物生命臨界溫度構(gòu)成植物凍害儀;利用昆蟲觸角電位信息，研究昆蟲信息素結(jié)構(gòu)和藥理反應(yīng);利用獲取不同昆蟲聲信息(頻譜)、研制昆蟲計(jì);依據(jù)獲取植物體內(nèi)水分傳導(dǎo)產(chǎn)生的微小震波，研制出植物呼吸儀、檢測(cè)植物缺水性;也有研究生物體內(nèi)微小恒電流，并擬加以利用;而植物色信息利用，則早在我國(guó)50年代水稻專家陳永康總結(jié)出的栽培技術(shù)中，就有色信息的運(yùn)用;近來國(guó)內(nèi)已有學(xué)者議論、從植物莖、葉等活體液中，快速提取與植物生理、生態(tài)、病變、養(yǎng)份積累以及品質(zhì)預(yù)測(cè)等有關(guān)的豐富生物信息的設(shè)想;近年來又出現(xiàn)了電子鼻?？傊@方面目前尚處起步階段，但前景很廣闊。

　　以上種種事例說明農(nóng)、林、牧、漁業(yè)科研和生產(chǎn)中依靠人們感官獲取信息、人工處理信息的時(shí)代，必將為運(yùn)用科學(xué)儀器(包括傳感器)獲取信息，用計(jì)算機(jī)技術(shù)加工、處理和運(yùn)用的信息時(shí)代所代替，以科學(xué)儀器為信息源頭的信息技術(shù)將有力地推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程。