春天里的故事

——記農用紅外分析儀的研制

王復興

1977年秋，我從毛主席紀念堂工程回到本單位北京分析儀器廠。粉碎“四人幫”后的興奮之情讓我有使不完的勁，但又不知如何干得更好。

一天，北京植物所的施定基來訪，說他準備做CO2施肥的研究，問我們能否為他制作一臺便攜式CO2分析器進行試驗。他說，國外通過CO2施肥能提高蔬菜產量。蔬菜的干物質是綠葉在光照下將空氣中的CO2和H2O進行光合作用獲得的。光合作用產生氨基酸和氧氣，氨基酸是形成各種有機物的基礎。適當增加CO2含量能提高光合作用的效率，蔬菜產量就能提高。這樣的施肥方式不僅提高產量，又減少了化學肥料施肥帶來的環境污染。

我和開發軍工產品的搭檔張堯海聽后很高興，兩人商定使用半導體紅外線氣體分析器的先進技術進行設計。因為在開發半導體紅外線氣體分析器時有一些剩余的零件，再補充加工一些零件配套，很快試制了一臺便攜式CO2分析器。北京的冬天蔬菜都生長在大棚里，是試驗的好時機。為了獲得CO2施肥的效果，施定基用鋼瓶CO2控制濃度，以芹菜為試驗對象，記錄在不同CO2濃度下的生長狀況。結果發現當大棚中的CO2濃度達到1200ppm時，增產效果最好。同樣的生長周期內，芹菜可增產30%。扣除CO2成本，還略有收益。這一研究成果在相關的植物雜志上發表了，遺憾的是因為當時農村人力和財力的問題，該成果并沒有被推廣應用。

正如古語說的“有心栽花花不開，無心插柳柳成蔭”，施定基的同窗于滬寧在做華北大平原3000畝高產實驗田的試驗，他想利用便攜式CO2分析器做田間的光合作用實驗。通過大田的光合作用效率的測量，可以預估小麥的產量。他和施定基來找我們商量，能否試制一臺適合測量植物光合作用的儀器。因為空氣中的CO2含量大約在330ppm左右，儀器的測量量程最好定為0～500ppm CO2。這就要求我們將原來的CO2分析器（量程0～3000ppm CO2）的測量靈敏度提高6倍。

我們對于能為農業增產出一份力感到鼓舞。雖然需要重新設計，但非常樂意，立刻著手研制這種儀器，并且申請到一個型號QGD-07（簡稱：農業紅外）。經過約半年的試驗，我們做出了一臺儀器拿到現場進行試驗，效果不錯。但是于滬寧反映使用不太方便，為了保證儀器的測量精度，必須帶兩瓶標準氣到現場對儀器進行零點和終點的校準。另一方面，儀器是交流220V供電的，而大田中沒有電源，為了使用儀器必須拉一根很長的電源線，不僅不方便，有的地方離電源很遠，無法使用。

因此，我們改進設計，在儀器內部增加一個泵，儀器外部增加一個吸收CO2的過濾器。使用時，利用儀器內部安裝的氣體泵自動抽取空氣，還可用調節閥控制流量，提供測量光合作用的重要參數空氣流量。在需要調零時，將氣路接成閉環回路。氣路中的氣體在循環流動過程中，其中的CO2被過濾器完全吸收，形成“零氣”，免去了校準儀器零點的標準氣。同時我們又設計了直流-交流變換器，用24節鎳蓄電池通過振蕩產生220V交流電，可以對儀器供電3小時。儀器做完試驗后回到實驗室再充電，為下次試驗做準備。通過此番改進，儀器到現場只要帶一瓶量程氣就可以工作了。

農業紅外的研制成功，讓大家都很高興。施定基讓我們更多地接觸一些農業科研部門，帶我到東北去訪問特產研究所（簡稱：特產所）。特產所位于吉林省左家自然保護區，四面環山，中間是個盆地。初秋時節，眺望四周，山上還是綠翠繽紛，有些樹葉開始變色，黃色的、紅色的，星星點點躲藏在綠葉之中，景色美極了。

特產所的同仁介紹說，所里種植有數十種名貴藥材，還養殖了糜鹿、梅花鹿、紫貂和丹頂鶴等名貴動物。“文革”前，許多中央領導來所里參觀時，丹頂鶴在所門前排成兩行，令人心曠神怡。我們參觀了養鹿場和紫貂飼養場，重點去參觀了藥用植物種植園地。黨參、三七、白術、土枸杞、紫蘇、杜衡、白芷、金銀花、黃連等各種中草藥植物，生長得都很好。

我的植物知識匱乏，看到各種藥用草本植物的葉子形狀各異，想著如何使用儀器。在人參種植園，他們介紹說人參是多年生植物，生長環境必須土質肥沃、陽光微弱。因此，種植過一次人參的土地，需要3～5年后才能使用。我看到人參種植園上方有塑料頂棚，他們說是為了留下有效的光譜成分和得到合適的光照強度，可以提高人參產量。在談到如何使用儀器進行科研時，他們說必須要有適合于不同葉片的葉室才能得到最佳的測量數據。即使是糧食作物小麥和玉米，小麥的葉片細長，玉米的葉片寬大，葉室的規格也是完全不同的，必須單獨設計。提供儀器，最好能夠根據用戶的使用對象提供配套的葉室。他們的建議使我認識到，要做成一件事并不簡單。

晚上，他們用所里自制的酸葡萄酒招待我們。濃濃的酸葡萄酒，竟如糖水般甜。其實酒精度很高，不知不覺我們都喝醉了。第二天，所里又陪我們參觀他們生產的產品，有人參酒、鹿茸酒和各種參茸制品，真是大開眼界。我深深體會到，科學的春天一旦到來，人的創造力一定是無比巨大的。

結束了特產所的訪問，我們又訪問了遼寧省農科院。除了受到他們的歡迎外，對儀器的建議也是希望能夠配套得更齊全些。難忘的是主人用他們培育的無籽西瓜招待我們，說這是專門為我們留的，甜度可達6%～8%。吃起來，西瓜果然像加了糖似的。

回到單位，我建議廠里安排農業紅外的投產。因國家對農業的投資較少，農業科研院所和農業大學經費有限，價格不能定得太高。為了使農業院校能買得起，基本上以生產成本計算，一臺儀器定價才3000元。農業紅外總的需要量估計只有數百臺，這對于我們生產高精尖產品的工廠來講，技術復雜產值又低，裝配車間不好安排生產。

我正好每周有一次講課，為教育科培訓電裝工和調校工的電子線路知識，發現廠辦技校的加工車間生產任務不飽滿，老師的工作量也不飽滿。他們需要找點活干，一方面可以培養學生的動手能力，另一方面還可以增加收入。我向生產科建議，在技校生產加工可以降低成本。同時說服技校老師，建議將農業紅外的生產安排在技校，得到了生產科和技校的支持。為了使技校老師很快掌握儀器的生產技術，我編寫了一些資料，介紹儀器工作原理和電子線路的設計知識。同時編寫了詳細的調校規程，每一個部件（光學部件、自動增益放大器、觸發分離器、信號處理器、電源部件）都有方便有效的調校方法。經過短期培訓和我親自傳幫帶，技校老師們很快掌握了儀器的生產技術，農業紅外終于可以批量生產了。我們還利用技校的加工能力，根據用戶需要，加工一定規格的葉室，滿足科研需要。

農業紅外為各農業科研院所和大學提供了一種科學試驗的設備，但要用好這些設備必須掌握其使用方法和簡單的維修技術。為此，我們訪問了許多農業科研院所和大學，并多次主辦農業紅外學習班。那時出差是很辛苦的事，火車票很難買。我記得有一次到福州去辦學習班，買不到臥鋪，為了趕時間，我和助手小李買了坐票，整整坐了2天2夜火車。一到福州，洗個臉就開始講課，學員們都很感動，聽課非常認真。

福建林科院的林博士對我說，他從國外拿到一個科研項目，研究地球上CO2變化的趨勢。他準備在森林中建一個監測點，長期測量CO2濃度值。因為這種變化是非常小的，要求儀器的測量精度非常高，要精確到0.1ppm。這是一個新的應用，我認為農業紅外滿足不了他的要求，就給他推薦了另一種高精度的紅外線CO2分析儀。他按我的意見買了QGS-08紅外。

農業紅外的廣泛使用，推動了光合作用研究的深入。科研人員開始是在室外、田間進行研究，一年只能做一次試驗。為了多做一些試驗，他們必須到海南島去育種，一年最多也只能做2～3次，而且受到天氣變化的影響，測試的數據要得出結論需要很長時間。數年后，我再參觀一些農科院所，他們都建造了比較現代化的光合作用實驗室，由燈光控制照度，有葉面積、氣體流量、照度、溫度、濕度、CO2和O2的測量，測量結果可直接計算出葉片單位面積光合作用的效率。用盆栽培育品種的植物可安放在光合作用實驗室中，在相同的環境下測量植物的光合作用能力，篩選好的品種。一年可以進行多次試驗，加快了育種步伐，許多農科院所培養出了優良品種。

在我所接觸的農業科研人員中，總忘不了江西省農科院的王文鑫。他到北京來參加學習班后，又參觀了北京一些農業科研院所，交流經驗，直到身無分文。從我這里借了路費回去后，他不辭辛苦，連續工作進行試驗，培育水稻品種，取得了顯著成績。他經常告訴我他的工作進展，我為他高興。但在他還沒有取得最終成果時，身體垮了，得了肺癌。直到單位把他送到上海治療，他還是念念不忘試驗工作。當噩耗傳來，我久久不能平靜。我想，我們這一代人迎來科學的春天太晚了，我能趕上改革開放的時代，還是幸福的。

作者簡介

王復興，江蘇常州人，1939年生，教授級高級工程師。1962年畢業于南京大學物理系固體物理專業，分配到北京分析儀器廠（簡稱：北分）工作，先后在設計科、分析儀器研究所從事開發和設計。曾任紅外部主任、紅外研究室主任、北分副總工程師、北分麥哈克總工程師、西克麥哈克總工程師；曾兼任中國光學協會常務理事、紅外專業委員會副主任委員，北京市電子儀表專業高級職稱評委和機械行業高級技師評委。現任《分析儀器》編輯部審稿專家組成員。