春天里的故事

——记农用红外分析仪的研制

王复兴

1977年秋，我从毛主席纪念堂工程回到本单位北京分析仪器厂。粉碎“四人帮”后的兴奋之情让我有使不完的劲，但又不知如何干得更好。

一天，北京植物所的施定基来访，说他准备做CO2施肥的研究，问我们能否为他制作一台便携式CO2分析器进行试验。他说，国外通过CO2施肥能提高蔬菜产量。蔬菜的干物质是绿叶在光照下将空气中的CO2和H2O进行光合作用获得的。光合作用产生氨基酸和氧气，氨基酸是形成各种有机物的基础。适当增加CO2含量能提高光合作用的效率，蔬菜产量就能提高。这样的施肥方式不仅提高产量，又减少了化学肥料施肥带来的环境污染。

我和开发军工产品的搭档张尧海听后很高兴，两人商定使用半导体红外线气体分析器的先进技术进行设计。因为在开发半导体红外线气体分析器时有一些剩余的零件，再补充加工一些零件配套，很快试制了一台便携式CO2分析器。北京的冬天蔬菜都生长在大棚里，是试验的好时机。为了获得CO2施肥的效果，施定基用钢瓶CO2控制浓度，以芹菜为试验对象，记录在不同CO2浓度下的生长状况。结果发现当大棚中的CO2浓度达到1200ppm时，增产效果最好。同样的生长周期内，芹菜可增产30%。扣除CO2成本，还略有收益。这一研究成果在相关的植物杂志上发表了，遗憾的是因为当时农村人力和财力的问题，该成果并没有被推广应用。

正如古语说的“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”，施定基的同窗于沪宁在做华北大平原3000亩高产实验田的试验，他想利用便携式CO2分析器做田间的光合作用实验。通过大田的光合作用效率的测量，可以预估小麦的产量。他和施定基来找我们商量，能否试制一台适合测量植物光合作用的仪器。因为空气中的CO2含量大约在330ppm左右，仪器的测量量程最好定为0～500ppm CO2。这就要求我们将原来的CO2分析器（量程0～3000ppm CO2）的测量灵敏度提高6倍。

我们对于能为农业增产出一份力感到鼓舞。虽然需要重新设计，但非常乐意，立刻着手研制这种仪器，并且申请到一个型号QGD-07（简称：农业红外）。经过约半年的试验，我们做出了一台仪器拿到现场进行试验，效果不错。但是于沪宁反映使用不太方便，为了保证仪器的测量精度，必须带两瓶标准气到现场对仪器进行零点和终点的校准。另一方面，仪器是交流220V供电的，而大田中没有电源，为了使用仪器必须拉一根很长的电源线，不仅不方便，有的地方离电源很远，无法使用。

因此，我们改进设计，在仪器内部增加一个泵，仪器外部增加一个吸收CO2的过滤器。使用时，利用仪器内部安装的气体泵自动抽取空气，还可用调节阀控制流量，提供测量光合作用的重要参数空气流量。在需要调零时，将气路接成闭环回路。气路中的气体在循环流动过程中，其中的CO2被过滤器完全吸收，形成“零气”，免去了校准仪器零点的标准气。同时我们又设计了直流-交流变换器，用24节镍蓄电池通过振荡产生220V交流电，可以对仪器供电3小时。仪器做完试验后回到实验室再充电，为下次试验做准备。通过此番改进，仪器到现场只要带一瓶量程气就可以工作了。

农业红外的研制成功，让大家都很高兴。施定基让我们更多地接触一些农业科研部门，带我到东北去访问特产研究所（简称：特产所）。特产所位于吉林省左家自然保护区，四面环山，中间是个盆地。初秋时节，眺望四周，山上还是绿翠缤纷，有些树叶开始变色，黄色的、红色的，星星点点躲藏在绿叶之中，景色美极了。

特产所的同仁介绍说，所里种植有数十种名贵药材，还养殖了糜鹿、梅花鹿、紫貂和丹顶鹤等名贵动物。“文革”前，许多中央领导来所里参观时，丹顶鹤在所门前排成两行，令人心旷神怡。我们参观了养鹿场和紫貂饲养场，重点去参观了药用植物种植园地。党参、三七、白术、土枸杞、紫苏、杜衡、白芷、金银花、黄连等各种中草药植物，生长得都很好。

我的植物知识匮乏，看到各种药用草本植物的叶子形状各异，想着如何使用仪器。在人参种植园，他们介绍说人参是多年生植物，生长环境必须土质肥沃、阳光微弱。因此，种植过一次人参的土地，需要3～5年后才能使用。我看到人参种植园上方有塑料顶棚，他们说是为了留下有效的光谱成分和得到合适的光照强度，可以提高人参产量。在谈到如何使用仪器进行科研时，他们说必须要有适合于不同叶片的叶室才能得到最佳的测量数据。即使是粮食作物小麦和玉米，小麦的叶片细长，玉米的叶片宽大，叶室的规格也是完全不同的，必须单独设计。提供仪器，最好能够根据用户的使用对象提供配套的叶室。他们的建议使我认识到，要做成一件事并不简单。

晚上，他们用所里自制的酸葡萄酒招待我们。浓浓的酸葡萄酒，竟如糖水般甜。其实酒精度很高，不知不觉我们都喝醉了。第二天，所里又陪我们参观他们生产的产品，有人参酒、鹿茸酒和各种参茸制品，真是大开眼界。我深深体会到，科学的春天一旦到来，人的创造力一定是无比巨大的。

结束了特产所的访问，我们又访问了辽宁省农科院。除了受到他们的欢迎外，对仪器的建议也是希望能够配套得更齐全些。难忘的是主人用他们培育的无籽西瓜招待我们，说这是专门为我们留的，甜度可达6%～8%。吃起来，西瓜果然像加了糖似的。

回到单位，我建议厂里安排农业红外的投产。因国家对农业的投资较少，农业科研院所和农业大学经费有限，价格不能定得太高。为了使农业院校能买得起，基本上以生产成本计算，一台仪器定价才3000元。农业红外总的需要量估计只有数百台，这对于我们生产高精尖产品的工厂来讲，技术复杂产值又低，装配车间不好安排生产。

我正好每周有一次讲课，为教育科培训电装工和调校工的电子线路知识，发现厂办技校的加工车间生产任务不饱满，老师的工作量也不饱满。他们需要找点活干，一方面可以培养学生的动手能力，另一方面还可以增加收入。我向生产科建议，在技校生产加工可以降低成本。同时说服技校老师，建议将农业红外的生产安排在技校，得到了生产科和技校的支持。为了使技校老师很快掌握仪器的生产技术，我编写了一些资料，介绍仪器工作原理和电子线路的设计知识。同时编写了详细的调校规程，每一个部件（光学部件、自动增益放大器、触发分离器、信号处理器、电源部件）都有方便有效的调校方法。经过短期培训和我亲自传帮带，技校老师们很快掌握了仪器的生产技术，农业红外终于可以批量生产了。我们还利用技校的加工能力，根据用户需要，加工一定规格的叶室，满足科研需要。

农业红外为各农业科研院所和大学提供了一种科学试验的设备，但要用好这些设备必须掌握其使用方法和简单的维修技术。为此，我们访问了许多农业科研院所和大学，并多次主办农业红外学习班。那时出差是很辛苦的事，火车票很难买。我记得有一次到福州去办学习班，买不到卧铺，为了赶时间，我和助手小李买了坐票，整整坐了2天2夜火车。一到福州，洗个脸就开始讲课，学员们都很感动，听课非常认真。

福建林科院的林博士对我说，他从国外拿到一个科研项目，研究地球上CO2变化的趋势。他准备在森林中建一个监测点，长期测量CO2浓度值。因为这种变化是非常小的，要求仪器的测量精度非常高，要精确到0.1ppm。这是一个新的应用，我认为农业红外满足不了他的要求，就给他推荐了另一种高精度的红外线CO2分析仪。他按我的意见买了QGS-08红外。

农业红外的广泛使用，推动了光合作用研究的深入。科研人员开始是在室外、田间进行研究，一年只能做一次试验。为了多做一些试验，他们必须到海南岛去育种，一年最多也只能做2～3次，而且受到天气变化的影响，测试的数据要得出结论需要很长时间。数年后，我再参观一些农科院所，他们都建造了比较现代化的光合作用实验室，由灯光控制照度，有叶面积、气体流量、照度、温度、湿度、CO2和O2的测量，测量结果可直接计算出叶片单位面积光合作用的效率。用盆栽培育品种的植物可安放在光合作用实验室中，在相同的环境下测量植物的光合作用能力，筛选好的品种。一年可以进行多次试验，加快了育种步伐，许多农科院所培养出了优良品种。

在我所接触的农业科研人员中，总忘不了江西省农科院的王文鑫。他到北京来参加学习班后，又参观了北京一些农业科研院所，交流经验，直到身无分文。从我这里借了路费回去后，他不辞辛苦，连续工作进行试验，培育水稻品种，取得了显著成绩。他经常告诉我他的工作进展，我为他高兴。但在他还没有取得最终成果时，身体垮了，得了肺癌。直到单位把他送到上海治疗，他还是念念不忘试验工作。当噩耗传来，我久久不能平静。我想，我们这一代人迎来科学的春天太晚了，我能赶上改革开放的时代，还是幸福的。

作者简介

王复兴，江苏常州人，1939年生，教授级高级工程师。1962年毕业于南京大学物理系固体物理专业，分配到北京分析仪器厂（简称：北分）工作，先后在设计科、分析仪器研究所从事开发和设计。曾任红外部主任、红外研究室主任、北分副总工程师、北分麦哈克总工程师、西克麦哈克总工程师；曾兼任中国光学协会常务理事、红外专业委员会副主任委员，北京市电子仪表专业高级职称评委和机械行业高级技师评委。现任《分析仪器》编辑部审稿专家组成员。