重生多尔衮:大农业循环经济模式

人民政协网 www.rmzxb.com.cn        日期:2010-03-05 04:35           字体显示：大 中小【查看评论】


一批有志于实践钱学森院士“大农业”思想的领导、专家、学者和企业家与北京华夏九州农业科技研究院的专家一道共同关注国内外农业发展，以创新大农业，服务农业、农村、农民，早日实现中国农业现代化为己任，历经十几年孜孜不倦的探索和实践，无论在理论和方法上，还是在技术与实践上都取得了一些突破性进展。
一、大农业循环经济理论研究2000年组建“大农业循环经济理论”研究小组，经过十几年的努力完成了大农业循环经济理论八大系统框架研究，并于2008年3月通过了由中国科学院农业项目办公室组织的验收。
二、北京华夏九州农业科技研究院
2005年9月在北京成立北京华夏九州农业科技研究院院长:张海峰，名誉院长:于光远；2007年在香港创建中国大农业创新工程集团股份有限公司和大农业报；2009年孙以川先生接任研究院院长；2010年组建新农基产业发展有限公司、农立方大农业发展有限公司、新农基(镇江)产业发展有限公司、海南新农基现代农业发展有限公司、海南农立方大农业发展有限公司。
其间共申请专利技术22项(套)，已经获得4项(套)，这些理论和技术体系已在农业部全国农业技术推广服务中心植物检疫隔离场的“工厂化现代农业展示中心”、江苏省镇江市的“光伏农业”模式、黄河三角洲滨州的“都市农业”模式中得到了具体实践和应用。
三、大农业孵化器
2004年5月成立了大农业孵化器研究小组，2009年10月完成了大农业孵化器系统理论框架平台建设。
四、现代系统农业
2008年3月完成了现代系统农业的系统工程理论与方法，并于当年召开的全国两会上提出了现代系统农业的概念，以“探索现代系统农业发展之路”为主题，对该生产方式进行了宣传和报道，在社会上取得了深远的影响。
现代系统农业主要特征与优势:立体化工厂生产尽可能少占耕地；物质与能量循环利用；种植和养殖互补；减排效果显著，生产效益提高，智能化LED补光满足植物生长需要，同时对温湿度和灌溉进行智能控制；将太阳能、生物能和液体内能的开发与利用结合在一起，有效节约能源。这种模式能够最大限度地不受外在土壤气候条件的限制；最大程度减少占用土地资源；最大化地对区域内各类经济资源进行综合利用；最大可能地应用各种先进的循环技术手段和产业经营手段，大幅降低生产运营成本，提高农业综合效益。
五、工厂化现代农业
2009年9月在北京完成“工厂化现代农业”展示中心建设。
(一)工厂化现代农业的内涵工厂化现代农业是遵循农产品生长基本规律，创新物质和能量转换技术、智能补光和补水技术，不同作物集约化生物培养基、营养杯生产技术，有选择地使用当代科技成果，根据不同地域、不同设施(工厂)条件和市场需求，利用装备体系，采用生物防治手段，按照生物链关系和生物最佳生长条件设计的安全农产品立体(多层)生产系统。
(二)工厂化现代农业的特点它改变了传统农业生产受时间和空间制约的基本特征，能够在有限空间内循环生产，实现高产出、低成本、高效益。具有循环、立体、节能、节地、节水、节时、环保的特点。生产的产品安全、营养、健康。大大规避了自然风险和社会风险。
(三)工厂化现代农业的组成工厂化现代农业主要由能量循环系统、物质循环系统、动植物生长立体组合架、智能补光系统、生产工具系统、控制系统以及其它辅助系统组成。
1.能量循环系统传统农业是依赖于消耗化石、煤炭等枯竭型能源为代表的靠天吃饭型农业生产体系；现代农业是以太阳能、风能、液体内能、地热能、海洋能、生物质能等可循环、可再生的清洁型能源形成的可控可循环的农业生产体系。新型能量循环系统是现代农业与传统农业的重要区别之一。
工厂化现代农业最具特色的是其能量循环系统，它尽可能地利用了太阳能、风能、空气能等自然能源；其次是开发了液体内能、生物能、微生物能发生装置用于设施对能源的需求。太阳能、风能产生的电能可以作为植物需要的LED光合有效辐射能和设施内常规电能的电源，而液体内能、生物能、微生物能产生的热能用于工厂化现代农业设施中以水为介质的能量循环，保证动植物生长的环境温度。对于植物生长还可通过调整水的温度直接作用于其生长的微环境，精确地调整到其生长的最佳温湿度条件。
在能量循环系统中采用了自主研发的高效热能发生装置和空化液体内能反应装置。
高效热能发生装置——“高温水裂解装置”解决了廉价地将水分解为氢氧离子的世界性难题，突破了一直被热工学理论断定为“不可能实现的理想气体”——“氢氧离子气体”的禁区，运用裂解技术将常温水在装置内持续不断地进行无数次的化合、裂解并释放大量热能。
“空化液体内能反应装置”利用空化发生时产生瞬间局部高温(1900~5000K)和高压(达140MPa~170MPa)的极端环境，形成液体中有机物的“水相燃烧反应”。空化形成的特殊能量效应，能够对液体化学及物理反应过程起到强化作用，造成有机物细胞破坏。
这两种先进装置的有机结合，构成了高效的能量系统。高温水裂解装置高达2000℃的高能火焰，为整个工厂化现代农业生产过程提供了充足、高效、廉价而稳定的热能和电能，满足了整体生产系统对温度、湿度的精确调控。空化液体内能反应装置可将大分子团水变为小分子水，大幅延缓了水介质在系统运行中的结垢速度，减少了系统运行损失和系统维护成本。同时空化反应分解了水的有机物，提高了水质，而小分子水更易于动植物的吸收，减少了水量消耗，提高了动植物的生长效率，节约了能源和运行成本。另外，“空化液体内能反应装置”热效率高达95％，加热速度快，可作为高温水裂解装置的补充热源，为整个能量循环系统提供热能保障。
能量循环系统彻底改变了传统农业靠天吃饭的生产模式，使工厂化现代农业生产模式得以实现，这一新型农业经济模式的推广，势必将我国农牧业生产水平带入新的高度和境界，为国家整体经济发展注入新动力！
2.物质循环系统工厂化现代农业物质循环系统是按照生态学食物链关系和动植物对二氧化碳和氧气的需求关系建立起来的。以芽菜豌豆苗为例，经过浸种、催芽、播种、架上生长至上市，其茎叶被人消耗，而根系成为黄粉虫的饲料。黄粉虫产生的粪便可以加工成植物生长需要的营养杯和培养基，黄粉虫本身可以加工成畜禽鱼需要的蛋白饲料，进入新的循环体系。黄粉虫呼出的二氧化碳被豌豆苗光合作用所利用，豌豆苗光合作用产生的氧气可以被黄粉虫利用。
3.动植物生长立体组合架工厂化现代农业动植物生长立体组合架是专门开发的特色产品，是农业的高效生产装置，它具有多项发明专利。植物生长组合架，每组组合架高3.3米，长2.21米，宽1.35米，共有12层。植物生长组合架配有LED智能补光条，按照植物生长的不同阶段控制光照强度和光照时长；植物生长立体组合架还配有雾喷淋系统给植物补充水分，在补充水分的同时调解植物微观温湿度环境，满足植物生长的需求。动物生长立体组合架能够满足黄粉虫和其它小动物的立体养殖需求，其结构与植物生长组合架相似，养殖工具则不同。并且通过一些创意，使植物立体生长组合架不仅能够满足植物生长的需要，还能够便于调整层数、水电输送和物流运输，具有美观大方的特点。
4.智能补光系统工厂化现代农业智能补光系统是采用LED发出的光合有效辐射为植物、动物和微藻生长补充光照。LED光源防水防潮适宜植物生长环境；发热小适宜近距离照射；直流低压更加安全；高效节能、轻便环保。用红橙绿蓝紫LED组合成不同需求的光谱波长和光强的组合，通过自动控制技术满足工厂化现代农业设施中植物和微藻的生长需求，可提高其产量，改善其品质。
5.生产工具系统工厂化现代农业生产工具系统是专门为动植物和微藻生长立体组合架配套设计和生产的工具系统。为适应工厂化现代农业设施的动植物和微藻生长、管理、运输的需要，开发了多种动植物和微藻在立体组合架上生长和养殖的工具系统，有适合不同植物生长的系列穴盘、有适合黄粉虫和其它小动物养殖的养殖盒系列等工具。
6.控制系统工厂化现代农业控制系统是为工厂化现代农业设施和动植物及微藻生长需要的光照、温湿度、二氧化碳、氧气等环境因子进行控制而设计和生产的控制系统。它是由自然光、LED补光、温湿度、二氧化碳、氧气探头和控制系统组成。根据不同的需求可以设计成全自动、半自动和人工操作的方式。
7.其它辅助系统围绕着工厂化现代农业核心运行的外围设备、装备等都属于辅助系统，包括种苗基地、种子前处理、畜禽鱼养殖和加工、产品销售系统等。这些设备、装备和相关系统在生产过程中适时需要进行必要的改造和更新，以更加适应工厂化现代农业生产的需要。
(四)主要应用方向和可能解决的问题
1.主要应用方向工厂化现代农业设施及其组成的区域产业群和循环链适应于多种农副产品生产。经过生产试验与生产实践，工厂化现代农业设施可以高效生产植物类的芽菜、叶菜、牧草等；开展蔬菜、水稻等的育苗；小动物类养殖如黄粉虫、泥鳅、甲鱼、水蛭等。通过牧草、蔬菜和黄粉虫的生产可以带动畜牧业兔、鸡、鸭、鹅、牛、羊等的养殖，能够保证肉类农产品的品质和质量。
2.可解决的问题(1)按需设计农业生产工厂化现代农业推广和应用的核心思想是按照当地的自然地理、资源环境和社会经济条件因地制宜地运用系统科学、生态学和循环经济理论，采用自己开发的装备技术体系设计、构建适合当地生产和市场需要的工厂化现代农业设施和设施群，真正实现按需设计农业生产，称之为工厂化现代农业设计。
(2)保证农产品绿色、安全、营养工厂化现代农业已经将田间生产转变为车间生产，生产过程经过科学、精确、系统的产业设计，模拟生物自然生长环境，控制生产过程，采用生物和微生物防治技术，不使用化肥、农药，保证农产品无污染，循环生产过程中多层次地利用小动物、微生物转化各个环节产生的有机废弃物形成新的农产品，废弃物排放接近“零”，这些措施保证了所有农产品的绿色、安全、营养。
(3)有利于实现标准化生产工厂化现代农业生产装备和生产工具按照标准化生产，已申请相关专利22项，获得批准专利4项，正在开展有关标准化体系建设和相关的认证工作。这些装备、生产工具和操作规程的完善，将实现菜篮子芽菜、叶菜，牧草等产品的标准化生产；将实现小动物(如黄粉虫)和微生物等的有机物废弃物转化的标准化生产，同时将带动畜禽水产养殖标准化和规模化生产。由于生产过程标准化，便于建立菜篮子农产品质量安全检验、检测和监管追溯体系，保证每批终端农产品(芽菜、叶菜、种苗、蛋白和能量饲料等)的质量，满足人们对无公害、绿色、有机农产品的需求，扩大出口。
(4)有效利用和节约能源工厂化现代农业设施中的能量循环设计，尽可能地利用太阳能、风能、地热能、空气能等自然能源，创新热能快速生成与循环方式，采用低能耗高效率LED植物补光系统，太阳能、风能产生的电能可以用于植物需要的LED产生光合有效辐射能和设施内常规电能的电源，而液体内能、生物能、微生物能产生的热能用于工厂化现代农业设施中以水为介质的能量循环，大幅降低了对油、电、煤等传统能源的需求，节约能源。
(5)减排增效效果显著工厂化现代农业生产过程中充分利用生物链的物质和能量循环(包括CO2和O2的循环)，利用微生物和小生物强大的喜食腐屑，生成高蛋白和下脚料产品的功能，将自身和外界产生的废弃物转化为养殖业所需要的饲料和种植业所需要的培养基。在有限空间内最大限度地提高循环速度，实现了时间换空间，提高了农产品生产效率，整个生产过程接近“零”排放。
(6)节地节水，有效增加耕地工厂化现代农业设施中的生产充分利用空间优势，立体换平面，空间换时间加上打破自然生长季界限，增加年内循环生产频次，使单位陆地面积的产出率逐倍增加，实现了节水节地，有效增加耕地，保护环境的目的。在北京顺义的工厂化现代农业展示中心，立体种养面积为实际占地面积的9.9倍，相当于增加耕地面积8.9倍。这种向空间要耕地的思想正是目前国际上准备开发的、非常规意义的立体农业(Vertical　Farming)的一种模式。这对于人均耕地面积仅为世界平均水平40％的中国，加上不可逆转的工业化、城镇化的趋势，以及人口增加、社会经济发展需要占用的耕地，发展工厂化现代农业无疑是保护和有效利用耕地的重要措施。
(7)有效规避自然灾害和市场风险工厂化现代农业的生产过程中能够克服或转移单一种植(养殖)可能带来的风险，形成多种农产品生产格局，避免市场波动、生产资料上涨、自然灾害等方面的经营风险。
(8)增加单位面积产量，提高农业的比较效益
工厂化现代农业设施中的生产实现了向空间要耕地，向时间要数个生长季，极大地增加单位土地面积的产出率，突破了一般工厂化农业效益难以提高的瓶颈，实现低投入高产出，能够较好地改变农业比较效益下降的状况，提高农业的经济效益。如果采用工厂化现代农业生产设施生产芽菜，按照保守的观念计算，一亩地安装48组立体生产组合架，12层2列，每层28盘，产量0.3公斤/盘，1元/公斤。按10天为一个生产周期，年生产30次计算，年收入约30万，扣除成本10万，年利润可达20万元。可见这种生产系统的单位土地面积经济效益是相当可观的，增加了农业的比较效益。如果再考虑这种立体循环生产系统所节约(或增加)的耕地、常规能源、水资源等资源，它的社会效益将更加突出。
(9)普及科学技术，提高民众的文化素养
通过工厂化现代农业的推广，能够向广大城市居民和农民进行生态学、系统论、循环经济理论的普及和相关技术的推广，提高民众的科学技术和文化素养。
(10)有利于农业生态环境改善，具有显著的生态效益
由于工厂化现代农业是按照系统科学观点，遵照生态学基本规律，以追求最佳循环经济效果为目的进行设计和开发，生产过程接近“零”排放，针对农业源污染物化学需氧量排放量占较大比重的中国(2007年为43％)，大范围推广工厂化现代农业将有利于解决我国农业源污染，改善区域生态环境的目的，具有显著的生态效益。
(11)工厂化现代农业有利于组织规模化农产品生产
工厂化现代农业设施可以适应不同对象的需求，小到家庭、农户，中到数十公顷设施群，大至区域的产业开发。适合家庭需要的装备，能够满足3－5口之家日常蔬菜的需求；适合农户半亩至几亩地水平生产的装备，能够满足增加农民收益的需求；在1公顷到数十公顷水平上，可以建立较大的农业企业，获得较好的社会经济效益。
六、工厂化现代农业区域设施产业群
按照系统科学观点，遵照生态学基本原理，以追求最佳循环经济效果为目的，由多个工厂化现代农业设施组成区域产业群，将更有效地在区域农业生态和循环农业中发挥更大的社会经济效益。如果在区域水平选择适合工厂化现代农业高效生产的农产品组建工厂化现代农业生产与销售网，统筹优化区域农业产业结构，促进农业多元化经营，通过规模化农业企业形成强大的农业生产力和新型农业产业结构，将可获得较好的社会经济效益。目前在江苏省镇江市建设的“光伏农业”，就是工厂化现代农业区域设施产业群的实例。
七、光伏农业
(一)“光伏农业”是工厂化现代农业的一种形式。
“光伏农业”是大农业循环经济体系下的一种产业模式，它通过薄膜分光技术将太阳辐射分为植物需要的光能和用于太阳能发电的光能(或用太阳能发的电能转化为植物生长需要的光合有效辐射能)，既满足了植物生长的需要，又实现了光电转换，增加了电能。该系统将光伏发电与植物生产、动物养殖、小生物、水产养殖、微生物转化、加工业、能量循环技术、物流技术及信息技术根据它们之间相互作用关系有机地结合起来，初步形成了接近零排放的内循环系统。
“光伏农业”主要由薄膜太阳能发电系统、物质循环系统、能量循环系统、生产系统、智能控制系统组成。
(二)“光伏农业”除工厂化现代农业具有的特点外，还有以下突出优势:
1.优势互补。光伏发电为工业项目，工厂化现代农业设施的建设为农业项目。工厂化现代农业项目与光伏发电项目结合，解决了工厂化现代农业项目设施高投入的问题；光伏发电项目与工厂化立体农业项目的嫁接，降低了光伏发电项目的投资回收还本年限，具有更高的竞争力。
2.太阳能高效利用。基于目前太阳能技术的发电效率，能够将产生的电力并网为国家社会经济发展提供电力，还可将来自太阳能的电力转化为植物生长需要的光合有效辐射，夜间使用增加植物生长光照时间。
3.不改变农业用地用途。我国中东部地区有限的土地资源和较好的农业气候条件是粮食安全和食品供应的基础。在我国中东部地区的土地上发展“光伏农业”，没有改变土地性质，还促进了传统农业的升级。
4.增加农用地单位面积效益。单位面积作物产量与种植品种有关，以镇江20KW“光伏农业”的“智能化光伏立体农业工场”为例，按种植豌豆、松柳、花生计算，年产为24吨/亩，相当于传统农业产量的30－50倍。扣除折旧及成本费用之后，预计日净利润860元/亩，月净利润约为2.58万元/亩，年净利润约为31万元/亩。
5.转变以往大规模太阳能发电的区域概念。由于我国中东部地区是我国的主要粮食和农副产品的供应基地，传统上将大型太阳能发电系统建设的关注点放在我国西部地区。“光伏农业”在不改变农用地性质的同时，使大规模太阳能发电成为可能，这个现实有望改变人们对大规模太阳能发电区域布局的认识。
(三)“光伏农业”设施群的开发，对于农业结构的调整、升级和“三农”问题的解决也有重要作用。
“光伏农业”设施群的开发，对于农业结构的调整、升级和“三农”问题的解决也有重要作用。以江苏省镇江市丹徒区“农立方”为例，光伏农业实现了将田间变车间，把黑天变白天，以立体换平面，用空间换时间，同时促进上游籽种产业和下游养殖产业的发展，改变原有土地使用方式，增加农业收益。
基于镇江“农立方”生产模式，目前安排共43组植物生长立体组合架，种植豌豆苗、松柳苗和花生苗，每6天为一个循环，七组架子为一个周期。每盘用种量0.05公斤，日用种量235公斤，日产出量1881.6公斤，一个循环共产出11.3吨，每天约出1.88吨。每天发电约为80－120度。
八、海洋农业
海洋农业是现代系统农业的重要组成部分。选择海藻开发作为海洋农业的突破口，运用LED智能补光系统为海洋生物资源工厂化、规模化开发利用创造条件。我们创建了微藻类新型养殖模式，采用光谱匹配合理的新型发光二极管(LightEmitting　dioed　LED)生态光源系统，用于加速微藻生长，改善其品质，提高其产量，这对于我国开发和利用海洋微生物，沿海滩涂开发形成蓝色工厂化海洋经济带具有重要的理论价值，且带来良好的经济效益。
图1:工厂化现代农业生产系统(北京基地)
图2:智能化光伏立体农业工场(江苏省镇江市丹徒区)
图3:光伏农业智能控制系统(江苏省镇江市丹徒区)
图4:智能立体补光系统(青岛)实景

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