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关于农村荒地利用与建设庭院生态循环系统的建议

已有 3425 次阅读 2018-7-8 11:47 |个人分类:气候环保问题|系统分类:科普集锦|关键词:学者

一、相关知识与社会背景

农业生产的根本目的是要满足人类对粮食及其副产品不断增长的需求。农业生产关系到人类的生存质量和持续发展。纵观人类农业发展历史,从刀耕火种到牛拉犁种,从传统农业到能源农业,历经万年。正当人们沉浸在能源农业征服大自然的喜悦中的时候,却年复一年地饱偿着这种征服的恶果:以石油为原料的化肥和农药的大量使用不仅使土壤肥力下降,而且造成了严重的环境污染,直接威胁着人类的健康;大量的机械化操作造成土地裸露,风蚀加剧,地表地貌严重恶化;能源农业的能源消耗还加快了能源危机的进程。随着人口的急速膨胀,小小的地球不堪重负。因此在最近几十年人类深刻反省之时,生态农业脱颖而出。

生态农业是以生态学理论为依据,在特定区域内,因地制宜地规划、组织和进行农业生产,建立和管理一个生态上基本自我维持的、经济上可行的农业生态系统,在长时期内不对环境造成明显改变的条件下具有最大的生产力。

生态系统是生态学的一个概念。生态学是一门研究生物及其生活环境的相互关系的科学,是生物学的主要分支。一个物种在一定空间范围内的所有个体的总和在生态学里称为种群,所有不同种群生物的总和为群落,生物群落连同其所在的物理环境共同构成生态系统。生态系统就是生命系统和环境系统在特定空间的组合,其特征是系统内部以及系统之间存在着能量流动和由此推动的物质循环。例如,森林、草原、河流、湖泊、山脉或其一部分都是生态系统;农田、水库、城市则是人工生态系统。生态系统具有等级结构,即较小的生态系统组成较大的生态系统,简单的生态系统组成复杂的生态系统,最大的生态系统是生物圈。任何一个生态系统都由生物群落和物理环境两大部分组成。阳光、氧气、二氧化碳、水、植物营养素(无机盐)是物理环境的最主要要素,生物残体(如落叶、秸杆、动物和微生物尸体)及其分解产生的有机质也是物理环境的重要要素。物理环境除了给生物提供能量和养分之外,还为生物提供其生命活动需要的媒质,如水、空气和土壤。而生物群落是构成生态系统精密有序结构并使其充满活力的关键因素。生态系统的生命角色有三种,即生产者、消费者和分解者,分别由不同种类的生物充当。生产者吸收太阳能并利用无机营养元素(C、H、O、N等)合成有机物,将吸收的一部分太阳能以化学能的形式储存在有机物中。生产者的主体是绿色植物,以及一些能够进行光合作用的菌类。由于这些生物能够直接吸收太阳能和利用无机营养成分合成构成自身有机体的各种有机物,故称它们是自养生物。消费者是直接或间接利用生产者所制造的有机物作为食物和能源,而不能直接利用太阳能和无机营养元素的生物,包括草食及肉食动物、寄生生物和腐食动物。消费者以动物为主。消费者按其取食的对象可以分为几个等级:草食动物为一级消费者,肉食动物为次级消费者(二级消费者或三级消费者)等等。杂食动物既是一级消费者,又是次级消费者。分解者是指所有能够把有机物分解为简单无机物的生物,它们主要是各种细菌和部分真菌。分解者以动植物的残体或排泄物中的有机物作为食物和能量来源,通过它们的新陈代谢作用,有机物被分解为无机物并最终还原为植物可以利用的营养物。消费者和分解者都不能够直接利用太阳能和物理环境中的无机营养元素,称它们为异养生物。值得特别指出的是,物理环境(太阳能、水、空气、无机营养元素)、生产者和分解者是生态系统缺一不可的组成部分,而消费者则是可有可无的。在生态系统中,物质从物理环境开始,经生产者、消费者和分解者,又返回到物理环境,完成一个由简单无机物到各种高能有机化合物,最终又还原为简单无机物的生态循环。通过此循环,生物得以生存和繁衍,物理环境得到更新并变得越来越适合生物生存的需要。在这个物质的生态循环过程中,太阳能以化学能的形式被固定在有机物中,供食物链上的各级生物利用。生物维持生命所必需的化学元素虽然为数众多,但有机体的97%以上主要是由氧、碳、氢、氮和磷等五种元素组成的,其他元素称为有机体中的微量元素。作为物质循环的例子,下面分别介绍碳、氮和磷的生态循环过程。碳是构成生物原生质的基本元素,虽然它在自然界中的蕴藏量极为丰富,但绿色植物能够直接利用的仅限于空气中的二氧化碳。生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从空气中吸收二氧化碳,经光合作用转化为葡萄糖,并放出氧气。在这个过程中必须有水参与。有机体利用葡萄糖进一步合成其他有机碳水化合物。碳水化合物经食物链传递,又成为动物和细菌等其他生物体的一部分。生物体内的碳水化合物一部分作为有机体代谢的能源经呼吸作用被氧化为二氧化碳和水,并释放出其中储存的能量。由于这个碳循环,大气中的二氧化碳大约20年就完全更新一次。在自然界,氮元素主要以分子态的氮气、含氮无机化合物和含氮有机化合物三种形式存在。大气中含有大量的分子态氮,但绝大多数生物都不能够利用分子态氮,只有象豆科植物的根瘤菌之类的细菌和某些蓝绿藻可将大气中的分子态氮气转变为硝态氮(硝酸盐)加以利用。植物只能从土壤中吸收无机物铵态氮(铵盐)和硝态氮(硝酸盐),用以合成氨基酸,再进一步聚合成各种蛋白质。动物则只能直接或间接利用植物合成的有机氮(蛋白质),经分解为氨基酸后再合成自身所需蛋白质。在动物的代谢过程中,一部分蛋白质被分解为氨、尿酸和尿素等排出体外,最终进入土壤。动植物的残体中的有机氮则被微生物转化为无机氮(氨态氮和硝态氮),从而完成生态系统的氮循环。磷是有机体不可缺少的元素。生物的细胞内发生的一切生物化学反应中的能量转移都是通过高能磷酸键在二磷酸腺苷(ADP)和三磷酸腺苷(ATP)之间的可逆转化实现的。磷还是构成核酸的重要元素。磷在生物圈中的循环过程不同于碳和氮,属于典型的沉积型循环。生态系统中磷的来源是磷酸盐岩石和沉积物以及鸟粪层和动物化石。这些磷酸盐矿床经过天然侵蚀或人工开采,磷酸盐进入水体和土壤,供植物吸收利用,然后进入食物链。经短期循环后,这些磷的大部分随水流失到海洋的沉积层中。因此,在生物圈内,磷的大部分只是单向流动,形不成循环。磷酸盐资源也因而成为一种不能再生的资源。推动生物圈和各级生态系统物质循环的动力是能量在食物链中的传递,即能量流。与物质的循环运动不同的是,能量流是单向的,它从植物吸收太阳能开始,通过食物链逐级传递,直至食物链的最后一环。在每一环的能量转移过程中都有一部分能量被有机体用来推动自身的生命活动(新陈代谢),随后变为热能耗散在物理环境中。

应用生态学原理,根据当地的自然条件、生产技术和社会需要,可以设计出多种生态农业系统,如以农作物轮作、间种与套种等为特征的立体结构生态系统,以农林牧副渔等综合开发为特征的复合生态系统,以个体经济为特征的庭院生态系统等。庭院生态系统是我国最近几年迅速发展起来的一种生态农业技术类型,它将居住环境和生产环境有机地结合起来,达到充分利用土地资源、水利资源、风能和太阳能,以现代化手段经营和管理生产,兼得经济效益、生态效益和社会效益。可以认为农业庭院生态系统是整个社会生态系统的细胞,实现前者的循环是为实现后者循环的有益尝试。庭院经济具有经营的多种选择灵活性、可以充分利用院内外自然资源和人力资源的合理性、可以通过食物链将各个生产环节整合在一起的系统可控性等优点。 

二、有效利用农村荒地以及建立庭院生态循环所依据的国家标准

1、沼气建设国家标准

    GB3606-83家用沼气灶
    GB4750-84
农村家用水压式沼气池标准图集
    GB4751-84
农村家用水压式沼气池质量检查验收标准
    GB4752-84
农村家用水压式沼气池施工操作规程
    GB7636-87
农村家用沼气管路设计规范
    GB7637-87
农村家用沼气管路施工安装操作规程
    GB9958-88
农村家用沼气发酵工艺规程
    NY/T344-1998
家用沼气灯

GB7959 粪便无害化卫生标准

2太阳能利用
    NY219
2聚光型太阳灶
    GB
T1540594被动式太阳房技术条件和热性能测试方法

3小型电源工程
    GB8116
87风力发电机组型式与基本参数
    GB10760.1
89小型风力发电机技术条件
    GB/T17522
1998微型水力发电设备基本技术要求
    GB/T17524
1998微型水力发电设备质量检验规程
    GB/T17525
1998微型水力发电设备安装技术规范 

三、可借鉴成果

河北三河国家农业科技园区
内蒙古赤峰国家农业科技园区

吉林公主岭国家农业科技园区
山东寿光国家农业科技园区

河南许昌国家农业科技园区

…… 

四、荒地利用及庭院生态循环研究设想及必要性

利用荒地并进行非常有益的庭院生态循环建设,对于人口膨胀、能源短缺并有可能逐步沙化以及气候变暖等环境恶化的未来发展是非常必要的。广大农村的有识之士应该具有超前意识,充分利用大片荒地和房前屋后空地,广开生路,这应该是一件利国利民又利己的好事。 

五、试验的可行性概述

此研究所需各种技术方案均已有国家标准。可充分利用农业部相关的技术支持和资金扶助政策。个人启动资金因人而异,建议量力而行,后期的资金可以采取滚动式筹措,即完全依靠自产自足自行解决。

1项目预测和规模

随着能源问题的日益紧迫,利用荒地和发展庭院农业和庭院经济必将是一个简捷而普遍的解决方案,尽早起步只有好处,没有害处。可从小规模做起,成功后再推广。

2原材料、燃料和动力供应

项目启动后所需用的主要原料和主要辅助材料可以自行解决,燃料和动力能源主要可来自太阳能、风能和沼气。

3环境保护

废水和废渣由沼气池处理,建立生态循环系统。

4项目工程技术方案项目范围内建筑包括住房和温室,所占地可用抗沙的沙棘围栏,围栏内种植一定面积的抗旱植物鹰嘴豆、名贵中草药和各种蔬菜、瓜果以及粮食作物。采用喷灌、滴灌及温室立体栽培相结合的生产方法。

5组织及劳动定员

     项目负责人自行组织,可以一家一户为单位,也可以雇佣劳力或合作。

6项目建设进度

自项目批准之日起,一年之内应建成农业庭院生态园区,两年之内应有产出,四至六年应基本完善各种设施并展出完整生产模式供推广。 

六、存在问题及建议

荒地利用项目主要存在的问题是水土资源的利用费用和纳税以及房地产权属。建议政府给予此类战略性项目六年免费用水、六年免征各种税费,并给予50年以上(最好可续签)房地产权的优惠,以免去项目负责人的后顾之忧,以便提高承包积极性。


【注:此建议于2006年拟定,但未曾发布。今提此建议早已落后,但对于非农业人口的长远谋生之路仍不失前瞻性价值。现在个别有远见的人已辞职做成功此建议项目了。那不辞职在自家房前屋后也不妨一试。】


 




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2 陈楷翰 魏焱明

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