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2019年3月22日 作者:xwz2367609 [返回]
形形式式的垂直农业新模式(1)

第十一章、形形式式的垂直农业新模式

空间利用型的垂直农业在科研及生产中形成形形式式的模式,其含盖的范围及生产生活上的应用可以说是非常的广泛,特别是泛农业时期,垂直农业可以涉及农林牧副渔、山水林田湖及农村都市各领域各场所,都可以通过科学设计创造出适合种养循环原理、空间合理布局、垂面充分利用的多元化复合型垂直耕作模式;在近十年的垂直农业发展实践中,丽水农科院走在行业的前列,大胆偿试通于创新,形成数十种垂直农业技术模式,并在生产与科研示范中广泛推广应用,以下就对产业或生态影响较大的几种模式进行介绍。

第一节、  水域利用型的垂直农业――水车温室

水上农耕为什么也属于垂直农业,因为水体养殖为第一耕作空间,水上利用为第二耕作空间,采用浮体技术,水上照常可以构建温室,进行立体栽培,同样形成了水上水下多层次的垂直纵向利用模式,水上所创造的耕地同样发挥垂直农业的创新应用。这里介绍的水上农业与常规的漂浮水培或浮筏栽培不同,它利用浮体技术又创造了相对独立的水上耕作平台及垂直农利用空间,是数倍于常规耕作的高效模式。由于温室内的栽培还结合水体的水循环,拓展了对水体的水质净化功能,就如同水母对水体实行生物净化一样,所以该模式也可以叫水母温室型垂直农业。

一、        水车温室的创新来源及生产生态意义

1、水车温室的创新来源

其实水上城市或者温室,并不是近代科学的伟大设想,在圣经中就有诺亚方舟的故事记载,上帝指意诺亚建造一艘高约12米,长120多米的大船(图11-1),带上地球上的生灵,拯救即将发生的大洪灾。这虽是圣经的故事,但它给人们以思路与启示,也给人们生态破坏气候变化,物种终将灭绝与危机的警示。目前人口越来越多,气候变得越来越难预测,对生产生活及人类社会的发展都带来破坏性的影响。冰川融化气候变暖物种灭绝已成为不争的事实,如何应对,将是一个综合而复杂的科学问题,有移居外星的伟大遥想,也有面对现实的应对方案,当然移居水面也是其中之一。因水面占地球的70%,它的开发利用远远大于陆地,不管是从海洋获取食物,还是能源与资源的开发,都给人类敞开着一个巨大的开发远景。水上居住,水上生活,水上生产,水上农耕等,也是不难实现的。

水体上建温室在设计设想上早有建筑学与设施农业的专家涉足,但真正有系统化的研究建设及应用,目前尚属空白。如荷兰设计利用聚氨酯泡沫作为浮体的矩形水上玻璃温室(图11-2),还有美国建筑设计师设计的水上蜂窝形温室(11-3)及法国设计师设计的百合状水上购物中心Lilypad(图11-4),俄建筑设计师设计的水上酒店(11-5)。这些设计构想众多停留在设计创新上,还没有正真的运用,在农业结合上的运用更是空白。

水车温室在结构上也可以叫浮动温室或者叫水上温室,它具有在水上漂移随水位升降的动态特点,具有不占陆地拓展水域的优势,是未来人们获取可耕作空间与再造陆地的一种新型技术模式。当前气候变化,海平面上升,陆地将会变得越来越少,生存与生活的空间必将面临着挑战,水上城市的方案在建筑业上已有许多科学家建筑师曾都有过设想,构建漂浮的城市,再造人类生存空间,为应对未来气候变化而构画出宏伟壮观的水上城市蓝图。

就说水上农耕,更是较切合实际的发展思路,比如现在沿海地区,常因土壤的盐碱化及淡水资源的缺乏而使农业生产受到影响,如果建立水上温室,进行无土耕作,利用海水蒸馏淡化处理作为生产生活用水,利用海浪或者风力发电满足能源需求,运用深海水的低温与蓄热进行温室气候的调控,既是一种可行的方案,又是一种节能生态可持续的技术路径。采用鸟巢温室构建技术用于水上漂浮农场的建设具有以下优势,可以抵抗强大的风袭,因为球体构造具有最小的迎风面,利用鸟巢结构空间大而且耗材省的优势,可以大大降低温室的自重,有利于水面的漂浮,运用铁丝网水泥造船技术构建基板,构建可操作的耕作平台,采用海水的太阳能蒸馏技术获取最节能的淡水资源,再利用立体化的雾培技术进行农作物的工厂化生产,用最少的淡水资源获取最大的作物生物量。同时又可以运用水域气候的优势,缓冲剧烈的气候波动性,为农作物的周年生产提供保障,同时也不会像陆地一样招恶劣气候的影响而减产无收。更具创新的是,其实它又是一个可漂浮的拟船农场,可以沿海岸搬移。

水车温室型垂直农业的构建,可以为沿海城市提供蔬菜瓜果食物的保障,可以为海军提供最方便的后勤服务,可以为孤岛的农业耕作开创更广的发展空间,是一项利国利民的好思路,也是一项应对气候变化保障食物安全供给的战略措施。

温室技术是一项古老而又创新无止镜的类建筑农业设施技术,从最早古代皇家庭院的油纸温室到后来的云母晶片温室及近代的玻璃温室与目前普及的塑料大棚温室。但这些温室基本都是基于陆地的开发与利用,用于种植养殖及组培等。对于温室调控技术的研究目前也已成为体系化技术,但调温最为节能的还是以水为载体的调控手段与方法。而这里提出的水车温室,就是耸立于水环境中的漂浮温室,但取名水车,是因为它不仅仅是温室的功能,还是具搬运水的功能,其中水是运用,车是功能,就如水车一样,可以源源不断的汲取江河湖泊池塘等水体环境中的水,另外还可以获取水体蒸发的清洁冷凝水,水车温室又是水雾的收集器,可以从空气当中搬水。

丽水农科院在温室的设计创新上于2008年成功开发鸟巢温室以来,已对在生产生活上得到广泛的推广应用,具有丰富的设计与建造经验积累,对于张拉力学温室的研究应用已达国际领先,相关技术与产品远销二十多个国家与地区,深受生产科研部份的欢迎认可。而水车温室的建设,在结构上必须采用整体张接结构以解决水上与海上的强风问题,在这方面我们有多年的技术积累。

为了解决承重问题,我们研究的气雾栽培技术,可以达到最低的栽培承重,用于水上温室栽培大大减少负载,为水车温室的低成本浮体构建奠定基础。另外雾培技术用水省可以收集雾水或者海水蒸馏收集的水作为养液栽培用水,为海上农场建设成为可能。水上温室型的农耕也可以说是日本人工植生浮岛技术的延伸与提升,日本早年研究的植生浮岛就是为了用于河道水的水质生物过滤之用,以筏式的方式建设浮体,再与浮体上构建拟自然的生态系统,配以草与树木,并与水生生物及陆生生物(鸟及昆虫)共生,达到水质修复与可持续水处理的效果。而改进后水车温室系统,不仅可以构建水陆共生的生态系统外,还可以用于农业生产及稳定的温室环境,达到更高的修复效果与生产效能。通过早年我院对于水生诱变技术的研究,已为实现任何植物的水生栽培奠定基础,可以构建任何植物都可以水生栽培的水域植生生态系统。可以在水上种植乔灌木,用大生物量的植物代替小生物量的湿地及水生植物。在这方面的研究我们有近十年的技术经验积累及成功运用案例。

从水塘生态来说,水车温室融合鱼菜共生技术,它可以净化水质,提高养殖效率,同时又达到农场的有机循环耕作效果,是一俱多得的项目。在鱼菜共生技术研究运用上,我们也有近十年的研究运用经验,融合到水车温室运用上,构建大型的鱼菜生态系统,成为可能。

当前对于水体修复的研究,美国以碎石湿地结合园林或者森林大生物量植物的方式,已取得很好的应用效果,同样在水车温室上也可以结合轻型陶粒基质,构建大生物量的人工湿地系统,使漂浮的水车温室正真发挥水车的搬运与净化功能。利用城市污水构建城市生活机器,让污水成灰水成为可重新循环利用的生活用水,在这方面发达国家早有研究,也可以利用该原理,结合到水车温室上,让水车温室成为河道及水体的正真清道夫,在技术上可以成功引用。

2、水上温室的生产生态意义

水车温室型垂直农业的应用,其意义非同小可,不仅仅是种植或者养殖,而是一种水上微生态系统,它作为生态功能被融入于水体大生态环境中,可以起到净化水质,把水中富营养化的矿质污染转化为作物生物量,为人们农耕所运用。以下就水车温室开发意义作如下阐述:

(1)              拓宽了耕作空间。

地球是一个水球,大多数为水体覆盖,水域的开发可以说是无止境的。耕地的再造在当前来说意义重大,一是人口增加,食物需求不断增大,二是城镇化后,耕地日渐减少,而人为的开垦又会严重破坏生态,水土流失及荒漠化日渐严重,所以很多地方又提倡退耕还林政策。按照现在人工增长速度,估计在2050年,地球人中将达80-100亿,这些增加的人工食物如何保障,就用传统的耕地模式估计难以解决,必须往空间拓展,往水面开发。因为空间与水面是无限的,以前爱因斯坦增说,如果太阳光的有效幅射充分利用,地球人口再增40倍,还可以解决食物问题,这是多么巨大的潜力。当前太阳光被地球生物固定能量约为1/8000,如果开发海上及空间,这又将是数倍的效率。拓宽非耕地作为耕作,走空间与水域路线,估计可以为人类再创数百年的人口增长空间,甚至是无极限的增长。

(2)              优化了温室环境。

水车温室一般建于水上,有水作为生态元素比其它任何自然元素都要好,因为水的比热是土与石头的3-5倍,在水体环境保护下所构建的小气候环境在类似海洋性气候的效果,温变波动小,更利于温室内温度的稳定。而且不管是夏日降温与冬季加温,都可以利用水体深水的水进行调节,如夏日可以汲取深水进行温室屋顶的喷淋降温,方便于温室外形成降温水幕,冬季可以引深水的水进行温室内循环加温与蓄热。水的汲取方便,而且取之不尽,用水来构建相对稳定的温室环境,是当前最为节能的技术路径。

(3)              有利于安全生产

水车温室的耕作全部采有轻型的无土栽培技术,生产环境无土壤而清洁,减少的病虫滋生场所,可以达到少农药或免农药耕作的要求,生产出安全放心的农产品。如碎石与陶粒结合的基质培,还有采用管道化系统的水培及立体雾培,这些系统的结合,确保安全生产的有效实施。对于无重金属及工业污染的水质可以直接结合鱼菜共生模式进行作物生产,对于污染严重的水,可以引进材用林的湿地耕作模式,构建水上森林,起到浮岛的高效过滤净化效果。

(4)              净化水质保护生态

水车温室与植物耕作复合后,形成一个具强大水体修复功能的人工湿地系统,如漂于水上的浮岛,起到对水体综合修复治理的效果。水车温室沉水部份,为水生的动植物微生物构建了一个立体复合的水下生态系统,在水车温室设计时,浮体的基座部份可以结合人工水草技术,为水生生物的滋生及微生物的繁殖创造巨大的表面积,作为水下软体动物、微生物、澡类的栖息场所,充分发挥水生生物的自净化作用。另外温室内部的种植系统,可以利用水循环技术,结合各种先进的立体化耕作模式,创造数倍于温室面积的耕作表面积,通过根系的生物过滤作用,让水体得以循环净化。充分发挥水上与水下的生物修复功能,让水体水质得到生态净化。

 

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