农业技术资源范文

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篇1

中图分类号 F303.4 文献标识码 A文章编号 1002-2104(2010)12-0112-05doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.12.023

农业废弃物也称为农业垃圾，是指农业生产和农村居民生活中不可避免的非产品产出， 具有数量大品种多形态各异、可储存再生利用、污染环境等特性，主要包括植物性纤维性废 弃物（农作物秸秆、谷壳、果壳及甘蔗渣等农产品加工废弃物）和动物性废弃物(畜禽粪便 、冲洗水、人粪尿)。中国是世界上农业废弃物产出量最大的国家，据统计，我国每年产生 放入畜禽粪便量26亿t，农作物秸秆7亿t，蔬菜废弃物1.0亿t，乡镇生活垃圾和人粪便25亿t ，肉类加工厂和农作物加工场废弃物1.5亿t，林业废弃物（不包括薪炭柴）0.5亿t，其 它类有机废弃物约有0.5亿t，折合7亿t的标准煤［1，2］。从资源经济学上讲 ，它是一种特殊形态的农业资源，如何充分有效地利用将其加工转化不仅对合理利用农业生 产和生活资源、减少环境污染、改善农村生态环境具有十分重要的影响，而且对能源日益枯 竭的今天具有重大意义。近年来，国内外农业废弃物的资源化利用技术与研究得到较大的发 展，其资源化利用日益多样，从总体来看，国内外农业废弃物的资源化利用主要分为肥料化 、饲料化、能源化、基质化及工业原料化等几个方向。

1 肥料化

农业废弃物肥料化利用是一种非常传统的用方式，分为直接利用和间接利用。直接利用是一 种最直接最省事的方法，在土壤中通过微生物作用，缓慢分解，释放出其中的矿物质养分， 供作物吸收利用，分解成的有机质、腐殖质为土壤中微生物及其他生物提供食物，从而一定 程度上能够改善土壤结构、培育地力、增进土壤肥力、提高农作物产量，但自然分解速度较 慢，尤其是秸秆类废弃物腐熟慢，发酵过程中有可能损害作物根部［3］。

间接利用是指废弃物通过堆沤腐解（堆肥）、烧灰、过腹、菇渣、沼渣、或生产有机生物复 合肥等方式还田。堆沤腐解还田是数千年来农民提高土壤肥力的重要方式，传统的堆沤腐解 具有占用的空间大，处理时间较长等缺点［4］，随着科学技术水平的提高，利用催 腐剂、速腐剂、酵素菌等经机械翻抛，高温堆腐、生物发酵等过程能够将其高值转化为优质 的有机肥，具有流水线生成作业、周期短、产量高、无环境污染、肥效高、宜运输等优点； 烧灰还田主要指秸秆通过作为燃料、田间直接焚烧的方式，由于田间直接焚烧损失肥力、污 染空气、浪费能源、影响交通等缺点［5］，现政府已出台相关禁止焚烧的法律法规 ；过腹还田具有悠久历史，是一种效益很高的方式，是适当处理的废弃物经饲喂后变为粪肥 还田，对保持与促进农牧业持续发展和生态良性循环有积极作用；菇渣还田是指培育食用菌 后，菇渣进行还田，经济、社会、生态效益兼得；沼渣还田是指厌氧发酵后副产品沼液、沼 渣还田，其养分丰富、肥效缓速兼备，是生产无公害农产品良好选择；生产有机生物复合肥 是能够进行工业化制作、商品化流通、高效利用方式。

农业废弃物的饲料化主要包括植物纤维性废弃物饲料化和动物性废弃物饲料化。植物纤维性 废弃物主指秸秆类物质，秸秆中的木质素与糖结合在一起使得瘤胃中的微生物及酶很难分解 ，并且蛋白质低及其他必要营养缺乏，导致直接饲喂不能被动物高效吸收利用，需要对其进 一步的加工处理改进其营养价值、提高适口性和利用率［6］。归纳为：机械加工、 辐射、蒸汽等物理处理，NaOH、氨化、Ca（OH）2-尿素、氧化等化学处理，青贮、发酵、 酶解等生物学处理，还有就是多种方法复合处理。各种处理方法对于改进营养价值、提高利 用率均有不同程度的作用，究竟采用何种方法好，应根据具体条件因地适宜的综合选择［7］。例如孙清等［8］采用黑曲霉、白地霉组合菌株对榨汁后的甜高粱茎秆渣及 发酵残渣进行发酵，所得蛋白饲料的粗蛋白含量由2.01%提高到21.43%，粗纤维由12.37%降 为2.34%；英国Aston大学的研究者从农作物秸秆中筛选出一种白腐菌属真菌,它能降解木质 素,但不能降解纤维素,用这种真菌发酵农作物秸秆 ,能最大限度地提高农作物秸秆的消化率 ,使农作物秸秆的消化率从9.63%提高到41.13%,效果极为明显。据粗略测算，如果我国秸秆 资源的40%用于发酵饲料，就会产生即相当于112亿t粮食的饲用价值。

而动物性废弃物饲料化主要指畜禽粪便中含有为消化的粗蛋白、消化蛋白、粗纤维、粗脂肪 和矿物质等，经过热喷、发酵、干燥等方法加工处理后掺入饲料中饲喂利用［9，10］ ，该技术需要特别注意灭菌彻底消除饲料安全隐患。有试验表明利用米曲霉和白地霉接入 鲜鸡粪与麸皮等混合料中进行固态发酵，并在发酵过程中添加氮源制的饲料适口性较好，可 替代部分配合饲料，添加40％鸡粪饲料喂猪后,猪日增重比单喂配合饲料增加10.83%［11］。

3 能源化

农业废弃物的能源化利用主要分为厌氧发酵及直燃热解两个方向。厌氧发酵分为制沼气和微 生物制氢技术；厌氧发酵制沼气技术是指农业废弃物经多种微生物厌氧降解成高品位的清洁 燃料―沼气（甲烷含量50%-70%）及副产品沼液和沼渣的过程。研究表明，农作物秸秆、蔬 菜瓜果的废弃物和畜禽粪便都是制沼气的好原料［12，13］，并且混合废弃物共处理 比单独处理时生物气的产量有显著提高［14］。沼气除了可供日常生活（如烧饭、照 明、取暖）外，还可以进行大棚温室种菜、孵化雏鸡、增温养蚕、发电上网、车用燃气供应 等，副产品沼液沼渣含有丰富的氮、磷、钾等营养物质，可作为优质的有机肥，采用热电肥 联产模式，实现资源高效利用，废物零排放［15］。据报道，截至2007年底，全国沼 气工程总数到达26871处［16］，并且主要以畜禽养殖业的废弃物为原料工程居多［17，18］。而微生物制氢技术是指利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物 制氢 的过程，具有微生物比产氢速率高、 不受光照时间限制、可利用的有机物范围广、工艺简 单等优点，是农业废弃物利用非常具有潜力的方向［19］，目前对其有较多的实验研 究［20-24］，但该技术至今没有被广泛的利用,工程实例较少，只在哈尔滨有世界首 例发酵法生物制氢［25］。

直燃热解又分直燃和热解两方面。直燃作为一种传统获得热能的技术一直存在，例如使用秸 秆（其能源密度能达到13 376-15 466 kJ/kg［26］）和草原地区牛马粪便直燃做饭 、取暖，但随着社会发展与人民生活水平的提高，绝大部分正逐步由煤、燃气或电取代，目 前只有在贫困地区少量使用，在城市周围或比较富裕地区秸秆消耗为零［27］。而现 阶段直燃有表现为生物质固体成型燃料供热与发电和有机垃圾混合燃烧发电，例如使用生物 质能成型燃料在工业锅炉和电厂中代替部分煤、天然气、燃料油等化石能源［28］， 将收集的废旧农膜、城市垃圾直接放进焚烧炉里焚烧，产生的热能可以用于采暖或发电。农 业废弃物通过热解技术可以转化为清洁的气体燃料、热解油和固体热解焦等产品，富氢燃料 气体部分可以进入锅炉燃烧、进行城镇（或集中居住的较大乡村）的集中供热供气、供发电 机发电或者供燃料电池等；热解液体经过加工制备生物柴油、生物汽油或者生产酸、醇、酯 、醚等有机化工产品，对我国的原油资源短缺有所缓解；固体热解焦由于空隙发达、比表面 积较大可作为吸附材料用于环境污染治理，或者作为燃料供热解所需的热源。迄今为止，国 内外对与农业废弃物有关的生物质进行过多方面的加工研究。例如：唐兰等［29］对 生物质在高频耦合等离子体中的热解气化行为进行研究表明该技术能大幅度提高生物质气的 热值及产率；张振华等［30］对锯末、稻壳、纸屑、橱芥、塑料和橡胶6种固体废弃 物 热解表明除谷壳外液体产物收率都在50%左右，并且其中汽油和柴油馏分共达到60%以上，是 一种具有很高价值的粗成品；梁新等［31］通过对生物质热裂解制得热解油并进行热 解油的精制研究；德国进行固体废弃物热解的工业化示范［32］。

4 基质化

基质化是指利用经适当处理的农业废弃物作为农业生产（如栽培食用菌、花卉、蔬菜等，及 养殖高蛋白蝇蛆、蚯蚓等）的基质原料。作为基质,主要起支持、固定植株，并为植物根系 提供稳定协调的水、气、肥环境的作用，应达到有适宜理化性质，易分解的有机物大部分分 解，施入土壤后不产生氮的生物固定，通过降解除去酚类等有害物质，消灭病原菌、病虫卵 和杂草种子等标准［33］；其关键在于原料的选取及配比，和原料的前处理。玉米秸 、稻草、油菜秸、麦秸等农作物秸秆，稻壳、花生壳、麦壳等农产品的副产物，木材的锯末 、树皮等，甘蔗渣、蘑菇渣、酒渣等二次利用的废弃有机物，鸡粪、牛粪、猪粪等养殖 废弃物都可以作为基质原料［34］。刘伟等［35］采用炉渣、菇渣、锯末和玉 米秸混配有机基质，施用有机固态肥，番茄产量最高达36.05kg／m3以上, 蒋伟杰等 ［36，37］采用向日葵秆、玉米秆、玉米芯、菇渣、锯末等作为原料配制成基质栽培蔬菜 ，产 量和品质均得到大幅度提高，李瑞哲等［38］使用蘑菇底料、动物粪便等农业废弃物 对蚯蚓生长的影响进行研究，以便为低成本高效生产蚯蚓这种高效动物蛋白，制造优质饲料 的添加剂。

5 工业原料化

农业废弃物中的高蛋白资源和纤维性材料可以生产多种生物质材料和农业资料，例如秸秆作 为纸浆原料、保温材料、包装材料、各类轻质板材的原料，可降解包装缓冲材料、编织用品 等，或稻壳作为生产白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料； 棉籽加工废弃物清洁油污 地面；或棉秆皮、 棉铃壳等含有酚式羟基化学成分制成聚合阳离子交换树脂吸收重金属； 或利用甘蔗渣、玉米渣等二次利用废弃物制取膳食纤维食品，提取淀粉、木糖醇、糖醛等, 或者把废旧农膜、编织袋、食品袋等经过一定的工艺处理后作为基体材料，同时加入适当的 添加剂，通过一定的处理和复合工艺形成以球-球、球-纤维堆砌体系为基础的复合材料［39，40］。目前我国已经成功开发出了"秸秆清洁纸浆及综合利用新技术”，因此只要 能科 学合理地应用，适当扩大规模，实现清洁生产，在一定时期内秸秆仍将是一种较可靠的非木 材纤维造纸原料［27］。使用秸秆制造各类轻质板材其保温性、装饰性、耐久性均属 上乘，不仅可以弥补木材的短缺，减少森林的砍伐， 保护森林资源， 而且还可消耗大量以 稻草、麦秸为主的秸秆资源，降低秸秆焚烧所带来的大气污染， 具有较高的生态效益。原 料化是农业废弃物利用的一个重要途径，其关键是依靠科技开发利用，最大程度的利用农业 废弃物中有益的物质循环利用，是未来农业废弃物利用的一个重要方向。

6 小 结

针对农业废弃物的特性应用现代的生物工程技术提升农业废弃物的肥料化、饲料化、能源化 、基质化及工业原料化水平，使技术上向机械化、无害化、资源化、高效化、综合化发展， 产品上向廉价化、商品化、高质化、多样化和多功能化靠拢。物尽其用、变废为宝、高效利 用废弃物达到消除污染、改善农村生态环境、促进农业可持续发展的目标。

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Development of the Application of Resource Utilization Technology in Agricultura l Waste

篇2

中图分类号:F127文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)06-0120-02

一、前言

农业生产投入包括土地、农用物质资本、农业劳动和农业技术。农业生产函数能够表明农业生产中各项投入对于农业产出之间的数量关系。通过索洛方程还可以测算农业科技进步贡献率,用以反映一个国家或地区农业现代化水平的高低。测算不同时期农业生产中各项投入与农业产出之间的数量关系和农业技术进步对经济增长的贡献率大小及其变化趋势,能够反映出一个国家或地区农业发展的政策效果和存在的问题。黑龙江垦区农业总产值占黑龙江省农业总产值的20%左右,具有发展农业的得天独厚的自然环境优势和精良的机械配备,科学地构建农业生产函数,合理地测算各项投入与农业产出之间的数量关系,有助于从总体上了解黑龙江垦区农业资源的配置状况,提出进一步合理化的建议,对指导黑龙江垦区农业生产和制定未来发展战略有重要的参考价值。

二、研究方法

首先构建黑龙江垦区农业生产函数。农业生产中的主要投入包括:土地、物质资本、劳动、技术,依据柯布―道格拉斯生产函数,按照规模报酬不变的原则,可将农业生产函数表示为:

Y=AeKLM(o?燮α,γ,β?燮1,α+γ+β=1)

其中,Y表示农业生产总量,Ae表示综合技术水平,A表示全要素生产效率,λ表示技术进步率,t表示时间,K表示物质资本,L表示劳动,M表示土地。α,β,γ分别为资本,劳动和土地的产出弹性[1～2]。

然后根据生产函数可得索洛方程为:

λ=y-αk-βl-γm

其中,y,k,l,m分别是农业生产总量增长率、物质资本增长率、劳动增长率和土地增长率。根据索洛方程可进行以下几个指标的测算:

农业科技进步对农业生产总量贡献率 =1-α-β-γ

物质资本对农业生产总量贡献率=α

劳动对农业生产总量贡献率=β

土地对农业生产总量贡献率=γ

根据以上指标,结合黑龙江垦区农业生产实际情况,对黑龙江垦区农业生产资源配置进行实证分析[3]。

三、数据来源

样本数据来自《黑龙江垦区统计年鉴2007》,样本空间为1990―2006年。农业生产总量选择农林牧渔生产总值来表示,《黑龙江垦区统计年鉴2007》中的农林牧渔生产总值采用当年价格计算,为保证其具有较好的可比性,故用第一产业生产总值指数(1990年为100)对数据进行调整,将其变为以不变价格计算的农林牧渔生产总值(单位:亿元)。农业物质资本选择固定资产净值来表示,《黑龙江垦区统计年鉴2007》中的农业固定资产净值采用当年价格计算,为保证其具有较好的可比性,故用固定资产投资价格指数(1990年为100)对数据进行调整,将其变为以不变价格计算的农业固定资产净值(单位:亿元)。农业劳动选择《黑龙江垦区统计年鉴2007》中农业年末就业总人数来表示(单位:万人)。土地应该选择各个年份农业生产中实际使用的土地数量,但是黑龙江垦区农业受灾面积数据不全,故采用黑龙江垦区各年度耕地总面积(单位:万公顷)。

四、估计结果检验及相关指标测算

使用Eviews3.1对模型进行估计,其中,γ按农业部的经验给定,全国统一为0.25[4]。则估计方程可变换为lnY=αlnK+(1-0.25-α)lnL+0.25lnM+λT,变换形式后,采用加权最小二乘法,估计结果如下:

lnY=0.26lnK+(1-0.25-0.26)lnL+0.25lnM+0.054T

(P(t)=0.0000) (P(t)=0.0000)

=0.999,DW.=1.503,F=132481,P(F)=0.0000

方程中估计的解释变量的参数,符合大于0小于1的理论假设,通过经济意义检验。=0.999,表明拟合效果较好,通过统计检验。给定显著性水平α=0.01,两个估计参数的P(t)=0.0000,方程的P(F)=0.0000,表明在99%的概率水平下,方程中的变量显著,方程也显著。经过检验,不存在异方差、序列相关和多重共线性。模型通过计量经济学检验[5～6]。

根据模型估计结果:α=0.26,γ=0.25,λ=0.054,可算得β=1-0.25-0.26=0.49。估计方程表达为:

Y=eKLM(0?燮α,β,γ?燮1,α+γ+β=1)

根据以上黑龙江垦区农业生产函数的估计结果和索洛方程,可以测算出2001―2006年黑龙江垦区农业生产的相关指标,如下表所示:

五、黑龙江垦区农业资源配置状况分析及合理化建议

改革开放以来,中国经济快速发展,积累了雄厚的经济实力,近几年连续出台了许多有利于农业发展的政策,促进了垦区农业发展。2001―2006年期间,黑龙江垦区农业固定资产平均增长率为19.14%,劳动力平均增长率为1.73%,耕地面积平均增长率为1.75%,农业总产值年平均增长率达到12.62%。

通过模型估计结果可知,黑龙江垦区的农业技术进步率约为5.4%,技术进步对农业总产值贡献率为46.31%,对垦区的农业发展做出了巨大贡献。垦区农业主要是,这样的农业组织形式形成土地经营的小规模化,限制了大型农业机械的使用,另外,一家一户的经营方式要求农民拥有较高的技术和经营管理能力,这些都影响了垦区农业的技术进步。由于气候因素的影响,垦区劳动力在冬季处于失业和半失业状态,垦区应该加速土地使用权的流转,加强专业技术推广人员队伍建设,在农闲时期对农民进行技术培训,同时进一步加快农业生产经营组织的创新,以促进垦区农业进一步发展。

黑龙江垦区资本的产出弹性为0.26,资本对农业总产值贡献率为42.69%,表明大量的资金投入,对黑龙江垦区农业发展起到很大的作用,提高了农业基础设施的水平,这是农业摆脱天气的影响,高产稳产的基本保障。垦区应该抓住农民收入较大增加的契机,采取财政投入和鼓励农民投入相结合的方式,继续现代化农业基础设施建设,为垦区农业今后发展打下坚实基础。

随着国家政策对于农业的支持,黑龙江垦区农业劳动力有所增加,垦区劳动力的产出弹性较大,为0.49,劳动对农业总产值贡献率仅为7.26%,表明垦区的农业需要进一步精细化生产和经营,需要更多促进农业发展政策的施行,来吸引劳动力的投入,近几年农民增收明显的示范效应,也将增加垦区农业的吸引力。

黑龙江垦区土地对农业总产值贡献率为3.75%,尽管黑龙江垦区可耕地面积较大,但增量有限,应该放远眼光,因地制宜。适于农业生产的土地,要尽量用于农业生产,不适于农业生产的土地,再考虑进行非农产业的开发[7]。

参考文献:

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[7]刘良灿.中国地区农业生产中的土地、劳动和资本分析[J].贵州财经学院学报,2006,(3):36-40.

An Empirical Study on Heilongjiang Agriculture Group's Agricultural resources allocation

on the base of production function

WANG Shu-hui,YI Xiu-qin,ZHAO Hai-yan

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中图分类号：G305 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2013）15-0202-02

1 科学技术的发展

50万年前，人类掌握了利用火的技术，从而导致了制陶术、冶炼术，出现了铜、铁制工具，使社会生产力有了极大的提高。

16世纪中期，哥白尼的《天体运行论》拉开了第一次科学革命的序幕，太阳中心说推动了近代自然科学的发展；17～18世纪，蒸气机的发明，人类社会工业文明有了大发展。19世纪，法拉第划时代的发现奠定了电机的理论基础，为人类打开第二次科学革命的大门。随后，不仅是电动机取代了蒸气机，而且相继发明了电报、电话、电灯、电影、电视、电脑，并于20世纪初进人第三次科学革命。使人类社会进入一个丰富多彩、繁星闪耀的世界。

而科学的发展，又推动了技术的发展，相应的三次技术革命也与科学革命一道，使生产规模和劳动生产率有了更大的发展和提高。

目前，工业发达国家的劳动生产率的增长有60%～80%是依靠运用新的科技成果取得的，有的工业部门甚至是100%地领先运用新的科技成果。在当代一个国家的科技水平往往成为衡量这个国家经济实力的标志。因此，科学技术是人类智慧的结晶、更是人类社会发展的强大驱动力。

2 生命的产生和人类社会进步

无论是科学技术还是农业资源均是以人为主体的条件下来进行讨论、研究的，离开了人这一主体也就无从谈其他。人的历史较之地球的发展则显得特别的短暂，我们现在所生存的地球是距今46亿年发展起来的，在其形成之初至距今37亿年前，地球上没有生命，地球上最早的生命是在南非距今37亿年前的变质岩中发现的蓝绿藻遗迹。原始生命的出现，改造了地球环境，先是使还原性的原始海洋变成氧化性，然后是消耗大气中的CO2，释放出O2。这是地球上生命参与地球演化的一次革命。

地质历史时期不同生命形态的产生、演化、绝灭，都是与环境的演变密切相关的。地质历史时期，生物的演化、发展的趋势是：生物体由简单到复杂、适应能力由弱变强、生存空间由小渐大。最终在200～300万年前，地球上人类从哺乳动物猿类那里分化出来.在50～100万年前，人类掌握了利用火的技术后，地球环境中就明显地留下人活动的烙印。而地球到目前为止是人类借助先进的仪器如哈勃空间望远镜、射电望远镜、宇宙探测器等所能观测到的150亿光年之内的无数星球中唯一具有生命的一颗星球。

人类社会随着科学技术的发展而不断壮大的过程为：在距今4万多年前的中石器时代初期，全世界有约300万人，在1万年前的新石器时代，约500万人，在8千年前还不足1000万人，此后随着农业的出现和生产力的提高，人口的增长速度加快，至纪元初期世界人口约2亿，1650年前后约5亿，1830年10亿。人类社会的发展随着科学技术革命的发展而快速发展。之后加速发展，到1930年达20亿，1960年30亿，1976年40亿，1987年50亿，目前近60亿。而中国是世界上人口最多的国家之一，其发展速度也非常的快，1664年1亿，1762年2亿，1790年3亿，1834年4亿，1949年5亿，1954年6亿，1964年7亿，1969年8亿，1974年9亿，1981年10亿，1988年11亿，1996年12亿，2000年13亿，用1956年美国人口学家赫茨勒在其《世界人口危机》一书中提出的“人炸”来描述中国的人口问题是再确切不过的了。在人类的发展过程中，人类逐渐创造了辉煌的物质文明和精神文明，同时也创造出人类社会所不愿但又不得不面对的一系列问题。

3 农业资源及其危机

农业是一个国家经济发展的基础，是国内人口的粮食等必须品的来源，要维持一个人的生命和生活，仅食物消耗就需1斤菜、1斤米、1斤水，燃烧1斤煤及向环境中排泄1斤废弃物。那么从1830年以来人类为生存从地球环境索取了3.4×1018（g）物质（相当于现存于陆地生物量的100倍，土壤总有机质的30倍）、排泄物达8.5×1017（g）。其中前四项的内容几乎都属农业资源，由此一项，农业资源的重要性可见一斑。

我国的农业资源曾经一度是地大物博，资源丰富。中国是世界上国土面积最大的国家之一，拥有丰富的自然资源，但由于“人炸”，人均资源量极少。

3.1耕地资源

总土地面积9.60×106平方公里，居世界第三，南北长5500公里，东西宽5000公里，其中山地、丘陵占2/3，平原占1/3，人均土地面积不足15亩，耕地仅为世界的1/9，1.33×108公顷，人均耕地仅只1.2亩，离人均耕地下限的0.8亩为时不远。近年来由于人口增长，工业化、城市化发展，非农业用地迅速增加，耕地逐年减少.1958年～1993年间，我国累计减少耕地2.57亿亩，年均净734.3万亩，1994年，全国耕地面积减少了1071.8万亩，减少数量比上年增加14%，其中国家、集体、个人建房占用206.9万亩，占19.3%自然灾害毁地185.1万亩，占17.3%。而减少的都是优良高产耕地。目前中国耕地短缺的矛盾十分突出，全国已有1/3的省（区）人均耕地不足1亩，而东部沿海的广东、福建、浙江等省人均才0.5亩左右。面积减少、耕地质量退化、水土流失严重、肥力衰竭、土地盐碱化和土壤污染等严重威胁着中国土地的安全。

3.2水资源

我国多年平均降水（不含台湾）6.19×1012立方米，相当于年水汽输入总量1.82×105立方米的1/3。由于受到季风的影响，中国降水分布不均匀，由东南向西北雨季越来越短，降水量越来越少，降水集中性越来越强，降水变率越来越大。地表水多年平均2.71×108立方米，地下水多年平均8.288×1011立方米。我国淡水资源居世界第六位，而人均占有量只2330立方米，相当于世界水平的1/4，随着人口的增长和经济的发展，水的问题日益严重，1993年全国570个城市中300个不同程度缺水，日缺水量达1600万立方米。而我国水环境中78%的淡水污染物超标，40%的水资源已不能饮用，500多条较大河流中已有400多条被污染，大小湖泊2.4万多个，80%以上受到污染的危害，地下水的污染总量也达到50%。

4 农业资源的可持续利用

由于人口众多，人地矛盾突出，资源不足，导致人地关系紧张。然而人在地球系统中，只是系统中的一分子，人生活的环境是由众多成分共同组成，中国古代就已辩证地明晰了天一地一人的关系，现代生态学的研究结果也证明“天人合一”现在是而且将来也是人对自然的态度。人与自然的协调发展是人类社会健康发展的前提和保证。因而可持续思想在人类社会造成了各种灾难之后于1992年重新提出，立即受到全世界的响应，而农业资源的可持续利用又是其他持续发展的基础。怎样才能达到资源的可持续利用呢？

4.1资源的高效利用

充分利用现有的各种农业资源，最大限度地提高其利用率和生产力，通过合理布局和技术应用，使各项资源得到有效利用，使生态效益、经济效益和社会效益达到完善和统一。

4.2资源的节约

由于资源的浪费和破坏，各种资源均严重地不足，而资源的浪费对其可持续发展是一极大的阻碍，如粮食浪费，中国每年生产5.0×106吨白酒，耗粮1.25×107吨大米，生产啤酒6.54×106吨，耗粮1.5×106吨。酿酒用粮相当于全国1个月的口粮，相当于3500万亩粮田的产量总和。因此资源的节约是可持续利用的一个相当重要的方面。

4.3资源保护

资源受损，在很大程度上是难于恢复的，如生物多样性的破坏即是如此，而这些资源可能就是子孙后代生存和发展的依托。

资源的可持续利用主要体现在如下方面：

①高效利用土地资源，最大限度提高土地生产率；

②建立资源节约型生产体系；

③用一种较丰富的资源代替另一种紧缺的资源，或用别的资源替代农业资源；

④资源的开发与保护，既要保护也要开发，只有在保护的基础上进行开发，才符合现代的人地关系；

⑤在利用国内资源的同时，充分利用国外资源，可以更为有效地保护我国资源的可持续利用；

⑥在中国的传统农业的基础上，发展中国模式的生态农业；

⑦开发新的资源来源，森林、海洋等具有极大的潜在供应食物的能力，如海洋占据地表79%的面积，贮存着数量惊人的可供人类利用的自然资源。A、生物资源：从食用价值来说，在不影响生态平衡的条件下，海洋每年可向人类提供30亿吨水产品，能满足300亿人口一年的食用；B、盐类资源，仅食盐总量就达5亿亿吨以上，够人类用十几亿年，已探明的元素达80余种，而且含量十分巨大。如黄金550万吨、白银5亿吨、镁2100万亿吨、铀45亿吨、钼137亿吨、锂2470亿吨……，在陆地上可供开采的许多元素濒于枯竭的情况下，海洋无疑是柳暗花明的新天地；c、矿产资源，前景广阔。如大陆架的石油、天然气，海岸滩涂的砂矿以及洋底锰结核矿和被誉为“海底金银宝库”的热源矿床。

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Digital prototyping for teaching resources of agricultural mechanization engineering

Yang Xin, Li Jianping, Feng Xiaojing, Liu Junfeng

Agricultural university of Hebei, Baoding, 071001, China

Abstract: The technology connotation and the development principle of the digital prototype instructional resource were put forward through digital prototyping method. The digital prototype models of the typical components, mechanisms and machines were founded with the digital prototyping for the agricultural mechanization engineering instructional resource, and the various forms of simulation teaching based on these digital prototype models were carried out such as mechanical structure learning, the mechanism motion analysis, and the working principle demo.

Key words: agricultural mechanization engineering; talent cultivating; teaching resources; digital prototyping

我校省级重点学科农业机械化工程，多年来一直坚持“非实习不能得真谛，非实验不能探精微”的教学理念，取得了很好的教学成果[1-3]。但在知识经济和科学技术飞速发展的今天，农业生产作业方式正向保护性耕作、精准作业、设施栽培等现代化作业方式转变，农机装备也随之向高效、精细、节能和可持续的方向发展。未来若干年，是传统的农业机械化工程逐步向现代农业机械化工程提升的关键时期，农业机械化工程学科不仅要发展外延，更要着重向内涵拓展，培养高质量人才，出高水平成果[4]。考虑新形势下农业机械化工程教学的服务面向，以提高教学水平为主，不增加教育成本，开发高质量的农业机械化工程数字样机教学资源，构建农业机械化工程实验实习教学网络平台，已成为农业机械化工程教育信息化和现代化的迫切需要。

1 数字样机教学资源技术内涵与开发原则

1.1 数字样机教学资源技术内涵

数字样机开发(Digital Prototyping)是把一个创意变成一个可以向客户推销的数字化产品原型的全过程，是科学研究中新产品设计开发的一种现代化技术手段。利用数字样机开发技术可使得概念设计、工程设计、制造、销售和市场部门在产品制造之前虚拟地体验完整的产品[5]。工业造型师、设计工程师和制造工程师使用数字样机技术在整个产品开发过程中对产品进行设计、优化、验证和可视化。市场人员可以使用数字样机技术在产品制造之前创建产品的真实感，渲染和在实景环境中的动画模拟。目前，数字样机技术在机械、电子、航空、汽车、动力工程等诸多领域得到了广泛的应用。

数字样机教学资源是指利用数字样机开发技术对教学资源进行处理，可以在多媒体计算机及网络环境下运行的多媒体数字化教学材料。按处理的对象划分，数字样机教学资源可分为典型零部件、典型机构和典型样机等；按信息的呈现方式划分，数字样机教学资源可分为数字化图像、投影、视频以及网上教学资源等。与传统的教学资源相比，数字样机教学资源有开发技术数字化、处理方式多媒体化、信息传输网络化等特点。数字样机教学资源是一种动态的教学素材库，基于数字样机教学资源可以在不同教学单元间和教学平台上共享数字样机模型数据。

1.2 数字样机教学资源开发原则

开发数字样机教学资源应遵循教学性、科学性、开放性、通用性、层次性的原则。

(1)教学性原则：数字样机开发技术本属于科学研究中新产品设计开发手段，将其用于教学资源的设计开发中，与科研产品开发有着本质的区别。科研产品开发的目的是得到市场需求的新型产品，满足人们对产品的功能需求，而数字样机教学资源应能满足教与学的需求。

(2)科学性原则：数字样机教学资源应能正确反映科学知识原理和现代科学技术，所构建的样机模型应该尽量按实际设备进行1:1建模，按实际工作原理进行运动、动力仿真参数设置。

(3)开放性原则：数字样机教学资源应确保在任何时候、任何地方、任何师生都可以将自己的数字样机作品纳入其中，可以通过网络论坛设置不同身份的会员机制，给每一位使用者(教师、学生等)提供提交建议、上传作品的许可认证接口，尤其是对学生提交的课程设计、毕业设计成果进行审核认定，及时充实和更新教学资源库。

(4)通用性原则：在相应的技术标准规范下，数字样机教学资源应能适用于不同的教学情境和多种形式的学习，适用于针对不同专业而设置的同门类学科通论类课程，最大限度地共享资源。

(5)层次性原则：数字样机教学资源应实行模块化管理，使学习者通过对不同层次资源的使用和重组，方便进行课程或知识体系的筛选，最大限度地发挥资源的个性化定制潜能。

2 农业机械化工程数字样机教学资源开发

2.1 将现有教学资源进行数字样机建模

将现有的教学资源进行数字样机改造是把现行教学中使用的载体进行数字化改造，形成数字化模型资源。现有教学资源包括两大类：一是教研室和实验室原有成熟的实物教具、机构模型、零部件结构挂图等。二是在课程设计和毕业设计中师生创作的机械机构作品，包括展示型作品、师生交流作品集、教师对学生进行评价的作品等。将这些教学资源进行数字化样机设计，建立虚拟教学模型，主要是三维立体模型的制作和开发。图1所示是根据几种典型农机部件实物教具建立的数字样机模型。

(a)典型零件模型

(b)典型部件模型

图1 实物教具数字样机模型

可以筛选一批典型资源设立学生设计研究计划项目，让学生参与教学资源建设，并借助设计过程提高学生对现代数字化设计软件的应用能力，将学生技能教育融于教学中，并兼顾提升学生从事科研工作的能力，提前熟悉一些主流设计软件的使用方法和操作技能。

2.2 将科研产品数字样机进行教学型转化

在农业机械化工程诸多核心课程教学中，除了加强理论课程的基础知识外，更要体现学科前沿知识，在实践环节中融入最新科研成果，将学科前沿知识带给学生，让学生对专业方向有更好的把握和定位。如今农业机械产品开发已经采用了数字样机开发技术，许多产品生产之前需要借助产品数字样机进行功能和行为的仿真模拟，在产品开发过程中更是借助数字化手段对研究对象反复仿真分析和评价[6-9]。开发完成的产品本身就是很好的教学资源，尤其是一些新机构、新部件的结构原理、动态特性等。图2所示是在科研项目中开发的新型机械装备和核心部件运动仿真分析模型。

(a)果园风送喷雾机 (b)零速投种运动仿真

图2 科研产品数字样机模型

通过多媒体技术把典型科研产品设计和仿真过程进行录制、编辑等，形成用于课程教学的素材。这要求任课教师在参与科研工作的同时捕捉可用于教学的信息，及时收集科研工作中的教学素材，这也有助于科研工作本身的总结和提高。

2.3 将调研产品数据作为数字样机资源补充

调研数据主要包括旧式农具、农民自制农具和新型农机产品等。这些农具或农机产品是目前教材中没有的产品类型，但它们对了解农业机械发展历史和目前农村使用农机的现状有着不可替代的作用。通过学生假期社会实践活动，可以搜集到大量旧式农具、农民自制农具和新型农机产品的数据信息。筛选出比较有代表性的机具产品进行数字样机建模，如图3(a)所示是我国北方农村现存不多的小麦播种开沟农具，这种农具曾在我国小麦播种区域有着广泛的应用，改革开放后逐渐淡出历史舞台。图3(b)所示是目前北方农村玉米播种区域广泛使用的一种勺轮式玉米精量免耕播种施肥联合作业机，适用于对包衣后的优质玉米种子进行精量播种。

(a)播种开沟旧式农具 (b)玉米精量免耕播种机

图3 调研产品数字样机模型

3 数字样机教学资源应用

3.1 农业机械学省级精品课教学应用

农业机械学是我校农业机械化及其自动化专业必修的一门理论和实践紧密结合的课程，2003年已经建设成为省级精品课。我们建立的各种数字样机教学资源在农业机械学省级精品课建设过程中得到了很好的应用。在理论课和实验课教学课件中采用的数字样机模型包括耕整地机械、播种机械、中耕管理机械、收获机械、植保机械等。各种模型素材在各个理论教学单元中以图片、动画等形式体现，其中动画素材与理论教学课件素材占总量的50%以上。尤其是对于结构认知课，学生通过逼真的数字样机模型分解视图和生动的三维动画模拟演示，很快理解了在理论课程中所讲的基础知识。

3.2 “农业机械化工程实验实习教学网”应用

“农业机械化工程实验实习教学网”是河北省重点学科农业机械化工程的重点建设内容之一。该教学网于2009年5月开通试运行，其内容以农业机械化及其自动化本科专业课和业务素质课的实验和实习教学为主体内容，以省级精品课农业机械学的实验和实习教学为核心，兼顾农学、园艺、畜牧、植保等非机化专业的农机化概论、草业机械化、植保机械等选修课程实验教学。学生实名注册为会员后可选择相应内容学习、下载资料、参与师生互动交流等，实现网络教学。图4所示是农业机械化工程实验实习教学网首页，通过链接数字样机教学资源，能够让学生在任何地方学习农业机械基础知识和了解学科发展动态，起到事半功倍的效果。

图4 数字样机教学资源网络教学应用

4 结束语

为适应农业机械化工程学科向内涵拓展，培养高质量人才的时代要求，利用数字样机开发技术建立了大量数字样机模型作为农业机械化工程学科的教学资源。通过将现有教学资源进行数字样机建模、将科研产品数字样机进行教学型转化和将调研产品作为数字样机资源补充的途径，完成了一套比较完善的典型零部件、典型机构和典型样机的数字化模型。并把这些模型应用到了农业机械学等课程教学和“农业机械化实验实习教学网”建设中，开展多种形式的仿真教学和网络教学，为加快农业机械化工程教学由传统模式向现代模式的转变提供了实践性参考。

参考文献

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[5] 吴菌.数字样机真的是老生常谈吗?[J].中国制造业信息化,2007,7:60-62.

[6] Yang Xin, Feng Xiaojing, Liu Junfeng.Virtual Assembly Associative Design and Finite Element Analysis for Digging Spade of Potato Harvester [C]. Proceedings of 2007 International Conference on Agricultural Engineering, 2007: 426-431

篇5

关键词:农业水资源;可持续;规划;节水措施

我国是一个干旱缺水严重的国家,水资源并不丰富并且地区分布十分不平衡。淡水资源总量占全球水资源的6%,仅次于巴西、俄罗斯和加拿大,居世界第四位,是全球13 个人均水资源最贫乏的国家之一。淡水资源人均占有量很低,约2420m3,只相当于世界人均占有量的1/4, 全国河川多年径流总量约26300×108m3,其中地下水资源补给量约7700×108m3,由于地表水和地下水都来自降水,既密切联系又相互转化,扣除其重复部分,初步估算全国水资源总量约为27200×108m3,其中可用总水量(减去无人居住区)约11000～12000×108m3,占水资源总量约40%～45%,而实际可用水量仅7000×108m3 左右,利用率约60%。在这7000×108m3 水中, 由于水污染, 实际可用的清洁水仅有4000×108m3 左右,即约有3000×108m3 水受到污染(按年污水总排放量38×108m3,将使3000×108m3 水受到不同程度地污染)。水资源紧张严重阻碍了国民经济的发展、给人民的生活带来很大的不便。随着经济和社会的高速发展,中国需水量将愈来愈大,如果不采取有力措施,我国有可能在未来出现更严重的水危机,水资源问题已成为中国实施可持续发展战略过程中必须认真解决的重大问题。

一、水资源保护规划及其措施

1.地表水资源保护规划及其措施

(1)饮用水资源保护

全社会动员起来,控制排污总量,限制、取缔沿江污染工厂、企业。对于双流县来说,要切实的保护饮用水源,要切实落实《饮用水水源保护区污染防治管理规定》。应做好天然林保护、退耕还林(草)、水土保持综合治理、生态农业等综合措施,以涵养水源、控制土壤侵蚀、减少水土流失并通过过虑、吸收或吸附各种营养元素和污染物质,减少细菌数量,保护和改善水质。

(2)一般地表水资源保护

水量调节方面,水务部门应进一步加强水利工程的改造、建设,如改造灌渠、水库、塘堰,兴修微水池等用以蓄水来调节天然来水的时空分布不均。水质方面,应当进一步完善相关法律、法规、制度,控制污染源,建立污水处理厂、垃圾处理厂,对双流县水环境进行综合治理。同时要按照法律、法规,在政府的引导、调控下,限制、取缔排污企业,合理分配水量,通过宣传提高公众水资源保护意识,节约用水,建立节水、防污型社会共同保护水资源。

2.地下水资源保护规划及其措施

(1)饮用水源地地下水资源保护规划及其措施

对于地下水水量的保护,水行政部门对于地下水开采要严格把关,严格水资源论证制度,对地下水开采进行科学管理和指导,合理开采,使开采量与增加的补给量和减少的天然排泄量之间达到平衡。

在水质保护方面,对于集中供水水源地,要划定水源地保护区,保证其补给部分水不致引起地下水水质恶化;对于分散饮水水源地,可采取改建厕所为防渗旱厕、建排污沟,保护水源不受污染。

(2)一般地下水资源保护规划及其措施

山阳县平坝区在水质保护中应避免、减少平坝区农田高毒、高残留的农药、化肥使用,避免旱厕等“天窗”入渗物污染地下水体。在水量方面应避免人工大降深、过量抽取地下水造成含水层的疏干。另外,由于地表水与地下水的相互补给关系,应防止地表水污染地下水

山阳县丘区地区水资源保护除平坝区的保护措施外,更应改注意以节约用水、生态环境建设为重点。做好天然林保护、退耕还林(草)、水土保持综合治理、生态农业等工作,以调节河川径流、调蓄地下基流、控制土壤侵蚀、减少水土流失并通过过虑、吸收或吸附各种营养元素和污染物质,减少细菌数量,保护和改善水质。

二、综合节水技术措施研究

1.工程节水措施。包括灌溉工程配套、渠道衬砌 、低压管道输水、机电井建设、地面灌溉设施改善、喷灌和滴灌系统 ,此类措施的基本作用是提高灌溉水的利用率和灌溉保证率。 2.农业节水措施。包括土地平整、深翻深松、免耕少耕,平衡施肥、秸秆还 田和增施有机肥,提高土壤肥力 。推广塑料薄膜覆盖及保护地栽培,发展设施农业,普及良种和使用抗旱保水剂。改进种植结构和耕作技术,以及防风林建设和水土保持,此类措施的基本作用是提高农作物产量和产品质量,降低农田水分蒸发耗水量。

3.覆盖保墒技术.在耕地表面覆盖塑料薄膜、秸秆或其他材料抑制土壤蒸发 ,减少地表径流,蓄水保墒,提高地温改善土壤物理性状.起到蓄水保墒 、提高水的利用率,促进作物增产的良好效果.秸秆覆盖一般可节水 15% 20%,增产10%―20%.覆盖塑料薄膜可增加耕层土壤水分 l% 4%,节水 20%―30%,增产 30%―40%.

4.考虑农业种植结构