基于光伏技術(shù)的都市農(nóng)業(yè)發(fā)展

■湯飛 洪再生 叢安琪

縱觀國內(nèi)外城市建設(shè)發(fā)展歷程，城市的雛形都孵化于各自地域的農(nóng)耕文明，農(nóng)耕文化在構(gòu)建城市系統(tǒng)過程中發(fā)揮著不可替代的作用。而都市農(nóng)業(yè)服務(wù)于城市、依托于城市，是推動城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的有效途徑，農(nóng)村業(yè)態(tài)的多樣性轉(zhuǎn)型發(fā)展，是加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的必然趨勢。因此，發(fā)展都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。光伏農(nóng)業(yè)是將太陽能發(fā)電技術(shù)，廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖、灌溉、病蟲害防治以及農(nóng)業(yè)機(jī)械動力提供等領(lǐng)域的一種新型農(nóng)業(yè)技術(shù)，光伏新能源發(fā)展與都市農(nóng)業(yè)理念的有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)資源整合、優(yōu)勢互補(bǔ)、共同發(fā)展。

光伏生態(tài)農(nóng)業(yè)不僅可以節(jié)約大量的土地資源，而且可以最大限度地利用太陽的光熱資源對溫室進(jìn)行加溫，從而保證蔬菜等園藝作物的正常生產(chǎn)。因此，發(fā)展光伏生態(tài)農(nóng)業(yè)是調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的重要手段和有效載體。光伏生態(tài)農(nóng)業(yè)示范項(xiàng)目的實(shí)施，對于進(jìn)一步加快光伏產(chǎn)品的示范應(yīng)用，加快工業(yè)與農(nóng)業(yè)的融合，加快光伏產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的對接，不斷提高生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)水平，引領(lǐng)、示范、輻射、聚集和帶動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速健康發(fā)展具有重要的意義。

一、都市農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵和特征

(一)都市農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵

都市農(nóng)業(yè)的研究，最早出現(xiàn)在日本、美國和歐洲等發(fā)達(dá)國家。1930年，《大阪府農(nóng)會報》雜志最早出現(xiàn)“都市農(nóng)業(yè)”一詞。隨后，日本地理經(jīng)濟(jì)學(xué)家青鹿四郎在其1935年的著作《農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)地理學(xué)》一書中說道:“所謂的都市型農(nóng)業(yè)是分布在都市內(nèi)的工商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)等區(qū)域內(nèi)，或者是分布在都市外圍的特殊形態(tài)的農(nóng)業(yè)。”他首次對“都市農(nóng)業(yè)”進(jìn)行了學(xué)術(shù)定義[1](P2)。1977年，都市農(nóng)業(yè)的概念被美國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家艾倫·尼斯在其論著《日本農(nóng)業(yè)模式》中正式提出[2]。隨著世界城市的發(fā)展和社會生活方式的變化，對都市農(nóng)業(yè)內(nèi)涵的界定日益豐富。其中，日本和德國所推崇的狹義都市農(nóng)業(yè)認(rèn)為，都市農(nóng)業(yè)就是鑲嵌在城市各個地塊之內(nèi)的小塊農(nóng)田，包括建筑物陽臺、庭院，城市街巷空間的小型園地、農(nóng)業(yè)主體公園、休閑農(nóng)莊等，是城市市民休閑消遣的公益性城市內(nèi)部農(nóng)業(yè)。本文立足于新型城鎮(zhèn)化的時代背景，融合城鄉(xiāng)協(xié)同發(fā)展的內(nèi)涵，認(rèn)為現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)應(yīng)該是在城鄉(xiāng)一體化發(fā)展背景下，以城鎮(zhèn)體系統(tǒng)籌規(guī)劃為依據(jù)，并結(jié)合現(xiàn)代高新科學(xué)技術(shù)的農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，以滿足城鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)等需求為前提，構(gòu)建業(yè)態(tài)多維化、功能多樣化、產(chǎn)業(yè)多元化、可持續(xù)發(fā)展為一體的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，主要包括精細(xì)農(nóng)業(yè)、休閑農(nóng)業(yè)、體驗(yàn)農(nóng)業(yè)、教育農(nóng)業(yè)等農(nóng)業(yè)形態(tài)。

(二)都市農(nóng)業(yè)的特征

都市農(nóng)業(yè)是城鄉(xiāng)社會經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展的必然產(chǎn)物，是在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)上衍生出來的新型農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，是依托于城市并服務(wù)于城市的城鄉(xiāng)互動協(xié)調(diào)發(fā)展途徑[3]。其既是一種能滿足城鄉(xiāng)居民生產(chǎn)生活、科教文化、生態(tài)保護(hù)一體化建設(shè)的新型農(nóng)業(yè)體系，又是一種市場化、規(guī)?；?、專業(yè)化、智能化較強(qiáng)的現(xiàn)代化生態(tài)產(chǎn)業(yè)。都市農(nóng)業(yè)依托于城市、服務(wù)于城市，成為城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、功能結(jié)構(gòu)升級、生態(tài)系統(tǒng)培育的新路徑，其特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.城鄉(xiāng)融合。自古以來城鄉(xiāng)界限涇渭分明，城市往往都是工商服務(wù)業(yè)的集聚地，而農(nóng)林牧漁業(yè)則通常分散在廣袤的農(nóng)村。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速發(fā)展，新的農(nóng)業(yè)發(fā)展理念逐步開始動搖傳統(tǒng)觀念的根基。一方面，大城市群的出現(xiàn)所帶來的資源集聚和共享，使處在大中小城鎮(zhèn)之間的農(nóng)村，無論在區(qū)位、交通、資源，還是信息方面都享有與城鎮(zhèn)相當(dāng)?shù)谋憷?另一方面，隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，一部分原處于城市邊緣區(qū)的農(nóng)田保留下來，在城市內(nèi)部建立起觀光農(nóng)業(yè)和游樂園，形成城市內(nèi)部的插花型農(nóng)業(yè)，由此構(gòu)成城市與鄉(xiāng)村渾然一體、相互交織、互相滲透的空間結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出“都市中有田園，農(nóng)村中有城鎮(zhèn)”的城鄉(xiāng)融合發(fā)展特征。

2.功能多元。都市農(nóng)業(yè)的功能多元性，主要表現(xiàn)在第一產(chǎn)業(yè)向第二、三產(chǎn)業(yè)滲透和延伸過程中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和旅游發(fā)展多元化建設(shè)，為城市居民生產(chǎn)生活、休閑娛樂提供服務(wù)的同時獲得經(jīng)濟(jì)效益。因此，要滿足城市居民多方面的需求，不僅要充分利用城市提供的現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)施和科技成果，為城市提供農(nóng)副產(chǎn)品等生活資料，而且要為城市居民營造生態(tài)環(huán)境優(yōu)美的休閑觀光娛樂場所，以及傳統(tǒng)農(nóng)耕文化教育基地等多方面的服務(wù)。所以，生態(tài)社會效益和經(jīng)濟(jì)效益共同追求的本質(zhì)，使都市農(nóng)業(yè)同時具有生產(chǎn)、生態(tài)、文化、教育等多方位的功能，這也決定了都市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營形式、形態(tài)和功能的多樣性特征。

3.智能集約。相較于傳統(tǒng)鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)粗放的經(jīng)營模式，都市農(nóng)業(yè)發(fā)展的農(nóng)業(yè)資源要素、生產(chǎn)環(huán)境、產(chǎn)業(yè)技術(shù)特征和功能結(jié)構(gòu)等方面，都存在一定的限制因素。因此，為追求相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益，都市農(nóng)業(yè)只能轉(zhuǎn)向資本機(jī)制、技術(shù)密集、土地集約的經(jīng)營模式，利用相對有限的土地資源精耕細(xì)作，運(yùn)用智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和管理手法集約經(jīng)營，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的現(xiàn)代化、企業(yè)化、規(guī)?；?、市場化，以及生產(chǎn)、加工、銷售一體化，構(gòu)建高附加值、高品質(zhì)、高科技含量的精細(xì)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系。

4.市場主導(dǎo)。市場主導(dǎo)突破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中“小農(nóng)思想”的束縛，擺脫傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中過度地域性的觀念，秉承農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加工、銷售貿(mào)易適應(yīng)大城市和國際市場需求的觀念，依托城市發(fā)達(dá)的交通流、信息流和市場，進(jìn)行全方位、跨區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合作和農(nóng)產(chǎn)品交易。在市場力的主導(dǎo)下，都市農(nóng)業(yè)通過廣闊的市場網(wǎng)絡(luò)將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者與世界各地的開放市場聯(lián)系在一起，根據(jù)市場需求有效地進(jìn)行生產(chǎn)要素合理配置。通過市場力對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的帶動作用，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的專業(yè)化水平。

二、光伏新能源在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

(一)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按照與市政電力系統(tǒng)的連接與否，分為并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)[4]。其中，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括分散式和集中式兩種裝機(jī)模式。由于分散式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)容量較小(幾千瓦到幾十千瓦)，適合我國農(nóng)村發(fā)展需要，因而較為常見。光伏電池發(fā)出的直流電通過該系統(tǒng)中的逆變器之后，逆變成與市政電網(wǎng)同頻同相的交流電，進(jìn)而并入市政電力系統(tǒng)中供農(nóng)村居民生活生產(chǎn)使用(見圖1)。

(二)光伏新能源在農(nóng)業(yè)溫室補(bǔ)光系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖1 光伏發(fā)電智能控制系統(tǒng)示意圖

現(xiàn)階段，在以農(nóng)業(yè)溫室工廠為主導(dǎo)的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)者通常會利用科學(xué)合理的人工手段，控制和改變溫室大棚內(nèi)的小環(huán)境，進(jìn)行反季節(jié)蔬菜、瓜果以及高經(jīng)濟(jì)附加值的農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)，如通過LED植物燈照射植物，將平面種植向立體多層次種植方式發(fā)展 (見圖2)。傳統(tǒng)的人工補(bǔ)光方式是在封閉式的植物苗大棚中采用人工光源(熒光燈)照射，碳排放量高且耗電量較大[5]，而光伏發(fā)電是通過太陽能硅片將太陽輻射能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電方式。將光伏發(fā)電技術(shù)直接運(yùn)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植中，即解決了人工補(bǔ)給方式的高能耗問題，又有效地降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。

(三)太陽能光伏提水系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

圖2 光伏補(bǔ)光系統(tǒng)示意圖

太陽能光伏提水系統(tǒng)是利用太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能之后，用于驅(qū)動水泵進(jìn)行抽水的人工智能系統(tǒng)，即太陽能光伏揚(yáng)水系統(tǒng)(Solar Water Pumping System)[6]。由串并聯(lián)之后的太陽能電池組件轉(zhuǎn)化太陽能為電能之后，通過光伏揚(yáng)水逆變器的控制和調(diào)節(jié)作用，將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妬眚?qū)動水泵。該技術(shù)既能根據(jù)日照強(qiáng)度變化進(jìn)行智能的實(shí)時調(diào)節(jié)輸出頻率，又能對最大功率點(diǎn)進(jìn)行即時跟蹤，最大限度地利用太陽能(見圖3)。

圖3 光伏揚(yáng)水系統(tǒng)示意圖

三、都市農(nóng)業(yè)園區(qū)發(fā)展策略

(一)構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新示范區(qū)

以光伏新能源利用為核心，綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)及綠色建筑等新興技術(shù)。首先，將光伏方陣與建筑相結(jié)合，在應(yīng)用清潔能源、節(jié)約土地的同時，運(yùn)用諸多綠色建筑技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能減排;其次，把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)貫穿于農(nóng)產(chǎn)品的儲藏、加工、銷售、物流運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，形成從生產(chǎn)到加工銷售一條龍的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈;然后，推進(jìn)各種農(nóng)業(yè)新技術(shù)與園區(qū)農(nóng)業(yè)科普展示功能布局的結(jié)合，打造科技創(chuàng)新示范基地，從“科技創(chuàng)新示范區(qū)”這一概念出發(fā)，把“國內(nèi)國際科技領(lǐng)先”作為最大的特色進(jìn)行打造，這是保證園區(qū)旺盛生命力的重要舉措。

(二)構(gòu)建生態(tài)農(nóng)業(yè)示范區(qū)

運(yùn)用先進(jìn)生態(tài)技術(shù)，形成園區(qū)內(nèi)能源循環(huán)，倡導(dǎo)生態(tài)循環(huán)理念，營造綠色的生產(chǎn)環(huán)境。運(yùn)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)成果和現(xiàn)代管理手段，通過設(shè)計生態(tài)工程，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境之間、資源利用與保護(hù)之間的矛盾。增加園區(qū)內(nèi)部產(chǎn)業(yè)的聯(lián)系，如稻殼、秸稈、家禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物可統(tǒng)一回收，經(jīng)加工后供給各功能區(qū)使用，實(shí)現(xiàn)能源自給。重視先進(jìn)的水處理技術(shù)，如建立人工強(qiáng)化濕地，對園區(qū)內(nèi)生活污水及生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理，達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后統(tǒng)一排放。

(三)構(gòu)建以農(nóng)業(yè)觀光體驗(yàn)為核心的旅游發(fā)展示范區(qū)

(四)充分利用功能區(qū)引進(jìn)合適項(xiàng)目(見表1)

以光伏科技農(nóng)業(yè)展示、農(nóng)耕養(yǎng)生度假和禪修療養(yǎng)為造模式，劃為“光伏建筑一體化”示范項(xiàng)目，并享受國家財政補(bǔ)貼。因此，應(yīng)該開展獨(dú)創(chuàng)性專業(yè)技術(shù)的研究，改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者在價值觀和技術(shù)水平上的差距，利用科技創(chuàng)新、高效緊湊、發(fā)展有序、布局合理的空間規(guī)劃設(shè)計方法，對城鄉(xiāng)統(tǒng)籌可持續(xù)發(fā)展提供規(guī)劃策略支持。

光伏新能源在都市農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)過程中的綜合運(yùn)用，是新能源與都市農(nóng)業(yè)理念有機(jī)結(jié)合的嘗試，然而該領(lǐng)域的相關(guān)理論研究成果與實(shí)際建設(shè)項(xiàng)目相對匱乏。在城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的總體基調(diào)下，未來很長一段時間內(nèi)，我們?nèi)匀恍枰獙⒐夥履茉蠢迷诒姸喽际修r(nóng)業(yè)園區(qū)，并嘗試將更多的新能源綜合應(yīng)用于改善農(nóng)村生活與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式上。因此，需要對這一課題開展深入廣泛的探索和完善。主題，結(jié)合良好的水資源，構(gòu)建集科技展示、會議接待、溫泉度假、文化體驗(yàn)等功能為一體的核心展示區(qū)、會議接待區(qū)、溫泉度假區(qū)、農(nóng)耕文化體驗(yàn)區(qū)、田園大地景觀區(qū)和光伏大棚區(qū)。

表1 項(xiàng)目發(fā)展建議

合理利用生態(tài)資源，為園區(qū)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造良好的自然條件。重點(diǎn)體現(xiàn)園區(qū)獨(dú)具的光伏科技特色，科學(xué)可持續(xù)利用較好的生態(tài)環(huán)境條件，科學(xué)規(guī)劃、合理布局，豐富現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目。

四、結(jié)語與展望

都市農(nóng)業(yè)發(fā)展研究涉及內(nèi)容繁多，需要從多學(xué)科、多維度、多層次的視角充分考慮各種經(jīng)濟(jì)、社會要素進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。隨著《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》的頒布實(shí)施，全國大部分地區(qū)已將太陽能光伏生態(tài)大棚電站的建

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