養(yǎng)耕共生系統(tǒng)技術(shù)簡析與探索

王 瑩

(遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，遼寧 營口 115009)

0 引言

都市農(nóng)業(yè)依托于城市、服務(wù)于城市、適應(yīng)于城市發(fā)展的要求，是一種被規(guī)劃到城市建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略的農(nóng)業(yè)。發(fā)展都市農(nóng)業(yè)，不但可以為都市人群供應(yīng)新鮮、安全、衛(wèi)生的農(nóng)產(chǎn)品，滿足城市人群對食品消費的需求，還對保護生態(tài)系統(tǒng)，涵養(yǎng)水源，調(diào)節(jié)溫度、濕度，改善生態(tài)環(huán)境起到重要作用。另外，都市中的農(nóng)業(yè)可以作為城市文化和社會生活的一部分，通過農(nóng)業(yè)活動，城市居民與農(nóng)民之間增加了社會交往，滿足了精神文化生活的需要，像休閑觀光農(nóng)業(yè)、農(nóng)耕與民俗文化旅游業(yè)也隨之興起?，F(xiàn)代化高科技對農(nóng)業(yè)的運用，對各個地方起到示范和帶頭的作用。高科技農(nóng)業(yè)園區(qū)為大眾居民起到了農(nóng)業(yè)科技知識教育的作用。

1 養(yǎng)耕共生系統(tǒng)介紹

1.1 養(yǎng)耕共生系統(tǒng)的定義

養(yǎng)耕共生系統(tǒng)是一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖、水耕栽培植物和微生物3種元素共營共生的復(fù)合系統(tǒng)，利用這3種元素之間的生態(tài)關(guān)系，實現(xiàn)能量和物質(zhì)間的轉(zhuǎn)移與平衡，形成動態(tài)的、可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)[1]。這種共生系統(tǒng)必須安排好三者之間共同存在于一個健康、良好的互生環(huán)境，要搭建一個成功的共生系統(tǒng)，選擇合適的物種是極其重要的一個環(huán)節(jié)，另外環(huán)境的調(diào)控也成為關(guān)鍵。這種水產(chǎn)養(yǎng)殖與水耕栽培相結(jié)合，同生同存，持續(xù)有機的生產(chǎn)機制，能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)用水的自動凈化和農(nóng)作物的自動施肥，從而達到了資源再利用、節(jié)省成本、減少污染的效果。

1.2 系統(tǒng)的組成及原理

養(yǎng)耕共生系統(tǒng)可以看成是水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)和水耕栽培系統(tǒng)在微生物的作用下，在一些輔助設(shè)備的監(jiān)測和控制中，由魚類的排泄廢物和食物殘渣作為農(nóng)作物肥料，由農(nóng)作物根系凈化和改善水質(zhì)，亦或是利用系統(tǒng)中的水培植物作為魚類的飼料。兩個系統(tǒng)相輔相成，達到廢物再利用、水資源循環(huán)使用的生態(tài)平衡。

1.3 系統(tǒng)的起源與現(xiàn)狀

養(yǎng)耕共生系統(tǒng)起源于古老的農(nóng)業(yè)智慧，早在中國的明末清初珠江三角洲地區(qū)就興起過?；~塘，塘內(nèi)養(yǎng)魚，桑葉養(yǎng)蠶，蠶沙喂魚，魚糞肥基的物質(zhì)循環(huán)利用模式的生產(chǎn)方式。在東南亞地區(qū)，也曾有過在水稻田中養(yǎng)殖黃鱔、泥鰍、田螺等水產(chǎn)養(yǎng)殖與水耕栽培相結(jié)合的生產(chǎn)先例。

2 系統(tǒng)搭建成功的要素

在生產(chǎn)中，場地的搭建、相關(guān)設(shè)備的構(gòu)建、養(yǎng)殖魚種的選擇、微生物的培養(yǎng)都要依據(jù)以上原理，要建立一個成功的系統(tǒng)，主要需要考慮以下3個方面。

2.1 基地選擇

生產(chǎn)基地最好選擇在光照充足、水源豐富、電力交通都便利的地點，可以在城市比較空曠的區(qū)域或者是在城郊距離市場比較近，便于運輸和上市銷售的地點，這樣，既可以降低運輸成本，又能在短時間內(nèi)，讓消費者直接購買到新鮮產(chǎn)品，保證質(zhì)量，從而發(fā)揮地域優(yōu)勢和市場優(yōu)勢。事實上，養(yǎng)耕共生系統(tǒng)中，水的消耗主要由自然蒸發(fā)和植物蒸騰，系統(tǒng)的運行當中并沒有太多的浪費，是一種節(jié)水集約型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，是一種非常適合城市發(fā)展的農(nóng)業(yè)項目。

2.2 要素之間的比例

養(yǎng)耕共生系統(tǒng)是一個能量循環(huán)系統(tǒng)，日換水量很小，檢測與維護不當會使系統(tǒng)中的氮、磷等營養(yǎng)鹽物質(zhì)積累過多或嚴重缺乏，影響系統(tǒng)的生產(chǎn)和運行。養(yǎng)耕共生系統(tǒng)中，農(nóng)作物與養(yǎng)殖物種之間要依據(jù)物質(zhì)能量循環(huán)規(guī)律，確定最佳的比例關(guān)系以確保生態(tài)平衡，這是系統(tǒng)成功的關(guān)鍵所在。比如農(nóng)作物需要多少比例的魚類糞肥作為肥料，魚產(chǎn)生的廢物需要多少微生物來作用分解等。

農(nóng)作物強大的根系能夠吸收水中的有機物或礦物質(zhì)，吸附水中殘留物及對魚有害的物質(zhì)，在植物與微生物的共同作用下，水中的有機物和對魚類生存不利的物質(zhì)得到了分解與轉(zhuǎn)化[3]。相較于傳統(tǒng)的依靠人工與化學反應(yīng)凈化水質(zhì)的方法，養(yǎng)耕共生系統(tǒng)節(jié)省了勞動力與設(shè)備等資源的成本，使其具備更強的市場競爭力。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)傳感器與智能APP的應(yīng)用

養(yǎng)耕共生系統(tǒng)中采用智能監(jiān)控設(shè)計，設(shè)計研發(fā)采用了先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)[4]。利用4G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，利用手機APP軟件或搭配電腦實現(xiàn)控制功能，從而實現(xiàn)實時遠程無線自動控制。該系統(tǒng)能夠自動監(jiān)測并控制光照強度，空氣溫度、濕度，檢測酸堿平衡等，養(yǎng)耕共生自動控制解決方案可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)、農(nóng)業(yè)溫室大棚、智能食用菌房、食品蔬菜保鮮庫等場所。

3 實踐應(yīng)用中的優(yōu)勢與不足

目前，我國一直不斷推進農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級并積極支持物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究，已經(jīng)研發(fā)了很多具有知識產(chǎn)權(quán)的計算機軟件、硬件技術(shù)。在已有的技術(shù)基礎(chǔ)之上，可以實現(xiàn)養(yǎng)耕共生系統(tǒng)的智能監(jiān)測與管控、數(shù)據(jù)的收集和查詢、種養(yǎng)殖分析等功能。這些都為我國打破傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式奠定了一定的基礎(chǔ)，但是我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用開發(fā)仍處于較低水平，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于養(yǎng)耕共生系統(tǒng)上還存在著一定的問題。由于我國還沒有對養(yǎng)耕共生系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和設(shè)備進行標準化的管理與精確的要求，以致于造成技術(shù)廠家眾多，但是真正有技術(shù)含量的傳感器類型少，質(zhì)量參差不齊，標準化程度不夠，加大了保證系統(tǒng)正常運行的難度。另外，傳感器等設(shè)備的成本、維護成本、技術(shù)成本相對較高，也讓大部分企業(yè)望而卻步。再者，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種新興的綜合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，普通農(nóng)民對此專業(yè)并不了解，學習難度大，不懂管理，農(nóng)民技術(shù)人員的缺乏也阻礙了養(yǎng)耕共生系統(tǒng)的發(fā)展[5]。

4 總結(jié)與展望

糧食是維持生命所必需的，農(nóng)業(yè)要養(yǎng)活不斷增長人口的壓力越來越大，我們期待看到農(nóng)民和其他農(nóng)業(yè)機構(gòu)求助于最新的技術(shù)。隨著養(yǎng)耕共生技術(shù)的發(fā)展，毫無疑問物聯(lián)網(wǎng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用將得到重視。依據(jù)建筑功能的不同可有多種經(jīng)營模式，經(jīng)濟效益廣而高。智能APP的監(jiān)測與控制能夠節(jié)省人力、物力，提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)耕共生系統(tǒng)的開發(fā)與完善對促進我國“智慧農(nóng)業(yè)”的建設(shè)影響重大，意義深遠。對于以后的發(fā)展提出3點建議。

1)繼續(xù)加強人工智能技術(shù)與傳感器技術(shù)的應(yīng)用。養(yǎng)耕共生技術(shù)涉及所養(yǎng)殖的動物、種植的農(nóng)作物、微生物多個元素，系統(tǒng)的運行和維護涉及到眾多的技術(shù)和設(shè)備，需要較高的管理水平和技術(shù)成本，加強人工智能技術(shù)的應(yīng)用能夠降低維護成本和人力消耗，進而提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。利用計算機大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，科學配置動植物營養(yǎng)需求、控制好能量轉(zhuǎn)化比例，利用傳感器技術(shù)自動調(diào)控水質(zhì)、自動控制溫濕度、光照等，進而打造出成功的生態(tài)系統(tǒng)生長模型，最終力求達到無人生產(chǎn)。

2)加強商業(yè)規(guī)模系統(tǒng)研究。贏得經(jīng)濟效益，服務(wù)于人民，是一個生產(chǎn)系統(tǒng)的最終目的，現(xiàn)有的一些小規(guī)模的養(yǎng)耕共生系統(tǒng)還處于研究與起步階段，還不能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益，缺少商業(yè)運作研究，應(yīng)該根據(jù)不同區(qū)域、不同人群、不同氣候條件以及不同的產(chǎn)品類型，制定商業(yè)規(guī)劃，加強生產(chǎn)與經(jīng)營的結(jié)合，二者共同研究與發(fā)展。

3)加大政府的支持力度、提高職業(yè)農(nóng)民人才的職業(yè)素質(zhì)。項目的研究與運行離不開政府對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)的投入和引導(dǎo)，政府的宣傳與幫助同時也能夠增強企業(yè)與經(jīng)營者學習、研究和發(fā)展的積極性，為職業(yè)農(nóng)民提供更多的學習機會，提高農(nóng)民的素質(zhì)也是發(fā)展中必須關(guān)心的問題。