农业技术资源精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇农业技术资源，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词 农业资源；技术创新；科技价值链；系统创新

中图分类号 F426 [KG*2]文献标识码 A [KG*2]文章编号 1002-2104(2011)02-0124-06

农业是资源密集型产业，农业科技的进步实质上就是人类对农业资源的保护和开发利用能力的提升，其关键在于农业资源型技术创新的大量涌现。本文将农业资源系统理论与农业技术创新学的理论与方法相结合，重点阐述基于科技价值链的农业资源型技术创新三环模式及链接机制。

1 农业资源型技术创新的类型

农业资源主要包括土地资源、生态资源、生物资源、人力资源和科技资源等。农业资源型技术创新实质上就是以提高各类农业资源利用率为核心的农业技术改造和技术革新，如提高土地利用率、光能利用率、肥料利用率、水资源利用率、劳动力利用率等，农作物品种改良、新种植制度、新栽培技术、新农药、新化肥、新农机及农业工程等，无一不是把提高农业资源利用率作为重中之重。由此可见，农业资源型技术创新是各类农业技术研发的核心目标。农业资源型技术创新的价值体现在经济效益、社会效益和生态效益上。从农业资源型技术创新的实际看，并非其技术创新必有经济效益，有许多农业资源型技术创新属于公益性农业技术创新，无法进行商业化，也无法进行知识产权保护，也不可能从市场上获得高于机会成本的利润，但这类农业资源型技术创新往往具有巨大的社会效益或生态效益，给人类带来新的社会福利。

另一类可营利的农业资源型技术创新称为经营性农业技术创新。大多数农业资源型技术创新属于公益性农业技术创新，多以社会效益为主，经营性农业技术创新只是其中一部分。据对科技部国家科技成果网分类数据库公布的我国科技成果统计数据分析，1996年-2006年6月，经营型农业技术创新占我国19248项农业科技登记成果的23.74%，占我国17 496项农业应用成果的25.69%，占我国7 779项农业高新技术成果的28.76%,在这三类成果中，经营性农业资源型技术创新平均占25.39%。总起来看，经营性农业资源型技术创新占农业科技成果总量的1/4，但这些农业科技产业化技术仅有一小部分可能被企业采纳并转化成功。而公益性农业资源型技术创新在农业各类技术领域都占大多数。这一方面反映出我国农业资源型技术创新的效率不高，另一方面也与农业资源型技术创新的特性有关。一般而言，农业资源型技术创新具有一般技术创新共有的特性，如系统性、非线性、动态性、外部性及风险性等，也有农业资源型技术创新固有的特性，如外部性强、风险性高、周期性长、独占性差、带动性广、扩散性强等［1］。

在农业资源型技术创新方面，我国经过半个多世纪的奋斗和积累，取得了巨大的进步，超级杂交水稻、转基因抗虫棉等方面的科技成果处于国际领先水平，产生了大批国际先进水平的科技成果。但与世界发达国家相比，我国仍有一定的差距，总体上技术创新水平相差15年左右，在科技成果转化率方面相差更远，约落后30年左右。例如，“十五”期间，我国农业科技进步贡献率达48%，而发达国家为70%-80%。作物良种利用覆盖率，发达国家达100%，我国为80%-90%。化肥有效利用率，发达国家为50%-60%以上，我国为30%左右。灌溉水利用率，发达国家为70%-80%以上，我国为30%-40%。发达国家已全面实现农业机械化，而我国的农业机械化在机具、装备及质量技术水平方面，只相当于20世纪60年代国际上的一般水平，我国的机耕利用率为55.3%，机播率为19%，机收率为10.5%［2］。

黄钢等：农业资源型技术创新三环模式及链接特性中国人口•资源与环境 2011年 第2期如何从我国农业科技资源分布的实际情况看，充分发挥好多元化农业技术创新主体的协同创新作用，更加快速高效和资源节约地提高农业资源型技术创新的资源利用效率？如何以科技价值链系统创新管理理论为基础，正确认识农业资源型技术创新从创新理念到大规模产业化的规律，这对于提高我国农业资源型技术创新能力和农业资源的利用率，具有十分重要的意义。

2 基于科技价值链的农业资源型技术创新三环模式首先，应明确科技价值链的概念与内涵，进而阐述基于科技价值链的农业资源型技术创新三环模式及其链接机制。

2.1 科技价值链的概念与内涵

科技价值链（Science―Technology Value Chain）是指从技术创新源到技术市场化开发的全过程中，由一系列相互独立、相互联系的创新主体链接起来的、使科技开发价值不断增值的创新链条集合体［3］。农业资源型技术创新价值链是指从农业技术创新源到科技成果产业化开发的全过程中，由一系列相互独立、相互联系的创新主体链接起来的，使其科技开发价值不断增值的农业资源型技术创新链条集合体。这一创新链条集合体包括从创新来源、原创构想、技术设计、实验原型、技术孵化、技术商品、标准品种技术到新品种市场开发等8类功能节点，企业、科研机构、大学、投资者、政府、中介机构、推广机构等若干创新主体都是其价值链中的网络组织成员，它们在农业资源型技术创新价值链构建中分别承担着不同功能节点的创新功能。以农作物种子作为农业资源型技术创新的典型代表，表1剖析了种子技术创新价值链的功能节点及结构特征。

2.2 农业资源型技术创新的三环模式

技术生命有机体在其系统发育成长过程中，有三个阶段与技术创新有紧密关联，形成了由相关功能节点按技术创新的生长逻辑链接而成的三个关键创新环，即研发创新环、孵化创新环和市场创新环，它们分别对应于技术创新的孕育期、婴儿期和成长期，这一模式称为基于科技价值链的农业资源型技术创新三环模式，简称“三环模式”。图1描述的基于科技价值链的农业资源型技术创新单链型三环模式，是最基本的经过抽象后的模式，实际情况远比这一模式复杂得多，存在着双链式、多链式和网链式等多种三环模式衍生子模式，共同构成了以三环模式为基本结构的复杂网络系统［4］。

创新环研究创新环孵化创新环市场创新环技术发育期技术孕育期技术婴儿期技术成长期技术创新

发育阶段研发创新阶段孵化创新阶段市场创新阶段功能节点构成S，O，D，EE，I，CC，P，M

2．3 研发创新环

研发创新环（R&DCycles）是三环模型中的第Ⅰ环，包括从创新来源（S）原创构想（O）技术设计（D）实验原型（E）四个功能节点以及由这四个功能节点构成的多重循环创新链环。

研发创新阶段的输入集即运筹决策子系统是创新来源S，输出集是实验原型E，从SODE的多重循环创新是运作子系统。运筹决策子系统的中心是研发创新子系统的“序参量”［5］。按照农业资源型技术创新目标，创新组织将大量丰富的来自市场需求和技术新进展的各种信息经过整合，以项目建议、创新方案等信息形式指向系统预期的技术创新目标。在创新目标指引下，经过对创新来源和原始构想的多次评估、筛选，再作出决策，将少数优

新来源S种子科技价值链的起始点，种子技术创新的基础：种质资源收集、保护；创新、利用；育种和生物技术创新各类专利、专有技术及新品种权为标志大学、研究机构、企业、专业协会、投资及中介机构等品种原

创构想O从知识和技术向市场和应用转变的关键转折点：市场导向的育种目标创新；实现育种目标的方法创新；围绕目标的种质资源创新以具有市场应用前景的育种创新方案为标志大学、研究机构、企业、专业协会、投资及中介机构等品种技

术设计D育种创新方案的技术细化：资源、方法、技术、目标的整合；可操作方案的具体化以可操作的品种创新方案为标志大学、研究机构、企业、专业协会、投资及中介机构等品种实

验原型E育种创新方案的产品化：选育新品系、新组合；预备试验；区域试验；生产试验；农艺学试验；品种审定以形成具有市场应用前景的新品种权为标志大学、研究机构、企业、新品种实验体系品种技

术孵化I新品种产业化开发：育种家种子基本种子签证种子标准种子；新品种种子体系；多点生产试验与示范；标准化栽培技术研究与示范；种子生产标准化和基地培训；小农户种子繁育计划与种子质量控制以成熟的产业化新品种、新技术为标志企业为主、研究机构、推广机构、农民专业协会品种技

术商品C将成熟的新品种在商业化中推广应用：种子大规模生产标准化管理；种子加工、贮藏、物流；质量控制：签证、检验；营销网络建设与销售；高产示范与售后技术服务以新品种市场占用率逐步提高为标志企业为主，研究机构、经销商推广机构、农民专业协会标准品

种技术P品种生产、繁育制种、高产栽培及加工技术，质量控制等技术标准化各类新品种技术标准企业为主，研究机构、经销商推广机构、农民专业协会品种市

场开发M系列新产品在市场中大规模应用：种子大面积生产标准化；质量控制；加工、贮藏、物流；市场开发与营销拓展；广告宣传与高产示范；售后技术服务品种创新收益超过投资，占有率大幅度提高，形成知名品牌企业为主，经销商推广机构、农民专业协会

选项目进入“技术设计――实验试错――反馈修正”的反复循环，依据技术原理，按照实施的规则、程序，实现客体状态的物质、信息、能量转换。最终达到输出符合技术创新目标的实验原型E。实质上，这一过程是按创新组织制定的技术创新定向目标而进行信息收集、加工、处理的技术创新过程，也是实现优化技术的人工定向选择和创新管理的过程。研发创新阶段农业资源型技术创新的主要特点：

（1）构建丰富的创新源是基础：从技术进化论的角度讲，优化的技术是从大群体中筛选出来的，是在一定条件下的定向选择。丰富的创新源就是供决策者评估筛选的创新样本群体，创新源越丰富，变异群体越大，筛选出优化技术实验原型的机率越高。丰富的创新源是研究创新阶段多出成果、快出成果的关键。

（2）重视鼓励不同的技术路径：不同的创新团队往往有不同创新思路，因而创新组织在选择众多的创新项目时，要重视选择具有不同技术路径的创新方案，在不同技术路径背后包含着不同的核心技术思想。

（3）要保持适度的选择压力：在研发创新初期，选择压力要小，要让各种不同的创新思路都有发展的机会，到了技术设计阶段，要逐步加大选择压力，加强多因素、多功能、多指标测试。

在品种技术创新中，种质资源是最重要的创新源。作物育种的重大突破、优良新品种的选育，无不源于优质品种资源和关键性基因资源的发现和利用。种质资源的保护和利用关系到人类社会的可持续发展、生物多样性及人类生存安全问题，需要做大量的基础研究和应用基础工作。因而，发达国家各国政府给予高度重视，都拔付巨款用于种质资源研究。许多国家设有国家种质资源专门研究机构。

2．4 孵化创新环

孵化创新环（Incubation Cycles）是三环模型中的第Ⅱ环，包括实验原型E技术孵化I技术商品C三个功能节点以及由这三个功能节点构成的多重循环创新链环。

这一阶段的输入集是实验原型E，运作子系统通过以工艺流程创新为主的EIC的链环式多重循环，优选出主流设计，再围绕主流设计完善规模化工业生产工艺。输出集是基本定型的创新产品C。这一阶段。实质上是优选主流设计、优选创新工艺的人工定向选择和创新管理的子过程。这一阶段的“序参量”仍然是技术创新定向的目标［6］。

孵化创新阶段，可以形成大量的专利、专有技术和品种权等知识产权。这一阶段，也是技术转让的重要时机，是进入技术交易和合作开发的重要阶段。近年来，高新技术产业中出现了许多从事研发孵化的专业化公司，也有许多专门进行技术孵化的高科技风险投资公司［7］。孵化创新阶段，技术孵化平台建设至关重要，主要是需要用于中试和小批量生产的通用型设施设备、各种测试仪器设备，这部分设备投资大大高于研发创新阶段。目前我国大学、科研院所技术孵化平台建设较差，而应作为技术创新主体的企业在技术孵化平台建设的投资有限。这是我国科技成果转化率低的制约瓶颈因素之一。

农业生产的主要对象是有生命的生物体，其根本的特点是农业的经济再生产和自然再生产的过程交织在一起。在农业生产中，自然生态环境对农业生产有较强的影响力。因此，在技术孵化环节必须对农业资源型技术创新的成果适用性进行广泛全面的测试，确定适宜新品种性技术的相关条件，制定相应的技术标准，选择适当的栽培技术，建立严格的质量控制体系。这样才可能为后续的大规模生产提供详细规范的执行依据，最大限度的降低农产品质量风险。

2．5 市场创新环

市场创新环（Market Innovation Cycles）是三环模型中的第Ⅲ环，包括技术商品C标准产品P市场开发M三个功能节点以及三个功能节点构成的多重循环创新链环。市场创新环的创新能力是CPM功能节点创新链接组合的函数。

这一阶段的输入集是经过优化的创新技术产品C（包含新产品、新技术、新服务），CPM运作子系统主要是以技术标准化为核心，输出集则是定型的、标准化的创新产品M。这一过程起支配作用的“序参量”是经过市场测试的技术创新的定向目标。市场创新阶段农业资源型技术创新的特点是：

（1）以产品标准化为核心进行渐进性技术创新。产品和工艺创新的频率大幅度下降，技术创新的重点是围绕产品标准化，降低生产成本、稳定质量和提高生产效率，涉及新产品技术标准化、管理标准化、工作标准化等。

（2）市场测试是技术创新的重要组成部分。技术创新目标就是要通过创新产品从市场上获取创新收益，因而市场顾客的认同程度、购买欲望、满意度、反馈改进意见等都是重要的测试指标。

（3）创新风险增大。因为这一阶段要加大规模化生产的专用设施设备投资，原材料购买和生产、经营周转金要大幅度提高，如果在市场营销方面或质量管理方面出现大的损失，企业很难收回全部创新投入，因而也就达不到进入市场开发功能节点的度量指标。

这一阶段，在市场需求旺盛的前提下，创新产品标准化成为技术创新的重中之重。在国际农产品竞争中，发达国家就利用技术法规、技术标准、合格评定程序、包装与标签规范、商品检疫制度和绿色环保要求等措施设置了重重技术壁垒，使我国大批农产品价格竞争优势难以发挥作用。我国目前尚有80%的农产品标准未与国际标准接轨。我国技术标准体系建设中存在着诸多问题，缺乏先进性、原始化、配套性、实用性等。如欧盟对进口茶叶农药残留量限量达56项，德国56项，英国13项，日本64项。而我国迄今只规定了两项指标（六六六和滴滴涕残留量），严重影响我国企业的茶叶出口［8］。

2．6 技术特征值

通过对农业资源型技术创新三环模式技术特征值变化的分析，发现其主要技术创新参数呈现连续性变化的趋势，对不同创新阶段的技术系统管理具有一定的参考价值。表2分析了农业资源型技术创新三个关键创新环20项技术创新相关参数的变化趋势。

从研发创新环到市场创新环，创新投入、创新风险、技术价值、技术可保护性、市场化程度、顾客满意度、生产投[CM)]

表2 农业资源型技术创新三环模式特征值的变化趋势

Tab.2 Trends of the changes in the characteristic values

in the three cycle model of technical innovation of the

agricultural resources

技术特性

Characteristics研发创新环

R&D cycle孵化创新环

Incubation cycle市场创新环

Market innovation

cycle创新频率高低创新投入低高创新风险低高创新淘汰高低技术价值低高期权价值高低投资回报高低竞争能力弱强技术保护低高技术稳定弱强技术新颖强中技术标准低高商业开发低高顾客满意低高生产成本高低生产投资低高盈利特性低高内部协同弱强环境和谐低高组织控制弱强资、盈利性及环境和谐性等呈现出由低到高的变化趋势，而创新频率、淘汰率、技术期权价值、技术投资回报、单位生产成本等则呈现出由高到低的变化趋势。概括起来讲，有三个方面的变化特征：（1）创新投入逐步增大；（2）技术价值持续增值；（3）创新管理逐步强化。

3 农业资源型技术创新价值链系统链接特性

在农业资源型技术创新过程中，由各功能节点组配链接成链接单元，再由链接单元链接成关键创新环，进而构成三环模式链条集合体系统网络，这一“点元环链网”的逐级链接构建科技价值链创新系统的过程，表现出定向有序性、无限多样性、互利共生性和价值递增性等创新价值链接的规律性特性。

3．1 定向有序性

系统链接的定向有序性包含三层意义。其一，农业资源型技术创新价值链的系统链接是以技术创新目标为指向的。从技术创新源S到大规模技术市场化M的全过程中，企业始终以其技术创新目标为指向，分阶段实现从技术创新源到技术市场化的定向链接，称之为面向市场的正向链接。

其二，系统链接是有序的。在技术创新源S到大规模创新技术产业化M的农业资源型技术创新价值链三环模式中，从科技价值链上一功能节点只能与其相邻的下位功能节点链接才是技术创新的正确有效、合乎技术创新发展规律的链接，除此而外的各种跨越中间过程的正向链接属于错误链接之列。

其三，顺序链接单元具有不可替代性。由于系统链接必须是定向有序的，因而农业资源型技术创新价值链三环模式中各种顺序链接单元都有其特定的创新功能，其在三环模式中的地位和创新作用具有不可替代性。

3．2 无限多样性

系统链接的无限多样性，是指在农业资源型技术创新价值链三环模式中，可以产生无限多样的技术创新链接组合和链接方式。可从三个方面分析。

第一，同一核心技术可以衍生出无限多样的农业资源型技术创新产品。在农业资源型技术创新价值链三环模式中，在技术创新源S到大规模创新技术市场化M过程中，任何市场化的创新产品都是由8个功能节点的创新集合体，即：

Ω=（X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8；∑；T） (1)

Ω为技术集合体，Xi=代表功能节点，（I=1，2……8），∑代表环境影响，T：代表时间

S与M之间有六个中间功能节点，每一个功能节点都可以有N种次生变化，若六个中间功能节点都产生n种次生变化，则源于同一核心技术从原创构想O到产品标准化P的六个功能节点，可能产生N6种类型的农业资源型技术创新价值链组合。

第二，技术基因重组的无限多样性。技术杂交、基因重组、交叉、融合、相互渗透是农业资源型技术创新的主要途径，若源于两个核心技术系统之间进行杂交、重组、交叉、融合，按指数定律，则可能产生N6•N6=N6+6=N12。若有M多种技术交叉融合，则可能产生N6M种技术组合，有：N=（1，2……∞），M=（1，2……∞），则N6M∞。

第三，技术集合系统的多样性。按迈克尔•波特的论述，技术遍布企业价值链之中，企业是各种技术的集合体［9］。这一点启迪我们，每一个企业作为一个技术集合系统，其技术创新能力都不同，同一技术创新组合与不同的企业结合，必然产生不同甚至相差很远的创新效果。这进一步增加了农业资源型技术创新系统链接的无限多样性。

3．3 互利共生性

在农业资源型技术创新的实践中，基于科技价值链三环模式的技术创新全过程可以由一个科技和经济实力强大的企业全程做完。但在大多数情况下，农业资源型技术创新价值链三环模式的技术创新往往是由以某一旗舰企业为核心，经过大学、科研院所和多个企业组成的协同创新利益共同体系统网络来完成的。由于多种内部和外部驱动因素的共同作用，促使多个企业、科研机构、大学链接成由多种科技价值链构成的农业资源型技术创新价值网络系统，合作创新成为农业资源型技术创新价值链创新系统生成、构建、运行、维护、更新、发展的重要机制，处于同一科技价值链链条上或在同一科技价值链价值网络体系中的各成员组织成为了合作链条上的组织节点，形成了组织成员之间以利益为纽带的互利共生关系。互利共生关系由于能达到所有参与组织成员互利共赢的效果，必然成为像科技价值链这种网络化成员组织合作创新的主要形式。协作利益和分配机制是农业资源型技术创新价值链系统的基础。

3．4 价值递增性

从技术创新源到大规模成果市场化的过程，也就农业资源型技术创新价值链系统各功能节点的逐级链接，实现价值升值的过程。农业资源型技术创新的价值，对于创新者来说是创新收益；对于主持或参与创新的企业来说，是企业的价值增长和利润的增长；对创新产品的用户来说，是顾客愿意为创新产品支付的价格。因此，农业资源型技术创新的价值应该是技术价值、企业价值和顾客价值的统一。如果一项技术创新成果最终通过农业资源型技术创新价值链三个阶段8个功能节点，实现了科技价值链的系统创新，则必然为企业、顾客和创新者带来创新收益。反之，若未能通过，则其或胎死腹中，或半途夭折，或进入技术休眠期，或给企业带来巨大损失，最终未能完成农业资源型技术创新价值链的系统创新。

终上所述，基于科技价值链的农业资源型技术创新三环模式为加强农业资源型技术创新和提高其转化效率提供了重要的系统管理理论依据。一是强调了农业资源型技术创新的阶段性，任何试图绕过农业资源型技术发育阶段的人为作法都是违反技术发育成长规律的。二是强调了技术创新源在农业资源型技术创新全过程中的核心基础作用。技术创新源是农业资源型技术创新的基础，没有“创新源”，就不会有“创新流”。三是强调了加强农业资源型技术创新转化系统管理的重要性。其最大特点，就是把从技术创新源到大规模技术市场化开发的农业资源型技术创新转化全过程视为多元化创新主体以利益为纽带链接而成的多元组织节点链条集合体，通过科技价值链条上中下游所有组织节点的紧密合作，加强农业资源型技术创新和技术转移，降低交易成本，提高专业化水平，增强协同创新效率，从而达到农业资源型科技价值链系统中的所有组织节点技术创新运作效率最优化、利益最大化的目的。

参考文献（References）

［1］Gerard H G. Exploiting Cycle Time in Technology Management［M］. McGraw Hill Companies, Inc.,1993.

［2］Reardon T, Codron J M, Busch L, et al. Global Change in Agrifood Grades and Standards: Agribusiness Strategic Responses in Developing Countries［J］. International Food and Agribusiness Management Review, 2001, 2(3):421-435.

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［4］黄钢,徐玖平,李颖.科技价值链与创新主体链接模式［J］.中国软科学, 2006，(6):67-75.［Huang Gang, Xu Jiuping, Li Ying, The Study on ScienceTechnology Value Chains and the Linking Models among Multiple Innovation Subjects［J］. China Soft Science, 2006, (6):67-75］

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［9］Gereffi G, Humphrey J, Sturgeon T. The Governance of Global Value Chains ［J］. Review of International Political Economy, 2005, 12(1):78-104.ThreeCycle Model and ChainLinkage of Technological Innovation Based

on Agricultural Resources

HUANGGang LIYing WANGHong

(Sichuan Academy of Agricultural Sciences,Chengdu Sichuan 610066, China)

篇2

关键词 农业废弃物；肥料化；饲料化；能源化；基质化；工业原料化

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

CHEN Zhiyuan SHI Dongwei WANG Enxue ZHANG Zheng(Hangzhou Energy and Environment Engineering Co. Ltd, Hangzhou Zhejiang 310020,China)

篇3

关键词：农产品产业园、物联网、信息系统、数字一体化精准管控系统

近年来，我国数字化农业技术取得了一些进展，主要表现在：农业传感器微型化、农业灌溉智能化、实时监控农作物生长、农业信息可移动化、农产品质量追溯化等已成为主流。这得益于农业生产信息化技术的成熟和发展，尤其是农产品种植、加工智能化技术的应用。

国内关于农业园区应用物联网技术的相关研究主要涉及温度监控、光温智能控制、精准灌溉等方面。如，浙江大学等单位对农业物联网信息感知、传输和应用等方面进行研究，主要涉及智能化程度、肥水利用率及农产品安全等问题。取得了一系列成果。但总体来看，数字化技术在农业生产中的集成应用研究还比较少。本文提出构建完全数字化的生鲜农产品产业基地，该基地基于总线技术集成，由统一的信息系统进行集中管理和统一调度，充分运用物联网和现代信息技术，加强数据处理及控制，合理布局传感器（温度传感器、湿度传感器、养分传感器、土壤成分传感器等），实现完全数字化。

一、生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统的实施意义

1.加速信息化。农业发展越来越受到信息技术的影响，信息化成为我国加快实现农业现代化的必然选择。随着物联网技术和农业信息技术的广泛应用，现代农业高速发展，新的农业科技革命即将到来。

2.提高数字化。数字化有利于发展我国自主产权的农业高技术体系，对于我国在世界范围内新的农业科技革命中占有一席之地，以及提升我国农业科技在国际上的整体竞争力，具有战略意义。

3.提高生产效率。传统的手工劳作、粗放型、分散型农业产业模式已不适应时展，我国经济进入规模经济时代，设施的效率决定了生产的效率，也体现了生产力的发展水平。

4.节能减排。精准农业在高新技术的基础上，充分利用现代信息技术，成为现代农业的一种先进生产形式和管理模式。为能自动感知、获取并分析作物生产的环境因素实际存在的时间和空间差异信息以及实现自动诊断和监测，确立起按需投入，在技术上和经济上可实施的应对方案，对物联网技术提出了系统化的理念和技术要求。

二、生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统的构成

如图1所示，基于物联网技术的生鲜农产品产业园区的数字一体化精准管控系统，主要包括设备执行层、通讯层、调度监控层和信息管理层等四个层级。整个管控系统由计算机管理调度系统（中央控制系统）、水肥一体自动控制系统、自动通风控制系统、无线传感器系统、卷帘控制系统、诊断与监测预警系统等六个子系统组成。

1.计算机管理调度系统（中央控制系统）

生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统，是在系统总体规划的原则下，为实现农产品种植基地的智能化、数字化、精准化管控而进行的计算机软、硬件系统设计，在信息自动化统一软件平台的基础上，结合农作物生产经验，开发农产品种植系统，采用面向对象的分析、设计和开发手段。充分考虑系统的柔性，并为系统的全面集成留有接口。

系统由管理层信息系统集中管理和统一调度，在监测与预警系统的监控下获取数据采集层下各类型传感器所提供的作物成长环境的物理参数，如：空气温湿度、土壤水分含量、PH值、CO2浓度等，再经通讯层传输到管理层中央控制器，农产品种植系统对感知的信息进行融合处理，智能对比适宜农作物生长的最佳环境变量，并形成完整的按需配给策略，由通讯层到达发出控制指令的具体分管控制器，完成对农作物的按需供给，保障农作物的健康成长环境。

整个管控系统形成了一整套完全智能化、数字化和精准化的管理理论和实践方法，对智能并联调度系统、诊断与监测预警系统、水肥一体化精准管控系统等新技术模块进行了研究应用。

系统结构分为四个层次，即：信息管理层、通讯层、调度监控层和设备执行层。其中，计算机系统始终贯彻整个系统的运行中，从整体调度到具体信息的收集与传输、指令信息的下达，涵盖信息管理层、通讯层、调度监控层的所有业务以及设备执行层的大部分业务，上联中央控制系统，下联设备执行层。

系统硬件模型，如图2。

2.水肥一体自动控制系统

水肥一体自动控制系统是一项现代农业新技术，该技术可以精确控制灌溉和施肥的数量与时间，以微灌系统为基础，根据农作物的需水需肥规律及土壤状况，运用计算机技术自动对水和肥料进行调配和供给。

在滴灌、渗灌、微喷灌等工程节水的基础上，通过布置在田间的水分传感器、养分传感器、土壤成分传感器等多种类别传感器，测得土壤各指标的基本状况，经传感器将信号传到电脑，再由程序智能指导灌水施肥。

由于系统没有非常复杂的运算，需要低功耗和具有较强抗干扰性，因此采用单片机作为自动控制中心模块，用来处理灌溉区的信号输入等工作。由于水灌溉自动控制系统对水位的控制精度要求不高，将自制水位传感器安装到要求的液位，直接感知液位信息。由液位信息控制电磁阀，从而实现精准施灌。系统中的很多资料需要长期保存，同时需要在系统断电时仍能保存信息，根据自动控制系统以及用户信息存储大小需求，选用双备份磁盘阵列为该系统的存储设备。

水肥一体自动控制系统包括两大类。即叶面施灌和根系施灌，前者采用喷雾头施灌，后者采用滴灌。

系统将各种农作物的特征需求数据、种植历史经验数据、专家知识等集成、组构、融合，编制成生鲜农产品种植专家系统，将测定的实时信息与生鲜农产品种植专家系统的参数对比后，可计算出灌溉时长、施加肥液时长和肥液配比等值。控制程序得到开始工作指令后立即运行，系统运行过程的数据均可查阅。系统主程序流程，如图3。

3.自动通风控制系统

自动通风控制系统综合性能优于传统通风系统，可以自动调控风机转速与风量，感应空气品质，从而改善空气质量，提高通风安全，实现运行管理智能化。该系统主要由智能中央控制子系统及空气品质感应子系统等组成，还包括通风管道、可调节的风口末端及数字化节能风机等。

4.无线传感器子系统

WSN（WirelessSensorNetwork，无线传感器网络）由多个部分组成，其主要构成：无线传感网络基础设施、网络应用支撑层和基于该网络应用业务层的一部5y.等，参见图4。将WSN应用于培养种植农作物，可提高农业数字化水平。其工作原理为：在监察区域设置大量廉价的微型传感器，通过传感器感知并收集所需监察对象的信息，这些信息经过处理后发送给观察者。

5.卷帘控制系统

当前使用的温室大棚卷帘机大部分存在安全隐患，其主要原因是动力源为现场人工送电，不论温室中是否有劳动任务，管理人员都必须到现场操控设备，造成了时间和人力资源的浪费。

为解决上述问题，可以通过自动远程控制，实现卷帘机的升降，不仅可以减少安全隐患，而且降低劳动强度，提高效率。其主要做法为.在设备中嵌入一个模块，利用处理器的指令控制来实现GSM系统的短信息服务。该方法实施方便、操控简单、成本低，有较高的应用率。

6.诊断与监测预警系统

在农作物种植基地采用诊断与监测预警系统，主要针对系统中关键设备的开关和运行情况进行监测，发现异常情况并及时处理，从而尽量避免损失的发生。

为了加强监测和预警，该系统设计并充分应用无线结构健康监测试验仪器。基于成本和便捷性，该仪器主要应用ISM（IndustrialScientificMedical）频段，这是因为：ISM频段耗能低、成本少，组网方便且无需授权申请，非常适合无线结构的健康监测使用。其覆盖范围，如图5。

诊断与监测预警系统涵盖整个系统，实时监测各系统的运行状况，并根据系统的实际情况经传输系统反馈给中央控制系统，对整个系统的健康运行具有重要意义。

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论文内容摘要：我国农业经济发展模式一直未能摆脱传统农业的经营模式，特别是工业化以来出现了资源高消耗、生态破坏和环境污染等一系列制约农村和农业经济可持续发展的现实问题。因此，遵循科学发展观，发展农业循环经济，摈弃传统农业的掠夺性经营方式，把农业经济发展与环境生态保护有机结合起来已成为我国经济和社会发展的必然选择。

循环经济是一种以资源高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以“低消耗、低排放、高效率”为特征的社会生产和再生产活动，是符合可持续发展的经济增长方式。目前，循环经济在工业方面的研究和实践较多，但对农业方面的关注尚显不足。我国不仅是人口大国，而且是农业大国，人多地少并且资源未能充分利用，面临着资源短缺、污染严重、农产品品质下降等农业经济可持续发展的制约“瓶颈”。因此，树立资源忧患意识，科学利用有限资源，发展农业循环经济，保护农业生态环境，是实现农业经济可持续发展的必然选择。

农业循环经济的内涵和特点

（一）农业循环经济的内涵

所谓农业循环经济就是将循环经济理念应用于农业生产，按照循环经济的原则，充分利用传统农业精华和当今高科技成果和手段，通过人工设计生态工程，协调发展与环境之间、资源利用与保护之间的矛盾。它要求降低农业生产过程中的资源、物资的投入量和废物的排放量，通过农产品生产和消费过程中和过程后各层次的物质和能量循环，实现系统物质再生循环，形成生态上与经济上两个良性循环，实现经济、环境和社会效益的统一。

农业循环经济不仅要追求农业经济内部的良性循环，而且还涉及到经济、社会、生态三个方面的统一，最终追求的是融入社会层面上的“大尺度循环”，即在整个社会经济领域，实现工业、农业、生态之间共同发展和交叉利用。

（二）农业循环经济的特点

对资源的节约、环境的保护，是农业循环经济的主要特征。作为一种发展模式，农业循环经济强调的是在生产活动之初尽可能少地投入自然资源，生产活动之中尽可能少地消耗自然资源，生产活动之末尽可能少地排放生产废弃物。农业循环经济具有以下特点：

1.综合性。农业循环经济强调发挥农业经济系统的整体功能，以大农业为出发点，按“整体、协调、循环、再生”的原则，全面规划，调整和优化农业结构，使农、林、牧、副、渔各业和农村一、二、三产业综合发展，形成产业集群。这样容易在集群区域内形成有特殊的资源优势与产业优势和多类别产业结构。这样才有可能形成核心的资源与核心的产业，成为生态产业链中的主导链，并以此为基础将其他类别的产业与之连接，组成生态产业网络系统。

2.多样性。农业循环经济可以针对我国地域辽阔，各地自然条件、资源基础、经济与社会发展水平差异较大的情况，充分吸收我国传统农业精华，结合现代科学技术，以多种生态模式、生态工程和丰富多彩的技术类型装备农业生产，使各区域都能扬长避短，充分发挥地区优势，各产业都根据社会需要与当地实际协调发展。

3.高效性。农业循环经济通过物质循环、能量多层次综合利用和系列化深加工，可达到充分利用资源、减少废物产生、物质循环利用、消除环境破坏及提高经济发展规模和质量的目的，从而实现经济增值，降低农业成本，提高环境资源的配置效率，使社会生产从数量型的物质增长转变为质量型的服务增长。同时，农业循环经济还拉长了生产链，推动环保产业和其他新型产业的发展，增加就业机会，为农村大量剩余劳动力创造农业内部就业机会，保护农民从事农业的积极性。

4.持续性。农业循环经济把经济效益、社会效益和环境效益统一起来，充分使物质循环利用，做到物尽其用，可以实现社会、经济和环境的共赢。发展农业循环经济能够保护和改善生态环境，防治污染，维护生态平衡，提高农产品的安全性，变农业和农村经济的常规发展为持续发展，把环境建设同经济发展紧密结合起来，在最大限度地满足人们对农产品日益增长的需求的同时，提高生态系统的稳定性和持续性，增强农业发展后劲。

制约农业循环经济发展的资源瓶颈

（一）土地资源短缺且利用不合理

土地的可持续利用是农业可持续发展的基础，没有土地的可持续利用，就不可能有农业的可持续发展，这对于人口众多、耕地相对短缺又处在高速工业化的我国来说，问题就更加突出。我国土地资源总量大，人均占有量少。2005年，我国耕地面积为18.31亿亩，人均1.4亩，不足世界平均水平的40%，约相当于美国的1/8、印度的1/2。与1996年相比，不到10年时间，耕地净减少1.21亿亩；仅2005年一年，全国耕地净减少542.4万亩（《2005年中国国土资源公报》）。特别是东部沿海发达地区，上海、福建等地的人均耕地已接近或低于联合国规定的“0.053公顷/人”的危险点，而农业大省山东省人均耕地面积也仅为0.081公顷/人。并且随着城市化进程的加快，土地的市场价值显现，许多违法占地、乱搭乱建的现象时有发生，导致有限的土地资源不能合理有效利用和田块的荒废。这些不仅造成土地资产的大量流失，也对短缺的土地资源造成严重冲击。

（二）水资源供求失衡且利用不合理

目前，由于农业水资源的不合理开发和水资源利用效率较低，造成农业水资源质量持续下降，农业用水缺口逐年加大，农业生态环境恶化，水资源污染严重，进一步成为可供利用水资源供求失衡的重要因素。根据国家发改委宏观经济研究院课题组(2003)报告，我国水资源总量为2.81万亿立方米，居世界第一位，而人均占有水资源量只有世界人均水平的1/4。并且全国各流域水资源状况南北方差异巨大，北方地多水少，耕地面积占全国的59.6%，而水资源量仅占14.5%，其中耕地占全国39.4%的黄淮海地区水资源量仅占7.6%；南方水多地少，耕地仅占全国的34.7%，而水资源占了80.9%。全国水资源开发利用程度为20%，但北方多数区域已经超过50%，远远超过了国际上公认的40%的警戒线。正常年份全国灌区每年缺水约300亿立方米，城市缺水60亿立方米。因缺水减产粮食造成的经济损失约500亿元，影响工业产值2000多亿元。

（三）环境污染严重且生态系统退化

从20世纪中叶开始，我国为促进农业发展，大量使用化肥和农药，目前，我国化肥使用量占全球的30%。据测算，化学杀虫剂中被真正有效利用的部分仅为10%-15%，其余大部分则逐渐散失在空气、土壤和水当中，造成对环境的严重污染。更为严重的是化肥、农药在农产品中的残留对人类的健康构成威胁，成为我国农产品和加工食品出口的最大障碍，大大削弱了我国农业和食品加工业在国际市场上的竞争力。由于农业的粗放型经营，无序开采造成的水土流失、植被和景观的破坏、湿地面积减少、调控功能明显降低，使洪涝灾害威胁依然严重。

农业发展面临的问题和困难表明，今后一段时间我国的资源环境将会承受巨大压力，这种“资源环境的稀缺性”一方面会引发资源价格和环境价值的提高，加大生产成本；另一方面将促使人们对传统生产方式进行深刻反思，在不断提高自然资源的利用率、优化资源配置、降低资源使用总量和减少废弃物排放的情况下，满足社会不断增长的经济需要和生态需求。

发展农业循环经济的政策建议

（一）加强经济杠杆在农业循环经济中的作用

发展农业循环经济是市场经济的客观要求。现代经济学认为，微观经济主体往往只关心本身的利润最大化，而很少关心外部成本或社会成本，产生了社会成本与私人成本不一致的负外部效应，导致市场失灵，需要政府干预，将微观经济主体行为的外部效应内部化。比如征收环境税，一方面可以有效地矫正外部负效应，实现环境保护的政策目标；另一方面可以增加财政收入，有利于财政收入最大化政策目标的实现。

（二）加强制度创新在农业循环经济中的作用

当前，国家有关部门应大力推进制度创新，完善有利于循环农业发展的政策和法律体系，增加农业的财政投入，推动农村金融市场化改革，建立循环型农业推进组织，加强农业基础设施建设和农业环境管理，为循环农业提供一个良好的发展环境。同时，推进农村社会化服务体系建设，与国家层次的循环经济立法相呼应，建立我国循环农业发展的法律保障体系，并制定出相应的政策保障体系与扶持措施。为此，我们要建立起各种经济合作组织和收购、销售、运输、技术等服务组织，并制定出相适应的法规和政策，为农业循环经济的运行创造良好的条件。

（三）加强政府机制在农业循环经济中的作用

发展循环经济是一项具有全局性、长期性、战略性的任务，需要各方面的共同努力，而其所需的组织者和协调者对政府来说责无旁贷，并且只有政府才能承担起这一艰巨的任务。因而，发展农业循环经济要由政府出面组织生态经济领域专家对循环经济如何与农业发展实践结合问题进行深入研究，并制定科学合理的经济、社会、自然协调发展规划，提出切实可行的、推动循环经济发展的具体措施，并结合实践情况总结经验，制定出有利于生态建设的干部考核指标，杜绝仅把经济增长的GDP作为唯一考核标准的现象。

（四）加强技术创新在农业循环经济中的作用

农业循环经济是农业生产技术范式的革命，它必须以先进科学技术为支撑点，重点组织开发资源节约和取代技术、能量梯级利用技术、延长产业链和相关产业链技术和“零排放”技术；加强研制和生产对环境温和的新型肥料，减轻环境污染，提高肥料利用率；开发高效、低残留的农药，开发生物农药取代化学农药。通过发展农业循环经济全面保护和改善环境，大力推行生态农业和清洁生产，不断提高我国农产品和加工食品的品质和安全性能，逐步使其符合资源环境方面的国际标准，从而突破绿色壁垒，增强我国农产品在国际市场上的竞争力。通过发展循环经济，倡导清洁生产和节约消费，最大程度地减轻环境污染和生态破坏，实现生态的良性循环与农村建设的和谐发展。

（五）加强法规机制在农业循环经济中的作用

一方面通过政策调整使循环利用资源和保护生态环境的企业和个人经营行为有利可图，形成循环经济发展的外部效应内部化机制；另一方面应建立和完善推进循环经济发展的法律法规体系，形成污染者治理、受益者补偿机制。鉴于大部分居民，尤其是广大农村居民对生态环境保护知识较为缺乏和意识比较薄弱的状况，当地政府应强化责任意识，并通过立法把发展农业循环经济纳入地方基层政府的职责范围之内，加强对发展农业循环经济重要性的教育、宣传和引导。

参考文献：

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关键词：农业机械化工程；人才培养；教学资源；数字样机

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

[1] 冯晓静,刘俊峰,杨欣.农业机械学课程教学改革思路[J].中国农机化,2004,3:67-68.

[2] 杨欣,冯晓静,刘俊峰.农业机械化及其自动化专业CAD教学研究[J].农机化研究,2005,5:275-277.

[3] 冯晓静,刘俊峰,钱东平,等.面向21世纪农业机械化工程实践教学的探讨[J].中国农机化,2007,5:87-88.

[4] 中国农业工程学会.农业工程学科发展报告(2010-2011)[M].北京:中国科学技术出版社,2011.

[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

[7] Xin Yang, Junfeng Liu, Jin Tong. Virtual Assembling Associative Design for Digging Spade of Potato Harvester [C].International Agricultural Engineering Conference, Bangkok, Thailand, 2005.