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2017年9月19日 作者:xwz2367609 [返回]
山地生态型立柱雾耕新技术

    山地资源的开发利用当前大多限于梯田平整式的开垦利用,不管是种植果树还是蔬菜与粮食,都是在破坏自然生态的前提下进行,有些地区过度开垦严重影响当地生态平衡,造成水土流失、荒漠化、及物种多样性丧失;而且单一的农业生态又会导致病虫害的滋生暴发,不得不大量使用农药,又导致土壤大气及地下水的污染,致使农业生产与生态之间难以做到和谐共生协同的效果。那么,有没有一种既能满足农业生产的要求,又减少与避免对生态的破坏及环境的污染呢?科学技术的进步与发展终究都可以找到答案,那就是农林复合耕作系统的构建。所谓农林复合耕作系统,就是把农业生产融入山地的林业生态当中,于林缘地发展农业或者于林下发展农业,利用森林多样化的生态资源,实现农林业之间的共生互作。如山沟有林地保护的水稻田,可以种植出不用农药的有机稻,因为一旦有虫,森林的天敌会飞迁来消灭它。再如林地或林缘生态条件下的野菜,基本上不会因病虫的危害而导致种群的灭绝及对生物量经济产量的严重影响,这就是自然界生态多样性与相生相克的机理。再如森林系统中,为了保护某种生物,把其天敌杀灭,最后受保护的物种开始退化得病而灭绝。造林也是同样的道理,混交林有强大的抗病虫与抗火灾能力,而青一色的林地抗自然灾害及病虫能力差,而出现林地生态退化。说明在同一生态系统中,物种多样性及相生相克的自然运行机制是维系生态平衡及持续发展的主要动力。把农业生产非破坏性的融入山地生态,将是相生相克机理的仿生应用,也是实现农业安全可持续发展的科学道路。当前传统的农林复合系统耕作模式也存在一些缺点,就是用工量大,并且土地利用率低,难以实现产业化发展。

    针对上述问题,结合现代农业科技成果,在保留传统农林复合耕作的生态优势外,可以有效解决山地耕作用工量大管理繁琐的问题,这就是雾培耕作技术与山地生态的有机结合。当前国内与国际上,设施化的无土栽培基本都是在温室大棚内实施,也形成了定势定向思维,把无土栽培作为工厂化的生产方式进行温室大棚的扩张发展,必须有严格的设施作保障,实现单一生态系统条件下的控制式生产方式。而换一种思维,把雾耕技术大胆创新的融入山地生态系统中的方法,可以达到预想不到的生态效果。为最大化的利用山地原生态,减少农事耕作占地,维系原生态多样性,农业生产必须往空间发展,采用立柱式生产模式,该模式具有占地最小化空间利用最大化的优点,把农业生产元素少破坏或免破坏地融入山地生态,实现立体化无土化耕作与山地生态融为一体,成为山地生态重要的组成部份,达成两者之间的互作共荣。

    以下就这种新型的山地耕作模式蔬果的立柱雾耕法作详细介绍。

一、山地蔬菜新型雾耕技术的十大优势与特点

1、有利于山地生态多样性重构;不再是传统耕作的线性生态模式,单一的作物品种栽培并进行排它性的杂草铲除管理。而是以相对独立(与原植被之间彼此不受影响)但空间资源利用最大化的方式融入原生态,对原生态只是优势的利用,而非排它性的破坏,对一些原本退化脆弱的山地生态甚至起到多样性重构与生态修复优化的作用。

2、有利于物种间的相生共荣;生存与竞争是所有物种与生命的永恒主题,在竞争中实现共生与共荣,也是物种进化的重要推动力,当蔬果生产融入山地生态时,与原生态的原生物种之间构建一种信息能量上交流互作,彼此形成共生共荣的生态重构机制,从而达到促进蔬果生长激发潜力的作用。也就是多样化的生态环境下,各物种为了竞争形成优势种群而激发生长潜力,从而实现生物量与产量的提高。这也是农业生产上伴生(混种、套种)栽培的机理与原理所在。

3、有利于构建病虫与天敌之间的相克机制;多样化生态系统重构后,为了达到生态之间的平衡关系,自然会形成物种之间的彼此相克关系,只有相克才能相生,传统农业生产单一的生态系统,相克机制被人为破坏,一旦病虫入侵势必滋生蔓延,因为在单一化生产系统构建时,天敌的滋生环境也被破坏,天敌无所藏生。而山地生态保全型的雾培耕作,首先其生产系统是独立的植入,无需铲除原生物种,为天敌的培育与滋生创造了有利的环境。

4、有利于山地生态保全与修复;山地生态资源是“绿水青山就是金山银山”的重要元素与生态保障,对原生山地生态进行非开发开垦式的利用,有利于原生生态的优化与保全,在构建农业生产系统同时,实现了山地生态优化,优化的生态又保全的农业生产的可持续发展,有效解决传统农业开发与生态破坏之间的矛盾问题。

5、有利于构建可持续发展的新型农业生态体系;相对独立高效化立体化的雾培生产方式,实现了营养液供应的闭锁零排放循环,对环境无污染,对生态无破坏,是一种永久的无连作障碍现象的耕作体系,可以在同一山地生态环境下实现可持续发展。

6、实现了蔬果耕作的空间最大化利用,山地与坡地的垂直化空间,通过立柱雾耕技术实现数倍于平面耕作的栽培效率,而且山坡地比较于平地,通风透光更为良好,耕作密度及空间利用与平地相比,立体化的优势更为明显,将实现3-5倍于平面耕作的生产效率。

7、实现了蔬果栽培的“五省”栽培。首先通过立体空间利用,达到省地的效果,无需耕地,在任何荒坡、砾石坡、甚至盐碱化的不毛之地及严重酸化的红黄壤破地都可以构建蔬果的立柱雾耕系统,达到了节省耕地的效果;其次省肥省水,无土化立柱雾培模式,作物所需的矿质营养通过管道化弥雾系统循环供应,达到的肥水全吸收利用的效果,是最为省肥与省水的种植模式;其三是省工与省力,传统土壤耕作是体力劳动密集型的产业,通过立柱化雾耕的改造,减免了整地、除草、施肥、灌溉、打药等环节,实现了用工最省化,操作省化化的效果。可以节省劳动力与操作环境70%,大大降低了生产成本。

8、实现了耕作过程的数字化精准化自动化物联化管理。无土化雾耕技术的融合,充分结合的计算机控制技术、专家智能系统、数据与通讯技术,实现环境管理的数字化及操作的自动化,构建起数字化精准化自动化无程化的智慧型生产模式。

 9、实现了山地蔬菜栽培品质的可控化生产;可控化是现代农业的主要特点,首先是品质的可控化,山地立柱型雾耕技术,可以通过作物生长不同阶段的营养液配方调控,以达到生长与营养品质的优化管理;其二可以通过营养液的加温与致冷管理,实现蔬果熟期的提前与延后。

10、实现了山地蔬果的免农药安全化栽培。山地立柱雾耕把蔬果植入于多样化的山地生态中,再加上立柱设计的避雨罩及防虫网围护,可以实现完全免农药生产,既不会因打药而污染环境,又能确保蔬果产品的零残留应市,是未来蔬果产业技术革新的必然方向与趋势。

二、山地蔬菜新型雾耕技术的构建及管理

    山地立柱雾耕技术体系的构建分为三步骤,一是栽培系统的建设,二是营养液循环系统构建,三是计算机自动化控制系统的安装。

1、栽培系统包括栽培立柱钢构、栽培板、避雨罩及围护的防虫网三部份(见设计图示),

(栽培设施单柱的结构示意图)

    栽培柱说明:栽培柱以20#热镀锌管作为钢构支撑,制作成边长为0.6米高为3米的立面体撑柱,撑柱顶处外延宽0.4-0.5米作为覆避雨膜及围挂防虫网的外圈钢架,建好钢架撑柱后进行定植板的扣建,定植板宽为0.6米,扣置固定于立柱的每个面,形成六面体栽培柱。定植孔采用热熔式开设,孔径为2.5厘米,按照株距0.1米,排距0.15米开设,开设定植孔时采用内斜式开设,以防营养液外漏。覆膜与挂网后即形成栽培设施的立柱单元。

2、营养液循环系统的安装,营养液循环由营养液池(一般为地下式)、水泵、过滤器、强磁处理器、营养液杀菌器、主管、侧管、支管、毛管、喷头、回流管等组成,见图示。

(栽培柱营养液供应及回流系统的安装图示)

(地下式养液池及养液供应首部控制枢纽)

    立柱雾耕系统建设的核心关键技术,在于构建养液循环供液系统时,能确保良好的根区弥雾效果,及不渗漏的闭锁循环。立柱内空间为根系生长的空间,需做到避光和相对黑暗的根系环境,达到整根区空间无死角的细雾效果;要确保稳定而良好的根区雾化效果,首先确保水压的稳定,最好配置管道的稳压设备及每套喷头的稳压阀装置。另外,依靠喷头弥雾的供液方式还需做好喷头的防堵塞设计,在主管上安装过滤性能良好的蝶式过滤器,可以防除因水中杂质造成的物理堵塞,另外,栽培营养液为矿质盐配置,矿质盐类会随着自身浓度变化与外界温度变化而析出结晶,这些结晶如水垢物也会造成堵塞,称之为化学堵塞,解决化学堵塞的有效方法就是于主管处安装8000-10000高斯以上的强磁处理器,可以起到防结晶成垢造成的堵塞现象。营养液虽然为闭锁式循环供应,但到底还是与根系及外界结触的半封闭环境,还会有病菌的滋生与入侵,所以营养液的管理还需配以营养液杀菌器装置,对养液进行定期的循环杀菌。

    上述每栽培单元的管道系统统一接入侧管、主管、及养液控制首部即形成山地立柱雾耕的养液循环系统。

3、计算机控制部份,计算机控制系统是实现数字化自动化精准化管理的重要设备,它由传感器、智能专家系统、强电执行部份三者组成,由传感器收集检测环境的气候信息与栽培过程的相关参数,以数据的方式输入智能决策系统进行运算判断,其传感器的信号采集包括外界的气温、液温、水位、EC值、光照强度、叶片水膜等参数,经智能决策作出执行指令,执行指令由强电部份控制相关电机驱动实现,如根系水份不足进行弥雾、营养液浓度过度进行自动加水、如养液浓度过低则自动添加母液、如发生故障则发出警报,严重故障则系统进入安全模式确保作物生长不受影响。

    在计算机控制基础上,还可以通过网络系统安装物联网相关设备,实现基地管理的远程化操控及可视化监控等功能。

计算机控制系统安装

触摸屏控制界面

远程物联网系统主界面

4、山地立柱雾耕基地的建设

    对于需建设的山地、林地、或坡地,首先进行等高线的测量,利用生石灰进行等高线与立柱的定点标记,一般按照3X3m的间距进行栽培柱的排设,定点处如需大树或者不易施工的地方可绕开再行定点。对定点处进行鱼鳞沟式平整,平筑成一个个便利立柱安装的小平台。钢构立柱采用开洞埋植法固定,洞底处铺设土工布复合膜作防水处理,并于洞的下坡处开设回水口,用卡箍及密封圈垫与回水管之间作连接处理,以防渗漏。每栽培柱为一单元,每单元的进水与回水管统一接入侧管与主管系统,形成供液与回液的管道网络。为了方便回流,山地立柱雾培的供液主管及回流主管一般作纵向布设。养液池建于山脚低矮处。具体见图示:

(利用林缘及林间坡地构建的山地立柱雾耕生产系统图示)

建成后的山地立柱雾培

5、技术管理流程

    建成后的栽培管理与常规雾培相同,包括育苗、移栽、计算机调控及营养液配制,不同之处,常规温室雾培还需进行温室管理,而山地立柱雾培,只需进行春夏秋挂防虫网防虫,冬季挂膜保温的管理。

三、山地蔬菜新型雾耕技术的经济社会生态效益及意义

    “绿水青山就是金山银山”的提出,是践行生态文明与实现人类可持续发展的伟大论断。解决农业生产耕作与生态破坏之间的矛盾问题,也解决了化肥农药残留与污染的环境及安全问题。通过数倍于传统平面耕作的立柱雾培构建,解决了城市扩张耕地减少及人口剧增之间的农产品供应问题。

    对于荒坡地及生态退化的地区,通过山地立柱雾培产业的发展,让荒坡覆绿,生态改良,实现生态系统重构。对于无耕地的山区,可以通过山地林地坡地的开发利用,解决山区无地可耕的生计问题。

    当前,我国淡水资源的70%用于农业生产,而且经由农业生产灌溉后的水又会加剧地下水的污染,形成恶性循环。另外耕作的土壤由于没有进行科学合理的施肥管理,导致土壤重金属积累污染。无法构建可持续发展的技术及产业体系,采用零排放式的立柱雾培生产后,可以实现农耕生产的永续发展。

    采用雾培生产后让农村劳动力得以释放,大大减少农耕用工,而且省力化的耕作模式更适合农村老人小孩及妇女等非劳力的参予。采用雾培耕作后,蔬果的产量品质也得以提升,作物生长周期变短,增加耕作茬数,品质提升,提高市场竞争力,其综合效益是普通耕地平面种植的3-5倍以上。

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