農業技術資源精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇農業技術資源，期待它們能激發您的靈感。

篇1

關鍵詞 農業資源；技術創新；科技價值鏈；系統創新

中圖分類號 F426 [KG*2]文獻標識碼 A [KG*2]文章編號 1002-2104(2011)02-0124-06

農業是資源密集型產業，農業科技的進步實質上就是人類對農業資源的保護和開發利用能力的提升，其關鍵在于農業資源型技術創新的大量涌現。本文將農業資源系統理論與農業技術創新學的理論與方法相結合，重點闡述基于科技價值鏈的農業資源型技術創新三環模式及鏈接機制。

1 農業資源型技術創新的類型

農業資源主要包括土地資源、生態資源、生物資源、人力資源和科技資源等。農業資源型技術創新實質上就是以提高各類農業資源利用率為核心的農業技術改造和技術革新，如提高土地利用率、光能利用率、肥料利用率、水資源利用率、勞動力利用率等，農作物品種改良、新種植制度、新栽培技術、新農藥、新化肥、新農機及農業工程等，無一不是把提高農業資源利用率作為重中之重。由此可見，農業資源型技術創新是各類農業技術研發的核心目標。農業資源型技術創新的價值體現在經濟效益、社會效益和生態效益上。從農業資源型技術創新的實際看，并非其技術創新必有經濟效益，有許多農業資源型技術創新屬于公益性農業技術創新，無法進行商業化，也無法進行知識產權保護，也不可能從市場上獲得高于機會成本的利潤，但這類農業資源型技術創新往往具有巨大的社會效益或生態效益，給人類帶來新的社會福利。

另一類可營利的農業資源型技術創新稱為經營性農業技術創新。大多數農業資源型技術創新屬于公益性農業技術創新，多以社會效益為主，經營性農業技術創新只是其中一部分。據對科技部國家科技成果網分類數據庫公布的我國科技成果統計數據分析，1996年-2006年6月，經營型農業技術創新占我國19248項農業科技登記成果的23.74%，占我國17 496項農業應用成果的25.69%，占我國7 779項農業高新技術成果的28.76%,在這三類成果中，經營性農業資源型技術創新平均占25.39%。總起來看，經營性農業資源型技術創新占農業科技成果總量的1/4，但這些農業科技產業化技術僅有一小部分可能被企業采納并轉化成功。而公益性農業資源型技術創新在農業各類技術領域都占大多數。這一方面反映出我國農業資源型技術創新的效率不高，另一方面也與農業資源型技術創新的特性有關。一般而言，農業資源型技術創新具有一般技術創新共有的特性，如系統性、非線性、動態性、外部性及風險性等，也有農業資源型技術創新固有的特性，如外部性強、風險性高、周期性長、獨占性差、帶動性廣、擴散性強等［1］。

在農業資源型技術創新方面，我國經過半個多世紀的奮斗和積累，取得了巨大的進步，超級雜交水稻、轉基因抗蟲棉等方面的科技成果處于國際領先水平，產生了大批國際先進水平的科技成果。但與世界發達國家相比，我國仍有一定的差距，總體上技術創新水平相差15年左右，在科技成果轉化率方面相差更遠，約落后30年左右。例如，“十五”期間，我國農業科技進步貢獻率達48%，而發達國家為70%-80%。作物良種利用覆蓋率，發達國家達100%，我國為80%-90%。化肥有效利用率，發達國家為50%-60%以上，我國為30%左右。灌溉水利用率，發達國家為70%-80%以上，我國為30%-40%。發達國家已全面實現農業機械化，而我國的農業機械化在機具、裝備及質量技術水平方面，只相當于20世紀60年代國際上的一般水平，我國的機耕利用率為55.3%，機播率為19%，機收率為10.5%［2］。

黃鋼等：農業資源型技術創新三環模式及鏈接特性中國人口•資源與環境 2011年 第2期如何從我國農業科技資源分布的實際情況看，充分發揮好多元化農業技術創新主體的協同創新作用，更加快速高效和資源節約地提高農業資源型技術創新的資源利用效率？如何以科技價值鏈系統創新管理理論為基礎，正確認識農業資源型技術創新從創新理念到大規模產業化的規律，這對于提高我國農業資源型技術創新能力和農業資源的利用率，具有十分重要的意義。

2 基于科技價值鏈的農業資源型技術創新三環模式首先，應明確科技價值鏈的概念與內涵，進而闡述基于科技價值鏈的農業資源型技術創新三環模式及其鏈接機制。

2.1 科技價值鏈的概念與內涵

科技價值鏈（Science―Technology Value Chain）是指從技術創新源到技術市場化開發的全過程中，由一系列相互獨立、相互聯系的創新主體鏈接起來的、使科技開發價值不斷增值的創新鏈條集合體［3］。農業資源型技術創新價值鏈是指從農業技術創新源到科技成果產業化開發的全過程中，由一系列相互獨立、相互聯系的創新主體鏈接起來的，使其科技開發價值不斷增值的農業資源型技術創新鏈條集合體。這一創新鏈條集合體包括從創新來源、原創構想、技術設計、實驗原型、技術孵化、技術商品、標準品種技術到新品種市場開發等8類功能節點，企業、科研機構、大學、投資者、政府、中介機構、推廣機構等若干創新主體都是其價值鏈中的網絡組織成員，它們在農業資源型技術創新價值鏈構建中分別承擔著不同功能節點的創新功能。以農作物種子作為農業資源型技術創新的典型代表，表1剖析了種子技術創新價值鏈的功能節點及結構特征。

2.2 農業資源型技術創新的三環模式

技術生命有機體在其系統發育成長過程中，有三個階段與技術創新有緊密關聯，形成了由相關功能節點按技術創新的生長邏輯鏈接而成的三個關鍵創新環，即研發創新環、孵化創新環和市場創新環，它們分別對應于技術創新的孕育期、嬰兒期和成長期，這一模式稱為基于科技價值鏈的農業資源型技術創新三環模式，簡稱“三環模式”。圖1描述的基于科技價值鏈的農業資源型技術創新單鏈型三環模式，是最基本的經過抽象后的模式，實際情況遠比這一模式復雜得多，存在著雙鏈式、多鏈式和網鏈式等多種三環模式衍生子模式，共同構成了以三環模式為基本結構的復雜網絡系統［4］。

創新環研究創新環孵化創新環市場創新環技術發育期技術孕育期技術嬰兒期技術成長期技術創新

發育階段研發創新階段孵化創新階段市場創新階段功能節點構成S，O，D，EE，I，CC，P，M

2．3 研發創新環

研發創新環（R&DCycles）是三環模型中的第Ⅰ環，包括從創新來源（S）原創構想（O）技術設計（D）實驗原型（E）四個功能節點以及由這四個功能節點構成的多重循環創新鏈環。

研發創新階段的輸入集即運籌決策子系統是創新來源S，輸出集是實驗原型E，從SODE的多重循環創新是運作子系統。運籌決策子系統的中心是研發創新子系統的“序參量”［5］。按照農業資源型技術創新目標，創新組織將大量豐富的來自市場需求和技術新進展的各種信息經過整合，以項目建議、創新方案等信息形式指向系統預期的技術創新目標。在創新目標指引下，經過對創新來源和原始構想的多次評估、篩選，再作出決策，將少數優

新來源S種子科技價值鏈的起始點，種子技術創新的基礎：種質資源收集、保護；創新、利用；育種和生物技術創新各類專利、專有技術及新品種權為標志大學、研究機構、企業、專業協會、投資及中介機構等品種原

創構想O從知識和技術向市場和應用轉變的關鍵轉折點：市場導向的育種目標創新；實現育種目標的方法創新；圍繞目標的種質資源創新以具有市場應用前景的育種創新方案為標志大學、研究機構、企業、專業協會、投資及中介機構等品種技

術設計D育種創新方案的技術細化：資源、方法、技術、目標的整合；可操作方案的具體化以可操作的品種創新方案為標志大學、研究機構、企業、專業協會、投資及中介機構等品種實

驗原型E育種創新方案的產品化：選育新品系、新組合；預備試驗；區域試驗；生產試驗；農藝學試驗；品種審定以形成具有市場應用前景的新品種權為標志大學、研究機構、企業、新品種實驗體系品種技

術孵化I新品種產業化開發：育種家種子基本種子簽證種子標準種子；新品種種子體系；多點生產試驗與示范；標準化栽培技術研究與示范；種子生產標準化和基地培訓；小農戶種子繁育計劃與種子質量控制以成熟的產業化新品種、新技術為標志企業為主、研究機構、推廣機構、農民專業協會品種技

術商品C將成熟的新品種在商業化中推廣應用：種子大規模生產標準化管理；種子加工、貯藏、物流；質量控制：簽證、檢驗；營銷網絡建設與銷售；高產示范與售后技術服務以新品種市場占用率逐步提高為標志企業為主，研究機構、經銷商推廣機構、農民專業協會標準品

種技術P品種生產、繁育制種、高產栽培及加工技術，質量控制等技術標準化各類新品種技術標準企業為主，研究機構、經銷商推廣機構、農民專業協會品種市

場開發M系列新產品在市場中大規模應用：種子大面積生產標準化；質量控制；加工、貯藏、物流；市場開發與營銷拓展；廣告宣傳與高產示范；售后技術服務品種創新收益超過投資，占有率大幅度提高，形成知名品牌企業為主，經銷商推廣機構、農民專業協會

選項目進入“技術設計――實驗試錯――反饋修正”的反復循環，依據技術原理，按照實施的規則、程序，實現客體狀態的物質、信息、能量轉換。最終達到輸出符合技術創新目標的實驗原型E。實質上，這一過程是按創新組織制定的技術創新定向目標而進行信息收集、加工、處理的技術創新過程，也是實現優化技術的人工定向選擇和創新管理的過程。研發創新階段農業資源型技術創新的主要特點：

（1）構建豐富的創新源是基礎：從技術進化論的角度講，優化的技術是從大群體中篩選出來的，是在一定條件下的定向選擇。豐富的創新源就是供決策者評估篩選的創新樣本群體，創新源越豐富，變異群體越大，篩選出優化技術實驗原型的機率越高。豐富的創新源是研究創新階段多出成果、快出成果的關鍵。

（2）重視鼓勵不同的技術路徑：不同的創新團隊往往有不同創新思路，因而創新組織在選擇眾多的創新項目時，要重視選擇具有不同技術路徑的創新方案，在不同技術路徑背后包含著不同的核心技術思想。

（3）要保持適度的選擇壓力：在研發創新初期，選擇壓力要小，要讓各種不同的創新思路都有發展的機會，到了技術設計階段，要逐步加大選擇壓力，加強多因素、多功能、多指標測試。

在品種技術創新中，種質資源是最重要的創新源。作物育種的重大突破、優良新品種的選育，無不源于優質品種資源和關鍵性基因資源的發現和利用。種質資源的保護和利用關系到人類社會的可持續發展、生物多樣性及人類生存安全問題，需要做大量的基礎研究和應用基礎工作。因而，發達國家各國政府給予高度重視，都拔付巨款用于種質資源研究。許多國家設有國家種質資源專門研究機構。

2．4 孵化創新環

孵化創新環（Incubation Cycles）是三環模型中的第Ⅱ環，包括實驗原型E技術孵化I技術商品C三個功能節點以及由這三個功能節點構成的多重循環創新鏈環。

這一階段的輸入集是實驗原型E，運作子系統通過以工藝流程創新為主的EIC的鏈環式多重循環，優選出主流設計，再圍繞主流設計完善規模化工業生產工藝。輸出集是基本定型的創新產品C。這一階段。實質上是優選主流設計、優選創新工藝的人工定向選擇和創新管理的子過程。這一階段的“序參量”仍然是技術創新定向的目標［6］。

孵化創新階段，可以形成大量的專利、專有技術和品種權等知識產權。這一階段，也是技術轉讓的重要時機，是進入技術交易和合作開發的重要階段。近年來，高新技術產業中出現了許多從事研發孵化的專業化公司，也有許多專門進行技術孵化的高科技風險投資公司［7］。孵化創新階段，技術孵化平臺建設至關重要，主要是需要用于中試和小批量生產的通用型設施設備、各種測試儀器設備，這部分設備投資大大高于研發創新階段。目前我國大學、科研院所技術孵化平臺建設較差，而應作為技術創新主體的企業在技術孵化平臺建設的投資有限。這是我國科技成果轉化率低的制約瓶頸因素之一。

農業生產的主要對象是有生命的生物體，其根本的特點是農業的經濟再生產和自然再生產的過程交織在一起。在農業生產中，自然生態環境對農業生產有較強的影響力。因此，在技術孵化環節必須對農業資源型技術創新的成果適用性進行廣泛全面的測試，確定適宜新品種性技術的相關條件，制定相應的技術標準，選擇適當的栽培技術，建立嚴格的質量控制體系。這樣才可能為后續的大規模生產提供詳細規范的執行依據，最大限度的降低農產品質量風險。

2．5 市場創新環

市場創新環（Market Innovation Cycles）是三環模型中的第Ⅲ環，包括技術商品C標準產品P市場開發M三個功能節點以及三個功能節點構成的多重循環創新鏈環。市場創新環的創新能力是CPM功能節點創新鏈接組合的函數。

這一階段的輸入集是經過優化的創新技術產品C（包含新產品、新技術、新服務），CPM運作子系統主要是以技術標準化為核心，輸出集則是定型的、標準化的創新產品M。這一過程起支配作用的“序參量”是經過市場測試的技術創新的定向目標。市場創新階段農業資源型技術創新的特點是：

（1）以產品標準化為核心進行漸進性技術創新。產品和工藝創新的頻率大幅度下降，技術創新的重點是圍繞產品標準化，降低生產成本、穩定質量和提高生產效率，涉及新產品技術標準化、管理標準化、工作標準化等。

（2）市場測試是技術創新的重要組成部分。技術創新目標就是要通過創新產品從市場上獲取創新收益，因而市場顧客的認同程度、購買欲望、滿意度、反饋改進意見等都是重要的測試指標。

（3）創新風險增大。因為這一階段要加大規模化生產的專用設施設備投資，原材料購買和生產、經營周轉金要大幅度提高，如果在市場營銷方面或質量管理方面出現大的損失，企業很難收回全部創新投入，因而也就達不到進入市場開發功能節點的度量指標。

這一階段，在市場需求旺盛的前提下，創新產品標準化成為技術創新的重中之重。在國際農產品競爭中，發達國家就利用技術法規、技術標準、合格評定程序、包裝與標簽規范、商品檢疫制度和綠色環保要求等措施設置了重重技術壁壘，使我國大批農產品價格競爭優勢難以發揮作用。我國目前尚有80%的農產品標準未與國際標準接軌。我國技術標準體系建設中存在著諸多問題，缺乏先進性、原始化、配套性、實用性等。如歐盟對進口茶葉農藥殘留量限量達56項，德國56項，英國13項，日本64項。而我國迄今只規定了兩項指標（六六六和滴滴涕殘留量），嚴重影響我國企業的茶葉出口［8］。

2．6 技術特征值

通過對農業資源型技術創新三環模式技術特征值變化的分析，發現其主要技術創新參數呈現連續性變化的趨勢，對不同創新階段的技術系統管理具有一定的參考價值。表2分析了農業資源型技術創新三個關鍵創新環20項技術創新相關參數的變化趨勢。

從研發創新環到市場創新環，創新投入、創新風險、技術價值、技術可保護性、市場化程度、顧客滿意度、生產投[CM)]

表2 農業資源型技術創新三環模式特征值的變化趨勢

Tab.2 Trends of the changes in the characteristic values

in the three cycle model of technical innovation of the

agricultural resources

技術特性

Characteristics研發創新環

R&D cycle孵化創新環

Incubation cycle市場創新環

Market innovation

cycle創新頻率高低創新投入低高創新風險低高創新淘汰高低技術價值低高期權價值高低投資回報高低競爭能力弱強技術保護低高技術穩定弱強技術新穎強中技術標準低高商業開發低高顧客滿意低高生產成本高低生產投資低高盈利特性低高內部協同弱強環境和諧低高組織控制弱強資、盈利性及環境和諧性等呈現出由低到高的變化趨勢，而創新頻率、淘汰率、技術期權價值、技術投資回報、單位生產成本等則呈現出由高到低的變化趨勢。概括起來講，有三個方面的變化特征：（1）創新投入逐步增大；（2）技術價值持續增值；（3）創新管理逐步強化。

3 農業資源型技術創新價值鏈系統鏈接特性

在農業資源型技術創新過程中，由各功能節點組配鏈接成鏈接單元，再由鏈接單元鏈接成關鍵創新環，進而構成三環模式鏈條集合體系統網絡，這一“點元環鏈網”的逐級鏈接構建科技價值鏈創新系統的過程，表現出定向有序性、無限多樣性、互利共生性和價值遞增性等創新價值鏈接的規律性特性。

3．1 定向有序性

系統鏈接的定向有序性包含三層意義。其一，農業資源型技術創新價值鏈的系統鏈接是以技術創新目標為指向的。從技術創新源S到大規模技術市場化M的全過程中，企業始終以其技術創新目標為指向，分階段實現從技術創新源到技術市場化的定向鏈接，稱之為面向市場的正向鏈接。

其二，系統鏈接是有序的。在技術創新源S到大規模創新技術產業化M的農業資源型技術創新價值鏈三環模式中，從科技價值鏈上一功能節點只能與其相鄰的下位功能節點鏈接才是技術創新的正確有效、合乎技術創新發展規律的鏈接，除此而外的各種跨越中間過程的正向鏈接屬于錯誤鏈接之列。

其三，順序鏈接單元具有不可替代性。由于系統鏈接必須是定向有序的，因而農業資源型技術創新價值鏈三環模式中各種順序鏈接單元都有其特定的創新功能，其在三環模式中的地位和創新作用具有不可替代性。

3．2 無限多樣性

系統鏈接的無限多樣性，是指在農業資源型技術創新價值鏈三環模式中，可以產生無限多樣的技術創新鏈接組合和鏈接方式。可從三個方面分析。

第一，同一核心技術可以衍生出無限多樣的農業資源型技術創新產品。在農業資源型技術創新價值鏈三環模式中，在技術創新源S到大規模創新技術市場化M過程中，任何市場化的創新產品都是由8個功能節點的創新集合體，即：

Ω=（X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8；∑；T） (1)

Ω為技術集合體，Xi=代表功能節點，（I=1，2……8），∑代表環境影響，T：代表時間

S與M之間有六個中間功能節點，每一個功能節點都可以有N種次生變化，若六個中間功能節點都產生n種次生變化，則源于同一核心技術從原創構想O到產品標準化P的六個功能節點，可能產生N6種類型的農業資源型技術創新價值鏈組合。

第二，技術基因重組的無限多樣性。技術雜交、基因重組、交叉、融合、相互滲透是農業資源型技術創新的主要途徑，若源于兩個核心技術系統之間進行雜交、重組、交叉、融合，按指數定律，則可能產生N6•N6=N6+6=N12。若有M多種技術交叉融合，則可能產生N6M種技術組合，有：N=（1，2……∞），M=（1，2……∞），則N6M∞。

第三，技術集合系統的多樣性。按邁克爾•波特的論述，技術遍布企業價值鏈之中，企業是各種技術的集合體［9］。這一點啟迪我們，每一個企業作為一個技術集合系統，其技術創新能力都不同，同一技術創新組合與不同的企業結合，必然產生不同甚至相差很遠的創新效果。這進一步增加了農業資源型技術創新系統鏈接的無限多樣性。

3．3 互利共生性

在農業資源型技術創新的實踐中，基于科技價值鏈三環模式的技術創新全過程可以由一個科技和經濟實力強大的企業全程做完。但在大多數情況下，農業資源型技術創新價值鏈三環模式的技術創新往往是由以某一旗艦企業為核心，經過大學、科研院所和多個企業組成的協同創新利益共同體系統網絡來完成的。由于多種內部和外部驅動因素的共同作用，促使多個企業、科研機構、大學鏈接成由多種科技價值鏈構成的農業資源型技術創新價值網絡系統，合作創新成為農業資源型技術創新價值鏈創新系統生成、構建、運行、維護、更新、發展的重要機制，處于同一科技價值鏈鏈條上或在同一科技價值鏈價值網絡體系中的各成員組織成為了合作鏈條上的組織節點，形成了組織成員之間以利益為紐帶的互利共生關系。互利共生關系由于能達到所有參與組織成員互利共贏的效果，必然成為像科技價值鏈這種網絡化成員組織合作創新的主要形式。協作利益和分配機制是農業資源型技術創新價值鏈系統的基礎。

3．4 價值遞增性

從技術創新源到大規模成果市場化的過程，也就農業資源型技術創新價值鏈系統各功能節點的逐級鏈接，實現價值升值的過程。農業資源型技術創新的價值，對于創新者來說是創新收益；對于主持或參與創新的企業來說，是企業的價值增長和利潤的增長；對創新產品的用戶來說，是顧客愿意為創新產品支付的價格。因此，農業資源型技術創新的價值應該是技術價值、企業價值和顧客價值的統一。如果一項技術創新成果最終通過農業資源型技術創新價值鏈三個階段8個功能節點，實現了科技價值鏈的系統創新，則必然為企業、顧客和創新者帶來創新收益。反之，若未能通過，則其或胎死腹中，或半途夭折，或進入技術休眠期，或給企業帶來巨大損失，最終未能完成農業資源型技術創新價值鏈的系統創新。

終上所述，基于科技價值鏈的農業資源型技術創新三環模式為加強農業資源型技術創新和提高其轉化效率提供了重要的系統管理理論依據。一是強調了農業資源型技術創新的階段性，任何試圖繞過農業資源型技術發育階段的人為作法都是違反技術發育成長規律的。二是強調了技術創新源在農業資源型技術創新全過程中的核心基礎作用。技術創新源是農業資源型技術創新的基礎，沒有“創新源”，就不會有“創新流”。三是強調了加強農業資源型技術創新轉化系統管理的重要性。其最大特點，就是把從技術創新源到大規模技術市場化開發的農業資源型技術創新轉化全過程視為多元化創新主體以利益為紐帶鏈接而成的多元組織節點鏈條集合體，通過科技價值鏈條上中下游所有組織節點的緊密合作，加強農業資源型技術創新和技術轉移，降低交易成本，提高專業化水平，增強協同創新效率，從而達到農業資源型科技價值鏈系統中的所有組織節點技術創新運作效率最優化、利益最大化的目的。

參考文獻（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.

［3］黃鋼, 徐玖平.農業科技價值鏈系統創新論［M］.北京:中國農業科技出版社，2007.［Huang Gang, Xu Jiuping. Theories of Systematic Innovation of Agricultural ScienceTechnology Value Chain［M］. Beijing：China Press of Agricultural ScienceTechnology, 2007］

［4］黃鋼,徐玖平,李穎.科技價值鏈與創新主體鏈接模式［J］.中國軟科學, 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］

［5］Arora A, Fosfuri A, Gambardella A. Markets for Technology: The Economics of Innovation and Corporate Strategy ［M］. Cambridge, Mass: MIT press, 2001.

［6］Jolly V K. Getting From Mind to the Market: The Commercialization of New Technology［M］. Harvard Business School Press, 1997.

［7］Hoppe H. Secondmover Advantages in the Strategic Adoption of New Technology under Uncertainty ［J］. International Journal of Industrial Organization, 2000, 18(5): 315-338.

［8］Reardon T, Barrett C B. Agroindustrialization Globalization and International Development: An Overview of Issues, Patterns, and Determinants［J］. Agricultural Economics, 2000, 23 (3): 195-205.

［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

關鍵詞 農業廢棄物；肥料化；飼料化；能源化；基質化；工業原料化

中圖分類號 F303.4 文獻標識碼 A文章編號 1002-2104(2010)12-0112-05doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.12.023

農業廢棄物也稱為農業垃圾，是指農業生產和農村居民生活中不可避免的非產品產出， 具有數量大品種多形態各異、可儲存再生利用、污染環境等特性，主要包括植物性纖維性廢 棄物（農作物秸稈、谷殼、果殼及甘蔗渣等農產品加工廢棄物）和動物性廢棄物(畜禽糞便 、沖洗水、人糞尿)。中國是世界上農業廢棄物產出量最大的國家，據統計，我國每年產生 放入畜禽糞便量26億t，農作物秸稈7億t，蔬菜廢棄物1.0億t，鄉鎮生活垃圾和人糞便25億t ，肉類加工廠和農作物加工場廢棄物1.5億t，林業廢棄物（不包括薪炭柴）0.5億t，其 它類有機廢棄物約有0.5億t，折合7億t的標準煤［1，2］。從資源經濟學上講 ，它是一種特殊形態的農業資源，如何充分有效地利用將其加工轉化不僅對合理利用農業生 產和生活資源、減少環境污染、改善農村生態環境具有十分重要的影響，而且對能源日益枯 竭的今天具有重大意義。近年來，國內外農業廢棄物的資源化利用技術與研究得到較大的發 展，其資源化利用日益多樣，從總體來看，國內外農業廢棄物的資源化利用主要分為肥料化 、飼料化、能源化、基質化及工業原料化等幾個方向。

1 肥料化

農業廢棄物肥料化利用是一種非常傳統的用方式，分為直接利用和間接利用。直接利用是一 種最直接最省事的方法，在土壤中通過微生物作用，緩慢分解，釋放出其中的礦物質養分， 供作物吸收利用，分解成的有機質、腐殖質為土壤中微生物及其他生物提供食物，從而一定 程度上能夠改善土壤結構、培育地力、增進土壤肥力、提高農作物產量，但自然分解速度較 慢，尤其是秸稈類廢棄物腐熟慢，發酵過程中有可能損害作物根部［3］。

間接利用是指廢棄物通過堆漚腐解（堆肥）、燒灰、過腹、菇渣、沼渣、或生產有機生物復 合肥等方式還田。堆漚腐解還田是數千年來農民提高土壤肥力的重要方式，傳統的堆漚腐解 具有占用的空間大，處理時間較長等缺點［4］，隨著科學技術水平的提高，利用催 腐劑、速腐劑、酵素菌等經機械翻拋，高溫堆腐、生物發酵等過程能夠將其高值轉化為優質 的有機肥，具有流水線生成作業、周期短、產量高、無環境污染、肥效高、宜運輸等優點； 燒灰還田主要指秸稈通過作為燃料、田間直接焚燒的方式，由于田間直接焚燒損失肥力、污 染空氣、浪費能源、影響交通等缺點［5］，現政府已出臺相關禁止焚燒的法律法規 ；過腹還田具有悠久歷史，是一種效益很高的方式，是適當處理的廢棄物經飼喂后變為糞肥 還田，對保持與促進農牧業持續發展和生態良性循環有積極作用；菇渣還田是指培育食用菌 后，菇渣進行還田，經濟、社會、生態效益兼得；沼渣還田是指厭氧發酵后副產品沼液、沼 渣還田，其養分豐富、肥效緩速兼備，是生產無公害農產品良好選擇；生產有機生物復合肥 是能夠進行工業化制作、商品化流通、高效利用方式。

農業廢棄物的飼料化主要包括植物纖維性廢棄物飼料化和動物性廢棄物飼料化。植物纖維性 廢棄物主指秸稈類物質，秸稈中的木質素與糖結合在一起使得瘤胃中的微生物及酶很難分解 ，并且蛋白質低及其他必要營養缺乏，導致直接飼喂不能被動物高效吸收利用，需要對其進 一步的加工處理改進其營養價值、提高適口性和利用率［6］。歸納為：機械加工、 輻射、蒸汽等物理處理，NaOH、氨化、Ca（OH）2-尿素、氧化等化學處理，青貯、發酵、 酶解等生物學處理，還有就是多種方法復合處理。各種處理方法對于改進營養價值、提高利 用率均有不同程度的作用，究竟采用何種方法好，應根據具體條件因地適宜的綜合選擇［7］。例如孫清等［8］采用黑曲霉、白地霉組合菌株對榨汁后的甜高粱莖稈渣及 發酵殘渣進行發酵，所得蛋白飼料的粗蛋白含量由2.01%提高到21.43%，粗纖維由12.37%降 為2.34%；英國Aston大學的研究者從農作物秸稈中篩選出一種白腐菌屬真菌,它能降解木質 素,但不能降解纖維素,用這種真菌發酵農作物秸稈 ,能最大限度地提高農作物秸稈的消化率 ,使農作物秸稈的消化率從9.63%提高到41.13%,效果極為明顯。據粗略測算，如果我國秸稈 資源的40%用于發酵飼料，就會產生即相當于112億t糧食的飼用價值。

而動物性廢棄物飼料化主要指畜禽糞便中含有為消化的粗蛋白、消化蛋白、粗纖維、粗脂肪 和礦物質等，經過熱噴、發酵、干燥等方法加工處理后摻入飼料中飼喂利用［9，10］ ，該技術需要特別注意滅菌徹底消除飼料安全隱患。有試驗表明利用米曲霉和白地霉接入 鮮雞糞與麩皮等混合料中進行固態發酵，并在發酵過程中添加氮源制的飼料適口性較好，可 替代部分配合飼料，添加40％雞糞飼料喂豬后,豬日增重比單喂配合飼料增加10.83%［11］。

3 能源化

農業廢棄物的能源化利用主要分為厭氧發酵及直燃熱解兩個方向。厭氧發酵分為制沼氣和微 生物制氫技術；厭氧發酵制沼氣技術是指農業廢棄物經多種微生物厭氧降解成高品位的清潔 燃料―沼氣（甲烷含量50%-70%）及副產品沼液和沼渣的過程。研究表明，農作物秸稈、蔬 菜瓜果的廢棄物和畜禽糞便都是制沼氣的好原料［12，13］，并且混合廢棄物共處理 比單獨處理時生物氣的產量有顯著提高［14］。沼氣除了可供日常生活（如燒飯、照 明、取暖）外，還可以進行大棚溫室種菜、孵化雛雞、增溫養蠶、發電上網、車用燃氣供應 等，副產品沼液沼渣含有豐富的氮、磷、鉀等營養物質，可作為優質的有機肥，采用熱電肥 聯產模式，實現資源高效利用，廢物零排放［15］。據報道，截至2007年底，全國沼 氣工程總數到達26871處［16］，并且主要以畜禽養殖業的廢棄物為原料工程居多［17，18］。而微生物制氫技術是指利用異養型的厭氧菌或固氮菌分解小分子的有機物 制氫 的過程，具有微生物比產氫速率高、 不受光照時間限制、可利用的有機物范圍廣、工藝簡 單等優點，是農業廢棄物利用非常具有潛力的方向［19］，目前對其有較多的實驗研 究［20-24］，但該技術至今沒有被廣泛的利用,工程實例較少，只在哈爾濱有世界首 例發酵法生物制氫［25］。

直燃熱解又分直燃和熱解兩方面。直燃作為一種傳統獲得熱能的技術一直存在，例如使用秸 稈（其能源密度能達到13 376-15 466 kJ/kg［26］）和草原地區牛馬糞便直燃做飯 、取暖，但隨著社會發展與人民生活水平的提高，絕大部分正逐步由煤、燃氣或電取代，目 前只有在貧困地區少量使用，在城市周圍或比較富裕地區秸稈消耗為零［27］。而現 階段直燃有表現為生物質固體成型燃料供熱與發電和有機垃圾混合燃燒發電，例如使用生物 質能成型燃料在工業鍋爐和電廠中代替部分煤、天然氣、燃料油等化石能源［28］， 將收集的廢舊農膜、城市垃圾直接放進焚燒爐里焚燒，產生的熱能可以用于采暖或發電。農 業廢棄物通過熱解技術可以轉化為清潔的氣體燃料、熱解油和固體熱解焦等產品，富氫燃料 氣體部分可以進入鍋爐燃燒、進行城鎮（或集中居住的較大鄉村）的集中供熱供氣、供發電 機發電或者供燃料電池等；熱解液體經過加工制備生物柴油、生物汽油或者生產酸、醇、酯 、醚等有機化工產品，對我國的原油資源短缺有所緩解；固體熱解焦由于空隙發達、比表面 積較大可作為吸附材料用于環境污染治理，或者作為燃料供熱解所需的熱源。迄今為止，國 內外對與農業廢棄物有關的生物質進行過多方面的加工研究。例如：唐蘭等［29］對 生物質在高頻耦合等離子體中的熱解氣化行為進行研究表明該技術能大幅度提高生物質氣的 熱值及產率；張振華等［30］對鋸末、稻殼、紙屑、櫥芥、塑料和橡膠6種固體廢棄 物 熱解表明除谷殼外液體產物收率都在50%左右，并且其中汽油和柴油餾分共達到60%以上，是 一種具有很高價值的粗成品；梁新等［31］通過對生物質熱裂解制得熱解油并進行熱 解油的精制研究；德國進行固體廢棄物熱解的工業化示范［32］。

4 基質化

基質化是指利用經適當處理的農業廢棄物作為農業生產（如栽培食用菌、花卉、蔬菜等，及 養殖高蛋白蠅蛆、蚯蚓等）的基質原料。作為基質,主要起支持、固定植株，并為植物根系 提供穩定協調的水、氣、肥環境的作用，應達到有適宜理化性質，易分解的有機物大部分分 解，施入土壤后不產生氮的生物固定，通過降解除去酚類等有害物質，消滅病原菌、病蟲卵 和雜草種子等標準［33］；其關鍵在于原料的選取及配比，和原料的前處理。玉米秸 、稻草、油菜秸、麥秸等農作物秸稈，稻殼、花生殼、麥殼等農產品的副產物，木材的鋸末 、樹皮等，甘蔗渣、蘑菇渣、酒渣等二次利用的廢棄有機物，雞糞、牛糞、豬糞等養殖 廢棄物都可以作為基質原料［34］。劉偉等［35］采用爐渣、菇渣、鋸末和玉 米秸混配有機基質，施用有機固態肥，番茄產量最高達36.05kg／m3以上, 蔣偉杰等 ［36，37］采用向日葵稈、玉米稈、玉米芯、菇渣、鋸末等作為原料配制成基質栽培蔬菜 ，產 量和品質均得到大幅度提高，李瑞哲等［38］使用蘑菇底料、動物糞便等農業廢棄物 對蚯蚓生長的影響進行研究，以便為低成本高效生產蚯蚓這種高效動物蛋白，制造優質飼料 的添加劑。

5 工業原料化

農業廢棄物中的高蛋白資源和纖維性材料可以生產多種生物質材料和農業資料，例如秸稈作 為紙漿原料、保溫材料、包裝材料、各類輕質板材的原料，可降解包裝緩沖材料、編織用品 等，或稻殼作為生產白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料； 棉籽加工廢棄物清潔油污 地面；或棉稈皮、 棉鈴殼等含有酚式羥基化學成分制成聚合陽離子交換樹脂吸收重金屬； 或利用甘蔗渣、玉米渣等二次利用廢棄物制取膳食纖維食品，提取淀粉、木糖醇、糖醛等, 或者把廢舊農膜、編織袋、食品袋等經過一定的工藝處理后作為基體材料，同時加入適當的 添加劑，通過一定的處理和復合工藝形成以球-球、球-纖維堆砌體系為基礎的復合材料［39，40］。目前我國已經成功開發出了"秸稈清潔紙漿及綜合利用新技術”，因此只要 能科 學合理地應用，適當擴大規模，實現清潔生產，在一定時期內秸稈仍將是一種較可靠的非木 材纖維造紙原料［27］。使用秸稈制造各類輕質板材其保溫性、裝飾性、耐久性均屬 上乘，不僅可以彌補木材的短缺，減少森林的砍伐， 保護森林資源， 而且還可消耗大量以 稻草、麥秸為主的秸稈資源，降低秸稈焚燒所帶來的大氣污染， 具有較高的生態效益。原 料化是農業廢棄物利用的一個重要途徑，其關鍵是依靠科技開發利用，最大程度的利用農業 廢棄物中有益的物質循環利用，是未來農業廢棄物利用的一個重要方向。

6 小 結

針對農業廢棄物的特性應用現代的生物工程技術提升農業廢棄物的肥料化、飼料化、能源化 、基質化及工業原料化水平，使技術上向機械化、無害化、資源化、高效化、綜合化發展， 產品上向廉價化、商品化、高質化、多樣化和多功能化靠攏。物盡其用、變廢為寶、高效利 用廢棄物達到消除污染、改善農村生態環境、促進農業可持續發展的目標。

參考文獻(References)

［1］ 孫振鈞,袁振宏,張夫道,等.農業廢棄物資源化與農村生物質資源戰略研究報告［R］.國家中 長期科學和技術發展戰略研究,2004.［ Sun Zhenjun，Yuan Zhenhong , Zhang Fudao ,et

al. Research Report of Recycling and Rural Biomass Resources Strategic for Agric ultural Wastes ［R］. Longterm Scientific and Technological Development Strateg y,2004.］

［2］孫振鈞.中國生物質產業及發展取向［J］.農業工程學報,2004,20(5):1-5.［Sun Zhen jun. Biomass Industry and Its Developmental Trends in China ［J］. Transactions

of The Chinese Society of Agricultural Engineering,2004,20(5):1-5.］

［3］傅湘寧，沈國宏.秸稈直接還田與農業機械化［J］. 農業技術與裝備，2007,（11）:2 2-23 ［Fu

Xiangning，Shen Guohong. Returning Directly to the Fields of Straw and the

Agricultural Mechanization ［J］. Agricultural Technology & Equipment，2007,（1 1）:22-23］

［4］Sweeten J M. Composting Manure and Sludge. In: Proc. Natl. Poultry Waste Ma nage . Symp.Department of Poultry Science［C］.The Ohio State University ,Columb us,OH, 1998:38-44.

［5］李令軍,王英, 張強,等.麥秸焚燒對北京市空氣質量影響探討［J］. 中國科學，2008 ，38 （2）： 232-242. ［Li Lingjun,Wang Ying, Zhang Qiang,et al. Influence of Straw Burning on the Air

Quality in Beijing ［J］. Science in China Press，2008，38 （2）： 232-242.］

［6］張穎，王曉輝.農業固體廢棄物資源化利用［M］.北京：化學工業出版社，2005：36-5 0.［Zhang Ying，Wang Xiaohui. Resource Utilization of Agricultural Solid Waste

［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2005：36-50.］

［7］科學技術部中國農村技術開發中心.農村固體廢棄物綜合利用技術［M］.北京：中國農 業技術出版社，2007：173-178.［Rural Technology Development Center of The Science

and Technology Department in China. Comprehensive Utilization Technology of Rur al Solid Wastes ［M］.Beijing：China’s Agricultural Technology Press，2007：173 -178.］

［8］孫清,敖永華,葛雯,等.甜高粱莖稈殘渣生產蛋白飼料的研究［J］.中國農業科學,2001 ,34(1):1-4.［Sun Qing,Ao Yonghua, Ge Wen,et al. Research on Production of Protei n Feed from the Residue of Sweet Sorghum Stalks ［J］. Scientia Agricultura Sini ca,2001,34(1):1-4.］

［9］周根來，王恬.非常規飼料原料的開發利用［J］.糧食與飼料工業，2001，（12）：33 -34［Zhou Gensheng，Wang Tian. Nonconventional Feed Raw Materials for Exploita tion and Utilization ［J］. Cereal & Feed Industry，2001（12）：33-34］

［10］王如意，靳淑敏，李 偉.畜禽糞便資源化處理技術在環境污染防治中的應 用［J］.現代畜牧業，2010,27(2):13-14.［Wang Ruyi，Jin Shumin，Li Wei.The Compreh ensive Utilization Technology of Livestock and Poultry Feces Resource in the Pre vention of the Environment Pollution ［J］. Chinese Journal of Animal Health Ins pection，2010,27(2):13-14.］

［11］李賢柏,周開孝,胡尚勤. 雙菌聯合固態發酵雞糞生產蛋白飼料［J］.重慶大學學報， 2002，25（12）：102-105.［Li Xianbai，Zhou Kaixiao，Hu Shangqin. Production of P rotein Feed from Chicken Manure with Double Strains of Bacteria by Solid State F ermentation ［J］. Journal of Chongqing University Natural Science Edition，2002 ，25（12）：102-105.］

［12］何榮玉,閆志英,劉曉風,等.秸稈干發酵沼氣增產研究［J］.應用與環境生物學報，20 07，13（4）：583-385.［He Rongyu，Yan Zhiying，Liu Xiaofeng，et al. Enhancement

of Biogas Production by Dry Fermentation with Straws ［J］. Chinese Journal of A pplied & Environmental Biology，2007，13（4）：583-385.］

［13］何麗紅．畜糞便高溫厭干發酵關參化究［D］．武漢：華中農業大學，2004．［He li hong．The Optimized Studies on the Pivotal Parameters of the Poultry and Domesti c Animal Dejeetas Anaerobic Dry Fermentation inHigh Temnerature ［D］．Wuhan：Ce ntral China Agricultural University，2004．］

［14］Magbanua B S ,Adams T T ,Johnston P.Anserobic Condigestion of Hog and Poul try Waste［J］.Biooresource.Technol.2001,76:165-168.

［15］彭靖.對我國農業廢棄物資源化利用的思考［J］.生態環境學報,2009,18(2):794-798 .［Peng Jing. Review and Dicussion on Utilization of Agricultural Waste Resource s in China ［J］. Ecology and Environmental Sciences,2009,18(2):794-798.］

［16］時軍,楊慧云.大中型沼氣工程托管運營模式探討［C］．沼氣技術和產業化發展研討 會論文選編.北京：新能源市場,2009:23-26．［Shi Jun，Yang Huiyun. Explore on Large

and Mediumsized Biogas Project Custody Operation Mode ［C］．Paper Mainly of

Biogas Technology and Industrialization Development Seminar. Beijing：The New En ergy Market,2009:23-26．］

［17］李倩，蔡磊，蔡昌達. 3MW集中式熱電肥聯產沼氣工程設計與建設［J］. 可再生能源 ,2009,27(1):97-99.［Li Qian， Cai Lei， Cai Changda. Design and Construction of

3MW Centralized Biogas Plant Combined with Heat,Power and Fertilizer Production

［J］. Renewable Energy Resources,2009,27(1):97-99.］

［18］藍天，蔡磊，蔡昌達.大型蛋雞場2MW沼氣發電工程［J］.中國沼氣，2009，27(3)：3 1-33.［Lan Tian, Cai Lei, Cai Changda. Engineering Design and Operation of 2MW P ower Generation System with Biogas as Fuel on a Large Layer Farm［J］.China Bio gas, 2009,27(3):31-33.］

［19］左宜,左劍惡,張薇.利用有機物厭氧發酵生物制氫的研究進展［J］.環境科學與技術, 2004,(1):97-100.［Zuo Yi， Zuo Jiane，Zhang Wei. Review of Research on Biologica l Hydrogen Production by Anaerobic Fermentationof Organic Waste ［J］. Environme ntal Science and Technology,2004, (1):97-100.］

［20］郭婉茜,任南琪,王相晶.接種污泥預處理對生物制氫反應器啟動的影響［J］. 化工學 報，2008,59(5):1283-1287.［Guo Wanqian ,Ren Nanqi ,Wang Xiangjing ,et al. Compar ative Study of Influence of Inoculating Sludge with Different Pre-treatments on

Start-up Process in EGSB Bio-hydrogen Producing Reactor ［J］. Journal of Chemic al Industry and Engineering，2008,59(5):1283-1287.］

［21］蔣志城. 生物發酵制氫技術的研究及進展［J］. 浙江化工, 2008,39(2):14-17.［Ji ang Zhicheng. Research and Development of Hydrogen Production by Fermentation Te chnology ［J］. Zhejiang Chemical Industry, 2008,39(2):14-17.］

［22］戶元,張,邢新會. Clostridium Paraputrificum M-21發酵制氫 培養條件研究［J］ . 生物加工過程, 2004,(2): 41-45.［Lu Yuan， Zhang Chong， Xing Xinhui. Effect of

Cultivation Conditions on Hydrogen Production by Clostridium Paraputrificum M-2 1 ［J］. Chinese Journal of Bioprocess Engineering, 2004,(2): 41-45.］

［23］劉雪梅,任南琪,宋福南.微生物發酵生物制氫研究進展［J］.太陽能學報, 2008, 29

(5):544-549.［Liu Xuemei， Ren Nanqi， Song Funan. Recent Advances in Biohydroge n Production by Microbe Fermentation ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica, 2008,

29 (5):544-549.］

［24］王亞楠,傅秀梅,劉海燕,等.生物制氫最新研究進展與發展趨勢［J］.應用與環境生物 學報, 2007, 13 (6):895-900.［Wang Yanan, Fu Xiumei, Liu Haiyan,et al. Recent Pro gress and Trend in Biological Production of Hydrogen ［J］. Chinese Journal of A pplied & Environmental Biology, 2007, 13 (6):895-900.］

［25］劉淑.哈工大任南琪小組.有機廢水發酵法生物制氫［N］.科學時報, 2008-05-12.［L iu Shu. Ren Naqi group in Harbin Institute of Technology .Organic Wastewater Bio logical Hydrogen Fermentation ［N］. Science Times, 2008-05-12.］

［26］國家統計局.中國統計年鑒1999［M］.北京:中國統計出版社,1999:395. ［State Sta tistics Bureau. China Statistical Yearbook 1999［M］.Beijing: China Statistics P ress,1999:395.］

［27］張燕.中國秸稈資源 “5F”利用方式的效益對比探析［J］.中國農學通報，2009,25( 23):45-51.［Zhang Yan. The Analysis Contrastively on “5F”Utilization of Straw

Resource in China ［J］. Chinese Agricultural Science Bulletin，2009,25(23):45-5 1.］

［28］田宜水.生物質固體成型燃料產業發展現狀與展望［J］.農業工程技術•新能源產業 ，2009,(3):20-26.［Tian Yishui. Development Status and Prospect of Biomass Fuel

Industrial Solid Shape ［J］. Agriculture Engineering Technology(New Energy Indu stry)，2009,(3):20-26.］

［29］唐蘭，黃海濤.生物質在高頻耦合等離子體中的熱解氣化研究［J］.可在生能源,2005 ，(3)：24-27.［Tang Lan, Huang Haitao. Study of Biomass Pyrolysis and Gasificati on in a HF Plasma ［J］. Renewable Energy,2005，(3)：24-27.］

［30］張振華，汪華林，陳于勤，等.有機固體廢棄物的熱解處理研究［J］. 環境污染與防 治，2007,29(11):816-819.［Zhang Zhenhua， Wang Hualin， Chen Yuqin，et al. Pyrol ysis Products of Six Organic Solid Wastes ［J］. Environmental Pollution & Contr ol，2007,29(11):816-819.］

［31］梁新，徐桂轉，劉亞莉.生物質的熱裂解和熱解油的精制［J］.能源研究與信息,200 5 ，21（1）：8-14.［Liang Xin, Xu Guizhuan,Liu Yali. Pyrolysis of Biomass and Refi ning of Pyrolysis Oil ［J］. Energy Research and Information,2005，21（1）：8-14 .］

［32］田貴全.德國固體廢棄物熱解技術方法［J］.環境科學動態,2005，(1)：31-33.［Tia n Guiquan. Technologies of Waste Thermal Decomposition in Germany ［J］. Environ mental Science Trends,2005，(1)：31-33.］

［33］Bilderback T E, Fontano W

C．Physical Properties of Media Composted o f Peanut Hulls，Pine Bark and Peat Moss and Their Effect on Azalea Growth［J］.

Hort.Sci．，1982,107：522-525.

［34］劉偉,余宏軍，蔣衛杰. 我國蔬菜無土栽培基質研究與應用進展［J］. 中國生態農業 學報, 2006,l4(3):4-7.［Liu Wei,Yu Hongjun,Jiang Weijie. Review on Research Progr ess and Application of Growing Media for Vegetable Production in China ［J］. Ch inese Journal of Eco-Agriculture, 2006,l4(3):4-7.］

［35］劉偉,余宏軍等.溫室番茄長季節無土栽培技術的研究［J］.中國蔬菜，2000,(S1):30 -34.［Liu Wei, Yu Hongjun, Jiang Weijie. Study on the Techniques of Soilless Cul ture of Long season Greenhouse Tomato ［J］. China Vegetables，2000,(S1):30-34. ］

［36］蔣衛杰,劉偉, 余宏軍,等.我國有機生態型無土栽培技術研究［J］.中國生態農業學 報,2000,8(3):17-21.［Jiang Weijie, Liu Wei,Yu Hongjun, etc. Eco-organic Type Soi lless Culture Technique in China ［J］. Chinese Journal of Eco-Agriculture,2000, 8(3):17-21.］

［37］蔣衛杰，劉偉，等.幾種農產廢棄物作為草炭替代物在無土栽培中的應用［J］.農業 工程學報，1998，14(12)：177-180.［Jiang Weijie, Liu Wei, et al. The Application

of Several Agricultural Westes Substituted as Offer on Soilless Cultivation［J］ .Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,1998,14(12):177 -180.］

［38］李瑞哲，張紅壘，郭建偉，等.蘑菇底料等廢棄物對蚯蚓生長發育的影響［J］.中 國 食用菌，2010,29（2）:32-33.［Li Ruizhe,Zhang Honglei,Guo Jianwei,et al. Effects

of Mushroom Base and Animal Feces on the Growth Performance of Earthworms ［J］.

Edible Fungi of China，2010,29（2）:32-33.］

［39］孫永明，李國學，張夫道，等.中國農業廢棄物資源化現狀與發展戰略［J］.農業工 程學報，2005，21(8)：169-173.［Sun Yongming,Li Guoxue, Zhang Fudao, et al.Status

Q uo and Developmental Strategy of Agricultural Residues Resources in China ［J］ .Transactions of The Chinese Society of Agricultural Engineering,2005,21(8):169- 173.］

［40］張承龍.農業廢棄物資源化利用技術現狀及前景［J］.新疆環境保護，2002，24（1): 22-25.［Zhang Chenglong. The Comprehensive Utilization of Agricultural Wastes ［ J］. Environmental Protection of Xinjiang，2002，24（1):22-25.］

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

關鍵詞：農產品產業園、物聯網、信息系統、數字一體化精準管控系統

近年來，我國數字化農業技術取得了一些進展，主要表現在：農業傳感器微型化、農業灌溉智能化、實時監控農作物生長、農業信息可移動化、農產品質量追溯化等已成為主流。這得益于農業生產信息化技術的成熟和發展，尤其是農產品種植、加工智能化技術的應用。

國內關于農業園區應用物聯網技術的相關研究主要涉及溫度監控、光溫智能控制、精準灌溉等方面。如，浙江大學等單位對農業物聯網信息感知、傳輸和應用等方面進行研究，主要涉及智能化程度、肥水利用率及農產品安全等問題。取得了一系列成果。但總體來看，數字化技術在農業生產中的集成應用研究還比較少。本文提出構建完全數字化的生鮮農產品產業基地，該基地基于總線技術集成，由統一的信息系統進行集中管理和統一調度，充分運用物聯網和現代信息技術，加強數據處理及控制，合理布局傳感器（溫度傳感器、濕度傳感器、養分傳感器、土壤成分傳感器等），實現完全數字化。

一、生鮮農產品產業園區數字一體化精準管控系統的實施意義

1.加速信息化。農業發展越來越受到信息技術的影響，信息化成為我國加快實現農業現代化的必然選擇。隨著物聯網技術和農業信息技術的廣泛應用，現代農業高速發展，新的農業科技革命即將到來。

2.提高數字化。數字化有利于發展我國自主產權的農業高技術體系，對于我國在世界范圍內新的農業科技革命中占有一席之地，以及提升我國農業科技在國際上的整體競爭力，具有戰略意義。

3.提高生產效率。傳統的手工勞作、粗放型、分散型農業產業模式已不適應時展，我國經濟進入規模經濟時代，設施的效率決定了生產的效率，也體現了生產力的發展水平。

4.節能減排。精準農業在高新技術的基礎上，充分利用現代信息技術，成為現代農業的一種先進生產形式和管理模式。為能自動感知、獲取并分析作物生產的環境因素實際存在的時間和空間差異信息以及實現自動診斷和監測，確立起按需投入，在技術上和經濟上可實施的應對方案，對物聯網技術提出了系統化的理念和技術要求。

二、生鮮農產品產業園區數字一體化精準管控系統的構成

如圖1所示，基于物聯網技術的生鮮農產品產業園區的數字一體化精準管控系統，主要包括設備執行層、通訊層、調度監控層和信息管理層等四個層級。整個管控系統由計算機管理調度系統（中央控制系統）、水肥一體自動控制系統、自動通風控制系統、無線傳感器系統、卷簾控制系統、診斷與監測預警系統等六個子系統組成。

1.計算機管理調度系統（中央控制系統）

生鮮農產品產業園區數字一體化精準管控系統，是在系統總體規劃的原則下，為實現農產品種植基地的智能化、數字化、精準化管控而進行的計算機軟、硬件系統設計，在信息自動化統一軟件平臺的基礎上，結合農作物生產經驗，開發農產品種植系統，采用面向對象的分析、設計和開發手段。充分考慮系統的柔性，并為系統的全面集成留有接口。

系統由管理層信息系統集中管理和統一調度，在監測與預警系統的監控下獲取數據采集層下各類型傳感器所提供的作物成長環境的物理參數，如：空氣溫濕度、土壤水分含量、PH值、CO2濃度等，再經通訊層傳輸到管理層中央控制器，農產品種植系統對感知的信息進行融合處理，智能對比適宜農作物生長的最佳環境變量，并形成完整的按需配給策略，由通訊層到達發出控制指令的具體分管控制器，完成對農作物的按需供給，保障農作物的健康成長環境。

整個管控系統形成了一整套完全智能化、數字化和精準化的管理理論和實踐方法，對智能并聯調度系統、診斷與監測預警系統、水肥一體化精準管控系統等新技術模塊進行了研究應用。

系統結構分為四個層次，即：信息管理層、通訊層、調度監控層和設備執行層。其中，計算機系統始終貫徹整個系統的運行中，從整體調度到具體信息的收集與傳輸、指令信息的下達，涵蓋信息管理層、通訊層、調度監控層的所有業務以及設備執行層的大部分業務，上聯中央控制系統，下聯設備執行層。

系統硬件模型，如圖2。

2.水肥一體自動控制系統

水肥一體自動控制系統是一項現代農業新技術，該技術可以精確控制灌溉和施肥的數量與時間，以微灌系統為基礎，根據農作物的需水需肥規律及土壤狀況，運用計算機技術自動對水和肥料進行調配和供給。

在滴灌、滲灌、微噴灌等工程節水的基礎上，通過布置在田間的水分傳感器、養分傳感器、土壤成分傳感器等多種類別傳感器，測得土壤各指標的基本狀況，經傳感器將信號傳到電腦，再由程序智能指導灌水施肥。

由于系統沒有非常復雜的運算，需要低功耗和具有較強抗干擾性，因此采用單片機作為自動控制中心模塊，用來處理灌溉區的信號輸入等工作。由于水灌溉自動控制系統對水位的控制精度要求不高，將自制水位傳感器安裝到要求的液位，直接感知液位信息。由液位信息控制電磁閥，從而實現精準施灌。系統中的很多資料需要長期保存，同時需要在系統斷電時仍能保存信息，根據自動控制系統以及用戶信息存儲大小需求，選用雙備份磁盤陣列為該系統的存儲設備。

水肥一體自動控制系統包括兩大類。即葉面施灌和根系施灌，前者采用噴霧頭施灌，后者采用滴灌。

系統將各種農作物的特征需求數據、種植歷史經驗數據、專家知識等集成、組構、融合，編制成生鮮農產品種植專家系統，將測定的實時信息與生鮮農產品種植專家系統的參數對比后，可計算出灌溉時長、施加肥液時長和肥液配比等值。控制程序得到開始工作指令后立即運行，系統運行過程的數據均可查閱。系統主程序流程，如圖3。

3.自動通風控制系統

自動通風控制系統綜合性能優于傳統通風系統，可以自動調控風機轉速與風量，感應空氣品質，從而改善空氣質量，提高通風安全，實現運行管理智能化。該系統主要由智能中央控制子系統及空氣品質感應子系統等組成，還包括通風管道、可調節的風口末端及數字化節能風機等。

4.無線傳感器子系統

WSN（WirelessSensorNetwork，無線傳感器網絡）由多個部分組成，其主要構成：無線傳感網絡基礎設施、網絡應用支撐層和基于該網絡應用業務層的一部5y.等，參見圖4。將WSN應用于培養種植農作物，可提高農業數字化水平。其工作原理為：在監察區域設置大量廉價的微型傳感器，通過傳感器感知并收集所需監察對象的信息，這些信息經過處理后發送給觀察者。

5.卷簾控制系統

當前使用的溫室大棚卷簾機大部分存在安全隱患，其主要原因是動力源為現場人工送電，不論溫室中是否有勞動任務，管理人員都必須到現場操控設備，造成了時間和人力資源的浪費。

為解決上述問題，可以通過自動遠程控制，實現卷簾機的升降，不僅可以減少安全隱患，而且降低勞動強度，提高效率。其主要做法為.在設備中嵌入一個模塊，利用處理器的指令控制來實現GSM系統的短信息服務。該方法實施方便、操控簡單、成本低，有較高的應用率。

6.診斷與監測預警系統

在農作物種植基地采用診斷與監測預警系統，主要針對系統中關鍵設備的開關和運行情況進行監測，發現異常情況并及時處理，從而盡量避免損失的發生。

為了加強監測和預警，該系統設計并充分應用無線結構健康監測試驗儀器。基于成本和便捷性，該儀器主要應用ISM（IndustrialScientificMedical）頻段，這是因為：ISM頻段耗能低、成本少，組網方便且無需授權申請，非常適合無線結構的健康監測使用。其覆蓋范圍，如圖5。

診斷與監測預警系統涵蓋整個系統，實時監測各系統的運行狀況，并根據系統的實際情況經傳輸系統反饋給中央控制系統，對整個系統的健康運行具有重要意義。

篇4

論文內容摘要：我國農業經濟發展模式一直未能擺脫傳統農業的經營模式，特別是工業化以來出現了資源高消耗、生態破壞和環境污染等一系列制約農村和農業經濟可持續發展的現實問題。因此，遵循科學發展觀，發展農業循環經濟，擯棄傳統農業的掠奪性經營方式，把農業經濟發展與環境生態保護有機結合起來已成為我國經濟和社會發展的必然選擇。

循環經濟是一種以資源高效利用和循環利用為核心，以“減量化、再利用、資源化”為原則，以“低消耗、低排放、高效率”為特征的社會生產和再生產活動，是符合可持續發展的經濟增長方式。目前，循環經濟在工業方面的研究和實踐較多，但對農業方面的關注尚顯不足。我國不僅是人口大國，而且是農業大國，人多地少并且資源未能充分利用，面臨著資源短缺、污染嚴重、農產品品質下降等農業經濟可持續發展的制約“瓶頸”。因此，樹立資源憂患意識，科學利用有限資源，發展農業循環經濟，保護農業生態環境，是實現農業經濟可持續發展的必然選擇。

農業循環經濟的內涵和特點

（一）農業循環經濟的內涵

所謂農業循環經濟就是將循環經濟理念應用于農業生產，按照循環經濟的原則，充分利用傳統農業精華和當今高科技成果和手段，通過人工設計生態工程，協調發展與環境之間、資源利用與保護之間的矛盾。它要求降低農業生產過程中的資源、物資的投入量和廢物的排放量，通過農產品生產和消費過程中和過程后各層次的物質和能量循環，實現系統物質再生循環，形成生態上與經濟上兩個良性循環，實現經濟、環境和社會效益的統一。

農業循環經濟不僅要追求農業經濟內部的良性循環，而且還涉及到經濟、社會、生態三個方面的統一，最終追求的是融入社會層面上的“大尺度循環”，即在整個社會經濟領域，實現工業、農業、生態之間共同發展和交叉利用。

（二）農業循環經濟的特點

對資源的節約、環境的保護，是農業循環經濟的主要特征。作為一種發展模式，農業循環經濟強調的是在生產活動之初盡可能少地投入自然資源，生產活動之中盡可能少地消耗自然資源，生產活動之末盡可能少地排放生產廢棄物。農業循環經濟具有以下特點：

1.綜合性。農業循環經濟強調發揮農業經濟系統的整體功能，以大農業為出發點，按“整體、協調、循環、再生”的原則，全面規劃，調整和優化農業結構，使農、林、牧、副、漁各業和農村一、二、三產業綜合發展，形成產業集群。這樣容易在集群區域內形成有特殊的資源優勢與產業優勢和多類別產業結構。這樣才有可能形成核心的資源與核心的產業，成為生態產業鏈中的主導鏈，并以此為基礎將其他類別的產業與之連接，組成生態產業網絡系統。

2.多樣性。農業循環經濟可以針對我國地域遼闊，各地自然條件、資源基礎、經濟與社會發展水平差異較大的情況，充分吸收我國傳統農業精華，結合現代科學技術，以多種生態模式、生態工程和豐富多彩的技術類型裝備農業生產，使各區域都能揚長避短，充分發揮地區優勢，各產業都根據社會需要與當地實際協調發展。

3.高效性。農業循環經濟通過物質循環、能量多層次綜合利用和系列化深加工，可達到充分利用資源、減少廢物產生、物質循環利用、消除環境破壞及提高經濟發展規模和質量的目的，從而實現經濟增值，降低農業成本，提高環境資源的配置效率，使社會生產從數量型的物質增長轉變為質量型的服務增長。同時，農業循環經濟還拉長了生產鏈，推動環保產業和其他新型產業的發展，增加就業機會，為農村大量剩余勞動力創造農業內部就業機會，保護農民從事農業的積極性。

4.持續性。農業循環經濟把經濟效益、社會效益和環境效益統一起來，充分使物質循環利用，做到物盡其用，可以實現社會、經濟和環境的共贏。發展農業循環經濟能夠保護和改善生態環境，防治污染，維護生態平衡，提高農產品的安全性，變農業和農村經濟的常規發展為持續發展，把環境建設同經濟發展緊密結合起來，在最大限度地滿足人們對農產品日益增長的需求的同時，提高生態系統的穩定性和持續性，增強農業發展后勁。

制約農業循環經濟發展的資源瓶頸

（一）土地資源短缺且利用不合理

土地的可持續利用是農業可持續發展的基礎，沒有土地的可持續利用，就不可能有農業的可持續發展，這對于人口眾多、耕地相對短缺又處在高速工業化的我國來說，問題就更加突出。我國土地資源總量大，人均占有量少。2005年，我國耕地面積為18.31億畝，人均1.4畝，不足世界平均水平的40%，約相當于美國的1/8、印度的1/2。與1996年相比，不到10年時間，耕地凈減少1.21億畝；僅2005年一年，全國耕地凈減少542.4萬畝（《2005年中國國土資源公報》）。特別是東部沿海發達地區，上海、福建等地的人均耕地已接近或低于聯合國規定的“0.053公頃/人”的危險點，而農業大省山東省人均耕地面積也僅為0.081公頃/人。并且隨著城市化進程的加快，土地的市場價值顯現，許多違法占地、亂搭亂建的現象時有發生，導致有限的土地資源不能合理有效利用和田塊的荒廢。這些不僅造成土地資產的大量流失，也對短缺的土地資源造成嚴重沖擊。

（二）水資源供求失衡且利用不合理

目前，由于農業水資源的不合理開發和水資源利用效率較低，造成農業水資源質量持續下降，農業用水缺口逐年加大，農業生態環境惡化，水資源污染嚴重，進一步成為可供利用水資源供求失衡的重要因素。根據國家發改委宏觀經濟研究院課題組(2003)報告，我國水資源總量為2.81萬億立方米，居世界第一位，而人均占有水資源量只有世界人均水平的1/4。并且全國各流域水資源狀況南北方差異巨大，北方地多水少，耕地面積占全國的59.6%，而水資源量僅占14.5%，其中耕地占全國39.4%的黃淮海地區水資源量僅占7.6%；南方水多地少，耕地僅占全國的34.7%，而水資源占了80.9%。全國水資源開發利用程度為20%，但北方多數區域已經超過50%，遠遠超過了國際上公認的40%的警戒線。正常年份全國灌區每年缺水約300億立方米，城市缺水60億立方米。因缺水減產糧食造成的經濟損失約500億元，影響工業產值2000多億元。

（三）環境污染嚴重且生態系統退化

從20世紀中葉開始，我國為促進農業發展，大量使用化肥和農藥，目前，我國化肥使用量占全球的30%。據測算，化學殺蟲劑中被真正有效利用的部分僅為10%-15%，其余大部分則逐漸散失在空氣、土壤和水當中，造成對環境的嚴重污染。更為嚴重的是化肥、農藥在農產品中的殘留對人類的健康構成威脅，成為我國農產品和加工食品出口的最大障礙，大大削弱了我國農業和食品加工業在國際市場上的競爭力。由于農業的粗放型經營，無序開采造成的水土流失、植被和景觀的破壞、濕地面積減少、調控功能明顯降低，使洪澇災害威脅依然嚴重。

農業發展面臨的問題和困難表明，今后一段時間我國的資源環境將會承受巨大壓力，這種“資源環境的稀缺性”一方面會引發資源價格和環境價值的提高，加大生產成本；另一方面將促使人們對傳統生產方式進行深刻反思，在不斷提高自然資源的利用率、優化資源配置、降低資源使用總量和減少廢棄物排放的情況下，滿足社會不斷增長的經濟需要和生態需求。

發展農業循環經濟的政策建議

（一）加強經濟杠桿在農業循環經濟中的作用

發展農業循環經濟是市場經濟的客觀要求。現代經濟學認為，微觀經濟主體往往只關心本身的利潤最大化，而很少關心外部成本或社會成本，產生了社會成本與私人成本不一致的負外部效應，導致市場失靈，需要政府干預，將微觀經濟主體行為的外部效應內部化。比如征收環境稅，一方面可以有效地矯正外部負效應，實現環境保護的政策目標；另一方面可以增加財政收入，有利于財政收入最大化政策目標的實現。

（二）加強制度創新在農業循環經濟中的作用

當前，國家有關部門應大力推進制度創新，完善有利于循環農業發展的政策和法律體系，增加農業的財政投入，推動農村金融市場化改革，建立循環型農業推進組織，加強農業基礎設施建設和農業環境管理，為循環農業提供一個良好的發展環境。同時，推進農村社會化服務體系建設，與國家層次的循環經濟立法相呼應，建立我國循環農業發展的法律保障體系，并制定出相應的政策保障體系與扶持措施。為此，我們要建立起各種經濟合作組織和收購、銷售、運輸、技術等服務組織，并制定出相適應的法規和政策，為農業循環經濟的運行創造良好的條件。

（三）加強政府機制在農業循環經濟中的作用

發展循環經濟是一項具有全局性、長期性、戰略性的任務，需要各方面的共同努力，而其所需的組織者和協調者對政府來說責無旁貸，并且只有政府才能承擔起這一艱巨的任務。因而，發展農業循環經濟要由政府出面組織生態經濟領域專家對循環經濟如何與農業發展實踐結合問題進行深入研究，并制定科學合理的經濟、社會、自然協調發展規劃，提出切實可行的、推動循環經濟發展的具體措施，并結合實踐情況總結經驗，制定出有利于生態建設的干部考核指標，杜絕僅把經濟增長的GDP作為唯一考核標準的現象。

（四）加強技術創新在農業循環經濟中的作用

農業循環經濟是農業生產技術范式的革命，它必須以先進科學技術為支撐點，重點組織開發資源節約和取代技術、能量梯級利用技術、延長產業鏈和相關產業鏈技術和“零排放”技術；加強研制和生產對環境溫和的新型肥料，減輕環境污染，提高肥料利用率；開發高效、低殘留的農藥，開發生物農藥取代化學農藥。通過發展農業循環經濟全面保護和改善環境，大力推行生態農業和清潔生產，不斷提高我國農產品和加工食品的品質和安全性能，逐步使其符合資源環境方面的國際標準，從而突破綠色壁壘，增強我國農產品在國際市場上的競爭力。通過發展循環經濟，倡導清潔生產和節約消費，最大程度地減輕環境污染和生態破壞，實現生態的良性循環與農村建設的和諧發展。

（五）加強法規機制在農業循環經濟中的作用

一方面通過政策調整使循環利用資源和保護生態環境的企業和個人經營行為有利可圖，形成循環經濟發展的外部效應內部化機制；另一方面應建立和完善推進循環經濟發展的法律法規體系，形成污染者治理、受益者補償機制。鑒于大部分居民，尤其是廣大農村居民對生態環境保護知識較為缺乏和意識比較薄弱的狀況，當地政府應強化責任意識，并通過立法把發展農業循環經濟納入地方基層政府的職責范圍之內，加強對發展農業循環經濟重要性的教育、宣傳和引導。

參考文獻：

篇5

關鍵詞：農業機械化工程；人才培養；教學資源；數字樣機

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

我校省級重點學科農業機械化工程，多年來一直堅持“非實習不能得真諦，非實驗不能探精微”的教學理念，取得了很好的教學成果[1-3]。但在知識經濟和科學技術飛速發展的今天，農業生產作業方式正向保護性耕作、精準作業、設施栽培等現代化作業方式轉變，農機裝備也隨之向高效、精細、節能和可持續的方向發展。未來若干年，是傳統的農業機械化工程逐步向現代農業機械化工程提升的關鍵時期，農業機械化工程學科不僅要發展外延，更要著重向內涵拓展，培養高質量人才，出高水平成果[4]。考慮新形勢下農業機械化工程教學的服務面向，以提高教學水平為主，不增加教育成本，開發高質量的農業機械化工程數字樣機教學資源，構建農業機械化工程實驗實習教學網絡平臺，已成為農業機械化工程教育信息化和現代化的迫切需要。

1 數字樣機教學資源技術內涵與開發原則

1.1 數字樣機教學資源技術內涵

數字樣機開發(Digital Prototyping)是把一個創意變成一個可以向客戶推銷的數字化產品原型的全過程，是科學研究中新產品設計開發的一種現代化技術手段。利用數字樣機開發技術可使得概念設計、工程設計、制造、銷售和市場部門在產品制造之前虛擬地體驗完整的產品[5]。工業造型師、設計工程師和制造工程師使用數字樣機技術在整個產品開發過程中對產品進行設計、優化、驗證和可視化。市場人員可以使用數字樣機技術在產品制造之前創建產品的真實感，渲染和在實景環境中的動畫模擬。目前，數字樣機技術在機械、電子、航空、汽車、動力工程等諸多領域得到了廣泛的應用。

數字樣機教學資源是指利用數字樣機開發技術對教學資源進行處理，可以在多媒體計算機及網絡環境下運行的多媒體數字化教學材料。按處理的對象劃分，數字樣機教學資源可分為典型零部件、典型機構和典型樣機等；按信息的呈現方式劃分，數字樣機教學資源可分為數字化圖像、投影、視頻以及網上教學資源等。與傳統的教學資源相比，數字樣機教學資源有開發技術數字化、處理方式多媒體化、信息傳輸網絡化等特點。數字樣機教學資源是一種動態的教學素材庫，基于數字樣機教學資源可以在不同教學單元間和教學平臺上共享數字樣機模型數據。

1.2 數字樣機教學資源開發原則

開發數字樣機教學資源應遵循教學性、科學性、開放性、通用性、層次性的原則。

(1)教學性原則：數字樣機開發技術本屬于科學研究中新產品設計開發手段，將其用于教學資源的設計開發中，與科研產品開發有著本質的區別。科研產品開發的目的是得到市場需求的新型產品，滿足人們對產品的功能需求，而數字樣機教學資源應能滿足教與學的需求。

(2)科學性原則：數字樣機教學資源應能正確反映科學知識原理和現代科學技術，所構建的樣機模型應該盡量按實際設備進行1:1建模，按實際工作原理進行運動、動力仿真參數設置。

(3)開放性原則：數字樣機教學資源應確保在任何時候、任何地方、任何師生都可以將自己的數字樣機作品納入其中，可以通過網絡論壇設置不同身份的會員機制，給每一位使用者(教師、學生等)提供提交建議、上傳作品的許可認證接口，尤其是對學生提交的課程設計、畢業設計成果進行審核認定，及時充實和更新教學資源庫。

(4)通用性原則：在相應的技術標準規范下，數字樣機教學資源應能適用于不同的教學情境和多種形式的學習，適用于針對不同專業而設置的同門類學科通論類課程，最大限度地共享資源。

(5)層次性原則：數字樣機教學資源應實行模塊化管理，使學習者通過對不同層次資源的使用和重組，方便進行課程或知識體系的篩選，最大限度地發揮資源的個性化定制潛能。

2 農業機械化工程數字樣機教學資源開發

2.1 將現有教學資源進行數字樣機建模

將現有的教學資源進行數字樣機改造是把現行教學中使用的載體進行數字化改造，形成數字化模型資源。現有教學資源包括兩大類：一是教研室和實驗室原有成熟的實物教具、機構模型、零部件結構掛圖等。二是在課程設計和畢業設計中師生創作的機械機構作品，包括展示型作品、師生交流作品集、教師對學生進行評價的作品等。將這些教學資源進行數字化樣機設計，建立虛擬教學模型，主要是三維立體模型的制作和開發。圖1所示是根據幾種典型農機部件實物教具建立的數字樣機模型。

(a)典型零件模型

(b)典型部件模型

圖1 實物教具數字樣機模型

可以篩選一批典型資源設立學生設計研究計劃項目，讓學生參與教學資源建設，并借助設計過程提高學生對現代數字化設計軟件的應用能力，將學生技能教育融于教學中，并兼顧提升學生從事科研工作的能力，提前熟悉一些主流設計軟件的使用方法和操作技能。

2.2 將科研產品數字樣機進行教學型轉化

在農業機械化工程諸多核心課程教學中，除了加強理論課程的基礎知識外，更要體現學科前沿知識，在實踐環節中融入最新科研成果，將學科前沿知識帶給學生，讓學生對專業方向有更好的把握和定位。如今農業機械產品開發已經采用了數字樣機開發技術，許多產品生產之前需要借助產品數字樣機進行功能和行為的仿真模擬，在產品開發過程中更是借助數字化手段對研究對象反復仿真分析和評價[6-9]。開發完成的產品本身就是很好的教學資源，尤其是一些新機構、新部件的結構原理、動態特性等。圖2所示是在科研項目中開發的新型機械裝備和核心部件運動仿真分析模型。

(a)果園風送噴霧機 (b)零速投種運動仿真

圖2 科研產品數字樣機模型

通過多媒體技術把典型科研產品設計和仿真過程進行錄制、編輯等，形成用于課程教學的素材。這要求任課教師在參與科研工作的同時捕捉可用于教學的信息，及時收集科研工作中的教學素材，這也有助于科研工作本身的總結和提高。

2.3 將調研產品數據作為數字樣機資源補充

調研數據主要包括舊式農具、農民自制農具和新型農機產品等。這些農具或農機產品是目前教材中沒有的產品類型，但它們對了解農業機械發展歷史和目前農村使用農機的現狀有著不可替代的作用。通過學生假期社會實踐活動，可以搜集到大量舊式農具、農民自制農具和新型農機產品的數據信息。篩選出比較有代表性的機具產品進行數字樣機建模，如圖3(a)所示是我國北方農村現存不多的小麥播種開溝農具，這種農具曾在我國小麥播種區域有著廣泛的應用，改革開放后逐漸淡出歷史舞臺。圖3(b)所示是目前北方農村玉米播種區域廣泛使用的一種勺輪式玉米精量免耕播種施肥聯合作業機，適用于對包衣后的優質玉米種子進行精量播種。

(a)播種開溝舊式農具 (b)玉米精量免耕播種機

圖3 調研產品數字樣機模型

3 數字樣機教學資源應用

3.1 農業機械學省級精品課教學應用

農業機械學是我校農業機械化及其自動化專業必修的一門理論和實踐緊密結合的課程，2003年已經建設成為省級精品課。我們建立的各種數字樣機教學資源在農業機械學省級精品課建設過程中得到了很好的應用。在理論課和實驗課教學課件中采用的數字樣機模型包括耕整地機械、播種機械、中耕管理機械、收獲機械、植保機械等。各種模型素材在各個理論教學單元中以圖片、動畫等形式體現，其中動畫素材與理論教學課件素材占總量的50%以上。尤其是對于結構認知課，學生通過逼真的數字樣機模型分解視圖和生動的三維動畫模擬演示，很快理解了在理論課程中所講的基礎知識。

3.2 “農業機械化工程實驗實習教學網”應用

“農業機械化工程實驗實習教學網”是河北省重點學科農業機械化工程的重點建設內容之一。該教學網于2009年5月開通試運行，其內容以農業機械化及其自動化本科專業課和業務素質課的實驗和實習教學為主體內容，以省級精品課農業機械學的實驗和實習教學為核心，兼顧農學、園藝、畜牧、植保等非機化專業的農機化概論、草業機械化、植保機械等選修課程實驗教學。學生實名注冊為會員后可選擇相應內容學習、下載資料、參與師生互動交流等，實現網絡教學。圖4所示是農業機械化工程實驗實習教學網首頁，通過鏈接數字樣機教學資源，能夠讓學生在任何地方學習農業機械基礎知識和了解學科發展動態，起到事半功倍的效果。

圖4 數字樣機教學資源網絡教學應用

4 結束語

為適應農業機械化工程學科向內涵拓展，培養高質量人才的時代要求，利用數字樣機開發技術建立了大量數字樣機模型作為農業機械化工程學科的教學資源。通過將現有教學資源進行數字樣機建模、將科研產品數字樣機進行教學型轉化和將調研產品作為數字樣機資源補充的途徑，完成了一套比較完善的典型零部件、典型機構和典型樣機的數字化模型。并把這些模型應用到了農業機械學等課程教學和“農業機械化實驗實習教學網”建設中，開展多種形式的仿真教學和網絡教學，為加快農業機械化工程教學由傳統模式向現代模式的轉變提供了實踐性參考。

參考文獻

[1] 馮曉靜,劉俊峰,楊欣.農業機械學課程教學改革思路[J].中國農機化,2004,3:67-68.

[2] 楊欣,馮曉靜,劉俊峰.農業機械化及其自動化專業CAD教學研究[J].農機化研究,2005,5:275-277.

[3] 馮曉靜,劉俊峰,錢東平,等.面向21世紀農業機械化工程實踐教學的探討[J].中國農機化,2007,5:87-88.

[4] 中國農業工程學會.農業工程學科發展報告(2010-2011)[M].北京:中國科學技術出版社,2011.

[5] 吳菌.數字樣機真的是老生常談嗎?[J].中國制造業信息化,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.