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有機(jī)碳肥與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

內(nèi)容摘要：對植物營養(yǎng)元素碳的定位及其來源的認(rèn)識偏差，是造成“化學(xué)農(nóng)業(yè)”耕作方式缺陷的重要原因。土壤中有機(jī)養(yǎng)分的有效物質(zhì)是植物根系可直接吸收的小分子水溶有機(jī)碳。以提供小分子水溶有機(jī)碳為目標(biāo)的有機(jī)碳肥，具有廣泛的農(nóng)業(yè)功能和環(huán)保功能，它將推動農(nóng)業(yè)走上土壤肥力陰陽平衡、作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和生態(tài)改善的發(fā)展之路。關(guān)鍵詞有機(jī)碳養(yǎng)分有機(jī)碳肥陰陽平衡物質(zhì)大循環(huán) 一、對“碳”認(rèn)識的偏差造成農(nóng)業(yè)重大損失肥料總體可分為有機(jī)肥料和無機(jī)肥料兩大類，它們互相不能取代，也不能一衰一盛，而應(yīng)陰陽結(jié)合，陰陽平衡，形成土壤和農(nóng)作物的良好的營養(yǎng)基礎(chǔ)，才有農(nóng)業(yè)的繁榮發(fā)達(dá)。綜觀我國肥料行業(yè)，化肥品種繁多產(chǎn)能過剩。而有機(jī)肥料卻成本高、肥效低，農(nóng)民不愛用。又由于它的標(biāo)準(zhǔn)不科學(xué)，還被不法廠商鉆空子，粗制濫造，劣質(zhì)有機(jī)肥坑農(nóng)害民的現(xiàn)象不斷發(fā)生。農(nóng)民極難買到優(yōu)質(zhì)放心的商品有機(jī)肥。本應(yīng)撐起肥料領(lǐng)域“半邊天”的有機(jī)肥料逐漸被邊緣化。有機(jī)肥料落到今日這種地步，原因何在呢? 首先，在上世紀(jì)五十年代我國建設(shè)肥料產(chǎn)業(yè)時，有機(jī)肥料就拜錯了師門。我國農(nóng)業(yè)文明延續(xù)幾千年，這在世界上是罕見的奇跡。幾千年農(nóng)業(yè)文明傳承的密碼是什么?物質(zhì)循環(huán)!有機(jī)農(nóng)業(yè)耕作中注重培肥地力，把有機(jī)廢棄物通過堆肥的方式進(jìn)行腐解處理然后反哺土地。這個循環(huán)中最主要的物質(zhì)是碳，物質(zhì)循環(huán)也即歸碳于土、貯碳于土。我國農(nóng)村過去幾乎家家戶戶搞“堆肥”。這種堆肥的要點(diǎn)就是半?yún)捬醢l(fā)酵(不翻堆)和自然堆積燜干。這種“安安靜靜”的生產(chǎn)工藝既達(dá)到有機(jī)物料的腐解，又最大限度減少了碳損耗。然而我國商品有機(jī)肥的生產(chǎn)技術(shù)不采堆肥技術(shù)之所長，卻采用“轟轟烈烈”的新工藝：又是好氧高溫發(fā)酵，又是多次翻堆，還有高溫烘干，把有機(jī)物料中的碳養(yǎng)分大量氧化成二氧化碳排掉。達(dá)到了生產(chǎn)“礦化腐殖質(zhì)”的目的:生產(chǎn)出了一堆“粗、重、慢”的空殼。這里明顯有化工工藝的痕跡。有機(jī)肥料現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2012)規(guī)定有機(jī)肥料正面的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)是：“有機(jī)質(zhì)含量(干基計)≥45%”，“總養(yǎng)分(干基計)N+P2O5+K2O≥5%”。內(nèi)行人都知道，有機(jī)物料發(fā)酵過程中消耗的就是有機(jī)碳，同一批物料發(fā)酵后干物質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量是下降的，那么以“有機(jī)質(zhì)含量”作為質(zhì)量指標(biāo)有何意義?而“總養(yǎng)分”指標(biāo)中，全是無機(jī)養(yǎng)分，不見有機(jī)養(yǎng)分(水溶有機(jī)碳)的影子。有機(jī)肥料不提供有機(jī)養(yǎng)分，三十多年農(nóng)業(yè)耕作不重視有機(jī)肥，就導(dǎo)致耕地有機(jī)質(zhì)含量連續(xù)下跌，農(nóng)田貧瘠化嚴(yán)重。為什么會出現(xiàn)長達(dá)三十年的“化學(xué)農(nóng)業(yè)耕作”?根本原因在于化學(xué)植物營養(yǎng)學(xué)理論的如下重大錯漏。 1、認(rèn)為植物有機(jī)營養(yǎng)僅來源于空氣中的二氧化碳經(jīng)葉片吸收和葉綠素光合作用轉(zhuǎn)化，不認(rèn)為植物根系能直接吸收有機(jī)碳養(yǎng)分。這就是植物有機(jī)碳來源“一通道說”。實(shí)際上存在由根系吸收的第二碳通道。不了解第二碳通道，就不重視給土壤補(bǔ)碳，導(dǎo)致土壤碳貧瘠和農(nóng)作物缺碳。 2、對植物營養(yǎng)元素碳的定位不準(zhǔn)確。植物干物質(zhì)中碳占35%左右，再加上植物生長過程新陳代謝消耗大量碳，所以植物所需碳總量超過總養(yǎng)分量的50%。而植物各營養(yǎng)元素區(qū)劃原則是根據(jù)植物實(shí)際需求量的多、少、微來區(qū)分的。碳元素所需總量與其他各“大量元素”不在同一數(shù)級上，它在植物物質(zhì)結(jié)構(gòu)形成過程中起著“組合者”的作用。所以從理論上把碳正名為“基礎(chǔ)元素”以區(qū)別于大量元素，才有利于正確研究植物營養(yǎng)。基于這樣的認(rèn)識，我們重新檢視傳統(tǒng)植物營養(yǎng)學(xué)的“木桶規(guī)則”。當(dāng)碳(C)“板條”寬度相當(dāng)于其他十幾塊“板條”寬度的總和時，還能箍成木桶嗎?所謂量變到質(zhì)變，碳已經(jīng)不是組成木桶壁的一塊板條，而是以碳為陰面，以十幾種礦質(zhì)元素為陽面的陰陽關(guān)系，而氫和氧(即H2O)屬中性，穿合于陰陽之間，沒有它，陰陽不可能結(jié)合。這就是土壤肥力陰陽平衡關(guān)系。圖1.土壤肥力陰陽平衡動態(tài)圖陰盛陽衰(純有機(jī)種植)，農(nóng)作物沒有高產(chǎn);陽盛陰衰(化學(xué)農(nóng)業(yè)耕作)，農(nóng)作物也沒有高產(chǎn)。只有陰陽平衡且肥水充盈時，農(nóng)作物才能發(fā)揮出最佳生產(chǎn)能力。所以陰陽平衡是大平衡，主平衡，無機(jī)元素平衡是小平衡、次平衡。只有陰陽平衡，無機(jī)元素平衡才能發(fā)揮實(shí)際效果。 3、把無機(jī)養(yǎng)分“離子說”絕對化，造成對無機(jī)養(yǎng)分利用率低的原因的誤判。植物在原生態(tài)或肥沃的土壤中，無機(jī)養(yǎng)分與有機(jī)養(yǎng)分以多種形態(tài)結(jié)合成“有機(jī)無機(jī)”零電價態(tài)被植物根系吸收，有機(jī)養(yǎng)分利用率更高。可見無機(jī)養(yǎng)分離子態(tài)被吸收是在貧瘠土壤中才會出現(xiàn)。同性離子間互相排斥，異性離子結(jié)合成水不溶物，化肥利用率就低。另一方面，有機(jī)碳和各無機(jī)元素是以嚴(yán)格的配比，按植物DNA指令組裝到植物細(xì)胞的，有機(jī)碳養(yǎng)分匱乏，無機(jī)養(yǎng)分離子比例過大，就會富余出大量無機(jī)離子，游離于植物胞外液中，導(dǎo)致植物對無機(jī)養(yǎng)分的需求弱化，這是化肥利用率低的深層次原因，也是農(nóng)作物低產(chǎn)的根本原因。 4、對土壤中碳養(yǎng)分存在形態(tài)的誤判。土壤有機(jī)質(zhì)中的有機(jī)碳，絕大部分是不溶于水的，它不是真實(shí)的碳養(yǎng)分。沒能向土壤微生物提供足夠的可直接吸收的水溶有機(jī)碳肥料，微生物不能正常繁殖才導(dǎo)致土壤板結(jié)。對這個問題缺乏清晰的認(rèn)識，微生物制劑不帶有機(jī)碳養(yǎng)分，相當(dāng)于不備軍糧的空降兵，這是目前大量微生物制劑施到土壤中效果不佳、秸稈腐熟劑農(nóng)民不愛用的原因。土壤板結(jié)與施用化肥沒有太多關(guān)聯(lián)。以上各點(diǎn)都可以歸結(jié)為對植物碳養(yǎng)分認(rèn)識的偏差。這些理論的重大錯漏影響我們幾十年，造成農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的政策、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和耕作方式等方面都產(chǎn)生大量的失誤。耕地普遍缺碳，農(nóng)作物大面積缺碳病，其造成的損失是難以用數(shù)字表達(dá)的。我們祖先五千年積累的農(nóng)業(yè)文明遺產(chǎn)將因五十年的“化學(xué)農(nóng)業(yè)耕作方式”而耗盡。算起來歷史留給我們挽救的時間只剩二十年了。二、有機(jī)碳肥產(chǎn)品的研發(fā) 人類在一百七十多年前開始創(chuàng)建化肥工業(yè)，解決了向農(nóng)作物高效富集地提供礦物質(zhì)養(yǎng)分的技術(shù)問題，卻至今未能建立高效富集的植物有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分的工業(yè)化體系。肥料工業(yè)的一條腿早已跨進(jìn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化門坎，另一條腿卻還拖在小農(nóng)經(jīng)濟(jì)時代。有機(jī)碳肥研發(fā)的目標(biāo)，就是生產(chǎn)富含植物有機(jī)養(yǎng)分的肥料。植物有機(jī)養(yǎng)分的有效物質(zhì)是植物根系可直接吸收的小分子水溶有機(jī)碳。這種“有機(jī)”分子粒徑小于800納米，親水性，其在水溶液中呈無定形“云團(tuán)狀”，能隨水流被吸入口徑小得多的植物根毛孔。利用固液有機(jī)廢棄物為原料，經(jīng)微生物發(fā)酵或生化裂解，生產(chǎn)出液態(tài)有機(jī)碳肥和高碳有機(jī)肥，再利用這兩種基礎(chǔ)產(chǎn)品生產(chǎn)其他衍生產(chǎn)品。有機(jī)碳肥制造工藝路線圖如下：圖2.有機(jī)碳肥生產(chǎn)工藝路線有機(jī)碳肥系列產(chǎn)品，都以小分子水溶有機(jī)碳為主要有效成份，以保證施用后短期內(nèi)其所提供的植物有機(jī)養(yǎng)分不少于10倍傳統(tǒng)有機(jī)肥的有機(jī)養(yǎng)分。以下是目前有機(jī)碳肥各品種的技術(shù)指標(biāo)，其中“EC”即有效碳，指小分子水溶有機(jī)質(zhì)的含碳量。表1.現(xiàn)有各有機(jī)碳肥品種的技術(shù)指標(biāo)及性能特征用全新的檢測方法進(jìn)行檢測：嚴(yán)格界定是否合格時，以DLS納米測粒儀，測出水溶上清液中的分子粒徑平均小于650納米，且該部分在溶液中含碳量與樣品總質(zhì)量之比符合上表為合格。工廠化驗(yàn)室快速測試方法，是將樣品水溶上清液通過650納米濾膜后，測得過濾液中含碳量與樣品總質(zhì)量之比達(dá)到上表為合格。有機(jī)碳肥還可以同化肥、微生物制劑復(fù)配開發(fā)出多款衍生產(chǎn)品，適合一切農(nóng)作物，可作基肥、追肥、葉面肥和管道輸送，因此它是一類市場前景無比廣闊的高效綠色環(huán)保肥料，其在我國潛在的市場用量每年幾千萬噸。三、有機(jī)碳肥的功能(8+1) 有機(jī)碳肥在農(nóng)業(yè)方面有八大功能，加上其環(huán)保貢獻(xiàn)，可概括為(8+1)： 1、有機(jī)碳肥是傳統(tǒng)有機(jī)肥的升級換代品有機(jī)碳肥“有效碳”6%～15%，其有機(jī)肥力是傳統(tǒng)有機(jī)肥的5～10倍，同功能微生物相匹配使用更能使肥力倍增。每畝每茬用量20～100公斤就見顯效，用量相當(dāng)于有機(jī)肥的5%-10%，使用成本300～500元，相當(dāng)于使用有機(jī)肥成本的40%-50%.有機(jī)碳肥單位面積用量少、水溶性好，就能象化肥那樣方便施用，可上山、可入水。填補(bǔ)傳統(tǒng)有機(jī)肥難于應(yīng)用的大量空間。有機(jī)碳肥還可管道輸送、可滴灌、可進(jìn)入無土栽培系統(tǒng)，甚至還可用于氣霧栽培。所以有機(jī)碳肥是信息化時代的精品有機(jī)肥。 2有機(jī)碳肥是化肥的最佳伴侶有機(jī)碳肥與化肥混合施用與純化肥對比，在化肥用量不減的情況下，農(nóng)作物增產(chǎn)30%-100%，有機(jī)碳肥與三大化肥配合施用的合理配比如下： EC/W=0.2～0.3 式中：EC為有機(jī)碳肥中“有效碳”含碳量; W為(N+P2O5+K2O)總量; 0.2適用于土壤有機(jī)質(zhì)含量較豐富情況; 0.3適用于土壤有機(jī)質(zhì)匱乏的情況; 復(fù)合造粒EC/W值建議用0.25～0.3。我國多年來有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料推廣不開，主要原因是粗重的有機(jī)肥與精細(xì)的化肥門不當(dāng)戶不對。有機(jī)碳肥單位面積用量與化肥相當(dāng)，混合使用門當(dāng)戶對。“有機(jī)碳無機(jī)復(fù)混”肥料必成未來主流肥料。 3、有機(jī)碳肥是微生物肥料的補(bǔ)碳劑通過施用有機(jī)碳肥可以給微生物肥料補(bǔ)碳以提高其有效率。施用有機(jī)碳肥后，功能微生物迅速發(fā)展成土壤中的優(yōu)勢種群，隨著土壤水氣熱環(huán)境改善，土壤生態(tài)良性循環(huán)產(chǎn)生的生物多樣性又進(jìn)一步推動生物肥力的提高，如此，有機(jī)碳肥就幫助微生物肥料發(fā)揮出真正威力。 4、有機(jī)碳肥是多功能高效土壤調(diào)理劑有機(jī)碳肥是有機(jī)碳養(yǎng)分富集的有機(jī)肥，與普通有機(jī)肥相比，它不但用量少，而且它的使用濃度恰與功能微生物的需求相適應(yīng)，能迅速調(diào)動和擴(kuò)大功能微生物的作用，快速改良土壤。有機(jī)碳肥的原材料是有機(jī)廢棄物，其中的高濃度有機(jī)廢水保留并濃縮了有機(jī)物質(zhì)中的水溶碳和中微量元素，這更使它兼具補(bǔ)碳與補(bǔ)素(中微量元素)的雙重功能，所以有機(jī)碳肥是一種高效多功能土壤調(diào)理劑。 5、有機(jī)碳肥是農(nóng)作物光合作用增強(qiáng)劑有機(jī)碳養(yǎng)分經(jīng)由被土壤微生物吸收、被根系吸收和與礦物質(zhì)養(yǎng)分融合三種直接作用引發(fā)土壤生物肥力、物理肥力和化學(xué)肥力連環(huán)促進(jìn)的能量傳遞，這個過程的發(fā)展變化導(dǎo)致土壤肥沃和根系發(fā)達(dá)，肥水供應(yīng)充足，從而使植物葉片寬厚，葉綠體碩大、葉綠素豐富，植物光合作用效率大大提高，請看以下兩組對比圖。圖3.有機(jī)碳肥對農(nóng)作物光合作用的影響植物體內(nèi)每日積累的碳水化合物(有機(jī)碳養(yǎng)分)越多，其所吸納的礦物質(zhì)養(yǎng)分就越多，大體呈正比的關(guān)系，所以施用少量有機(jī)碳肥，就能使農(nóng)作物呈現(xiàn)30%甚至100%的增產(chǎn)，就連最難大幅度增產(chǎn)的水稻都能增產(chǎn)30%以上。 6、有機(jī)碳肥是農(nóng)作物防病抗逆機(jī)能的促進(jìn)劑農(nóng)作物有機(jī)碳養(yǎng)分充足，無機(jī)養(yǎng)分配套，土壤三大肥力連環(huán)促進(jìn)，農(nóng)作物就根深葉茂，對抗病害能力和自我修復(fù)能力就增強(qiáng)。土壤肥沃，生物多樣性豐富，氣場旺盛，土壤中和空氣中有益微生物活躍，致病菌難以繁衍，農(nóng)作物染病的機(jī)會就少。所以說有機(jī)碳肥是農(nóng)作物防病抗逆機(jī)能的促進(jìn)劑。 7、有機(jī)碳肥是激活農(nóng)作物生產(chǎn)潛力的能源有機(jī)碳肥能激發(fā)農(nóng)作物的生產(chǎn)潛力。一些禾本科作物，例如水稻、小麥，施用有機(jī)碳肥后，有效分蘗數(shù)能增加30%以上，增產(chǎn)30%以上。對采摘期長的作物，使植株避免早衰、果實(shí)更豐滿，還能延長採摘期。例如蕃茄、茄子、辣椒、四季豆、黃瓜等增產(chǎn)50%以上。利用“有機(jī)碳肥+化肥”技術(shù)使青花菜一株采三次花，產(chǎn)值增加150%。這方面更大的經(jīng)濟(jì)價值表現(xiàn)在使果樹樹勢壯旺，延長生育樹齡，成為接近原生態(tài)的“長壽樹”。由于有機(jī)碳肥助根的“天性”，塊根類作物如：紅薯、馬鈴薯、淮山、蘿卜、胡蘿卜、人參、三七等，使用后塊根碩大、風(fēng)味特佳。缺碳使許多化肥離子失去了被組合的機(jī)會滯留在植物胞外液中，使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降口感差。有機(jī)碳養(yǎng)分的進(jìn)入組合了這些垃圾變廢為寶，使農(nóng)產(chǎn)品既高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)。例如小番茄甜度提高33%，南方大棚哈密瓜的甜度達(dá)到18～19。發(fā)現(xiàn)災(zāi)害后及時灌施液態(tài)有機(jī)碳肥，可使農(nóng)作物在短時間內(nèi)恢復(fù)長勢，取得較好收獲。施用有機(jī)碳肥的豆科作物不倒伏，產(chǎn)量提高30%左右。西蘭花：底肥每畝用復(fù)合肥50kg加有機(jī)碳菌肥50kg;追肥每畝澆施液態(tài)有機(jī)碳肥4次共3kg; 玉米：底肥每畝用復(fù)合肥40kg加有機(jī)碳菌肥40kg;追肥每畝澆施液態(tài)有機(jī)碳肥3次共3kg。圖4.有機(jī)碳肥對農(nóng)作物的增產(chǎn)增收的促進(jìn)作用 8、有機(jī)碳肥護(hù)航土地永續(xù)耕作常態(tài)化地開展物質(zhì)循環(huán)，才能培肥地力。過去行之有效的千家萬戶“積肥”下地的“局部物質(zhì)循環(huán)”已經(jīng)式微了，土地缺碳、土壤貧瘠，農(nóng)作物在亞健康中生長。有機(jī)碳肥產(chǎn)業(yè)就是建立大物質(zhì)循環(huán)的產(chǎn)業(yè)。局部碳循環(huán)沒有了，大量有機(jī)廢棄物卻亂堆亂排，我們順勢而為，建立起以有機(jī)碳肥為核心的大的碳循環(huán)，就能形成新的培肥地力機(jī)制，使土地永續(xù)耕作。 9、有機(jī)碳肥產(chǎn)業(yè)對環(huán)境保護(hù)的貢獻(xiàn) 首先表現(xiàn)在節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面。當(dāng)有機(jī)碳肥年產(chǎn)達(dá)到3000萬噸時，全國每年可減排COD約400萬噸。這是一種有別于傳統(tǒng)環(huán)保措施的“完全碳回收”措施。請看以下比較圖。圖5.有機(jī)碳肥處理技術(shù)對環(huán)境保護(hù)的重要作用其次表現(xiàn)在對自然環(huán)境的改善方面。有機(jī)碳肥是高效土壤調(diào)理劑。常態(tài)化施用有機(jī)碳肥，土壤物理結(jié)構(gòu)優(yōu)化，水氣熱協(xié)調(diào)，有機(jī)、無機(jī)養(yǎng)分均衡，生物多樣性豐富，土壤就能恢復(fù)生命力，提高自凈能力和緩沖調(diào)節(jié)能力，溫室氣體排放減少，還給我們一個潔凈清純的大氣環(huán)境。土壤團(tuán)粒化，壤土層增厚，持水能力增強(qiáng)，有效緩解雨水對地表的沖刷，既保護(hù)了土地，又減少對河流湖泊的污染。有機(jī)碳肥與化肥配合使用，能使化肥利用率提高30%-50%，這就相應(yīng)減少了化肥的揮發(fā)和流失，可大大減輕湖泊和近海富營養(yǎng)化的程度。四、有機(jī)碳肥產(chǎn)業(yè)展望有機(jī)碳肥不但功能廣泛，而且適于解決當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)面臨的耕地貧瘠，農(nóng)作物缺碳，農(nóng)業(yè)環(huán)境惡化等緊迫問題。有機(jī)碳肥又是以固液有機(jī)廢棄物為原料，原料來源取之不盡，生產(chǎn)過程耗能低，不產(chǎn)生二次污染，完全能發(fā)展成全國性大產(chǎn)業(yè)。我國垃圾圍城、污水橫流的局面，將因有機(jī)碳肥產(chǎn)業(yè)的興起而改變。面對著大量有機(jī)廢棄物，我們順勢而為建立起大物質(zhì)循環(huán)體系，請看以下流程圖。圖6.有機(jī)碳肥與大物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系二十多年來我國耕地有機(jī)質(zhì)含量平均每年下跌0.05個百分點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)跌到2.08%，這種狀況不能在短時期內(nèi)根本扭轉(zhuǎn)，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化就失去土地基礎(chǔ)。如何扭轉(zhuǎn)?要使1畝耕地有機(jī)質(zhì)含量提高1個百分點(diǎn)，必須施用8噸傳統(tǒng)有機(jī)肥。18億畝耕地必須用144億噸。全國有機(jī)肥廠卯足勁干，需要70年!怎么辦?面對懸崖絕壁，我們必須另辟蹊徑：找有機(jī)碳肥! 有機(jī)碳肥產(chǎn)業(yè)加上使用有機(jī)碳肥技術(shù)改造的化肥、有機(jī)肥、微生物肥料產(chǎn)業(yè)，再加上用有機(jī)碳肥技術(shù)將大量分散的有機(jī)廢棄物就地處理成肥料，特別是使用有機(jī)碳菌劑快速腐解的秸稈還田技術(shù)，形成對我國耕地多渠道多層面的沃土肥田覆蓋，就可以化險為夷，使我國大部分耕地有機(jī)質(zhì)含量每5年升1個百分點(diǎn)，10年內(nèi)便可以使耕地有機(jī)質(zhì)平均含量大于3.5%。達(dá)到此局面，在使用等量化肥的情況下，農(nóng)業(yè)將整體增收30%以上。與此同時，我國將因上述措施每年減排COD近千萬噸。有機(jī)碳肥技術(shù)是一項強(qiáng)國富民的創(chuàng)新技術(shù)，它將推動農(nóng)業(yè)徹底告別“化學(xué)農(nóng)業(yè)耕作”方式，走上土壤肥料陰陽平衡、農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、農(nóng)業(yè)環(huán)境日益改善的健康發(fā)展之路。

清華大學(xué) 2021-04-13

低碳與環(huán)保科技館建設(shè)方案

序號儀器名稱規(guī)格與技術(shù)參數(shù) 單位數(shù)量 1 一度電的意義規(guī)格: ￠800×1000，底臺：￠800×700，材質(zhì):玻璃鋼。觀眾通過踩動自行車踏板，啟動發(fā)電裝置，并結(jié)合多媒體的內(nèi)容，了解節(jié)約一度電的意義。讓人們知道低碳生活可以從生活中的點(diǎn)滴做起。套 1 2 霧霾的形成與危害規(guī)格: ￠800×1000，底臺：￠800×700，材質(zhì):玻璃鋼。采用多媒體的形式，系統(tǒng)介紹霧霾的形成原因、危害和預(yù)防措施，從科學(xué)的角度解釋霧霾的成因以及與我們的關(guān)系。套 1 3 都江堰水利工程規(guī)格：900×600×900，配視頻解說。材質(zhì)：采用高分子材料一次性成型，彩色搭配。功能：1.三維立體式雕塑工藝制作，直觀生動的再現(xiàn)了都江堰水利工程的工作原理 2.光電顯示電路采用微控器控制，工作狀態(tài)穩(wěn)定，顯示效果逼真。套 1 4 沼氣的利用模型規(guī)格：沼氣池:￠800×700,灶臺:800×600×800，背板650×600,演示沼氣點(diǎn)燈、沼氣灶。套 1 5 水處理演示系統(tǒng) 規(guī)格：900×600×1100，底臺：900×600×750，材質(zhì):玻璃鋼。五級處理過濾:1、過濾泥沙，懸浮物，雜質(zhì)；2、吸附水中異色異味、大分子有機(jī)物；3、深層次吸附水中異色異味及有害物質(zhì)；4、去除水中細(xì)菌、膠體大分子有機(jī)物有害物質(zhì)；5、吸附水中殘余異色異味。套 1 6 PM2.5模擬與檢測體驗(yàn) 規(guī)格: 規(guī)格：￠800×1000，底臺：￠800×700，ABS工程塑料，開模一次成型。細(xì)顆粒物指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于 2.5 微米的顆粒物。它能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。功能:霧霾模擬，霧霾檢測體驗(yàn)。套 1 7 健身發(fā)電,腳踏發(fā)電規(guī)格：車:820×520×1050; 燈柱:500×400×1600, 雙腳蹬車踏板，動能轉(zhuǎn)化為電能，燈柱上的一排燈便逐個亮起。套 1 8 墻體保溫規(guī)格：1、墻體保溫模型：1200×700×1200; 模型材質(zhì)：玻璃鋼；從外到內(nèi)依次展示保溫墻體的構(gòu)成2、多媒體系統(tǒng)：800×600×900，墻體保溫方法、各種保溫材料、施工工藝等. 套 1 9 我要低碳規(guī)格：1、我要低碳模型：1500×700×1200；模型材質(zhì)：玻璃鋼；低碳行動需要全社會的支持，如果每一個人都身體力行地參與到低碳的行動中來，拯救地球，拯救人類賴以生存的自然環(huán)境就不是夢想了。2、多媒體系統(tǒng)：我要低碳動畫演示。套 1 10 生存危機(jī) 規(guī)格：1、500×700×1200；模型材質(zhì)：玻璃鋼；本展項從人的個體感受出發(fā)，聚焦人們對全球變暖引發(fā)的人類生存危機(jī)的認(rèn)識，因?yàn)閷ξC(jī)的漠視可以說是一種更大的危機(jī)。展項形象化地揭示人們對全球變暖問題忽視的原因，以社會調(diào)查的方式和生動的動畫故事，啟發(fā)觀眾認(rèn)識到問題的尖銳性并做出自己的思考和抉擇。2、多媒體系統(tǒng)：生存危機(jī)動畫演示。套 1 11 溫室氣體規(guī)格：1、1500×700×1200；模型材質(zhì)：玻璃鋼；本展品讓觀眾了解各種溫室氣體的基本知識，它們從哪里來，都有些什么作用. 2：多媒體系統(tǒng)：溫室氣體動畫演示。套 1 12 水土保持演示儀觀察不同土樣被同時沖淋后的水土流失情況；認(rèn)識植被的根系對水土保持的原理和重要意義。套 1 13 新能源小屋規(guī)格：900×800×1300；探究課題：該模型集太陽能、風(fēng)能、化學(xué)能、生物能的應(yīng)用于一體，集中展示了各種新能源的應(yīng)用套 1 14 大自然的眼睛規(guī)格：1、￠800×1100,本展品通過多媒體互動讓觀眾了解人類“高消耗”、“高排放”、“高污染”的嚴(yán)重性和帶來的生存危機(jī)，引發(fā)觀眾的思考，喚醒觀眾的環(huán)保意識。 2：多媒體系統(tǒng)：大自然的眼睛動畫演示。套 1 15 地球碳庫規(guī)格1、1500×700×1200；模型材質(zhì)：玻璃鋼；碳是構(gòu)成有機(jī)體的重要元素之一，它以二氧化碳的形式貯存于大氣中，同時也以有機(jī)物和無機(jī)物的形式貯存在地球各個系統(tǒng)中，本展項將向觀眾介紹地球中的四大碳庫：大氣碳庫、海洋碳庫、陸地生物圈碳庫及土壤碳庫。使參觀者了解碳元素在自然界的存在方式。2：多媒體系統(tǒng)：地球碳庫動畫演示。套 1 16 環(huán)保知識互動搶答系統(tǒng) 規(guī)格：搶答臺1個3000×500×700；四人組，由計算機(jī)、搶答器和搶答軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)提出環(huán)保知識問題，學(xué)生進(jìn)行搶答。套 1 17 垃圾分類實(shí)驗(yàn)儀規(guī)格：￠800×1100，提供不可回收垃圾、可回收垃圾、有害垃圾和廚余四種垃圾桶，將11種放入這四種垃圾桶中，如果放錯了會提示。套 1 18 舊衣物處理規(guī)格：900×500×800，底臺：900×600×750，木質(zhì)材料拷漆。六個觀察窗口,，每個觀察窗口：285×165 本展項通過六個窗口介紹舊衣物處理的具體方法，倡導(dǎo)節(jié)儉的生活方式，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。套 1 19 把太陽光引到家規(guī)格：800×600×800，底臺：800×600×800，木質(zhì)材料拷漆。光導(dǎo)管技術(shù)是太陽光能利用的一種方式，屬于綠色照明技術(shù)，該技術(shù)為光能的高效傳輸提供了可能的途徑。光導(dǎo)管技術(shù)可以把室外的太陽光傳輸?shù)绞覂?nèi)來而不產(chǎn)生過多的熱。套 1 20 抽水儲能規(guī)格：900×600×1200，底臺：900×600×750，ABS工程塑料，開模一次成型。抽水儲能電站的主要功能確實(shí)應(yīng)該是調(diào)節(jié)峰谷用電問題。由于電網(wǎng)分配給某一地區(qū)的電量是一定的，它不分峰谷用電。而地區(qū)在使用時一定會出現(xiàn)上午7時到晚上十時用電量大，而晚上十時到上午7時用電量小的峰谷問題。這將出現(xiàn)晚上電力資源浪費(fèi)，白天電力資源不足影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾。而抽水儲能電站卻卻就是為解決這個矛盾建設(shè)的。它晚上利用電網(wǎng)富裕的電力向上游水庫抽水儲能，白天往下游開閘發(fā)電，向電網(wǎng)送電。抽水儲能電站它本身利用了峰谷用電價格的差別，不但能夠生存，而且還有一定的利潤。套 1 21 食品巧加工規(guī)格：900×600×1100，底臺：900×600×750，ABS工程塑料，開模一次成型。針對所要加工的食物選擇科學(xué)的加制作方法，不但能夠制作出美味的食品，而且還能降低能源消耗，減少排碳量. 套 1 22 節(jié)能用水方法. 規(guī)格：900×600×1100，底臺：900×600×750，ABS工程塑料，開模一次成型。介紹節(jié)約用水的一些具體方法，包括：水龍頭節(jié)水的使用方法。一水可以多用。利用虹吸管進(jìn)行倒水，實(shí)現(xiàn)水的再利用。說明：在臺面展板上面鑲嵌有“水龍頭”、“洗菜盤”、“米飯鍋”、“ 家用蓄水桶”、“虹吸塑料管”的小形象圖標(biāo)，圖標(biāo)旁邊有相應(yīng)的具體文字，分別介紹水龍頭節(jié)水的使用方法。一水可以多用。利用虹吸管進(jìn)行倒水，實(shí)現(xiàn)水的再利用。通過觸摸開關(guān)，觀看系統(tǒng)流程。套 1 23 節(jié)能燈PK普通燈規(guī)格：900×600×800，，底臺：900×600×750，ABS工程塑料，開模一次成型。觀察它們的亮度以及電流表所表現(xiàn)的負(fù)載功率。說明：在800×600×700的臺面上，安裝了白熾燈、節(jié)能燈和半導(dǎo)體燈模型，參與者通過操作觀察它們的亮度以及電流表所表現(xiàn)的負(fù)載功率。套 1 24 環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)系統(tǒng) 規(guī)格：￠800×1000，底臺：￠800×700，ABS工程塑料，開模一次成型。6位數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每個數(shù)碼管尺寸：48×70，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集板4塊。能同時測量CO2、O2、溫度、濕度等量，數(shù)字顯示。套 1 25 垃圾填埋處理場模型規(guī)格：1000×800×1100展示垃圾填埋、覆蓋土層、沼氣收集發(fā)電和滲濾液進(jìn)行污水處理等。套 1 26 環(huán)保低碳小屋規(guī)格：2000×2000×1500，雨水收集和凈化系統(tǒng)、光熱收集系統(tǒng)、收集風(fēng)能系統(tǒng)、房屋隔熱、雙層玻璃窗、地?zé)崂孟到y(tǒng)等。配視頻解說。套 1 27 雨水收集與濕地保護(hù)模型規(guī)格：1000×1000×1000，模型的雨水收集和匯流路徑可以展現(xiàn)城市降水對人工雨水濕地的補(bǔ)給環(huán)流路徑。套 1 28 地球村的“碳”危機(jī) 規(guī)格：規(guī)格：900×600×1000，底臺：900×600×750，ABS工程塑料，開模一次成型。溫室效應(yīng)、生態(tài)惡化、能源匱乏、資源枯竭，人類面臨的種種危機(jī)已經(jīng)敲響了警鐘，人類社會發(fā)展對碳基能源的過度依賴，二氧化碳及其他污染物的高排量是隱藏在危機(jī)背后的真相，關(guān)注地球氣候現(xiàn)狀，反省以往的高碳發(fā)展方式并做出刻不容緩的改變是人類唯一的出路。本產(chǎn)品重點(diǎn)介紹地球村的“碳”危機(jī)。套 1 29 自然界的“碳”循環(huán) 規(guī)格：900×600×1000，，底臺：900×600×750，ABS工程塑料，開模一次成型。對碳元素的存在形式，自然界碳元素的循環(huán)的理解，為人們明確低碳概念、認(rèn)同低碳生活奠定必要的基礎(chǔ)。套 1 30 新能源綜合展示模型規(guī)格：900×600×1100，底臺：900×600×750，ABS工程塑料，開模一次成型。套 1 31 發(fā)電塔規(guī)格：800×600×1100 ?演示發(fā)電塔功能。套 1 32 飛輪儲能規(guī)格：800×600×1100飛輪儲能具有儲能效率高（90%）、功率大、壽命長、無污染、易制作等優(yōu)點(diǎn). 套 1 33 廢棄物分類與回收規(guī)格：800×600×1100 ?演示廢棄物分類與回收方法。套 1 34 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電規(guī)格：900×500×1100 ? 利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電。套 1 35 太陽能熱水器規(guī)格：800×600×1000 ? 演示太陽能熱水器工作原理。套 1 36 污水源地源熱泵原理規(guī)格：900×600×1000 ?演示污水源地源熱泵工作原理。套 1 37 旋轉(zhuǎn)屋規(guī)格：800×600×1100 ?演示旋轉(zhuǎn)采光。套 1 38 壓縮空氣儲能規(guī)格：800×600×1100，在臺體中嵌入氣罐模型和燈帶，互動演示壓縮空氣儲能的原理。套 1 39 合理利用清潔能源規(guī)格：800×600×1100 套 1 40 豐富的含碳化合物規(guī)格：900×600×1000 在自然界里，目前已知的含碳化合物已有上百萬種，它們分為有機(jī)含碳化合物和無機(jī)含碳化合物，其中有機(jī)含碳化合物又可分為脂肪族和芳香族兩類，在結(jié)構(gòu)上各有特點(diǎn)。本展品將通過活潑可愛的動畫形式對常見的各種含碳化合物名稱、分子式和結(jié)構(gòu)作簡單介紹，使觀眾了解身邊“豐富的含碳化合物”。套 1 41 碳的遷移規(guī)格：800×600×1000 本展品將從人類呼吸開始，講述碳離開人體進(jìn)入大氣，進(jìn)入植物、進(jìn)入土壤，最終隨著化石燃料的燃燒再次成為二氧化碳，釋放到大氣的過程。套 1 42 碳循環(huán) 規(guī)格：800×800×100 該展示模型通過聲、光、電技術(shù)表現(xiàn)碳源和碳匯的機(jī)理過程，采取與公眾互動的形式，直觀、生動形象地展示了自然界碳循環(huán)的基本過程及機(jī)理。套 1 43 身邊的污染規(guī)格：800×600×1000，重點(diǎn)介紹環(huán)境變化對水的污染。套 1 44 了解霧霾機(jī) 規(guī)格:800×400×1000,展品通過圖文介紹以及展品右下側(cè)的滾盤，向公眾介紹關(guān)于霧和霾的區(qū)別以及辨別方式。右下側(cè)通過滾動滾盤，觀看不同參數(shù)下的空氣優(yōu)良環(huán)境。套 1 45 氣候辨辨辨規(guī)格:900×400×1600,展品通過翻牌獲知不同氣候預(yù)警信號的知識，了解關(guān)于天氣的分類以及預(yù)警信號所象征的天氣。套 1 46 綠色之樹規(guī)格:900×400×1600,本展品通過科普視頻讓觀眾了解空氣中的污染物顆粒對人體的危害，并且通過旁側(cè)的凈化樹展品來展示空氣中污染物的圖片，更加清晰直觀的讓觀眾了解空氣污染的危害。套 1 47 立柱式智能蔬菜種植機(jī) 采用進(jìn)口有機(jī)生態(tài)栽培基質(zhì)和無土栽培專用營養(yǎng)液，提供作物生長所需的所有營養(yǎng)物質(zhì)，保證作物的長勢良好，讓您收獲綠色、無污染的蔬菜。一套多層，可以栽培幾十組蔬菜或者花卉。配合專用連接桿，可任意組合搭配。底部配裝萬向輪，可任意移動。自動澆灌，高低水位控制。觸摸式按鍵，傻瓜式操作，多種栽培模式選擇。套 1 48 尋找低碳排放物了解哪些是低碳排放物，以選擇相應(yīng)的替代手段，保持低碳生活。不同的交通工具，其排放的CO2量不同；不同的發(fā)電廠，向其排放的CO2量不同，等等。我們可以選擇那些低碳排放物，保持低碳生活。采用計算機(jī)、圖像處理及感應(yīng)檢測技術(shù)等形式展現(xiàn)低碳排放物，觀眾可通過手的控制選擇低碳排放物（拍打蝴蝶方式：計算機(jī)、大屏幕電視、觸摸檢測技術(shù)、紅外檢測技術(shù)）套 1 49 碳失衡世界南極冰川總貯冰量為2930萬立方公里，占全球冰總量的90％。如其融化全球海平面將上升大約60米。展品警示如果按照人類現(xiàn)今社會加速發(fā)展的趨勢，南極冰川完全有可能在一二百年之內(nèi)全部融化，到那時海平面將上升60米，諸多城市被淹沒。觀眾旋動操作臺上的溫度旋鈕，結(jié)合視頻與模型觀看南極冰川融化對地球的影響。套 1 50 我的低碳生活妙招汽車尾氣大量排放，綠化日漸減少，這些都會給我們地球帶來沉重的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致地球環(huán)境破壞。為了保護(hù)我們的地球，我們必須要倡導(dǎo)低碳生活。通過觸摸屏互動學(xué)習(xí)，傳授低碳生活的妙招。作為低碳生活展區(qū)的一個互動項目，“我的低碳生活妙招”的意義包括兩個方面： 1、傳授低碳生活知識；2、觀眾互動參與，將自己低碳生活的妙招與他人分享。套 1 51 美麗的星球通過該展品，觀眾可從宇宙的視角來觀察自己所賴以生存的世界，了解地球的外界環(huán)境結(jié)構(gòu)及其來之不易的生態(tài)平衡；想象人類過分活動排放的過多溫室氣體對我們美麗的星球所引起的失衡后后果。一具緩緩轉(zhuǎn)動的精美的虛擬地球儀，連綿不絕的云霧圍繞在它的周圍，襯托出我們?nèi)祟惿嫫胶獾氖澜纭２捎脝闻_投影將畫面投射在球形內(nèi)表面，通過圖像處理系統(tǒng)幻化成連綿不絕的云霧所圍繞的地球，展示出我們?nèi)祟惿嫫胶獾氖澜纭?套 1 52 碳原子規(guī)格: ￠800×1100，底臺：￠800×700，原子核為半透明，光源為多彩光源散射成光影效果；電子運(yùn)動軌跡為半透明管，光源四處流動；底座配音響（音響效果為主輕音樂為輔）。通過聲光電展示立體的碳原子模型。套 1 53 身邊有碳規(guī)格:800×300×1400,展示碳的存在形式。碳的存在形式是多種多樣的，有晶態(tài)單質(zhì)碳如金剛石、石墨；有無定形碳如煤；有復(fù)雜的有機(jī)化合物如動植物等；碳酸鹽如大理石等。單質(zhì)碳的物理和化學(xué)性質(zhì)取決于它的晶體結(jié)構(gòu)。高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨晶體結(jié)構(gòu)不同，各有各的外觀、密度、熔點(diǎn)等。展品提供多種實(shí)物加電子合成演示供觀眾實(shí)際體會。以碳類型的實(shí)物加電子合成演示。套 1 54 測你呼出的二氧化碳通過儀器檢測人體呼出的二氧化碳有多少（結(jié)合展板）。了解一個人呼出一口氣時排放的二氧化碳量。套 1 55 地球也發(fā)燒本展品主要展示溫室效應(yīng)現(xiàn)象。啟發(fā)：只要人類能夠通過控制自己的行為盡量減少二氧化碳的產(chǎn)生，溫室效應(yīng)就能夠得到某種程度的緩解。采用模擬現(xiàn)實(shí)和傳感器數(shù)字化技術(shù)，展現(xiàn)溫室效應(yīng)的相關(guān)知識，觀眾可通過呼進(jìn)地球模型的CO2來改變內(nèi)部密封的地球溫度。地球開始升溫，變色。套 1 56 百年高碳展示人類活動的幾百年中，二氧化碳排放與地球溫度變化的關(guān)系,給人以警示。采用紅綠LED燈光構(gòu)成二氧化碳排放量與地球溫度變化的“柱狀圖”圖表，時間軸上設(shè)計一個可以滑動的年代滑塊。觀眾可以移動滑塊，觀察柱狀圖的動態(tài)顯示值。套 1

南京師范大學(xué)課程資源研究所 2021-08-23

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