一种低碳生态循环农业系统
技术领域
本实用新型涉及农业技术领域，更具体的说是涉及一种低碳生态循环农业系统。
背景技术
甘肃省位于我国西北内陆地区，海洋温湿气流不易到达，成雨机会少，大部分地区气候干燥，属温带季风气候，冬季寒冷漫长，春夏界线不分明，夏季短促气温高，秋季降温快。甘肃地区日照充足，日温差大，年日照时数为3000～3300小时，拥有丰富的太阳能资源。因此，甘肃地区的农牧业发展应依托当地的自然环境资源，积极开发当地的特色农牧业项目，走出一条具有地区特色的低碳环保型生态循环农业发展道路。
而针对生态循环农业模式，我国作为农业大国，自古便有许多的生态循环农业模式，其中最著名的就是“桑基鱼塘”。桑基鱼塘，是长三角和珠三角地区农业较为常用的模式，是为充分利用土地而创造的一种挖深鱼塘，垫高基田，塘基植桑，塘内养鱼的高效人工生态系统。该系统以鱼塘和田地为基础，在田埂上种植桑树，桑叶养蚕，蚕茧做丝绸，蚕粪投入鱼塘或田地，蚕粪为鱼塘带来有机的饲料和肥料，最后鱼塘的淤泥再投入田地和田埂，又反向为桑田提供了有机肥料，最终实现生态循环。其中，鱼塘作为能量转化中心，是系统中分解者的工作单元，它将蚕粪等废弃物“变废为宝”，实现了循环系统的物质交换和能量流动。
随着科技发展，申请号为201450140154.6的实用新型专利公开了一种循环农业生产系统，该系统在传统“桑基鱼塘”的基础上增加了大棚温湿度控制系统，在节约土地资源的同时实现了生产原料供给互补的循环农业生产系统。但该系统仍将水产养殖作为其能量转化的核心环节，因此，不适合在干旱少雨的甘肃地区推广使用。
针对这一循环农业系统的适用性问题，申请号为201620376970.6的实用新型专利公开了一种低碳生态循环农业系统，该系统包括种植单元、畜牧养殖单元、水产养殖单元、蚯蚓养殖单元、沼气单元以及水循环单元，并以沼气处理系统的转化作用为核心，解决了循环系统能量转化环节只能依托大量淡水资源而存在的局限。但在通过沼气处理系统实现最大程度能量转化的同时，也要看到，沼气处理系统存在着前期经济投入较大、不适于小规模农业经济体、回本周期长等系列问题。
针对这一问题，申请号为201810555851.0的发明专利申请公开了一种高效循环生态农业系统，该系统利用微生物发酵单元的堆肥熟化将生物肥料输运给食用菌栽培单元或果树种植单元中，有效减少了农业生产的前期投入，但单一的堆肥熟化处理模式周期长、效率低，无法实现肥料生产与田间生产周转时间的高度匹配。
因此，如何提供一种适合甘肃地区自然环境资源及农业经济状况的，经济性好、实用性高的精准型低碳生态循环农业系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种适合甘肃地区自然环境资源及农业经济状况的，前期经济投入少，肥料生产与田间生产周转时间匹配的，精准型低碳生态循环农业系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种低碳生态循环农业系统，包括：种植单元、畜牧养殖单元、水循环单元和能量转化单元；所述种植单元与畜牧养殖单元相互供给，所述水循环单元接受畜牧养殖单元的废水并将处理后的二次水供给种植单元，所述能量转化单元分别与种植单元、畜牧养殖单元、水循环单元连接，形成畜牧养殖排泄物的资源化处理。
所述畜牧养殖单元包括饲料青贮机构、养殖大棚、污水排出机构、排泄物收集机构和排泄物干湿分离机构；所述饲料青贮机构为畜牧养殖单元供给能量；所述养殖大棚的内部设有所述污水排出机构和所述排泄物收集机构，且所述排泄物收集机构与所述排泄物干湿分离机构连接。
所述水循环单元包括污水处理机构、水肥一体化机构和滴灌机构；所述污水处理机构依次与所述水肥一体化机构、所述滴灌机构连接，且所述污水处理机构的进口与所述污水排出机构的出口连接。
所述能量转化单元包括三级过滤机构、堆肥机构、种植废弃物粉碎机构、液肥排出机构和有机肥收集机构；所述三级过滤机构、所述堆肥机构分别与所述排泄物干湿分离机构连接；所述液肥排出机构的进口与出口分别与所述三级过滤机构、所述水肥一体化机构连接，所述堆肥机构的进口与出口分别与所述种植废弃物粉碎机构、有机肥收集机构连接，所述有机肥收集机构的产品供给种植单元使用。
所述种植单元包括果蔬种植机构、农作物种植机构和乔灌草种植机构；所述乔灌草种植机构设置在所述果蔬种植机构、所述农作物种植机构外部，具有防风固沙的作用；所述果蔬种植机构、所述农作物种植机构与所述滴灌机构连接；所述种植单元产生的废弃物供给所述种植废弃物粉碎机构和所述饲料青贮机构使用。
值得说明的是，所述乔灌草种植机构种植的作物包括但不限于具有防治病虫害功效的除虫菊、苦参、艾叶、蓖麻、银杏，可以成为畜牧业饲料的红石叶楠、梭梭、沙生冰草，有滞尘效果的木槿，有防风固沙、保持水体功效的黄柳，沙柳，杞柳，乌柳，白沙蒿，驼绒藜，优若藜，沙荠，沙地平榛，虫实，旱麦草，地白蒿，三芒草等。
首先，考虑到甘肃地区自然少雨的自然环境，本实用新型的能量转化单元避免了传统的水产养殖或湿地生态系统的设置，采用干湿分离后的堆肥熟化、液肥过滤的处理方式，有效减少了能量转化核心单元的用水量，实现了畜牧养殖单元的废弃物再利用。同时，通过能量转化单元中堆肥机构的设置，减少了构建循环系统前期的经济投入，缩短了回本周期，适合甘肃地区的农业经济状况。并且考虑到肥料生产与田间生产周转时间的匹配性，本实用新型还在现有单一堆肥处理方式的基础上，增加了液肥处理，使肥料生产和田间生产可以同步，避免了因单一堆肥熟化处理模式导致的肥料生产滞后于田间生产的问题。
随后，本实用新型在能量转化单元具备液肥生产能力的基础上，还设置了水循环单元，采用水肥一体化技术，将滴灌和施肥融为一体。考虑到甘肃地区的自然条件和经济环境，本实用新型一方面通过污水处理机构和液肥排出机构实现了污水及液肥的资源再利用，使畜牧养殖单元的废弃物得到了多级循环利用；另一方面通过水肥一体化机构和滴灌机构的设置，将肥液与灌溉水一起均匀、准确地输送到作物根部土壤，同时，采用灌溉施肥技术，还可以按照作物的生长需求，进行全生长期需求设计，把水分和养分定量、定时、按比例直接提供给作物，有效提升了肥水资源的利用率，实现了减量化的精准型农业生产模式。
最后，在种植单元中，本实用新型通过果蔬、乔灌草及农作物的综合种植机构设置，将多年生和快速生长的作物进行培养种植，既实现了防风固沙的生态效益，又兼顾了农作物的回本周期和经济效益；同时，也通过多年生和快速生长的农作物的生长周期差异，最大限度的平衡了液肥生产和堆肥熟化的生产周期，避免了肥水资源的浪费。
优选的，所述果蔬种植机构包括日光温室大棚和温湿度控制部件，所述温湿度控制部件和所述滴灌机构位于所述日光温室大棚内部。
优选的，所述水循环单元还包括追肥机构；所述追肥机构与所述水肥一体化机构连接。
更优选的，所述水肥一体化机构包括二次水进口、液肥进口、追肥进口、水肥混合部件、水肥过滤部件和水肥出口，所述二次水进口与所述污水处理机构连接，所述液肥进口与所述液肥排出机构连接，所述追肥进口与所述追肥机构连接，所述二次水进口、所述液肥进口、所述追肥进口分别与所述水肥混合部件连接，所述水肥混合部件通过所述水肥过滤部件与所述水肥出口连接，所述水肥出口与所述滴灌机构连接。
与现有技术中利用单一的化肥或液肥作为农作物和果蔬的日常肥料相比，本实用新型通过水肥一体化机构和滴灌机构的设置，将化肥和有机液肥与灌溉水一起均匀、准确地输送到作物根部土壤，可以按照作物的生长周期的需求，将水分和养分定量、定时的直接提供给作物，既减少了化肥的使用量，又避免了单一的有机液肥无法及时向作物补充磷肥、钾肥等营养的不足，达到了减量化的精准型农业生产模式要求。
优选的，所述堆肥机构包括好氧堆肥罐、温度控制部件、太阳能电机和搅拌部件，所述温度控制部件、所述搅拌部件位于所述好氧堆肥罐内部，所述太阳能电机位于所述好氧堆肥罐外部，所述太阳能电机与所述搅拌部件连接。
优选的，所述种植废弃物粉碎机构包括日光温室、电动天窗和切碎部件，所述电动天窗位于所述日光温室的顶部，所述切碎部件位于所述日光温室的内部。
更优选的，所述种植废弃物粉碎机构还包括太阳能电机，所述太阳能电机位于日光温室上部，太阳能经太阳能电机转化为电能供所述电动天窗和所述切碎部件使用。
与现有技术中利用物理粉碎技术进行种植废弃物粉碎不同，本实用新型通过日光温室和电动天窗的设置，利用甘肃地区丰富的太阳能资源和昼夜温差大的自然条件，采用冻融技术对以秸秆为代表的种植废弃物进行预处理。具体工作方法为：在夜晚时，打开天窗，对以秸秆为代表的种植废弃物进行冷冻处理；在白天时，关闭天窗，利用日光温室对以秸秆为代表的种植废弃物进行解冻处理；如此循环冻融7～10天，再对种植废弃物进行物理粉碎。本实用新型采用的反复冻融技术可以破坏种植废弃物的木质纤维结构，提高后续处理过程的微生物利用率，具有操作简单，结构破坏明显的特点。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型提供了一种低碳生态循环农业系统，具有以下有益效果：
1、通过排泄物干湿分离机构、三级过滤机构和堆肥机构的设置，实现了液肥的快速产出和堆肥熟化的长期生产，进而使肥料生产与田间生产周转时间相匹配，在减少了前期投入的同时，还实现了畜牧养殖单元的废弃物再利用；
2、通过污水处理机构、追肥机构、液肥排出机构、水肥一体化机构和滴灌机构的设置，有效提升了肥水资源的利用率，实现了减量化的精准型农业生产模式；
3、通过果蔬、乔灌草及农作物的综合种植机构设置，将多年生和快速生长的作物进行多级培养种植，既实现了防风固沙的生态效益，又兼顾了农作物的回本周期和经济效益；
4、利用甘肃地区丰富的太阳能资源和昼夜温差大的自然条件，采用冻融技术对以秸秆为代表的种植废弃物进行预处理，有效提高了堆肥熟化过程种植废弃物的微生物利用率，具有操作简单，结构破坏明显的特点；
5、本实用新型适合甘肃地区自然环境资源及农业经济状况，极具市场应用与推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本实用新型一种低碳生态循环农业系统总体框图；
图2是本实用新型一种低碳生态循环农业系统的水循环单元框图；
图3是本实用新型一种低碳生态循环农业系统的种植废弃物粉碎机构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型公开了一种低碳生态循环农业系统，包括种植单元、畜牧养殖单元、水循环单元和能量转化单元，该循环农业系统不仅适合甘肃地区自然环境资源及农业经济状况，而且前期经济投入少，肥料生产与田间生产周转时间相匹配，极具市场应用与推广价值。
如图1所示的一种低碳生态循环农业系统，包括：种植单元、畜牧养殖单元、水循环单元和能量转化单元；所述种植单元与畜牧养殖单元相互供给，所述水循环单元接受畜牧养殖单元的废水并将处理后的二次水供给种植单元，所述能量转化单元分别与种植单元、畜牧养殖单元、水循环单元连接，形成畜牧养殖排泄物的资源化处理。
所述畜牧养殖单元包括饲料青贮机构、养殖大棚、污水排出机构、排泄物收集机构和排泄物干湿分离机构，所述饲料青贮机构为畜牧养殖单元供给能量，所述污水排出机构、排泄物收集机构分别位于所述养殖大棚内部，所述排泄物收集机构与所述排泄物干湿分离机构连接。
如图2所示的水循环单元包括污水处理机构、追肥机构、水肥一体化机构和滴灌机构，所述污水排出机构、所述污水处理机构、所述水肥一体化机构与所述滴灌机构依次连接，所述水肥一体化机构还与所述追肥机构连接。
所述水肥一体化机构包括二次水进口、液肥进口、追肥进口、水肥混合部件、水肥过滤部件和水肥出口，所述二次水进口与所述污水处理机构连接，所述液肥进口与所述液肥排出机构连接，所述追肥进口与所述追肥机构连接，所述二次水进口、所述液肥进口、所述追肥进口分别与所述水肥混合部件连接，所述水肥混合部件通过所述水肥过滤部件与所述水肥出口连接，所述水肥出口与所述滴灌机构连接。
所述能量转化单元包括三级过滤机构、堆肥机构、种植废弃物粉碎机构、液肥排出机构和有机肥收集机构；所述三级过滤机构、所述堆肥机构分别与所述排泄物干湿分离机构连接；所述液肥排出机构的进口与出口分别与所述三级过滤机构、所述水肥一体化机构连接，所述堆肥机构的进口与出口分别与所述种植废弃物粉碎机构、有机肥收集机构连接，所述有机肥收集机构的产品供给种植单元使用。
所述堆肥机构包括好氧堆肥罐、温度控制部件、太阳能电机和搅拌部件，所述温度控制部件、所述搅拌部件位于所述好氧堆肥罐内部，所述太阳能电机位于所述好氧堆肥罐外部，所述太阳能电机与所述搅拌部件连接。所述种植废弃物粉碎机构(如图3所示)包括日光温室1、电动天窗2和切碎部件3，电动天窗2位于日光温室1的顶部，切碎部件3位于日光温室1的内部；所述种植废弃物粉碎机构还包括太阳能电机4，太阳能电机4位于日光温室1上部，太阳能经太阳能电机4转化为电能供电动天窗2和切碎部件3使用。
所述种植单元包括果蔬种植机构、农作物种植机构和乔灌草种植机构；所述乔灌草种植机构设置在所述果蔬种植机构、所述农作物种植机构外部，具有防风固沙的作用；所述果蔬种植机构、所述农作物种植机构与所述滴灌机构连接；所述种植单元产生的废弃物供给所述种植废弃物粉碎机构和所述饲料青贮机构使用。
所述果蔬种植机构包括日光温室大棚和温湿度控制部件，所述温湿度控制部件和所述滴灌机构位于所述日光温室大棚内部。
工作时，养殖大棚内养殖猪牛羊鸡等禽畜，养殖产生的污水进入污水排出机构，同时，禽畜产生的排泄物进入排泄物收集机构，再经排泄物干湿分离机构进行干湿分离。
禽畜产生的排泄物经排泄物干湿分离机构后，尿液进入三级过滤机构进行三级过滤，再经液肥排出机构进入水肥一体化机构；粪便进入堆肥机构与粉碎后的种植废弃物混合，在好氧堆肥罐中经过堆肥熟化处理后进入有机肥收集机构，为种植单元提供可以改良土壤的有机肥。
之后，经污水排出机构排出的污水进入污水处理机构处理后产生的二次水与液肥、追肥在水肥一体化机构中混合、过滤，再经位于日光温室大棚的中的滴灌机构滴灌果蔬和农作物，有效提升了肥水资源的利用率，同时，还可以按照作物的生长需求，进行全生长期需求设计，把水分和养分定量、定时、按比例直接提供给作物，实现了减量化的精准型农业生产模式。
而种植单元则是利用果蔬、乔灌草及农作物的综合种植，将多年生和快速生长的作物进行培养种植，既实现了防风固沙的生态效益，又兼顾了农作物和经济作物的回本周期、经济效益；同时，也利用多年生和快速生长的农作物的生长周期差异，最大限度的平衡了液肥生产和堆肥熟化的生产周期，避免了肥水资源的浪费。其中，除得到的农产品和经济作物可以有效利用外，作物枝叶和新鲜的根茎进入饲料青贮机构为畜牧养殖单元提供饲料，废弃物进入种植废弃物粉碎机构，经冻融预处理后再由物理粉碎，粉碎后的种植废弃物与畜牧单元的废弃物一起进行堆肥熟化，提高了系统物质循环和能量利用效率。
本实用新型的低碳生态循环农业系统以农业为基础的循环经济建设，摆脱了单纯发展种养业的农业经济发展模式，强调建立农、林、牧、副等多种产业协调综合发展的大农业结构，合理的产业结构增长了农业生态系统的食物链，增加了物质流动的环节，增强了系统的稳定性，提高了生产力，同时也提高了物质循环和能量利用的效率。
特别的，本实用新型提供的低碳生态循环农业系统适合甘肃地区自然环境资源及农业经济状况，肥料生产与田间生产周转时间匹配度高，肥水利用率高，是一种精准型低碳生态循环农业系统，该系统兼顾了循环农业产生的生态效益和经济效益，前期经济投入少，回本周期短，极具市场应用与推广价值。
总之，以上所述仅为本实用新型的最佳实施例，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
