Jianming Xie1,2 и Джихуа Ю1,2 & Baihong Chen1,2 & Джи Фън1,2 & Джиан Лю1,2 и Линли Ху1,2 & Янтай Ган3 &
Kadambot HM Siddique4
1. Gansu Provincial Key Laboratory of Aridland Crop Sciences, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Китай
2. Колеж по градинарство, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Китай
3. Земеделие и хранително-вкусова промишленост Канада, Център за изследване и развитие на Swift Current, Swift Current, SK S9H 3X2, Канада
4. Институтът по земеделие на UWA и Училището по земеделие и околна среда, Университетът на Западна Австралия, Пърт, WA 6001, Австралия
абстрактен
В населени региони/държави с бързо икономическо развитие, като Африка, Китай и Индия, обработваемата земя бързо намалява поради градско строителство и други промишлени употреби на земята. Това създава безпрецедентни предизвикателства за производството на достатъчно храна, за да се задоволят увеличените нужди от храна. Могат ли милионите приличащи на пустиня, необработваеми хектари да бъдат разработени за производство на храни? Може ли изобилно наличната слънчева енергия да се използва за производство на култури в контролирана среда, като например базирани на слънчева енергия оранжерии? Тук разглеждаме една иновативна система за култивиране, а именно "Земеделие в Гоби." Откриваме, че иновативната земеделска система на Гоби има шест уникални характеристики: (i) тя използва подобни на пустиня земни ресурси със слънчева енергия като единствен източник на енергия за производство на пресни плодове и зеленчуци през цялата година, за разлика от конвенционалното парниково производство, където енергийната нужда е задоволени чрез изгаряне на изкопаеми горива или консумация на електроенергия; (ii) клъстери от отделни култивационни единици са направени с помощта на налични на местно ниво материали като глинеста почва за северните стени на съоръженията; (iii) производителността на земята (пресни продукти на единица земя годишно) е 10-27 пъти по-висока и ефективност на използване на водата от културите 20-35 пъти по-голяма от традиционните системи за култивиране на открито и напояване; (iv) хранителните вещества за културите се осигуряват главно чрез местно произведени органични субстрати, които намаляват използването на синтетични неорганични торове в растениевъдството; v) продуктите имат по-нисък отпечатък върху околната среда в сравнение с отглеждането на открито поради слънчевата енергия като единствен енергиен източник и високите добиви на единица суровина; и (vi) създава заетост в селските райони, което подобрява стабилността на селските общности. Въпреки че тази система е описана като a "Чудото на земята Гоби" за социално-икономическото развитие трябва да се обърне внимание на много предизвикателства, като например ограниченията на водата, безопасността на продуктите и екологичните последици. Ние предлагаме да се разработят подходящи политики, за да се гарантира, че системата стимулира производството на храни и подобрява социално-икономическите условия в селските райони, като същевременно защитава крехката екологична среда.
Въведение
Обработваемата земя за селско стопанство е ограничен ресурс (Liu et al. 2017). В страни с бързо икономическо развитие, като Китай, Индия и Африка, много обработваема земя е превърната в промишлена употреба (Cakir et al. 2008; Xu et al. 2000). Поради бързата урбанизация, която се конкурира за земя със селското стопанство (Zhang et al. 2016; Мюлер и др. 2012), съществува безпрецедентно предизвикателство за увеличаване на производството на култури, за да се задоволят диетичните нужди и предпочитания на нарастващото човешко население (Godfray et al. 2010). Възможно е развитите страни с големи площи обработваема земя, като Австралия, Канада и САЩ, да превърнат пасищните площи в обработваеми земи за световните пазари на зърно. Това обаче може да ускори загубата на въглеродни запаси и да има значително отрицателно въздействие върху околната среда (Godfray 2011).
В много сухи и полусухи среди има огромни области на "Земята на Гоби" (дефинирана като необработваема земя), включително 1.95 милиона хектара земя от пустинен тип в шестте провинции на северозападен Китай (Liu et al. 2010). Китай полага съгласувани усилия да развие тази земя в Гоби за производство на храни, използвайки иновативна система за отглеждане на култури, наречена "Земеделие в Гоби." Ние определихме тази система за култивиране като "Система за култивиране с клъстер от локално конструирани, захранвани със слънчева енергия пластмасови култивационни единици, подобни на оранжерии, за производство на високодобивни, висококачествени пресни продукти (зеленчуци, плодове и декоративни растения) по ефективен, ефикасен и икономичен начин" (Xie и др. 2017). В някои сложни клъстерни системи климатичните условия в отделните единици могат да се наблюдават с помощта на регистратори на данни. За разлика от конвенционалните оранжерии или оранжерии, където отоплението и охлаждането (два основни разходи, свързани с производството на оранжерии) обикновено се осигуряват чрез изгаряне на изкопаеми горива (дизелово гориво, мазут, течен петрол, газ), които увеличават CO2 емисии или използване на електрически нагреватели, които консумират повече енергия (Hassanien et al. 2016; Wang et al. 2017), "Земеделие в Гоби" системите разчитат изцяло на слънчева енергия за отопление, охлаждане и преобразуване на естествената енергия в растителна биомаса.
През последните години използването на земята на Гоби за производство на храни бързо се развива в Китай (Zhang et al. 2015). В северозападните региони системите за култивиране на земята в Гоби произвеждат голяма част от зеленчуците, консумирани в региона. Тази система играе жизненоважна роля за осигуряване на продоволствена сигурност, повишаване на социално-екологичната устойчивост и повишаване на жизнеспособността на селската общност. Мнозина смятат тази земя на Гоби за селско стопанство "новооткрита земя" система за отглеждане. Съществена характеристика на системата е възможността за производство на храни върху някога непродуктивна земя. Тази иновативна система за култивиране може да бъде революционна стъпка към модерното земеделие. Липсва обаче информация за научния напредък на системите за култивиране на Gobi-land. Много въпроси остават без отговор: Ще се развие ли тази система устойчиво в основна индустрия за производство на зеленчуци? Как системата за обработка на земята в Гоби ще се отрази на еко-средата в дългосрочен план? Може ли това "произведено в Китай" моделът на култивиране се прилага за други сухи зони с намаляващи обработваеми земи, като северен Казахстан (Kraemer et al. 2015), Сибир (Халицки и Кулижски 2015) и региони от централна до северна Африка (де Граси и Салах Овадия 2017)?
Имайки предвид тези въпроси, ние направихме цялостен преглед на литературата относно последните разработки и ключовите открития на изследванията относно системата за култивиране. Целите на този документ бяха (i) да подчертае научния напредък на системите за култивиране на Gobi-land, възприети в северен Китай, включително продуктивност на културите, ефективност на използване на водата (WUE), характеристики на използване на хранителни вещества и енергия и потенциални въздействия върху околната среда и околната среда; (ii) обсъждане на основните предизвикателства пред системата, като наличието на вода за напояване, качеството и безопасността на продукцията и потенциалното въздействие върху стабилността и развитието на селската общност; и (iii) предоставя предложения за определяне на политики и изследователски приоритети за здравословно проучване и дългосрочно устойчиво развитие на системите за култивиране на земята в Гоби.
Кратък преглед на инфраструктурата на наземните системи на Гоби
За да разберем как функционира системата за обработка на земята Gobi, ние предоставихме кратко описание на техния дизайн, инженерство и конструкция. Повече подробности за инфраструктурата има в скорошен преглед (Xie et al. 2017). Системата за култивиране на земята в Гоби е установена върху необработена земя в Гоби, където традиционното производство на култури не е възможно. Съоръженията на земята на Гоби са изградени в "клъстери" на отделни производствени единици. Типично групирано съоръжение се състои от няколко (до стотици) отделни култивационни единици или къщи (фиг. 1а). Микроклиматичните условия във всяка култивационна единица се наблюдават от централизиран контролен център, където дистанционни сензори,
Микроклиматичните условия, като температура и влажност на въздуха, могат да се регулират в някои култивационни единици, докато други системи за мониторинг позволяват автоматично фертигация. Някои напреднали технологии като Интернет на обектите (Wang и Xu 2016) или интернет на нещата (Li et al. 2013) могат да бъдат инсталирани в контролния център, за да осигурят по-точни показания на микроклиматичните данни, предавани от отделните култивационни единици. Те обаче не са широко приложени поради високата цена.
Типична култивационна единица в групирано съоръжение е ориентирана на изток-запад и има три стени от северната, източната и западната страна на структурата. Южната страна на конструкцията е наклонен покрив, поддържан от стоманена рамка и покрит с прозрачен термичен пластмасов филм (фиг. 2). Покривът е подходящо наклонен, за да се осигури ефективно пропускане на светлина през деня (Zhang et al. 2014). Енергията от слънцето се съхранява в топлинната маса на стените и се освобождава като топлина през нощта. През зимата покривът се покрива с домашно направени сламени рогозки всяка вечер, за да се поддържа вътрешната температура (Tong et al. 2013).
Критичен компонент на всяка култивационна единица е северната стена, която е изградена от налични на местно ниво материали като глинени тухли (Wang et al. 2014), блокове от културна слама (Zhang et al. 2017), обикновени тухли със стиропор (Xu et al. 2013), елементи за зидария от летлива пепел (Xu et al. 2013), глинени блокове, смесени с циментов разтвор (Chen et al. 2012), трамбована земя (Guan et al. 2013), или сурова почва, вградена с бетонни блокове. В някои единици северната стена е изградена от "фазово променящ се материал" за оптимизиране на съхранението и обмена на топлина и, следователно, намаляване на температурните колебания за растежа на растенията (Guan et al. 2012).
Една от съществените разлики между клъстерните съоръжения в Гоби и традиционните оранжерии или оранжерии е източникът на енергия. Всяка култивационна единица в клъстерната земна система на Гоби се захранва изцяло от слънчева енергия. Слънчевата радиация се абсорбира от северната стена през деня и се освобождава през нощта. Неизползваната енергия през деня е активен енергиен източник през нощта. А "водна завеса" системата обикновено се използва за осигуряване на допълнителна топлина през зимните нощи, където малък участък от земята в модула се пълни с вода, за да се използва като топлообменна среда (Xie et al. 2017). През деня водата циркулира и преминава през водопоглъщащите завеси, като излишната топлина от слънчевата радиация се съхранява във водното тяло; през нощта топлата вода циркулира и преминава през водни завеси с топлина, отделена във въздуха вътре в модула. Ефективността на съхранението на енергия в "водна завеса" системата зависи от много фактори, като пряка слънчева радиация, изотропна дифузна слънчева радиация от небето, прозрачност на атмосферата и топлопреминаване от пластмасовото фолио на покрива (Han et al. 2014). С развитието на системите за култивиране се разработват по-сложни системи за отопление за подобрено съхранение и освобождаване на топлина.
Научно развитие на системите за обработка на земята в Гоби
Системите за култивиране на земя в Гоби се различават от традиционното отглеждане на култури на открито, където културите са или дъждовни, или напоявани. Те също така се различават от отглеждането на култури в конвенционални оранжерии или оранжерии, където енергията се доставя предимно от природен газ или електричество. Системите за култивиране на земята в Гоби имат уникални характеристики, някои от които са подчертани по-долу.
Повишена продуктивност на културите
Културите, отглеждани в земните съоръжения на Гоби, са високопродуктивни със значително по-висока ефективност на използването на земята (т.е. добив на култури за единица използвана земя) в сравнение с традиционното отглеждане на открито. Например, източният регион на коридора Hexi в Северозападен Китай има дългосрочен (1960 г.-2009) годишна продължителност на слънчевото греене от 2945 часа, средна годишна температура на въздуха 7.2 °C и период без замръзване от 155 дни (Chai et al. 2014c); топлинните единици са повече от достатъчни за производство на една реколта годишно, но недостатъчни за производство на две култури годишно при традиционните системи на открито. В системата Gobi-land културите могат да се отглеждат през повечето месеци или дори целогодишно. Средни годишни добиви от култури за 5 години (2012 г-2016 г.) в единиците за отглеждане в експерименталната станция Jiuquan са били 34 t ha-1 за мускус (Cucumis melo L.), 66 t ha-1 за диня (Citrullus lanatus L.), 102 t ha 1 за лют пипер (Capsicum annuum, C. frutescens), 168 t ха 1 за краставица (Cucumis sativus L.) и 177 t ha 1 за домат (Соланум L.), които са 10-27 пъти по-високи от тези в традиционните отворени системи при същите климатични условия (Xie et al. 2017). Подобни резултати са наблюдавани на други места в северен Китай, като например област Ууей в източния край на
Хекси коридор. Тези стойности на добивите бяха изчислени върху земната площ, заета от култивационните единици, както и общите площи, споделени от отделните единици в рамките на една и съща система за контрол. Общите части са за транспортиране на суровини и маркетинг на продукти.
Подобрена ефективност при използване на водата
Едно от основните предизвикателства пред селското стопанство в много сухи и полусухи райони е недостигът на вода. Спестяване на вода или подобряване на WUE (добив от култура на единица доставена вода, изразен като kg ha-1 добив m-3 вода) в растениевъдството е от решаващо значение за жизнеспособността на земеделието. Системите за култивиране на земята в Гоби предлагат значителни предимства за спестяване на вода, при които културите използват много по-малко вода от същата култура, отглеждана в традиционни системи на открито. Например, над 4 години (2012 г-2015 г.) на измервания в система за наземно съоръжение в Гоби в окръг Джиукуан, необходими са 385 домати-466 mm общо напояване, сезонната евапотранспирация варира от 350 до 428 mm, а теглото на пресните домати варира от 86 до 152 t ha-1. Някои основни зеленчукови култури постигнаха високо WUE (kg прясна продукция m-3), включително 15-21 вода за пъпеш, 17-23 за люта чушка, 22-28 за диня, 2835 за краставица и 35-51 кг за домати. В тази система WUE на домат, например, беше 20-35 пъти повече от същите култури, отглеждани в обработваема земя, системи на открито (Xie et al. 2017).
Механизмът за подобрено WUE в наземните системи на Гоби е слабо разбран. Предполагаме, че основните допринасящи фактори включват следното: (a) количеството на напояване, приложено към културите в земните системи на Гоби, се основава на изискванията на растенията за оптимален растеж (Liang et al. 2014), който е предварително зададен и контролиран чрез инсталиран водомер (фиг. 3а). В зависимост от оператора на агрегата"със знания и опит често се използва метод за регулирано дефицитно напояване (Фиг. 3б), което намалява количествата за напояване на некритичните етапи на растеж (Chai et al. 2014b). Лекото дефицитно напояване може да стимулира защитните системи на растенията за повишаване на толерантността към стреса от суша (Romero и Martinez-Cutillas 2012; Wang et al. 2012). Големината на ефекта от регулираното дефицитно напояване върху производителността на културите варира в зависимост от видовете култури и други фактори (Chen et al. 2013; Wang et al. 2010); (b) техниките за напояване в системите за култивиране на земята в Гоби непрекъснато се подобряват, така че подземното капково напояване (фиг. 3в) сега е най-популярният метод за напояване; в) различни методи за мулчиране се използват за намаляване на изпарението на повърхностната вода от почвата. Площта на засаждане в рамките на култивационната единица обикновено се покрива с пластмасово фолио по време на вегетационния период (фиг. 3d), включително зоните между редовете на растенията (фиг. 3д). Намаляването на изпарението и увеличаването на относителната влажност на въздуха вероятно са двата най-важни фактора за ефективно използване на водата; г) определен процент от изпарената вода от повърхността на почвата се рециклира в единицата за култивиране, тъй като култивирането е в относително затворена система; и (д) сложни агрономически практики се използват за управление на културите в култивационната единица (фиг. 3f), като подрязване на клони за увеличаване на проникването на светлина (Du et al. 2016), оптимизиране на вентилацията за балансиране на CO2 за фотосинтезата на растенията и честотата на заболяването (Yang et al. 2017) и аериране на зоната за вкореняване след напояване за няколко дни, за да се сведе до минимум изпарението на почвата (Li et al. 2016); всички те спомагат за увеличаване на добива на културите и подобряване на WUE.
Подобрена ефективност на използване на хранителни вещества
За разлика от традиционното отглеждане на открито, където синтетичните торове са основният източник на растителни хранителни вещества, органични материали - като слама от култури, животински тор и странични продукти от хранително-вкусовата промишленост, процеси за производство на енергия и рециклиране на човешки отпадъци-е основният източник на хранителни вещества в системите за култивиране на земята в Гоби. Отпадъчните материали представляват алтернатива на търговските среди, използвани в конвенционалното оранжерийно производство. За да се квалифицират като субстрат за култивиране на земя в Гоби, органичните материали трябва да имат следните характеристики (Fu et al. 2018; Фу и Лю 2016; Fu et al. 2017; Линг и др. 2015; Song и др. 2013): (i) ниска насипна плътност, висока порьозност и висок водозадържащ капацитет; (ii) висок капацитет за обмен на катиони и съдържание на минерални хранителни вещества и подходящо pH и EC; (iii) повишена ензимна активност, обикновено постигната чрез добавяне на подходящи щамове на микроорганизми; (iv) бавна скорост на разграждане; и (v) да не съдържа семена от плевели и пренасяни от почвата патогени. Типът материал, методът на обработка, степента на разлагане и климатичните условия, при които се произвеждат субстратите, могат да повлияят на физичните, химичните и биологичните свойства на органичния материал и по този начин върху качеството на субстрата (Fu et al. 2017; Song и др. 2013).
Производството на типичен домашен субстрат включва няколко стъпки (фиг. 4а): (i) сламата от реколтата (като царевица) се събира от традиционните производствени системи на открито в местните села, транспортира се до място близо до съоръжението, нарязва се на 3-5 cm дълги парчета, преди да добавите ниска доза азотен тор (1.4 kg N на 1000 kg суха царевична слама), за да регулирате съотношението C:N на компоста до около 15:1; (ii) добавя се около 1 kg продукт за инокулиране на микроорганизми на 1000 kg органичен материал; (iii) първият етап на ферментация включва подреждане на сламата върху земята (напр. 1 m височина x 1.2 m ширина отдолу и 3.0 m ширина отгоре) преди опаковане с пластмасово фолио; (iv) температурата в купчината се наблюдава и се добавя вода, за да се поддържа съдържанието на влага при 2.0-65% за оптимална активност на микроорганизмите; (v) вторият етап на ферментация изисква разбъркване на стека на всеки 68 дни и проверка на температурата в горните 30 см. Това периодично смущение гарантира, че температурата и влагата се поддържат на оптимално ниво за микробната активност; и (vi) около ден 32-34 след ферментация, материалът се премества в съоръжение за съхранение, готово за използване при култивиране в съоръжението. Домашният субстрат обикновено се нанася на 2-3 t ха 1 към площите за отглеждане в рамките на единицата за отглеждане и може да се използва за няколко години в отглеждането, преди да бъде заменен. Съдържанието на хранителни вещества в субстратите може да бъде възстановено до производствено ниво чрез добавяне на външни хранителни вещества (фиг. 4б). Сламеният материал за органичния субстрат е достъпен на местно ниво и повечето от производствените стъпки използват машини, построени вътрешно.
Начинът, по който хранителните вещества на субстрата се доставят на културите, варира между съоръженията на клъстера. Повечето производители в северозападен Китай използват или (1) траншейна система, където каналите (обикновено 0.4-0.6 м ширина, 0.2-0.3 м дълбочина, с 0.8-1.0 m между траншеите, ориентирани на север-южна посока) се правят на земята в рамките на култивационната единица, оградени с бетон, дървени блокове или тухли, напълнени със субстрат преди засаждане (фиг. 5a) и покрити с пластмасов филм, през който разсадът да расте (фиг. 5б). Веднъж построени, изкопите могат да се използват за непрекъснато производство повече от 20 години; или (2) субстрати от цяла торба, където субстратът е опакован в отделни пластмасови торби (типичният размер на торбата е 0.5 m диаметър и 1.0 m дължина) в затворена микросреда. Хранителните вещества се освобождават от торбичките, докато растенията се развиват (фиг. 5° С). На върха на торбите се правят дупки за засаждане на семена (фиг. 5г) и капково напояване през дупките.
Двата метода се различават по своите характеристики. Методът на окопите позволява на производителите лесно да добавят тор към субстратите, когато е необходимо. За някои култури, като динята, добавянето на неорганични торове е необходимо, за да се осигури висока производителност. Някои проучвания показват, че използването на органични торове заедно с неорганични торове може да увеличи добива на културите, но оставя излишъци от хранителни вещества в почвата и високи концентрации на нитрат-N в горния почвен слой (Gao et al. 2012). Други проучвания показват, че подходът с цяла торба е по-продуктивен от траншейната система (Yuan et al. 2013), защото опакованите торби позволяват субстратът да бъде физически отделен от земята; по този начин се намалява вероятността от замърсяване на субстратите с пренасяни от почвата патогени. Независимо от това, физичните и химичните свойства на субстрата (в изкопи или опаковани торби) могат да се влошат с всеки сезон на реколтата (Song et al. 2013), което намалява силата на доставката на хранителни вещества (Song и др. 2013). Следователно подновяването на субстрата е оправдано.
Повишена ефективност при използване на енергия
Системите за култивиране на земята в Гоби са изцяло базирани на слънчева енергия. Структурата е проектирана да задържа възможно най-много топлина чрез използване и съхраняване на енергия от слънцето. Дневната продължителност на слънчевото греене, интензивността на слънчевата радиация и годишните дни без замръзване са важни за отоплението на култивационните единици. Източният към централен коридор Hexi, като окръг Wuwei (37° 96" N, 102° 64" E), провинция Гансу, е представителна област, където са концентрирани групираните съоръжения на Gobiland. Средно 6150 MJ m 2 годишната слънчева радиация и 156 дни без замръзване позволяват много видове зеленчукови култури да узреят с високо качество. За да подобрят ефективността на използването на слънчевата радиация, мениджърите на култивационните единици използват различни средства за увеличаване на съхранението на топлина и подобряване на отделянето на топлина, като например двойни слоеве черен пластмасов филм, прикрепен към северната стена (Xu et al. 2014), запазващи топлината цветни плочи, монтирани на покрива (Sun et al. 2013), системи за поглъщане на топлина от плитка почва за повишаване на вътрешната температура на въздуха (Xu et al. 2014), и смлян геотекстил, приложен като почвено покритие за запазване на топлината. Също така слънчевите термопомпи се използват за регулиране на температурата на водата в резервоарите за вода на топлинния резервоар в някои култивационни единици (Zhou et al. 2016). Съвсем наскоро в горната част на покрива бяха поставени цветни плочи за запазване на топлината, за да се увеличи абсорбцията на топлина (Sun et al. 2013). В някои от усъвършенстваните слънчеви оранжерии при отглеждане в клъстерни съоръжения се използват усъвършенствани слънчеви технологии за подобряване на съхранението на топлина, генерирането на фотоволтаична енергия и използването на светлина (Cuce et al. 2016). Използването на слънчева енергия за производство на оранжерийни култури е постигнало напредък в много области/страни (Farjana et al. 2018), включително Австралия, Япония (Cossu et al. 2017), Израел (Castello et al. 2017) и Германия (Schmidt et al. 2012), както и развиващи се страни като Непал (Fuller и Zahnd 2012) и Индия (Tiwari et al. 2016). В Китай инсталирането на модерни слънчеви модули в момента е скъпо, с прогнозен период на изплащане от 9 години (Wang et al. 2017). Ние предвиждаме, че тъй като системата за култивиране се развива с по-напреднали слънчеви технологии, периодът на изплащане ще се съкрати.
Температурите на въздуха вътре и извън клъстерните съоръжения могат да варират от 20 до 35 °C през студените зими в северен Китай. Например в слънчеви съоръжения в Lingyuan (41° 20" N, 119° 31" Д) в провинция Ляонин, североизточен Китай, в слънчева оранжерия с дължина 12 метра, височина 5.5 метра и дължина 65 метра със системи за съхранение и освобождаване на топлина, температурата на въздуха през нощта вътре достигна 13 °C, докато външната беше -25.8 °C, разлика от 39 °C (Sunetal. 2013).
Използването на слънчева енергия за производство на храни е важна характеристика на "Земеделие в Гоби" системи в северозападен Китай. Това се различава от традиционните оранжерии или оранжерии, които изискват външни енергийни източници за отглеждане на култури, което може да бъде икономически и екологично скъпо (Hassanien et al. 2016; Чанакчи и др. 2013; Wang et al. 2017). Например средната годишна консумация на електроенергия в конвенционалните оранжерии може да бъде повече от 500 kWhmy (Hassanien et al. 2016), с разходи до 65,000 XNUMX USD150,000 XNUMX на година (в казус в Турция) (Canakci et al. 2013). В световен мащаб разширяването на конвенционалното парниково производство на култури е ограничено поради интензивното потребление на енергия и опасенията относно въглеродните емисии.
Ползи за околната среда
Отоплението на селскостопански оранжерии с изкопаеми горива, като въглища, нефт и природен газ, допринася за въглеродните емисии и изменението на климата. Захранваните със слънчева енергия системи за култивиране на земята на Gobi осигуряват подобрени ползи за околната среда поради (i) намалено потребление на енергия, тъй като отглеждането на култури разчита изцяло на слънчева енергия, за разлика от конвенционалните оранжерии, където енергията се доставя чрез електричество или природен газ, което произвежда големи емисии на парникови газове; (ii) подобрено пестене на вода, тъй като отглеждането на култури се извършва под покрит с пластмаса покрив с ниско изпарение от почвата и високо съотношение на транспирация: изпарение. Напояването се наблюдава и контролира от централизиран компютър, който позволява прецизно поливане с минимални загуби на вода; (iii) Намалени емисии на парникови газове за цялата система (Chai et al. 2012) или отпечатъка на единица тегло на пресния зеленчук въз основа на оценка на жизнения цикъл (Chai et al. 2014a). Културите, отглеждани в клъстерни съоръжения, имат значително по-високи добиви на единица вложен материал (като тор, площ за използване на земята) с повече атмосферен CO2 преобразувани в растителна биомаса чрез подобрена фотосинтеза в сравнение със системите за култивиране на открито (Chang et al. 2013); и (iv) използването на компостни субстрати може да увеличи въглерода в почвата с течение на времето (Jaiarree et al. 2014; Чай и др. 2014a).
Някои казуси са изчислили нетния CO2 фиксация от растения в системи за култивиране на пластмаса със слънчева енергия осем пъти по-висока, отколкото в традиционните системи на открито (Wang et al. 2011). Още CO2 фиксирането в единици за култивиране означава по-малко CO2 емисии в атмосферата (Wu et al. 2015). Големината на ефекта варира в зависимост от географското местоположение и структурата на култивационните единици (Chai et al. 2014c). Проучванията показват също, че култивирането в съоръжения позволява на растенията да фиксират повече CO2 от атмосферата, като същевременно отделя по-малко парникови газове на kg продукт (Chang et al. 2011). Не се осигурява допълнително отопление на култивационните единици, дори през зимата, спестявайки около 750 Mg ha-1 енергия в сравнение с конвенционалното, отопляемо с въглища парниково производство (Gao et al. 2010). Отглеждането на Gobiland е въглеродно-интелигентна система за смекчаване на емисиите на парникови газове. В литературата обаче липсват оценки на жизнения цикъл за култивиране в съоръжения и са необходими по-задълбочени изследвания за оценка на въздействието върху околната среда на тези системи за култивиране.
Екологични ползи
Северозападен Китай е богат на слънчева светлина и топлинни ресурси с годишно слънчево греене, вариращо от 2800 до 3300 часа. Разработването на клъстерни системи за обработване на земя в Гоби със слънчева енергия може да превърне светлинните и топлинните ресурси в производство на храна и да предложи значителни екологични ползи, някои от които са подчертани по-долу.
Първо, земята на Гоби се използва за производство на качествени култури за продоволствена сигурност. В Китай средната обработваема земя на 100 души от населението е 8 ха (FAOSTAT 2014), значително по-малко от 52 ха в САЩ, 125 ха в Канада и 214 ха в Австралия. Ресурсите от обработваема земя в Китай бързо намаляват поради бързата урбанизация. Изправен пред ограничена обработваема земя на глава от населението, съчетана с обработваема земя, използвана за градско строителство, Китай предприе значителна стъпка за изследване на изобилната земя в Гоби за отглеждане на култури (Jiang et al. 2014). Традиционното земеделие не е възможно в пустинния тип, непродуктивна земя на Гоби (фиг. 6а). Изграждането на клъстерни съоръжения за култивиране на земята на Гоби предлага уникални характеристики за облекчаване на поземлени конфликти между селското стопанство и други икономически сектори (фиг. 6б) и подпомагане на осигуряването на хранителни доставки за гъсто населената страна.
Второ, производствената система използва предимно налични местни ресурси. Всяка единица за култивиране в системата е изградена и поддържана от рамки, изработени от дърво, бамбук или стоманени пръти. През студените зими върху скатния покрив за допълнителна изолация се разточват местно направени сламени рогозки или топлинни одеяла. Северните стени на култивационните единици също са изградени с използване на местни материали, като блокове със стоманена рамка и пълни със слама (фиг. 7а), чували с пясък (фиг. 7б), камък-циментова смес (фиг. 7c), или обикновени тухли (фиг. 7д).
Наличните на местно ниво материали осигуряват значителни екологични и икономически ползи, тъй като могат да бъдат получени евтино или събрани безплатно (напр. камъни и скали в близки пустинни райони), с минимални изисквания за транспорт. Също така, оборудването за транспортиране на материали, производство на субстрати и култивиране на култури постепенно стана достъпно за култивиране на клъстерни съоръжения; това помага за разрешаване на недостига на селскостопанска работна ръка в някои селски райони в Китай.
Трето, тази система за култивиране предоставя възможности за подобряване на регионалната екология. В голяма част от северозападен Китай земята на Гоби няма растителност (фиг. 6а) което води до крехка екологична среда. Вятърната ерозия е често срещана и става все по-тежка с изменението на климата. Честите прашни бури се появяват на северозапад и често се простират до други азиатски региони. Разработването на системи за култивиране на клъстерни съоръжения за слънчева енергия не само има потенциала едновременно да отговори на намаляващата наличност на подходяща земя в Китай, но играе роля в облекчаването на нестабилността на екосистемите в пустинята до сухите среди в северозападен Китай (Gao et al. 2010; Wang et al. 2017). Превръщането на изоставената земя на Гоби в земеделска земя може да помогне за установяването на нова екологична система, която ще промени примитивния естествен вид и ще разкраси екологичната среда.
Ефекти върху стабилността на селските общности
Социално-икономическото развитие в северозападен Китай изостава от централните и източните региони, като много райони на общността са под националното ниво на бедност. Проучването на огромни площи от земята на Гоби за производство на плодове и зеленчуци отваря врата за този регион за ускоряване на социално-икономическото развитие. Той превръща недостатъка на опустиняването на Гоби в различни регионални икономически предимства, като не само насърчава селскостопанската индустрия, но и задвижва други индустрии, което спомага за стабилизирането на селските общности. Тази евтина селскостопанска система се превръща във важен крайъгълен камък за сплотяването на селските общности.
Системата за култивиране Gobi-land стимулира производството на храна и увеличава доходите на домакинствата. В райони с температури над -28 °C през зимата, захранваните със слънчева енергия оранжерии използват пълноценно слънчевата енергия и необработваемата земя за производство на плодове и зеленчуци през цялата година. Културите в клъстерни единици за култивиране дават значително повече добиви от производството на открито с по-високо съотношение на вложения към изход. Ние анализирахме икономическата продукция в 14 проучвания със 120 единици за култивиране на слънчева енергия (Xie et al. 2017), за да намерите среден брутен доход от USD $56,650 XNUMX ха 1 y 1, като е 10-30 пъти по-висока от тази от открито производство на същото геоложко място. В резултат на това нетната печалба от отглеждането на зеленчуци в съоръжения е 10-15 пъти повече от производството на зеленчуци на открито и 70-125 пъти повече от царевицата на открито (Zea Mays) или жито (Hordeum vulgare) производство.
Създаването на тези нови системи за отглеждане създава възможности за заетост в селските райони. Култивирането на съоръженията превръща зимния престой в натоварен, продуктивен сезон, което създава възможности за заетост в селските райони, особено през зимата, когато фермерските семейства често са "сам вкъщи" без заетост. Производството и търговията с плодове и зеленчуци са трудоемки. Много селски работници могат да бъдат разпределени за култивиране на съоръжения (фиг. 8а), докато други могат да бъдат разпределени за транспортиране и маркетинг на продукция до местни или близки общности (фиг. 8б). Най-важното е, че обработката, съхранението, консервирането и продажбата на пресни продукти предоставят възможности за заетост, които някога са отсъствали, което помага за изграждането на социално хармонична общност (фиг. 8в) и сплотяване на духа на селската общност.
Няма публикувани доклади за това как клъстерната система за култивиране може да повлияе на развитието на селската общност. Предлагаме тези системи да помогнат за жизнеспособността и стабилността на селските общности. Създаването на системи за култивиране на земята в Гоби дава възможност на селското стопанство в северозападен Китай да се разшири отвъд границата на първичното производство. Следователно жизнеспособността и дългосрочната стабилност на общността се подобряват, защото (i) непрекъснато се разработват нови технологии за подобряване на обработката на земята в Гоби, като отглеждане на култури, развитие на субстрата и мерки за контрол на вредителите, които се превръщат във важно средство за развитие на селските общности в устойчив начин; (ii) отглеждането в съоръжения осигурява целогодишно снабдяване на общността с пресни плодове и зеленчуци, задоволявайки повишените изисквания на гражданите от средната класа за по-хранителни и здравословни храни; и (iii) установяването на новата система за отглеждане помага за укрепване на вътрешното сближаване на етническите малцинствени групи, тъй като гражданите на етническите малцинствени групи се нуждаят от разнообразни храни с уникални характеристики, които се задоволяват от целогодишната прясна продукция от системите за отглеждане.
Основни предизвикателства
Системите за култивиране на земята в Гоби се развиват бързо в Китай през последните години с потенциал за разширяване на площите на съоръженията и производствените нива (Jiang et al. 2015). Въпреки това трябва да се обърне внимание на някои ограничения и предизвикателства.
Ограничения на водните ресурси
Едно от най-големите предизвикателства за селското стопанство в северозападен Китай е недостигът на вода. Годишната наличност на прясна вода е ниска при < 760 m3 на глава от населението y 1 (Чай и др. 2014b). В коридора Hexi на провинция Gansu годишните валежи са <160 mm, докато годишното изпарение е > 1500 mm (Deng et al. 2006). Много някога продуктивни обработваеми земи по Пътя на коприната са били "замълча" през последните години поради недостиг на вода. Повечето култивирани култури на открито използват традиционните "наводнение" напояване, което надхвърля 10,000 XNUMX m3 ha-1 на сезон на реколта (Chai et al. 2016). Свръхексплоатацията на водните ресурси вероятно допълнително ще влоши екологичната среда и ще изчерпи невъзобновимите ресурси на подпочвените води (Martinez-Fernandez и Esteve). 2005). Производството на зеленчуци се нуждае от големи количества вода за дълъг период на отглеждане, а валежите не могат да отговорят на нуждите за оптимален растеж на растенията. В коридора Hexi на провинция Гансу, където системите за култивиране на клъстерни съоръжения се увеличиха бързо през последните години, основният източник на вода за всички сектори произхожда от натрупването на сняг в планината Qilian през зимата, като летното топене на снега захранва реките и подземните води в долините (Chai et al. 2014b). През последните две десетилетия измеримото ниво на снега в планината Qilian се е повишило със скорост от 0.2 до 1.0 m годишно (Че и Ли 2005), докато нивото на подпочвените води в долините (доставяни от вода от планините) постоянно е спаднало и наличието на подземни води е намаляло значително (Zhang 2007). Следователно някои естествени оазиси по стария Път на коприната постепенно изчезват. Някои разкопки на водни изби са използвани за спестяване на валежите за осигуряване на допълнителна вода, но ефикасността като цяло е ниска. Как да пестим вода или да подобрим WUE в производството на култури е от решаващо значение за дългосрочната жизнеспособност на системите за култивиране на земята в Гоби.
Крехка екологична среда
В северозападен Китай надарението със земя е лошо. Планините и долините, заедно с оазисите и земята на Гоби, създават сложна екологична среда. Честите засушавания и прашни бури влошават екологичната среда. Около 88% от общата площ на коридора Gansu Hexi е претърпяла опустиняване и линията на опустиняване се движи на юг към земеделските земи. Природните условия в северозападния регион на Китай са описани като "вятър развява камъни навсякъде с треви, растящи никъде," изобразяване на крехката екологична среда. Интензивното използване на пестициди при отглеждане в съоръжения е потенциална опасност за околната среда и опасност за здравето на работниците. Липсата на подходящо третиране на рециклирани органични субстрати може да замърси източниците на подпочвени води, предизвиквайки безпокойство у широката общественост.
Ограничения на трудовите ресурси
Предлагането на работна ръка в селското стопанство като цяло е ниско и недостатъчно, тъй като все повече и повече млади работници се местят в градовете, за да си изкарват прехраната, което води до недостиг на селскостопански трудови ресурси в селските райони. Настоящите правителствени политики за стимулиране на желанието на фермерите да обработват обработваема земя не са благоприятни за развитието на селските общности, което изостря недостига на работна ръка в селските райони. Освен това семейната ферма като независима земеделска единица остава основният начин на управление на фермата и настоящите правителствени политики относно собствеността върху земята може да забранят на фермерите да купуват и продават земя, което може да ограничи екстензивното развитие на системите за култивиране на съоръжения. Освен това нивата на образование в северозападната част обикновено са по-ниски от централните и източните региони. Централното правителство е приложило политика на задължително образование за цялата страна, но много хора в северозападната част не са в състояние да завършат 9 години образование. Всичко по-горе може да създаде неблагоприятна среда за предлагане на работна ръка в селските райони, което може да попречи на широкото развитие на системите за земни съоръжения в Гоби.
Икономическа устойчивост
С подобряването на жизнения стандарт потребителите изискват набор от пресни продукти с високо качество и хранителна стойност. На северозапад има голямо малцинствено население (основно с идентичности Хуей и Донсян) с доминиращ хранителен навик със зеленчуци, което изисква разнообразни продукти, за да задоволи нуждите си. Това създава възможности за нови пазари с нови продукти. Въпреки това, пазарът на пресни продукти, доставяни от системите за обработка на земята в Гоби, може лесно да се насити, тъй като населението на шестте северозападни провинции представлява само 6.6% от страната"s общо, с изключително нисък разполагаем доход на глава от населението. През 2012 г. БВП на глава от населението в шестте северозападни провинции е средно 26,733 4100 юана (еквивалент на 31 USD), което е с XNUMX% под страната"средно. Ниският доход с малко потребители може да ограничи развитието на нови пазари в местните райони и да носи значителни рискове за икономическата устойчивост в дългосрочен план. Необходими са проучвания, за да се проучи колко устойчива може да бъде тази система и какво може да се направи, за да се гарантира нейната дългосрочна икономическа устойчивост. Ние осъзнаваме, че има огромен потенциал за пускане на пазара на пресни продукти в гъсто населените централни и източни региони на страната. Предлагаме приоритетите за разширяване на пазара да се съсредоточат върху: (i) създаване на т.нар "дракон-верига" маркетингова логистика, която свързва "култивиране-търговци на едро-търговци на дребно-потребителите" във веригата на стойността; (ii) подобряване на междурегионалните транспортни системи, специфични за движението на селскостопански продукти; и (iii) разработване на механизми за контрол на качеството, застраховка за безопасност и справедливо ценообразуване.
Качество и здраве на продукта
Концентрациите на тежки метали са по-високи в почвите на някои съоръжения, отколкото в откритите полета. Продуктите, отглеждани в съоръжения, понякога съдържат по-високи целеви коефициенти на опасност от тежки метали, отколкото зеленчуците на открито (Chen et al. 2016), отчасти защото човешките отпадъци и други отпадъчни материали са включени в субстратите. В някои съоръжения прекомерните синтетични торове достигат до 670 kg N ha 1, заедно с 1230 kg N ha 1 от органични материали като оборски торове, се използват ежегодно за производство на зеленчуци (Gao et al. 2012). В допълнение, пластмасовото фолио, използвано за покриване на покрива и земята в култивационните единици, често се свързва с естери на фталови киселини, които се добавят по време на производството на пластмасово фолио. Възможно е да има дългосрочни рискове за здравето на производителите, изложени на замърсителя (Ma et al. 2015; Wang et al. 2015; Zhang et al. 2015). Нивата на фталати в китайските почви обикновено са в горния край на глобалния диапазон (Lu et al. 2018), а културите в силно пластифицирани съоръжения могат да съдържат високи нива на фталати (Chen et al. 2016; Ма и др. 2015; Zhang et al. 2015). Експозицията на работниците на фталати може да носи рискове за здравето (Lu et al. 2018). Необходими са изследвания за разработване на ефективни подходи за минимизиране на концентрациите на фталат в продуктите. Рискът от следи от фталати за човешкото здраве може да е никакъв или малък, но трябва да бъде потвърден. Праговите нива на концентрациите на тежки метали трябва да бъдат посочени в крайните продукти. Може да се наложи да се разработят някои усъвършенствани методи за биоремедиация за ремедиация на почвата при високо замърсяване с метали, за да се сведе до минимум ефектът от потенциалната концентрация на тежки метали.
Определяне на политики за устойчиво развитие в земните системи на Гоби
Системите за култивиране на клъстерни съоръжения се развиват бързо в северозападен Китай. През юни 2017 г. около 3000 хектара земя в Гоби са били обект на култивиране само в провинция Гансу. Тази област има географски предимства за зеленчуци производство, включително дълги слънчеви часове, големи температурни разлики между деня и нощта и ясно небе с малко/без замърсяване на въздуха. Системите за култивиране на съоръжения се считат за a "Чудото от земята на Гоби" за Китай"социално-икономическото развитие. Препоръчваме следните приоритети за определяне на политиката, за да осигурим здравословно развитие на системата с дългосрочна стабилност.
Баланс между проучване и защита
Ние предлагаме да се разработят политики, които се фокусират върху "опазване на екологичната среда при изследване на новооткритата земя," което означава, че развитието на системите за обработка на земята в Гоби не трябва да има отрицателно въздействие върху околната среда. Политиката трябва да описва подробно как да се засили производителността на системата, като същевременно се насърчава екологичната устойчивост. Екологични кредити, "зелена застраховка," намлява "зелено закупуване" трябва да бъдат взети предвид и включени в оценката на устойчивостта на системата. Необходими са също политики за използването на химически торове, тежки метали и вредни вещества, високи остатъчни пестициди и рециклиране на пластмасово фолио, наред с други. Трябва да се установят някои специфични политики, насочени към ключови местни проблеми. Например съоръжения за резервиране на вода трябва да бъдат изградени заедно с единиците за култивиране на съоръженията в западния край на коридора Hexi, където наличният в момента транспорт на вода по открит канал за напояване на единиците за култивиране носи значителни рискове от загуба на вода по време на транспортиране и напояване.
Разработване на системни мерки за водоползване и пестене на вода
За да се използва пълноценно изобилната земя на Гоби в северозападен Китай, трябва да има строга и прагматична политика за използване на водата. Краткосрочните приоритети включват: (i) закони за опазване на водните ресурси за "измерване на вода,""контрол на сондажи за вода," намлява "потоци и извори авторитет" с подробни разпоредби относно водните права, квотите, таксите и контрола на качеството; (ii) изграждане на съоръжения за събиране и съхранение на дъждовна вода, като се използва технология за съхранение на каптажна изба, оптимизирано използване на повърхностните водни ресурси, планирано проучване на подземни води и прилагане на система за разрешителни за водовземане; (iii) засилване на отговорностите на административните агенции на всички нива за контрол на разпределението на водата, премахване на разхищението на вода и насърчаване на рационалното използване на водните ресурси; (iv) развитие на водоспестяващи селскостопански системи, включително преминаване от напояване чрез напояване или напояване по бразди към подповърхностно капково напояване, използване на мулчиране за намаляване на изпарението и подобряване на каналните системи за напояване на полето; и (v) в дългосрочен план, насърчаване на развъждането на устойчиви на суша сортове, реформиране на земеделските системи и подобряване на инфраструктурата за изграждане на съоръжения.
Укрепване на иновациите в агротехнологиите
Технологиите играят жизненоважна роля в устойчивото развитие на системите за обработка на земята в Гоби; като такава, технологичната политика трябва да обхваща: (i) изграждане на регионални иновационни центрове и тестови станции, създаване на "целево финансиране" специфични за Гоби системи за обработване на земя за справяне с спешни проблеми и увеличени инвестиции в изследователски/демонстрационни и технически иновационни платформи; (ii) разработване на системи за разширяване на технологиите - където правителствените политики насърчават изследователски институции на всички нива да извършват популяризиране на технологии - и създаване на местни технологични офиси за извършване на технически услуги в селските райони; (iii) приемане на мерки за привличане и задържане на служители за работа в слаборазвития северозападен регион; iv) повишаване на образователните нива на земеделските стопани над задължителните 9 години, насърчаване на технологичната грамотност сред населението в селските райони чрез обучение за професионални умения и подхранване на ново поколение фермери за прилагане на иновативни селскостопански технологии; и (v) разработване на специални програми за обучение от университети и изследователски институти за селскостопански технологичен персонал за насърчаване на съвременни технологии.
Регулирайте хранителната верига
Количеството пресни плодове и зеленчуци, произведени в клъстерни съоръжения, обикновено е повече от необходимото на местните и близките селски и градски общности. Навременният транспорт на пресни продукти до други вътрешни и задгранични пазари ще гарантира, че производството и маркетингът са балансирани. Необходими са политики за улесняване на маркетинговите механизми и логистиката. Сортовете трябва да се отглеждат, за да отговорят на нуждите на широка гама от пазари, които покриват разнообразна гама от продукти и вкусове, подходящи за различни етнически и религиозни групи. Политиката трябва да подкрепя пазарите на едро, търговските обекти, логистиката на студената верига и системите за наблюдение на информацията. Може да е необходима политика за транспортните системи, включително изграждането на главни железопътни линии, водещи до централен и източен Китай, както и достъп до сухопътни канали в Русия, Външна Монголия, Западна Азия и Европа.
Култивирайте професионални фермери
Фермерите са основните играчи в социално-икономическото развитие на селските райони, но много млади фермери са се преместили в градовете за други доходи, оставяйки обработваемата земя гола в продължение на години с малка или никаква производителност в някои райони (Seeberg и Luo 2018; Йе 2018). Необходима е политика, която подкрепя увеличаването на доходите на земеделските стопанства от производството на храни, за да насърчи младите фермери да останат във фермите, което в крайна сметка ще подобри социално-икономическата стабилност на селските общности. Ключова точка на политиката трябва да култивира нова порода фермери с подобрени квалификации и управленски умения, като помага на потенциала да премине от традиционни, самодостатъчни, по-малки семейни ферми към по-големи земеделски предприятия – подход за развитие на модерно земеделие в Китай. Настоящата поземлена политика може да се наложи да бъде подновена, позволявайки на квалифицираните, професионални фермери да разширят стопанствата си и да оптимизират стопанисването им, когато е подходящо.
Създайте стабилна система за социални услуги
Селските общности на северозапад са били исторически слабо развити в сравнение с централен и източен Китай. Необходими са политики за създаване на ефективни системи за социални услуги, които се фокусират върху подобряването на образованието, здравеопазването и заетостта и подобряването на цялостния стандарт на живот. Селското стопанство е основният бизнес в селските общности. Необходими са политики за насърчаване на развитието на големи земеделски кооперации за ефективно използване на земните и водните ресурси с увеличаване на доходите на фермерските семейства. За системата за култивиране на Gobi-land е необходима политика за подобряване на ефективността на производството на култури, преработката на храни и разпространението на продукти в местните и близките общности. Необходимо е оптимизирано оформление/разпределение на съоръженията за отглеждане в различните екорегиони, за да се задоволят разнообразните нужди на потребителите от пресни плодове и зеленчуци на регионално/местно ниво и да се проучат възможностите на международно ниво. Необходима е и политика за гарантиране на безопасността и качеството на продукцията от системите на съоръженията, която описва подробно съхранението, транспорта и циркулацията на пресни продукти извън сезона, за да се минимизира рискът от загуба на свежест и качество.
Заключения
Поземлените ресурси са от основно значение за селското стопанство и са неразривно свързани с глобалните предизвикателства пред продоволствената сигурност и поминъка на милиони хора в селските райони. Предвижда се световното население да достигне 9.1 милиарда до 2050 г., а производството на храни в развиващите се страни трябва да се удвои спрямо нивото от 2015 г. Поземлените ресурси са под силен стрес в развиващите се страни поради бързата урбанизация, която се конкурира за налична земя със селското стопанство. Китай създаде нови системи за отглеждане на култури в земята на Гоби, а именно "Земеделие в Гоби," който се състои от клъстер от много (до стотици) индивидуални единици за култивиране, направени от налични на местно ниво материали и захранвани от слънчева енергия. Култивационните единици с пластмасов покрив, подобни на оранжерии, произвеждат висококачествени пресни плодове и зеленчуци през цялата година. Ние изчисляваме, че тези системи ще покрият около 2.2 милиона хектара до 2020 г., превръщайки се в крайъгълен камък на производството на храни в Китай"селскостопанска история. В този преглед ние идентифицирахме някои уникални характеристики на системите за култивиране, включително повишена производителност на земята за единица вложен материал, подобрен WUE и подобрени екологични и екологични ползи. Тази система за култивиране предлага отлични възможности за изследване на наличните местни ресурси за обогатяване на селските хора и осигуряване на дългосрочната жизнеспособност на селските общности. Тази система също е изправена пред значителни предизвикателства, на които трябва да се обърне внимание.
Ние идентифицирахме някои ключови проблеми и съответните им приоритетни изследователски области за краткосрочен план (3-5 години), което би помогнало за подобряване на устойчивостта на тази уникална система за култивиране. Ние силно препоръчваме да се разработят съответните правителствени политики и системи за социални услуги в селските райони, за да се гарантира икономическа рентабилност и еко-екологична устойчивост на системите за култивиране на Gobi-land.
Благодарности Авторите биха искали да благодарят на всички онези, които са допринесли с времето и усилията си за участие в това изследване, както и на персонала в Центъра за техническо обслужване на зеленчуци в област Суджоу, Джиукуан, и Службите за разширяване на селското стопанство Wuwei, Ууей, Гансу, за предоставянето на някои данни и снимки, представени в статията.
Финансиране Това проучване беше съвместно финансирано от "Държавен специален фонд за агронаучни изследвания в обществен интерес (номер на субсидия 201203001),""Китайски системи за изследване на селското стопанство (номер на грант CARS-23-C-07),""Ключов проектен фонд за наука и технологии на провинция Гансу (номер на субсидия 17ZD2NA015)," намлява "Специален фонд за научни и технологични иновации и развитие, ръководен от провинция Гансу (грант номер 2018ZX-02)."
Спазване на етичните стандарти
Конфликт на интереси Авторите заявяват, че нямат конфликт на интереси.
Open Access Тази статия се разпространява при условията на международния лиценз Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), който позволява неограничена употреба, разпространение и възпроизвеждане във всякаква среда, при условие че посочите подходящо кредитиране към оригиналния автор(и) и източника, осигурете връзка към лиценза Creative Commons и посочете дали са направени промени.
Препратки
Cakir G, Un C, Baskent EZ, Kose S, Sivrikaya F, Kele5 S (2008) Оценка на урбанизацията, фрагментацията и модела на промяна на използването на земята/земното покритие в град Истанбул, Турция от 1971 до 2002 г. Land Degrad Dev 19:663-675. https://doi.org/10.1002/ldr.859
Canakci M, Yasemin Emekli N, Bilgin S, Caglayan N (2013) Изисквания за отопление и неговите разходи в оранжерийни структури: казус за средиземноморския регион на Турция. Renew Sustain Energy Rev 24: 483-490. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.03.026
Кастело I, D"Emilio A, Raviv M, Vitale A (2017) Соларизацията на почвата като устойчиво решение за контрол на инфекциите с доматени псевдомонади в оранжерии. Agron Sustain Dev 37:59. https://doi.org/10.1007/ s13593-017-0467-1
Chai L, Ma C, Ni JQ (2012) Оценка на ефективността на термична помпена система от земен източник за отопление на оранжерии в северен Китай. Biosyst Eng 111:107-117. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2011.11.002
Chai L, Ma C, Liu M, Wang B, Wu Z, Xu Y (2014a) Въглероден отпечатък на земна термопомпена система в отоплителна слънчева оранжерия въз основа на оценка на жизнения цикъл. Trans Chinese Soc Agr Eng 30:149-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.018
Chai Q, Gan Y, Turner NC, Zhang RZ, Yang C, Niu Y, Siddique KHM (2014b) Водоспестяващи иновации в китайското селско стопанство. Adv Agron 126:149-201. https://doi.org/10.1007/s13593-015-0338-6
Chai Q, Qin AZ, Gan YT, Yu AZ (2014c) По-висок добив и по-ниски въглеродни емисии чрез смесване на царевица с рапица, грах и пшеница в сухи райони за напояване. Agron Sustain Dev 34:535-543. https://doi.org/10. 1007 / s13593-013-0161-х
Chai Q, Gan Y, Zhao C, Xu HL, Waskom RM, Niu Y, Siddique KHM (2016) Регулирано дефицитно напояване за производство на култури при стрес от суша. Преглед. Agron Sustain Dev 36:1-21. https://doi. org/10.1007/s13593-015-0338-6
Chang J, Wu X, Liu A, Wang Y, Xu B, Yang W, Meyerson LA, Gu B, Peng C, Ge Y (2011) Оценка на нетните екосистемни услуги на отглеждането на зеленчуци в пластмасови оранжерии в Китай. Ecol Econ 70: 740-748. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2010.11.011
Chang J, Wu X, Wang Y, Meyerson LA, Gu B, Min Y, Xue H, Peng C, Ge Y (2013) Подобрява ли отглеждането на зеленчуци в пластмасови оранжерии регионалните екосистемни услуги извън предлагането на храна? Преден Ecol Environ 11:43-49. https://doi.org/10.1890/100223
Che T, Li X (2005) Пространствено разпределение и времева вариация на снежните водни ресурси в Китай през 1993 г.-2002. J Glaciol Geocryol 27: 64-67
Chen C, Li Z, Guan Y, Han Y, Ling H (2012) Ефекти от строителните методи върху топлинните свойства на композита за съхранение на топлина с фазова промяна за слънчева оранжерия. Trans Chinese Soc Agr Eng 28:186-191. https:// doi.org/10.3969/j.issn. 1002-6819.2012.z1.032
Chen J, Kang S, Du T, Qiu R, Guo P, Chen R (2013) Количествен отговор на добива и качеството на оранжерийните домати към водния дефицит на различни етапи на растеж. Agric Water Manag 129:152-162. https:// doi.org/10.1016/j.agwat.2013.07.011
Chen Z, Tian T, Gao L, Tian Y (2016) Хранителни вещества, тежки метали и фталатни киселинни естери в слънчеви оранжерийни почви в Round-Bohai Bay-Region, Китай: въздействия на годината на отглеждане и биогеографията. Environ Sci Pollut Res 23:13076-13087. https://doi.org/10.1007/ s11356-016-6462-2
Cossu M, Ledda L, Urracci G, Sirigu A, Cossu A, Murgia L, Pazzona A, Yano A (2017) Алгоритъм за изчисляване на разпределението на светлината във фотоволтаични оранжерии. Sol Energy 141:38-48. https:// doi.org/10.1016/j.solener.2016.11.024
Cuce E, Cuce PM, Young CH (2016) Енергоспестяващ потенциал на топлоизолационно слънчево стъкло: ключови резултати от лабораторни и тестове на място. Енергия 97:369-380. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.12.134
de Grassi A, Salah Ovadia J (2017) Траектории на широкомащабна динамика на придобиване на земя в Ангола: разнообразие, истории и последици за политическата икономия на развитието в Африка. Политика за използване на земята 67:115-125. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2017.05.032
Deng XP, Shan L, Zhang H, Turner NC (2006) Подобряване на ефективността на използването на водата в селското стопанство в сухите и полусухите райони на Китай. Agric Water Manag 80:23-40. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2005.07.021
Du S, Ma Z, Xue L (2016) Оптимално количество за капкова фертигация, подобряващо добива на пъпеш, качеството и ефективността на използване на водата и азота в пластмасова оранжерия на мулчирано с чакъл поле. Trans Chinese Soc Agr Eng 32:112-119. https://doi.org/10.11975/j.issn.1002-6819.2016. 05.016
FAOSTAT (2014) Статистически годишници на ФАО – световно прехрана и селско стопанство. Организацията по прехрана и земеделие към Обединените нации 2013 г. https://doi.org/10.1073/pnas.1118568109
Farjana SH, HudaN, Mahmud MAP, Saidur R (2018) Слънчева процесна топлина в индустриални системи - глобален преглед. Renew Sustain Energy Rev 82:2270-2286. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.08.065
Fu GH, Liu WK (2016) Ефекти върху охлаждането и увеличаването на добива на сладък пипер на нов метод за култивиране: почвен хребет субстрат, вграден в китайска слънчева оранжерия. Chin J Agrometeorol 37: 199-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-6362.2016.02.09
Fu H, Zhang G, Zhang F, Sun Z, Geng G, Li T (2017) Ефекти от непрекъсната монокултура на домати върху микробните свойства на почвата и ензимните активности в слънчева оранжерия. Устойчивост (Швейцария) 9. https://doi.org/10.3390/su9020317
Fu G, Li Z, Liu W, Yang Q (2018) Подобрен капацитет на температурния буфер на кореновата зона, повишаващ добива на сладък пипер чрез култивиране в слънчева оранжерия в почвен субстрат. Int J Agric Biol Eng 11: 41-47. https://doi.org/10.25165/j.ijabe.20181102.2679
Fuller R, Zahnd A (2012) Слънчева оранжерийна технология за продоволствена сигурност: казус от област Хумла, Северозападен Непал. Mt Res Dev 32:411419. https://doi.org/10.1659/MRD-JOURNAL-D-12-00057.1
Gao LH, Qu M, Ren HZ, Sui XL, Chen QY, Zhang ZX (2010) Структура, функция, приложение и екологична полза от енергийно ефективна слънчева оранжерия с един наклон в Китай. HortTechnology 20: 626-631
Gao JJ, Bai XL, Zhou B, Zhou JB, Chen ZJ (2012) Съдържание на хранителни вещества в почвата и баланси на хранителни вещества в новопостроени слънчеви оранжерии в северен Китай. Nutr Cycl Agroecosyst 94:63-72. https://doi.org/10.1007/ s10705-012-9526-9
Godfray HCJ (2011) Храна и биоразнообразие. Science 333:1231-1232. https://doi.org/10.1126/science.1211815
Godfray HCJ, Beddington JR, Crute IR, Haddad L, Lawrence D, Muir JF, Pretty J, Robinson S, Thomas SM, Toulmin C (2010) Продоволствена сигурност: предизвикателството да изхраниш 9 милиарда души. Наука 327:812-818. https://doi.org/10.1126/science. 1185383
Guan Y, Chen C, Li Z, Han Y, Ling H (2012) Подобряване на топлинната среда в слънчева оранжерия с фазово променяща се термична стена за съхранение. Trans Chinese Soc Agr Eng 28:194-201. https://doi.org/10. 3969/j.issn.1002-6819.2012.10.031
Guan Y, Chen C, Ling H, Han Y, Yan Q (2013) Анализ на свойствата на топлопреминаване на трислойна стена с фазово-променливо съхранение на топлина в слънчева оранжерия. Trans Chinese Soc Agr Eng 29:166-173. https://doi. org/10.3969/j.issn.1002-6819.2013.21.021
Halicki W, Kulizhsky SP (2015) Промени в използването на обработваема земя в Сибир през 20-ти век и техният ефект върху деградацията на почвата. Int J Environ Stud 72:456-473. https://doi.org/10.1080/00207233.2014.990807
Han Y, Xue X, Luo X, Guo L, Li T (2014) Създаване на модел за оценка на слънчевата радиация в слънчевата оранжерия. Trans Chinese Soc Agr Eng 30:174-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819. 2014.10.022
Hassanien RHE, Li M, Dong Lin W (2016) Усъвършенствани приложения на слънчевата енергия в селскостопански оранжерии. Renew Sustain Energy Rev 54:989-1001. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.095
Jaiarree S, Chidthaisong A, Tangtham N, Polprasert C, Sarobol E, Tyler SC (2014) Въглероден бюджет и потенциал за улавяне в песъчлива почва, обработена с компост. Land Degrad Dev 25:120-129. https://doi. org/10.1002/ldr.1152
Jiang D, Hao M, Fu J, Zhuang D, Huang Y (2014) Пространствено-времева вариация на маргинална земя, подходяща за енергийни централи от 1990 до 2010 г. в Китай. Sci Rep 4:e5816. https://doi.org/10.1038/srep05816
Jiang W, Deng J, Yu H (2015) Ситуация на развитието, проблеми и предложения за индустриално развитие на защитено градинарство. Sci Agric Sin 48:3515-3523
Kraemer R, Prishchepov AV, Muller D, Kuemmerle T, RadeloffVC, Dara A, Terekhov A, Fruhauf M (2015) Дългосрочна промяна на земното покритие на селското стопанство и потенциал за разширяване на обработваемата земя в района на бившите девствени земи на Казахстан. Environ Res Lett 10. https://doi. org/10.1088/1748-9326/10/5/054012
Li Z, Wang T, Gong Z, Li N (2013) Технология за предварително предупреждение и приложение за наблюдение на нискотемпературно бедствие в слънчеви оранжерии въз основа на интернет на нещата. Trans Chinese Soc Agr Eng 29:229236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819.2013.04.029
Li Y, Niu W, Xu J, Zhang R, Wang J, Zhang M (2016) Аерирано напояване, повишаващо качеството и ефективността на използване на водата за напояване на пъпеш в пластмасова оранжерия. Trans Chinese Soc Agr Eng 32:147-154. https://doi.org/10.11975/j.issn. 1002-6819.2016.01.020
Liang X, Gao Y, Zhang X, Tian Y, Zhang Z, Gao L (2014) Ефект от оптималната дневна фертигация върху миграцията на вода и сол в почвата, растежа на корените и добива на плодове от краставица (Cucumis sativus L.) в слънчева оранжерия. PLoS One 9:e86975. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0086975
Ling H, Weijiao S, Su LY, Yan Y, Xianchang Y, Chaoxing H (2015) Промени в органичния почвен субстрат с непрекъснато отглеждане на зеленчуци в слънчева оранжерия. ActaHortic (1107):157-163. https://doi. org/10.17660/ActaHortic.2015.1107.21
Liu J, Zhang Z, Xu X, Kuang W, Zhou W, Zhang S, Li R, Yan C, Yu D, Wu S, Jiang N (2010) Пространствени модели и движещи сили на промените в земеползването в Китай в началото на 21-ви век. J Geogr Sci 20:483494. https://doi.org/10.1007/s11442-010-0483-4
Liu Y, Yang Y, Li Y, Li J (2017) Преобразуване от селски селища и обработваема земя при бърза урбанизация в Пекин през 1985 г.-2010. J Селски изследвания 51:141-150. https://doi.org/10.1016/jjrurstud.2017.02.008
Lu H, Mo CH, Zhao HM, Xiang L, Katsoyiannis A, Li YW, Cai QY, Wong MH (2018) Замърсяване на почвата и източници на фталати и рисковете за здравето в Китай: преглед. Environ Res 164:417-429. https:// doi.org/10.1016j.envres.2018.03.013
Ma TT, Wu LH, Chen L, Zhang HB, Teng Y, Luo YM (2015) Замърсяване с фталатни естери в почви и зеленчуци на оранжерии от пластмасово фолио в предградието Нанкин, Китай и потенциалния риск за човешкото здраве. Environ Sci Pollut Res 22:12018-12028. https://doi.org/10. 1007/s11356-015-4401-2
Martinez-Fernandez J, Esteve MA (2005) Критичен поглед към дебата за опустиняването в Югоизточна Испания. Land Degrad Dev 16:529539. https://doi.org/10.1002/ldr.707
Mueller ND, Gerber JS, Johnston M, Ray DK, Ramankutty N, Foley JA (2012) Преодоляване на пропуските в добива чрез управление на хранителни вещества и вода. Nature 490:254-257. https://doi.org/10.1038/nature11420
Romero P, Martinez-Cutillas A (2012) Ефектите от частичното напояване на кореновата зона и регулираното дефицитно напояване върху вегетативното и репродуктивното развитие на отглежданите на полето лозя Monastrell. Irrig Sci 30:377-396. https://doi.org/10.1007/s00271-012-0347-z
Schmidt U, Schuch I, Dannehl D, Rocksch T, Salazar-Moreno R, Rojano-Aguilar A, Lopez-Cruz IL (2012) Затворена слънчева парникова технология и оценка на събирането на енергия при летни условия. Acta Hortic 932:433-440. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2015.1107.21
Seeberg V, Luo S (2018) Мигриране към града в северозападен Китай: млади селски жени"s овластяване. J Human Dev Capab 19: 289-307. https://doi.org/10.1080/19452829.2018.1430752
Song WJ, He CX, Yu XC, Zhang ZB, Li YS, Yan Y (2013) Промени в свойствата на органичния почвен субстрат с различни години на отглеждане и техните ефекти върху растежа на краставици в слънчева оранжерия. Chin J Appl Ecol 24:2857-2862
Sun Z, Huang W, Li T, Tong X, Bai Y, Ma J (2013) Светлинни и температурни характеристики на енергоспестяваща слънчева оранжерия, сглобена с цветна плоча. Trans Chinese Soc Agr Eng 29:159-167. https://doi.org/10. 3969/j.issn.1002-6819.2013.19.020
Tiwari S, TiwariGN, Al-Helal IM (2016) Развитие и скорошни тенденции в парниковите сушилни: изглед. Renew Sustain Energy Rev 65:10481064. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.07.070
Tong G, Christopher DM, Li T, Wang T (2013) Използване на пасивна слънчева енергия: преглед на избора на параметър за изграждане на напречно сечение за китайски слънчеви оранжерии. Renew Sustain Energy Rev 26: 540-548. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.06.026
Wang HX, Xu HB (2016) Изследване на надеждността на интернет система за наблюдение на обекти на фасилити земеделие. Key Eng Mater 693:14861491 https://doi.org/scientific.net/KEM.693.1486
Wang F, Du T, Qiu R, Dong P (2010) Ефекти от дефицитно напояване върху добива и ефективността на използването на вода от домати в слънчеви оранжерии. Trans Chinese Soc Agr Eng 26:46-52. https://doi.org/10.3969Zj.issn. 1002-6819.2010.09.008
Wang Y, Xu H, Wu X, Zhu Y, Gu B, Niu X, Liu A, Peng C, Ge Y, Chang J (2011) Количествено определяне на нетния въглероден поток от отглеждане на зеленчуци в пластмасови парници: анализ на пълен въглероден цикъл. Environ Pollut 159:1427-1434. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2010.12.031
Wang Y, Liu F, Jensen CR (2012) Сравнителни ефекти от дефицитно напояване и алтернативно частично напояване на кореновата зона върху рН на ксилема, ABA и йонни концентрации в домати. J Exp Bot 63:1907-1917. https:// doi.org/10.1093/jxb/err370
Wang J, Li S, Guo S, Ma C, Wang J, Jin S (2014) Симулация и оптимизация на слънчеви оранжерии в провинция Северен Дзянсу в Китай. Енергийни сгради 78:143-152. https://doi.org/10.1016/j. enbuild.2014.04.006
Wang J, Chen G, Christie P, Zhang M, Luo Y, Teng Y (2015) Възникване и оценка на риска от фталатни естери (PAE) в зеленчуци и почви на крайградски оранжерии от пластмасово фолио. Sci Total Environ 523: 129-137. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.02.101
Wang T, Wu G, Chen J, Cui P, Chen Z, Yan Y, Zhang Y, Li M, Niu D, Li B, Chen H (2017) Интегриране на слънчевата технология към съвременната оранжерия в Китай: текущо състояние, предизвикателства и перспектива. Renew Sustain Energy Rev 70:1178-1188. https://doi.org/10.1016/j.rser. 2016.12.020
Wu X, Ge Y, Wang Y, Liu D, Gu B, Ren Y, Yang G, Peng C, Cheng J, Chang J (2015) Промени в селскостопанския въглероден поток, предизвикани от интензивно отглеждане на пластмасови парници в пет климатични региона на Китай. J Clean Prod 95:265-272. https://doi.org/10.1016/jjclepro.2015.02.083
Xie J, Yu J, Chen B, Feng Z, Li J, Zhao C, Lyu J, Hu L, Gan Y, Siddique KHM (2017) Системи за култивиране на съоръжения "®Ж^Ф" – китайски модел за планетата. Adv Agron 145:1-42. https://doi.org/10. 1016/bs.agron.2017.05.005
Xu H, Wang X, Xiao G (2000) Интегрирано проучване за дистанционно наблюдение и ГИС върху урбанизацията с нейното въздействие върху обработваемите земи: град Fuqing, провинция Fujian, Китай. Land Degrad Dev 11:301-314. https://doi.org/10. 1002/1099-145X(200007/08)11:4<301::AID-LDR392>3.0.CO;2-N
Xu H, Zhao L, Tong G, Cui Y, Li T (2013) Вариации на микроклимата с конфигурации на стени за китайски слънчеви оранжерии. Appl Mech Mater 291294:931-937 https://doi.org/scientific.net/AMM.291-294.931
Xu J, Li Y, Wang RZ, Liu W (2014) Изследване на ефективността на слънчева отоплителна система с подземно сезонно съхранение на енергия за приложение в оранжерии. Енергия 67:63-73. https://doi.org/10.1016/j. енергия.2014.01.049
Yang H, Du T, Qiu R, Chen J, Wang F, Li Y, Wang C, Gao L, Kang S (2017) Подобрена ефективност на използването на вода и качество на плодовете на оранжерийни култури при регулирано дефицитно напояване в Северозападен Китай. Agric Water Manag 179:193-204. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2016.05.029
Ye J (2018) Stayers in China"s "издълбан" села: контраразказ за масовото селско-градска миграция. Popul Space Place 24:e2128. https://doi.org/10.1002/psp.2128
Yuan H, Wang H, Pang S, Li L, Sigrimis N (2013) Проектиране и експеримент на затворена културна система за слънчева оранжерия. Trans Chin Soc Agric Eng 29:159-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819.2013.21.020
Zhang J (2007) Бариери пред водните пазари в басейна на река Heihe в Северозападен Китай. Agric Water Manag 87:32-40. https://doi.org/ 10.1016/j.agwat.2006.05.020
Zhang Y, Zou Z, Li J (2014) Експеримент за ефективност на осветление и съхранение на топлина в слънчева оранжерия с наклонен покрив. Trans Chinese Soc Agr Eng 30:129-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819. 2014.01.017
Zhang Y, Wang P, Wang L, Sun G, Zhao J, Zhang H, Du N (2015) Влиянието на селскостопанското производство върху разпределението на фталатните естери в черните почви на Североизточен Китай. Sci Total Environ 506-507: 118-125. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.10.075
Zhang W, Cao G, Li X, Zhang H, Wang C, Liu Q, Chen X, Cui Z, Shen J, Jiang R, Mi G, Miao Y, Zhang F, Dou Z (2016) Премахване на пропуските в доходността в Китай от овластяване на дребните фермери. Nature 537:671-674. https://doi.org/10.1038/nature19368
Zhang J, Wang J, Guo S, Wei B, He X, Sun J, Shu S (2017) Проучване на характеристиките на топлопреминаване на стена от сламени блокове в слънчева оранжерия. Енергийни сгради 139:91-100. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.12.061
Zhou S, Zhang Y, Yang Q, Cheng R, Fang H, Ke X, Lu W, Zhou B (2016) Ефективност на модул за активно съхранение и освобождаване на топлина, подпомаган с термопомпа в нов тип китайска слънчева оранжерия. Appl Eng Agric 32:641-650. https://doi.org/10.13031/aea.32.11514