顶天立地集成创新 系统理论服务“三农”

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顶天立地集成创新 系统理论服务“三农”——南昌大学贾仁安团队在规模养殖污染处理方面取得系列成果
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作者:张双虎　　　发表时间:2010-09-14　　　摘自:科学时报

　　近年来，我国生猪规模养殖由大中城市近郊向南方农区转移，规模养殖也成为江西农民增收的一条重要途径。但是，规模养殖所产生的废弃物却带来了农业生态环境污染等问题，一些地方因沼液不能充分利用还造成了二次污染。
　　在国家自然科学基金支持下，南昌大学教授、南昌大学系统工程研究所所长贾仁安团队从中部地区经济社会管理复杂系统发展中，提出亟待解决的科学问题，用前沿理论研究成果指导实践，以能否妥善解决实际问题来检验、提升理论成果，实现了理论与应用创新，推动了中部农村经济社会发展。
　　兰坡村的“转换桥”
　　香港的汽车靠左行驶，内地的汽车靠右行驶，如果简单地把这两个不同运行规则的交通系统连接成一个大系统，必然会撞车。因此，深圳皇岗建了这样的一座桥，靠左行驶的香港来车经过它，自动导入靠右的道路进入内地；靠右行驶的内地来车经过它，自动进入香港道路的左边。这种处理问题的方法称为“转换桥”方法。
　　转换桥的提出为处理对立问题提供了理论依据和可操作的技术。正是在这一理论指导下，贾仁安团队成功解决了江西省兰坡村生猪规模养殖和环境污染的棘手问题。
　　江西省萍乡市湘东区排上镇农民彭玉权是一位勤劳致富的农村能人的典型。
　　1992年，彭玉权开始在排上镇兰坡村进行生猪养殖，从当年的7头小猪到2005年出栏生猪3000头。一般年景，每出栏一头生猪可以有200到300元的纯收入。在兰坡村，生猪养殖收入占农民全部收入的90%以上，是兰坡村农民收入的主体。
　　资料显示，生猪养殖不仅在兰坡村是农民增收的主体，在江西省广大农村，也是许多农民增收的主要途径之一。江西省委在讨论解决“三农”问题时，曾提出“希望在畜”的口号。
　　生猪养殖和地方ZF推动的沼气工程为当地农民带来了经济效益，但环境污染问题也随之而来。
　　“规模养殖必然会大量集中排放养殖废弃物，其造成的污染严重危害着农业生态环境。ZF投入很多经费修建的农村沼气工程虽然抑制了猪粪尿等养殖废弃物污染，可沼液、沼气不能充分利用，又造成了二次污染。”贾仁安说，“如何顶天立地，将管理科学和系统工程研究的基础理论与养殖业实践结合起来，在规模养殖区域建立低碳生态经济区，发展经济改善环境是我们一直要解决的问题。”
　　调查发现，当地通过将养殖废弃物转化成沼气，无偿供给农户使用，沼液通过水沟灌溉稻田。但由于生猪养殖规模大，过量沼液进入稻田，造成水稻生长的“青苗”减产。同时多余沼液排入河道，导致对下游水域、土地及环境的污染，出现了农民增收和粮食安全、环境保护的对立问题，而兰坡村的问题在江西省也具有普遍性。
　　经过对兰坡村问题的系统分析，研究人员发现，兰坡村的问题可以分解为两个更小和更具体的对立问题：一是沼液和灌溉用水共用一条渠道，形成了用水和用肥之间的对立问题；二是水稻种植和其他更有效吸收沼液作物种植之间的对立问题。
　　研究人员分别修建了水道和沼液道，让灌溉用水和沼液“各行其道”的思路，并指导农民在每年4月到10月种植水稻，11月到第二年3月种植蔬菜。这一思路不但解决了多余沼液的问题，还开发了冬季闲田。这一工程被称作兰坡村“猪——沼——粮”循环经济生态系统，有效解决了环境、粮食安全和农民增收的问题。
　　井冈山上的研究基地
　　从2000年获得国家自然科学基金专项项目至今，贾仁安已承担了5项应用基础研究方面的国家自然科学基金项目。他带领的研究团队创建了国家自然科学基金理论研究与基地建设结合的顶天立地研究模式。
　　2002年，为更好地将管理科学和系统工程理论与规模养殖业实际结合起来，贾仁安团队在井冈山西部萍乡市湘东区排上镇创立了“南昌大学生态能源系统工程科研教学基地”，和当地养殖企业共同讨论建立生态农业的对策。
　　以基地为依托，该团队不断深入实地和农户交流新信息、调查新情况、解决新问题。调查中，他们发现高塘乡有户用沼气池300余口，由于外出务工农民的人数不断增多，农村家庭劳力吃紧而没有养猪，缺少沼气池原料，沼气池及管路故障维修和配件供应及技术跟不上。同时，该乡有规模养殖户5户，规模养殖专业户为沼气工程储存了大量的猪粪、尿沼气原料未能充分开发。
　　针对以上问题，研究人员以系统科学、系统动力学、农学、农业系统工程、农业环保工程等多学科理论作指导，通过明确养殖企业、农户、ZF、高校的利益和责任，并成立专业合作社促进执行四方责任制的管理；实施养殖场至户用沼气池粪生物质资源定向转移技术；实施户用沼气池沼液开发六项养、种反馈生物链工程技术；构建了养殖场到户生物质资源转移的能源和食品农产品供应链系统。
　　“应用基础研究性国家自然科学基金项目理论研究与基地建设结合是实现顶天立地的好模式。此研究模式使理论研究更有前沿性、针对性，也有利于实现理论创新。如果不采用这种顶天立地的研究模式，不可能同时实现理论创新又促进经济社会发展，我们的研究成果也不可能获ZF高度重视，在全省推广。”贾仁安说。
　　小项目撬动大效益
　　2008年，贾仁安申请的“江西农村规模养殖能源生态系统管理对策反馈仿真研究”再次得到了国家自然科学基金的资助。该项目旨在建立江西规模养殖生态能源复杂系统发展反馈分析模型，建立管理对策，并在江西11个地市进行实施对策研究。
　　据介绍，规模养殖生态能源系统是由养殖、沼气工程、种植、环境治理、科技管理等14个子系统构成的复杂系统，该项目用系统动力学反馈动态复杂性分析理论流率基本入树建模法、枝向量行列式反馈环算法、顶点赋权图法、仿真基模法，与对策论、图论、多目标优化理论相结合，进行此复杂系统生态平衡发展反馈分析，及系统发展管理对策提出和仿真预测检验反馈模型、仿真基模、方程研究，建立江西规模养殖生态能源复杂系统发展反馈分析模型。
　　“我们还在反馈分析模型的基础上建立管理对策，并在江西省11个地市进行实施对策研究。形成此复杂系统实现生态平衡的管理对策，为系统发展提供理论和应用成果，此方法具普遍性和重要意义。”贾仁安说。
　　2008年，贾仁安团队又经深入调查、反复思考，将国家自然科学基金与江西省设立的辅助课题研究紧密结合，在国家鄱阳湖生态经济区，从北至南建立3个规模养、种低碳生态能源经济推广示范基地。与此同时，他们的“丘陵地区规模养种生态能源系统工程研究与应用”获萍乡市科技进步奖一等奖，江西省科技进步奖二等奖。其创建了新的沼液分流三级延迟过滤自然流好氧处理储存工程，沼液污染被治理，获循环方法理论发明及应用2项专利，6个系统反馈动态复杂性分析新理论方法。
　　因为有了扎实的研究基础，该团队顺利取得了江西省科技厅设立的辅助课题——“规模化猪场畜牧污染控制及循环利用集成与实施”，获得了100万元的项目研究经费。
　　“农村规模养殖能源生态系统是一个复杂的信息反馈系统，其中还有很多问题亟待研究，我们也会继续努力，不断实现理论创新，为农业、农村、农民发展贡献一点力量。”贾仁安说。

链接地址:http://www.nsfc.gov.cn/Portal0/InfoModule_523/30863.htm

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关键词：顶天立地 系统理论 国家自然科学基金 鄱阳湖生态经济区 自然科学基金 南昌大学 系统理论 系统工程 环境污染 规模养殖

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