CN104969907A

CN104969907A - 一种循环农业系统及实施方法

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Publication number: CN104969907A
Application number: CN201410138081.1A
Authority: CN
Inventors: 张懋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-10-14

Abstract

本发明涉及一种循环农业系统及实施方法，它利用多种昆虫小动物高效循环不同生物废料的特点，建立昆虫饲养工厂；再用昆虫小动物的蛋白体和虫粪渣有机肥，分别作动物工厂的蛋白饲料和植物工厂的有机肥料，以高产各类高附加值动植物产品。由于采用现代先进农业技术和设施，通常均选珍稀品种实行立体培育，使这类工厂的单产达到常规农业的百倍以上，再由这三类工厂的产品可以开发出种类繁多的系列下游产业链群。从而保证最佳的经济效益。此三类工厂连同其下游产业链用房和农民住房可全部设置在高层大楼内。这样的楼群可组成一个高聚集度的生产经营居住和农工商一体社区，连同大楼外农田的新产业和景观设计，成就了一个新型集约化城镇。

Description

一种循环农业系统及实施方法

技术领域：

利用现代生物工程方法发展循环农业产业的方法，具体涉及用昆虫等小动物循环生物废料，以昆虫为主饲料和最终虫粪渣为有机肥料，培育各类动植物，并开发下游产业链。

背景技术：

人类太空旅行至今仍局限在近地轨道，而食品的供应均全部来自地球。然而今后人类将要越飞越远。人类要去较远的星球进行深空探测(例如要飞数年数十年以上)或去其他星球移民，这些中长期的载人航天计划中，生命保障技术是关键，其中解决对宇航员和星球移民的食品供应更是关键中的关键。而美国计划中的火星旅行，需3年时间，由地球上发射运输的成本已达到每公斤2.18万美元。即使目前在近地轨道飞行的空间站，也会出现食品短缺的时候，而由航天飞机运至空间站每公斤的成本也要1.04万美元。按美国计划的载8人的3年火星之旅，这里仅食物一项为12吨，其发射的成本为2.5亿美元。加上同样重的生活废料需要携带和处理。发射火箭的携带量要多大!现在的空间站除了定期要由飞船供应食品、水和其他生活和工作必需品外，由于废料垃圾不能任意丢入太空，只能打包储存运回地球，这些废料垃圾在空间站大量成年堆积。这些废料垃圾主要都是人的粪便，呕吐物，食物残渣，塑料包装材料等。处理它们一直是载人太空飞行中的头疼问题。

由于这类食品供应的巨大体积重量和昂贵的成本，对远距离深空探测旅行，即使要在距地球最近的月球和火星建立住人的基地，从地球供应食品已变成不可能。所以以美国为首的国家，从70年代开始研究开发一个闭环循环的生物再生生命保障系统(简称闭环生保系统)，其英文名为Bioregenerative Life Support System(缩写为BLSS)，其中主要的部分是在太空的飞船，空间站或星球移民生活的封闭环境中实现食品、水、空气的再生循环使用，即利用人类和生物产生的废物经处理后能重新循环，再产生食品、空气和水，从而可实现人类在太空长期生活，不必再靠地球供给。

最近30年，美国，欧洲，俄罗斯，日本和中国都对上述BLSS进行了大量研究。现在水和空气的再循环已基本获得解决，加上最近在月球和火星上发现极可能有大量冰冻水的存在，果真如此，则水与氧气的供应更无问题。目前最难的是食品的再循环，其中最棘手的是人类粪便和大量生物废料的再利用。NASA、有关大学和其他机构的研究人员研究了从人的粪便中回收有用物质的技术。然而至今仍无人知道怎样才能直接将人体粪便转化成不大可口但有营养的食物。目前美国所研究的环闭生保系统，宇航员的食物还是靠种植作物和其他蔬菜中取得。人体粪便主要只用作植物的肥料和燃烧后产生CO₂供植物呼吸用。种植植物所需周期长，空间大，还需光合作用的能源，产品主要是碳水化合物，其能量低，它无法满足人体的全面营养需要。NASA最近几年公布的有关先进生保系统的研究招标课题中，一直把太空人居住环境中粪便和其他固体生物废料的再循环生产食品的课题列为首位，可见解决此一问题的迫切性。然而至今NASA所追求的环闭生保系统还远未实现。现在世界各大国都争相计划在2030年前后建立月球基地，继而向火星进军。这里显而易见的是，若在这剩余的20年内仍无法解决上述食品再循环生产的难题，就不可能实现在月球和火星上建立移民基地的。

本人以前申请的发明专利“迷你太空农场”(中国专利申请号：200910046463.0；美国专利号：US6938574B2；美国专利公开号：US-2003-0233982-A1.国际专利申请号：PCT／US09／6198)，其原理是把太空人类和动物的粪便及太空动植物的不可食用部份，其他所有生物废料等，混合作家蝇蝇蛆，黄粉虫，大麦虫，水蚯蚓，水蚤和蚯蚓等六种昆虫小动物的饲料，它们各有特定的食用各类生物废料的特点，从而能高效地实现变全部粪便和上述生物废料为高蛋白高营养的小动物生物体，以这些小动物生物体和太空作物的不可食用部分，作为食用动物的饲料，用以饲养水生动物，禽类，两栖类；以这些动物的肉类及其蛋类在空间供人类食用。再结合植物种植系统(包括食用藻类和水生陆生植物)的各种技术，可同时实现多样植物性食物的生产供应。这样就可完善高效地实现全部生物废料的再循环，在太空环境中生产出人类必须的营养齐备和多品种可口的荤素食品，从而可圆满地实现美国宇航局提出的闭环生保系统对废料再循环和食品再生的要求。作为未来迷你太空实验农场的模型分两种，一种为适合飞船和空间站微重力环境的舱室型模型；另一种为在月球火星等星球表面的小重力环境，供移民居住的温室型模型。

＊舱室型需根据舱室大小和人数而定。6人模型按本项目的设计，在太空中全部实用舱室约需4立方米空间容积和500公斤重，其中70％是水体，主要用作培养水生动植物。由于所有生物废料都就地取自太空人类生活环境，由地面带去的主要部分是水及全部可以折叠的生物培养容器和生物种源，和简单的实验和操作的设备，所以体积会很小。在完成地面设计和试验后，可先在空间站进行试用，再移植至飞船上。

*温室型模型：可设计一个约300平方米面积的温室，其面积为美国生物圈2号的1／50。

在太空人类生活环境中，由于受生活空间小，发射重量限制，资源缺乏，生物废料种类和适于生存的物种数量均很少这五大因素的限制，只能追求“迷你型”的太空农场，才能在太空环境中做到实用。所以在该“迷你太空农场”设计中，必须追求最小的农场空间尺度和发射重量；最少的资源利用，包括水，氧气，能量等；有限的太空人和少量动植物物种产生的生物废料；动植物物种也仅20种左右。它追求的目标只能是解决人类在太空环境中食品的自给自足。

发明内容：

我们将“迷你太空农场”的原理应用于地面开发，结合现代农业技术和设施，建立三类生物工厂：昆虫工厂，动物工厂和植物工厂(参阅图1)。其中昆虫工厂是本项目的关键，它利用家蝇蝇蛆，黄粉虫，大麦虫，水蚯蚓，水蚤，蚯蚓，蜗牛等七种昆虫小动物嗜食人类动物粪便和不同生物废料的特点，建立昆虫饲养工厂，利用不同昆虫，高效反复循环全部生物废料(见图2)，并高产虫蛋白体和虫粪渣有机肥，分别作为动物工厂的蛋白饲料，植物工厂的有机肥料和人类食物，饲料和肥料可以高产各类高附加值动植物产品。通常均选珍稀高附加值的品种实行立体培育，以提高经济效益。由于采用现代先进农业技术和设施，使这类工厂可以成年全天候连续生产，单产可达到常规农业的百倍以上。再由这三类工厂的产品可以开发出系列下游产业，形成一个产业链群。有关三类工厂和下游产业链用房和农民住房全部设置在同一建筑大楼不同层次。形成一个高聚集度的生产经营居住综合大楼，这样集约型的大楼群为新型城镇化提供一个可持续发展的模式。

一，三类工厂介绍，地面上建设三类工厂就不受上述太空人类生活环境中受五大因素的限制：

1，这种工厂型的农场不受任何空间和重量的限制，可以建立各类动植物的培育和加工工厂和下游开发产业；

2，资源的利用，包括水，氧气，能量，生物废料，土地等使用均不受限制，然而在本项目中，同样注重资源的循环利用和节约；

3，作为生物废料的种类和来源十分宽广，包括农场畜禽粪便和人类粪便，各类下脚料，如屠宰场，饭店食堂，食品厂(酒糟，豆渣等)，作物加工厂(麦麸，米糠，玉米皮等)，中药厂药渣，生活垃圾分类后的有机成分，各种无毒植物的瓜果菜皮秸秆叶壳皮根等。

4，作为三类工厂可选的动植物物种十分宽广(见图1)：

昆虫工厂中，现在我们选用七种昆虫小动物(家蝇蝇蛆，黄粉虫，大麦虫，水蚯蚓，水蚤，蚯蚓和蜗牛)，以后有其他转化生物废料的合适物种均可引入；这些小动物都属于无脊椎动物的蠕虫，它们都有转化生物废料的功能，故我们又称之为转化动物。

为方便起见，我们在本申请中总称这些昆虫等小动物组成的工厂为昆虫工厂。这些小动物中，除了蜗牛和黄粉虫，大麦虫的蛹(都是裸蛹)可直接供人类食用外，它们都能作为动物工厂饲养动物的蛋白饲料。

动物工厂中，包括陆生动物(哺乳类，禽鸟类，宠物类，药用类)；

水生动物：(鱼类，虾类，蟹类，贝壳类，螺类，药用类，观赏类)；

两栖爬行动物(龟鳖类，蛙类，鲵类等)；

它们都是杂食性动物，其主饲料为昆虫小动物，其它辅助饲料为植物的下脚料。这些动物除作为人类食品外，有的作为观赏，宠物，娱乐，药用等；其产生的粪便和有机废料可作昆虫工厂的饲料，产生的二氧化碳可作植物工厂的植物生长所需；水生动物养殖池中的水与水生植物培育池中的水通过循环，前者水体所含的二氧化碳，含氮磷钾等元素及其他有机成分和后者水体所含的氧气和有机成分可以互相交换净化，又充分循环利用。

植物工厂中，利用昆虫工厂产生的虫粪渣有机肥，种植各种植物，包括作物类，蔬菜类，瓜果类，菌藻类，花卉类，观赏类，保健药用类等。这些植物除作为人类食品外，有的作为观赏，药用等；其产生的植物残渣可作昆虫工厂动物工厂的饲料，产生的氧气可作人类和饲养动物呼吸所用；

每类动植物可供选择的物种十分多。通常为提高经济效益，我们的动植物工厂中，选择体型小附加价值高并适于室内温室全年立体培育的动植物物种。对于大型动植物和需要较大水深养殖的水生动植物，在气候条件允许的条件下，均可以在自然条件下露天培育。

为举例说明三类工厂的结构功能，这里昆虫工厂培育七种昆虫小动物(这里蝇蛆，黄粉虫，大麦虫，蚯蚓和蜗牛为陆生的，均在地面车间内培育；水蚯蚓，水蚤为水生的，它们将培育在水生动物和植物工厂间的小水循环池中，它被设在养鱼池的远端)；

动物工厂以培育陆生动物鹌鹑和水生动物鱼类为例；

植物工厂以培育陆生植物玛咖和水生植物藻类葛仙米为例。

二，三类工厂的共同特点：

1，建筑结构功能和尺度(参阅图3)：

为节地，节水，节能目的，同时实现新农村集约化的生产管理生活区，该系统将三类工厂，其下游产业链和农民生活区全部设在一个高层大楼内，规模大的是个连栋高层大楼群。这里的重点是描述三类工厂，图3也仅显示这三类工厂，其他下游产业链和农民生活区全部设在昆虫工厂和屋顶植物工厂间的楼层。三类工厂的基础和关键是昆虫工厂，故需要重点描述。其中动物工厂所养的陆生动物(这里以立体架养鹌鹑为例)和水生动物(这里以水池养鱼为例)都是成熟的技术，所以只简单描述。植物工厂培育的陆生植物(这里以立体雾培玛咖为例)和水生植物(这里以大水池培育藻类葛仙米为例)都涉及创新技术和珍稀品种，葛仙米的大水池规模化培育技术已有专利授权，不再详述，但对立体雾培玛咖需重点描述。

工厂的建筑结构为封闭温室型的。植物工厂需要光，所以均为玻璃房，设在整个建筑大楼的顶部和周围四壁；培育水生植物(如葛仙米)和水生动物(如养鱼)水池均布置在整个建筑的地面下，地面上几层分别立体培育陆生植物(如玛咖)和陆生动物(如鹌鹑)。

工厂的面积根据规模，可大可小。为便于说明这里三类工厂的厂房均统一以长X宽X高＝50X15X6的尺度为一单元。其中长度44米长度是用于生产培育的厂房(面积为1亩)，另外六米长度是作为办公和生产准备的厂房。对于植物工厂需要光合作用，屋顶和四壁需用玻璃或透明塑料等透光材料，地板和培育水池四壁和底部全部用白色瓷砖反光，以充分利用自然光源。不足的光源需要用LED灯或荧光灯补充光源。屋顶上部设滑动的遮阴网，在高温时可以遮阳光降温；玻璃的屋顶和四壁设计有收集雨水至地下储水池的功能，雨水可供住民和动植物所用。对于昆虫工厂，由于昆虫小动物都是怕光照的，动物厂房也不需光合作用，所以四壁外面同样可以设置玻璃暖房培育植物。除了养蝇蛆和养鹌鹑的车间是密封的，前者为防止苍蝇外逃和臭气外溢，后者为防止疫病传染和臭气外溢。其他所有车间，生产经营和居民住房在四壁的玻璃暖房上开有对外的通风窗口。在立体培育的陆生动植物车间内，在地面多层培育架的中间设置滑动座椅轨道，以便于人员坐在可垂直升降的高架座椅上，沿滑动轨道在水平方向移动，对各层立体生产线进行全方位检查和操作。

同时，为了节地节能节水和管理，生产，生活的方便，并提高经济效益，有关三类工厂产品下游产业链的生产，加工，经营，开发等用房和社区居民(农民)住房和集体活动住房全部设置在同一建筑大楼不同层次。形成一个高聚集度的生产经营居住中心。

以200户农民新住房一起布置在此大楼内为例，大楼的平米面积为50X30平方米，相当于前述的两个工厂的面积(两亩多)。每户农民新住房建筑面积为100平方米，则每层可容15户，需14层可容下200户，另加一层作居民集体活动场所。如整个大楼30层，另外15层可用作三类工厂，各下游产业的生产加工和经营所用。

这样形式的高聚集度的生产经营居住大楼有如下明显的优点：

*整个农村人口可以全部集中在高楼里，把可耕地全部腾出，可以规划种养大型的高附加值的水生陆生动植物，美丽的农村人文环境和新农村文化娱乐设施等；

*该综合大楼的单位面积的经济效益将是现在农村大田农业的数千倍，入股农民将很快实现普遍富裕，所有的养老，医保，教育，住房等社会问题都会因此得到解决；

*农民在这样高聚集度的居住生产经营中心，能获得现代技术和信息的熏陶和培训，人人都能从事有技术的工作，也摆脱了劳苦的大田作业和外出打工，也没有留守儿童和老人，真正改变农村的贫困落后状态，创造稳定和谐幸福的农村社会；大部分农民居住和工作在同一楼内，工作生活方便和高效率，家庭能常年团聚，使外出的交通拥挤和春运问题也能迎刃而解；

*全部的生产资源的源头都是大楼内外的生物废料，这些生物废料的全部彻底循环，变废为宝，成为巨大的财富源。由此循环农业能实现无化肥，无农药，零排放，低碳绿色，使生产加工的食品安全能得到保障；

*三类工厂的动植物可选择的物种十分宽广，可以因地制宜选择或引进，在各种新技术的开发下，各地都可生产新颖特色的五花八门的高附加值产品和下游产品，不易形成类同产品的竞争场面。加上生物废料的资源取之不竭，所以能保证该系统生产的可持续性和市场的竞争力；

*由于三类工厂的生产周期短，全年连续生产，产品收获快。大楼的建设可以由所有入股农民联合社会投资来建设；随着技术的成熟，投资成本会很快降低，回收的周期也会大大缩短，所以个体农民能靠集体的力量办成此事，投资风险小；

*在整个大楼的屋顶和四围全部建立玻璃暖房，充分利用太阳光能作为植物光合作用源；并依此玻璃暖房收集雨水供居民和动植物使用；水生动植物水池中的水循环利用；植物工厂采用的雾培方法，不但使植物工厂建在屋顶成为可能，而且其耗水量只是常规大田农业的5％左右；大楼内的粪便和有机垃圾能就地处理，由于采用干式马桶，免除了大楼的粪便排污管路和储存处理设施，也节约了大量的用水；三类工厂之间的生物废料的循环利用；社会上的大量生物废料，更是取之不竭的变废为宝的生产资源；

*由于我们的植物工厂全部采用温室气雾培技术，其特点是用气雾的无土栽培，用水量很少，靠管道内的雾培而不是靠水栽培，没有漏水问题。整个雾培设施很轻，所以特别适合建在光照最好的屋顶和围墙四壁。养鱼和养藻的水池设于建在地下，而昆虫工厂和动物工厂不需光照，所以可以建在地面室内。由此，它们可以建在同一屋檐下(见图3)，为了充分利用光照和空间，我们在厂房的四壁，全部设置玻璃暖房，以增加植物的产量；而养鱼和养藻的水池也可在地面以下延伸玻璃暖房，以增加光照面积。这样整个工厂在同一屋檐下的多层温室布局，水池的大容量水体能调节室内水温。从而能达到明显的节能，节地；整个工厂内的生物废料的多层次反复循环，氧气和二氧化碳的循环，养鱼和养藻水池间的水循环生物处理，三类工厂中不用任何农药化肥和其他任何激素等，达到绿色，低碳减排，节水，环境零污染。最重要的是这样的多层工厂设计，能使单产达到常规农业的数百倍，真正实现现代农业的经济高效益。

*具备该系统的综合大楼群，真正能实现农村土地，资金，技术，生产，经营，管理，居住的集约化，使农民能够组织起来，有能力利用现代生产和销售技术，开发新产品和开拓国内外市场，从而彻底改变了农村社会结构，能使产业、人口、土地、社会、农村五位一体，达到集约、智能、绿色、低碳的新型城镇化标准。

2，昆虫工厂喂饲昆虫的饲料都是生物废料：

包括农场畜禽粪便和人类粪便，各类下脚料，如屠宰场，饭店食堂，食品厂(酒糟，豆渣等)，作物(麦麸，米糠，玉米皮等)，中药厂药渣等，生活垃圾分类后的有机成分，各种无毒植物的瓜果菜皮秸秆叶壳皮根等，另外一部分来自动物工厂的粪便和植物工厂的下脚料再循环，所有这些生物废料被转化成昆虫蛋白饲料和最终的有机肥料，它们分别成为动物工厂中动物蛋白饲料和植物工厂中植物的有机肥料，从而实现生物废料的全部循环；

动物工厂的饲料几乎全部来自昆虫工厂等饲养的昆虫小动物(活体或加工的饲料)和植物工厂产出的植物下脚料；

植物工厂的有机肥料全部来自昆虫工厂最终的粪便残渣的浸出液。

经过这三类工厂的生产过程，实现了生物废料的全部循环和有害物质的零排放。

3，利用现代农业物联网技术实现对工厂培育参数的自动监控：

对影响生物生长发育的关键参数(例如温度，湿度，光照，CO₂，O₂浓度，营养液导电率EC，酸碱度值PH)，用现代农业物联网技术，在生产现场布设各类传感器，通过电脑，软件，互联网和手机，对生产现场进行实时远程精准监控。目前国内市场上已有很多农业物联网专业公司，可以根据客户的要求，直接提供现成的物联网交钥匙工程。因此避免了昂贵的研发成本。本项目的三类工厂，需要监控的参数都是常规的，布设的传感器数量较少，需要传递的数据量不是太大，相对的物联网技术的投资成本也不高，而对我们三类高产高效益工厂，采用此一新技术从科学性可行性和经济性考虑无疑都是合宜的。

4，应用现代先进技术培育生物：

包括选育高产品种(培育和引进废料转化率高的昆虫小动物，引进和培育高产珍稀动植物物种，植物的非试管快繁培育技术，雾培技术，动物的试管培育和动植物的杂交技术等)，动植物的高产培育方法和安全的高产技术(包括免疫，免虫害，防病，防污染等)；

5，除了体型巨大和水生的(需要水深大的)动植物，其他小型动植物全部可以实现立体培育，加上优良品种和现代培育方法的高产，室内可全年连续培育，其单产可以达到常规培育方法的数十倍甚至百倍以上；

6，昆虫工厂的生产资源全部来自生物废料，其生产蛋白饲料的速度是一般动植物的上百倍。以蝇蛆为例，其每平米的鲜重单产(1000克／天.平方米，最高可达2300克／天.平方米)是我国杂交超级水稻(10克／天.平方米)的一百倍。经4天饲养活蝇蛆的体重可增加250-300倍。如立体饲养，单产还随饲养层数而倍增。其他动植物工厂都选用珍稀高附加值的产品，这类工厂虽然开始设备投资较大，但产出周期短，价值高，全年连续高产，经济效益好，投资很快回收并有高效的经济回报。

附图说明：

图1，在人类居住环境中将全部生物废料再生食物的生态系统原理图，该系统注明人类，昆虫工厂，动物工厂，植物工厂4部分间废料，粪便，食物，饲料，CO₂，O₂，水的相互供给关系，人类开发的产业和其他三部分的种养类别。

图2，整个系统生产中食物饲料与粪便废料转化关系图，实验表明，动物人类粪便和其他生物废料可经不同昆虫多级消化循环，这样重复的转化，能实现在该系统中粪便和生物废料的全部循环转换。例如动物人类粪便和其他生物废料→蝇蛆→黄粉虫、大麦虫→蚯蚓→陆生植物；和动物人类粪便和其他生物废料→蝇蛆→黄粉虫、大麦虫→水生动物→水蚯蚓、水蚤；

图3，三类工厂建在同一大楼屋檐下的分层示意图：在屋顶植物工厂和昆虫工厂之间，还很多楼层设置所有下游产业和农村居民住房，以致形成一个高聚集度的生产经营居住大楼。

图中1，为植物工厂透明玻璃；2，雾培植物的叶片；3，分别为不同形状的雾培管路；4，植物工厂车间；5，昆虫工厂的立体饲养盒架；6，陆生动物工厂的立体饲养笼架；7，水生动植物工厂的培育池。

图4，昆虫工厂处理粪便等生物废料的工艺流程图，包括三部分：养蛆，养黄粉虫大麦虫和养蚯蚓(蜗牛与蚯蚓养在同一饲养盒内，分别养在饲养土的上方和下方)：

图5，昆虫工厂内各区分布的俯视图(包括楼下生产准备室和养虫车间)：

这里养蝇蛆车间L和它的生产准备室A1，B1，C1，D1，E1，F1，G1，H1是单独隔离饲养的，而其他六种昆虫小动物的生产准备车间是放在一起的：

I-蚯蚓和蜗牛车间；J-大麦虫车间；K-黄粉虫车间；A-虫种培育室，B-卵培育室，C-卵料拌和室，D-虫渣分离室，E-老熟虫分装，F-饲料仓库，G-热电供应控制室，H-参数监控室；L-养蝇蛆车间，A1-蝇种培育室，B1-养蝇取卵室，C1-卵料拌和室，D1-蛆渣分离室，E1-老熟蛆分装，F1-饲料仓库，G1-除臭塔，H1-参数监控室；

图6，陆生植物-玛咖雾培车间：

A-营养液室(配置和储存箱；营养液回收和消毒系统)，B-管路植株和收获操作室，

C-电热制冷装置和控制，D-超声雾化发生室和雾气输送控制系统，E-培育参数监控系统，

F-育苗室，G-LED灯配置供电系统，H-储物仓库，B1，D1-办公室。

a-a剖面图，为玛咖植株雾培管路横截面图：1-PVC管(气雾区)，2-管内气雾区，3-玛咖块根，4-玛咖气雾根，5-LED灯珠，6-LED灯罩，7-玛咖叶片；

b-b剖面图，8-来回循环气雾管路起终端，9-PVC管路回路软管连接处，10-PVG立体培育管路区，11-培育暖房的玻璃屋顶。

具体实施方式

三类工厂的介绍

第一类：昆虫工厂：

1，昆虫名称说明：饲养昆虫等小动物，这里不限于昆虫(例如蚯蚓是蠕虫，不属于昆虫)，这里为方便起见，统称为昆虫工厂。这些昆虫等小动物的功能都是转化生物废料，这里又总称转化动物。家蝇中，有专门转化粪便和屠宰场下脚料的蝇种和可以转化植物下脚料(例如麦麸，米糠，酒糟，豆渣等)的蝇种两类，它们都是人工培育的杂交蝇种。

2，昆虫概况介绍：昆虫是地球上最大的未被充分利用的生物资源。世界上已知昆虫种类达100万种以上，它相当于地球上所有动物的3／4和整个陆生动物总量的4／5。昆虫适应能力强，分布范围广。很多昆虫食用生物废料，具有极强的转化生物废料的能力，其中腐食性昆虫约占昆虫总数的17.3％。目前世界上许多国家，都把人工饲养昆虫作为解决蛋白饲料来源的主攻方向。

3，本项目昆虫工厂选择家蝇蝇蛆等七种昆虫小动物，它们均食用特定的生物废料，并有如下共同特点：

*它们是最具开发潜力的动物蛋白源。其食性杂广，饲料均是畜禽人类粪便和生物废料。例如利用蝇蛆处理畜禽人类粪便，5天即可处理完毕，除臭效果好，是传统发酵处理效率的60倍。蝇蛆本身会分泌多种强抗菌抗病毒的有效成分，只要万分之一浓度，就能将各种细菌和病毒杀灭。所以经蝇蛆处理的畜禽人类粪便残渣都是无菌的。

*它们均在高密度状态下成堆生长，很短的生长期，料虫转化率高，生物产量极高。饲养陆生昆虫的饲养盒均可叠垒在架上，实现最小空间的立体饲养。本项目前3种昆虫的单位面积生物产量是作物产量的数十甚至数百倍。

*动物人类粪便和生物废料可经不同昆虫多级消化循环，这样重复的转化，能实现在该系统中粪便和生物废料残渣的全部循环转换。

*它们都有极强的生命力，不易得病.对环境适应性强，繁殖力强和繁殖迅速；；

*生产技术成熟.操作及设备简单，易于饲养；

*都是避光喜暗的昆虫，饲养时不需要光照，节约能源；

*利用蝇蝇蛆，黄粉虫，大麦虫，蚯蚓怕光怕热怕缺氧的特点，可以分别用光照，加热，二氧化碳和喷水的方法实现虫与粪渣的分离；

*在控制温度湿度等条件下可以每天24小时每年365天连续养殖；

*它们最佳的生长温度都在20-30℃，湿度60～80％范围内，均可在同一车间内饲养。

*营养成分十分丰富，国内外的研究结果表明，它们的蛋白质含量不但高于鸡，鱼，蛋，和猪肉等高等动物的蛋白质含量，且蛋白质中氨基酸组分非常合理，接近于联合国粮农组织制定的蛋白质中氨基酸比例模式。它们的粗蛋白质含量极高，昆虫干体多在50-75％，它们含有的人体必需氨基酸含量高于大豆，且成分搭配合理。脂肪含量丰富，脂肪酸的组成合理，饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的比值低于40％，远比牛羊猪鸡肉为优。它们的矿物质、微量元素和维生素含量也十分丰富，胆固醇含量低，肉质纤维少，易吸收是优于肉蛋类的动物蛋白源。

*它们都是杂食动物(陆生，水生，两栖类)的最好饲料(活饲料或蛋白饲料)。

4，七种昆虫小动物的分别介绍：

1)，家蝇幼虫概况：蝇蛆是苍蝇的幼虫。地球上苍蝇的种类很多。基本上苍蝇都有嗜粪和化粪为高蛋白营养物质的特点。本发明中以家蝇为第一号入选的昆虫，是因为它有极强的生命力，很短的生长周期。在高密度状态下，易于饲养。它生长快，产出高。无毒性，不易得病，操作及设备简易。饲养家蝇蛆已是成熟的技术。

家蝇是全世界农业，医学，法律，食品等领域的公认试验样本。有关它的生物学和形态学等方面已进行了近一个世纪透彻的研究，研究文献不可胜数。家蝇的蝇蛆是杂食性昆虫，喜食人类和动物粪便，动物的腐败尸体和内脏，植物的果实及其残渣废料等，都有变上述废料为高蛋白营养物质的特点。它喜食粪便，特别对人粪更喜欢。蝇蛆自孵化后经4天饲养，即可增加体重约250-300倍，这是目前世界上经粪便转化为食用蛋白，最高效的途径之一。目前我们采用的是经人工杂交培育的两类家蝇：一类是食粪蝇蛆，另一类是食素(麦麸和米糠为主)的蝇蛆。前者主要嗜食人类和畜禽养殖场的动物粪便，屠宰场饭店食堂和生活垃圾中食物残渣下脚料等；后者主要为作物和食品厂下脚料，像麦麸，米糠，酒糟，豆渣，糖渣，果渣和生活垃圾中的食物残渣等。根据生物废料的不同种类，可以饲养不同品种的蝇蛆。家蝇的繁殖速度快，据测算，一对家蝇在不加控制的情况下，4个月能繁育2000亿个蛆，可积累纯蛋白600多吨。这是用任何其他方法生产动物蛋白均无法达到的。利用粪便作为资源来养蛆，高产优质蝇蛆蛋白，化废为宝，变害为利。养殖蝇蛆后的粪便。既无细菌和臭味，又是农作物的高级有机肥，它也可以作为黄粉虫的优质饲料，从而实现废料的二次循环。干蝇蛆一般含蛋白质60％左右，含脂肪10％-15％，同时含有丰富的各种氨基酸，其中必须氨基酸总量是鱼粉的2.3倍，蛋氨酸，赖氨酸分别是鱼粉的2.7倍和2.6倍，明显高于鱼粉。动物(鼠)试验证明食用蝇蛆粉能有效提高机体的抗辐射功能。实践证明，它不但可以完全替代鱼粉，而且在混合饲料中掺进适量的活体蝇蛆，喂养蟹，鱼，鳖，鳗，黄鳝，蛙类，鸟类等，生长明显加快，增产显著，效果很好。产蛋率提高17％～25％；喂鱼增产22％以上；喂猪，生长速度提高19.2％～42％，且节约20％～40％饲料。用蝇蛆作为蛋鸡的饲料，所养出的鸡，每公斤60元，鸡蛋每公斤达25元。人工饲养蝇蛆可缓解饲料短缺。大大降低饲养成本。真正做到废料的资源化，减量化，无害化，生态化。

2)，黄粉虫的概况：黄粉虫俗称面包虫，它原是一种倉库害虫。与蝇一样，它一生经历卵，幼虫，蛹和成虫4四阶段，老熟幼虫体长29-35毫米。入选它为第二号昆虫的理由如下：

(1)，它的成虫和幼虫的食性很广很杂，对饲料的要求低，几乎所有的生物废料它都能食用消化吸收，而且转化率高。自然生长情况下，它除了取食各种谷类面粉米粉麦麸薯干及其碎屑外，也取食面包饼干，羽毛，油料，干鱼干肉虫尸，鼠粪，菜叶，瓜果和一些发霉倉储物。人工饲养中，它的精饲料除了各种禾本科作物的子实及其加工副产品，如小麦，大麦，玉米，高粱，粟子，稻谷，副产品如麦麸，米糠，玉米皮等外，农作物秸秆为主的有机废弃物(麦草，稻草，玉米秸，树叶，杂草等)，经发酵作黄粉虫饲料，使虫料比达到1∶3。另外，青绿多汁饲料，包括各种菜叶，胡萝卜片，瓜果皮以及泡桐，桑树，椿树，棉花，向日葵，芝麻，玉米，油菜等树木和农作物的叶片，以及龙须菜，兔儿草等杂草的茎叶，都可以作为黄粉虫的青绿多汁饲料。

我们用饲养蝇蛆后的蝇蛆粪渣(蛆粪沙)，该蝇蛆是分别用麦麸和人粪作主饲料饲养的，用蛆粪沙再作为主饲料来饲养黄粉虫(另加白菜皮补充水分)。发现黄粉虫也喜欢虫吃蛆粪，并明显地增加体重。

黄粉虫食性广杂的特点，使它能循环蝇蛆不能食用的几乎所有的生物废料，它的饲料可为蛆粪沙，植物的全部茎叶壳根，动物的羽毛鳞骨等残渣和人类呕吐物，食物残渣，甚至包装材料中的所有有机塑料等。

(2)黄粉虫营养十分丰富，是一种高蛋白高脂肪和氨基酸含量较全面的昆虫，尤其蛋白质含量高。含有人体不能合成的8种必须氨基酸。有四种超过了FAO／WHO推荐的模式值。其必须氨基酸总量高于猪肉羊肉和大豆，接近牛肉和鱼的含量。它的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的比值接近鱼的脂肪酸。它还含有各种丰富的维生素，矿物质和微量元素。其组织的90％可作为饲料和食品，废弃物很少。蛋白含量+脂肪含量高的可达80％，可以说它是超级畜牧良种，不仅可用来饲养动物，还可用于动物蛋白生产，为人类提供健康食品。

(3)实践证明黄粉虫是优质的鲜活饵料，它已广泛应用于喂饲所有杂食性鱼类禽类鸟类水产类两栖类。它适口性好，营养全面，投喂方便。黄粉虫幼虫糜对罗非鱼具有显著的诱食作用，在饵料中加入2％的黄粉虫效果最佳。

(4)黄粉虫的虫粪(粪沙)是种植植物的优质肥料。其粪沙中粗蛋白含量达24％，另外还含有3.37％的氮，1.04％磷，1.4％钾。及锌，硼，锰，镁，铜等多种微量元素。它既是优质有机肥料，也可作粗饲料喂养禽畜。粪沙干燥，无异味，体积小，易储存和运输，沤制腐熟快，不占场地，使用方便，它的综合肥力是任何化肥和农家肥不可比拟的，它具有很高的自然气孔率和微小的团粒结构，表面涂有黄粉虫消化道分泌液形成的微膜，有助于提高土壤的氧含量。用它作植物肥料，其肥力稳定持久长效，施用后可提高土壤活性。

(5)成虫善爬行，但不会飞行。所以只要养虫箱内壁光滑，就能控制它不外逃。

(6)它生命力顽强，能耐饥耐寒耐旱，在温度较低时饥饿6个月以上也不会马上死亡。平时不需供水，只需吃些含水的菜叶瓜果皮就可满足水分要求。幼虫养殖可以2-3天喂食一次即可，它十分安静，不需特别照料，非常省心。

(7)它的繁殖能力很强，雄虫可连续与8条雌虫交配而不影响寿命和受精率。在饲料温湿度适宜时，每条雌虫平均产卵量可达580粒。此时3-7天卵可孵化，幼虫期为90-120天。蛹期为6-8天；成虫平均寿命为60天。

(8)平均每平方米90天内产量达到5公斤(它从卵孵化到成虫平均约需90天)。它成堆活动和取食，与蝇蛆一样，可养在饲养盒内。养虫盒的尺度与养蝇蛆的饲养箱尺度一样。也可饲养箱重叠垒起，实现立体饲养，所以每平方米的产量应为5N公斤(N为垒叠的箱层数)。

(9)它的蛹为裸蛹，体内没有虫粪，用它做出的食品，味道鲜，营养高。除了将它焙烤或制成油炸“虾”，可直接食用外，也可制成以黄粉虫为原料的高蛋白质食品，主要通过提取它的蛋白粉和氨基酸营养为原料加工的食品。由它提取的油富含亚油酸，食用它有明显的降血脂功能。

3)，大麦虫

大麦虫是我国最近由东南亚国家引进的新型蛋白昆虫，它与黄粉虫一样，也是拟步甲科粉甲属的昆虫，它们是同属异种昆虫，外形也相似。它的食性，生长及生殖特性，生长周期及速度都与黄粉虫都极为相似。雌虫可连续产卵600-1000余粒，直至死亡。但大麦虫体型更大，幼虫体长可达7-8厘米，老熟幼虫体宽达5-6毫米，比黄粉虫体长大2-3倍，单条虫重1.3-1.5克。其营养价值成分比黄粉虫更高。根据Finke报道，与家蝇蛆，黄粉虫幼虫，蟋蟀，蚕蛹，蜡虫幼虫等比较，大麦虫在重量，蛋白质，蛋氨酸和能量的含量均居首位。且微量元素的种类多，含量较高，是一种不可多得的蛋白源昆虫。由此可见，它的开发潜力比黄粉虫更大，其产量是黄粉虫的5倍。所以又名超级面包虫。

它也可以与蝇蛆、黄粉虫在同一舱室或房间内用同样的饲养箱重叠垒起，成年累月日夜连续不停地饲养。它从卵孵化到成虫约需90天。90天内每平方米的平均产量应该是25N公斤(N为垒叠的饲养箱层数)。由于引入时间不长，有关研究资料和数据较少。我们选择大麦虫作为第三号循环有机废料的昆虫，是看好它的开发潜力，而且引入它，会增加整个循环废料生物链的安全性。

4)，水蚯蚓：是最常见的淡水底栖动物。它的繁殖能力强，生长速度快，在繁殖高峰期，每天繁殖量为蚓种的一倍。它是雌雄同体，异体受精。在水温28-32℃繁殖最快，孵化率最高，并一年四季可以繁殖。喜生活在带泥黑暗的微流水区，吞食淤泥后又排出，这有利于改变水底环境。它的食性很广很杂，既可以吞食泥土，又可以进食腐屑，细菌，藻类和小型动物。刚孵出的幼蚓体长有0.6厘米，1-2个月就能长大成蚓。通常在引种一个月后就采收。2个月性成熟，人工繁殖的寿命约80天，体长5-6厘米。它有很强的再生能力，切断后能各自生成完整的个体。它的营养丰富，干物质中蛋白质含量高达70％以上，粗蛋白中氨基酸齐全，是各种鱼类的珍贵活饵料。本项目中引入水蚯蚓，主要是用它放在鱼类饲养池下游出口处的水流过滤小池，将鱼粪和其他生物废料作为水蚯蚓饲料，用以净化水质。

5)，水蚤：是指污水坑塘及河流中孳生的各种浮游动物，是枝角类(水蚤)和桡足类的笼统俗称。水蚤的蛋白质含有观赏鱼所必需的所有氨基酸，而且含量也远远高于其他常用饲料，是鱼类特别是幼鱼的天然优质饲料。水蚤繁殖生长的季节性特别明显，生长也极快。它也是怕光的昆虫。我们引入水蚤作为第五号循环生物废料的昆虫，是辅助水蚯蚓的净化水功能。

6)，蚯蚓：

它是一种富含蛋白质的高级动物性饲料，供特种水产品养殖所需蛋白质饲料的需求。蚯蚓为雌雄同体，但需异体交配才能繁殖。

蚯蚓喜欢栖息在温暖、潮湿、安静、黑暗、富含有机质的土壤里。蚯蚓是杂食腐食性动物，饲料来源广泛，细菌、酵母、原生动物、线虫、动植物的尸骸以及禽畜的排泄物等都可以被利用。人工饲养蚯蚓的饵料是指经过发酵腐熟、有机质已被充分分解后的易被吸收、牲畜粪便、动物残体，作物秸秆、淀粉、糖类、垃圾、青草、树皮、水果皮、菜叶堆制发酵，必须经过充分腐熟分解和料中无不良气味每立方米粪料年产蚯蚓可达40千克左右，每平方米基料可年产蚯蚓15千克。人工养殖大平二号蚯蚓是目前提供鱼用活饵料和优质蛋白质的好途径。

我们引入蚯蚓作为第六号循环生物废料的动物，是把它饲养在陆生植物种植土壤中改善土质。或用它来循环黄粉虫和大麦虫的粪便和前三种陆生昆虫来不及循环的动植物废料，再把它作为高蛋白高营养的活饲料来饲养动物。

7)蜗牛：是营养十分丰富的食用动物，特别是，近年来法国韩国等国家流行利用蜗牛粘液分泌物的护肤和修复皮肤功能，开发各类护肤产品，这是一门新兴产业。蜗牛的食性很广，各种蔬菜、水生植物、农作物茎叶甚至阔叶树的树叶均可用于饲喂。它活动能力差，所以饲养它十分方便。蜗牛雌雄同体，异体交配，雌雄均产卵。繁殖率高。立体恒温养殖蜗牛，每只蜗牛每年可产卵6～7次，每次平均可产卵200粒。体重愈大产卵愈多。特别是它可以方便地与蚯蚓混养。蜗牛一般可选用白玉蜗牛，但最好是用较耐寒的法国光亮大蜗牛，以便于与蚯蚓四季同步生长繁殖。蚯蚓应选择生长发育快、繁殖能力强、适应性广、寿命长、易驯化管理的北星二号、大平二号。它可以与蚯蚓养在同一饲养盒内采用多层次立体框架饲养，每层用尼龙网牵绷固定成托网式网床，并用不同网床的网孔目来分筛不同大小的螺。投喂时将青料洗净直接投于1～2层网床即可。这样，种螺吃剩下的小碎片会落入下面各层网床成为中、幼螺的饵料，而各层网床的蜗牛产生的粪便及食物残渣则落到蚓床，成为蚯蚓的食物。据测算：5公斤大蜗牛(约100只)每天排出的粪便约0.3公斤，加上蜗牛的食物残渣，可供0.5公斤以上的蚯蚓食用。待种螺自繁幼螺向下跌落而分布在各层网床时，蜗牛的粪便及食物残渣便基本够蚓床的蚯蚓食用了。这样，不仅减轻了投饵和清理粪便的繁琐工作，而且大大提高了饲料的利用率。蜗牛与蚯蚓的混养，能实现生物废料的深度转化，蜗牛产品可以直接成为人们的高级营养菜肴和开发新型护肤产品的原料。

5，每种昆虫循环废料的主功能：

*蝇蛆主要处理人类和陆生动物的粪便，各类下脚料，如屠宰场，饭店食堂，食品厂(酒糟，豆渣等)，作物(麦麸，米糠等)，生活垃圾等；

*黄粉虫和大麦虫能处理蝇蛆不能吃的绝大部分生物废料，包括饲养蝇蛆后剩下的蛆粪和残渣(又名蝇蛆粪沙)。还有植物的全部茎叶壳根和生活垃圾等；

*水蚯蚓和水蚤能处理水生动物的粪便，细菌，藻类和其他生物残渣，并能净化水质；

*蜗牛能处理各种蔬菜、水生植物、农作物的茎叶。

*蚯蚓处理上述昆虫和蜗牛的粪便和残渣，和黄粉虫大麦虫和蜗牛处理不完的全部生物废料和植物残渣；还能处理各种无毒发酵腐烂植物茎叶秸秆和城市生物垃圾，它也能改善陆生植物的土壤肥力和结构。

6，饲养昆虫等小动物的顺序：参阅图3的昆虫工厂处理粪便等生物废料的工艺流程。

陆生的：

第一步用陆生动物，两栖动物，人类粪便和生物废料饲养家蝇蝇蛆；

第二步用蝇蛆粪便残渣加作物下脚料(例如麦麸，菜皮等)养黄粉虫、大麦虫；

第三步用黄粉虫、大麦虫粪便残渣加植物茎叶秸秆发酵腐烂残渣混合饲养蚯蚓和蜗牛；蚯蚓能分泌出许多特殊的酶，对动植物发酵腐烂残渣有惊人的消化能力。

水生的：用水生动物的粪便饲养水蚯蚓、水蚤；它们一般设置在水生动物水池和水生植物水池间的循环水箱内饲养，用以消化水生和两栖动物粪便和生物废料，它们能生活在缺氧环境的水体里，能大量繁殖，净化被污染的水体。

7，工厂的布置结构：

参阅图5的工厂平面布置图。工厂的面积为长X宽X高＝50X15X6米。其中长度44米长度是用于生产培育的厂房(面积为1亩)，另外六米长度分楼上和楼下，作生产准备的厂房。整个昆虫工厂可设在同一厂房内。由于用粪便作蝇蛆饲料，车间臭味大，为防止臭味外泄和个别成蝇外飞，其中养蛆的车间必须与其他车间隔离密封养殖，并需设置鼓风机将车间空气循环至除臭塔除臭后排除。其他养黄粉虫，大麦虫和蚯蚓的车间也需要通风，但没有臭味，不需除臭设备，它们均可以放在同一车间养殖。水蚯蚓和水蚤需养在动物工厂的水生动物水池与植物工厂的葛仙米水池的水流循环交流区设一小池，专门清除水生动物的粪便和残渣，以净化水质。养蝇蛆的生产准备房与其他的也分开，分别设在厂房的两端。

图5中养虫车间内各区功能分布的俯视图，

A，A1区的虫种培育室，培育废料转化率高虫体单产高的虫种；

B，B1区虫的卵培育和收集室，其中只有B1区内家蝇要飞，所以需要用蝇笼养蝇取卵，与外界隔离；B1区内黄粉虫大麦虫均可在饲养盒内直接挑选体壮的成虫置于上铺饲料的产卵盘中产卵。蚯蚓可以直接在蚯蚓粪便残渣中直接培育孵化蚓茧。

C，C1区，在饲养盒中将虫卵和虫饲料拌和；

D，D1区，在饲养盒中将成虫与虫粪渣分离，并收集清洗成虫和收集残渣；

E，E1区，成虫分装(活成虫分装在隔离容器内，运至动物工厂作活饲料。或用开水或微波

F，F1区，饲料仓库；

G，G1区，G区热电供应控制室，G1区养蝇蛆车间的除臭塔；

H，H1区，饲养车间的饲养参数监控室；

I区，蚯蚓蜗牛养殖车间；J区，大麦虫养殖车间；K区，黄粉虫养殖车间；L区，蝇蛆养殖车间；

图中养虫区I，J，K，L，均设养虫架，所有虫子均放置在统一尺寸的无毒塑料盒中实行多层立体养殖，层数可以在10-20层。上述昆虫等小动物的产量，大部分将以活的饲料就地供应动物工厂作饲料，小部分多余的可以就地加工成干的蛋白饲料供储存。也可作为下游开发保健产品新产业的原料。

第二类，动物工厂：

1，动物工厂可选择的物种：

分陆生，水生，两栖爬行类(参见图1)，这里主要饲养体型较小，饲养周期短的动物，以便于立体饲养，降低成本，提高单产。从图1可见，上述三类动物各有众多物种可以选择培育。陆生动物是禽鸟类，哺乳动物，宠物，药用动物等；

两栖动物是蛙，龟和爬行类等。

对于水生动物，是鱼，虾，蟹，鳝，鳗，贝，螺等。

这里动物工厂选用的案例如下：

陆生动物选用饲养蛋用鹌鹑；

水生动物选用饲养食用鱼和观赏鱼两类，由于适用的品种较多，可以因地制宜选择。

食用鱼为：尼罗罗非鱼，尖塘鱧，鲈，鳜，短盖巨脂鲤，鸭嘴鱼，松江四鳃鲈鱼，香鱼；

观赏鱼为：胭脂鱼，鹦鹉鱼，七彩神仙鱼，化石鱼，龙鱼，斗鱼，剑尾鱼，长丝鲈，接吻鱼，狮子鱼，射水鱼。

对需要水深大的水生动植物，适于在大的水池培育，如养鱼和藻类葛仙米的培育池，难于实现立体培育。这类大水池是设在大楼的底层，由地面往下挖水池(见图3)。

2，选择上述动物的理由：

1)它们都是杂食性动物，喜食昆虫小动物作主饲料，其它辅助饲料为植物的下脚料。

除了鹌鹑雏期的饲料需用人工配合饲料；幼鱼的饲料基本相同，都是摄食浮

游生物，水蚯蚓，，微藻类，微生物，有机碎屑等；这些饲料均能在车间内就地培育。

2)其中食用鱼类可在水池高密度养殖，但无法立体养殖。鹌鹑体型小，适于立体高密度饲养；

3)它们的生长发育快，生长周期短。抗病力强；鹌鹑通常在孵化后35～45天即产蛋，产蛋率高达80％以上，鹑蛋与其体重比是鸡蛋的2.5～2.7倍。食量小，料蛋比为3∶1。我们用两位成人和60只鹌鹑的每天的粪便，加250克麦麸饲养蝇蛆，每天所收获的618克鲜活蝇蛆喂养60只鹌鹑，在鹌鹑孵化后第48天，测其平均体重(130％)蛋重(110％)产蛋率(257％)均明显高于吃普通饲料的对照组。罗非鱼同样具有具有极强生命力，生长快，繁殖快。它的“口抱卵”繁殖方式，使其幼鱼成活率特高。这些动物都喜食活昆虫和昆虫蛋白，它们的粪便和身体不可食用部分均是昆虫嗜食的饲料，所以养殖过程中，最终不会有废料排出，不会污染环境；

4)，经济效益好。除了观赏鱼明显的效益好外，其他几种肉蛋均是低脂肪低胆固醇的高蛋白食物，口味好。虫蛋的市场价高。

5)，饲养技术均是简单成熟的，无论鹌鹑的工厂化立体养殖和鱼类的大水池养殖都是成熟的技术。它们的技术和设备简单，投资小。适于规模化养殖。鹌鹑根据不同生长发育阶段，其养殖笼分为育雏笼，中雏笼和成鹑笼，市场上均有现成的适于规模化立体培育的标准化笼，食槽，饮水器，孵化设备等全部设备供应。同样，养鱼也一样。

3，工厂的布置结构：整个工厂分两层，底层为地面以下挖的养鱼池，地面一层是立体养鹌鹑(见图3)。地面养鹌鹑车间，由养鱼池中水泥混凝土立柱支撑其地面结构。地面的地板为封闭的，只留适当窗口，以便人员观察和进入水池操作。

养鱼水池深3米(水深2米)，池底和池壁均为为水泥面，池中设增氧机。在长度方向设两个喂料点。在水池一侧的地面上方需向外延伸玻璃暖房结构，以保证水池有照到阳光的部分(见图3水生动植物工厂)。养鱼池池底的水和粪渣沉淀物由循环水泵送至水蚯蚓水蚤养殖池净化，净化后的水再泵送到养藻池。

第三类：植物工厂

可以选择附加价值高的任何合适室内温室的植物。为提高经济效益，主要选择适于立体培育植株高度小的高附加值的植物，包括蔬菜，瓜果，花卉和藻菌类植物，作为食用，观赏，保健，药用等物种，这里能选用的范围也十分广。

为举例说明，这里选用下述二个案例作说明，一个为陆生的玛咖培育工厂；，一个为水生的藻类食品葛仙米的培育工厂。

这里培育高等植物的工厂所用的培育方法是采用植物非试管快繁育苗技术和气雾培方法。藻类葛仙米的培育方法是采用水池规模化培育方法。整个植物工厂也以现代农业物联网技术实时监控培育的全过程，从而实现全年优质高速高产培育。

玛咖植物工厂介绍：

1，玛咖介绍

玛咖(Maca)又名秘鲁人参(Peruvian ginseng)，为十字花科(Cruciferae)，独行菜属(Lepidium)。它是块根类植物，外形很像我国的大头菜。它与其他十字花科植物如萝卜、油菜、花椰菜、芹菜、芥菜、球茎甘蓝等一样，具有极强的生长适应能力，能够耐受零下10℃左右的低温。它原产于海拔3500-4500米的秘鲁山区严酷的环境中生长。它的生长周期可跨一年。它是一种药食两用植物。在南美有5000多年的食用历史。因其具有丰富的营养价值和神奇保健功效，被人们视为安第斯山神赐予的珍贵礼物。它的主要功能为强身，能明显提高性和生育能力，改善妇女更年期综合症，有抗忧郁，抗白血病和抗癌的功能。现在联合国粮农组织在世界范围推荐玛咖作为优良的保健食品。美国宇航局NASA把玛咖作为太空宇航员的强身食品，国际足联也认定以玛咖产品作为世界杯足球运动员用以快速恢复疲劳的指定产品。欧美和日本的很多患有更年期综合征的妇女也开始求助于玛咖等对内分泌系统具有调节作用的天然药草，用以缓解热潮、心悸、抑郁、骨质疏松等症状。可见长期的科研论证和实践已经使天然植物玛咖的独特作用深入人心。玛咖迅速成为国际保健品市场中的一颗新星，玛咖原材料也因此成为国际市场的稀缺药材之一。

由于原产地高寒气候地理条件的限制，其产量远远不能满足市场的需求。目前我国已经开始在云南和新疆地区引种成功。据云南生产企业对其种植的玛咖成分进行分析报道，它与秘鲁原产地种植的成分一致。目前在国内能合适玛咖种植的产地据说只有云南和新疆两地，而且大田种植的周期长(要跨年)，总产量有限。若能开发一种快速高产培育玛咖的方法，以满足市场的巨大需求，其经济和社会效益将十分可观。

2，植物非试管高效快繁育苗技术：它是植物无性快繁领域新技术，几乎适用于几乎所有植物：

*植物“非试管快速繁殖技术”。它是在无菌条件下，利用植物体的很小一部分，包括细胞、组织或器官，例如植物的一叶一芽或者根，茎微小的离体植物组织作为外植体，在人工控制的营养和环境条件下，在实验室循环连续繁殖植物种苗的方法。它不需大量母本植株和栽培这些母株所需的土地和人力。对于珍贵稀有的植物材料还可能做到不毁坏原有的植株。

*由于每个外植体产生的芽或胚状体常大大多于常规繁殖方法，每一个繁殖周期又比常规繁殖短得多，一般只要1～2个月，加上可以不受季节和气候条件的影响进行周年生产。所以繁殖速度往往比常规方法要高得多，繁殖的数量在一年中常可达几万、几十万甚至上百万倍。另外，由于培养皿中的芽、植株或胚状体的小型化和利用多层的集约化培养架，可以在有限的空间生产大量的植株。在实际应用中，某些技术较完善的作物，每平方米培养面积一年约可生产一万到几万株苗，一个熟练工人一年约可生产数万试管苗。

*由于快速繁殖是在无菌的容器中进行的，在繁殖过程中不受病虫的侵害。如果和去病源技术相结合可以大量生产高质、均一的无病苗木，。这样的无菌无病毒的试管苗在远距离的运输中和国际交流中都是极安全和方便的，既可以防止病害的传播又可以免去复杂的检疫手续。华中科技大学余龙江教授等的发明专利“玛咖种苗繁殖方法”(专利号0312826306)，是非试管无性繁殖方法，其步骤是：a，获得外植体；b，诱导伤愈组织；c，不定芽的分化；d，生根培养；e，生根后处理，炼苗后移栽。该发明所用的生根培养和后处理，是芽分化的组织种在营养液混合的琼脂或卡拉胶培养基中，或直接插在加入惰性固体颗粒的液体培养基中实现诱导生根。本发明与上述方法的前3部分是一致的，不同之处在生根的培育：它运用营养液气雾法进行植物离体材料的催根。具体是将分化的不定芽置于封闭的无菌气雾室内，气雾室由一个超声雾化器将营养液雾化，并每隔1-3分钟启动雾化喷射一次，以保证不定芽长期由雾化液湿润，同时创造温光热适宜环境，以实现催根。我们所用的营养液是1／2浓度的MS培养基。实践证明，让离体材料在气雾中生根成苗，它比其它基质环境(例如琼脂，卡拉胶，珍珠岩基质或营养液，它们的通气性能不佳和对抑制物质扩散的速度过慢而影响生根速度)生根明显要快而且根系更发达，特别是毛细状的吸收呼吸根，其生根时间比原来基质法要缩短1／2-1／4的时间，成活率提高20％～30％，移栽成活的生根苗，操作更方便，根系更完整，是其他任何一种育苗方法所不能比拟的。利用这种方式育苗无需基质，只要做到雾液的营养配比科学，雾化均匀就可。

3，气雾栽培技术：是当前世界上所有植物栽培模式中最为先进的无土栽培技术，它使植物的根系悬吊生长于高湿度的营养液雾化空气环境中，能从环境中获取最充足的氧气，同时，通过弥雾技术又可以最直接的方式获取水份及营养，是一种肥气水三因子最适宜、最充足与最直接供应的方法，所以它表现出任何一种栽培模式都所不具备的生长速度与发育进度，在农业生产上表现出神奇的生长效果，优质的产品和超常规的产量。而且管理更方便，投工更小。其生长期可缩短一半，其单产可提高3-5倍。在规模化生产时，由于其生长条件，包括设施内温度，湿度，光照，CO₂浓度，营养液电导率(EC)，PH，溶氧浓度(DO)和液温等要素，都可借用物联网技术全部精密控制在最优状态，不受任何地域气候条件限制，可实现室内一年四季全天候的优质高产。如立体栽培，则单产可比大田产量高数十倍甚至上百倍。该技术使植物的根系充分发育，特别适合于块根类植物的培育。其水耗量只是常规农业的5％左右，几乎不占农田，这对我国缺水少田的状况具有重大意义。由于它不用泥土，用水仅是雾气的形式，气雾管路都十分轻巧，所以特别适于在屋顶和建筑物四壁设置的玻璃暖房中栽培，这对我们的植物工厂仅设在屋顶和四壁特别有利。它是未来农业的发展方向。此一弥漫的气雾培育，也最适合在太空微重力和星球小重力环境中培育植物。

4，培育咖玛的植物工厂的结构(参阅图3和图6)玻璃透光暖房(包括屋顶和四壁)，可最大限度地利用自然光。厂房的尺度以长X宽X高＝50X15X6米为例，室内布置金属固定架，以立体布置气雾培育管路，管路为白色PVC薄壁管，外径为16公分。在高度方向布置上下10层管路，在宽度方向布置50条管路共10米宽(每组管路为10根管，共分5组)，另外5米作各管路组的间隙(每个间隙0.8米宽)，以供人员在管路组间的检查操作。这样共有500条40米长的培育管路。若按育苗栽种间距定为18公分，则每根管路可以载200株苗。每层可以栽1万株苗，全部立体十层可以栽10万株苗(通常大田种植每亩只有2000穴植株)。

房项和侧壁设置可开启窗，以调节空气和室内气温。

在厂房入口处一端，留有6X15米面积建2层房间。

5，营养液的配置和成分：有关营养液营养配置，回收，测定和营养液池均设置在区。植物无土栽培的营养液配方十分繁多，准对不同的植物有不同的营养液配方，其配方的成分大同小异，都是由大量元素和微量元素两部分组成。本项目采用通用的3／4浓度MS培养基，另外还加入了昆虫工厂生产的经消毒的虫粪渣浸出液，这样使营养液中加入了大量有机生物肥料的成分，使玛咖的生长加速和产量提高。

1)营养液的回收再利用：经雾培后的营养液，由管路回收，再经补充营养成分，紫外线消毒后加入营养液再利用；

营养液的消毒：雾化前营养液需经由紫外线管消毒，以杀灭其中的细菌病毒；回流的营养液也需同样消毒和调整营养成分；

2)营养液浓度和测定：可用电导率(EC)计测定可以反映其离子浓度，适宜的EC范围在1.0-4.0(通常在2.5)；酸碱度PH值范围在5.5-6.5间；

3)营养液温度和测定：适宜的营养液温度在夏天需小于28℃；在冬季需大于18℃；

4)营养液中增加CO₂可增产，可用液态CO₂压缩钢罐或用碳酸氢氨+浓硫酸来实现。一般增至1000mg／Kg最好；

5)营养液由于在管路运行中可能会缺氧，所以在雾化前需加氧；

6)营养液母液需保存在储液箱内，使用时就地稀释配用。

6，光照系统：它是阳光加LED灯光。阳光除了能透过玻璃房顶和四壁射入车间内外，还需用LED灯补光。LED灯光用红光，白光，黄光三种。整个植株生长区的光强范围在3000-10000LUX。LED灯就设置于每棵植物的顶部，即挂於植物顶部的PVC管上的LED灯板。灯光控制在白天16小时光照，晚上8小时黑暗。

7，温度和湿度：温度范围设定在15℃-30℃。按其生长期和昼夜不同的温度要求调节温度。夏天，车间顶部需设遮光网，车间内需开启鼓风机通风，太高温需开启空调，以降低室温。冬天室温太低需供热(需有锅炉或地热供热，厂房底部设养鱼或养葛仙米的水池，供热制冷的要求可以降低)。车间内湿度需控制在60-80％。

8，种植：

1)种植床：对于矮小的植株，用白色PVC管路作种植床，其所占体积小，适于永久性立体栽培(也可用45°的A型或梯形的泡沫塑料栽培架作栽培床，但它们不适合立体栽培，可以用在低成本的暖棚内培育，这里仅介绍立体管路培育法)。

2)种植方法：在车间工作室将每根PVC管子(长4米)按植株间距(例如18cm)开孔，并留可开闭的大孔，以便于观察管内根部情况和收获时取出植株。每个孔中移植一株带根苗，并用海绵包裹苗茎固定于PVC管子的植孔位置。并在PVC管底部对应植株开孔处布置LED灯板和电源线路开关。每根管子种好全部苗后，开孔和植孔位置均需用透明胶带密封防止漏气，以保证管内雾气不外泄。再将PVC管子摆放到立体架上。管子与管子的接头对位，同样用透明胶带使之密封固定。这样500根管路分十组，每组上下对应两层各50根，上下每对管路的远端 (远离雾化室的一端)需用软管密封连接，每组管路中每根管子需用较细直径的软管与雾化室连接。每根管路的两端均需在管内装置一风扇，以便在管内单向吹送雾气，以便形成每组有50根雾气在管内流通回路，并最终回到雾化室回收。

9，雾化操作：由超声雾化发生室和输送控制系统用大功率超声雾化发生器在雾化室将配置好的营养液雾化，经由电磁阀控制，使每2层管路(上下各50根，共100根管)每隔3分钟能实现通雾36秒。这样可以保持超声雾化室连续不停地雾化，在每隔3分钟时间内保证所有500根管路都能连续雾化一次(持续36秒时间)。

10，收获：当玛咖的块根长到符合收获标准时，就可以逐根取下PVC管子，直接在工作室内收获。并在收获后可以在工作室内直接对管路内壁清洗消毒，并第二次种植苗，再重复继续培育。

11，利用农业物联网技术，实现对厂内培育条件的各种理化参数进行严格精准的自动化远程操控。包括对温度，湿度，照度，营养液EC，PH，O₂，和CO₂浓度，植株现场和车间关键部位的实时动态的视频监视等。从而能控制其生长环境均能在最佳状态下，保证稳定高产高质。

藻类食品葛仙米培育工厂

该工厂化生产方式，申请人已获得中国发明专利，发明名称：规模化生产葛仙米耦合固碳减排的方法和培养系统(参照中国发明专利号为201010121188.7，授权日：2013.7.5.)1，葛仙米概述：本项目提出以培育葛仙米为代表的水生念珠属蓝藻的规模化生产系统，以实现高产葛仙米健康食品和固碳减排的双重目的。葛仙米是一种珍贵奇异的野生低等单细胞蓝藻，原产于中国湖北省鹤峰县走马坪山区的水稻田中。关于葛仙米的药食两用功能，我国的文字记载已有1700多年，从晋朝开始便是宫廷御膳。因当时隐居在鹤峰的医学家道学家葛洪贡奉时称“天仙米”珍奇食品后，皇后太子的病均不药而愈。为谢葛洪，皇上特赐“天仙米”为“葛仙米”，此名就一直延用至今。其野生年产量为1吨左右，当地农民每年会争相作为珍品采捞。它在古代作为贡品，近代供出口。近年因化肥杀虫剂的大量使用和过量的采收致使野生产量逐年减少，面临灭绝的危险。

葛仙米是一种兼具光合和固氮双重作用的奇特淡水珍珠球状藻类植物。它既可固定空气中的氮气，最终合成机体的蛋白质，又可通过光合作用吸收(水中溶解的)CO₂形成碳水化合物并放出O₂，从而可实现减排产氧，并生产出人类的高级必须营养品一葛仙米。

近年来经中国科学院水生生物研究所和其他单位的联合开发，使葛仙米成为目前世界上念珠属中能人工培育的唯一品种，并在实验室内，在80升水箱中培养，平均每天每平方米新鲜葛仙米的产量为200克。由于该产量低成本高，致使葛仙米的培育至仍今停留在实验室内。

申请人对葛仙米的生长培育条件进行多方面的优化改进，使新鲜葛仙米产量提高到每天每平方米产量为1000克，该产量是任何高产作物都无法与之比拟的。由于产量增加，伴随其二氧化碳的消耗量也必然按比例大量增加，从而进一步提高了固碳减排和产氧的功能。这使它不仅可成为人类的理想保健食品和氧气的生产源，也使之成为新型高产高营养的绿色食品和理想固碳减排藻类。

采用大容量的水体培育葛仙米便可以得到可观的减排量和葛仙米的生物量。在我们已获专利的设计中，每个培育水池尺度为长X宽X深为50X8X1.25米，其培养水体容积达到500立方米的水体，则每天可收获葛仙米1.5吨(鲜重)。它与我国超级杂交水稻的每日每天10克鲜重的产量比，是后者的100倍。(以水稻生长期120天亩产亩产800公斤的水稻产量比较)。

2，葛仙米的食品特征和营养成分：

经人工培养的葛仙米外形似晶莹剔透的墨绿色珍珠。经加热后则呈透明翡翠状，颇为美观。其球体的直径随其生长期逐渐增大，经我们60天培育，它可以由2mm长到12mm直径。经过更长时间培养，可以长到直径5公分左右。它的味道清淡无任何异味，口感如珍珠奶茶中的珍珠，但它比较脆嫩。它生熟都能吃，在采收后只要冷开水冲洗，不需任何加工就能吃。它的藻体100％可以食用，不像一般植物体大都有根茎叶壳核等不可食用部分。它既可单独冷拌，也可生熟搭配在任何菜肴中。在加热和油炸后其性状和口味都保持不变，因此做熟食，炒，汤，羹，蒸都可。还可做成色拉，珍珠奶茶，冰淇淋，饮料等。它的食疗和药用价值很明显，有治病滋补和延年益寿的功效。中国历代将其作为佳肴和食疗的文字记载数不胜数。由于其珍珠状生物体是连续生长的，所以可以根据需要在不同生长期随时收获不同直径的群体。由于收获的是藻类活体，故能在冰箱中保存较长时间，不会变色变质。如经处理，则可保鲜数年之久。如做成干品，可随时放入水中浸泡恢复原来灿烂的珍珠状。

葛仙米生物体是理想的高蛋白食物。它的营养极为丰富，其干重的蛋白质含量高达52-56％，高于大豆，牛肉和鸡肉；氨基酸品种较齐全，结构较合理；基本符合FAO／WHO推荐的标准。粗脂肪为5.34-8.11％，它富含不饱和脂肪酸，可以作为肥胖病人和糖尿病人的膳食。总糖为24.19％，其中含有许多具有抗癌并增强免疫力的生物活性多糖，但目前对KT多糖的研究并不多；它还含有丰富的抗氧化、抗辐射的其他生物活性物质如：β-胡萝卜素、藻胆蛋白和维生素C等，其Vc含量比柑橘高15倍，仅次于鲜枣。其V_B1，V_B2和V_E也都远高于一般食品。此外，还含有诸多有益于健康的微量元素。它的营养虽极为丰富，但是属于素食食品，可以成为一种新型的人类食品种类并开发出一系列保健食品，它丰富的藻类蛋白和多糖，还可以开发各种医用，化工和美容的原料。

3，规模化培养葛仙米车间的设备和技术：

1)培养葛仙米生长的半封闭水池式光生物反应器系统

为了节约空间和能源，并便于操作，培育水池是设在植物工厂的地面下，与地面上的玛咖培育在同一温室车间内。其中培育池的水体尺度为40X10X1.25米(同样保持500立方的水体)。为了照到更多的阳光，水池的玻璃暖房在宽度方向向外延伸，保证水池建造在阳光采光的一边。先在温室内地平面以下用混凝土和砖块建造一个长方形浅水池，其尺度为长X宽X深＝40X10X1.5米。图中水池壁的厚度应保证水池灌水后的强度和不渗水。水池的四面内壁和池底全部涂白水泥或铺白色瓷砖，以保证池壁光滑不伤藻体和便于清洗；涂以白色是为了增加池壁的反光性。培养液的深度范围可以在0.4-1.25米之间；用去雾农用膜(无滴膜)覆盖整个水池顶部，能使水池保持相对封闭但不气密，它可防止外界污染，并起保温和透光透气的作用。

池底铺设气泡排气管，使CO₂气体混合空气的气泡不断从池底浮向水面，实现氮气和CO₂在水中与葛仙米充分接触，并阻止其球体沉底。池壁和池底铺白色瓷砖或涂白水泥，并布置光源。池壁设排充气管和排充水管。池水是经过滤消毒的自来水。用CO₂钢瓶和鼓风机实现充气。放入池中的藻种是用由实验室培育出来的二级藻种(2-3mm)。它生长所需的养料，仅为一些无机盐，CO₂源，空气和水。温度适应范围较宽，为15-30℃，光源为低亮度光源，利用自然光或冷白荧光灯(日光灯或L E D)即可，这样可以充分利用自然气温和光源。藻体就在光，温，气，营养盐的水体中，在气泡的不停推动下在水中滚动生长。另外在培养过程中，由于不产生有害或有毒物质，不存在两次污染，其培养水盐度低，其酸碱度接近于自然水体且富含氧气和营养，可直接供相邻的养鱼池循环使用；其相邻的养鱼水池的富CO₂和氮成分的水，经多道过滤和消毒(鱼类粪便等残渣经由水蚯蚓和水蚤的循环处理，培育能净化水的水生植物，网筛过滤，紫外线灯和臭氧消毒等。)并经营养液成分测试和补充后，可循环供葛仙米池培育用水。

因此本设计中将动植物培育水池水体循环使用，使两者的氧气，二氧化碳以及营养成分可以交互利用。

2)培养葛仙米7个基本条件的优化，包括水处理、通气速率、补充CO₂、光照强度、温度控制、藻种选择和接种量、培养液组分。其中的水质和空气质量好，是关键参数。现分别叙述如下：

水：培养池中的进水管口设置在水池一端的池壁顶部。整个水池的供水是经过过滤消毒的自来水。放水同时，按比例配置营养液，也可由池壁的营养液管口加注。排水管口是设置在水池另一端的池壁底部的管路，整个水池的换水由此排出。如果在其下游养殖水生动植物，则培养葛仙米后的富营养富氧的培养液将对下游水池中的水生动植物生长会有利。饲养过水生动植物的富CO₂和无机盐的水体经过净化还可以再循环回来为培养葛仙米所用，这样这些水池之间的水体可以连续循环使用。在葛仙米的生长期内其培养液视需要定期更新或循环更换。排水管口设置不同孔径的组合筛网，以收获不同直径的葛仙米。也可用不同孔径的网筛或拉网直接收获。

空气，CO₂和气泡：

充气管口4设在两侧池壁底部，管口一头连接鼓风机，另一头连接水中多个塑料充气管，这些充气管分别与铺满在池底有无数微气孔的气泡板条或气泡管连接，以保证整个池底不断释放气泡，使藻体随着上升气泡在培养池中不停地翻滚运动，既可与水中的氮气，CO₂和营养液充分接触，也可保持藻群体在培养池中光照均衡，提高光合效率，并不会沉底和附壁。所用气体是经过过滤的空气加上钢瓶中的二氧化碳的混合气体，以提供葛仙米藻群体生长所需的CO₂、N₂和O₂的需求。(CO₂的浓度由流量计控制在5-10％范围内)。通气量与培养水体体积之比约为1∶1／min。调节充气压力可以控制气量和气泡的大小，以保证不同生长期的葛仙米球体在水中的正常翻动。

光源：在白天，用自然光照射时，只需满足光强2-8Klx，此时可以不用人工光源，以节约能源，当光强过高时，可启动可伸缩的遮阳设备。在晚上或白天自然光太弱时，需用灯光作补充光源。常用光源为防水日光灯管或发光二极管LED，这些灯分别间隔布置在池底和水池侧壁，以维持藻体能获得2-8Klx光强的照射。在用LED作光源时，可以编制程序自动控制光强和光频。由于葛仙米生长要求的光照强度不高，所以光能的消耗相对较少。

温度：葛仙米的生长温度范围为15-35℃，最佳温度在25-30℃左右。

藻种及接种：分一级和两级藻种。一级藻种为全无菌操作，是将葛仙米微群体匀浆后在实验室严格的条件下培养。以玻璃蒸馏水配置培养液，在121℃灭菌20分钟后，无菌接种。采用50-1000ml玻璃三角瓶通气培养。光照3-5Klx，并添加适量红光。温度25-30℃。当藻体培养到0.5-1.0mm直径时，再次转接，并按一级种子培养的条件培养。当藻体直径长到2mm左右时就成为二级藻种。此时，可以直接放入生产培养池中培养。接种的密度由藻体大小和其他培养条件而定。此时，水温保持在25-30℃，pH7.0-8.0，光强也需满足上述自然光和灯光的条件。

培养液组分：

4，该培育系统的优点：这样的培育过程能做到整个系统的水和营养成分循环使用和有害物质的零排放。葛仙米的生产技术简单，成本低廉，只需在20-30℃水中加入很便宜的无机营养盐，空气和CO₂，藻种在弱光(日光或日光灯)照射下即可快速生长。它既可固定空气中的氮气，最终合成机体的蛋白质；又可通过光合作用吸收水中溶解的CO₂形成碳水化合物并放出O₂；它是人类的理想新型健康食品和高级营养品，又可减排产氧。

由于它是我国特有的藻类，它有如此多优点集于一身：设备简单，操作方便，不占农田，投资微小，成本低廉，减排供氧，绿色环保，能耗很低，连续高产，方便采收，营养丰富，外形美观，口感美味，生熟可吃，食谱宽广，加工简便，储藏方便，应用面广，前景远大。类似这样的藻类食品，目前世界上还没见报道。

开发下游综合产业

1，众多的下游新产业链开发

三类工厂中，每种工厂都有大量新的物种可供选择生产。特别是动植物工厂，种类繁多，每个物种产品可以开发系列加工业和下游产业，例如昆虫中蝇蛆粉的抗辐射功能，开发放疗和日常生活的抗辐射保健食品；富亚油酸的黄粉虫油具备降血脂和胆固醇的功能；菌藻类中葛仙米的减肥降血糖和美容功能；玛咖的提高性功能和其他各类保健强身功能；各类食品的加工商品和烹饪菜肴；各珍稀和濒危植物苗木动物品种的大量培育；药物类，宠物类，盆景类的商业开发。总之凭籍三类工厂中生产出大量的动植物新产品，众多的下游新产业链可以开发，从而极大地提高了经济效益，这是本项目最大的生命力。

2，农工商结合一体的产品生产，加工，开发，销售：用现代工业技术结合生物工程和现代信息技术规模化生产农业和食品产品，加工和下游产业的开发，再由现代商业销售方式，通过互联网和物联网技术，实现产品面向全社会的快速销售。通过建立品牌效应，来保证食品的安全性。

3，同时开发休闲农业的产业链，包括：

1)，科普展示中心：建立太空农业的食品自给模式，现代循环农业模式，现代设施农业模式，现代精准农业模式，现代生态农业模式的展示；

2)，各类新产品的展示和销售中心：

3)，特色饭店和试吃中心，全部采用本项目生产的各类新奇产品和加工烹饪的菜肴；

4)，参与型娱乐中心：包括参与垂钓(鱼，虾，蟹，蛙)，种植，饲养，产品加工制作等

5)，培训服务中心，对本地或外地农民，城市家庭居民的技术培训和设备供应；

6)，结合当地的文化，历史，民俗，土特产等，开发新的产业和旅游项目；

7)，新产品研发中心；

该系统真正实现了循环农业的5R指标：

*废料的再利用(Reuse)：实现全部生物废料的再利用，高产昆虫蛋白体和昆虫生物肥，分别作为动物工厂的饲料和植物工厂的肥料，以高产各类动植物产品；

*废料的减量化(Reduce)：整个生产过程做到全部生物废料的充分循环利用和污染物的零排放，不用农药化肥，节地，节水，节能，节资源，真正做到了生产和消费的生态化；

*废料的资源化(Recycle)：全部生物废料作为农业工厂的宝贵的原料资源，由此引出众多高附加值的产业链；

*改变传统粗犷低效农业(Reform)为现代技术装备的农工商综合产业链模式，其产量和产值呈两位数以上的增长，实现精细高效经济；

*为农村城镇化塑造新模式(Refashion)，以变废为宝的综合产业链和休闲娱乐文化产业为经纬，建立新型集约化的全民富裕城镇。

Claims

1.一种循环农业系统及实施方法，包括昆虫工厂，动物工厂和植物工厂，其特征在于：

昆虫工厂是利用家蝇蝇蛆，黄粉虫，大麦虫，水蚯蚓，水蚤，蚯蚓，蜗牛等七种昆虫小动物嗜食人类动物粪便和不同生物废料的特点，建立昆虫饲养工厂达到高效反复循环全部生物废料，并高产虫蛋白体和虫粪渣有机肥，分别作为动物工厂的蛋白饲料，植物工厂的有机肥料和人类食物，饲料和肥料可以高产各类高附加值动植物产品；

动物工厂是饲养陆生动物(哺乳类，禽鸟类，宠物类，药用类)，

水生动物(鱼类，虾类，蟹类，贝壳类，螺类，药用类，观赏类)，

和两栖爬行动物(龟鳖类，蛙类，鲵类等)；

它们都是杂食性动物，其主饲料为昆虫小动物，其它辅助饲料为植物的下脚料；

植物工厂是利用昆虫工厂产生的虫粪渣有机肥，种植各种植物，包括作物类，蔬菜类，瓜果类，菌藻类，花卉类，观赏类，保健药用类等；其产生的植物残渣可作昆虫工厂和动物工厂的饲料，产生的氧气可作动物工厂和人类呼吸所需。

2.根据权利要求1中所述的一种循环农业系统及实施方法，其特征在于：昆虫工厂的饲料都是取之不尽的生物废料：包括农场畜禽粪便和人类粪便，各类下脚料，如屠宰场，饭店食堂，食品厂(酒糟，豆渣等)，作物(麦麸，米糠，玉米皮等)，中药厂药渣等，生活垃圾分类后的有机成分，各种无毒植物的瓜果菜皮秸秆叶壳皮根等，另外一部分来自动物工厂的粪便和植物工厂的下脚料，所有这些生物废料被转化成昆虫蛋白饲料和最终的有机肥料，它们分别成为动物工厂中动物蛋白饲料和植物工厂中植物的有机肥料，从而实现生物废料的全部循环；

植物工厂的有机肥料全部来自昆虫工厂最终的粪便残渣的浸出液；

3.根据权利要求1中所述的一种循环农业系统及实施方法，其特征在于：昆虫工厂，动物工厂和植物工厂三类工厂，全部采用现代农业技术和设施，包括：

利用现代农业物联网技术，在生产现场布设各类传感器，通过电脑，软件，互联网和手机，对生产现场的关键培育参数进行实时远程精准监控；

全部物种选育高附加值高效高产高繁殖高抗病的物种，例如昆虫工厂的七种小动物，植物工厂高产培育珍稀食物(如玛咖和葛仙米等)；动物工厂中选育高产高附加值的品种(如蛋用鹌鹑和各种食用和观赏鱼类等)；

采用现代培育方法，植物采用非试管高效快繁育苗技术和气雾培技术；动物的杂交和试管培育技术等；

工厂为适于全年连续生产的温控车间，并尽量培育小型动植物以实现立体培育；

植物工厂中的营养液，采用昆虫工厂产出的虫粪渣浸出液作植物的有机生物肥，达到植物的高产。

4.权利要求1中所述的一种循环农业系统及实施方法，其特征在于：昆虫工厂，动物工厂和植物工厂中采用的节能节水节地节肥节资源的措施包括：

用玻璃阳光暖房和LED最节能光源作陆生和水生植物光合作用的光源；

矮小动植物的多层立体栽培，以节约能源和占地，提高单产和经济效益；

采用最节能节水节地的雾培方法和非试管高效快繁育苗技术；

气雾培营养液的循环使用和昆虫粪渣生物有机肥的循环使用；

三类温室工厂都设于同一建筑物内，包括陆生植物的玻璃温室工厂设于建筑物屋顶和周围四壁，水生动植物的玻璃温室水池设于建筑物的地下，所有下游产业和居民住宅也都设在同一建筑物内，使用地供热节约到最小程度；

水生动物和水生藻类植物之间的水循环，玻璃暖房的雨水收集装置和储水池，营养液的循环使用，居民所用的抽水马桶全部改用干式的马桶，使用水节约到最小程度；

动植物间二氧化碳和氧气的互相供应，居民产生的粪便和有机垃圾都作昆虫工厂饲料，都节约了资源。

5.权利要求1中所述的一种循环农业系统及实施方法，其特征在于：昆虫工厂，动物工厂和植物工厂中的生物废料经反复多次循环，实现生物废料的零排放，包括

外来的各种生物废料送到昆虫工厂，经由多种昆虫先后多次循环，最终的虫粪渣作植物的有机生物肥；

动物工厂的粪便和饲料残渣，植物工厂的植物残渣供昆虫工厂作饲料利用；

植物工厂的植物残渣供动物工厂的饲料；

水生植物工厂水中多余的氧含量及有机成分和水生动物工厂水中多余的二氧化碳含量及有机成分通过池水的相互循环供对方动物和植物使用；水生动物水池中的粪便残渣由水蚯蚓和水蚤循环净化。

6.权利要求1中所述的一种循环农业系统及实施方法，其特征在于：昆虫工厂，动物工厂和植物工厂生产出大量的动植物产品，由此开发下游众多的产业链，凭籍下游产品的高附加值和比常规农业高达千百倍的单产，决定了产业链的特高经济效益。

7.根据权利要求1中所述的一种循环农业系统及实施方法，其特征在于：除了昆虫工厂，动物工厂和植物工厂三类工厂设于同一建筑物内，三类工厂产品的下游产业链的生产，经营，开发等用房和社区居民(农民)住房和集体活动用房均全部设置在同一高层建筑大楼不同层次，形成一个高聚集度的生产经营居住中心和农工商一体的社区。具备该系统的综合大楼群，可成为新型集约化城镇的一种模式。