《Renewable Energy》：SOCIO-PRODUCTIVE DIAGNOSIS AND SOLAR DRYER CO-DESIGN FOR POST-HARVEST LOSS REDUCTION IN RURAL COMMUNITIES
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农产品产后损失问题在拉美农村地区尤为突出，受限于仓储设施不足和销售渠道不畅。本研究以哥伦比亚加拉省拉斯克拉韦利亚斯社区为对象，通过参与式协同设计方法，开发适应当地地理气候和产业特点的被动式太阳能干燥器。系统采用模块化结构，利用当地丰富的太阳能资源（年均4.5 kWh/m2），在保证干燥效率（49%热能转化率）的同时，显著提升产品保存品质（湿度低于40%，干燥时间8.9-9.4小时）。研究创新性将社会生产诊断融入技术开发，有效解决土地权属限制（76%自营土地）、交通不便（山路坡度>15%）等现实问题，为同类地区建立可复制的产后减损模式提供技术范式。
塔蒂亚娜·法哈多-阿里萨（Tatiana Fajardo-Ariza）|伊万·D·加西亚-梅迪纳（Iván D. García-Medina）|路易斯·A·卡斯蒂略-萨纳布里亚（Luis A. Castillo-Sanabria）|安德烈亚·涅托-贝洛萨（Andrea Nieto-Veloza）|卡洛斯·M·祖卢阿加-多明格斯（Carlos M. Zuluaga-Domínguez）
哥伦比亚国立大学 – 波哥大校区 – 农业科学学院 – 农村与农业食品发展系 – Carrera 30 # 45-03，Building 500，波哥大D.C.，111321 – 哥伦比亚
摘要
在拉丁美洲的农村社区中，由于产后基础设施有限以及市场准入条件差，食物损失问题尤为严重，这不仅降低了粮食安全，也限制了食品加值的潜力。在哥伦比亚东北部，这种情况尤其影响那些可以通过加工产生收入的农作物，但由于道路条件不佳和政府支持不足而受到限制。太阳能干燥技术是一种可持续的解决方案，可以延长食品保质期、便于运输，并加强短供应链。本研究旨在通过参与式协同设计过程，设计、建造并评估一种适应当地生产、社会和环境条件的被动式太阳能干燥机。社会生产力诊断结果显示，该地区存在土地使用限制、基础设施薄弱，以及依赖易腐产品的脆弱经济结构。这些发现指导了干燥机的材料选择、结构设计、承载能力和模块化方案。最终开发的太阳能干燥机实现了49%的总热能效率，这一数值与类似气候条件下的被动式太阳能干燥系统相当；其内部温度可保持在环境温度以上13°C，相对湿度低于40%。对于大蕉和香蕉的干燥实验，分别仅需9.4小时和8.9小时即可达到安全的水分含量。产品经过检测后，其物理化学成分符合标准，且未检测到病原体。据我们所知，这是哥伦比亚首篇将社会生产力诊断与被动式太阳能干燥机的参与式协同设计、建造及评估相结合的研究报告，为减少产后损失和强化当地价值链提供了可复制的模式。
引言
食物损失是一个全球性问题，尤其在发展中国家，它影响着农业食品链的多个环节。据估计，由于加工和营销基础设施不足以及运输成本高昂，全球有30%至50%的果蔬被浪费[1]。在哥伦比亚，这一比例高达约40%[2]，这削弱了农村家庭创造稳定收入的能力，加剧了城乡之间的经济差距，并造成了资源浪费带来的环境问题。
同时，预计到2030年全球能源需求将增加50%[3]，这凸显了实施基于可持续可再生能源技术的紧迫性，以减少食物损失并增强当地农业食品系统的韧性。太阳能干燥技术作为一种低成本且可行的方法，能够利用丰富的可再生能源延长食品保质期，并通过减轻产品重量和体积来促进销售，即使在道路和电力供应有限的地区也是如此[4]。与冷藏或使用合成添加剂等更昂贵的技术相比，太阳能干燥技术对农村社区来说更具可及性和经济可行性，同时也更加环保。然而，要在农村社区成功推广这一技术，需要采取一种超越技术层面的方法，充分调动生产者的积极性，并考虑当地的文化、社会和经济特征。
这种情况在哥伦比亚的许多农村社区普遍存在，因此本研究以位于加拉恩（Galán）市的克拉维利纳斯（Clavellinas）村为例进行探讨。该地区基础设施和基本服务较为匮乏。该村拥有雅里吉耶斯山区养蜂协会（APISY），这是一个致力于养蜂和多样化农业生产的社区组织，业务涵盖咖啡、大蕉、蔬菜、水果和芳香植物，将传统生产方式与现代化生产方式相结合。尽管产品质量优异，但仍面临诸多挑战，如运输基础设施不足、物流成本高、市场价格波动以及因水分含量高导致的产品保质期短等问题[5]。近年来，太阳能干燥技术在拉丁美洲受到越来越多的关注，被视为减少产后损失和提升小农户产品价值的低成本策略。区域研究显示，在不同农业气候条件下，被动式和混合式太阳能干燥技术在水果、蔬菜、咖啡和药用植物干燥方面表现出良好的性能提升[6]。在墨西哥，已有研究评估了被动式和混合式太阳能干燥机在热带条件下的技术可行性及其适用于小规模农村加工的优势[7]。在哥伦比亚，多项研究评估了被动式太阳能干燥机的热性能及模块化设计，重点关注材料选择、气流配置和适应山区环境的能力[8]。尽管有诸多技术进展，但大多数研究仅关注工程性能或社会采纳情况，而较少将地域性和社会生产力诊断纳入干燥系统的设计和选址过程中。
尽管《可再生能源》（Renewable Energy）及相关期刊发表了大量关于农业产品用被动式和混合式太阳能干燥机设计、建模和热性能的研究，但这些研究主要集中在优化几何配置、气流模式或预定义操作条件下的能源效率上。相比之下，对于地域性、社会生产力和土地使用限制对太阳能热系统技术可行性、选址和实际运行效果的影响关注较少。本研究通过将结构化的社会生产力诊断融入被动式太阳能干燥机的协同设计中，建立了地域约束（土地适用性、可及性、材料可用性和实际加工量）与关键能源相关设计决策之间的明确联系，从而推动了技术进步。科学创新之处在于展示了如何通过基于诊断的参与式设计实现与被动系统相当的能源效率，同时提升系统的运行稳健性和采纳潜力。
因此，本研究的目的是描述克拉维利纳斯社区的社会生产力状况，并据此与当地生产者共同设计、建造并评估一台被动式太阳能干燥机。该项目充分利用了该地区全年平均4.5 kWh/m2的充足阳光辐射，展示了太阳能干燥技术的潜力。该倡议结合了当地知识和专业技术，遵循可持续性和农业生态学原则，旨在减少产后损失并提升具有地域差异化潜力的农业食品产品的价值。除了对当地社区的积极影响外，该模型还为面临类似条件的其他拉丁美洲农村地区提供了可复制的解决方案，有助于增强粮食安全性和当地价值链。
本研究在哥伦比亚加拉恩市（Galán）的克拉维利纳斯（Las Clavellinas）地区进行，海拔1,590米。当地环境温度介于19°C至29°C之间，中午时分达到最高值；相对湿度在24%至83%之间，中午最低。由于靠近赤道，全年气候条件相对稳定。
APISY协会的社会生产力分析表明，该社区的经济以多样化的农业和畜牧业活动为主。生产规模从小型（4–5公顷）到大型（超过200公顷）不等，涉及咖啡、大蕉、畜牧业和养蜂业，同时还种植柑橘、鳄梨、黑莓、卢洛果（lulo）、番茄、木薯、香草和玉米。土地所有权大多为当地所有（6个生产单元），其余为租赁。虽然具备基本基础设施，但仍存在不足之处。
对克拉维利纳斯生产系统的社会生产力诊断显示，当地经济以农业和畜牧业为主，咖啡、大蕉和养蜂业为核心产业，但产后基础设施和土地使用限制制约了长期可持续发展。基于这一诊断结果，研究成功将技术解决方案调整至符合社区实际需求，确保了其在技术、运营和社会经济方面的可行性。
安德烈亚·涅托-贝洛萨（Andrea Nieto-Veloza）：撰写、审稿与编辑、监督、概念构思。
路易斯·A·卡斯蒂略-萨纳布里亚（Luis A. Castillo-Sanabria）：方法论研究。
伊万·D·加西亚-梅迪纳（Iván D. García-Medina）：撰写初稿、方法论研究。
塔蒂亚娜·法哈多-阿里萨（Tatiana Fajardo-Ariza）：撰写初稿、方法论研究、数据分析。
卡洛斯·祖卢阿加-多明格斯（Carlos Zuluaga-Domínguez）：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理和资金筹措、概念构思。
所有涉及社区参与的活动，包括访谈、研讨会和协同设计过程，均遵循了机构和国家的伦理准则。所有参与者在参与研究前均签署了知情同意书，确保其参与的自愿性和信息的保密性。
本项目已获得哥伦比亚国立大学农业科学学院伦理委员会的批准（批准编号：B.FCA.1.255-217-22，日期：2022年9月1日）。
参与该项目协同设计和实施的社区成员同意公开与太阳能干燥机建造和使用相关的数据、结果和照片。文章中未披露任何个人身份信息。
在撰写过程中，作者使用了ChatGPT工具来提升文章的可读性和语言质量。使用后，作者对内容进行了必要的审阅和修改，并对最终发布的文章内容负全责。
本研究得到了哥伦比亚国立大学的支持（资助编号：Hermes 55304）。法哈多-阿里萨女士还获得了哥伦比亚国立大学农业科学学院的部分资助（资助编号：Hermes 59992），用于完成她的硕士论文。
作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益冲突或个人关系。
作者感谢位于哥伦比亚桑坦德省（Santander）加拉恩（Galan）地区的雅里吉耶斯山区养蜂协会（APISY）的支持。
