CN103429071A - 套种能量作物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于套种主要作物和能量作物的方法。在一些实施例中，本发明包括用于准备用于种植能量作物的种植地点的方法。根据本发明的种植地点可以包括种植在第一列中和第二列中的主要作物，第一列被中间列分开。所述中间列被分为中央部分和两个侧部分（第一侧部分和第二侧部分）。根据本发明的实施例的方法包括如下的步骤：从所述中间区域挖出土壤和种植碎片的混合物；将所述土壤和种植碎片的混合物的土壤组分主要再沉积到所述中央部分中；并且将所述土壤和种植碎片的混合物的种植碎片组分主要再沉积到所述两个侧部分中的至少一个侧部分中。

Description

套种能量作物的方法

技术领域

本发明总的涉及用于在种植地点(plantation site)上有主要作物的情况下套种能量作物的方法。

背景技术

由于煤、石油和天然气产品的减少的数量，所以正在关注其它能量来源，包括油页岩、太阳能和核能。一种受到相当大关注的能源是林木生物质材料，诸如木材、与树木一起生长的植物和木材副产品。林木生物质可以包括通过林木生长产生的任何类型的生物质，诸如死树、非适销的树木、枝条、下层植被、树桩、套种作物、与树木一起生长的其它植物、剪下物、采伐剩余物、树干、木屑或其它类似的材料。林木生物质在用于无数不同应用中具有潜在用途，包括但不限于产热、生产液体燃料、生产沼气、生产生物电和生产用于化学制品和其它材料的给料。

一些林业公司已经试验了在有各种类型的树木作物的情况下套种再生的木质素纤维素能量作物，用以生产林木生物质。例如，参见美国专利7,412,932，其全部内容通过引用并入本文。随着对替代能源的需求持续增加，也存在对结合林地来生产林木生物质的新型和新颖的方法和设备的增加的需求。常规的农业设备和方法通常不适于林业操作中遇到的不平整地形（例如，隆起和洼地）、树桩、枝条和其它碎片。同时，现代林业的需求需要以密集的水平管理森林地，以便在最短时间段内产生最大生长。许多密集的作法都能在土壤、水质和温室气体排放上产生负面影响。因此，存在开发新型的造林作法的需求，以使能量作物能够与其它作物一起生长，同时使在环境上产生的负面影响最小化。

发明内容

以下内容仅为了读者的方便而提供，并不旨在以任何方式限制如由权利要求书提出的本发明。本发明主要涉及用于套种能量作物的方法，其中在种植地点上有主要作物。

在一些实施例中，本发明包括用于准备用于种植能量作物的种植地点的方法。根据本发明的种植地点可以包括主要作物，该主要作物被种植在第一列和第二列中，该第一列由中间列分开。可以使用均匀间距或非均匀间距种植主要作物。中间列被分为中央部分和两个侧部分（第一侧部分和第二侧部分）。根据本发明的实施例的方法包括如下的步骤：从中间区域挖出土壤和种植碎片（plantation debris）的混合物；再沉积土壤和种植碎片的混合物的土壤组分；并且再沉积土壤和种植碎片的混合物的种植碎片组分。在一些实施例中，土壤组分可以主要被再沉积到中间空间的中央部分中。种植碎片组分可以被再沉积到两个侧部分中的至少一个侧部分中。

本发明的进一步方面涉及用于在有主要作物的情况下套种能量作物的方法。在一些实施例中，主要作物是树木作物，能量作物是为了如下的目的收割的再生作物：产生热量、电力、其它易燃的动力，和/或用于转化为运输燃料和其它有用的能量产品。可以在已经根据所述的准备方法准备种植地点之后，执行这种方法。

附图说明

通过参考附图来阅读以下非限制性实施例的说明，将会更好地理解本发明，其中，附图中的每幅附图中相同的部件由相同的附图标记标示，附图的简要描述如下：

图1是根据本发明的实施例种植主要作物之后地块的平面图；

图2是在主要作物已经被允许生长一段时间之后根据图1的地块的平面图；

图3是示出土壤和种植碎片的混合物的根据图2的地块的平面图；

图4是示出根据本发明的实施例的土壤组分和种植碎片组分的示例性分布的根据图3的地块的平面图；

图5是示出根据本发明的实施例的土壤组分和种植碎片组分的示例性分布的根据图3的地块的平面图；并且

图6是在种植能量作物之后的根据图3的地块的平面图。

具体实施方式

本发明描述了用于在种植地点上有主要作物的情况下套种能量作物的方法。在以下的说明和图1至图6中提出某些特定的细节，以提供本发明的各个实施例的透彻理解。未详细示出或描述通常与这种系统相关的公知的结构、系统和方法，以避免不必要地模糊本发明的各个实施例的描述。另外，本领域中的一般技术人员应理解，可以在没有以下所述的若干细节的情况下实施本发明的另外的实施例。

在本发明中，术语“种植地点”用于指代建立的森林、农场或生长作物的土地。术语“主要作物”用于指代本领域中的一般技术人员已知的任何类型的树木作物。术语“能量作物”用于指代为了如下的目的收割的再生作物：产生热量、电力、其它易燃的动力，和/或用于转化为运输燃料和其它有用的能量产品（例如，乙醇）。术语“种植碎片”用于指代通常在林木操作中遇到的任何碎片，包括但不限于树桩、枝条、细枝和根团（root balls）。

图1至图6示出使用根据本发明的实施例的方法处理和管理的各个时间段上的种植地点上的地块100的平面图。参考图1，主要作物102可以被种植在地块100上的第一列104、第二列106和第三列108中。应意识到，图1至图6中种植的主要作物102的作物单元（例如，树木）的数目和所看见的列的数目仅用于说明性目的。在该方面，作物单元在一列中的数目和地块中的列数能够被构造成为在任何尺寸的区域（诸如一英亩或多英亩土地）上的重复图案。

在图1中的所示实例和遍及本发明的其它实例中，主要作物102示出为树木作物。根据本发明的树木作物可以包括处在任何生长状态下的树木，包括但不限于树木、树苗、插条和树种。作为非限制性实例，树木作物可以包括单一种树木（例如，单一种软木或单一种硬木），或者为了林木多样性，可以包括多种树木。

合适的软木树木的实例包括但不限于如下的树木：松树，诸如火炬松、短叶松、加勒比松、黑松、短叶松、湿地松、中美洲高地松、马尾松、苏门答腊松、美国西部白松、蛋形松果松（egg-cone pine）、长叶松、展叶松、海岸松、美国黄松、辐射松、美国赤松、北美白松、欧洲赤松、南阳杉属树；枞树，诸如道格拉斯枞树；和铁杉树，包括任何上述树种的杂交种。用于以本文所述的方法使用的地块的合适软木树种取决于所期望的木材产品，以及环境的和地理的因素。

合适的硬木树木的实例包括但不限于如下的树木：桉树，诸如邓恩白桉、塔斯马尼亚蓝桉、玫瑰桉、悉尼蓝桉、帝汶白桉和尾巨桉杂交种；杨树，诸如美国东部棉白杨、大齿白杨、美国山杨和黑色三角叶杨；和其它的硬木树木，诸如红桤树、枫香树、郁金香树、阔叶梣木、红梣木和柳木，包括任何上述树种的杂交种。用于以本文所述的方法使用的地块的合适硬木树种取决于所期望的木材产品，以及环境的和地理的因素。

回来参考图1，示出第一列104和第二列106被具有第一宽度W1的第一中间区域110分开。示出第二列106和第三列108被具有第二宽度W2的第二中间区域112分开。虽然图1将第一宽度W1和第二宽度W2的尺寸示出为大致相同，但是如果选择非均匀的列间距，则第一宽度W1和第二宽度W2可以大致不同。

可以基于多个因素来选择列之间的间距（以及因此各个中间区域的宽度）。例如，可以选择该间距，从而使得提供用于大型机械和设备进入主要作物102的通路。也可以确定该间距，从而使得为用于管理树木生长诸如施肥、灌溉和害虫控制、间苗、修剪和收割的活动提供空间。在不同成熟阶段的主要作物102的树木尺寸也是间距选择的因素。在一些实施例中，可以选择列间距，以使主要作物102和在有主要作物102的情况下套种的能量作物的组合的收益最优化。例如，用于确定列间距的其它考虑包括阳光限制、水文、野生生物、生物多样性和土地上的环境影响。

在一些实施例中，第一中间空间110的宽度（例如，第一宽度W1）可以在约15至约25英尺之间。在示例性实施例中，第一宽度W1可以至少为约18英尺，第二中间空间112的宽度（例如，第二宽度W2）可以至少为约15英尺。在其它实施例中，第一宽度W1可以至少为约20英尺，第二宽度W2可以至少为约18英尺。另外，在一些实施例中，第二宽度W2可以比第一宽度W1大。在选择均匀的列间距的情况下，第一宽度W1和第二宽度W2可以大致相等。应理解，合理地大于或小于这些范围的列间距在本发明的范围内。

参考图2，示出在已经允许主要作物102生长一段时间之后的种植地点上的地块100的平面图。在一些实施例中，可以在种植主要作物102的同时建立中间区域110。例如，可以准备用于主要作物102的列，可以准备中间区域，然后可以种植主要作物102和能量作物602。在一些实施例中，可以许可主要作物生长约2年至约3年。在其它实施例中，可以基于其它因素诸如树种和周围环境来确定该时间。也可以同时种植主要作物102和能量作物602，以在主要作物102长得足够大而遮蔽能量作物602之前，为能量作物602提供最大的光照。在一些实施例中，可以在已经将主要作物102间苗和移除一些树木以允许更多光照之后，种植能量作物602。通常，这可以发生在约第10年至约第15年。在主要作物102已经达到期望的成熟之后，这时可以准备地块100，以套种能量作物。

为了说明根据本发明的方法的目的，图2示出了被分为三个部分的第一中间区域110：第一中央部分202，该第一中央部分202具有第三宽度W3；第一侧部分204，该第一侧部分204具有第四宽度W4；和第二侧部分206，该第二侧部分206具有第五宽度W5。同样，示出了分为三个部分的第二中间区域112：第二中央部分208，该第二中央部分208具有第六宽度W6；第三侧部分210，该第三侧部分210具有第七宽度W7；和第四侧部分212，该第四侧部分212具有第八宽度W8。在一些实施例中，中间区域被分成的三个部分可以具有大致相同的宽度。在其它实施例中，中央部分可以比侧部分大得多。在非限制性实施例中，W1可以大致为20英尺，W3可以大致为10英尺，W4可以大致为5英尺，W5可以大致为5英尺。在另一个非限制性实例中，W1可以大致为30英尺，W3可以大致为20英尺，W4可以大致为5英尺，W5可以大致为5英尺。另外，W1、W2、W3、W4、W5可以具有在上述范围之间的任何中间值。此外，侧部分可以为不同的尺寸。

根据本发明的实施例，准备种植地点包括执行一系列步骤，该步骤旨在使第一中间区域110和第二中间区域112更适于种植能量作物。为使解释简化，本发明的以下的部分将参考第一中间区域110来描述这种方法；然而，应理解，可以在第二中间区域112上执行大致相同的步骤。本领域中的一般技术人员也会理解，可以根据本发明的实施例同时或不同时地准备第一中间区域110和第二中间区域112。

参考图3至图6，示出了根据本发明的实施例的准备方法。图3示出了覆盖在土壤和种植碎片的混合物302中的地块100。作为种植、生长和/或收割主要作物102的结果，土壤和种植碎片的混合物302会自然地出现在地块100上。在一些实施例中，土壤和种植碎片的混合物302可以是从先前的植物收割留下的。土壤和种植碎片的混合物302可以由土壤组分304和种植碎片组分306以任何比例组成。土壤组分304主要是土壤（例如，地球的地幔的松散的表层和通常是风化的部分）。种植碎片组分306主要是栽植碎片（例如，林业操作中通常遇到的任何碎片，包括但不限于树桩、枝条、细枝和根团）。本领域中的一般技术人员应理解，在许多情况下，土壤组分302不是100%的土壤，种植碎片组分不是100%的种植碎片。此外，在一些实施例中，土壤组分304可以包括小部分种植碎片，种植碎片组分306可以包括小部分土壤。

回来参考图3，根据本发明的实施例的方法可以包括两个主要步骤：挖出和再沉积。挖出步骤可以包括从地块100挖出土壤和种植碎片的混合物302。在一些实施例中，可以通过使在第一中间区域110中的设备在与主要作物102大致平行的方向上移动，以挖出土壤和种植碎片的混合物302。取决于使用的设备的类型，挖出步骤可以相对简短，或者可以消耗较大量时间段。本发明的范围不应限于会需要挖出最小或最大高度或距离的任何方式。

在挖出之后，土壤和种植碎片的混合物302被再沉积在地块100上。通常，常规的再沉积技术旨在朝着主要作物102推动土壤，以便促进主要作物102的生长。在根据本发明的实施例中，尽管土壤和种植碎片的混合物302主要被再沉积到第一中间区域110中，但是在第一中间区域110内的分布关注使套种的能量作物能够生长以及使主要作物102能够生长。例如，在再沉积期间，土壤组分304可以被引导为离开主要作物102，以便为种植能量作物准备第一中间区域110。如图4中所示，土壤组分302可以主要被再沉积到第一中央部分202中。在一些实施例中（例如，如图4中所示），种植碎片组分306可以主要被再沉积到第一侧部分204和/或第二侧部分206中。

在一些实施例中，土壤和种植碎片的混合物302可以被再沉积在第一中间区域110内的确切的分布和方式可以变化。例如，在图5中，示出大部分土壤组分304被再沉积在第一中央部分202中；然而，少量土壤组分304存在于第一侧部分204中和第二侧部分206中。另外，与第二侧部分206相比，大致更多的种植碎片组分306可以存在于第一侧部分204中。在一些实施例中，所有的或者大致所有的种植碎片组分306可以被再沉积在第一侧部分204中。在一些实施例中，挖出的组分的一部分100%可以不必被再沉积。在一些实施例中，从第一中间区域110挖出的土壤和种植碎片组分302的一部分可以被再沉积在第二中间区域112上。本领域中的一般技术人员会理解，分布的许多变型都在本发明的范围内，而不会详尽地详细解释每一个变型。

在一些实施例中，可以通过以上讨论的步骤执行各个附加的步骤。例如，可以在再沉积土壤组分304和种植碎片组分306之前执行中间过滤步骤。在非限制性实例中，过滤可以包括将土壤和种植碎片的混合物302分离为土壤组分304和种植碎片组分306。可以使用本领域中的一般技术人员已知的、适于分离材料的筛、过滤器或任何其它设备，以实现过滤。

在一些实施例中，可以在再沉积土壤组分304和种植碎片组分306之后，在第一中间区域110上执行平整步骤。平整可以有效地改变地块100的地形的坡度，从而使地块100更适合（例如，更平坦）种植能量作物和使能量作物生长。这可以使用犁板平土机(grader blade)、平土卡车或者本领域中的一般技术人员已知的任何其它设备来实现。结果是相对平坦的地带，该相对平坦的地带具有暴露的矿物质土壤和相对少的树桩、根团或在种植作物的同时可能产生问题的其它碎片。

适合以根据本发明的方法使用的常规的设备的一个非限制性实例是一种通常称为V形剪切工具(V-shear implement)的机械。V形剪切工具可以被附接到拖拉机，并且被推动穿过第一中间空间110，以执行上述的挖出、再沉积和过滤步骤。在一些实施例中，标准的V形剪切工具可以被构造用以使得装置的犁板被在地块100上的土壤的表面的正下方操作。因此，随着V形剪切工具移动，种植碎片可以被再沉积到第一中间区域110的侧部分（例如，第一侧部分204和第二侧部分206）。同时，也可以平整块的地形中的小隆起和洼地。根据本发明的实施例，可以以任何适于使土壤组分304向第一中间区域110的侧部分（例如，第一侧部分204和第二侧部分206）的运动最小化的方式来操作常规的V形剪切设备。

除了常规设备之外，还可以通过其它非常规但合适的设备来执行根据本发明的实施例的方法。这种设备的一个非限制性实例包括了在与本专利申请同一天提交的题为“土壤处理系统和剪切组件”的美国专利申请No.61/421,137（代理人案号26803）中描述的土壤处理系统、剪切组件和其它装置。本领域中的一般技术人员也会理解，可以使用本发明中未明确提及的其它类型的设备来执行本文所述方法的步骤。

在一些实施例中，在根据本发明的方法中，单个设备可以用于执行一个步骤。例如，同一部设备可以用于挖出、再沉积和过滤。在其它实施例中，该同一部设备可以用于挖出、再沉积、过滤和平整。在其它实施例中，不同的设备可以用于执行不同步骤的任何组合。

在根据上述方法准备地块100之后，可以在有主要作物的情况下套种能量作物。图6示出在第一中间区域110中种植的能量作物602。为了清晰，在图6中未示出土壤组分304和种植碎片组分306的分布。合适的能量作物602将使木质素纤维素能量作物再生，包括多年生植物物种诸如柳枝稷(switch grass)（包括柳枝稷(panicum virgatum)和其它各种黍属植物）、芒草（包括巨芒草和其它各种芒草属植物）、芦竹(giantreed)（芦竹(arundo donax)）、能源甘蔗（甘蔗种）和狼尾草（象草）。为了从所有或部分的得到的植物产生能量的特定目的而种植这些能量作物。作为非限制性实例，柳枝稷和芒草是在完整的周期性收割例如每年收割后自然再生的能量作物。

根据本发明的实施例的方法使种植长期的主要作物的成本符合收割主要作物和能量作物的组合的经济收益。在主要作物是树木作物的实施例中，可以收割主要作物以制造木材产品，诸如木料、木片、用于纤维素产品等的纸浆。可以收割能量作物为适于产生热量、电力、其它易燃的动力和/或用于转化为运输燃料和其它有用的能量产品。因此，根据本发明的方法包括周期性地收割能量作物以及收割主要作物。在一些实施例中，预期根据本发明的系统和方法减少用于这种收割所需的耕地量。

以上公开中使用单数或复数的词语可以也分别包括复数或单数。例如，术语“土壤组分”的使用也能够应用于“多种土壤组分”。同样，术语“作物”的使用也能够应用于“多种作物”。

虽然示出了以至少两种作物来种植图1至图6的所示实施例中的地块100：主要作物102和能量作物602，但是应理解，以多于两种作物来种植地块100也在本发明的范围内。此外，设想了对于本领域中的一般技术人员会明显的未明确公开的特定的作物种类在本发明的范围内。

通过上文应理解，在本文中，已经为了说明的目的描述了本发明的特定实施例，但是在不脱离本发明的情况下可以作出各种变型。例如，可以将本发明中指定的中间部分和侧部分的尺寸改变本领域中的一般技术人员可接受的给定公差。此外，只要未明确描述的设备适于使用，则根据本发明的方法可以与这种设备一起使用。在本发明的特定实施例的情况中描述的方面可以在其它实施例中进行组合或去除。例如，与使用均匀间距种植主要作物的实施例有关的方面可以与使用非均匀间距种植主要作物的实施例有关的方面组合或被去除。此外，虽然可能已经在特定实施例的情况中描述了与本发明的这些实施例相关的优点，但是其它实施例也可以展现这种优点，并且不是所有的实施例都必然需要展示这种优点以落入本发明的范围内。因此，本发明仅由所附权利要求书限定。

Claims (14)

1.一种用于在种植地点上套种主要作物和能量作物的方法，所述方法包括如下的步骤：

在第一列中和第二列中种植所述主要作物，所述第一列和所述第二列被中间区域分开，所述中间区域被分为中央部分、第一侧部分和第二侧部分；

通过如下的步骤准备用于种植所述能量作物的所述种植地点：

（a）从所述中间区域挖出土壤和种植碎片的混合物，所述土壤和种植碎片的混合物包括土壤组分和种植碎片组分；

（b）将所述土壤组分主要再沉积到所述中间区域的所述中央部分中；并且

（c）将所述种植碎片组分主要再沉积到所述中间区域的所述第一侧部分和/或第二侧部分中；以及

在所述中间区域中种植所述能量作物。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在准备用于种植所述能量作物的所述种植地点之前，允许所述主要作物生长一段时间。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在步骤（c）之后平整所述中间区域。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在步骤（b）之前，过滤所述土壤和种植碎片的混合物，使所述土壤组分与所述种植组分分开。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中间区域为约18至约20英尺宽。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中间区域的所述中央部分为约9至约10英尺宽。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能量作物是柳枝稷，所述主要作物是树木作物。

8.一种用于准备用于种植能量作物的种植地点的方法，所述种植地点具有种植在第一列中和第二列中的主要作物，所述第一列和所述第二列被中间区域分开，所述方法包括如下的步骤：

（a）从所述中间区域挖出土壤和种植碎片的混合物，所述土壤和种植碎片混合物包括土壤组分和种植碎片组分；

（b）将所述土壤组分再沉积到所述中间区域中，主要在中央部分中；并且

（c）将所述种植碎片组分再沉积到所述中间区域中，主要在所述第一侧部分和/或第二侧部分中。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括以下步骤：在步骤（c）之后平整所述中间区域。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括以下步骤：在步骤（b）之前，过滤所述土壤和种植碎片混合物，使所述土壤组分与所述种植组分分开。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述中间区域至少约为18英尺宽。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述主要作物是树木作物。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，由附接至原动机或拖拉机的剪切组件执行所述从所述中间区域挖出所述土壤和种植碎片的混合物的步骤。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述从所述中间区域挖出所述土壤和种植碎片的混合物的步骤包括使具有大致V形锯齿状切割犁板的剪切组件穿过所述中间区域。

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