CN109168790A - 一种基于土地纵深利用的农业种植方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于土地纵深利用的农业种植方法和系统，通过从土地表面开始向土地内部延伸形成空间供植物种植，植物的生长是在该空间内进行的，植物生长所需要的光照，通过自然采光、照明系统的其中任意一种或者二种方式实现。本发明基于对土地的纵深利用，即从地表向其内部延深形成植物种植所需要的空间，这样，既能够利用地下空间解决多种问题，同时克服现有种类地下空间不能适用植物种植的缺陷，同时大幅度降低能耗和成本。

Description

一种基于土地纵深利用的农业种植方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种基于土地纵深利用的农业种植方法与系统。

背景技术

目前的植物种植主要有三种方式，一是耕地种植，二是温室大棚，三是植物工厂和植物集装箱；

耕地种植有如下缺点，其一是对自然资源的高度依赖，包括水、耕地、光照等，其而是受到季节和气候等的巨大影响，其三，是对自然灾害、极端气候、病虫害、人为事故、战争和恐怖事件、工业污染等无可抗拒和脆弱性，其四是效率低下，包括生产能力的低下，以及对自然资源利用效率低下，如对水的利用效率低下等，其五是农业生产的食品安全性差，耕地，水，甚至空气受到的污染程度严重，有关报道显示，中国有1/5的耕地受到严重污染，不能使用。

温室大棚和植物工厂主要是减少了季节和气候的影响，提高效率，减少污染，但是同时有成本能耗高等问题。

事实上，地下环境天然的适合植物的生长，对人，包括动物而言，地面环境是更适合的，因为人需要大量新型的空气来呼吸氧气实现新陈代谢，人同时需要相对干爽的环境，避免细菌以及人体病变等，人也需要自然的太阳光照维持人的生理心里平衡，包括自然的生物钟。当然，人，包括动物也需要相对开放的环境进行移动，交流等，人和动物也可以在自然灾害等来临时移动来避祸。而植物正好与动物有相反同时互补的特性，植物更需要少氧多CO2的密闭的环境，更需要水分和潮湿的环境，自然光和LED人工照明均可实现光合作用，人类的废物或者废气都可以作为植物的养分，同时，植物一般是固定，无需活动空间，也不能自己移动来避祸。从以上分析来看，植物，尤其是消费性农业植物更适合地下环境。

因此，上述这些问题，当植物种植转入地下后，大都能迎刃而解，如地下受到季节和气候的影响小，对自然灾害、极端气候、病虫害、人为事故、战争和恐怖事件、工业污染等有抗拒力等。

但是目前的地下空间的结构，及其设计与建设方法，并不能很好的适用植物种植的要求，主要有如下问题，如空间结构复杂、导致施工难度大，成本高，也不利于自动化；其次，现有的各类地下空间，包括矿井、交通地下设施。人防设施等均不以确保地下与地面的联系为重点，而是注重地下活动，如采矿，地下交通及地下人防避难，而植物种植需要地下与地表有畅通的联系，并同时利用地下和地表的资源，包括利用自然采光，方便植物的收获等。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于土地纵深利用的农业种植方法与系统。

本发明采用如下技术方案：一种基于土地纵深利用的农业种植方法，从土地表面开始向土地内部延伸形成空间供植物种植，至少植物的生长是在该空间内进行的，种植的其它过程在地表进行或在该空间内进行；植物生长所需要的光照，通过自然采光、电灯光照系统的其中任意一种或者二种方式实现；作为优选方案，利用地下空间获取植物生长所需水分，包括直接利用地下水，或利用地下空间的冷却能力从空气中获得水。

进一步地，该方法对植物至少完成移动处理、或作业处理中的任一项。所述移动处理是通过运载系统实现，或通过设置在所述空间内的运载通道实现，所述作业处理通过作业系统实现。

进一步地，对植物进行移动处理是指：所述的植物从地表移至土地内部延伸空间内生长，植物种植的其它过程在地表进行，所述的植物种植在植物栽培器中，植物栽培器安置在承载结构体中，通过承载结构体将植物送至该空间内生长，并在植物生长完成后，将植物送回地表，以供收获；所述的作业处理是指：植物全部过程在土地内部延伸空间内完成，作业系统在土地内部延伸空间内完成对植物包括播种、定植、收获在内的作业。

进一步地，当植物在土地内部延伸空间生长时，将土地内部延伸空间封闭，并从外界为土地内部延伸空间提供CO2。

进一步地，所述的植物采用液培，土地内部延伸空间内还匹配了用于实现培养液循环的液体循环系统。

进一步地，土地内部延伸空间还设置了如下保障性系统中的一项或多项：环境温湿度调节系统、检测及控制系统、储能系统、沼气发生系统、有机物净化系统。

进一步地，所述的运载系统、作业系统为自动化系统。

一种基于土地纵深利用的植物种植系统，系统包括从地表延伸至土地内部的空间，植物直接种植于所述空间的壁上，或种植于位于所述空间内的植物栽培器中；植物栽培器直接安装在所述空间的壁上，或安装在承载结构体上；该空间内还至少具有运载系统、运载通道、作业系统中的一项，对植物至少完成移动处理、或作业处理中的任一项。

进一步地，所述空间内还设置有光照系统，所述光照系统选自自然采光系统、电灯光照系统的其中任意一种或者二种。

进一步地，所述的空间与地表的联通口上装有密闭装置，能将该空间封闭；所述的系统还具有CO2供给装置，该装置在所述的空间密闭时向该空间提供CO2。

进一步地，所述的运载系统、作业系统为自动化系统。

本发明的有益效果在于：保证地表和其内部空间的畅通联系，同时利用地表和其内部的优点，该方法基于对土地的纵深利用，即从地表向其内部延深形成植物种植所需要的空间，这样，既能够利用地下空间解决上述的种种问题，同时克服现有种类地下空间不能适用植物种植的缺陷，同时大幅度降低能耗和成本。

附图说明

图1为本发明基本原理图一；

图2为本发明基本原理图二；

图3为斜向延伸到土地内部的空间示意图；

图4为水平延伸到土地内部的空间示意图；

图5为“U”型结构的空间示意图；

图6为带有水平环形的空间示意图；

图7为带有运载系统的种植系统；

图8为带有光纤聚光系统的种植系统；

图9为带有升降系统的种植系统。

具体实施方式

本发明中所述的植物的种植过程包括播种、定植和采收，经播种发芽后，植物生长成幼苗，对幼苗进行定植到特定环境中，植物进一步生长，直至最后收获。本发明充分利用土地内部延伸空间的特点，来完成植物的生长过程。植物的其他过程可以在地表进行，此时需要移动植物，使之进出该土地内部延伸空间，在地表完成播种、定植和采收等工作；植物的其他过程也可以在该土地内部延伸空间内进行，此时需要作业系统进入空间完成播种、定植和采收。

植物的移动可以采用运载系统来实现，这种系统可以为升降机、传送带、拖曳机构等，或通过在空间内设置运载通道，供运输车辆或人进入进行运输。

本发明所述的作业系统是指为完成种植、定植、收获等作业的系统，包括位于空间内的作业通道和位于作业通道内进行作业的人、设备或作业线。

本发明所述的承载结构体为用于承载植物栽培器的结构，例如，例如，箱式结构、架式结构等。承载结构体4还可以包括辅助植物生长的光照系统、温湿度控制系统、喷淋系统(喷淋药液、营养液等)、电源系统。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1，图3，图4所示，从地表向土地内部延伸可以形成垂直地表的竖井11，与地表斜交的斜井12及与地表平行的水平巷道13，均为本发明所述的土地内部延伸空间。

如图1所示，在竖井11中，有多个承载结构体4，承载结构体4内含有植物栽培器3，内含植物1，植物培植可以采用土培，基质培，液培(或水培)及气培，如图所示的2代表培养基质：例如土壤、培养液等。

对于图1中种植的需要光照的植物，图1中采用了自然采光系统，也可以采用电灯光照系统，例如图7中的LED照明系统60。图1中设置了聚光式系统30，当然也可以采用普通的自然采光系统，通过光路引入至土地内部延伸空间。采用光照系统，可以大大增加植物光合作用时间和强度，提高产量。而对于不需要光照的植物，例如异养植物、菌类植物，则不用额外配置光照系统；对于仅需微弱光照的植物，例如藻类、苔藓、蕨类等，也可以不额外配置光照系统，利用地下空间的微弱光照即可实现生长。

图1中设置了升降机构20，该升降机构为本发明所述的运载系统中的一种，该升降机构20可以将承载结构体4从地表降到地下空间内，也可以将其升到地表，从而方便实现以下植物种植方式，即植物从地表移至所述的植物生长空间内生长，植物种植的其它过程，如播种，定植，收获等在地表进行。

图1中，土地内部延伸空间也可以具有额外的作业系统，对承载结构体4中的植物、或承载结构体4本身进行操作。作业系统可以为维修作业系统、播种系统、收割系统、定植系统或集成的综合系统。

图4所示的与地表平行的水平巷道13中，也可以采用图1的承载结构体4。这种水平巷道13还可以预留一定的运载通道。承载结构体4通过运输车轮直接经运载通道进行运输。

图2与图1不同，植物的全过程包括收获全部在空间14内进行，需要通过作业系统40来完成播种、定植及收获等工作，包括可以升降的机械手或作业机械41，以及容器42，机械手41用来采摘果实、容器42用来容置果实等。本发明中所述的作业系统可以参考现有农业技术中的收割机、播种机等形式，并可以根据实际情况稍作改进。

图2中，植物一部分置于植物栽培器3内，另一部分直接置于空间壁上，植物栽培器3也置于空间壁上，当然也可以像图2一样将植物栽培器3置于承载结构体4中。

图9采用图2同样的作业系统，与图2不同，植物及栽培器承载于承载结构体内，而不是空间的壁上。

上述作业系统以及运载系统，可以结合现有的自动化控制技术，形成自动化的作业系统和自动化的运载系统。

图5，图6表示了可以采用一些组合式的空间结构，图5中，为两个竖井11与水平联巷15的组合，图6为竖井11与环形水平巷道16的组合。

图7中设置了另一种如传送带形式的运载系统80，该传送带上安置有植物栽培器3，植物种植于植物栽培器3中，运行所述传送带，即可实现植物升降，并实现所述的植物在竖井11内生长，植物种植的其它过程，如播种，定植，收获等在地表收获室内进行。

图7可以水培系统，设置了液体循环系统，含泵72和喷淋管71，实现培养液的循环利用。图7同时采用LED照明系统60。

植物生长所需水的来源可以是地下水，也可以利用地下空间的冷却能力，从空气中取水，如通过通风，将地表的热空气导入地下，获取冷凝水。

图7中，可以通过位于竖井11上方的屋顶实现密封，同时匹配了CO2供给系统50。CO2供给系统的CO2可以是来自工厂生产的CO2，也可以是来自CO2捕集系统，即通过捕集大气或者工业及能源过程的尾气，如电厂锅炉的尾气中的CO2,也可以直接在现场，地下或地面捕集。

图8与图7不同在于增加了自然采光系统，自然采光系统由聚光器91和光缆92组成。

此外，本发明所述的系统还可以配置蓄能系统，例如电池蓄电系统、蓄热或者蓄冷系统，蓄能系统的能量可以来自外界，蓄电系统的电可以用来驱动LED或其它设备，如风机，水泵等；也可以用来提供热或者冷，或者为植物生长环境提高温湿度调节。值得说明的是，由于地下空间的易利用和保温特性等，地下空间环境相对恒定，一般并不需要冷热调节，即使冷热调节，其代价与地面相比十分小。采用蓄能后，其成本或代价更小。

本发明所述的系统还可以配置沼气系统，可以为植物生产提高CO2和肥料，同时可以产生乙烷供其它用，或用作制造肥料。

本发明所述的系统还可以增加有机物净化系统，利用有机物，如乙烷制造肥料。

本发明的系统还可纳入现有的检测和控制系统，针对温湿度、二氧化碳浓度等生长条件进行检测，同时根据检测数据进行反馈控制。

Claims (10)

1.一种基于土地纵深利用的农业种植方法，其特征在于，从土地表面开始向土地内部延伸形成空间供植物种植，至少植物的生长是在该空间内进行的，种植的其它过程在地表进行或在该空间内进行；植物生长所需要的光照，通过自然采光、电灯光照系统的其中任意一种或者二种方式实现；作为优选方案，利用地下空间获取植物生长所需水分，包括直接利用地下水，或利用地下空间的冷却能力从空气中获得水。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法对植物至少完成移动处理、或作业处理中的任一项。所述移动处理是通过运载系统实现，或通过设置在所述空间内的运载通道实现，所述作业处理通过作业系统实现。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，对植物进行移动处理是指：所述的植物从地表移至土地内部延伸空间内生长，植物种植的其它过程在地表进行，所述的植物种植在植物栽培器中，植物栽培器安置在承载结构体中，通过承载结构体将植物送至该空间内生长，并在植物生长完成后，将植物送回地表，以供收获；所述的作业处理是指：植物全部过程在土地内部延伸空间内完成，作业系统在土地内部延伸空间内完成对植物包括播种、定植、收获在内的作业。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当植物在土地内部延伸空间生长时，将土地内部延伸空间封闭，并从外界为土地内部延伸空间提供CO2。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的植物采用液培，土地内部延伸空间内还匹配了用于实现培养液循环的液体循环系统。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，土地内部延伸空间还设置了如下保障性系统中的一项或多项：环境温湿度调节系统、检测及控制系统、储能系统、沼气发生系统、有机物净化系统。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的运载系统、作业系统为自动化系统。

8.一种基于土地纵深利用的植物种植系统，其特征在于，系统包括从地表延伸至土地内部的空间，植物直接种植于所述空间的壁上，或种植于位于所述空间内的植物栽培器中；植物栽培器直接安装在所述空间的壁上，或安装在承载结构体上。该空间内还至少具有运载系统、运载通道、作业系统中的一项，对植物至少完成移动处理、或作业处理中的任一项。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述空间内还设置有光照系统，所述光照系统选自自然采光系统、电灯光照系统的其中任意一种或者二种。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的空间与地表的联通口上装有密闭装置，能将该空间封闭；所述的系统还具有CO2供给装置，该装置在所述的空间密闭时向该空间提供CO2。