CN117177660A - 用于植物容器施肥的系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于植物容器的施肥的系统及其使用方法。所述系统包括包含多个种植托盘的种植模块，种植托盘另外包含处于不同发育阶段的植物和/或植芽。经由托盘运动系统和托盘升降器从种植模块单独抽出种植托盘，托盘运动系统和托盘升降器由控制系统控制，并将种植托盘精确放置在施肥系统中，其中，它们在至少一个喷嘴上方对齐、并下降到喷嘴上，喷嘴刺穿包含植物的植物容器、并以水、营养物和/或加压空气的组合对其进行施肥。然后，将单独的种植托盘更换在种植模块中，并对种植模块中的所有种植托盘和植物容器重复该过程。

Description

用于植物容器施肥的系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年10月5日提交的美国临时专利申请第63/252,525号的权益、于2021年10月5日提交的美国临时专利申请第63/252,533号的权益、于2021年8月24日提交的美国临时专利申请第63/236,512号的权益、于2021年1月15日提交的美国临时专利申请第63/138,391号的权益、以及于2021年1月15日提交的美国临时专利申请第63/138,389号的权益，这些申请中的每一个的全文均通过引用并入本文。

背景技术

种植、维护和运输大量个体可食用植物物质的内在困难非常广泛，以至于该领域没有特别强的创新记录。在生长、维护和/或运输的一个或多个过程中的任何时候出现的错误通常会立即导致产品无法使用，无法恢复或再生。简言之，种植、维护和运输大量个体可食用植物物质的方法和设备对精度提出了在大多数其他行业中完全未知的要求。方法和设备的每个单独阶段都有其各自的挑战。

现有的施肥系统在试图为大量植物施肥时会遇到一些挑战，每种植物或每组植物都处于从种子或幼苗到嫩芽再到植物的不同生长阶段，因此需要不同量的水、营养物和空气等。本公开中的“施肥系统”是指用于将用于土壤改良剂、水分改良剂和其他水溶性产品的肥料和养分注入灌溉系统的系统。施肥系统还可以将水、气体和/或营养物注入植物容器中。

本公开中的“植物”是指以树木、灌木、草本植物、草、蕨类植物和苔藓为例的生物，通常生长在永久性地点，通过其根部吸收水分和无机物质，并通过光合作用在其叶片中合成营养素。本公开中的“种子”是指开花植物的繁殖单位，能够发育成另一此类植物。本公开中的“幼苗”是指未成熟的植物，尤其是从种子而不是从插枝培育而来的植物。本公开中的“植芽”是指种子发芽后向上生长的新生长，以及叶片将在那里发育。芽也可以指茎，包括其附属物、叶和侧芽、花茎和花蕾。

植物以不同的速度生长，如果要充分发挥其生长潜力，就需要液体、固体和气态营养物的定制结合。在大集合中生长的植物需要在所有生长阶段进行监测，尤其是随着它们成熟调整其施肥需求。单株植物，无论其生长和维护的规模如何，所需要的东西也比土壤、水、光照和营养更多，尽管这四个都很重要。这些组分的位置和将它们输送给生长中的植物的时间安排是对植物生长的附加关键点。

现有的用于大量种植单株植物的容器在成功交付包装可食用产品方面存在一些障碍。这些障碍包括有效地将水和营养物输送到植物，并考虑到植物与生长介质之间的潜在相互作用以及生长介质与小气候内环境的相互作用来控制植物周围的气候条件。其他障碍包括防止植物分配时的严酷处理、蒸发、生长介质的有效浇水等。

因此，需要一种用于控制、储存、供肥(供给)、有效生长、监测和递送单独保护和维护的可食用植物产品的方法和系统。

发明内容

本公开涉及一种用于多个植物容器的施肥系统。

在一方面，一种种植植物、种子或幼苗的方法，包括使用施肥系统从种植模块抽出保持植物容器的种植托盘。施肥系统包括：用于从种植模块抽出种植托盘以及将种植托盘放置回种植模块中的托盘运动系统；用于降低和升高种植托盘的托盘升降器；第一泵，其与淡水供应和营养物/水混合物中的至少一个流体连通；以及喷嘴歧管，其与第一泵、淡水供应和营养物/水混合物中的至少一个流体连通。喷嘴歧管包括歧管集管和至少一个喷嘴，这些喷嘴与歧管集管流体连通，其中，至少一个喷嘴构造成将由第一泵供应的淡水供应和营养物/水混合物中的至少一种注入到种植托盘上的植物容器中。植物容器包括植物、种子或幼苗、以及根区中的基质。该方法还包括朝向至少一个喷嘴移动种植托盘、或朝向种植托盘移动至少一个喷嘴。该方法还包括将淡水供应和营养物/水混合物中的至少一种注入根区。该方法还包括从植物容器移除该至少一个喷嘴。该方法还包括将种植托盘放置回种植模块中。

在一方面，一种植物施肥系统包括：托盘运动系统，其用于从种植模块抽出种植托盘并将种植托盘放置回种植模块中；托盘升降器，其用于降低和升高种植托盘；第一泵，其与淡水供应和营养物/水混合物中的至少一个流体连通；以及喷嘴歧管，其与第一泵、淡水供应和营养物/水混合物中的至少一个流体连通，喷嘴歧管包括歧管集管和与歧管集管流体连通的至少一个喷嘴，其中，该至少一个喷嘴构造成将由第一泵供应的淡水供应和营养物/水混合物中的至少一种注入到种植托盘上的植物容器中，植物容器包括植物、种子或幼苗、以及根区中的基质。

在一方面，植物种植系统包括多个植物容器，植物容器包括植物、种子或幼苗、以及根区中的基质。植物种植系统还包括种植托盘，该种植托盘构造成保持多个植物容器。植物种植系统还包括如上所公开的施肥系统。

附图说明

为了容易地识别对任何特定元件或动作的讨论，附图标记中的一个或多个最显著数字指的是该元件首次引入的附图标记。

图1示出了根据一个实施例的施肥系统100。

图2A和图2B示出了根据一个实施例的种植模块200。

图3示出了根据一个实施例的种植模块和施肥站300。

图4A示出了根据一个实施例的托盘运动系统400。

图4B更细节地示出了根据一个实施例的托盘运动系统400。

图5示出了根据一个实施例的以处于喷嘴上方的种植托盘进行的种植托盘施肥500。

图6示出了根据一个实施例的喷嘴歧管和穿透植物容器的至少一个喷嘴600。

图7示出了根据一个实施例的种植托盘和托盘运动系统700。

图8示出了根据一个实施例的用于施肥的种植托盘运动过程800。

图9示出了根据一个实施例的施肥系统中的至少一个摄像机900。

图10示出了根据一个实施例的在施肥系统中的压缩空气1000。

图11示出了根据一个实施例的控制系统1100。

图12示出了根据一个实施例的植物容器1200。

图13示出了根据一个实施例的植物容器的俯视图1300。

图14示出了根据一个实施例的种植搁架1400。

图15示出了根据一个实施例的具有嫩芽的植物容器2300。

具体实施方式

本公开涉及一种用于多个植物容器的施肥系统。

以系统化的方式成功地对包装可食用产品进行施肥带来了许多挑战。对特定的单株植物、种子或幼苗进行施肥可能是最佳的，因为它们以不同的速度生长和成熟，并且通常需要个体关注，但对于包装可食用产品系统中通常包含的植物数量来说，这种关注可能是繁重且不切实际的。监测单株植物、甚至是小规模集合的生长，也可能比检查(视觉或其他方式)大群组植物更可取。当小的植物集合扩大到数百或数千株植物时，控制小的植物集合所需的水、营养物和空气的精确组合实际上失去了定制递送所述元素的能力。

现有的施肥系统对这些挑战采取了“一刀切”的方法。植物是大规模进行施肥的，很少关注单株或少量植物的生长需求。施肥控制遵循这种统一方法，一些植物收到比它们在特定生长阶段可能需要的更大或更小量的水、营养物和/或空气，仅仅因为附近植物的生长需求不同。生长监测也必须扩大规模，因此对植物成熟度的评估系统地忽略异常值。

施肥系统的已识别问题及其解决方案与可扩展数量的植物的储存、供肥和生长有关。植物可以单独施肥，也可以至少分组施肥。水、营养物、空气和/或其他元素的输送可以定制并直接注入专门设计用于接收所述输送的植物容器中。监测单株植物的生长过程可以利用视觉图像拍摄和处理方面的最新创新。

现有的用于大量种植单株植物的容器在包装可食用产品的成功输送方面存在一些障碍。营养物的位置(例如，施用物质以便为植物供肥，以补充土壤、水和空气)可以有效地与植物本身隔离，因为直接暴露于原始营养物会抑制其生长。水可以小心而精确地供给所述营养物，并具有使水和营养物到达植物根系在其中生长的基质的附加装置。容器可以在形状和构成上有效地标准化，以允许如所述的可预测的输送。最后，整个容器可以是可降解的，因为在其他限制条件下，容器的重复使用可能不可行。

施肥系统中的用于植物容器的已识别问题及其解决方案与可扩展数量的植物的储存、供肥和生长有关。首先，在植物营养物质的沉积物与种子最初种植的区域之间提供可渗透的分离部，允许将精确量的所述营养物质输送到一株植物或一组植物。此外，本公开提供了校准可扩展数量的植物所需的水和营养物的量，保持植芽和营养物物理分离，并设置了将水输送到植物营养物的系统，以及种子最初种植的区域，或它们的基于植物类型和施肥需求的一些组合。此外，以下提供构造端到端系统的方案，以为施肥系统提供水和营养物，并为种植模块中可扩展数量的植物控制水和营养物。

使用这种方法和设备容纳植物的容器使用两个腔室，其分别容纳营养物和基质，以可渗透膜分离，从而允许水从一个腔室转移到另一腔室。该容器包括用于以精确测量的量将水注入其营养室的装置。本公开中的“营养室”是指不可渗透的外容器内的分层层，其中含有用于对植物施肥的营养物。营养室可以形成在覆盖物与可渗透膜之间。植物本身可以有效地与原始营养物隔绝。整个容器可以是标准化的形状，以适合于种植植物的种植模块托盘，该种植模块托盘保持就位在用于输送水、空气和光照的位置。此外，容器可以是可生物分解和/或可降解的。

参考图1，示出了施肥系统100。该系统的实施例包括淡水供应罐102，该淡水供应罐已从水源104抽取水，并保持淡水供应。所述淡水供应106可以馈送给混合罐110，或者淡水供应106可以通过第一泵118直接馈送给喷嘴歧管116。混合罐110接收来自淡水供应罐102的淡水供应106和来自营养物供应126的营养物108。在混合罐110中混合的淡水与营养物的混合物、以及营养物的类型和量取决于被供应淡水的植物、种子或幼苗和/或植芽的一个或多个品种以及施肥系统100中的营养物供应108。来自混合罐122的营养物/水混合物110可以通过第二泵120馈送到日用罐112。第一泵118可以将混合罐110中的营养物/水混合物122引导至喷嘴歧管116。第一泵118可以提供压力以通过喷嘴歧管116的至少一个喷嘴130将淡水供应106或营养物/水混合物122注入种植托盘124内的植物容器中以用于施肥。

淡水供应罐

本公开中的“水”是指H₂O。水可以是淡水、灰(即再生)水，或者可以包括溶解的营养物和/或矿物质。本公开中的“淡水供应”是指植物可以使用的非盐水来源。淡水供应罐102包括本领域技术人员熟知的容纳部，用于保持施肥系统的淡水供应。它的尺寸可以是可变的，从小到8加仑(30升)到这个容量的许多倍，这取决于特定的系统需求，特别是作为混合储罐110和喷嘴歧管116直供水的来源。储罐通常可以由绝热钢或耐温塑料制成，并且包括到混合罐110和/或喷嘴歧管116和第一泵118的连接管道。

混合罐

本公开中的“混合罐”是指设计成结合至少两种物质的容纳部，其中一种物质通常是液体。在施肥系统中，混合罐可以以精确计算的量将淡水供应和营养物供应结合在一起，该精确计算的量设计用于植物施肥。混合罐110包括容纳部，该容纳部设计成以精确计算的量将淡水供应和营养物供应结合起来，该精确计算的量设计用于系统中的植物、种子或幼苗和/或植芽的最终施肥。与淡水供应罐102一样，混合罐110可以根据系统需要而具有不同的尺寸，并且还包括诸如半透明性的特征，以确保除了供应测量之外的适当混合。混合罐的来源可以包括来自淡水供应罐102的淡水供应和来自营养物供应108的营养物，每个都由输入阀和截止阀测量和控制。可根据需要包括排放阀，以用于排空储罐。混合罐还可以包括用于接收非液体添加剂128(如粉末形式的肥料或营养物)的开口。

营养物供应

本公开中的“营养物供应”是指肥料、营养添加剂、矿物质补充剂、有益共生微生物等，以在与水混合时优化植物的生长条件。包括营养物的营养物供应108可以包括肥料、营养物添加剂、矿物质补充剂、有益共生微生物等，以在与水混合并泵送到喷嘴歧管116时优化植物、种子或幼苗和/或植芽的生长条件。此外，如果需要的话，营养物供应108还可以包括有效量的杀虫剂、选择性除草剂、杀菌剂或其他化学物质，以去除、减少或防止寄生虫、杂草、病原体或任何其他有害生物的生长。用于营养物供应108的营养配方的制剂可以根据所生产和运输的植物的种类进行适当的调整。

一旦获得由来自淡水供应罐102的水和来自营养物供应108中的营养物的营养物或其它制剂产生的合适的营养物/水混合物122，营养物/水混合物122就由第二泵120泵送到日用罐112。日用罐112保持营养物/水混合物，并且根据其名称，每天将混合物馈送给喷嘴歧管116。通过利用第一泵112将日用罐118中的水/营养物混合物泵送到喷嘴歧管116，因此第一泵被称为施肥系统100中的第一泵。

第一泵

本公开中的“第一泵”是指使用吸力或压力来升高或移动液体的机械装置。第一泵118可以是本领域技术人员已知的标准流体泵，其使用压力在施肥系统100中的储罐之间或从一个储罐向出口源(如喷嘴歧管116或其他容纳部)输送液体。第一泵118可以是电动的或使用替代能源(例如天然气或丙烷)来产生所需的压力。第一泵118还可以具有合适的压力(磅/平方英寸，PSI)变化范围，例如，从5到90PSI，以及流量范围，例如，从10到2000升/小时，以适应日用罐112与喷嘴歧管116之间的流量。在一些实施例中，第一泵是蠕动泵。

第二泵

本公开中的“第二泵”是指使用吸力或压力来升高或移动液体的机械装置。第二泵120可以是本领域技术人员已知的标准流体泵，其使用压力在施肥系统100中的储罐之间或从一个储罐向出口源(如喷嘴或其他容纳部)转移液体。第二泵120可以是电动的或使用替代能源(例如天然气或丙烷)来产生所需的压力。第二泵120还可以具有合适的压力(磅/平方英寸，PSI)变化范围，例如，从5到90PSI，以及流量范围，例如，从10到2000升/小时，以适应混合罐110与日用罐112之间的流量。在一些实施例中，第二泵是蠕动泵。

日用罐

本公开中的“日用罐”是指用于储存定期(例如每天)使用的流体的非反应性容纳部。对于施肥系统，日用罐可能含有预先在混合罐中混合的有时间限制的水和/或营养物供应。日用罐112，如其名称所示，包含用于施肥系统100的有时间限制的流体供应。由于其流体供应的变化性质，以及将其输送到植物、种子或幼苗和/或植芽的定制性质，施肥系统100可能不会将其水和营养物供应108的混合物储存超过一天左右。切断来自混合罐110的供应的装置可以是与第二泵120同步使用的输入阀。混合罐110中的排放阀可以在特定条件下去除日用罐112不需要的过量液体。与上述淡水供应罐102一样，日用罐112通常可以由绝热钢或耐温塑料制成，但是与混合罐110一样，在一个实施例中它可以是半透明的，以确保适当的混合和测量供应的视觉装置。它可以像淡水供应罐102和混合罐110一样，根据系统需要而具有不同的尺寸。

喷嘴歧管

本公开中的“喷嘴歧管”是指能够输送液体和/或气体物质并分流到至少一个喷嘴的装置或腔室。喷嘴歧管116包括用于将液体或加压空气转移到从该部件延伸的至少一个喷嘴的管或管道。本公开中的“加压空气”是指处于比在一般环境中的空气更大压力下的气体或气体组合。加压空气可以包括含有在大气中发现的元素的典型混合物的空气，以及高浓度的氧、臭氧或氮，或者这些元素的一些特定组合，其具有不同于大气空气的期望浓度。

在一个实施例中，喷嘴歧管116可以是圆柱形，其中至少一个喷嘴从顶部圆形表面延伸穿过歧管集管。在另一实施例中，喷嘴歧管116可以是细长管的形式，其中至少一个喷嘴从所述细长管的侧面(例如，弯曲部分)延伸。利用至少一个喷嘴的喷嘴歧管116可以具有各种形状、构造和尺寸，适于刺穿位于从种植模块200抽出并放置在施肥系统100中的种植搁架中的植物容器。喷嘴用淡水和营养物对单株植物、种子或幼苗和/或植芽进行施肥的方法将在本公开的后文详细讨论。

施肥站

施肥站114可以是植物通过上述部件的作用经受施肥的位置。在一个实施例中，施肥站114可以包括日用罐112、第一泵118、第二泵120和喷嘴歧管116。种植模块200可以被带到施肥站114，并且它们的种植托盘204被移开，使得种植托盘204中的植物可以被施肥。这一过程将在后续章节中进行更详细的描述。

种植模块

本公开中的“种植模块”是指用于由施肥系统所提取和插入的多个生长托盘的储存介质。本公开中的“种植托盘”是指组分足够坚硬的固体材料(例如回火金属或塑料)的平面，以在不弯曲或翘曲的情况下保持多个植物容器。在一些实施例中，种植托盘的形状是正方形或矩形。种植托盘可以构造有切口，以容纳用于保持植物容器的托盘插入件，或者容纳不需要刚性托盘插入件支承的刚性植物容器。种植模块200是用于由施肥系统所抽出和插入的多个种植托盘108的储存介质。种植模块200可以由任何金属、塑料或其他具有足够强度的固体材料制成，以保持必要数量的种植托盘并承受与托盘运动系统的重复相互作用。在一个实施例中，种植模块200包括从其竖直定向侧面的侧面突出的隔板，用于保持多个种植托盘和/或种植搁架。在一个实施例中，种植模块200包含不可移除的搁板，不可移除的搁板固定在种植模块200内的预先确定的竖直位置处，并且包含光照和用于所述光照和其他电气部件的伴随电源。本例中的光照可以由发光二极管(LED)或本领域技术人员已知的其他光源提供，以促进植物生长。种植模块200还可以包括通过多个风扇用于种植搁架中生长的植芽和/或植物的空气源，多个风扇固定到模块背部并由上述不可移除搁板中的电源供电。本公开中的“风扇”是指能够以固定或可变速率移动气流的一个或多个装置。在一个实施例中，所述风扇的运行可以根据它们的位置而变化，例如，空气可以供应到种植模块200内的种植托盘中的植物的子集。在一个实施例中，种植模块200中的种植托盘的数量也可以根据种植模块200内的种植搁架和种植托盘中的各种植物和/或植芽的生长阶段而变化。

图2A和图2B示出了根据一个实施例的种植模块200。种植模块200可以包括包含植物容器206的多个种植托盘204，处于不同发育阶段的种子、幼苗、植芽和/或植物208可以生长在植物容器206中。布置在每个种植托盘204上方的可以是光照托盘202。光照托盘202可以向种植模块200内的生长中植物提供光。

图2B更详细地示出了处于种植模块200内的保持植物容器206的种植托盘204和光照托盘202。光照托盘202和种植托盘204可以使用附接和支承硬件可调节地安装在种植模块200内，从而允许种植模块200内的元件的柔性间隔，如本领域所熟知的。这允许处于不同生长阶段的植物容纳在单个种植模块200内，并且可以进一步允许处于每个种植托盘204上方的可变高度的光照托盘202提供光照，以便最佳地照亮种植托盘108内的每株植物。

参考图3，示出了种植模块和施肥站300。在一个实施例中，种植模块200可以包含多个种植托盘，每个托盘保持多个植物容器，植物容器包含处于不同发育阶段的种子、幼苗、植芽和/或植物。种植模块200可包含可变数量的种植托盘，其根据个体植物、种子或幼苗和/或植芽的施肥需求而构造，每个植物容器206包含在种植托盘204内。

如图所示，可以经由托盘运动系统400从种植模块200抽出种植托盘204，该托盘运动系统是用于将种植托盘204从种植模块200中滑出以用于施肥目的的自动或手动系统。然后，托盘运动系统400可以将种植托盘204定位在上传送器304上。上传送器304可以将种植托盘204运送到成像站310，如关于图8更详细描述的。上传送器304还可以将种植托盘204传送到托盘升降器308，托盘升降器306可以将托盘降低到下传送器912的水平处。

下传送器306可以将种植托盘204定位在施肥站114的喷嘴歧管116上方。喷嘴歧管116可以构造成使得至少一个喷嘴130与包含在种植托盘204内的植物容器206对齐。至少一个喷嘴130的数量和类型可以构造成与每个种植托盘204中的植物容器构造相对应、以及与由第一泵泵送到喷嘴歧管116的淡水供应和营养物供应的混合物相对应。这可以基于其中包含的单个种子、幼苗、植芽和/或植物的特定施肥需求来进行定制。

托盘升降器

托盘升降器308包括由马达提供动力的驱动系统，该驱动系统用于在上传送器304与下传送器306之间一次一个地升高和降低种植托盘。所述驱动系统可以是任何类型，例如但不限于皮带驱动器、链条驱动器、直接驱动器等。在控制系统的控制下，马达可以为驱动机构提供动力，以将种植托盘204拉到其适当的竖直位置。

托盘运动系统

图4A和图4B示出了一个实施例中的托盘运动系统400。

本公开中的“托盘运动系统”是指各种部件，包括但不限于马达、在所述马达控制下的机械臂、种植托盘在其上滑动的轨道以及托盘升降器，所有这些都用于从种植模块抽出种植托盘，并在施肥过程完成时将种植托盘替换在种植模块内的相同位置。本公开中的“轨道”是指施肥系统上的一种结构，种植托盘可以搁置在该结构上和/或在该结构上滑动。本公开中的“托盘升降器”是指由马达提供动力的驱动系统，用于从种植模块单独升高和降低种植托盘。在一个实施例中，托盘升降器可以将种植托盘从上传送器转移到下传送器。在一个实施例中，托盘升降器可以将种植托盘定位到每个用于施肥的喷嘴歧管的至少一个喷嘴上。

托盘运动系统400包括用于从种植模块200抽出种植托盘204、以及当种植托盘204中的所有植物容器的施肥过程都已经完成时将种植托盘204替换在种植模块200内的相同位置或替代地在不同位置的各种部件。托盘运动系统400包括本领域技术人员已知的用于在机器驱动或手动动力下沿水平方向移动保持易碎物体的托盘的部件：至少一个轨道402，一旦从种植模块200移开，种植托盘204就在轨道404上滑动；臂400，其从该设备延伸以临时闩锁到种植托盘204上，将其拉到该设备上并在适当位置处将其释放；将种植托盘204连同托盘运动系统404沿着施肥台架302一起升高或降低到期望竖直位置的构造(未示出)；(在电力或等效动力下)旋转皮带的马达或类似的驱动器，以伸出/缩回臂1004并为升高和降低构造提供动力；全部构造成还反向执行该操作以将种植托盘204返回到其在种植模块200内的位置。在一个实施例中，臂可以包括托盘附接特征406，如磁性连接件、闩锁或臂端部的工具，以附接到种植托盘204。

在一个实施例中，也可以在抽出种植托盘204之前通过托盘运动系统404的臂400将种植托盘108从种植模块200中的搁板稍微抬起(例如，小于一英寸)。在该实施例中，可以不需要种植模块200内的滑动轨道。短支腿可以在种植托盘204下方(例如在四个角部处)延伸。对于不同大小的容盆/植物，所述支腿可以是可拆卸的/可调节的。

图4B更详细地示出了托盘运动系统400的一个实施例。托盘运动系统400包括轨道402、臂404和托盘附接特征406。

参考图5，示出了以种植托盘在喷嘴上方进行种植托盘施肥500，说明了在一个实施例中，种植托盘可以如何相对于施肥系统定位，以便对种植托盘中的植物容器进行施肥。一旦已经从种植模块200抽出种植托盘204，除了由托盘运动系统400提供的对种植托盘204水平重新定位之外，另一运动程度可以将种植托盘204直接定位在施肥系统的至少一个喷嘴的正上方和至少一个喷嘴上。

如关于图3、图4A和图4B所述的，当将种植托盘204从种植模块200抽出时，可以通过下传送器306的动作将其对齐在精确的水平位置(未示出)，例如，在喷嘴歧管116和至少一个喷嘴130上方。在来自控制系统502的指令和由马达(未示出)提供动力的情况下，可以调节下传送器306，使得种植托盘竖直地重新定位504，或者可以调节喷嘴歧管116，使得喷嘴歧管竖直地重新定位506。可以在完成施肥过程所需的时间内保持这种构造。一旦完成，该过程可以反转，升高种植托盘或降低喷嘴歧管，使得下传送器306可以将种植托盘从喷嘴歧管带走。

控制系统

控制系统502可以包括具有电线和开关的面板，该面板通常包含在用于罩护电线、开关和用于将电力传递到诸如驱动机构、泵之类的其他部件的类似部件的固定金属封壳或其他容纳部内。在一个实施例中，控制系统502可以在多个位置中包括具有电线和开关的面板，包括但不限于种植模块和施肥系统，以用于种植模块(例如，如前所述的光照、风扇等)与施肥系统(例如，如上所述的第一泵、第二泵、托盘运动系统400和/或托盘升降器308)专用的电力使用之间的电力负载的效率和平衡。控制系统502另外可以由操作者手动构造，或者在能够向控制系统发送命令和从控制系统接收命令的软件的控制下通过自动或手动装置进行构造。任何装置都可以用于将所述命令传递到当前描述的电气控制系统502(例如，包含电源、电线和开关)/从电气控制系统1800传递所述命令。

参考图6，示出了喷嘴歧管和刺穿植物容器的至少一个喷嘴600。如关于图3至图5所述的，单独的植物容器可以定位在至少一个喷嘴上方的种植托盘中。该实施例描述了来自营养物供应的水和营养物如何被输送到在每个植物容器内发芽和/或生长的植物、种子或幼苗和/或植芽。本公开中的“喷嘴歧管”是指能够输送液体和/或气体物质并分流到至少一个喷嘴的装置或腔室。本公开中的“喷嘴”是指管、软管或管道末端的圆柱形或圆形孔口，用于控制气体或液体的喷射。在施肥系统中，至少一个喷嘴可以构造在喷嘴歧管处，并用于控制/注入水和/或营养物和加压空气到植物容器中。

如上在图1中所述，施肥系统100内的第二泵将水和营养物的混合物从营养物供应输送到喷嘴歧管116，喷嘴歧管根据施肥系统中植物、种子或幼苗和/或植芽的需要与第一泵和淡水供应中的至少一个流体连通。

喷嘴歧管116包括多个部件，每个部件在将水/营养物混合物从日用罐或淡水供应输送到不可渗透的外容器1202内的各个植物容器中起作用。喷嘴歧管116包括歧管集管602，歧管集管包括从第一泵泵送到喷嘴歧管的淡水供应和/或淡水供应和营养物供应的混合物。然后，歧管集管602将所述淡水供应和/或淡水供应和营养物供应的混合物供应到至少一个喷嘴130，喷嘴130构造成将所述液体注入种植托盘上的植物容器的底部。至少一个喷嘴130可以是从单个喷嘴到可以由歧管集管箱602容纳的多个喷嘴的可变数量，其构造成对包含在植物容器内的单株植物、种子或幼苗和/或植芽施肥。

在一个实施例中，至少一个喷嘴130还可以由单株植物和/或植芽的氧气或其他气体需求指示而将加压空气注入植物容器内的营养室或基质中。

歧管集管

本公开中的“歧管集管”是指将歧管室与相关联的多个开口分离并保护歧管室的固体不可渗透壳体。在施肥系统中。歧管集管602包括将喷嘴歧管116与至少一个喷嘴130分离开的固体不可渗透壳体，其原因是保护下面的歧管机械(例如，储罐馈送件、阀等)不受任何残余材料(例如，水、基质)的影响，这些残余材料可能从保持就位在歧管机械上方的种植托盘中的植物容器中掉落。歧管集管602可以由任何非反应性材料制成，例如，1/8-1/4英寸的塑料，具有被钻孔的能力，至少一个喷嘴130可以适配该钻孔。

参考图7，示出了种植托盘和托盘运动系统700，以示出可以如何操纵种植托盘204中的植物容器260。多个种植托盘204可以保持可变数量的植物容器206，每个植物容器包含植物、种子或幼苗和/或植芽。生长搁架中的植物容器中的植物、种子或幼苗和/或植芽的数量和类型可以根据它们的集体施肥需求(即有效发芽和生长所需的光照、空气和液体)进行构造。

包含多个植物容器206的每个种植托盘204可以包含在种植模块200内。如前所述，可以根据在单独的植物容器中生长的植物、种子或幼苗和/或植芽的集体需求将它们收集到种植托盘204中。可以由托盘运动系统400从种植模块200抽出定位在种植模块200内的所述种植托盘204。

种植阵列

种植托盘204包括组分足够坚硬的固体材料(例如回火金属或塑料)的正方形或矩形平面，以在不弯曲或翘曲的情况下保持多个植物容器。另外，种植托盘204可以包括能够以特定图案模切的材料，使得多个植物容器既可以竖直地插入到托盘中，也可以水平地滑动以在精确对齐的行和列中锁定就位，后者对于在施肥系统中的至少一个喷嘴上方的生长搁架1400中对齐每个植物容器是需要的。在一个实施例中，种植托盘204还可以包括模切凹口、闩锁或其他物理凹痕，可以通过该模切凹口、闩锁或其他物理凹痕来辅助托盘运动系统400将种植托盘204抽出、升高/降低和/或替换到种植模块200，或者从种植模块200抽出、升高/降低和/或替换种植托盘204。

如图所示，托盘运动系统400可以至少以两个水平自由度从种植模块200抽出种植托盘204。一旦包含多个种植搁架的种植托盘204从种植模块200移开，种植搁架可由托盘运动系统400保持就位，同时包含至少一个喷嘴的喷嘴歧管刺穿种植搁架中的植物容器以利用第一泵从混合罐输送淡水供应和/或水和营养物供应。

参考图8，在一个实施例中示出了用于施肥的种植托盘运动过程800。该过程可以从位于种植模块200中的种植托盘204开始，其中多个植物容器位于种植托盘204内。如图所示，托盘运动系统400可以从种植模块200抽出单独的种植托盘204。托盘运动系统400可以将种植托盘204竖直定位成与上传送器304对齐。然后，托盘运动系统400可以将种植托盘204水平地滑动到上传送器304上，上传送器可以将种植托盘204传送到成像站310。在成像站310处处理之后，种植托盘204可以由上传送器304传送到托盘升降器308。这一系列动作由箭头802表示。

托盘升降器308可以将种植托盘204降低到与下传送器306对齐，如箭头804所示。然后，如前所述，下传送器306可以将种植托盘204运送到喷嘴歧管116上方的施肥站114中的精确位置，将种植托盘204中的植物容器与至少一个喷嘴对齐，以用于施肥过程。一旦施肥过程(即，将种植托盘204降低到喷嘴歧管上，或将喷嘴升高到与植物容器接触，并且种植搁架中的植物和/或植芽正在施肥)完成，种植托盘204、喷嘴歧管116和下传送器306可恢复到其适当的竖直位置，并且种植托盘204可以如箭头806所示顺着下传送带306继续。

托盘运动系统400可以沿着施肥台架302行进到正确的竖直高度，以重新接合现在处于下传送器306的水平处的种植托盘204。托盘运动系统400可以将种植托盘204提升到其原始竖直位置，或者提升到与种植模块200的另一空区域相关联的竖直位置，种植模块构造成将204支承在其当前构造中。托盘运动系统400然后可以通过将种植托盘204滑回其在种植模块200中的原始(或替代)位置来替换种植托盘204。对于种植模块200中需要施肥的每个种植托盘204，该过程继续进行。

参考图9，描述了施肥系统900中的至少一个摄像机。本公开中的“摄像机”是指用于在自动和/或手动控制下拍摄静态或视频图像的一个或多个装置。所拍摄的图像可以是数字文件或由光穿过快门和镜头记录到胶片或类似介质上并进行化学处理的图像。

可能需要监测在施肥系统中施肥的植物的生长过程(或缺乏生长过程)。当植物和/或植芽保留在它们各自的植物容器和种植模块200内的种植搁架中时，特别是当植物已经达到足够的尺寸时，视觉检查和/或者收集照片证据可能是困难的，例如，在种植模块200的背部附近检查和/或拍摄相当大的植物可能是不可能的。因此，至少一个摄像机904可以安装在施肥系统周围的选定位置，以在种植托盘204已由托盘运动系统400从种植模块200抽出并在每个喷嘴歧管上方对齐时，基于种植托盘204内的种植搁架中的植物容器中的单株植物或植物集合来记录植物生长的视觉证据。

至少一个摄像机904可以定位在施肥系统的顶部处并固定在附接到施肥系统的竖直支承件的设备上，例如托盘升降器308的非干扰区段。所述设备可以由具有足够张力强度的固体非反应性材料组成，以将摄像机保持在施肥系统中当前抽出的种植托盘204上方竖直且水平居中的位置，并且不受可能影响摄像机操作的振动或其他干扰的影响。摄像机本身可以是能够在所述相机构造参数(例如，快门速度、分辨率等)的控制下拍摄、记录和传输静态和/或视频图像的任何装置。所述摄像机可以构造成根据施肥系统的操作者的判断或按照自动时间表记录图像，自动时间表可以由所述操作者设置在所述摄像机本身上。随着控制系统902控制托盘运动系统400、托盘升降器308、第一泵和第二泵的操作，由控制系统902确定的用于托盘抽出/更换的时间表可以与至少一个摄像机904的手动和/或自动控制同步。

除了如上所述将至少一个摄像机904定位在施肥系统的顶部之外，还可以将另外的摄像机定位在施肥系统上或附近的其他位置，以捕捉种植托盘204上的已经放置在施肥系统中的种植搁架中的植物容器内的植物的替代视图。如图所示，所述另外的摄像机可以固定在第一泵或第二泵上；由于这些在控制系统902的控制下，施肥系统操作者可以将摄像机操作构造成不与(一个或多个)泵操作重叠。所述另外的摄像机的装置规格可以与上述施肥系统的顶部处的至少一个摄像机904的装置规格相同，或者由植物生长要求确定在图像捕获构造(例如快门速度、分辨率等)、图像捕获时间表、手动或自动控制方面不同。

参考图10，示出了利用施肥系统1000中的加压空气。如上文示出在图6中的利用喷嘴歧管和刺穿植物容器的至少一个喷嘴600，喷嘴歧管116可以构造成将加压空气1004从加压空气系统1002输送到至少一个喷嘴130，喷嘴刺穿从种植模块抽出并定位在施肥系统中的所述喷嘴上方的种植托盘中的植物容器206。加压空气可以是输送到植物容器的营养室和基质中的一个或两个的重要元素，特别是在所述植物需要氧气、氮气和其他气态元素的生长条件下，植物所需要的氧气、氮气或其他气态元素能够经由从歧管集管130发出的所述至少一个喷嘴602输送。

施肥系统1000中加压空气的输送可能需要用于所述加压空气1004到喷嘴歧管116的单独的通入装置，以用于分配到至少一个喷嘴130。根据所述喷嘴歧管116的构造(例如，所述喷嘴歧管是否可以容纳用于液体和气体的单独喷嘴)，可以使用单独的喷嘴歧管116来输送加压空气1004，或者可以经由输送水、营养物或两者的一些组合的同一喷嘴歧管116来输送所述加压空气1004。将用于植物生长的气体元素接入和供应到喷嘴歧管116的装置可以类似于将水和/或营养物输送到如上图6所示的喷嘴歧管116的装置。元素供应(在本例中是气态的(例如，氧气、氮气等))可以通过位于施肥系统内的储罐来显现，并通过能够输送加压空气系统1002中的加压空气1604的空气泵转移到喷嘴歧管116。所述储罐、空气泵和到喷嘴歧管116的管连接件可以是本领域技术人员已知的用于将加压空气从储罐输送到歧管的装置和构造。

在一个实施例中，如上所述的输送加压空气的构造可以在控制系统的控制下，以与所述控制系统一致的方式控制水和/或营养物经由第一泵从日用罐到喷嘴歧管的输送和/或经由第二泵从混合罐到日用罐的输送。

参考图11，示出了示例性控制系统1100。为了提供至少控制电的、气动的、动力的以及以其它方式致动和提供动力的施肥系统部件的装置，公开了控制系统1100。控制系统1100可以包括具有电线和开关的面板，该面板通常包含在用于罩护电线、开关和用于将电力传递到诸如驱动机构、泵之类的其他部件的类似部件的固定金属封壳或其他容纳部内，例如可以包括在独立机柜中，如控制系统1102所示。在一个实施例中，控制系统1100可以在在多个位置包括具有电线和开关的面板，这些位置包括但不限于：如控制系统1104所示的种植模块200，如控制系统1106所示的施肥台架302，如控制系统1108所示的喷嘴歧管、上传送器304和下传送器306，如控制系统1110所示的成像站310，如控制系统1112所示的托盘升降器308，以及整个植物生长设施的用于种植模块200(例如，用于如前所述的光照、风扇等)与施肥站的专用电力使用之间的电负载的效率和平衡的其他部件等。控制系统1100另外可以由操作者手动构造，或者在能够向控制系统1100发送命令和从控制系统1800接收命令的软件的控制下通过自动或手动装置进行构造。任何装置都可以用于将所述命令传递到当前描述的电气控制系统1100(例如，包含电源、电线和开关)/从电气控制系统1800传递所述命令。

控制系统

本公开中的“控制系统”是指包括处理器、逻辑件、电线、开关和类似部件的装置，用于控制电力并将电力传递给其他部件或装置。这可以容纳在安全的封围容纳部内，通常是金属或塑料的，以用于罩护这些部件。在一个实施例中，控制系统可以同步和优化整个自动种植设施的环境的所有方面。这可以被实现以精确地满足植物需求，以获得最佳的植物体验、生长和收获产量。控制系统可以接收传感器输入，该传感器输入指示种植室或自动种植设施的其他部分中的温度、空气流、湿度、二氧化碳水平和其他周围环境或环境变量。控制系统可以调节加热、通风和空气调节(HVAC)操作，以对抗、维持或增强传感器输入指示的条件。本公开中的“传感器”是指能够检测光照、温度、湿度和/或其周围环境的其他条件的精确测量值的一个或多个感测装置。

在一个实施例中，控制系统可以指示种植模块传输装置基于应用于每个种植模块的其机器可读标识来定位特定模块。本公开中的“机器可读标识”是指能够在没有人为交互的情况下进行解释的图形或可见标识符。示例性机器可读标识包括射频识别器(RFID)或近场通信(NFC)装置、条形码和快速响应码。控制系统还可以向种植模块运输装置提供种植模块的已知位置、自种植模块中的植物最后一次施肥以来经过的已知时间或其他参数。控制系统因此可以指示种植模块运输装置基于为设施操作确定的算法或协议、并且基于整个设施中的站的已知位置来找到特定的种植模块并且将它们运输到适当的站。

在一个实施例中，控制系统可以接收关于打算施肥的植物的类型和种植模块内的植物已经达到的生长阶段的信息，该信息基于自种植以来经过的时间、所拍摄的植物图像或其他数据。基于该数据，营养物输入系统可以将期望水平的期望营养物分配到混合罐中。控制系统可以控制与营养物混合的淡水的量、混合的持续时间以及其他元素的添加。控制系统可以指示泵将营养物/水混合物从混合罐移动到日用罐或储罐中，以便在施肥站立即使用。基于被带到施肥站的种植模块的机器可读标识、以及从种植模块拉出以用于施肥的种植托盘的机器可读标识，控制系统可以控制将营养物/水混合物输送到喷嘴歧管的泵的操作时间、速度和持续时间。

在一个实施例中，控制系统可以控制施肥台架升降机、托盘运动系统、上输送器和下输送器、摄像机隧道或成像站(具有至少一个摄像机)以及施肥站的托盘升降器的操作。以此方式，在一个实施例中，基于重量或位置传感器，随着种植托盘从种植模块移开、放置在传送器上、成像、施肥并返回到种植模块，控制系统可以控制种植托盘的移动。控制系统可以读取种植托盘上设置的机器可读标识，以及由至少一个摄相机拍摄的成像数据，以确定运动、速度、持续时间等，对于这些运动、速度和持续时间，可以在最佳地考虑设置在该种植托盘内的种子、幼苗、植芽或植物的需要的情况下操作每个种植托盘。如植物容器的重量或其他考虑因素所示，控制系统可以指示与注射系统协同操作的容器夹紧系统，使得植物容器被固定，并且在施肥期间不会从其种植托盘内移出或破坏。

在一个实施例中，控制系统可以从种植模块内的传感器接收指示种植模块内温度、湿度、气流或其他条件的输入。基于这些输入，结合自种植以来经过的已知时间、种植模块的种植托盘内的植物的成像数据和/或其他参数，控制系统可以控制种植模块的通风系统、以及为种植模块内的光照托盘的光照阵列中的LED图案供电的光照通道。以此方式并且如前所述，自动种植设施内的种子、幼苗、植芽和植物所经历的条件，如温度、湿度、气流、二氧化碳水平、水、营养物、光强度、波长和暴露等，可以通过自动种植设施的控制系统跨整个设施上控制，并向下控制到逐个托盘或逐株植物的粒度。

参考图12，示出了植物容器1200。不可渗透的外容器1202示出处于其竖直定向的壁1222内的两个分层的层：含有营养物的上营养室1218和含有根区和提供用于种子或幼苗生长的有机材料的基质1214层。本公开中的“竖直定向壁”是指与水平平面基本成直角的物体支承件；沿一个方向或对齐成使得顶部直接或大致在底部上方。

可渗透膜1206将这两个分层的层分隔开，这两个分层的层由本领域技术人员已知的许多例如膜材料之类的材料组成，根据正在生长的特定植物类型来计量其渗透性。本公开中的“可渗透膜”是指一种允许材料(通常但不限于液体)通过扩散穿过其的生物或合成膜。不可渗透的外容器1202另外包含基部1204，用于在运输期间或当单个植物容器包含在施肥系统内时保持过量的水或基质。本公开中的“基部”是指物体的最低部分或边缘，特别是物体搁置在其上或受支承的部分。

营养室1212的顶部包括顶缘1226和盖件1220，盖件1218在顶缘处形成密封部以确保封围营养物2118。本公开中的“顶缘”是指不可渗透的外容器的上边缘或外边缘，通常为圆形或近似圆形。本公开中的“盖件”是指位于另一物体上、上方或周围的物体，尤其是为了保护或隐藏该另一物体。盖件1220包含圆形开口，即种子凹穴1224，种子或幼苗1228穿过孔口1216进入种子凹穴沉积到基质1214中。本公开中的“孔口”是指开口、孔或间隙，特别是幼苗或植芽在生长期间所穿过的开口、孔或间隙。

注意，所述孔口1216的水平的水平在可渗透膜1206下方，确保沉积的种子或幼苗1228避免与营养室1212中的营养物1218直接接触。营养室1212内的营养物1218与种子凹穴1224隔离，其中，该凹穴的靠近营养室1212的一部分通过盖件1220的密封到可渗透膜1206的一部分与营养室隔离，使得营养物1218不与种子凹穴1224中的种子或幼苗接触。本公开中的“凹穴”是指含有沉积物的腔体，沉积物例如是种子、幼苗或植芽。

施肥系统提供水1230，该水被添加到不可渗透的外容器1202中。施肥系统始于通过刺穿不可渗透的外容器1204的基部1202的多个喷嘴来泵送淡水供应。原水喷嘴1208或原水喷嘴1210根据单株植物或成组植物的施肥需要将水1230供应到营养室1212或基质1214。具体地，种子或幼苗1228形式(例如，在早期发育阶段)的植物可能需要基质1214中的水1230，但不需要营养室1212中的水，因为营养室1212中的水在发芽之前可能是不需要的并且可能是潜在有害的。一旦种子或幼苗1228已经发芽并准备好接受稀释的营养物，通过原水喷嘴1208或原水喷嘴1210的水以精确测量的量进入营养室1212，该量根据其种子或幼苗已经发芽的一种或多种植物的类型进行校准。本公开中的“营养物”是指对植物健康的营养至关重要的固体(如非液态和非气态)化学元素，包括氮、磷、钙和钾。然后，与来自喷嘴的水1230混合的营养物1218穿过可渗透膜1206以进入基质1214分层的层并对发芽的种子或幼苗施肥。可渗透膜1206的可渗透性的量再次根据其种子或幼苗已经发芽的一种或多种植物的类型进行校准。

植物容器

植物容器1200(即容纳部)可以由任何合适的材料制成，以便于储存植物，并且可以容易地由本领域的普通技术人员识别。基本要求包括用相对湿气屏障隔离根部物质和基质1214的能力。还较佳的是，植物容器1200的材料能够承受较小的冲击而不破坏所提供的屏障。最后，最佳地选择材料以避免化学物质浸出到基质1214中。

在一些实施例中，绝热材料较佳地用于植物容器1200。例如，如果已知的运输条件可能使植物暴露于剧烈的温度波动，则绝热植物容器1200材料可以缓冲根部物质并在基质1214中提供更稳定的温度。因此，如果在白天的高温期间可以避免极端的温度升高，但同时基质热量的一部分保留到夜晚的低温中，这是期望的。此外，绝热材料可以降低许多植物易受的快速温度波动所带来的冲击。较慢的温度变化有助于保持植物的膨压稳定，保持营养吸收和植物的整体健康，而快速的温度变化会破坏这种压力，减缓或暂时阻止植物的吸收，导致发育和健康不良。

用于植物容器1200的示例性非限制性材料包括适当的塑料(例如，聚苯乙烯、聚苯乙烯泡沫或聚丙烯)和纤维素(具有可选的防水层)等。植物容器1200的材料可以来源于植物基材料，以由于其生物降解性和可再生性而使得所造成的环境影响最小化。例如，植物容器1200的材料可以来源于黄豆、玉米、土豆、大豆等。

在一些实施例中，单一模块形式的植物容器1200可以具有从约5到约500立方英寸、从约5到约100立方英寸、从约10到约75立方英寸、从约10到约50立方英寸和从约10到约25立方英寸的内部容积。在一些实施例中，单一模块形式的植物容器具有约5、7、10、15、20、25、30、35、40、50、75、100、150或200立方英寸的内部容积。

尽管植物容器1200组件在上文中描述并示出为单个且不同的单元，但是本领域的普通技术人员容易理解所公开的植物容器1200组件可以重复和/或串联扩展成具有多个连接的植物容器1200(例如，其中包含植物)的组件，如一排或多排植物容器的托盘或搁架。

盖件

如上所述，植物容器1200组件包括基本上密封抵靠植物容器1200的柔韧盖件。通常，盖件1220基本上密封抵靠植物容器1200的顶缘1226。密封通常在基质1214被放置到植物容器1200的内部空间中之后完成。在一些实施例中，在基质1214中没有种子或植物部分的情况下完成密封。种子或植物部分可以稍后穿过盖件1220中的孔口1216插入。

术语“基本上密封”及其语法变体表示盖件1220与植物容器1200之间保持接触，使得其基本上阻碍不可渗透的外容器1202的内部与外部之间的空气或蒸汽连通，以防止非蒸腾水损失。在这方面，较佳的是，来自不可渗透的外容器1202的内部的所有水分损失的大部分是植物蒸腾作用的结果(即，当植物在植物容器1200的外部具有叶片物质时)，而不是来自内部空间与外部之间的蒸发和气流。使用“基本上”表示允许一些蒸发或泄漏，但减缓逃逸以在基质1214内长时间保持足够的水合作用。密封可以根据本领域已知的任何合适的方法来实施，包括使用热密封(将部件结合在一起)、胶合或使用紧固件(如夹具、弹性带等)，以保持基本上密封。

柔韧盖件1220具有至少一个孔口1216，孔口1200足够大以使得环境光穿透到植物容器1216的内部空间中，从而使得从发芽种子延伸的芽可以向上延伸穿过孔口2116。然而，孔口1216可以同时足够小，以允许在生长中植物的茎一旦生长穿过孔口1216就与茎的侧部接触。因此，孔口1216小于正在生产的植物在其生长的成熟阶段时的冠部。茎与孔口1216边缘之间的接触提供了附加密封，以基本上防止湿气逸出，从而保持根部物质的水合作用，同时保持叶片物质的较低湿度。

盖件1220是柔韧盖件。术语“柔韧”用于表示盖件1220是柔性的，并且可以随着压力的施加而移动或弯曲。通常，盖件1220以相对绷紧的构造覆盖在植物容器1200上，并且如上所述密封抵靠植物容器1200的边沿。随着植芽/茎穿过孔口1216，孔口1216的边缘接触茎以通过茎所施加的压力产生密封。随着茎在直径上生长和扩展，茎在盖件1220中的孔口1216的边缘上施加额外的压力。由于盖件1220的柔韧性，盖件1220屈服于由生长中的茎所施加的增加的压力，并且孔口1216膨胀以适应增加的茎宽度。较佳地，柔韧性使得密封被保持，同时不会显著阻碍茎的生长。

用于盖件1220的材料的性质可以在某种程度上由本领域普通技术人员考虑在植物容器1200中生产和储存的植物的特定植物品种来确定。膜材料的重量和组分可以足够坚固，以保持附着到植物容器1200，并在植物的储存/运输和生长期间承受这些元件。然而，盖件1220仍然可以是足够柔韧的，以允许植物的冠/茎在成熟时使其拉伸和移位(如上所述)。因此，普通技术人员将能够确定用于目标应用的最合适的盖件。

示例性的盖件1220的材料包括塑料、箔等的片材。盖件材料的示例性非限制性示例包括：聚苯乙烯、聚丙烯、箔和金属材料、植物基聚合物(例如，来源于玉米、土豆、大豆等)。膜可以是任何程度的不透明性。在一些实施例中，盖件材料能够接收印刷或压花以适应品牌或其他标记。

在一些实施例中，盖件1220基本上是平面的。然而，在一些实施例中，盖件具有构造成即使平面叶片抵靠盖件设置也允许空气在通道中循环的一些构型。例如，能够保持其压花图案的膜材料(如箔)的显著压花可以通过与接触的叶片产生分离来产生气流通道。通道防止在生产和分配过程期间长时间接触膜的叶片腐烂。虽然叶片不需要显著通风，但空气通道防止由于叶片的平坦表面与平坦膜的平坦表面的叠合造成的叶片窒息。该膜的某种质地变化在叶片与膜之间产生了足够的分离，即使只是一种“过程(轨迹)”质地或通道，也可以足以在长时间内防止这种窒息和腐烂。

孔口数量和孔口尺寸可以根据所生产的产品的品类而变化。在一些实施例中，盖件1220中的至少一个孔口1216的范围从约1/16英寸到约3/8英寸，这取决于所生产的种类。

多个孔口的数量和间距也取决于所需的产品和最终产品的种类。用盖件1220中高达每平方英寸约30-40个孔口的频次可以使微绿色植物、可食用的花和营养草生长得更好。相比之下，用每平方英寸约1-5个孔口(如每平方英寸1-2个孔口)可以使每粒种子的叶片质量较小的植物(如菠菜)生长得更好，以达到所需的叶子密度。除非期望在单个植物容器1200中混合或调和生菜，否则抽穗生菜通常需要处于植物容器1200的中心的单个孔口。

在一些实施例中，植物容器1200组件包含多种植物品种(例如，生菜)的混合物。例如，在具有多种生菜品种的实施例中，可以围绕膜的近周缘均匀放置约3-5个孔口。不同种类的生菜被放置在这些孔口中，从而形成在单个产品中具有活生菜/绿色蔬菜的混合物的单个植物容器1200。该具体实施例对生产者的好处是，能在更短的时间框架内生产这种“混合”产品，因为目标是实现3-4个小产品，需要20-30天的生长时间，而单一种类的生菜在系统中需要长达50天才能达到全尺寸。对消费者的好处是，为了实现这种混合，人们可能不得不购买3-4种单独的产品，或者只能购买新鲜度、寿命、外观和营养价值受损的“切割”混合产品。

可渗透膜

可渗透膜1206可以由允许营养物和水流过但允许营养物1218与基质1214分离的任何材料制成。

营养室

营养室1212可以包括对特定品种植物有益的任意种类的营养物1218。示例包括氮、磷、钾和钙，但不限于此。

可以通过在可渗透膜1212与盖件1206之间形成密封来构造营养室1220，所述密封既在盖件的施加于顶缘1226的部分附近的外径处，也围绕盖件的凹穴部分。可以在形成任一密封之前添加营养物1218，从而形成营养室1212。

在另一个实施例中，可以通过从枕头形腔室开始形成营养室1212，该枕头形腔室的一侧由盖件材料构成，另一侧由可渗透膜1206材料构成，营养室1212填充有营养物1218，该枕头形腔室围绕其周边密封、并且尺寸与植物容器1200的顶缘1226大致相同。可渗透膜1206的中心部分被密封到盖件材料的中心部分以形成凹穴(没有孔口1216)。在一个实施例中，作为密封过程的一部分，形成凹穴并且在凹穴内形成孔口1216。

基质

基质1214(即生长介质)的组分由在植物容器1200中培育的一种或多种植物的已知要求来确定。例如，已知不同组分的土壤用于培育各种可食用和观赏植物，并且本领域普通技术人员可以容易且适当地选择。

基质1214还可以包括添加肥料、营养添加剂、矿物补充剂、有益共生微生物等，以优化生长条件。此外，如果需要的话，基质1214还可以包括有效量的杀虫剂、选择性除草剂、杀菌剂或其他化学物质，以去除、减少或防止寄生虫、杂草、病原体或任何其他有害生物的生长。用于基质1214的营养配方的制剂可以根据所生产和运输的植物的品种进行适当的调整。在一些实施例中，可以通过增加或甚至减少特定矿物质来调整营养制剂，以优化和调节包装内植物的生长速率，并保持或增强植物的颜色。举例而言，如果罗勒植物突然被长时间放置在黑暗的环境中，植物最初可能会加快其生长速度，试图“接触”并重新获得不再受到的阳光。这种类型的快速生长对包装植物来说是有问题的，因为它耗尽了植物的能量和营养储备。特定的矿物配方可以在储存条件期间减少或减缓这种生长激增，从而保持和促进植物的长期活力。此外，在植物包装和运输过程中，可以定期调整营养制剂，以促进保持颜色和脆度。

因此可以基于对正在培育的植物的各种考虑来最佳选择和组配基质1214。提供了考虑因素的简要讨论。首先，不同种类的植物在植物容器1200内具有不同的根部结构。“成熟”根部的尺寸(长度和周长)可以占据植物容器1200内的“有限”空间的大部分。这可能需要在基质内使用吸收性和膨胀性材料，以在发芽期间暂时膨胀并占据植物容器1200内的大部分容积。当处于发芽或生长阶段早期时，植物容器1200的容积较佳地主要填充有基质，以便在膜的顶部和孔口1216附近支承种子或幼嫩植物物质。基质也是理想地稳定的，最大限度地减少空隙或移动，以确保种子/幼苗在其位于孔口1216处或附近的位置中保持稳定足够的时间，以允许茎发芽延伸穿过孔口1216并使根部穿透到基质中。随着根部的数量和大小的增加，它们可能能够“置换”这种最初膨胀的材料，并利用可膨胀材料所占据的容积。这允许根部完全成熟和发育，而不会在植物容器1200内变得根部束缚和压缩得太紧。

其次，氮、磷和钙是有助于许多关注的植物种类的快速生长周期的营养物。许多植物种类通常在其快速生长周期期间需要大量。在水溶性种植方法中，这些营养物可能不是“有机”源的，也不符合国家有机计划(NOP)和美国农业部(USDA)的规定。这意味着作为水培设施的“有机认证”是不可能的。为了克服这一点并促进有机认证，可以在基质1214中包括经计算的量的经批准的“有机”氮、磷和钙营养物。然而，为了避免“营养毒性”问题，即由于浓缩肥料的密集来源而灼烧，在仍提供足够的氮、磷和钙来源的同时，可以在掺入之前预处理有机源。这种预处理需要在添加它们之前暴露于相关的微生物活性。所需营养物的确切数量是为受试植物的完全生长和表达而计算的。源营养物最初是以压缩、颗粒的形式提供的。将颗粒(小球)引入该基质组合内的一小群有益细菌中。随着微生物活动开始，细菌的菌落很小，因此处理少量的有机营养物。随着这一过程的继续，这种微生物驱动的分解的副产物现在能够被植物的根部吸收。随着时间的推移，细菌群落和微生物活性增加，使得越来越多的营养物可用于植物根部。因为这种微生物群落的繁殖是指数级的，所以营养物的加工和可用性也是指数级的。该过程导致可吸收形式的营养物质的可控时间释放。该过程防止了植物发育初期的营养毒性，并提供了与生长中植物的生长需求相称的可吸收营养物，包括在需求最高时的生长最后三个月。这一过程对于在非常小且密封的植物容器中成功生长完全表达的植物至关重要。

第三，考虑到植物容器1200是密封的，附加氧气源借助引入水进行水合而到达根系统。氧气包含在水中或水面上，并被输送到植物根部。如果该氧气水平不够，可以向基质中添加有机认可的氧化剂，以促进根区的进一步氧合作用。

在一些实施例中，基质1214进一步包含增稠剂。增稠剂产生的效果类似于植物生命中自然发生的事件。当生长季节即将结束时，植物可能会经历某些环境信号，从而诱导植物产生胶乳。环境信号往往基于资源日益稀少。例如，白天的长度缩短，阳光强度降低，水合作用可能减少，或者植物的食物稀缺。例如，生菜植物中的胶乳比水厚，并且味道非常苦。植物产生这种胶乳是为了减缓循环，从而减缓枯萎过程，并延长其寿命，足以使植物能够迅速播种和开花，以自我保护物种。与天然胶乳一样，增稠剂减缓植物的蒸腾速率，从而在植物容器1200组件中的长时间储存期间减缓植物从基质1214吸收水。此外，新陈代谢和生长相应地减慢，从而保存营养。这种有效的水“定量配给”在较长的时间内保持基质1214中的水分水平，并防止植物在运输期间耗尽维持生命的资源。这延长了植物在储存期间的复原力，并改善了市场上的成品。

示例性的非限制性增稠剂包括琼脂和明胶基产品。

琼脂是一种素食基明胶，由藻类制成。根据所需的保质期延长期，某些种类的农产品可以使用琼脂。通过将这种明胶以特定的比例混合在水中，可以控制水的粘度(有或没有营养物)。通过增加粘度(将水稍微增稠为温和的明胶状物质)，水在整个植物中的循环会稍微凝结并减慢。这减缓了植物对水分的吸收。它还减缓了植物的蒸腾作用(从叶子表面散发出的水分)。通过这样做，植物容器1200中的水分持续时间更长，因为植物使用它的速度更慢。

虽然并非所有种类都需要使用增稠剂或琼脂，但根据所需的保质期和在分配和随后的展示期间可能经历的预期环境条件，对于大多数植物可能会包括不同浓度的增稠剂或琼脂。举例而言，在6盎司植物容器1200中的单个生菜植物和种类可以包含4-5盎司的水合作用。在该示例中，1-2份琼脂对99-98份水(分别)，有利于保持生菜的长期活力。本领域普通技术人员可以根据植物种类和预期用途进一步优化相对于基质1214的浓度和含水量。

参考图13，植物容器俯视图1300，其示出了如图12所示的植物容器1200的俯视图。如图所示，圆形盖件1220配合在较小但也是圆形的顶缘1226之上，形成密封以将营养物包封在不可渗透的外容器的最上分层的层中。在盖件1220和下面的顶缘1226的中心处，种子凹穴1224在顶缘1226和盖件1220的中心形成圆形切口。在种子凹穴1224的基部处，孔口1216提供开口，生长中的植物穿过该开口形成密封，防止营养室中的营养物伤害穿过种子凹穴1224生长的幼苗或植芽。

参考图14，描述了种植搁架1400。本公开中的“种植搁架”是指物理搁板，其在种植容器中包含多株植物。种植搁架可以包括照明和温度控制装置，以服务于植物的受控培育。本公开中的“植物容器”是指设计成促进单株植物生长的容纳部。植物容器可以包括外膜、不可渗透的外容器、盖件、基质、营养室、可渗透膜和根区。本公开中的“不可渗透的外容器”是指包括竖直定向的壁和基部的植物容器。不可渗透的外容器还可以包括盖件和顶缘。

为了本公开的目的，可以认为包含植物1402的种植搁架1400与包含所述植物1402的种植托盘204是同义词。如图所示，种植搁架包含处于不同发育阶段的多个植物1402和/或植芽。如上所述，种植托盘204可以由具有足够张力强度的非反应性材料制成，以同时保持可变数量的植物1402。在一个实施例中，每个种植托盘204可以模切成具有至少两个重叠尺寸，以适应植物容器的插入和所述植物容器在种植托盘204中的锁定就位。将每个植物容器锁定到种植托盘204的模切中的安全位置的过程可以根据本领域技术人员已知的用于将植物容器放置在种植搁架中的装置手动地或自动地完成。在任何给定时间，每个种植搁架中的植物容器的数量可以根据单株植物1402和/或植芽的生长条件而变化，并且可以通过施肥系统上的至少一个摄像机记录的视觉图像来附加确认。

参考图15，示出了具有芽的植物容器1500，其显示了植物已经成熟到发出芽并在基质1502内的根区1214中建立根部的程度。本公开中的“基质”是指植物可能生长在其中或其上的生物和化学非活性材料。本公开中的“根区”是指植物根部周围的氧气和土壤(基质)区域。

如图所示，不可渗透的外容器1202保持其组成部件，如先前在图12中所示，即基部1204、盖件1220、顶缘1226、竖直定向的壁1222、种子凹穴1224和孔口1216。在不可渗透的外容器1202内部，上营养室1212和下基质1214由可渗透膜1206分隔开，并且诸如原水喷嘴1208和原水喷嘴1208之类的多个喷嘴穿透不可渗透的外容器1202的基部1204，以在施肥过程期间将水馈送给营养室1212、基质1214、或者二者的一些组合。

在发芽和生长后，表现为植物1504的一个或多个芽的植物延伸穿过孔口1216和种子凹穴1224，将根部送过基质1214中的根区1502。为了防止植物1504的芽因与营养物1218直接接触而受损，当植物自身推动通过穿过孔口1216进入种子凹穴1224并进一步将其生长延伸到不可渗透的外容器1202上方时，在孔口1216处形成密封。

前文基于若干较佳实施例描述本公开中的方法、设备和系统。不同变型的不同方面被认为是相互结合地描述的，使得本领域技术人员基于本文阅读时的所有组合可以被认为是在本公开的概念内阅读的。较佳实施例不限制本文的保护范围。

在详细描述了本申请的公开的实施例并参考其说明性实施例之后，很明显，在不脱离本公开的范围的情况下，修改和变型是可能的。

Claims (20)

1.一种种植植物、种子或幼苗的方法，包括：

使用施肥系统以从种植模块抽出包括植物容器的种植托盘，

所述施肥系统包括：

托盘运动系统，用于从所述种植模块抽出所述种植托盘、以及将所述种植托盘放置回所述种植模块中；

托盘升降器，用于降低和升高所述种植托盘；

第一泵，所述第一泵与淡水供应和营养物/水混合物中的至少一个流体连通；以及

喷嘴歧管，所述喷嘴歧管与所述第一泵、所述淡水供应和所述营养物/水混合物中的至少一个流体连通，

所述喷嘴歧管包括：

歧管集管；以及

至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴与所述歧管集管流体连通，其中，所述至少一个喷嘴构造成将由所述第一泵供应的所述淡水供应和所述营养

物/水混合物中的至少一种注入到所述种植托盘上的所述植物容器中，

所述植物容器包括：

植物、种子或幼苗；以及

根区中的基质；

朝向所述至少一个喷嘴移动所述种植托盘或朝向所述种植托盘移动所述至少一个喷嘴；

将所述淡水供应和所述营养物/水混合物中的至少一种注入所述根区；

从所述植物容器移开所述至少一个喷嘴；以及

将所述种植托盘放置回所述种植模块中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施肥系统还包括至少一个摄像机，所述方法还包括：

使用所述至少一个摄像机拍摄多个所述植物容器中的植物的视频或图像。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施肥系统还包括：

混合罐，所述混合罐构造成容纳所述营养物/水混合物，其中，所述混合物与所述淡水供应和营养物供应流体连通；

第二泵，所述第二泵与所述混合罐流体连通；

日用罐，所述日用罐与所述第一泵和所述第二泵流体连通；以及

所述喷嘴歧管与加压空气之间的流体连通。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

使用所述至少一个喷嘴将所述加压空气注入所述根区，所注入的加压空气包括高浓度氧气、高浓度臭氧和高浓度氮气、以及它们的组合中的至少一种；以及

使用控制系统控制所述托盘运动系统、所述托盘升降器、所述第一泵、所述第二泵和所述至少一个喷嘴中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的植物施肥系统，其特征在于，所述植物容器还包括：

不可渗透的外容器，所述不可渗透的外容器在所述根区中包括基质；

盖件，所述盖件处于所述不可渗透的外容器上方；

可渗透膜，所述可渗透膜接触所述基质；

营养室，所述营养室包括营养物，其中，所述营养室处于所述盖件与所述可渗透膜之间，并且所述营养物与所述可渗透膜接触；以及

凹穴，所述凹穴允许种子或幼苗穿过所述盖件中的孔口和所述可渗透膜到达所述基质。

6.根据权利要求5所述的植物施肥系统，其特征在于，所述至少一个喷嘴在不刺穿所述植物容器上的所述盖件的情况下刺穿所述植物容器的所述不可渗透的外容器和所述可渗透膜。

7.根据权利要求5所述的植物施肥系统，其特征在于，通过所述至少一个喷嘴将水注入所述根区中，所述至少一个喷嘴穿过所述不可渗透的外容器并穿过所述可渗透膜插入，并且所述可渗透膜基于其渗透性来控制进入所述基质的水和营养物的量。

8.一种植物施肥系统，包括：

托盘运动系统，用于从种植模块抽出种植托盘、以及将所述种植托盘放置回所述种植模块中；

托盘升降器，用于降低和升高所述种植托盘；

第一泵，所述第一泵与淡水供应和营养物/水混合物中的至少一个流体连通；以及

喷嘴歧管，所述喷嘴歧管与所述第一泵、所述淡水供应和所述营养物/水混合物中的至少一个流体连通，

所述喷嘴歧管包括：

歧管集管；以及

至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴与所述歧管集管流体连通，其中，所述至少一个喷嘴构造成将由所述第一泵供应的所述淡水供应和所述营养物/水混合物中的至少一种注入到所述

种植托盘上的植物容器中，

所述植物容器包括：

植物、种子或幼苗；以及

根区中的基质。

9.根据权利要求8所述的植物施肥系统，其特征在于，还包括至少一个摄像机。

10.根据权利要求8所述的施肥系统，其特征在于，还包括：

混合罐，所述混合罐构造成容纳所述营养物/水混合物，其中，所述混合罐与所述淡水供应和营养物供应流体连通，并且构造成具有开口以在所述混合罐中接收非液体添加剂；

第二泵，所述第二泵与所述混合罐流体连通；

日用罐，所述日用罐与所述第一泵和所述第二泵流体连通；以及

所述喷嘴歧管与加压空气之间的流体连通。

11.根据权利要求10所述的植物施肥系统，其特征在于，还包括控制系统，用以控制所述托盘运动系统、所述托盘升降器、所述第一泵和所述第二泵中的至少一个。

12.根据权利要求8所述的植物施肥系统，其特征在于，所述植物容器还包括：

不可渗透的外容器，所述不可渗透的外容器在所述根区中包括基质；

盖件，所述盖件处于所述不可渗透的外容器上方；

可渗透膜，所述可渗透膜接触所述基质；

营养室，所述营养室包括营养物，其中，所述营养室处于所述盖件与所述可渗透膜之间，并且所述营养物与所述可渗透膜接触；以及

凹穴，所述凹穴允许种子或幼苗穿过所述盖件中的孔口和所述可渗透膜到达所述基质。

13.根据权利要求12所述的植物施肥系统，其特征在于，所述至少一个个喷嘴在不刺穿所述植物容器上的所述盖件的情况下刺穿所述植物容器的所述不可渗透的外容器和所述可渗透膜。

14.根据权利要求12所述的植物施肥系统，其特征在于，通过所述至少一个喷嘴将水注入所述根区中，所述至少一个喷嘴穿过所述不可渗透的外容器并穿过所述可渗透膜插入，并且所述可渗透膜基于其渗透性来控制进入所述基质的水和营养物的量。

15.一种植物种植系统，包括：

多个植物容器，

所述植物容器包括：

植物、种子或幼苗；以及

根区中的基质；

种植托盘，所述种植托盘构造成保持所述多个植物容器；以及

施肥系统，所述施肥系统包括：

托盘运动系统，用于从种植模块抽出所述种植托盘、以及将所述种植托盘放置回所述种植模块中；

托盘升降器，用于降低和升高所述种植托盘；

第一泵，所述第一泵与淡水供应和营养物/水混合物中的至少一个流体连通；以及

喷嘴歧管，所述喷嘴歧管与所述第一泵、所述淡水供应和所述营养物/水混合物中的至少一个流体连通，

所述喷嘴歧管包括：

歧管集管；以及

至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴与所述歧管集管流体连通，其中，所述至少一个喷嘴构造成将由所述第一泵供应的所述淡水供应和所述营养物/水混合物中的至少一种注入到所述种植托盘上的所述植物容器中。

16.根据权利要求15所述的植物种植系统，其特征在于，所述施肥系统还包括至少一个摄像机。

17.根据权利要求15所述的植物种植系统，其特征在于，所述施肥系统还包括以下中的至少一个：

混合罐，所述混合罐构造成容纳所述营养物/水混合物，其中，所述混合罐与所述淡水供应和营养物供应流体连通，并且构造成具有开口以在所述所述混合罐中接收非液体添加剂；

第二泵，所述第二泵与所述混合罐流体连通；

日用罐，所述日用罐与所述第一泵和所述第二泵流体连通；以及

所述喷嘴歧管与加压空气之间的流体连通。

18.根据权利要求17所述的植物种植系统，其特征在于，还包括控制系统，以控制所述托盘运动系统、所述托盘升降器、所述第一泵和所述第二泵中的至少一个。

19.根据权利要求15所述的植物种植系统，其特征在于，所述多个植物容器还包括：

不可渗透的外容器，所述不可渗透的外容器在所述根区中包括基质；

盖件，所述盖件处于所述不可渗透的外容器上方；

可渗透膜，所述可渗透膜接触所述基质；

营养室，所述营养室包括营养物，其中，所述营养室处于所述盖件与所述可渗透膜之间，并且所述营养物与所述可渗透膜接触；以及

凹穴，所述凹穴允许种子或幼苗穿过所述盖件中的孔口和所述可渗透膜到达所述基质。

20.根据权利要求19所述的植物种植系统，其特征在于，所述至少一个喷嘴在不刺穿所述盖件的情况下刺穿所述植物容器的所述不可渗透的外容器和所述可渗透膜。