一种立体农业生产系统及生产方法与流程

本发明属于立体农业种植领域，具体涉及一种立体农业生产系统及生产方法。

背景技术：

自然生产方式的传统农业是基于太阳光照和土壤基质而进行的，露天种植，难以避免的遭受自然灾害和气候的影响，在种植过程中还会不可避免的使用农药，产品的产量和质量受到种植面积和自然环境条件的制约，因此，传统的农业生产方式难以满足人们对食品质量和数量的要求。

为了打破传统农业对自然条件的强烈依赖，通过实现农作物的自动化、集约化以及生产的工厂化等方式来开辟农业生产的新途径和新方法，是当前农业生产的当务之急。

现代农业自动化、集约化生产是多项技术的综合利用，目前，以降低人工、节约用水和节省种植空间为主。其中，节约用水实现了水在农业中的循环利用，为发展人工智能生态农业提供了可行性，为开展沙漠农业、高原农业提供了可能性。节省种植空间，目前主要体现在从单层种植发展到多层种植，基本上是采用多层的立体组合架来实现多层种植。而现有的组合架一般采用固定式组装，不仅组装不方便，而且在系统发生故障时，会导致整个系统的瘫痪，使用不便。而且，多层种植时，层与层之间的高度是根据种植农作物的高度而设置的，会受种植农作物的高度限制，使得其种植空间有限。专利号201210462027.3公开了一种工厂化现代立体农业生产系统，包括立体组合框架形成的多个基本种养殖单元。但是，这种多层种植方式，是通过在种植层的上方水平增加种植层数来实现的，产量有限，而且层与层之间的距离是根据种植农作物的高度而设置的，当此距离设置不当时，会影响农作物的生长，进而影响农作物的产量与质量。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种立体农业生产系统，通过种植墙体与地面垂直放置来实现立体种植。本发明的另一目的是提供采用该立体农业生产系统进行的立体农业生产方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种立体农业生产系统，包括种植墙体，所述种植墙体垂直于地面放置，种植墙体分为3层，从左到右依次为第一种植墙、保水墙和第二种植墙，在第一种植墙和第二种植墙上均分别设置有多个种植孔，种植孔的中心轴线与竖直向上方向呈锐角倾斜。

优选地，所述种植墙体由多个种植基体依次间隔放置组成，所述种植基体从左向右依次分为3层，包括保水层和2个种植层，依次为第一种植层、保水层和第二种植层，在第一种植层和第二种植层上分别设置有所述的种植孔；多个种植基体的保水层、第一种植层、第二种植层分别构成所述的保水墙、第一种植墙、第二种植墙。

优选地，所述种植基体为具有吸水性的多孔性材料，用于种植作物。

优选地，所述种植基体为海绵。

优选地，所述种植层的密度大于保水层的密度，第一种植层和第二种植层的密度>45kg/m³，所述保水层的密度为18-40kg/m³。

优选地，所述种植基体的厚度为24-40cm，该厚度是指同一种植基体中第一种植层和第二种植层的排列方向上的厚度，即第一种植层和第二种植层相背离的两个侧面之间的距离，其中，保水层的厚度为10-14cm。

优选地，所述种植墙体为多个，相邻的种植墙体之间间距2-4m，形成采摘和运输通道，可供采摘和收割行车行走。

所述种植孔的中心轴线与竖直向上方向所呈锐角为8-15°。

所述种植孔的中心轴线与竖直向上方向所呈锐角12°。

优选地，所述农业立体生产系统还包括用于储存营养液的储液罐，储液罐内设置有供水泵；相邻的种植层之间设置有植物生长灯；所述种植基体内设置有监测种植基体湿度的湿度感应探头，种植基体上方设置有微灌装置，下方设置有营养液回收槽；所述微灌装置通过管道与供水泵的输出端相连，所述营养液回收槽相互连通，营养液回收槽的输出端通过管道与储液罐相连；所述湿度感应探头通过自动控制器与所述微灌装置连接。

优选地，所述农业立体生产系统还包括框架、采摘和收割行车、点播播种机，储液罐、种植墙体设置在所述框架内；所述框架的主体为钢结构框架，框架的顶壁为透光的钢化玻璃，框架的侧壁为透光的钢化玻璃和钢网纱窗间隔排布。

所述植物生长灯为led植物生长灯。

所述的微灌装置为微喷头或者滴灌。

每个种植基体的高度和长度方向的尺寸根据所种植的作物进行设计，可以满足一株作物生长即可。

种植基体的三层结构中，从左向右依次为种植层、保水层和种植层，形成种植墙体，所形成的种植墙体左右两面都可以种植作物，由于种植孔的中心轴线与竖直向上方向呈锐角倾斜，所以，作物在种植墙体的两面贴着墙体向上生长。

一种采用上述立体农业生产系统进行的立体农业生产方法，包含以下步骤：

（1）播种前准备工作：准备作物生长需要的营养液，储存于储液罐内；在种植基体的种植层一侧打孔，形成种植孔，所述种植孔与竖直方向呈向上倾斜的角度；

（2）播种：采用点播播种机将作物的种子放入种植孔内；

（3）日常管理：播种后，每隔两小时，开启微灌装置对种植基体喷灌营养液，微灌装置每次运行3-8min，微灌装置的工作流量为10-50升/小时；当检测到种植基体的湿度小于60%时，对种植基体进行喷灌；每天6时至18时，每隔2小时开启植物补光灯20min，每天18时至次日6时，一直开启植物生长灯对作物进行补光。

所述的营养液为采用现有技术将秸秆氨化产生的液体。

在作物成熟需要进行收割时，采摘和收割行车在种植墙体之间形成的通道运行，从上往下依次收割作物。

作物的种植时间与其本身在当地的种植时间相统一，即与自然传统的种植时间相同。种植墙体的高度根据需要通过增加种植基体的层数来实现，种植基体采用现有技术固定，种植墙体越高，空间利用率越高，产量越高。

本发明的优点：

（1）本发明提供的立体农业生产系统采用竖直的种植墙体，在种植墙体的两面进行种植，作物贴着种植墙体的两面种植墙向上生长，节约了土地面积，提高了空间利用率，提高了作物的亩产量；作物贴墙向上倾斜生长，避免了传统立体种植设置的层与层之间高度的影响；

（2）种植基体组成种植墙，种植基体结构的两侧都是用于种植作物的种植层，每个种植基体之间相互独立，维修、补充营养液都方便快捷。并且内部均设置有湿度感应探头，通过自动控制器控制喷灌装置向种植基体进行喷灌，避免了某些种植基体的营养液不足而影响作物的生长；

（3）采用了框架结构，对作物形成保护层，避免了冰雹等自然灾害对作物造成的损失；采用无土栽培，营养液为秸秆氨化产生的液体，无需除草剂，避免了化学农药，绿色环保；

（4）通过营养液收集槽收集的营养液，能够再次回到储液罐中，实现了营养液的循环利用，节省资源。

附图说明

图1实施例1去除框架和支架的立体农业生产系统的结构示意图。

图2种植基体的结构示意图。

附图说明：1-储液罐，2-种植基体，3-植物生长灯，4-微灌装置，5-营养液回收槽，21-第一种植层，22-保水层，23-第二种植层，24-种植孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1

一种立体农业生产系统，包括种植墙体6，所述种植墙体6垂直于地面放置，种植墙体6分为3层，从左到右依次为第一种植墙、保水墙和第二种植墙，在第一种植墙和第二种植墙上均分别设置有多个种植孔24，种植孔的中心轴线与竖直向上方向呈锐角倾斜；

所述种植墙体6由多个种植基体2依次间隔放置组成，所述种植基体2从左向右依次分为3层，包括保水层和2个种植层，依次为第一种植层21、保水层22和第二种植层23，在第一种植层21和第二种植层23上分别设置有所述的种植孔24；多个种植基体的保水层、第一种植层、第二种植层分别构成所述的保水墙、第一种植墙、第二种植墙；

所述种植基体2用于种植作物，材料为海绵，该种植基体的第一种植层21和第二种植层23完全相同，该种植基体的厚度为24-40cm，该厚度是指同一种植基体中第一种植层21和第二种植层23的排列方向上的厚度，即第一种植层21和第二种植层23相背离的两个侧面之间的距离，其中，保水层的厚度为10-14cm；第一种植层和第二种植层的密度>45kg/m³，所述保水层的密度为18-40kg/m³；

所述种植孔的中心轴线与竖直向上方向呈锐角为12°，当种植孔的中心轴线与竖直向上方向呈锐角为8-15°时均可实施本发明；

所述种植墙体6为多个，相邻的种植墙体之间间距2-4m，形成采摘和运输通道，可供采摘和收割行车行走；

所述农业立体生产系统还包括用于储存营养液的储液罐1，储液罐1内设置有供水泵；相邻的种植层之间设置有植物生长灯3；所述种植基体内设置有监测种植基体湿度的湿度感应探头，种植基体上方设置有微灌装置4，下方设置有营养液回收槽5；所述微灌装置4通过管道与供水泵的输出端相连，所述营养液回收槽5相互连通，营养液回收槽5的输出端通过管道与储液罐1相连；所述湿度感应探头通过自动控制器与所述微灌装置连接，当湿度感应探头监测到种植基体的湿度小于60%时，通过自动控制器发出信号，微灌装置开始对种植基体进行喷灌营养液；

所述农业立体生产系统还包括框架、采摘和收割行车、点播播种机，储液罐、种植墙体设置在所述框架内；所述框架的主体为钢结构框架，框架的顶壁为透光的钢化玻璃，框架的侧壁为透光的钢化玻璃和钢网纱窗间隔排布；

所述植物生长灯为led植物生长灯；所述的微灌装置为微喷头或者滴灌。

每个种植基体的高度和长度方向的尺寸根据所种植的作物进行设计，可以满足一株作物生长即可。

种植基体的三层结构中，从左向右依次为种植层、保水层和种植层，形成种植墙体，所形成的种植墙体左右两面都可以种植作物，由于种植孔的中心轴线与竖直向上方向呈锐角倾斜，所以，作物在种植墙体的两面贴着墙体向上生长。

采用上述立体农业生产系统进行的立体农业生产方法，包含以下步骤：

（1）播种前准备工作：准备作物生长需要的营养液，储存于储液罐内；在种植基体的种植层一侧打孔，形成种植孔，所述种植孔与竖直方向呈向上倾斜的角度；

（2）播种：采用点播播种机将作物的种子放入种植孔内；

（3）日常管理：播种后，每隔两小时，开启微灌装置对种植基体喷灌营养液，微灌装置每次运行3-8min，微灌装置的工作流量为10-50升/小时；当检测到种植基体的湿度小于60%时，对种植基体进行喷灌；每天6时至18时，每隔2小时开启植物补光灯20min，每天18时至次日6时，一直开启植物生长灯对作物进行补光。

所述的营养液为采用现有技术将秸秆氨化产生的液体。

在作物成熟需要进行收割时，采摘和收割行车在种植墙体之间形成的通道运行，从上往下依次收割作物。

作物的种植时间与其本身在当地的种植时间相统一，即与自然传统的种植时间相同；种植墙体的高度根据需要通过增加种植基体的层数来实现，种植基体采用现有技术固定，可以但不限于通过支架固定，种植墙体越高，空间利用率越高，产量越高。

实施例2

在60m（长）×12m（宽）×20m（高）的空间内，在60m的长度方向上，从左到右共设置16个实施例1所述的种植墙体，种植墙体之间的间距为3m，最左和最右边的种植墙体距离框架的距离为2-4m，种植墙体的厚度为40cm，每个种植墙体的高度为18m，种植墙体的长度（即种植基体沿空间12m的方向上的尺寸）为8m，单个的种植基体的长度为25cm，高度为50cm，厚度为40cm；

种植基体通过支架固定形成种植墙体，每一个种植墙体只有一个支架，每个支架均为自下而上的多层结构，每层支架上，种植基体依次间隔放置，并且呈单层放置形成一排，多个种植基体的保水层、第一种植层、第二种植层分别构成所述的保水墙、第一种植墙、第二种植墙；

微灌装置采用微喷头；

其他同实施例1；

以种植冬小麦为例，采用实施例1所述立体农业生产系统进行的立体农业生产方法，具体操作如下：

（1）播种前准备工作：准备作物生长需要的营养液，营养液为采用现有技术将秸秆氨化产生的液体，将营养液储存于储液罐内；采用海绵为种植基体，厚度为40cm，其中，种植层的厚度为10cm，种植层的密度为50kg/m³，保水层的密度为20kg/m³，在种植基体的种植层一侧打孔，形成种植孔，所述种植孔与竖直方向呈向上倾斜的角度为12°，打孔的深度为3-4cm；

（2）播种：打好孔后，在10月份，采用点播播种机将冬小麦的种子放入种植孔内；

（3）日常管理：播种后，每隔两小时，开启微灌装置对种植基体喷灌营养液，微灌装置每次运行3-8min，微灌装置的工作流量为10-50升/小时；当湿度感应探头检测到种植基体的湿度小于60%时，通过自动控制器控制微灌装置对种植基体进行喷灌；每天6时至18时，每隔2小时开启植物补光灯20min，每天18时至次日6时，一直开启植物生长灯对作物进行补光；

（4）收割：在冬小麦成熟需要进行收割时，采摘和收割行车在种植墙体之间形成的通道运行，从上往下依次收割作物。

对比例1

同时，在地面面积60m（长）×12m（宽）的空间内，在10月份，按照常规方法露天种植冬小麦。

对比例2

通过水平增加种植层数来实现立体种植。

同时，在60m（长）×12m（宽）×20m（高）的空间内，采用实施例2提供的种植基体，将其种植层、保水层与地面平行放置，多个种植基体组成一个种植面层，每个种植面层的尺寸为56m（长）×8m（宽），每个种植面层之间的距离为2m（即每隔2m增加一层种植面层），共设有种植面层8层，自下而上依次排列，在种植基体背向地面的一侧种植层进行种植作物，同时在相邻的种植基体之间设置有光源，在种植基体的上方设置有微灌装置，下方设置有营养液收集槽。其种植方法中，打孔时，垂直种植层进行打孔，其他方法同实施例2相同。

从种植面积方面考虑，同样的空间内，实施例2、对比例1、对比例2的种植面积比值约为13.6：1：5；在收割时，实施例2、对比例1、对比例2的产量比值为10:0.4:3。而且，在种植过程中，对比例1还需喷洒农药4次。可见，本发明提供的立体农业生产系统能提高作物的产量。

本发明提供的立体农业生产系统，采用了与地面竖直放置的种植墙体来实现立体种植，在种植墙体的两面种植墙进行种植，作物贴着种植墙体的两面种植墙向上生长，节约了土地面积，提高了空间利用率，提高了作物的亩产量，地面面积一定时，种植墙体越高，产量越大。而且采用秸秆氨化的液体作为营养液，营养价值高，安全无公害，整个立体农业生产系统为框架结构，减少了害虫的侵入和农药的使用，作物不仅亩产量高，而且质量好，安全无公害。