本发明涉及一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施,是以现代大农业为龙头的一、二、三产业综合体的具有颠覆性的新业态产业。
从土壤结构角度分析，人类千百年来从地表给植物浇水且经一段时间的间隔，必须由人工或机械给表土进行松土保墒的劳作，否则干裂的土壤会将植物根系裸露出来，造成水的蒸发过快导致植物根系缺水性坏死；而本发明将这种土壤结构置入柔性桶袋之中而后再将其置放在具有水密性的畦槽中，此时，可将水直接浇灌在植物根系底部空间，并预留了空气进入土壤内流通的位置及渠道，土壤内氧气可保持充足，不仅有效的降低土壤中有毒物质的含量，亦使得土壤内部环境始终处于更新状态；由于畦槽的水密性，浇灌在畦槽下部空间内的水包括可水溶性肥料不会有任何流失。因此本发明的土壤结构及浇水方式，彻底颠覆了传统农业的土壤结构及浇水方式，几乎减除了浇水后田间松土保墒的传统劳作，亦可实现合理密植。这种土壤结构，蓄水、爽水、灌溉流程短，供水及时，控水智能化，供肥均一。由于该土壤结构厚度设计可达28~32cm，远高于现有的稻谷深耕层20cm的厚度，有益于微生物的生存环境，保持土壤肥力；以此可以定义为大设施农业领域。
从土地使用角度及产业角度分析，其该建筑物5米以上钢构密闭玻璃光棚空间内，将前述的置入畦槽的土壤结构可立体排列至10~20层之多，亦即是实际种植面积是投影面积的10~20倍，稻谷种植密度可达1.3~1.5倍，其5米以下空间可养猪、牛、羊、鸡等家禽、家畜并可建立农产品深加工工厂，禽畜类粪肥及稻谷秸秆及由此产生的污水可就地制造沼气、甲醇、有机肥等产业，形成能源自给型生态农业企业链条。至此，该建筑顶部及侧立面可设计安装光伏发电系统，该建筑内部空间及下部空间实现了集种植、采集加工、仓储物流、家禽畜的圈养、禽畜粪肥沼气供能、沼气渣子制造有机肥料、禽畜肉类加工、酵素有机肥加工等具有原生态高科技特征与劳动密集型特征于一体的产业链,是一种全新商业模式的综合性业态聚合体。将稻谷类农作物直接进入人工控制植物生长所需最佳气候环境条件且与纯自然界呈完全隔离状态的设施内种植，这是人类自古以来大规模种植稻谷类粮食作物又一次颠覆性的技术变革，人类自此可以从根本上彻底摆脱了靠天吃饭的被动局面，因为设施内的环境其现代工业技术完全智能可控：无虫害、草害、病害、干旱、涝灾、大风、寒冷、暴热对设施内植物的影响，该设施稻谷类粮食作物的种植过程基本与所处地域气候无关，也同时摆脱了人口增长与环境空间不适应的困惑。现代工业化大生产的农业很容易在这里实现。若以一平方公里的土地面积为例，48米高的钢构光棚珩架结构，至少可生成20倍、即3.0万亩的人工种植稻谷的有机土壤结构的土地，种植密度可提高1.2~1.5倍；以此其土地使用可以是农、渔、禽畜、商、工用综合性用地，真正的立体空间产业；同时由于土壤的可再造性，有机腐殖质土壤结构可以人工培制，因此该技术领域可以认为是一、二、三产业+互联网的创新型聚合性新兴产业领域。
背景技术：
目前，国际、国内稻谷类农作物，仍然是人类赖以生存的主要食物，但其种植的总体技术模式仍然在很大程度上处于靠天吃饭的被动状态：产量的提高仍然以依靠“种子”的进一步杂交优化或通过转基因来提高单位产能为其主要路径、每亩稻谷耗水量是其它类农作物的数倍之多、其尚无更好的技术抵御来自于诸多方面原因导致的土壤渐进性污染对稻谷生长和人们食用过程的危害、仍然在很大程度上无法抵御突如其来的阶段性的干旱、暴雨、酸雨、狂风、暴热、低温、土地盐碱化等恶劣的自然环境对其毁灭性的灾害、随着工业化程度在全球范围内的不断提升伴随着农业用地的相对减少和地球人数总量的不断增长，土地资源的不可再生性同时存在，人类“吃”的资源性风险及靠天吃饭的被动态势，会逐渐形成社会潜在的生存性危机。
至此,本发明从如何远离土壤污染、水污染、农肥污染,实现原生态、节省土地、充分利用环境资源、节能减排、可持续与环境、人文、社会和谐发展等自然的和社会环境,提供了一种可四季种植有机稻谷作物的原生态式钢构高层光棚建筑结构,以期实现在尽可能的模拟原生态的自然环境下,选用原生态土壤、原生态水、原生态稻谷类种子、原生态腐质肥料,培育和种植原生态稻谷类粮食,彻底解除人类千百年来靠天吃饭的窘境，提高人们的健康水平,并达成节能、减排、健康的基本生态目标。
若本发明中拟用1000㎡*1000㎡的土地面积为例,建筑高达21层可四季种植有机稻谷类粮食的原生态式高层钢构光棚建筑结构,可换来3.0万亩稻谷种植设施基地,该设施基地可远离土壤污染、水污染、空气污染的侵扰，同时亦可远离病虫害的侵扰，设施空间的气候可模拟控制为植物所需气候，一年可种植3季稻谷，可种植叶菜10~12茬，彻底摆脱靠天吃饭的窘境。若地面5米高的空间内，设计的1500亩收割后稻谷、秸秆类加工及牛、猪、鸡、鸭、鱼养殖、屠宰、加工、批发基地；沼气、有机肥及酵素制造基地；在该建筑顶层还可建设研发、办公、技能培训、酒店、餐饮、娱乐、休闲、物流、安保等多功能于一体的综合性建筑；其诸多功能的建筑屋顶、整体建筑侧立面光伏可自身解决所需能源供给包括光、电、热等形式的能源；它所应用的诸多种建筑材料,光电节能等产品涉及诸多制造行业,将会拉动对工业品的巨大需求；其中包括钢铁、玻璃、陶瓷、水泥、铝材、电缆、照明led、温湿度及通风控制系统、二氧化碳气体控制系统、各种装修材料、办公家私、酒店家私、各类家电、电器五金等等；同时,种植基地的农民可直接就业成为薪资农业产业工人、轻工业(酵素生产)、服务行业直接就业,每幢基地可直接就业13000人之多,10000幢这种功能的基地,就业可高达1.3亿人(不包括间接就业)；农户富了,国家强了,环境健康了。
经分析,每幢这样规模的生产基地，每年三季稻谷类粮食可生产3.6亿斤有机稻谷，而且彻底摆脱了“靠天吃饭”的窘境；在这个封闭的空间里，尽可以发挥现代工业的各种优势，将我国落后的农业一举成为先进的粮食制造产业，一带一路、普惠百姓,是世界性的世纪工程，是中华民族对人类的贡献。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其土壤结构1沿高度方向设计有表层土壤2、毛细层土壤3、浸入水中的土壤4计3层功能各异的土壤层，包括可装入这种土壤结构1的柔性桶袋5，包括置放柔性桶袋5的畦槽6及安装在畦槽6内的水位传感器7，包括安装在土壤层内湿度8、温度9传感器及支撑立体分布畦槽6的钢架10，包括高层钢构玻璃光棚11及玻璃光棚11空间内的温度12及湿度13控制的通风14、二氧化碳补充15、led补光16等装置，包括固定在钢架10上可移动的叶面肥喷洒及自动插秧、自动收割等装置17、18、19，包括光棚屋顶及侧立面安装的光伏发电系统20；由于立体多层种植稻谷类作物的土壤结构1及设施其可将水直接浇灌在畦槽6内腔底部并通过毛细力浸入土壤层4内上移，故稻谷生长期间无需耕田。
所述的可立体多层种植稻谷类作物的土壤结构1中的表层土壤2、毛细层土壤3、浸入水中的土壤4，其浸入水中的土壤4是由多孔类矿物质、多纤维类如椰壳土、草炭土及有机腐殖质土构成，其中土壤4高度设计为h4,而表层土壤2高度设计为h2、毛细层土壤3高度设计为h3，其大都由有机腐殖质土内掺入少量硅藻土、纤维质复合有机肥颗粒、矿物质颗粒等组分构成；其中h4设计选取为16~18cm，h3设计选取为5~8cm，h2设计选取为5~8cm。
所述的可立体多层种植稻谷类作物的土壤结构1中的浸入水中的土壤4，首先将其土壤4装入柔性桶袋5底部后再装入土壤3，而后将柔性桶袋5置放在畦槽6内，其装满土壤的诸多条柔性桶袋5的端口在畦槽6内形成一个平面后，再将表层土壤2装入畦槽6内铺平，即形成了一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构1；土壤结构1的总高度为h=h1+h2+h3cm，h值设计控制在30cm左右。
所述的柔性桶袋5装入土壤4、3后的几何形状是高度为h的倒四棱台形立方体，若将其置放在畦槽6内时，柔性桶袋5的底平面刚好贴附在畦槽6的底平面上，而其上平面刚好平行于畦槽6的底平面；当一定数量的柔性桶袋5无缝隙组合装入畦槽6时，其一定数量的柔性桶袋5组合成的上平面的投影面刚好与畦槽6的底平面面积相等。
所述的将装满土壤4、3的呈倒四棱台形立方体的柔性桶袋5被无缝隙组合置放在畦槽6内空间后，其装满土壤4、3的柔性桶袋5的上平面与畦槽6的底平面间的高度h空间中，呈倒四棱台形立方体几何性状的柔性桶袋5与畦槽6之间的空间会形成纵横交错的、立剖面为等腰三角形的沟渠式空间。若将水直接灌入该空间内，则表层土壤2的孔隙度不会塌落，因此无需松土耕田，并可实现稻谷密植。
所述的一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施，其特征在于：将水直接灌入柔性桶袋5与畦槽6形成的立剖面为三角形的沟渠式空间内后，水通过毛细力或压力逐渐透过柔性桶袋5将土壤4浸入水中，水靠毛细力向上迁移通过毛细层土壤3浸入表层土壤2，促使稻谷根系向下拓展；而土壤4内的多孔矿物质颗粒具有储水、畜肥缓释功能。
所述的一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施，其特征在于：将其水位传感器7及土壤温度传感器9置放在毛细土壤层3与浸入水中的土壤层4交界处，将土壤层湿度传感器8置放在表层土壤2与毛细土壤层3的交界处；此时湿度传感器湿度值低于既定值时，程序会自动将设施内电动阀门开启灌水，当水位传感器测水位值达到既定水位值后，程序会自动关闭电动阀门；由此可实现灌水过程及水位、湿度控制过程智能化。
所述的一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施，其特征在于：可装入土壤结构1的柔性桶袋5，包括置放柔性桶袋5的畦槽6，包括安装在畦槽6内的水位传感器7、土壤层湿度传感器8，形成的土壤结构1的土壤层特征、灌水自动控制特征及水位特征，改变了传统的水稻土结构：保水、保肥不外流，装入柔性桶袋内的、浸入水中的土壤层4在畦槽6下部空间内，始终可以保持水位以保持表层土壤2的湿度及温度的稳定性；由于水分只能通过毛细上行至表层土壤2才能产生蒸发过程，但由于表层土壤孔隙度不变，故此，不仅可减少田间耕田的劳作、提高稻谷栽培密度，还会节省60%以上的水资源的消耗；同时空气可通过毛细土壤层3透过柔性桶袋沿毛细进入土壤层2始终在稻谷根系土壤层中流通，而稻谷根系底部的根系可始终浸泡在土壤4中吸收水分和养分；亦可适时降低或升高畦槽底部腔体内水位，使得稻谷根系在保持湿度不变的前提下，完全置于空气可流通的状态一段时间后回复水位；在该土壤结构内，养分贮量、有机质含量、土壤的通气和氧化程度均在可控范围之内，亦即是田间土壤水、气、肥、热的综合管理均具有可控性，由此改善了稻谷类植物根系的发育和成长的环境。
所述的一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施，其特征在于：由于减除了田间松土保墒的劳作，畦槽可立体置放于钢构玻璃光棚11中，其畦槽6间距设计可据稻谷成熟期高度尺寸及led补光系统16光合作用、通风空间需求等条件因素合理选择；同时，由于该土壤结构1及设施完全置放在高层钢构玻璃光棚11空间内，包括固定在钢架10上可移动的叶面肥喷洒及自动插秧、自动收割装置12、13，包括高层钢构玻璃光棚11空间内的温度及湿度控制的通风、二氧化碳补充、led补光等装置14、15、16、17、18，其该空间内可完全模拟和控制稻谷生长所需的自然环境，可通过移苗实现120天收割一季稻谷。
所述的一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施，其特征在于：包括高层玻璃光棚11的屋顶19及侧立面20安装的光伏发电系统21；由于立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施其可将水直接浇灌在畦槽6内腔底部并浸入土壤层4，浸入土壤4的水位可控，稻谷生长期间无需耕田，人工输入二氧化碳浓度可控、光合作用强度、时间可控；通过有效通风控制高层玻璃光棚11空间内的温度、湿度，可抑制或消除棚内病、虫害包括杂草类对棚内植物的威胁；在该设施空间内可完全破解和颠覆了人类千百年以来靠天吃饭的被动局面。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明中优选实施例中一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施示意图；其中1为该发明专利的土壤结构，2为沿高度方向的表层土壤、3为毛细层土壤、4为浸入水中的土壤，5为装入土壤结构1的柔性桶袋，6为置放柔性桶袋5的畦槽，7为及安装在畦槽6内的水位传感器，8、9为安装在土壤层内湿度及温度传感器，10为支撑立体分布畦槽6的钢架，11为高层钢构玻璃光棚，12、13为玻璃光棚11空间内的温度、湿度测量传感系统，14为温度12及湿度13控制的通风系统，15、16为二氧化碳补充及led补光等装置，17、18、19为固定在钢架10上可移动的叶面肥喷洒及自动插秧、自动收割等装置，20为光棚屋顶及侧立面安装的光伏发电系统；
具体实施方式
一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施
参照图1,本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其土壤结构1沿高度方向设计有表层土壤2、毛细层土壤3、浸入水中的土壤4计3层功能各异的土壤层，包括可装入这种土壤结构1的柔性桶袋5，包括置放柔性桶袋5的畦槽6及安装在畦槽6内的水位传感器7，包括安装在土壤层内湿度8、温度9传感器及支撑立体分布畦槽6的钢架10，包括高层钢构玻璃光棚11及玻璃光棚11空间内的温度12及湿度13控制的通风14、二氧化碳补充15、led补光16等装置，包括固定在钢架10上可移动的叶面肥喷洒及自动插秧、自动收割等装置17、18、19，包括光棚屋顶及侧立面安装的光伏发电系统20；由于立体多层种植稻谷类作物的土壤结构1及设施其可将水直接浇灌在畦槽6内腔底部并通过毛细力浸入土壤层4内上移，故稻谷生长期间无需耕田。
参照图1，本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其特征在于：所述的可立体多层种植稻谷类作物的土壤结构1中的表层土壤2、毛细层土壤3、浸入水中的土壤4，其浸入水中的土壤4是由多孔类矿物质、多纤维类如椰壳土、草炭土及有机腐殖质土构成，其中土壤4高度设计为h4,而表层土壤2高度设计为h2、毛细层土壤3高度设计为h3，其大都由有机腐殖质土内掺入少量硅藻土、纤维质复合有机肥颗粒、矿物质颗粒等组分构成；其中h4设计选取为16~18cm，h3设计选取为5~8cm，h2设计选取为5~8cm。
参照图1,本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其特征在于：所述的可立体多层种植稻谷类作物的土壤结构1中的浸入水中的土壤4，首先将其土壤4装入柔性桶袋5底部后再装入土壤3，而后将柔性桶袋5置放在畦槽6内，其装满土壤的诸多条柔性桶袋5的端口在畦槽6内形成一个平面后，再将表层土壤2装入畦槽6内铺平，即形成了一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构1；土壤结构1的总高度为h=h1+h2+h3cm，h值设计控制在30cm左右。
参照图1,本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其特征在于：所述的柔性桶袋5装入土壤4、3后的几何形状是高度为h的倒四棱台形立方体，若将其置放在畦槽6内时，柔性桶袋5的底平面刚好贴附在畦槽6的底平面上，而其上平面刚好平行于畦槽6的底平面；当一定数量的柔性桶袋5无缝隙组合装入畦槽6时，其一定数量的柔性桶袋5组合成的上平面的投影面刚好与畦槽6的底平面面积相等。
参照图1,本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其特征在于：所述的将装满土壤4、3的呈倒四棱台形立方体的柔性桶袋5被无缝隙组合置放在畦槽6内空间后，其装满土壤4、3的柔性桶袋5的上平面与畦槽6的底平面间的高度h空间中，呈倒四棱台形立方体几何性状的柔性桶袋5与畦槽6之间的空间会形成纵横交错的、立剖面为等腰三角形的沟渠式空间。若将水直接灌入该空间内，则表层土壤2的孔隙度不会塌落，因此无需松土耕田，并可实现稻谷密植。
参照图1,本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其特征在于：将水直接灌入柔性桶袋5与畦槽6形成的立剖面为三角形的沟渠式空间内后，水通过毛细力或压力逐渐透过柔性桶袋5将土壤4浸入水中，水靠毛细力向上迁移通过毛细层土壤3浸入表层土壤2，促使稻谷根系向下拓展；而土壤4内的多孔矿物质颗粒具有储水、畜肥缓释功能。
参照图1,本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其特征在于：将其水位传感器7及土壤温度传感器9置放在毛细土壤层3与浸入水中的土壤层4交界处，将土壤层湿度传感器8置放在表层土壤2与毛细土壤层3的交界处；此时湿度传感器湿度值低于既定值时，程序会自动将设施内电动阀门开启灌水，当水位传感器测水位值达到既定水位值后，程序会自动关闭电动阀门；由此可实现灌水过程及水位、湿度控制过程智能化。
参照图1，本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其特征在于：可装入土壤结构1的柔性桶袋5，包括置放柔性桶袋5的畦槽6，包括安装在畦槽6内的水位传感器7、土壤层湿度传感器8，形成的土壤结构1的土壤层特征、灌水自动控制特征及水位特征，改变了传统的水稻土结构：保水、保肥不外流，装入柔性桶袋内的、浸入水中的土壤层4在畦槽6下部空间内，始终可以保持水位以保持表层土壤2的湿度及温度的稳定性；由于水分只能通过毛细上行至表层土壤2才能产生蒸发过程，但由于表层土壤孔隙度不变，故此，不仅可减少田间耕田的劳作、提高稻谷栽培密度，还会节省60%以上的水资源的消耗；同时空气可通过毛细土壤层3透过柔性桶袋沿毛细进入土壤层2始终在稻谷根系土壤层中流通，而稻谷根系底部的根系可始终浸泡在土壤4中吸收水分和养分；亦可适时降低或升高畦槽底部腔体内水位，使得稻谷根系在保持湿度不变的前提下，完全置于空气可流通的状态一段时间后回复水位；在该土壤结构内，养分贮量、有机质含量、土壤的通气和氧化程度均在可控范围之内，亦即是田间土壤水、气、肥、热的综合管理均具有可控性，由此改善了稻谷类植物根系的发育和成长的环境。
参照图1，本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其特征在于：由于减除了田间松土保墒的劳作，畦槽可立体置放于钢构玻璃光棚11中，其畦槽6间距设计可据稻谷成熟期高度尺寸及led补光系统16光合作用、通风空间需求等条件因素合理选择；同时，由于该土壤结构1及设施完全置放在高层钢构玻璃光棚11空间内，包括固定在钢架10上可移动的叶面肥喷洒及自动插秧、自动收割装置12、13，包括高层钢构玻璃光棚11空间内的温度及湿度控制的通风、二氧化碳补充、led补光等装置14、15、16、17、18，其该空间内可完全模拟和控制稻谷生长所需的自然环境，可通过移苗实现120天收割一季稻谷。
参照图1，本发明公开一种立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施；其特征在于：包括高层玻璃光棚11的屋顶19及侧立面20安装的光伏发电系统21；由于立体多层种植稻谷类作物的土壤结构及设施其可将水直接浇灌在畦槽6内腔底部并浸入土壤层4，浸入土壤4的水位可控，稻谷生长期间无需耕田，人工输入二氧化碳浓度可控、光合作用强度、时间可控；通过有效通风控制高层玻璃光棚11空间内的温度、湿度，可抑制或消除棚内病、虫害包括杂草类对棚内植物的威胁；在该设施空间内可完全破解和颠覆了人类千百年以来靠天吃饭的被动局面。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。