一种基于地下空间的新型农业种植方法和系统与流程

本发明涉及一种基于地下空间的新型农业种植的方法及系统。

背景技术：

地下空间，指地面以下的各种空间，大部分为人造的，如地下矿山的矿井，各类人防工程地下设施，地下交通工程等。人类工业化的过程，如采矿等，产生了大量的地下空间，同时有很大一部分地下空间目前处于废弃的阶段，如很多停产矿山。对于人防工程而言，主要用于战时的防空避难，在无战争时，也处于闲置状态。

对于目前这样闲置或者废弃的地下设施，目前基本上没有找到合适的方法来利用，已经有案例的方法包括利用矿井作为储油库，将矿井开发成地质公园，对于人防设施，大部分利用是用作地下商店或者旅店。

很显然，上面提到的这样应用的意义和价值都十分有限，也不可能大规模的利用已有的地下空间。

而目前的农业方式，存在如下问题：

首先是对自然资源的高度依赖，包括水、耕地、光照等，其二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。所有这些都是对人类的发展和文明的进步构成巨大的挑战。

而且，目前流行的观点认为，人类已经过了农业文明时代，并正在从工业文明时代走向信息文明时代

技术实现要素：

本发明跳出了目前的主流观点：人类已经过了农业文明时代，并正在从工业文明时代走向信息文明时代。并认为，当农业还在基本上靠“天”吃饭时，何以谈农业文明时代的终结，应该说，农业还远远没有达到其应有的文明的高度，人类文明发展的规律，远比我们想象的复杂，也绝不是简单的替代关系，农业文明的高度也不是在农业时代就能达到，相反，只有当工业文明和信息文明发展到一定程度后，才会为农业文明的发展创造必要的条件。

当现代工业开发出高效的地下设施的建设技术和设备，当采矿业有如此多免费的“废品”矿井可以利用，当信息产业发展到检测和控制，包括远程的控制，都十分经济和可行，当工业和信息产业导致了led的大量经济的生产，当电大量使用，农业才有了进入地下的条件，进入地下的农业，才可以克服上面种种的问题和挑战，才有了真正的和自然对话的可能而不是任意受到自然的支配，这个时候，新的高度的农业文明才会真正到来。

同时，新型的农业文明也必将对工业文明起到反哺的作用，如，基于本发明的方法和系统，将导致大气中co2的降低和能效的提高，同时可以产生更多的可再生能源，包括利用地下空间及农业的蓄能，产能，co2捕集等。

因此，这三种文明并不是接力赛的历史，而是会一直并存，并相互依赖，相互促进，从而引导出一个新型的农业文明。

根据本发明的方法，新型农业种植恰恰需要更多的地下空间，并可利用地下空间持续地创造远远大于地下空间开发投入的价值，或甚至创造出远大于地下矿井矿产的价值。

当农业种植转入地下后，目前农业方式的瓶颈问题大都能迎刃而解，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。

为了实现上述目标，本发明提出了一种方法和系统，利用地下空间进行农业种植，克服现有农业的种种缺陷。这里所述的地下空间，包括废弃矿井，现有人防地下设施等，也可以重新开发新的地下空间。

本发明采用如下技术方案：一种基于地下空间的新型农业种植方法，其特征在于，在地下空间内设置植物培植系统供给植物生长所需要的养分；植物生长如需要光照，通过配置光照系统来提供；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，所述的植物光合作用所需的co2由co2供给系统提供，所述的系统提供高于大气环境浓度的co2。

进一步地，所述的地下建筑内还至少配置以下一种物质能量处理系统：储能系统、沼气发生系统、有机物净化系统。

进一步地，所述的co2供给系统从大气或者工业尾气中吸收co2,作为优选方案，所述的光合作用所需的co2的供给通过如下方式实现，即co2供给系统将其从大气或者工业尾气中吸收co2注入地下的岩土中，一部分co2被岩土吸收，未吸收的co2从岩土中溢出后作为光合作用所需的co2。

进一步地，所述的地下空间，分成多个独立的区域，各区域独立控制植物生长所需的条件，包括但不限于温湿度环境、光照和养分。

进一步地，所述的地下建筑内还设置了检测及控制系统，可以实现在线的远程控制。

一种基于地下空间的新型农业种植系统，系统位于地下，含有植物培植系统，植物培植系统供给植物生长所需要的养分。

进一步地，系统还匹配了co2供给系统、光照系统中的一种或两种，co2供给系统为植物培植系统输入高于大气环境浓度的co2，光照系统提供植物光合作用所需要的光照。

进一步地，系统还至少匹配了以下一种系统，储能系统，沼气发生系统、有机物净化系统。所述沼气发生系统为植物提供co2和肥料；所述有机物净化系统利用有机物为植物生产肥料。

进一步地，系统还至少匹配了检测及控制系统，用于采集地下空间的环境参数，实现在线的远程控制。

本发明将地下空间并结合农业，具有如下有益效果：

(1)可实现对温室气体，包括co2和乙烷的捕集和利用；

(2)大大减少农业对耕地，气候和地表水资源的依赖，提高农业生产的安全，减少自然、人为的各种因素的影响；例如，可以打破季节限制，常年生产各种农业植物。例如，可以在自然条件差的地区，如寒冷地区，光照少的地区。实现农业植物的生产。例如，可以在沙漠地区，干旱缺水地区实现农业植物的生产。例如，可以避免常规战争和核战争对农业生产的影响。

(3)大大提高农业生产对自然资源的利用效率，如水。

(4)可以通过可控的方式保证农产品的质量和食品安全。还可以利用地下空间实现蓄能、产能，实现经济高效的实现农业的高产。

附图说明

图1是本发明的基本原理图；

图2是带有co2供给系统的原理图；

图3是带有蓄能的原理图；

图4为地下分为多个独立空间的原理图一；

图5为地下分为多个独立空间的原理图二；

图6为地下分为多个独立空间的原理图三；

图7为带有沼气发生系统的原理图；

图8为带有沼气发生系统和有机物净化系统的原理图。

具体实施方式

大部分植物需要光照，正是由于光照的关系，这部分植物的农业环境都设置于地表，地下环境天然的适合植物的生长，而且光照问题已经不是当前的一个技术难题，对人和动物而言，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，人和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，无需自然光采用led人工照明即可实现光合作用，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。而还有部分植物根本不需要光照，或仅需要微弱光照，因此完全没有设置于地表的必要。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。所以从生物链和生物空间的合理性来说，消费性植物位于地下，而把地面留给动物和其它生物。

但是既然如此，为什么大自然没有进化出让植物在地下大量生长的方式，一个合理的答案是没有必要，因为在人类出现以前，并不需要消耗大量的植物，所以进化没有自然的动力，正因为没有需求，大量的植物腐烂变化后形成了煤和油，为现在的工业文明提高了基本的但有限的能源。

当人出现后，人也纳入自然进化的过程中，人有了大量的植物消耗需求。把农业转入地下，是人主动参与自然进化，并作为自然的一部分的进化，是人应对生存挑战的进化。

如图1所示，地下空间一般由垂直的竖井10和水平巷道11构成，也有采用斜坡道的(图中未显示)，地下空间一般均配有升降的装置和通风装置，图中均未显示。

本发明基于地下空间构建新型农业种植系统，所述地下空间，包括现有的废弃矿井，人防设施等，也可以重新开发新的地下空间。种植的植物2可以采用土培，基质培，液培(或水培)及气培，根据培养条件分别构建对应的配置容器1，或也可以将植物直接种植于地下空间的土壤上。这种用于植物培养的容器1或地下空间壤土，为本发明的植物培植系统。植物培植系统可以水平设置，如图中的多层水平架100，也可以垂直设置，如多排垂直架101，当然也可以水平单层，或垂直单排。

对于大部分需要光照的植物，还可以在地下空间配置光照系统，提供植物光合作用所需要的光照，这里所述的光照系统包括采光系统，例如通过聚光装置在地表采光，然后通过光纤将光引入至地下空间；还包括电灯光照系统，如图中垂直设置的led31，和水平设置的led32。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。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。

植物生长所需要的要分通过外界供给，或如图7、8所示通过沼气系统或有机物净化系统提供全部或部分，所需要的水可以采用地下水，对于没有地下水的情况(一般很少)，可以考虑外界提供。

值得说明的是，采用本发明的地下空间种植系统，往往可以利用地下水，同时本发明的系统水在密闭空间内可以循环利用，如常规的农业种植系统，可以大大减少水的用量，有关数据表面，用水量仅仅为常规系统的10％-20％。

本发明最大限度的利用地下空间获得植物所需要的水，当地下水少或不够时，本发明还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2所示系统，配备了co2供给系统41和42，41设置在地下，42设置在地面。可以两种同时设置，或者设置一种，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3所示的系统，还配置了蓄能系统51和52，51为电池蓄电系统，52为蓄热或者蓄冷系统，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。

由于地下空间的易利用和保温特性等，可以充分利用太阳能，峰谷电等进行蓄能。

值得说明的是，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。

图4为地下空间的水平布置图，水平巷道11同时带有许多支路，如图4中111至117，可以考虑将每个支路形成独立的空间，独立调节，以满足不同的要求，如不同植物所属的co2浓度或者温湿度要求不同。不同的co2浓度通过注入装置7实现。注入co2,同时需要排出含有o2和co2的空气混合物，图中未显示。

同时可以对不同空间进行检测和控制，图中显示检测点6。

对于各空间的温湿度，可以通过图中所示的换热器8与地下水、空间外的空气或者图3中的蓄能系统提供的载能物质换热实现，也可以通过图中热泵9来实现。

图4中的co2注入还有如注入装置71的方式，即co2供给系统将其从大气或者工业尾气中吸收co2注入地下的岩土中，一部分co2被吸收，未吸收的co2从岩土中溢出后作为光合作用所需的co2。该方式不仅仅是为了满足植物生长所需co2，同时减少大气中温室气体。

图5中所有co2注入均为7所示方式；

图6中所有co2注入均为71所示方式；

图7中增加了沼气系统20，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。

图8中还增加了有机物净化系统21，利用有机物，如乙烷制造肥料22。