一种基于竖直通道的种植方法及系统与流程

本发明涉及一种基于竖直通道的种植方法及系统。

背景技术：

自古以来，植物或者菌类，包括粮食作物，水果蔬菜，菌菇，及非食用的树木花草等均是利用地表进行种植栽培的，这种水平的种植方式对于耕地资源极其依赖，对于耕地的自然环境要求也极高。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于竖直通道的种植方法及系统。

本发明采用如下技术方案：一种基于竖直通道的种植方法，建立竖直的通道，该通道位于土地、水体及空气等任意一种环境中或多种环境中，通道部分或者全部与所述环境隔离；生长体，包括但不限于植物或菌类，在该通道内生长，植物的全部或者部分位于该通道内，植物的培植方式可以为土壤培植、基质培植、液体培植及气体培植中的一种或者多种，植物生长发生光合作用时所需要的光照可通过人工光源及自然采光中的一种或多种来实现。作为优选方案，所述的人工光源和自然光源产生的热量用来进行水的蒸发；所述的环境，包括土地、水体及空气提供冷量实现水的冷凝。

当通道整体位于空气环境时，通道内的生长体设置在承载结构体上，所述的承载结构体为长条状结构，沿通道方向布置；作为优选的方案，系统还包括用于提拉承载结构体的机械装置，例如转轮等。

进一步地，所述的生长体为树，树全部或者部分置于通道内，作为优选方案，通道内还含有冷却器，将树叶蒸腾所产生的水蒸气冷凝，或将液体水，如含盐的水，蒸发产生的水蒸气冷凝。

进一步地，所述的生长体为耗水的粮食作物，包括水稻，小麦，玉米及大豆等，作物全部或者部分置于通道内，至少通道的底部与其周围环境分离，防止液体水的泄露；作为优选方案，通道上部也部分或全部封闭，与环境部分或全部分离；或通道内还含有冷却器，将树叶蒸腾所产生的水蒸气冷凝，或将液体水，如含盐的水，蒸发产生的水蒸气冷凝。

进一步地，所述的通道竖直设置在与陆地相邻的水域中，所述通道部分或者全部位于水体中，作为优选方案，所述通道通过码头与陆地相连接。

进一步地，所述的通道竖直设置于建筑内、建筑之间、建筑外墙、建筑地下或建筑屋面等，作为优选方案，通道内光合作用所需的co2可以通过建筑室内产生的co2部分或全部供给。

进一步地，所述的通道内光合作用所需的co2可以通过以下任意一种或多种方式提供:co2储气瓶，co2捕集装置，全热交换器，及水产养殖装置等。

一种基于竖直通道的种植系统，系统包含用于为生长体提供生长空间的竖直的通道，该通道位于土地，水体及空气等任意一种环境中或多种环境中，通道部分或者全部与所述环境隔离，所述的生长体包括但不限于植物或菌类，生长体的全部或者部分位于该通道内；通道内含有培养基质，通道内至少含有人工光源或有实现自然采光的设施中的一种，所述实现自然采光的设施包括但不限于导光管，透明通道壁；

当通道整体位于空气环境时，通道内的生长体设置在承载结构体上，所述的承载结构体为长条状结构，沿通道方向布置。作为优选的方案，系统还包括用于提拉承载结构体的机械装置，例如转轮等。

进一步地，所述的生长体为树，树全部或者部分置于通道内，树通过透明的通道壁自然采光，作为优选方案，通道内还含有冷却器，将树叶蒸腾所产生的水蒸气冷凝，或将液体水，如含盐的水，蒸发产生的水蒸气冷凝。

进一步地，所述的生长体为耗水的粮食作物，包括水稻、小麦、玉米及大豆等，作物全部或者部分置于通道内，至少通道的底部可以与其作为环境分离，防止液体水的泄露；作为优选方案，通道上部也部分或全部封闭，与环境部分或全部分离。

进一步地，系统还含有co2供给装置，所述co2供给装置选自co2储气瓶、co2捕集装置、全热交换器及水产养殖装置中的一种或多种。

本发明一种基于竖直通道的种植方法及系统，通过本发明，现有的地表种植作业转化为竖直方向上进行的种植作业，可以极大的减少对传统耕地的依赖；提高粮食及水果蔬菜，菌菇的生产能力，满足人口日益增加的食品需求的压力；可以不受季节与地域限制，提供新鲜的蔬菜水果等；可以让城市自己提供食物并将城市自然化；可以让沙漠等重新焕发生机；可以极大减少农业的温室气体排放，在全球气候变化条件下，水资源日益缺乏，极端气候频发的情况下，为农业生产提供保障，尤其是主要粮食作物的生产。

附图说明

图1为本发明基本原理图；

图2为本发明实现方式一；

图3为树的种植方式一；

图4为树的种植方式二；

图5为粮食作物种植方式一；

图6为粮食作物种植方式二；

图7为鱼菜共生方式；

图8为与建筑结合的方式；

图9为图5中盖子打开的示意图；

图10为水和土壤环境中的粮食作物种植方式。

具体实施方式

垂直地表，包括陆地或水体的表面，建立竖直的通道，在该通道内进行种植栽培，可以大大拓展人类可以利用的自然资源和植物的生长空间。主要有如下几点：

首先，可以减少对传统耕地的依赖，不需要耕地可以进行种植栽培；其次，可以将城市和建筑与农业和自然相结合，完善城市的功能和满足人们物质和心理的需求；第三，可以对尚未利用的资源进行利用，如沙漠、江、河、海、湿地等，第四，可以避免原有的地表种植方式对气候环境等的依赖，第五，对于高耗水的粮食作物，可以极大的减少水的消耗，同时减少高强度温室气体，如ch4,氮氧化物等的排放。

本发明中一种或多种，表示任意多种。

本发明中，通道的建立可以采用玻璃板、钢板、塑料板其他单质材料或复合材料等等，这些玻璃板、钢板、塑料板均构成通道壁。图1中通道，通道与环境完全隔离，也可以部分隔离，如对于位于土地内的通道，可以部分利用土地本身形成通道，从而节省通道壁的用材。

当通道位于水下时，需要承受一定的水压力，材料及形状选择需考虑到压力的影响。

通道壁可以是透明的，尤其是通道位于空气中，需要利用自然采光时。

通道壁也可以采用保温材料，保持通道内环境不受外界影响，也可以是导热好的材料，利用外界环境的热量或者冷量。

通道的截面形状不限，包括圆形截面的圆柱形通道，方形截面的立方体通道等等，在不同的垂直高度上也可以为不同的形状，或同一个形状具有不同的尺寸；本发明所述的竖直的通道是指通道的整体方向为竖直方向，允许一定倾斜。当然，由于重力方向为竖直放下，竖直方向的通道为最优选。通道的开口在上端或者下端或同时上下端，开口可以在上端的正上方(通道40)，或下端的正下方，或下端的侧面(通道30的地上部分通道)，上端的侧面(通道50、通道30的地下部分通道)，60，70没有显示其开口，可以在上端正上方，也可以在上端侧面。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1中显示了各种不同形式的竖直通道及种植方式等，其中，10为地面上的竖直通道，即建立于空气环境中的通道；20为适合粮食作物种植的通道，即建立于土壤环境中的通道；30为具有地下和地上两部分的通道，即建立于土壤和空气中的通道；40为树种植的通道，50，60为与水体和陆地均有接触的通道，70为仅仅在水体中的通道。

通道10中含有悬挂式承载结构体12，例如可以卷绕的网、布、海绵基质，可以卷绕的海绵基质可以直接作为植物的生长基质，作业时，通过转轮转动实现竖直方向上的运动，从而实现对其上的植物进行作业。可以卷绕的网、布可以用来吊挂种植盆，作业时，通过转轮转动实现竖直方向上的运动，从而实现对其上的植物进行作业。11为通道的开口，即为作业窗口。

通道20上部未封闭，21为粮食作物，通道20底部与其周围环境分离，能保证水分不从底部泄露。

通道30中有31和32两种承载结构体，均为悬挂式结构，且可以使得生长体垂直移动，因此可以在地面进行收获等操作，

通道40底部与其周围环境分离，能够保证底部的水分或者营养不泄露，使得树41生长的需要的水分供给等变小。

通道50，60，70通过类似码头的结构1相连。

图2表示一个可以利用地下含盐水提供生长体水分的情况，通道由主体100和盖101组成，通道内有灯102，承载结构体103，盐水蒸发器104，盐水泵106，盐水槽108，液体泵107，盐水泵106将盐水泵至盐水蒸发器104，盐水吸收灯具产生的热量，水分蒸发变成水蒸气，水蒸气与100内壁接触产生冷凝水，冷凝水顺壁落下，与底部的营养液体混合。

底部的营养液体在泵107作用下，送至上部的植物105，最后流到底部，植物105在提供营养液体的环境下，并通过光合作用生长。光合作用可以由以下任意一种或多种方式提供:co2储气瓶，co2捕集装置，全热交换器，及水产养殖装置等，图中未显示。

图2所示情况适合盐碱地，与海相邻的沙漠区域等。

对于与海岸附近区域的陆地或者水体，可以直接采用海水，而无需要使用地下水，地下水的盐分浓度往往高于海水，同样可以采用图2所示系统，只不过，盐水不是来自地下，而是大海。

图3中通道包括位于土壤中的通道部分200和位于地表上的通道部分201组成，泵204将地下盐水泵至201内侧并落入容器202，再回到地下井，盐水在201内侧蒸发，产生水蒸气，水蒸气在冷却器205中冷凝产生水206，水进入到土壤中，提供树203所需要的水分。

图3中未将树的顶部包裹至通道内，也可以将其包裹，如图4所示，这样可以减少水分蒸发。

图4与图3不同在于将树整体包裹减少水分蒸发，同时不考虑采用地下盐水提供水分，考虑从外部其他方式提供水分。

图3和图4的情况，通道也可以种植多颗树。

图5系统含通道，由主体300和盖301组成，303为耗水大的粮食作物，包括水稻、小麦、玉米及大豆等，采用冷却系统304，可以使得作物蒸发产生的水分重新冷凝。304冷却系统可以利用地下水或者其他冷源,304冷却系统一般采用冷却管结构，冷源通过管内，冷却通道和土壤。当采用地下水时，也可以去除304，采用地下水直接注入到通道周围的土壤，作为冷源。

图5利用自然采光，作物光合作用需要的co2通过全热换热器305提供，即利用自然环境的co2，同时又尽量减少空气交换过程导致的通道内的水分损失，从而极大的减少水分的需求。

图9显示盖子301可以被打开。

图6与图5不同在于，采用了夹层结构的盖302，且这里的盖302必须为中间高两侧低的结构，在两侧设有盐水槽307；盐水通过泵306送到盖302顶部，沿夹层结构流下，流下过程中，水分蒸发，通道内的空气被加湿，湿空气被冷却器冷却获得冷凝水，这样可以利用盐水提供水分，盐水可以来自地下水，或海水等，因此可以再盐碱地，沙漠地区，海洋地区进行粮食作物种植。落入到盐水槽307的盐水重新通过泵输送到盖305顶部。其他与图5同。

图10中通道结构与图6相同，区别在于，该通道构建于水和土壤环境中，可以为图6中的地表在温室效应下被水淹没的情况，也可以是浅水地表，在这两种情况下，本发明的种植方法仍然有效。

图7为鱼菜共生的情况，利用鱼产生co2提供给植物，同时植物提供氧气给鱼，即垂直通道400中的植物产生氧气，而水池401中的鱼产生co2，两者正好互补，还可以利用鱼的废物为植物提供营养，图中未显示这种情况

图8为与建筑结合的一种情况，在两个建筑物之间构建通道，或在两个电梯之间的阴井内构建通道。也可以在建筑外墙、建筑地下及建筑屋面等构建通道。与建筑结合有一些额外的好处，如可以增加建筑的绿色，使建筑回归自然；通过利用建筑也可以减少通道本身的建设成本；还可以利用建筑的一些废气废水等；图8中通道500就利用了建筑产生的co2,即利用co2捕集装置501吸收建筑co2,供给植物，既可以改善建筑空气环境，减少新风量实现节能，又可以减少植物获取co2的成本。