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024韦斯卡vs维戈塞尔塔比赛如何: 一種適于深地氣體環境的農作物種植生態系統.pdf

摘要
申請專利號:

维戈塞尔塔vs皇家社会 www.vmyqew.com.cn CN201810619912.5

申請日:

20180614

公開號:

CN108738917A

公開日:

20181106

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01G9/14,A01G9/24,A01G7/04 主分類號: A01G9/14,A01G9/24,A01G7/04
申請人: 四川大學
發明人: 茍思,賀宇欣,李龍國,李乃穩
地址: 610000 四川省成都市一環路南一段24號
優先權: CN201810619912A
專利代理機構: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 代理人: 黎照西
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201810619912.5

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明提供了一種適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,屬于植物栽培技術領域。本發明的深地農業生態系統是位于地下100~5000米任意深度范圍的地下空間,其由人造空間與原有深地空間組成,在人造空間內設置作物種植區域,所述原有深地空間與人造空間相互連通形成半封閉式空間結構;在所述生態系統中構建有包括溫度控制系統、水分控制系統、氣體控制系統和光照控制系統。本發明通過各種人工調控手段,能夠很好對深地的高溫環境和氣體環境進行合理調控,實現了深地惡劣環境的有效調控,基本實現了種植作物的存活,給深地農業的開展提供了參考和方向。

權利要求書

1.一種適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,其特征在于,所述深地為地下100~5000米任意深度范圍的地下空間,所述地下空間由人造空間與原有深地空間組成,所述人造空間內設置作物種植區域,所述原有深地空間與人造空間相互連通形成半封閉式空間結構;所述生態系統中構建有包括溫度控制系統、水分控制系統、氣體控制系統和光照控制系統;所述溫度控制系統的構建包括:在所述人造空間各個方向的外壁鋪設徑流量為2.5~5.8m/h的水網結構,所述水網結構離所述作物種植區域的距離為1~5米;向所述水網結構中引入地表或地下水源,并控制所述水網結構中的水溫為5~25℃;在所述人造空間內部設置與所述水網結構相連通的噴淋系統,所述噴淋系統位于所述作物種植區域上方,控制水的噴淋量為3.5~6.7m/h;環繞所述作物種植區域還設置有風冷系統,所述風冷系統的送風量為300~600m/h;所述氣體控制系統的構建包括:圍繞作物種植區域內的植物葉片之間設置兩組供氣管道,兩組供氣管道分別為二氧化碳供應管道和氧氣供應管道,兩組供氣管道側壁均設置透氣孔,當對植物進行光照時,控制二氧化碳供應管道開啟,并使作物種植區域內的二氧化碳濃度在8000~9000微摩爾每升,當光照系統關閉時,控制二氧化碳供應管道關閉,并開啟氧氣供應管道,使作物種植區域內的氧氣濃度在2000~2500微摩爾每升;所述水分控制系統通過引入外部水源對所述人造空間內的作物進行水分供應和調控;所述光照系統由人造光源控制組成,位于所述人造空間內部用于供給作物生長所需的光強度。2.根據權利要求1所述的適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,其特征在于,所述地下空間的深度為100~500米范圍內,控制所述水網結構的徑流量為2.5~3.0m/h,控制所述水網結構中的水溫為20~25℃,控制所述水網結構離作物種植區域的距離為1~2米,控制噴淋系統中水的噴淋量為3.5~3.8m/h,控制風冷系統的送風量為300~350m/h,控制二氧化碳供應通道開啟時二氧化碳濃度為8000~8200微摩爾每升,控制氧化供應通道開啟時氧氣濃度為2000~2100微摩爾每升。3.根據權利要求1所述的適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,其特征在于,所述地下空間的深度為500~1000米范圍內,控制所述水網結構的徑流量為3.0~3.8m/h,控制所述水網結構中的水溫為15~20℃,控制所述水網結構離作物種植區域的距離為2~3.2米,控制噴淋系統中水的噴淋量為3.8~4.7m/h,控制風冷系統的送風量為350~420m/h,控制二氧化碳供應通道開啟時二氧化碳濃度為8200~8500微摩爾每升,控制氧化供應通道開啟時氧氣濃度為2100~2300微摩爾每升。4.根據權利要求1所述的適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,其特征在于,所述地下空間的深度為1000~5000米范圍內,控制所述水網結構的徑流量為3.8~5.8m/h,控制所述水網結構中的水溫為5~15℃,控制所述水網結構離作物種植區域的距離為3.2~5米,控制噴淋系統中水的噴淋量為4.7~6.7m/h,控制風冷系統的送風量為420~600m/h,控制二氧化碳供應通道開啟時二氧化碳濃度為8500~9000微摩爾每升,控制氧化供應通道開啟時氧氣濃度為2300~2500微摩爾每升。5.根據權利要求1-4任一項所述的適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,其特征在于,所述水網結構中的水溫通過溫度控制器進行調節,所述溫度控制器安裝在水網結構內部。6.根據權利要求1-4任一項所述的適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,其特征在于,所述人造空間是由人工骨架搭建而成,在所述人工骨架內部設置溫度控制系統、水分控制系統、氣體控制系統和光照控制系統。7.根據權利要求6所述的適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,其特征在于,所述人造空間內設置有用于農作物生長的栽培裝置,所述栽培裝置內填充固定作物的土壤或生長基質。8.根據權利要求1-4任一項所述的適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,其特征在于,所述生態系統中還設置蒸汽回收裝置,所述蒸汽回收裝置位于所述噴淋系統的上方,蒸汽回收裝置頂部設置冷凝器,底部設置與水網結構相連通的回流管道,所述冷凝器正對著噴淋系統。9.根據權利要求8所述的適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,其特征在于,所述冷凝器通過風機將熱量輸送到原有深地空間外部。

說明書

技術領域

本發明涉及一種植物種植系統,特別涉及一種適于深地氣體環境的農作物種植生態系統。

背景技術

現有的研究表明,影響植物生長的因素主要有以下幾點:(1)光照;(2)溫度;(3)水分;(4)二氧化碳;(5)礦質營養。為了促進植物的生長,提高作物的產量,以及在植物無法生長的季節順利進行植物育苗和栽培,大量人工構建的植物種植系統已廣泛應用于植物栽培和生產中。這些植物種植系統大多是通過調控上述五種因素來滿足植物生長所需,如目前廣泛使用的的溫室,就是一種在地面上構建的種植系統,其能夠很好克服植物由于南北地域的差異,以及克服作物因季節屬性而無法進行栽培和生產的缺陷。但是這套種植系統均采用構建封閉式的區域,通過對封閉式區域內的環境因素進行人工調控,從而實現植物培育的目標。

隨著中國航天工程的發展與科技的進步,涉及太空環境的種植系統也不斷被開發出來,其是在太空環境中設置一個密閉的栽培艙,通過模擬植物在標準環境下的生長條件來實現在太空上進行植物的種植,并結合太空中特有的幅射環境進行植物突變的培育。這類太空種植系統也均采用封閉式的區域,通過在封閉式區域內搭建人工種植環境完成植物的生長培育。

對于目前的溫室構建而言,由于溫室內的作物種類較多,農作物需求量大,因此溫室的占地面積往往較廣。另一方面,由于不同的物種對環境的要求反差較大,如石榴、向日葵等喜陽植物和蕨類、菌類等喜陰植物的培育就需要不同的溫度和光控制系統,這就需要構建不同體系的溫室場所或者組建更多數量的封閉空間來實現各物種的栽培。溫室的構建已經占據了相對大量的土地面積,而目前我國的現狀表明,土地面積極其昂貴,特別是對于人口稠密的城市地區,用于辦公室、住宅建設或基礎設施建設的土地已極其匱乏,因此在溫室搭建時所面臨的土地面積大量占用的問題成為制約農作物種植開發的一大影響因素。

我國現有國情呈現出的人口快速增長、環境遭受污染、極端氣侯變化以及食品結構變化越來越導致現有的土地資源嚴重不足,植物種植體系不得不向地下發展,已有基于淺地或地窖環境的人工種植系統被開發出來。然而地表附近的淺地范圍(一般認為深度小于50米)受地面影響較大,很多土壤已被各種重金屬或鹽堿等物質污染,地面環境變化容易對淺地帶來直接的影響,因而必須要開發深地種植系統,才能更好地避免地面環境變化對植物造成的影響。由于深地環境(一般認為深度在100米以上)有相對獨立的小環境循環,其與地面環境不相互影響,利于進行控制,且不易受現有環境的制約,因而具有極大的開發空間??燜俟菇ㄉ畹嘏┮抵種蔡逑?,已成為利于植物栽培的發展目標。

然而開展深地農業有著較大的局限性,深地環境有別于地表環境,在100米以下的深地中基本沒有植被可以生長的土壤,大多是以巖石或破碎的巖層為主;且深地不同于地表中的溫室,在地下是一個完全沒有光照的環境,深地中的二氧化碳氣體和氧氣等缺乏,而是含有較多的天然氣和甲烷等含碳量高的有機氣體,植物在深地無法進行光合作用,這就對植物的生長和存活提出了挑戰。另一方面,根據相關報道,深地中對于植物生長極為不利的因素除了氣體環境無法進行光合作用之外,更重要的是深入地下的環境溫度極高,且地下深度越深內部溫度越高。據美國南衛理工會大學(SMU)地熱實驗室報道(https://www.smu.edu/Dedman/Academics/Programs/GeothermalLab),地下深度100-200m處,溫度大約在50~70℃左右,地下深度200-500m處,溫度范圍將升至120~150℃,當達到地下深度1000m以下,溫度范圍可升至250℃,然后深入到5000m時,地下溫度基本維持在150~250℃范圍內。大多數植物生長的適宜環境一般在25~28℃,當溫度超35℃就會對植物造成高溫侵害,高溫脅迫下植物的生長將會受到抑制,存活率及產量都會受到較大影響,在深度達到100米以下,越往深處去溫度越高,大大超出了植物生長的適宜溫度環境,植物很難保證存活,這給深地農業的開展帶來了極大的挑戰。如何對深地的氣體環境和高溫環境進行有效調控,成為植物能否在深地環境下順利存活的重要影響因素。

然而參考溫室的溫度調控手段發現,其大多限于封閉式的環境,其是基于地表的溫度和光照環境進行調控設計,溫度控制由于將其制備成封閉式空間,因而溫度容易維持恒定,而地表由于光照條件基本不受影響,植物也較容易存活,與深地環境相比,其調控方法更簡單,技術障礙更小,很難有更多的參考價值,無法將其很好應用到深地環境中。由于深地環境有其獨特的空間,不易受外界因素的干擾,需要充分利用深地環境就必需做成半封閉式的空間系統,而如何針對深地農業的生態環境制備出半封閉式的地下空間,通過人工調控手段特別是對地下的氣體環境和溫度環境進行有效調控,成為深地農業能否順利開展所面臨的必須解決的問題。

發明內容

本發明的目的就是為了解決深地農業開展所面臨的上述問題,而提供一種適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,通過采用合理的人工調控手段搭建深地農業生態系統,滿足一般作物在深地環境下的存活問題。

為了實現上述目的,本發明采用了如下技術方案:

一種適于深地氣體環境的農作物種植生態系統,所述深地為地下100~5000米任意深度范圍的地下空間,所述地下空間由人造空間與原有深地空間組成,所述人造空間內設置作物種植區域,所述原有深地空間與人造空間相互連通形成半封閉式空間結構;所述生態系統中構建有包括溫度控制系統、水分控制系統、氣體控制系統和光照控制系統;

所述溫度控制系統的構建包括:在所述人造空間各個方向的外壁鋪設徑流量為2.5~5.8m3/h的水網結構,所述水網結構離所述作物種植區域的距離為1~5米;向所述水網結構中引入地表或地下水源,并控制所述水網結構中的水溫為5~25℃;在所述人造空間內部設置與所述水網結構相連通的噴淋系統,所述噴淋系統位于所述作物種植區域上方,控制水的噴淋量為3.5~6.7m3/h;環繞所述作物種植區域還設置有風冷系統,所述風冷系統的送風量為300~600m3/h;

所述氣體控制系統的構建包括:圍繞作物種植區域內的植物葉片之間設置兩組供氣管道,兩組供氣管道分別為二氧化碳供應管道和氧氣供應管道,兩組供氣管道側壁均設置透氣孔,當對植物進行光照時,控制二氧化碳供應管道開啟,并使作物種植區域內的二氧化碳濃度在8000~9000微摩爾每升,當光照系統關閉時,控制二氧化碳供應管道關閉,并開啟氧氣供應管道,使作物種植區域內的氧氣濃度在2000~2500微摩爾每升;

所述水分控制系統通過引入外部水源對所述人造空間內的作物進行水分供應和調控;所述光照系統由人造光源控制組成,位于所述人造空間內部用于供給作物生長所需的光強度。

具體的,在所述地下空間的深度為100~500米范圍內,控制所述水網結構的徑流量為2.5~3.0m3/h,控制所述水網結構中的水溫為20~25℃,控制所述水網結構離人造空間的內側距離為1~2米,控制噴淋系統中水的噴淋量為3.5~3.8m3/h,控制風冷系統的送風量為300~350m3/h,控制二氧化碳供應通道開啟時二氧化碳濃度為8000~8200微摩爾每升,控制氧化供應通道開啟時氧氣濃度為2000~2100微摩爾每升。

具體的,在所述地下空間的深度為500~1000米范圍內,控制所述水網結構的徑流量為3.0~3.8m3/h,控制所述水網結構中的水溫為15~20℃,控制所述水網結構離作物種植區域的距離為2~3.2米,控制噴淋系統中水的噴淋量為3.8~4.7m3/h,控制風冷系統的送風量為350~420m3/h,控制二氧化碳供應通道開啟時二氧化碳濃度為8200~8500微摩爾每升,控制氧化供應通道開啟時氧氣濃度為2100~2300微摩爾每升。

具體的,在所述地下空間的深度為1000~5000米范圍內,控制所述水網結構的徑流量為3.8~5.8m3/h,控制所述水網結構中的水溫為5~15℃,控制所述水網結構離作物種植區域的距離為3.2~5米,控制噴淋系統中水的噴淋量為4.7~6.7m3/h,控制風冷系統的送風量為420~600m3/h,控制二氧化碳供應通道開啟時二氧化碳濃度為8500~9000微摩爾每升,控制氧化供應通道開啟時氧氣濃度為2300~2500微摩爾每升。

本發明提供了一種適合于不同深度范圍的深地高溫環境以及氣體環境下的農作物種植生態系統,通過上述各種人工調控手段,能夠很好對深地的高溫環境進行合理調控,并對深地缺乏二氧化碳和氧氣等氣體,植物無法進行光合作用的問題進行合理的氣體調控手段,基本實現了種植作物的存活,給深地農業的開展提供了參考和方向。

本發明著重解決了深地高溫環境下以及無二氧化碳氣體環境下作物無法存活的問題,通過在人造空間內部進行人工調節措施,實現了對溫度和氣體的有效調控。其中在人造空間周圍覆蓋合適的水網結構,通過水網結構中供入較低溫度的液態水來實現與人造空間內部的熱交換,降溫效果較佳;同時,在作物種植區域上方建立噴淋系統,通過噴淋的方式進一步對植物葉表及根部進行降溫處理;另一方面,還通過在作物種植區域周圍設置風冷系統,通過控制送風量來達到對植物葉表進行風冷降溫,滿足植物的生存環境。三種冷卻方式的有效結合,能夠將深地人造空間內部的溫度維持在植物能夠存活的環境,適合于本發明的半封閉式系統,人造空間內部與原有深地空間之間的連通并不會對植物的存活造成嚴重的影響,原有深地空間內部極高的溫度通過合理的調控手段,能夠滿足作物在高溫下存活。

本發明提供的氣體控制系統結合深地的氣體環境,對深地生態系統內的二氧化碳和氧氣濃度進行合理調控,對于不同的深度環境進行相應的調控方式,很好保證了植物在深地下的光合作用,保證了植物在無氣體存在下的存活問題。

本發明的調控方式,并非像地表溫室和太空密封空間一樣可將溫度調控到作物最適宜的25~28℃,而是僅僅能夠將半封閉的人造空間內部溫度調控到40~60℃之間,但是在該溫度環境下,雖然作物的存活率和產量受到一定影響,但是大部分作物均實現了存活,這就給深地農業的開展提供了技術參考,后續進一步合理控制溫度環境的手段還需進一步研究開發。

本發明中的地下深度范圍選擇為100~5000米范圍,是由于地表淺地(深度50米以內)土壤環境受污染較為嚴重,而城市由于人口密集,城市發展已大多深入地下50~100米范圍,地下鐵路網絡覆蓋,開展淺地農業已受到較大的局限性,因此本發明主要進行深度在100米以下的農業開展;另一方面,基于深地不同的深度范圍其溫度環境不同,且在1000~5000米范圍內溫度基本維持恒定,能夠方便進行環境的調控。采用本發明的調控手段,在該深地范圍內很好滿足了作物的存活環境,能夠進行深地農業的開展。

進一步的,所述水網結構中的水溫通過溫度控制器進行調節,所述溫度控制器安裝在水網結構內部。通過溫度控制器可將水網結構中的水控制在所需的溫度環境,更好地發揮水網結構對人造空間的降溫效果。水溫的控制手段可以結合現有的調控方式進行,只需要能夠能將水溫合理控制即可。

進一步的,所述人造空間是由人工骨架搭建而成,在所述人工骨架內部設置溫度控制系統、水分控制系統、氣體控制系統和光照控制系統。

進一步的,所述人造空間內設置有用于農作物生長的栽培裝置,所述栽培裝置內填充固定作物的土壤或生長基質。能夠進行植物栽培和提供生長所需的營養。

進一步的,所述生態系統中還設置蒸汽回收裝置,所述蒸汽回收裝置位于所述噴淋系統的上方,蒸汽回收裝置頂部設置冷凝器,底部設置與水網結構相連通的回流管道,所述冷凝器正對著噴淋系統。由于深地的高溫環境,水分容易發生蒸發,這就需要大量的水資源進行溫度的冷卻,本發明通過設置蒸汽回收裝置,經過高溫蒸發而出的水蒸氣經過蒸汽回收裝置中的冷凝器進行冷卻成液態水,然后經過蒸汽回收裝置底部的回流管道進入水網結構中,實現了部分水原的循環利用,節約了成本。

進一步的,所述冷凝器通過風機將熱量輸送到原有深地空間外部。通過風機及時將冷凝器產生的熱量輸送到原有深地空間外部,不會影響人造空間內的溫度環境,利于進行降溫,保證了作物的生長存活。

本發明的有益效果在于:創新型的提供了一種適于開展深地農業的農作物種植生態系統,通過建立一套合理的人工調控手段,能夠將深地高達250℃的高溫環境降低到50~60℃左右,并對深地無氣體環境進行合理的人工調控,滿足了作物在深地高溫下的存活以及進行光合作用所需的氣體環境,為地面作物轉向深地種植提供了技術參考。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白,以下結合實施例對本發明進行具體描述,有必要指出的是,以下實施例僅僅用于對本發明進行解釋和說明,并不用于限定本發明。本領域技術人員根據上述發明內容所做出的一些非本質的改進和調整,仍屬于本發明的?;し段?。

實施例1

一種深地農業種植生態系統,該生態系統是位于地下深度100~200米內的空間范圍,(其地址為經度E104°04′35",緯度:N30°37′43",該原有地下空間的物質構成為:無土壤,由巖石和碎石構成,地下測試溫度達70℃,無光照,氣體稀薄,以甲烷氣體為主),其由人造空間和原有深地空間組成,人造空間由人工骨架搭建而成,該人造空間與原有深地空間相互連通形成半封閉式空間結構。在人造空間內部設置有作物種植區域,并設置有用于農作物生長的栽培裝置,栽培裝置內填充有土壤或生長基質,用于固定植物并進行生長。在人工骨架內部構建有相應的溫度控制系統、水分控制系統、氣體控制系統、光照控制系統以及蒸汽回收裝置。

上述溫度控制系統包括:在人造空間各個方向的外側設置徑流量為2.5m3/h的水網結構,該水網結構離人造空間的內側距離為1.5米;向該水網結構中引入地表或地下水源,通過在水網結構內部安裝溫度控制器,將水網結構中的水溫控制為22~25℃;進一步在人造空間內部設置與水網結構相連通的噴淋系統,其是位于作物種植區域的上方,控制噴淋系統中水的噴淋量為3.5m3/h;圍繞作物種植區域進一步設置風冷系統,風冷系統的送風量為300m3/h,從而對作物表面進一步實現降溫;蒸汽回收裝置位于噴淋系統上方,蒸汽回收裝置頂部設置冷凝器,底部設置與水網結構相連通的回流管道,冷凝器正對著噴淋系統,冷凝器通過風機將熱量輸送到原有深地空間外部。

上述氣體控制系統的構建包括:圍繞作物種植區域內的植物葉片之間設置兩組供氣管道,兩組供氣管道分別為二氧化碳供應管道和氧氣供應管道,兩組供氣管道側壁均設置透氣孔,當對植物進行光照時,控制二氧化碳供應管道開啟,并使作物種植區域內的二氧化碳濃度在8000微摩爾每升,當光照系統關閉時,控制二氧化碳供應管道關閉,并開啟氧氣供應管道,使作物種植區域內的氧氣濃度在2000微摩爾每升。

在該生態系統中分別種植大豆、芹菜和甜菜幼苗,三種作物分別種植100株,僅對作物提供常規的營養養護管理,移栽30天統計其存活率,豆苗、芹菜和甜菜的存活率分別為32%、34%和36%,表明在該生態系統中可以實現深地農作物的栽培。

實施例2

一種深地農業種植生態系統,該生態系統是位于地下深度500~800米內的空間范圍,(其地址為經度:E101°38′4",緯度:N28°11′27",該原有地下空間的物質構成為:無土壤,由巖石和碎石構成,地下測試溫度達140℃,無光照,氣體稀薄,以甲烷氣體為主),其由人造空間和原有深地空間組成,人造空間由人工骨架搭建而成,該人造空間與原有深地空間相互連通形成半封閉式空間結構。在人造空間內部設置有作物種植區域,并設置有用于農作物生長的栽培裝置,栽培裝置內填充有土壤或生長基質,用于固定植物并進行生長。在人工骨架內部構建有相應的溫度控制系統、水分控制系統、氣體控制系統、光照控制系統以及蒸汽回收裝置。

上述溫度控制系統包括:在人造空間各個方向的外側設置徑流量為3.2m3/h的水網結構,該水網結構離人造空間的內側距離為2.6米;向該水網結構中引入地表或地下水源,通過在水網結構內部安裝溫度控制器,將水網結構中的水溫控制為17~20℃;進一步在人造空間內部設置與水網結構相連通的噴淋系統,其是位于作物種植區域的上方,控制噴淋系統中水的噴淋量為4.1m3/h;圍繞作物種植區域進一步設置風冷系統,控制風冷系統的送風量為480m3/h;蒸汽回收裝置位于噴淋系統上方,蒸汽回收裝置頂部設置冷凝器,底部設置與水網結構相連通的回流管道,冷凝器正對著噴淋系統,冷凝器通過風機將熱量輸送到原有深地空間外部。

上述氣體控制系統的構建包括:圍繞作物種植區域內的植物葉片之間設置兩組供氣管道,兩組供氣管道分別為二氧化碳供應管道和氧氣供應管道,兩組供氣管道側壁均設置透氣孔,當對植物進行光照時,控制二氧化碳供應管道開啟,并使作物種植區域內的二氧化碳濃度在8400微摩爾每升,當光照系統關閉時,控制二氧化碳供應管道關閉,并開啟氧氣供應管道,使作物種植區域內的氧氣濃度在2100微摩爾每升。

在該生態系統中分別種植蔥、蘿卜和香菜幼苗,三種作物分別種植200株,僅對作物提供常規的營養養護管理,移栽30天統計其存活率,蔥、蘿卜和香菜的存活率分別為30%、33%和36%,表明在該生態系統中可以實現深地農作物的栽培。

實施例3

一種深地農業種植生態系統,該生態系統是位于地下深度1500~3000米內的空間范圍,(其地址為經度:E101°38′4",緯度:N28°11′27",該原有地下空間的物質構成為:無土壤,由巖石和碎石構成,地下測試溫度達160℃,無光照,氣體稀薄,以甲烷氣體為主),其由人造空間和原有深地空間組成,人造空間由人工骨架搭建而成,該人造空間與原有深地空間相互連通形成半封閉式空間結構。在人造空間內部設置有作物種植區域,并設置有用于農作物生長的栽培裝置,栽培裝置內填充有土壤或生長基質,用于固定植物并進行生長。在人工骨架內部構建有相應的溫度控制系統、水分控制系統、氣體控制系統、光照控制系統以及蒸汽回收裝置。

上述溫度控制系統包括:在人造空間各個方向的外側設置徑流量為5.4m3/h的水網結構,該水網結構離人造空間的內側距離為4.6米;向該水網結構中引入地表或地下水源,通過在水網結構內部安裝溫度控制器,將水網結構中的水溫控制為8~10℃;進一步在人造空間內部設置與水網結構相連通的噴淋系統,其是位于作物種植區域的上方,控制噴淋系統中水的噴淋量為6.2m3/h;圍繞作物種植區域進一步設置風冷系統,控制風冷系統的送風量為500m3/h;蒸汽回收裝置位于噴淋系統上方,蒸汽回收裝置頂部設置冷凝器,底部設置與水網結構相連通的回流管道,冷凝器正對著噴淋系統,冷凝器通過風機將熱量輸送到原有深地空間外部。

上述氣體控制系統的構建包括:圍繞作物種植區域內的植物葉片之間設置兩組供氣管道,兩組供氣管道分別為二氧化碳供應管道和氧氣供應管道,兩組供氣管道側壁均設置透氣孔,當對植物進行光照時,控制二氧化碳供應管道開啟,并使作物種植區域內的二氧化碳濃度在8700微摩爾每升,當光照系統關閉時,控制二氧化碳供應管道關閉,并開啟氧氣供應管道,使作物種植區域內的氧氣濃度在2400微摩爾每升。

在該生態系統中分別種植黃豆、蘿卜和芹菜幼苗,三種作物分別種植500株,僅對作物提供常規的營養養護管理,移栽40天統計其存活率,黃豆、蘿卜和芹菜的存活率分別為28%、32%和34%,表明在該生態系統中可以實現深地農作物的栽培。

實施例4

一種深地農業種植生態系統,該生態系統是位于地下深度3000~5000米內的空間范圍,(其地址為經度E104°04′35",緯度:N30°37′43",該原有地下空間的物質構成為:無土壤,由巖石和碎石構成,地下測試溫度達200℃以上,無光照,氣體稀薄,以甲烷氣體為主),在模擬倉內模擬出該地下環境,并在其中構建生態系統如下:該生態系統由人造空間和原有深地空間(模擬倉環境)組成,人造空間由人工骨架搭建而成,該人造空間與原有深地空間相互連通形成半封閉式空間結構。在人造空間內部設置有作物種植區域,并設置有用于農作物生長的栽培裝置,栽培裝置內填充有土壤或生長基質,用于固定植物并進行生長。在人工骨架內部構建有相應的溫度控制系統、水分控制系統、氣體控制系統、光照控制系統以及蒸汽回收裝置。

上述溫度控制系統包括:在人造空間各個方向的外側設置徑流量為5.8m3/h的水網結構,該水網結構離人造空間的內側距離為5米;向該水網結構中引入地表或地下水源,通過在水網結構內部安裝溫度控制器,將水網結構中的水溫控制為5~8℃;進一步在人造空間內部設置與水網結構相連通的噴淋系統,其是位于作物種植區域的上方,控制噴淋系統中水的噴淋量為6.7m3/h;圍繞作物種植區域進一步設置風冷系統,控制風冷系統的送風量為600m3/h;蒸汽回收裝置位于噴淋系統上方,蒸汽回收裝置頂部設置冷凝器,底部設置與水網結構相連通的回流管道,冷凝器正對著噴淋系統,冷凝器通過風機將熱量輸送到原有深地空間外部。

上述氣體控制系統的構建包括:圍繞作物種植區域內的植物葉片之間設置兩組供氣管道,兩組供氣管道分別為二氧化碳供應管道和氧氣供應管道,兩組供氣管道側壁均設置透氣孔,當對植物進行光照時,控制二氧化碳供應管道開啟,并使作物種植區域內的二氧化碳濃度在9000微摩爾每升,當光照系統關閉時,控制二氧化碳供應管道關閉,并開啟氧氣供應管道,使作物種植區域內的氧氣濃度在2500微摩爾每升。

在該生態系統中分別種植茄子、豆角和西紅柿幼苗,三種作物分別種植800株,僅對作物提供常規的營養養護管理,移栽50天統計其存活率,茄子、豆角和西紅柿的存活率分別為37%、33%和30%,表明在該生態系統中可以實現深地農作物的栽培。

對比例1

按照實施例1的方式構建深地農業生態系統,其中僅采用人工水網結構和噴淋系統,不采用本發明的風冷系統進行溫度調控,發現豆苗、芹菜和甜菜三種作物在該生態系統中無一株能夠存活。

對比例2

按照實施例2的方式構建深地農業生態系統,其中不采用本發明的氣體控制系統,只對深地溫度進行調控,發現人造空間內部因無足夠的二氧化碳和氧氣,蔥、蘿卜和香菜三種作物在該生態系統中無一株能夠存活。

對比例3

按照實施例3的方式構建深地農業生態系統,其中將水網結構中的徑流量設置為2.1m3/h,水網結構離人造空間的內側距離為6.5米,將二氧化碳濃度設置為20000微摩爾每升,氧氣濃度設置為4000微摩爾每升,發現黃豆、蘿卜和芹菜無一株能夠存活。

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一種 適于 氣體 環境 農作物 種植 生態系統
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