[发明专利]包括垂直植物栽培装置的多层农场

说明书

技术领域

本发明涉及农业领域，更具体地涉及植物栽培装置，以及包括如此的植物栽培装置的用于在人造条件下培育植物的多层或称为“垂直”的农场。

背景技术

现代农业及作物栽培的最具潜力的发展方式之一是利用被称为“垂直农场”的多层温室(参见例如www.verticalfarm.com[1]；以及于2011年12月20日公布、名称为“住宅及工业垂直农场”(“Residential and Industrial Vertical Farm”)的专利RU 2436917[2])。垂直农场的基本观念在于：在多层结构中的人造条件下培育植物，这导致增强了农业生产在每单位面积的密集种植的效率和盈利能力，通过调节农场的条件增加了产量，防止害虫接近植物，实现了全年连续的生产，减少了运输费用等。实际上，垂直农场专门用于摩天大楼，摩天大楼的植物可能直接直立在目前存在大量的如此建筑物的工程的主要城市中，建筑物的大部分为建筑设计。

为了创建高效且多产的垂直农场，除了自身直立于高楼之外，需要解决大量的复杂的技术问题。首先，必须使每单位面积的种植密度最大化，加强农场中的植物栽培，并且使整个种植周期自动化。为了加强植物栽培，具体地需要在农场内建立最佳的微气候及照明条件，以及确保使农场能够适应特定种类的植物。

为了增加每单位面积的种植密度，已经设想在垂直农场使用特别的多层植物栽培装置，具体地，用于水培无基质培育的“植物金字塔(Phytopyramid)”型的多层管装置，其利用称为“地下灌溉气培法(subirrigation aeroponic)”的空气-水技术(参见A.Selyanski,E.Lobashev,“在不透光房间的植物金字塔上的实际光合作用(Practical Photoculture on ‘Phytopyramids’in Light-Tight Rooms)”，蔬菜栽培(Vegeculture)出版社，卷1,2013年1月，www.ovoschevodstvo.com[3])。

所述“植物金字塔”植物栽培装置由支撑架堆和栽培管(拱/槽)构成，该支撑架堆的侧面承载表面设置为与直立成相对的小角度(大约10°)，该栽培管(拱/槽)在所述支撑架堆的侧面上设置成层叠的行，由此形成多层结构(7层)。所述“植物金字塔”型的栽培管中的植物(发育不良类的西红柿)的培育利用空气-水方法来实现。所述“植物金字塔”的优点是架堆的结构具有倾斜的承载表面，该倾斜承载表面允许增加每单位面积的种植密度。不幸地，这些承载表面的表面积并非完全利用(仅涉及栽培管经过的部分)。另外，这个系统中实施的无基质空气-水的植物栽培的方法需要考虑在所述植物栽培装置的外部的初步种苗生产，在垂直农场的条件下，从作物栽培的最佳化及自动化的观点，这代表了本质的缺陷。

专利RU 2115303(公布于1998年7月20日[4])公开了一种在人造条件下的用于植物的根部营养的设备，提供了一种选作为本发明的最接近的技术方案。在这个设备[4]中，通过根部可生存毛细管多孔介质形成的土壤替代层通过分配器供给有液体，该分配器具有通过液体的计量供给的管或盘的形式，在负的稳定压差的情况下，分配器抽空。这个土壤替代层设置于所述液体分配器的表面附近，例如，缠绕所述分配管，由此形成圆柱形根部可生存模块。所述土壤替代层的外部涂有不透明的聚乙烯薄膜，该不透明的聚乙烯薄膜设置有用于播种的穿孔。

在上述设备[4]的优点中，可能提及人造土壤(土壤替代)的利用，其能够保水，并且使作物栽培过程足够高地自动化。更进一步地，上述设备[4]中使用的液体分配器制成以管的形式，这个事实允许根部可生存模块的圆柱体设置为与直立(几乎直立)成一个角度，类似于植物栽培柱(这在太空的失重环境中可能特别有用)，由此使能够增加垂直农场的每单位面积的种植密度。

同时，上述设备[4]具有本质的缺点。具体地，没有提供任何的播种自动化元件。此外，上述设备[4]不能确保最佳的生产率，因为其缺少用于刺激植物生长的元件，比如，用于在土壤中创建电势差的元件(例如参见公布于2003年5月10日的专利RU 2203530[5])。