本發明涉及一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施,是以現代大農業為龍頭的一、二、三產業綜合體的具有顛覆性的新業態產業。
從土壤結構角度分析，人類千百年來從地表給植物澆水且經一段時間的間隔，必須由人工或機械給表土進行松土保墑的勞作，否則干裂的土壤會將植物根系裸露出來，造成水的蒸發過快導致植物根系缺水性壞死；而本發明將這種土壤結構置入柔性桶袋之中而后再將其置放在具有水密性的畦槽中，此時，可將水直接澆灌在植物根系底部空間，并預留了空氣進入土壤內流通的位置及渠道，土壤內氧氣可保持充足，不僅有效的降低土壤中有毒物質的含量，亦使得土壤內部環境始終處于更新狀態；由于畦槽的水密性，澆灌在畦槽下部空間內的水包括可水溶性肥料不會有任何流失。因此本發明的土壤結構及澆水方式，徹底顛覆了傳統農業的土壤結構及澆水方式，幾乎減除了澆水后田間松土保墑的傳統勞作，亦可實現合理密植。這種土壤結構，蓄水、爽水、灌溉流程短，供水及時，控水智能化，供肥均一。由于該土壤結構厚度設計可達28~32cm，遠高于現有的稻谷深耕層20cm的厚度，有益于微生物的生存環境，保持土壤肥力；以此可以定義為大設施農業領域。
從土地使用角度及產業角度分析，其該建筑物5米以上鋼構密閉玻璃光棚空間內，將前述的置入畦槽的土壤結構可立體排列至10~20層之多，亦即是實際種植面積是投影面積的10~20倍，稻谷種植密度可達1.3~1.5倍，其5米以下空間可養豬、牛、羊、雞等家禽、家畜并可建立農產品深加工工廠，禽畜類糞肥及稻谷秸稈及由此產生的污水可就地制造沼氣、甲醇、有機肥等產業，形成能源自給型生態農業企業鏈條。至此，該建筑頂部及側立面可設計安裝光伏發電系統，該建筑內部空間及下部空間實現了集種植、采集加工、倉儲物流、家禽畜的圈養、禽畜糞肥沼氣供能、沼氣渣子制造有機肥料、禽畜肉類加工、酵素有機肥加工等具有原生態高科技特征與勞動密集型特征于一體的產業鏈,是一種全新商業模式的綜合性業態聚合體。將稻谷類農作物直接進入人工控制植物生長所需最佳氣候環境條件且與純自然界呈完全隔離狀態的設施內種植，這是人類自古以來大規模種植稻谷類糧食作物又一次顛覆性的技術變革，人類自此可以從根本上徹底擺脫了靠天吃飯的被動局面，因為設施內的環境其現代工業技術完全智能可控：無蟲害、草害、病害、干旱、澇災、大風、寒冷、暴熱對設施內植物的影響，該設施稻谷類糧食作物的種植過程基本與所處地域氣候無關，也同時擺脫了人口增長與環境空間不適應的困惑?，F代工業化大生產的農業很容易在這里實現。若以一平方公里的土地面積為例，48米高的鋼構光棚珩架結構，至少可生成20倍、即3.0萬畝的人工種植稻谷的有機土壤結構的土地，種植密度可提高1.2~1.5倍；以此其土地使用可以是農、漁、禽畜、商、工用綜合性用地，真正的立體空間產業；同時由于土壤的可再造性，有機腐殖質土壤結構可以人工培制，因此該技術領域可以認為是一、二、三產業+互聯網的創新型聚合性新興產業領域。
背景技術：
目前，國際、國內稻谷類農作物，仍然是人類賴以生存的主要食物，但其種植的總體技術模式仍然在很大程度上處于靠天吃飯的被動狀態：產量的提高仍然以依靠“種子”的進一步雜交優化或通過轉基因來提高單位產能為其主要路徑、每畝稻谷耗水量是其它類農作物的數倍之多、其尚無更好的技術抵御來自于諸多方面原因導致的土壤漸進性污染對稻谷生長和人們食用過程的危害、仍然在很大程度上無法抵御突如其來的階段性的干旱、暴雨、酸雨、狂風、暴熱、低溫、土地鹽堿化等惡劣的自然環境對其毀滅性的災害、隨著工業化程度在全球范圍內的不斷提升伴隨著農業用地的相對減少和地球人數總量的不斷增長，土地資源的不可再生性同時存在，人類“吃”的資源性風險及靠天吃飯的被動態勢，會逐漸形成社會潛在的生存性危機。
至此,本發明從如何遠離土壤污染、水污染、農肥污染,實現原生態、節省土地、充分利用環境資源、節能減排、可持續與環境、人文、社會和諧發展等自然的和社會環境,提供了一種可四季種植有機稻谷作物的原生態式鋼構高層光棚建筑結構,以期實現在盡可能的模擬原生態的自然環境下,選用原生態土壤、原生態水、原生態稻谷類種子、原生態腐質肥料,培育和種植原生態稻谷類糧食,徹底解除人類千百年來靠天吃飯的窘境，提高人們的健康水平,并達成節能、減排、健康的基本生態目標。
若本發明中擬用1000㎡*1000㎡的土地面積為例,建筑高達21層可四季種植有機稻谷類糧食的原生態式高層鋼構光棚建筑結構,可換來3.0萬畝稻谷種植設施基地,該設施基地可遠離土壤污染、水污染、空氣污染的侵擾，同時亦可遠離病蟲害的侵擾，設施空間的氣候可模擬控制為植物所需氣候，一年可種植3季稻谷，可種植葉菜10~12茬，徹底擺脫靠天吃飯的窘境。若地面5米高的空間內，設計的1500畝收割后稻谷、秸稈類加工及牛、豬、雞、鴨、魚養殖、屠宰、加工、批發基地；沼氣、有機肥及酵素制造基地；在該建筑頂層還可建設研發、辦公、技能培訓、酒店、餐飲、娛樂、休閑、物流、安保等多功能于一體的綜合性建筑；其諸多功能的建筑屋頂、整體建筑側立面光伏可自身解決所需能源供給包括光、電、熱等形式的能源；它所應用的諸多種建筑材料,光電節能等產品涉及諸多制造行業,將會拉動對工業品的巨大需求；其中包括鋼鐵、玻璃、陶瓷、水泥、鋁材、電纜、照明led、溫濕度及通風控制系統、二氧化碳氣體控制系統、各種裝修材料、辦公家私、酒店家私、各類家電、電器五金等等；同時,種植基地的農民可直接就業成為薪資農業產業工人、輕工業(酵素生產)、服務行業直接就業,每幢基地可直接就業13000人之多,10000幢這種功能的基地,就業可高達1.3億人(不包括間接就業)；農戶富了,國家強了,環境健康了。
經分析,每幢這樣規模的生產基地，每年三季稻谷類糧食可生產3.6億斤有機稻谷，而且徹底擺脫了“靠天吃飯”的窘境；在這個封閉的空間里，盡可以發揮現代工業的各種優勢，將我國落后的農業一舉成為先進的糧食制造產業，一帶一路、普惠百姓,是世界性的世紀工程，是中華民族對人類的貢獻。
技術實現要素：
為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其土壤結構1沿高度方向設計有表層土壤2、毛細層土壤3、浸入水中的土壤4計3層功能各異的土壤層，包括可裝入這種土壤結構1的柔性桶袋5，包括置放柔性桶袋5的畦槽6及安裝在畦槽6內的水位傳感器7，包括安裝在土壤層內濕度8、溫度9傳感器及支撐立體分布畦槽6的鋼架10，包括高層鋼構玻璃光棚11及玻璃光棚11空間內的溫度12及濕度13控制的通風14、二氧化碳補充15、led補光16等裝置，包括固定在鋼架10上可移動的葉面肥噴灑及自動插秧、自動收割等裝置17、18、19，包括光棚屋頂及側立面安裝的光伏發電系統20；由于立體多層種植稻谷類作物的土壤結構1及設施其可將水直接澆灌在畦槽6內腔底部并通過毛細力浸入土壤層4內上移，故稻谷生長期間無需耕田。
所述的可立體多層種植稻谷類作物的土壤結構1中的表層土壤2、毛細層土壤3、浸入水中的土壤4，其浸入水中的土壤4是由多孔類礦物質、多纖維類如椰殼土、草炭土及有機腐殖質土構成，其中土壤4高度設計為h4,而表層土壤2高度設計為h2、毛細層土壤3高度設計為h3，其大都由有機腐殖質土內摻入少量硅藻土、纖維質復合有機肥顆粒、礦物質顆粒等組分構成；其中h4設計選取為16~18cm，h3設計選取為5~8cm，h2設計選取為5~8cm。
所述的可立體多層種植稻谷類作物的土壤結構1中的浸入水中的土壤4，首先將其土壤4裝入柔性桶袋5底部后再裝入土壤3，而后將柔性桶袋5置放在畦槽6內，其裝滿土壤的諸多條柔性桶袋5的端口在畦槽6內形成一個平面后，再將表層土壤2裝入畦槽6內鋪平，即形成了一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構1；土壤結構1的總高度為h=h1+h2+h3cm，h值設計控制在30cm左右。
所述的柔性桶袋5裝入土壤4、3后的幾何形狀是高度為h的倒四棱臺形立方體，若將其置放在畦槽6內時，柔性桶袋5的底平面剛好貼附在畦槽6的底平面上，而其上平面剛好平行于畦槽6的底平面；當一定數量的柔性桶袋5無縫隙組合裝入畦槽6時，其一定數量的柔性桶袋5組合成的上平面的投影面剛好與畦槽6的底平面面積相等。
所述的將裝滿土壤4、3的呈倒四棱臺形立方體的柔性桶袋5被無縫隙組合置放在畦槽6內空間后，其裝滿土壤4、3的柔性桶袋5的上平面與畦槽6的底平面間的高度h空間中，呈倒四棱臺形立方體幾何性狀的柔性桶袋5與畦槽6之間的空間會形成縱橫交錯的、立剖面為等腰三角形的溝渠式空間。若將水直接灌入該空間內，則表層土壤2的孔隙度不會塌落，因此無需松土耕田，并可實現稻谷密植。
所述的一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施，其特征在于：將水直接灌入柔性桶袋5與畦槽6形成的立剖面為三角形的溝渠式空間內后，水通過毛細力或壓力逐漸透過柔性桶袋5將土壤4浸入水中，水靠毛細力向上遷移通過毛細層土壤3浸入表層土壤2，促使稻谷根系向下拓展；而土壤4內的多孔礦物質顆粒具有儲水、畜肥緩釋功能。
所述的一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施，其特征在于：將其水位傳感器7及土壤溫度傳感器9置放在毛細土壤層3與浸入水中的土壤層4交界處，將土壤層濕度傳感器8置放在表層土壤2與毛細土壤層3的交界處；此時濕度傳感器濕度值低于既定值時，程序會自動將設施內電動閥門開啟灌水，當水位傳感器測水位值達到既定水位值后，程序會自動關閉電動閥門；由此可實現灌水過程及水位、濕度控制過程智能化。
所述的一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施，其特征在于：可裝入土壤結構1的柔性桶袋5，包括置放柔性桶袋5的畦槽6，包括安裝在畦槽6內的水位傳感器7、土壤層濕度傳感器8，形成的土壤結構1的土壤層特征、灌水自動控制特征及水位特征，改變了傳統的水稻土結構：保水、保肥不外流，裝入柔性桶袋內的、浸入水中的土壤層4在畦槽6下部空間內，始終可以保持水位以保持表層土壤2的濕度及溫度的穩定性；由于水分只能通過毛細上行至表層土壤2才能產生蒸發過程，但由于表層土壤孔隙度不變，故此，不僅可減少田間耕田的勞作、提高稻谷栽培密度，還會節省60%以上的水資源的消耗；同時空氣可通過毛細土壤層3透過柔性桶袋沿毛細進入土壤層2始終在稻谷根系土壤層中流通，而稻谷根系底部的根系可始終浸泡在土壤4中吸收水分和養分；亦可適時降低或升高畦槽底部腔體內水位，使得稻谷根系在保持濕度不變的前提下，完全置于空氣可流通的狀態一段時間后回復水位；在該土壤結構內，養分貯量、有機質含量、土壤的通氣和氧化程度均在可控范圍之內，亦即是田間土壤水、氣、肥、熱的綜合管理均具有可控性，由此改善了稻谷類植物根系的發育和成長的環境。
所述的一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施，其特征在于：由于減除了田間松土保墑的勞作，畦槽可立體置放于鋼構玻璃光棚11中，其畦槽6間距設計可據稻谷成熟期高度尺寸及led補光系統16光合作用、通風空間需求等條件因素合理選擇；同時，由于該土壤結構1及設施完全置放在高層鋼構玻璃光棚11空間內，包括固定在鋼架10上可移動的葉面肥噴灑及自動插秧、自動收割裝置12、13，包括高層鋼構玻璃光棚11空間內的溫度及濕度控制的通風、二氧化碳補充、led補光等裝置14、15、16、17、18，其該空間內可完全模擬和控制稻谷生長所需的自然環境，可通過移苗實現120天收割一季稻谷。
所述的一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施，其特征在于：包括高層玻璃光棚11的屋頂19及側立面20安裝的光伏發電系統21；由于立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施其可將水直接澆灌在畦槽6內腔底部并浸入土壤層4，浸入土壤4的水位可控，稻谷生長期間無需耕田，人工輸入二氧化碳濃度可控、光合作用強度、時間可控；通過有效通風控制高層玻璃光棚11空間內的溫度、濕度，可抑制或消除棚內病、蟲害包括雜草類對棚內植物的威脅；在該設施空間內可完全破解和顛覆了人類千百年以來靠天吃飯的被動局面。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是本發明中優選實施例中一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施示意圖；其中1為該發明專利的土壤結構，2為沿高度方向的表層土壤、3為毛細層土壤、4為浸入水中的土壤，5為裝入土壤結構1的柔性桶袋，6為置放柔性桶袋5的畦槽，7為及安裝在畦槽6內的水位傳感器，8、9為安裝在土壤層內濕度及溫度傳感器，10為支撐立體分布畦槽6的鋼架，11為高層鋼構玻璃光棚，12、13為玻璃光棚11空間內的溫度、濕度測量傳感系統，14為溫度12及濕度13控制的通風系統，15、16為二氧化碳補充及led補光等裝置，17、18、19為固定在鋼架10上可移動的葉面肥噴灑及自動插秧、自動收割等裝置，20為光棚屋頂及側立面安裝的光伏發電系統；
具體實施方式
一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施
參照圖1,本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其土壤結構1沿高度方向設計有表層土壤2、毛細層土壤3、浸入水中的土壤4計3層功能各異的土壤層，包括可裝入這種土壤結構1的柔性桶袋5，包括置放柔性桶袋5的畦槽6及安裝在畦槽6內的水位傳感器7，包括安裝在土壤層內濕度8、溫度9傳感器及支撐立體分布畦槽6的鋼架10，包括高層鋼構玻璃光棚11及玻璃光棚11空間內的溫度12及濕度13控制的通風14、二氧化碳補充15、led補光16等裝置，包括固定在鋼架10上可移動的葉面肥噴灑及自動插秧、自動收割等裝置17、18、19，包括光棚屋頂及側立面安裝的光伏發電系統20；由于立體多層種植稻谷類作物的土壤結構1及設施其可將水直接澆灌在畦槽6內腔底部并通過毛細力浸入土壤層4內上移，故稻谷生長期間無需耕田。
參照圖1，本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其特征在于：所述的可立體多層種植稻谷類作物的土壤結構1中的表層土壤2、毛細層土壤3、浸入水中的土壤4，其浸入水中的土壤4是由多孔類礦物質、多纖維類如椰殼土、草炭土及有機腐殖質土構成，其中土壤4高度設計為h4,而表層土壤2高度設計為h2、毛細層土壤3高度設計為h3，其大都由有機腐殖質土內摻入少量硅藻土、纖維質復合有機肥顆粒、礦物質顆粒等組分構成；其中h4設計選取為16~18cm，h3設計選取為5~8cm，h2設計選取為5~8cm。
參照圖1,本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其特征在于：所述的可立體多層種植稻谷類作物的土壤結構1中的浸入水中的土壤4，首先將其土壤4裝入柔性桶袋5底部后再裝入土壤3，而后將柔性桶袋5置放在畦槽6內，其裝滿土壤的諸多條柔性桶袋5的端口在畦槽6內形成一個平面后，再將表層土壤2裝入畦槽6內鋪平，即形成了一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構1；土壤結構1的總高度為h=h1+h2+h3cm，h值設計控制在30cm左右。
參照圖1,本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其特征在于：所述的柔性桶袋5裝入土壤4、3后的幾何形狀是高度為h的倒四棱臺形立方體，若將其置放在畦槽6內時，柔性桶袋5的底平面剛好貼附在畦槽6的底平面上，而其上平面剛好平行于畦槽6的底平面；當一定數量的柔性桶袋5無縫隙組合裝入畦槽6時，其一定數量的柔性桶袋5組合成的上平面的投影面剛好與畦槽6的底平面面積相等。
參照圖1,本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其特征在于：所述的將裝滿土壤4、3的呈倒四棱臺形立方體的柔性桶袋5被無縫隙組合置放在畦槽6內空間后，其裝滿土壤4、3的柔性桶袋5的上平面與畦槽6的底平面間的高度h空間中，呈倒四棱臺形立方體幾何性狀的柔性桶袋5與畦槽6之間的空間會形成縱橫交錯的、立剖面為等腰三角形的溝渠式空間。若將水直接灌入該空間內，則表層土壤2的孔隙度不會塌落，因此無需松土耕田，并可實現稻谷密植。
參照圖1,本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其特征在于：將水直接灌入柔性桶袋5與畦槽6形成的立剖面為三角形的溝渠式空間內后，水通過毛細力或壓力逐漸透過柔性桶袋5將土壤4浸入水中，水靠毛細力向上遷移通過毛細層土壤3浸入表層土壤2，促使稻谷根系向下拓展；而土壤4內的多孔礦物質顆粒具有儲水、畜肥緩釋功能。
參照圖1,本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其特征在于：將其水位傳感器7及土壤溫度傳感器9置放在毛細土壤層3與浸入水中的土壤層4交界處，將土壤層濕度傳感器8置放在表層土壤2與毛細土壤層3的交界處；此時濕度傳感器濕度值低于既定值時，程序會自動將設施內電動閥門開啟灌水，當水位傳感器測水位值達到既定水位值后，程序會自動關閉電動閥門；由此可實現灌水過程及水位、濕度控制過程智能化。
參照圖1，本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其特征在于：可裝入土壤結構1的柔性桶袋5，包括置放柔性桶袋5的畦槽6，包括安裝在畦槽6內的水位傳感器7、土壤層濕度傳感器8，形成的土壤結構1的土壤層特征、灌水自動控制特征及水位特征，改變了傳統的水稻土結構：保水、保肥不外流，裝入柔性桶袋內的、浸入水中的土壤層4在畦槽6下部空間內，始終可以保持水位以保持表層土壤2的濕度及溫度的穩定性；由于水分只能通過毛細上行至表層土壤2才能產生蒸發過程，但由于表層土壤孔隙度不變，故此，不僅可減少田間耕田的勞作、提高稻谷栽培密度，還會節省60%以上的水資源的消耗；同時空氣可通過毛細土壤層3透過柔性桶袋沿毛細進入土壤層2始終在稻谷根系土壤層中流通，而稻谷根系底部的根系可始終浸泡在土壤4中吸收水分和養分；亦可適時降低或升高畦槽底部腔體內水位，使得稻谷根系在保持濕度不變的前提下，完全置于空氣可流通的狀態一段時間后回復水位；在該土壤結構內，養分貯量、有機質含量、土壤的通氣和氧化程度均在可控范圍之內，亦即是田間土壤水、氣、肥、熱的綜合管理均具有可控性，由此改善了稻谷類植物根系的發育和成長的環境。
參照圖1，本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其特征在于：由于減除了田間松土保墑的勞作，畦槽可立體置放于鋼構玻璃光棚11中，其畦槽6間距設計可據稻谷成熟期高度尺寸及led補光系統16光合作用、通風空間需求等條件因素合理選擇；同時，由于該土壤結構1及設施完全置放在高層鋼構玻璃光棚11空間內，包括固定在鋼架10上可移動的葉面肥噴灑及自動插秧、自動收割裝置12、13，包括高層鋼構玻璃光棚11空間內的溫度及濕度控制的通風、二氧化碳補充、led補光等裝置14、15、16、17、18，其該空間內可完全模擬和控制稻谷生長所需的自然環境，可通過移苗實現120天收割一季稻谷。
參照圖1，本發明公開一種立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施；其特征在于：包括高層玻璃光棚11的屋頂19及側立面20安裝的光伏發電系統21；由于立體多層種植稻谷類作物的土壤結構及設施其可將水直接澆灌在畦槽6內腔底部并浸入土壤層4，浸入土壤4的水位可控，稻谷生長期間無需耕田，人工輸入二氧化碳濃度可控、光合作用強度、時間可控；通過有效通風控制高層玻璃光棚11空間內的溫度、濕度，可抑制或消除棚內病、蟲害包括雜草類對棚內植物的威脅；在該設施空間內可完全破解和顛覆了人類千百年以來靠天吃飯的被動局面。
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了相互排斥的特質或步驟以外，均可以以任何方式組合，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換，即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個實施例而已。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。