[发明专利]竖直安装的种植和灌溉系统

说明书

在一个实施例中，本公开涉及竖直定向的植物生长系统(2)，其包括多个塔式阵列(100，200，300，400)，每个塔式阵列具有多个塔(1000，1100，1200，1300，1400)。每个塔竖直安装，并包括其上的用于生长农作物的多个毂盘结构(1010‑1080,1110‑1180,1210‑1280,1310‑1380,1410‑1480)。各个毂盘结构包括附接的瓶子(1012A‑F,1022A‑F,1032A‑F,1042A‑F,1052A‑F,1062A‑F,1072A‑F,1082A‑F)，瓶子的尺寸设计成支撑足以用于植物生长并防止水逸出的土壤。通过将加压水供给至塔式阵列中的每个塔上方的流量控制装置，每个瓶中的土壤利用以受控流率接收的水来灌溉，以使用最小空间且不依赖于具体的土壤条件来使农作物生长。

相关申请的交叉引用

本申请要求受益于2017年11月6日提交的美国临时专利申请No.62/582,078的申请日的权益，在此通过引用将其公开内容合并于本文中。

背景技术

在未来几十年里，随着世界人口预期连续地显著增加，在现有土地上进行农作物耕种的压力将持续增加。这种趋势在加剧，因为发展中国家收入在增加，对富含蛋白质的食品的需求也在增加，并且这些食品的生产需要的资源远超过用于其他类型食品的所需的资源。鉴于这些发展，对可持续耕种方法的需求仅仅被设置成增加来满足需求，实际上该需求无法由现有的可耕地来满足。

此外，除了土地之外，对于农作物耕种效率和收获农作物的质量的顾虑持续增加。现有的方法可以使农作物暴露于土壤中的污染物、过量的杀虫剂，或者，可以提供太多或太少的水使得不能实现最佳的生长。

已经采用一种方法以试图解决这些顾虑中的至少一些，诸如能量和水的改善使用等，该方法使用雾培法，涉及将喷雾器应用到植物根部的耕种形式。采用雾培法，在耕种过程中消除了土壤。并且，没有土壤时，实现更大的种植密度。然而，由于土壤的缺少，用雾培法生长的植物缺少有益的促生细菌和蘑菇，否则它们将钻入植物的根中且提供高生物可利用分子的缓慢滴液来供给植物。因此，该植物不能达到肥沃土壤能够提供的风味和营养质量。此外，没有土壤，这种技术不能提供活的生物群落，例如土壤中活的生物体，该活的生物群落更完全地表达植物表型，其从遗传学角度对植物编程以抵抗更大的环境压力(即干旱、高热、捕食)。

与当前做法的可持续性有关的另一困难在于，在世界的许多地区不能回收利用某些材料，而导致过量的废物。确实地，全世界许多国家缺少收集和回收利用塑料汽水瓶的工业能力。因此，每年数十亿的这种瓶子堆积在这种国家的环境中。用于处理瓶子的方法(如果这种情形存在)加重了由缺乏回收利用能力而导致的问题。在没有塑料回收利用设施的情况下，塑料瓶处理的方法包括不可持续的技术，诸如露天火场的使用、倾倒在垃圾填埋场和倾倒入水路和海洋中等。

与回收利用塑料瓶设施的缺乏有关的普遍困难被良好地记录。确实地，许多地区缺少回收利用的能力。在标题为The New Plastics Economy:Rethinking the FutureofPlastics，Ellen MacArthur Foundation，2016(“新塑料经济：重新考虑塑料的未来”，艾伦·麦克阿瑟基金会，2016年)的报告中，发展中国家中围绕塑料处理的困难情形被标识为持续中的环境顾虑。该报告概述了在发展中国家的具体处理问题，包括在没有适当控制下燃烧塑料瓶，以及每年将大约1200万吨塑料废物丢弃到海洋中的更广泛的问题。

缺少收集和回收利用塑料汽水瓶的工业能力的国家经常也缺少足够的食品安全，并且依赖于来自外国的食品进口和食品捐赠来喂养他们的居民。联合国最不发达国家登记处列出了食品不安全的四十一个国家，在这些国家中它们依赖于自给农业，经历着喂养他们的居民的困难，并且必须进口大量食品以喂养他们的居民。通过同样的措施，这些国家的许多国家，尤其是热带地区的那些国家，由于他们的居民尝试创造额外的农田而正在经历着森林砍伐。这些尝试通常是由于有效利用现有农田的知识和资源的缺少。因此，这些国家没有被适当地装备以确保耕作以可持续的方式执行。