轨基机器人农地隔离种植方法及农地

摘要

轨基机器人农地隔离种植方法：用轨基机器人对荒漠挖土筛分筑起基床、对基床或者基床上的沟或坑用隔离层覆盖并充填种植土壤；对待治理污染的土地和对需要轮休的耕地或需要实施用水最少化的耕地，设置与基轨平行的沟或者坑；在沟坑内表面用隔离层覆盖并充填种植土壤。根据此方法建设的隔离式农地，包括土地、设置于土地中的基轨和种植土壤，其特征是含有将种植土壤与土地的其它部分分开的隔离层。根据此方法制造在农地中设置隔离种植钵的专用设备，包括控制系统、卫星定位系统、双向通信设施、遥控摄像器件、基床垒制模块和隔离种植钵安置模块。本发明提供将荒漠、受污染农地马上变为稳产节水机耕地的手段，有助解决粮食和食品安全问题。

说明书

技术领域

本发明涉及轨基机器人农地隔离种植方法及农地。

背景技术

现有的一种农地污染修复方法采用根据农地的受污染情况对症下药，对土壤统一进行修复处理包括将受污染土壤迁移至专门场合进行处理。这种技术方案会影响或者放空土壤的产能、代价高且可能涉及污染物的长途运输。

现有一种杯状黑色非柔性塑料薄膜花盆，方便在市镇街边花坛上实施花卉的带土移植，但是其体积较小，不适合种植较高譬如300毫米以上的庄稼并保持在大风下不被拔起；并且这种花盆以与周围的土壤充分交换水分甚至是实现土壤毛细作用的连接为前提带有若干硬币大小的通孔。

中国2013208932537号实用新型专利申请披露了一种农地轨基自动耕作装置，但未深入涉及对受污染土壤的修复。

利用现有的机器人技术可以制造出本发明所述的各种机器人或者模块。本发明的模块是指模块化的可编程自动化装置。

以下现有技术内容从网上下载。植物萃取技术，是近年来兴起的一门新技术，也是目前研究最多且最有发展前景的植物修复技术。植物提取技术是指采用超积累植物将土壤中过量的重金属元素大量地富集并搬运转移到植物根部可收割部位和地上茎叶部位(特别是地上部)，从而修复土壤的技术。适用植物提取技术的污染物包括：各种金属，如银、镉、钴、铬、铜、汞、锰、钼、镍、铅、锌；类金属，如砷、硒；放射性核素，如90Sr、137Cs、239Pu、238U、234U等；非金属，如硼等；各种有机物质。

“植物提取技术”通常也被称为“植物修复技术”。其本质是通过植物的光合作用，将分散在土壤中的污染物泵吸出来，转移到植物地上茎叶部位，最后通过收获植物地上器官并处理这些器官达到环境治理、变废为宝目的。收获植物中的重金属元素还可以回收利用。植物提取技术利用的是一些对重金属具有较强富集能力的特殊超积累植物。目前已经发现的500多种超富集植物广泛分布于45个科，其中Ni的超富集植物最多，主要是十字花科的庭荠属。据报道，红根苋可富集cs，对切尔诺贝利核电站1986年泄露后大面积土壤的核污染进行植物修复有较大潜力。

与物理修复和化学修复方法相比，植物修复的优势主要表现在以下几个方面：

（1）技术相对简单、费用较低，可以大面积的实施；

（2）利用植物的提取作用或降解作用可以永久性地解决环境污染问题；

（3）不造成污染场地的二次污染，具有美化环境的作用；

（4）不破化场地结构，对环境扰动少，为公众所欢迎；

（5）经植物修复过的土壤或水体可再利用，符合可持续发展的要求。

植物修复是利用植物的生命活动来完成的，因而与其他修复技术相比具有如下特点：

（1）植物修复以太阳作为驱动力，能耗较低；

（2）从形式上看植物修复工艺比较简单，但受外界影响因素较多；

（3）植物修复技术的研究与应用，具有多学科交叉性；

（4）植物修复时间比较长，研究周期也比较长。

植物修复的局限性

（1）对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达不到，甚至不适于植物生长的污染土壤或水体的修复并不适用；

（2）对于复合污染土壤或水体，采用一种修复植物或几种修复植物相结合的修复方式往往也难以达到修复要求；

（3）修复周期较长，难以满足快速修复污染环境的需求。

发明内容

本发明的目的是要提供轨基机器人农地隔离种植方法及农地。

本发明轨基机器人农地隔离种植方法：将待治理土地适当进行规划使之适合轨基机器人（参中国专利2013208932537）自动耕作和其它作业要求，在待治理土地里铺设基轨，包括间隔10米一组、每组两根间距1米9的钢筋混凝土基轨、桩基和旁站电力线；根据待治理土地的土壤含量和/或受污染程度及耕地轮休等的要求，选择实施以下三种方法之一或其组合：

1）用轨基机器人对土地进行挖掘过筛分选为尺寸适合种植的土壤、石头和砂砾几部分；将石头砂砾按照底部或者内部物体尺寸大、上部或者表面物体尺寸小的要求筑起基床；保持基床表面平整或者在平整后的基床上设置与基轨平行的沟或者均布离散的坑；在基床上面或者沟上面或者坑的内表面用隔离层包括土工布和塑料薄膜覆盖，并在上面堆置充填种植土壤建设种植土壤分层或者成条状布置或者坑状均布的隔离式农地；沟和坑的尺寸以适合种植、农作物不被风刮起、蓄水容量较大为宜；沟和坑的尺寸及位置等信息需要用轨基机器人加以测定收集保存；

石头砂砾还可用于建造梯田坝；基床可以一次建成或者分为几次建成；

2）需要治理的受污染土壤，如果其中含有杂物或者石头砂砾较多，可以先采用上述挖掘过筛分选的工序分离杂物石头并制作基床并在基床上设置与基轨平行的沟或者挖出均布的坑；对于杂物很少不用过筛重整的受污染土壤，也要在土地平整后设置与基轨平行的沟或者均布离散的坑；在所述沟或者坑的内表面用隔离层包括土工布和塑料薄膜覆盖，并在上面堆置充填种植土壤建设种植土壤成条或者坑状均布的隔离式农地；

对于受污染特别严重的土壤也可以整体用土工布或者塑料薄膜覆盖并在上面堆置种植土壤建设种植土壤分层的隔离式农地；或者将受污染特别严重的那部分土壤挖出装入容器包括塑料桶或者塑料袋里面加以深埋并记录，待以后再行处理；另外，对于体积特大包括大于0.09立方米的石头要尽可能移除包括清洗后出售；

在种植土壤中用轨基机器人种植农作物；并同时对受污染土壤进行治理，包括用植物萃取法通过在受污染土壤中种植特定的植物大量吸收土壤中的污染物，并收割所述吸收污染物的植物，将其部分或者全部加以专门降解和/或热解，降解热解的残留物如果其中的成分被降解且毒害小，可以回归土壤；如果其中含有重金属等不易降解的污染，则可与粘土混合烧制陶粒或者用等离子炉进行玻璃化制作小球，实现将污染物最终从土壤中分离出去或者令其不能进入食物链的目的；还可以采用其它各种物理化学及生物方法，包括使用轨基机器人或者不使用轨基机器人，对受污染土壤进行净化处理；（有关内容参现有技术）

种植土壤的获取包括1）外部提供、2）本地选择性挖制、3）本地先行整治和4）本地深挖及其组合；本地深挖包括通过在本地挖土建造地下构筑物，包括地下粮仓、水窖和生物反应池获取；

还可以直接将部分污染的土壤作为种植土壤与其它受污染土壤用隔离层隔离，然后对所述作为种植土壤的污染土壤进行快速处理使之达到种植土壤的标准；并同时对隔离层外的受污染土壤进行修复治理；这样做的好处是因为进行快速处理的土壤量少总的治理费用较少，但可以马上获取种植土壤进行农作物生产；

对于本地没有土壤或者土壤不够的情况可以用钵状物隔离种植钵装土安置于所述坑中进行种植，此时坑中也可以不用设置隔离层；

以上各种情况，种植土壤的用量多少根据现场实际情况定；可以采用好用够用的原则；也可以多多益善；

为了不影响种植土壤中农作物的品质，需要对受污染土壤的隔离泄漏进行控制；

在分层的隔离式农地中下面的污染土壤也可以种植治污作物，但要注意污染土壤相对种植土壤的隔离；

3）有需要进行轮休的耕地或者需要实施用水最少化的耕地，在土地平整后设置与基轨平行的沟或者均布离散的坑；在所述沟或者坑的内表面用可降解塑料薄膜包括6个月起开始降解，10至8个月30%完成降解的塑料薄膜覆盖；但对于以用水最少化为目的的耕地改造则可以采用非降解的隔离层包括塑料薄膜；在所述沟或者坑的里面堆置充填种植土壤建设种植土壤成条布置或者坑状均布的农地；

本发明根据上述方法实现其目的的技术方案之一：建设隔离式农地，包括土地、设置于土地中的基轨和种植土壤；种植土壤可以生产出符合标准的农产品。设置将种植土壤与土地的其它部分分开的隔离层，所述隔离层包括土工布、塑料薄膜和钵状物；所述隔离物的形状尺寸不受限制，包括对土地的大面积覆盖、对沟的覆盖和对均布的坑的覆盖；所述土地的形状尺寸不受限制，包括沟和坑状物的三维尺寸中的任何一维尺寸都可以小于或者大于1米。

还可以令所述钵状物为柔性或者非柔性塑料薄膜材料制作。

还可以令所述钵状物的沿口含有加强圈包括不锈钢板加强圈。

本发明根据上述方法实现其目的的技术方案之二：制造一台在农地中设置隔离沟的专用设备，包括控制系统、卫星定位系统、双向无线通信设施、遥控摄像监控器件、自动驾驶子系统、挖坑模块、挖土模块、筛选模块、基床垒制模块和隔离种植钵安置模块；筛选模块的筛子数量和筛孔尺寸根据需要设定并且不受限制。采用与控制系统主控电路通过信号总线连接的卫星定位系统接口电路、双向通信设施接口电路、遥控摄像监控器件接口电路、自动驾驶子系统接口电路、挖坑模块接口电路、挖土模块接口电路、筛选模块接口电路、基床垒制模块接口电路和隔离种植钵安置模块接口电路；所述卫星定位系统、双向无线通信设施、遥控摄像监控器件、自动驾驶子系统、挖坑模块、挖土模块、筛选模块、基床垒制模块和隔离种植钵安置模块的状态根据主控计算机状态的改变而改变。

还可以令筛选模块包括振动筛和三层筛子，从下往上的筛子孔平均尺寸范围分别为：1至3毫米、9至18毫米和40至70毫米。

利用治污植物治理污染物包括吸收萃取土壤中的污染物；确保所述隔离沟或者隔离种植钵的隔离层在要求的一茬以上农作物生长期间能够经受各种作业，或者能够确保种植土壤与受污染土壤之间的有效隔离防止对所述隔离沟或者隔离种植钵内种植土壤及其农作物的污染；包括通过雨水或者其它物体的漫灌渗透造成的污染；所述隔离沟或者隔离种植钵的设置以及其中的种植土壤符合有关种植标准包括体积够大不会轻易被风刮起。为了防止雨水流动渗透使污染物从受污染土壤向所述隔离沟或者隔离种植钵中的种植土壤转移，保持所述隔离沟或者隔离种植钵内的种植土壤高于受污染土壤，并且确保所述隔离沟或者隔离种植钵的边缘高度可以阻挡减缓雨水或者其它水从受污染土壤进入到隔离种植钵中；必要时应该修筑土坝或者其它挡水坝防止上游流水淹没下游所述隔离沟或者隔离种植钵造成对所述隔离沟或者隔离种植钵内种植土壤的污染。

具体的隔离种植钵包括塑料花盆状隔离种植钵。

具体的吸收污染物的吸污植物可以是任何一种植物，除了考虑吸污植物的吸污性能，还要考虑吸污植物的可堆肥性、对种植钵中的农作物的影响以及吸污植物对机械化作业的适应性包括采用机械进行种植收割的可操作性。

有益效果：本发明用石头砂砾筑起基床、在基床上面设置沟或者坑，用隔离层覆盖沟或者坑，并在其上面覆土进行种植；可以将土壤含量仅有2%甚至更少的地表用于种植，并且因为隔离层阻断水，所以可以用轨基机器人通过节水滴灌进行种植，有利于可持续发展。又因为在荒漠上大量种植胡杨或者多肉类等植物，可以实现大量固碳，有利于抑制气温升高；并能够实施荒漠治理。本发明用隔离层将种植土壤与受污染土壤隔离，在种植土壤中进行种植提供农产品；同时对受污染土壤实施污染治理包括采用吸污植物吸收污染物并收割吸污植物来从土壤中移除污染物，对于不容易经过土壤之外的途径扩散的污染，可以实现种植和污染治理同步进行。本发明用隔离层将种植土壤与轮休土壤或者其它土壤相隔离，可以实现种植用水最少化和80%以上耕地的轮休。采用降解隔离层可在轮休结束后令所述土地进入正常耕作状态。

在农地中设置基轨，并采用各种轨基机器人进行作业，包括在种植土壤中农作物的种植收割作业和在污染土壤中治污植物的种植收割作业，具有自动化程度高、可以实施数字化作业、可以减少人工的使用以及防止污染对人的伤害等优点。

在荒漠中种植高度较低的农作物同时在基轨上运行可移动光伏发电装置，可以在种植的同时实现光伏发电（有关内容可参中国2013208932518号专利）使对基轨的投入成为内部收益率高于20%的投资，可操作性强。对吸收污染物的植物的降解设施包括抗压钢筋混凝土筒仓状构筑物以后可以用于秸秆制作有机肥的设施或者用作水窖蓄水或者用于地下降温粮仓储存谷物，同样是长期回报率很高的投资。吸收污染物植物降解后量小，每亩一茬平均仅十至数十千克，其运输处理的成本低。日前有报道，我国某流域的污染治理，平均投资1000多元/亩。但当地官员私下表示这远远不够，至少要4000元/亩。采用本发明，将这部分钱中的1000元用于补贴建设轨基农地，其余用于购置塑料薄膜、租用轨基机器人和建设生化处理装置。因为现有的污染治理当年要停产，而本发明使用轨基机器人后马上可以种植多收一茬或者数茬庄稼，并且亩产增收使得总的产出增加2000至8000元。这样，实施本发明当年可以收回大部分或者全部投资，并能永久性获取轨基农地的高回报。在实现农地正常生产前提下，对受污染土壤的各种整理，并在两年内收回投资，可以使我国所有需要治理污染的耕地实现市场化污染治理。

对于受污染很严重的土壤，包括原农药厂富集农药成分的土壤和其他富集油类成分的土壤，将其收集起来放入塑料桶或者薄膜塑料袋内封闭，埋于正常种植的农地地下并记录，待以后再行处理包括逐步取出并混合于正在治理的受污染土地中；可以立即对其余污染较低的土壤进行修复包括植物萃取法等低成本而且自然的修复手段，并且最终将污染土壤全部修复。

采用各种轨基机器人进行作业可以牢记各种相关数据包括地下的情况和实施各种精密的作业包括对农作物的精确灌溉，并且其对土壤各种指标参数的测试具有可以大量自动采集和连贯性，杜绝人为作弊的可能。

本发明可以在较长的植物萃取修复期内进行高标准农产品的种植生产，克服了修复周期较长的缺陷。

本发明可以立即对各种土地包括荒漠进行重新定义使之成为：粮食、生物塑料和能源的稳产机械化生产基地，其中有些地区需要外部供应一些水。为此，我们开发了一种新的物流方法及设备，并将要推广应用。

附图说明

图1是一个轨基机器人在待整治土地挖土筛分布沟种植的正视工作原理图。

图2是一个轨基机器人在待整治土地挖土筛分布沟种植的上视工作原理图。

图3是一个采用重金属萃取植物进行土壤重金属萃取并同时进行高标准农产品种植的工作原理图。

图4是一台在农地中设置隔离种植钵的专用设备控制系统的框图。

图中1.待治理土地；2.基轨；3.轮组；4.底盘；5.横梁臂；6.挖土模块；7.输送模块；8.筛选模块；9.大石头箱；10.布砾模块；11.布砂模块；12.压实模块；13.布土模块；14.塑料薄膜铺设模块；15.沟；16.大石头；17.塑料薄膜；18.农作物；

21.滴灌模块；22.重金属萃取植物；23.隔离钵；

30.主控电路；31.总线；32.卫星定位系统接口电路；33.双向无线通信设施接口电路；34.遥控摄像监控器件接口电路；35.自动驾驶子系统接口电路；36.挖坑模块接口电路；37.挖土模块接口电路；38.筛选模块接口电路；39.基床垒制模块接口电路；40.隔离种植钵安置模块接口电路。

具体实施方式

图1和图2共同给出本发明第一个实施例。

图1和图2中，在待治理土地1中均匀铺设一组两根平行的基轨2，在基轨2上运行各种轨基机器人。轨基机器人包括带电动轮组3的底盘4和设置与底盘4上的前、中、后三组横梁臂5。前组横梁臂5上设置有挖土模块6、输送模块7和筛选模块8。中组横梁臂5上设置有筛选模块8、大石头箱9、布砾模块10、布砂模块11和压实模块12。后组横梁臂5上设置有布土模块13和塑料薄膜铺设模块14。筛选模块8包括三个筛子层筛子，从下往上的筛子孔平均尺寸范围分别为：1至3毫米、9至18毫米和40至70毫米。

图1和图2实施例的工作原理可简述为：启动轨基机器人的电动轮组3和挖土模块6、输送模块7、筛选模块8、布砾模块10、布砂模块11、压实模块12、布土模块13和塑料薄膜铺设模块14。待整治土地1中被挖出多条与基轨2平行的沟15。挖出的土通过输送模块7运送到筛选模块8。筛选模块包括振动筛和输入输出界面。筛选模块8将挖出的土分选为：大石头16、石砾、砂子和土壤。大石头16被集中到大石头箱9中等待移送；石砾被布砾模块10送至沟15中，再用压实模块12压实。然后砂子被布砂模块11送至沟15中，再用压实模块12压实，再用塑料薄膜铺设模块14在沟中铺设塑料薄膜17并在塑料薄膜17上面布设土壤，并在沟15的上沿口留置适量土壤。以后在沟15中可以通过移苗的方式种植农作物18，并将沟15上沿口留置的土壤翻入沟中养护农作物18。压实模块使得沟15的表面密实平滑，减缓了石子等对塑料薄膜17的刺划损伤。

一般来讲，挖土布沟可以常年进行，但种植有时令限制，并且挖土布沟的时间，相比种植而言要长许多。所以，挖土布沟和种植采用不同的轨基机器人。图1中，用斜虚线将挖土布沟的设备与种植的设备区分开。

对于为治理受污染的成熟土地而进行的挖土布沟，因为无需筛分，设备和操作过程要简单得多。

对于采用均布钵状物的土地治理，只要挖出一个个坑就行，应该尽量避免在轨基机器人上面筛分，而是直接另外取土包括选择一块地方专门挖土筛分并装钵甚至带苗移栽。

图3给出本发明第二个实施例。

图3中，轨基机器人包括底端轮组3、底盘4、横梁臂5和滴灌模块21。待治理土地1中的重金属萃取植物22比隔离钵23转动农作物18明显矮，因而由于其存在而对农作物18的光合作用的影响很小。滴灌模块21因为记住农作物18的位置并带有监控摄像器，可以保证隔离钵23中的农作物始终处于供水充分的状态。滴灌模块21也可以对重金属萃取植物22供水。

图4给出本发明第三个实施例。

图4中，制造一台在农地中设置隔离种植钵的专用设备，包括控制系统、卫星定位系统、双向无线通信设施、遥控摄像监控器件、自动驾驶子系统、挖坑模块、挖土模块、筛选模块、基床垒制模块和隔离种植钵安置模块。采用与控制系统主控电路30信号通过总线31连接的卫星定位系统接口电路32、双向无线通信设施接口电路33、遥控摄像监控器件接口电路34、自动驾驶子系统接口电路35、挖坑模块接口电路36、挖土模块接口电路37、筛选模块接口电路38、基床垒制模块接口电路39和隔离种植钵安置模块接口电路40。所述卫星定位系统、双向无线通信设施、遥控摄像监控器件、自动驾驶子系统、挖坑模块、挖土模块、筛选模块、基床垒制你看和隔离种植钵安置模块的状态根据主控计算机状态的改变而改变。