Abstrakcyjny

Obecnie zakłady produkujące sadzonki z powodzeniem prowadzą hodowlę sadzonek warzyw, takich jak ogórki, pomidory, papryka, bakłażany i melony, dostarczając rolnikom wysokiej jakości sadzonki w partiach, a także poprawiając wydajność produkcji po posadzeniu. Zakłady produkujące sadzonki stały się ważnym źródłem zaopatrzenia w sadzonki dla przemysłu warzywnego i odgrywają coraz ważniejszą rolę w promowaniu reformy strukturalnej po stronie podaży w tym przemyśle, zapewniając dostawy warzyw miejskich i produkcję zielonych warzyw.

Projekt systemu hodowli sadzonek w fabryce roślin i kluczowe wyposażenie techniczne

Jako najefektywniejszy obecnie system produkcji rolnej, system hodowli sadzonek roślin w fabrykach integruje kompleksowe środki techniczne, takie jak sztuczne oświetlenie, dostarczanie pożywki, trójwymiarową kontrolę środowiska, zautomatyzowane operacje pomocnicze, inteligentne zarządzanie produkcją itp., a także integruje biotechnologię, technologię informatyczną i sztuczną inteligencję. Inteligentne i inne zaawansowane technologicznie osiągnięcia sprzyjają ciągłemu rozwojowi branży. 

System sztucznego światła LED

Budowa sztucznego środowiska świetlnego jest jedną z kluczowych technologii systemu hodowli sadzonek w fabrykach roślin, a także głównym źródłem zużycia energii w procesie produkcji sadzonek. Środowisko świetlne w fabrykach roślin charakteryzuje się dużą elastycznością, a jego regulacja może odbywać się w wielu wymiarach, takich jak jakość światła, natężenie światła i fotoperiod. Jednocześnie różne czynniki świetlne można optymalizować i łączyć w sekwencjach czasowych, tworząc formułę świetlną do uprawy sadzonek, zapewniając odpowiednie środowisko świetlne do sztucznej uprawy sadzonek. Dlatego też, w oparciu o charakterystykę zapotrzebowania na światło i cele produkcyjne różnych sadzonek, poprzez optymalizację parametrów formuły świetlnej i strategii zasilania, opracowano specjalne energooszczędne źródło światła LED, które może znacznie poprawić efektywność konwersji energii świetlnej sadzonek, sprzyjać akumulacji biomasy sadzonek i poprawić jakość produkcji sadzonek, jednocześnie zmniejszając zużycie energii i koszty produkcji. Ponadto regulacja światła jest również ważnym środkiem technicznym w procesie udomowienia sadzonek i gojenia sadzonek szczepionych.

Odłączany, wielowarstwowy pionowy system sadzonek

Hodowla sadzonek w fabryce roślin odbywa się za pomocą wielowarstwowej, trójwymiarowej półki. Dzięki modułowej konstrukcji systemu, montaż systemu do hodowli sadzonek jest szybki. Odstępy między półkami można elastycznie regulować, aby spełnić wymagania przestrzenne dotyczące hodowli różnych odmian sadzonek, co znacznie poprawia wykorzystanie przestrzeni. Ponadto, oddzielna konstrukcja systemu rozsadników, systemu oświetlenia oraz systemu nawadniania wodą i nawozem umożliwia rozsadnikowi pełnienie funkcji transportowej, co ułatwia przemieszczanie go do różnych miejsc, takich jak siew, kiełkowanie i udomowienie, a także zmniejsza pracochłonność obsługi tacek na sadzonki.

Odłączany, wielowarstwowy pionowy system sadzonek 

Nawadnianie wodą i nawożeniem odbywa się głównie metodą pływową, zraszania i innymi metodami, z precyzyjną kontrolą czasu i częstotliwości podawania roztworu odżywczego, co zapewnia równomierne zaopatrzenie i efektywne wykorzystanie wody i składników mineralnych. W połączeniu ze specjalną formułą roztworu odżywczego dla sadzonek, system ten zaspokaja potrzeby wzrostu i rozwoju sadzonek, zapewniając ich szybki i zdrowy wzrost. Dodatkowo, dzięki internetowemu systemowi detekcji jonów odżywczych i systemowi sterylizacji roztworu odżywczego, składniki odżywcze mogą być uzupełniane na czas, unikając jednocześnie gromadzenia się mikroorganizmów i metabolitów wtórnych, które wpływają na prawidłowy wzrost sadzonek. 

System kontroli środowiska

Precyzyjna i efektywna kontrola środowiska to jedna z głównych cech systemu rozmnażania sadzonek w fabryce roślin. Zewnętrzna konstrukcja konserwacyjna fabryki roślin jest zazwyczaj wykonana z materiałów nieprzezroczystych i wysoce izolujących. Dzięki temu regulacja światła, temperatury, wilgotności, prędkości wiatru i stężenia CO2 jest praktycznie niezależna od warunków zewnętrznych. Dzięki modelowi CFD optymalizującemu układ kanałów powietrznych, w połączeniu z metodą sterowania mikrośrodowiskiem, możliwe jest równomierne rozłożenie czynników środowiskowych, takich jak temperatura, wilgotność, prędkość wiatru i stężenie CO2, w przestrzeni o wysokiej gęstości uprawy. Inteligentna regulacja środowiska realizowana jest za pomocą rozproszonych czujników i sterowania kontaktowego, a regulacja całego środowiska uprawy w czasie rzeczywistym odbywa się poprzez połączenie między jednostką monitorującą a systemem sterowania. Ponadto, zastosowanie chłodzonych wodą źródeł światła i cyrkulacji wody, w połączeniu z wprowadzeniem zewnętrznych źródeł chłodu, pozwala na energooszczędne chłodzenie i zmniejszenie zużycia energii przez klimatyzację.

Automatyczny sprzęt pomocniczy

Proces hodowli sadzonek w fabryce roślin jest rygorystyczny, gęstość operacji jest wysoka, przestrzeń jest zwarta, a automatyczny sprzęt pomocniczy jest niezbędny. Zastosowanie zautomatyzowanego sprzętu pomocniczego nie tylko sprzyja zmniejszeniu nakładu pracy, ale także pomaga poprawić efektywność przestrzeni uprawowej. Opracowany dotychczas sprzęt automatyzacyjny obejmuje maszynę do okrywania gleby, siewnik, maszynę do szczepienia, wózek transportowy AGV itp. Pod kontrolą wspierającej inteligentnej platformy zarządzania, cały proces hodowli sadzonek może być zasadniczo realizowany bezobsługowo. Ponadto technologia wizji maszynowej odgrywa coraz ważniejszą rolę w procesie hodowli sadzonek. Pomaga ona nie tylko monitorować stan wzrostu sadzonek, wspomaga zarządzanie sadzonek komercyjnych, ale także przeprowadza automatyczne przesiewanie sadzonek słabych i martwych. Ręka robota usuwa i wypełnia sadzonki.

Zalety hodowli sadzonek w fabrykach roślin

Wysoki poziom kontroli środowiska umożliwia coroczną produkcję

Ze względu na specyfikę hodowli sadzonek, kontrola środowiska uprawy jest niezwykle ważna. W warunkach panujących w fabrykach sadzonek czynniki środowiskowe, takie jak światło, temperatura, woda, powietrze, nawozy i CO2, są ściśle kontrolowane, co zapewnia optymalne warunki wzrostu dla hodowli sadzonek, niezależnie od pory roku i regionu. Ponadto, w procesie hodowli sadzonek szczepionych i sadzonek z sadzonek, proces gojenia się ran poszczepiennych i różnicowania korzeni wymaga większej kontroli środowiska, a fabryki sadzonek są również doskonałymi nośnikami. Elastyczność warunków środowiskowych samej fabryki sadzonek jest duża, dlatego ma ona ogromne znaczenie dla produkcji sadzonek warzyw w okresach poza sezonem lęgowym lub w ekstremalnych warunkach środowiskowych i może zapewnić wsparcie dla sadzonek, gwarantując wieloletnie zaopatrzenie w warzywa. Ponadto hodowla sadzonek w fabrykach sadzonek nie jest ograniczona przestrzennie i może być prowadzona na miejscu, na przedmieściach miast i w przestrzeni publicznej. Specyfikacje są elastyczne i zmienne, co umożliwia masową produkcję i stałą dostawę wysokiej jakości sadzonek, zapewniając istotne wsparcie dla rozwoju ogrodnictwa miejskiego. 

Skróć cykl hodowlany i popraw jakość sadzonek

W warunkach fabrycznych, dzięki precyzyjnej kontroli różnorodnych czynników środowiskowych wzrostu, cykl hodowli sadzonek ulega skróceniu o 30% do 50% w porównaniu z tradycyjnymi metodami. Skrócenie cyklu hodowli może zwiększyć partię produkcyjną sadzonek, zwiększyć dochody producenta i zmniejszyć ryzyko operacyjne spowodowane wahaniami rynkowymi. Dla plantatorów sprzyja to wczesnemu przesadzaniu i sadzeniu, wczesnemu wprowadzeniu na rynek i poprawie konkurencyjności rynkowej. Z drugiej strony, sadzonki wyhodowane w fabrycznych warunkach są schludne i jędrne, wskaźniki morfologiczne i jakościowe ulegają znacznej poprawie, a wydajność produkcyjna po kolonizacji jest lepsza. Badania wykazały, że sadzonki pomidorów, papryki i ogórków wyhodowane w fabrycznych warunkach nie tylko poprawiają powierzchnię liści, wysokość rośliny, średnicę łodygi, wigor korzeni i inne wskaźniki, ale także poprawiają zdolność adaptacyjną, odporność na choroby i różnicowanie pąków kwiatowych po kolonizacji. Produkcja i inne aspekty mają oczywiste zalety. Liczba kwiatów żeńskich na roślinie wzrosła o 33,8%, a liczba owoców na roślinie o 37,3% po posadzeniu sadzonek ogórków wyhodowanych w fabrykach roślin. Dzięki ciągłemu pogłębianiu badań teoretycznych nad biologią środowiska rozwoju sadzonek, fabryki roślin będą mogły precyzyjniej i bardziej precyzyjnie kształtować morfologię sadzonek i poprawiać ich aktywność fizjologiczną.

 Porównanie stanu sadzonek szczepionych w szklarniach i fabrykach roślin

Efektywne wykorzystanie zasobów w celu obniżenia kosztów sadzonek

W zakładach produkujących rośliny stosuje się znormalizowane, zinformatyzowane i uprzemysłowione metody sadzenia, dzięki czemu każdy etap produkcji sadzonek jest ściśle kontrolowany, a efektywność wykorzystania zasobów ulega znacznej poprawie. Nasiona stanowią główne źródło kosztów w hodowli sadzonek. Z powodu nieregularnej pracy i słabej kontroli środowiska tradycyjnych sadzonek, występują problemy, takie jak brak kiełkowania lub słaby wzrost nasion, co skutkuje ogromnymi stratami w procesie od nasion do sadzonek komercyjnych. W zakładach produkujących rośliny, dzięki wstępnej obróbce nasion, precyzyjnemu siewowi i precyzyjnej kontroli środowiska uprawy, efektywność wykorzystania nasion ulega znacznej poprawie, a dawka może zostać zmniejszona o ponad 30%. Woda, nawozy i inne zasoby stanowią również główne źródło kosztów w tradycyjnej hodowli sadzonek, a zjawisko marnotrawstwa zasobów jest poważne. W warunkach zakładów produkujących rośliny, dzięki zastosowaniu precyzyjnej technologii nawadniania, efektywność wykorzystania wody i nawozów może wzrosnąć o ponad 70%. Ponadto, dzięki zwartej konstrukcji samej fabryki roślin i jednorodnej kontroli środowiska, znacząco poprawia się efektywność wykorzystania energii i CO2 w procesie rozmnażania sadzonek.

W porównaniu z tradycyjną hodowlą rozsady w otwartym polu i szklarniach, największą zaletą hodowli rozsady w fabrykach roślin jest możliwość jej prowadzenia w wielowarstwowy, trójwymiarowy sposób. W fabryce roślin hodowlę rozsady można rozszerzyć z płaszczyzny do przestrzeni pionowej, co znacznie poprawia wydajność hodowli rozsady na jednostkę powierzchni i znacząco poprawia efektywność wykorzystania przestrzeni. Przykładowo, standardowy moduł do hodowli rozsady opracowany przez firmę biologiczną, przy założeniu pokrycia powierzchni 4,68 m², pozwala na wyhodowanie ponad 10 000 sadzonek w jednej partii, co może być wykorzystane na potrzeby produkcji warzyw o powierzchni 3,3 μM (2201,1 m²). W warunkach hodowli wielowarstwowej o wysokiej gęstości, obsługa automatycznego sprzętu pomocniczego i inteligentnego systemu transportu logistycznego może znacznie poprawić efektywność wykorzystania siły roboczej i zaoszczędzić ponad 50%.

Hodowla sadzonek o wysokiej odporności wspomagająca produkcję ekologiczną

Czyste środowisko produkcyjne w fabryce roślin może znacznie ograniczyć występowanie szkodników i chorób w przestrzeni hodowlanej. Jednocześnie, dzięki zoptymalizowanej konfiguracji środowiska uprawy, wyprodukowane sadzonki będą charakteryzować się wyższą odpornością, co może znacznie ograniczyć opryski pestycydami podczas rozmnażania i sadzenia. Ponadto, w przypadku hodowli sadzonek specjalnych, takich jak sadzonki szczepione i sadzonki z sadzonek, zielone środki kontroli, takie jak światło, temperatura, woda i nawozy, mogą zastąpić masowe stosowanie hormonów w tradycyjnych procesach, aby zapewnić bezpieczeństwo żywności, zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska i uzyskać zielone sadzonki. Zrównoważona produkcja.

Analiza kosztów produkcji 

Sposoby zwiększenia korzyści ekonomicznych z sadzonek w fabrykach roślin obejmują głównie dwa elementy. Z jednej strony, optymalizacja konstrukcji, standaryzacja działania oraz wykorzystanie inteligentnych urządzeń i sprzętu pozwala na zmniejszenie zużycia nasion, energii elektrycznej i siły roboczej w procesie hodowli sadzonek, a także na poprawę zużycia wody, nawozów, ciepła i energii. Efektywne wykorzystanie gazu i CO2 obniża koszty hodowli sadzonek; z drugiej strony, dzięki precyzyjnej kontroli środowiska i optymalizacji przepływu procesu, skraca się czas hodowli sadzonek, a roczny plon partii hodowlanej i sadzonek z jednostki powierzchni wzrasta, co zwiększa konkurencyjność na rynku. 

Dzięki rozwojowi technologii fabryk roślin i ciągłemu pogłębianiu badań biologii środowiskowej nad uprawą sadzonek, koszty hodowli sadzonek w fabrykach roślin są zasadniczo takie same, jak w przypadku tradycyjnej uprawy szklarniowej, a jakość i wartość rynkowa sadzonek są wyższe. Biorąc za przykład sadzonki ogórków, materiały produkcyjne stanowią znaczną część, stanowiąc około 37% całkowitych kosztów, w tym nasiona, pożywkę, tacki, podłoża itp. Zużycie energii elektrycznej stanowi około 24% całkowitych kosztów, w tym zużycie energii na oświetlenie roślin, klimatyzację i pompy pożywki itp., co jest głównym kierunkiem przyszłej optymalizacji. Ponadto, niski udział siły roboczej jest cechą charakterystyczną produkcji w fabrykach roślin. Wraz z ciągłym wzrostem stopnia automatyzacji, koszty siły roboczej ulegną dalszej redukcji. W przyszłości korzyści ekonomiczne z hodowli sadzonek w fabrykach roślin mogą zostać jeszcze bardziej zwiększone poprzez rozwój upraw o wysokiej wartości dodanej i rozwój uprzemysłowionej technologii uprawy sadzonek cennych drzew leśnych.

Koszt sadzonki ogórka – skład /%

Status industrializacji

W ostatnich latach instytucje naukowo-badawcze reprezentowane przez Instytut Badań Rolnictwa Miejskiego Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych oraz przedsiębiorstwa high-tech rozwinęły hodowlę sadzonek w fabrykach roślin. Pozwala to na zapewnienie sadzonek na wydajnej linii produkcyjnej od nasion do wschodów. Wśród nich znajduje się fabryka roślin w Shanxi, zbudowana i uruchomiona w 2019 roku, zajmująca powierzchnię 3500 m² i mogąca wyhodować 800 000 sadzonek papryki lub 550 000 sadzonek pomidorów w cyklu 30-dniowym. Kolejna fabryka hodowli sadzonek zajmuje powierzchnię 2300 m² i może produkować 8-10 milionów sadzonek rocznie. Mobilna stacja uzdrawiania sadzonek szczepionych, niezależnie opracowana przez Instytut Rolnictwa Miejskiego Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych, może zapewnić platformę do uzdrawiania i udomowienia sadzonek szczepionych, działającą na linii montażowej. Pojedyncza przestrzeń robocza może obsłużyć ponad 10 000 sadzonek szczepionych jednocześnie. W przyszłości można się spodziewać dalszego zwiększenia różnorodności odmian sadzonek w fabrykach roślin oraz dalszej poprawy poziomu automatyzacji i inteligencji.

Mobilna roślina lecznicza do sadzonek szczepionych opracowana przez Instytut Rolnictwa Miejskiego Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych

Perspektywy

Jako nowy nośnik w przemysłowej hodowli sadzonek, fabryki roślin mają ogromne zalety i potencjał komercyjny w porównaniu z tradycyjnymi metodami hodowli sadzonek, pod względem precyzyjnej kontroli środowiska, efektywnego wykorzystania zasobów i standaryzacji operacji. Zmniejszając zużycie zasobów, takich jak nasiona, woda, nawozy, energia i siła robocza w hodowli sadzonek, a także poprawiając plony i jakość sadzonek z jednostki powierzchni, koszty hodowli sadzonek w fabrykach roślin zostaną dodatkowo obniżone, a produkty staną się bardziej konkurencyjne na rynku. W Chinach istnieje ogromne zapotrzebowanie na sadzonki. Oprócz produkcji tradycyjnych upraw, takich jak warzywa, w fabrykach roślin będą hodowane sadzonki o wysokiej wartości dodanej, takie jak kwiaty, chińskie zioła lecznicze i rzadkie drzewa, co dodatkowo zwiększy korzyści ekonomiczne. Jednocześnie platforma przemysłowej hodowli sadzonek musi uwzględniać kompatybilność i elastyczność różnych metod hodowli sadzonek, aby sprostać potrzebom rynku sadzonek w różnych porach roku.

Biologiczna teoria środowiska hodowli sadzonek stanowi podstawę precyzyjnej kontroli środowiska w fabrykach roślin. Dogłębne badania nad regulacją kształtu sadzonek, fotosyntezy i innych czynności fizjologicznych przez czynniki środowiskowe, takie jak światło, temperatura, wilgotność i CO2, pomogą w opracowaniu modelu interakcji sadzonek ze środowiskiem, który może zmniejszyć zużycie energii w produkcji sadzonek oraz poprawić ich jakość i produkcję. Jakość stanowi podstawę teoretyczną. Na tej podstawie można opracować technologię sterowania i urządzenia, których podstawą jest światło, w połączeniu z innymi czynnikami środowiskowymi, a także dostosować produkcję sadzonek o specjalnych gatunkach roślin, wysokiej jednorodności i wysokiej jakości, aby spełnić wymagania uprawy o dużej gęstości i zmechanizowanej pracy w fabrykach roślin. Ostatecznie stanowi to podstawę techniczną do budowy cyfrowego systemu produkcji sadzonek i realizacji standaryzowanej, bezobsługowej i cyfrowej hodowli sadzonek w fabrykach roślin.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying itp. 

Informacje o cytowaniu:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Kluczowe wyposażenie techniczne i industrializacja hodowli sadzonek w fabrykach roślin [J]. Inżynieria Rolnicza, 2021, 42(4):12-15.