Abstrakt

I øjeblikket har plantefabrikken med succes realiseret avl af grøntsagsfrøplanter såsom agurker, tomater, peberfrugter, auberginer og meloner, hvilket giver landmændene kimplanter af høj kvalitet i partier, og produktionsydelsen efter plantning er bedre. Plantefabrikker er blevet et vigtigt middel til forsyning af kimplanter til grøntsagsindustrien og spiller en stadig vigtigere rolle i at fremme den strukturelle reform på udbudssiden af ​​grøntsagsindustrien, sikre byernes grøntsagsforsyning og produktion af grønne grøntsager.

Design af plantefabriks kimplanteavlssystem og nøgleteknisk udstyr

Som det mest effektive landbrugsproduktionssystem i øjeblikket integrerer plantefabrikkens kimplanteavlssystem omfattende tekniske midler, herunder kunstig belysning, næringsstofforsyning, tredimensionel miljøkontrol, automatiserede hjælpeoperationer, intelligent produktionsstyring osv., og integrerer bioteknologi, informationsteknologi og kunstig intelligens. Intelligente og andre højteknologiske resultater fremmer den kontinuerlige udvikling af industrien. 

LED kunstig lyskildesystem

Konstruktionen af ​​kunstigt lysmiljø er en af ​​kerneteknologierne i kimplanteavlssystemet i plantefabrikker, og det er også den primære energikilde til kimplanteproduktion. Lysmiljøet i plantefabrikker har stærk fleksibilitet, og lysmiljøet kan reguleres ud fra flere dimensioner såsom lyskvalitet, lysintensitet og fotoperiode, og samtidig kan forskellige lysfaktorer optimeres og kombineres i tidssekvens for at danne en lysformel til kimplantedyrkning, hvilket sikrer et passende lysmiljø til kunstig dyrkning af kimplanter. Derfor er der, baseret på lysbehovskarakteristika og produktionsmål for forskellige kimplantevækster, udviklet en speciel energibesparende LED-lyskilde ved at optimere lysformelparametrene og lysforsyningsstrategien, som i høj grad kan forbedre kimplanternes lysenergikonverteringseffektivitet, fremme akkumulering af kimplantebiomasse og forbedre kvaliteten af ​​kimplanteproduktionen, samtidig med at energiforbruget og produktionsomkostningerne reduceres. Derudover er regulering af lysmiljøet også et vigtigt teknisk middel i processen med domesticering af kimplanter og heling af podede kimplanter.

Aftageligt flerlags vertikalt kimplantesystem

Kimplanteforædlingen i plantefabrikken udføres ved hjælp af en flerlags tredimensionel hylde. Gennem det modulære systemdesign kan den hurtige samling af kimplanteforædlingssystemet realiseres. Afstanden mellem hylderne kan fleksibelt justeres for at imødekomme pladskravene til forædling af forskellige sorter af kimplanter og forbedre pladsudnyttelsen betydeligt. Derudover gør det separate design af såbedssystemet, belysningssystemet og vand- og gødningsvandingssystemet det muligt for såbedet at have både en transportfunktion, hvilket er praktisk til flytning til forskellige værksteder såsom såning, spiring og domesticering, og reducerer arbejdsforbruget til håndtering af kimplantebakker.

Aftageligt flerlags vertikalt kimplantesystem 

Vand- og gødningskunstvanding anvender primært tidevands-, sprøjte- og andre metoder gennem præcis kontrol af tidspunktet og hyppigheden af ​​næringsstoftilførslen for at opnå ensartet tilførsel og effektiv udnyttelse af vand og mineralnæringsstoffer. Kombineret med den specielle næringsstofopløsningsformel til kimplanter kan det opfylde kimplanternes vækst- og udviklingsbehov og sikre kimplanternes hurtige og sunde vækst. Derudover kan næringsstoffer genopfyldes i tide gennem online næringsiondetektionssystemet og næringsstofopløsningssteriliseringssystemet, samtidig med at ophobning af mikroorganismer og sekundære metabolitter, der påvirker kimplanternes normale vækst, undgås. 

Miljøkontrolsystem

Præcis og effektiv miljøkontrol er et af hovedfunktionerne i et kimplanteformeringssystem på en plantefabrik. Den eksterne vedligeholdelsesstruktur på en plantefabrik er generelt samlet af materialer, der er uigennemsigtige og stærkt isolerende. På dette grundlag er reguleringen af ​​lys, temperatur, fugtighed, vindhastighed og CO2 næsten upåvirket af det eksterne miljø. Gennem konstruktionen af ​​CFD-modellen for at optimere luftkanalens layout, kombineret med mikromiljøkontrolmetoden, kan en ensartet fordeling af miljøfaktorer som temperatur, fugtighed, vindhastighed og CO2 i kulturrummet med høj tæthed opnås. Den intelligente miljøregulering realiseres ved hjælp af distribuerede sensorer og kontaktstyring, og realtidsreguleringen af ​​hele dyrkningsmiljøet udføres gennem forbindelsen mellem overvågningsenheden og styresystemet. Derudover kan brugen af ​​vandkølede lyskilder og vandcirkulation kombineret med introduktionen af ​​udendørs kuldekilder opnå energibesparende køling og reducere energiforbruget til aircondition.

Automatisk hjælpedriftsudstyr

Processen med at avle frøplanter på en plantefabrik er streng, driftstætheden er høj, pladsen er kompakt, og automatisk hjælpeudstyr er uundværligt. Brugen af ​​automatiseret hjælpeudstyr bidrager ikke kun til at reducere arbejdsforbruget, men hjælper også med at forbedre effektiviteten af ​​dyrkningspladsen. Det automatiseringsudstyr, der er blevet udviklet indtil videre, omfatter jorddækningsmaskine, såmaskine, podningsmaskine, AGV-logistiktransportvogn osv. Under styring af den understøttende intelligente styringsplatform kan den ubemandede drift af hele processen med frøplanteavl i princippet realiseres. Derudover spiller maskinsynsteknologi også en stadig vigtigere rolle i processen med frøplanteavl. Det hjælper ikke kun med at overvåge frøplanternes vækststatus, assisterer i håndteringen af ​​kommercielle frøplanter, men udfører også automatisk screening af svage frøplanter og døde frøplanter. Robothånden fjerner og fylder frøplanterne.

Fordele ved avl af frøplanter fra plantefabrikker

Højt niveau af miljøkontrol muliggør årlig produktion

På grund af kimplanteforædlingens særlige karakter er det meget vigtigt at kontrollere dyrkningsmiljøet. Under plantefabrikkens forhold er miljøfaktorer som lys, temperatur, vand, luft, gødning og CO2 meget kontrollerede, hvilket kan give det bedste vækstmiljø for kimplanteforædling, uanset årstider og regioner. Derudover kræver processen med podning, sårheling og roddifferentiering i forædlingsprocessen for podede kimplanter og stiklinger højere miljøkontrol, og plantefabrikker er også fremragende bærere. Fleksibiliteten i selve plantefabrikkens miljøforhold er stærk, så det er af stor betydning for produktionen af ​​grøntsagskimplanter i ikke-yngleperioder eller i ekstreme miljøer og kan yde støtte til kimplanter for at sikre en flerårig forsyning af grøntsager. Derudover er kimplanteforædlingen på plantefabrikker ikke begrænset af plads og kan udføres på stedet i forstæderne til byer og i offentlige områder. Specifikationerne er fleksible og foranderlige, hvilket muliggør masseproduktion og tæt forsyning af kimplanter af høj kvalitet, hvilket giver vigtig støtte til udviklingen af ​​byhavebrug. 

Forkort avlscyklussen og forbedrer kvaliteten af ​​kimplanter

Under plantefabriksforhold forkortes kimplanternes avlscyklus med 30 % til 50 % sammenlignet med traditionelle metoder takket være den præcise kontrol af forskellige vækstmiljøfaktorer. Forkortelsen af ​​avlscyklussen kan øge produktionsholdet af kimplanter, øge producentens indkomst og reducere driftsrisici forårsaget af markedsudsving. For avlere er det befordrende for tidlig omplantning og plantning, tidlig markedslancering og forbedret markedskonkurrenceevne. På den anden side er de kimplanter, der avles i plantefabrikken, pæne og robuste, de morfologiske og kvalitetsindikatorer forbedres betydeligt, og produktionsydelsen efter kolonisering er bedre. Undersøgelser har vist, at tomat-, peber- og agurkplanter avlet under plantefabriksforhold ikke kun forbedrer bladareal, plantehøjde, stængeldiameter, rodkraft og andre indikatorer, men også forbedrer tilpasningsevne, sygdomsresistens, blomsterknopdifferentiering efter kolonisering. Og produktionen og andre aspekter har åbenlyse fordele. Antallet af hunblomster pr. plante steg med 33,8 %, og antallet af frugter pr. plante steg med 37,3 % efter plantning af agurkplanter avlet i plantefabrikker. Med den fortsatte uddybning af teoretisk forskning i biologien i kimplanters udviklingsmiljø vil plantefabrikker blive mere præcise og kontrollerbare i at forme kimplanters morfologi og forbedre fysiologisk aktivitet.

 Sammenligning af tilstanden af ​​podede frøplanter i drivhuse og plantefabrikker

Effektiv ressourceudnyttelse for at reducere omkostningerne ved kimplanter

Plantefabrikken anvender standardiserede, informatiserede og industrialiserede plantemetoder, således at hvert led i kimplanteproduktionen kontrolleres strengt, og effektiviteten af ​​ressourceudnyttelsen forbedres betydeligt. Frø er den største omkostningsfaktor i kimplanteavl. På grund af uregelmæssig drift og dårlig miljøkontrol af traditionelle kimplanter er der problemer såsom manglende spiring eller svag vækst af frø, hvilket resulterer i stort spild i processen fra frø til kommercielle kimplanter. I plantefabrikkens miljø forbedres frøets udnyttelseseffektivitet betydeligt gennem forbehandling af frø, finsåning og præcis kontrol af dyrkningsmiljøet, og doseringen kan reduceres med mere end 30%. Vand, gødning og andre ressourcer er også den største omkostningsfaktor i traditionel kimplanteavl, og fænomenet med ressourcespild er alvorligt. Under plantefabrikkernes forhold kan effektiviteten af ​​vand- og gødningsudnyttelsen øges med mere end 70%. Derudover forbedres energi- og CO2-udnyttelseseffektiviteten i processen med kimplanteavl også betydeligt på grund af plantefabrikkens kompakte struktur og ensartetheden af ​​miljøkontrollen.

Sammenlignet med traditionel opdræt af kimplanter i det åbne felt og i drivhuse er det største træk ved kimplanteavl i plantefabrikker, at det kan udføres på en flerlags tredimensionel måde. I plantefabrikken kan kimplanteavl udvides fra det plane til det vertikale rum, hvilket forbedrer kimplanteavlseffektiviteten pr. landenhed betydeligt og forbedrer pladsudnyttelseseffektiviteten betydeligt. For eksempel kan standardmodulet til kimplanteavl, der er udviklet af et biologisk firma, under forudsætning af at dække et areal på 4,68 ㎡, avle mere end 10.000 kimplanter i et enkelt parti, hvilket kan bruges til 3,3 Mu (2201,1 ㎡) grøntsagsproduktionsbehov. Under forudsætning af højdensitets flerlags tredimensionel avl kan understøttende automatisk hjælpeudstyr og intelligent logistiktransportsystem forbedre effektiviteten af ​​arbejdskraftudnyttelsen betydeligt og spare arbejdskraft med mere end 50%.

Højresistens kimplanteavl for at fremme grøn produktion

Det rene produktionsmiljø i plantefabrikken kan i høj grad reducere forekomsten af ​​skadedyr og sygdomme i avlsområdet. Samtidig vil de producerede kimplanter gennem den optimerede konfiguration af kulturmiljøet have højere modstandsdygtighed, hvilket i høj grad kan reducere pesticidsprøjtning under kimplanteformering og plantning. Derudover kan grønne kontrolforanstaltninger såsom lys, temperatur, vand og gødning i plantefabrikken bruges til at erstatte den store brug af hormoner i traditionelle operationer til avl af specielle kimplanter såsom podede kimplanter og stiklinger. Dette sikrer fødevaresikkerhed, reducerer miljøforurening og opnår bæredygtig produktion af grønne kimplanter.

Analyse af produktionsomkostninger 

Måderne for plantefabrikker til at øge de økonomiske fordele ved kimplanter omfatter primært to dele. På den ene side kan man ved at optimere strukturdesign, standardiseret drift og brugen af ​​intelligente faciliteter og udstyr reducere forbruget af frø, elektricitet og arbejdskraft i processen med kimplanteavl og forbedre vand-, gødnings-, varme- og energiforbruget. Udnyttelseseffektiviteten af ​​gas og CO2 reducerer omkostningerne ved kimplanteavl; på den anden side forkortes kimplanternes avlstid gennem præcis styring af miljøet og optimering af procesflowet, og det årlige avlshold og kimplanteudbyttet pr. pladsenhed øges, hvilket er mere konkurrencedygtigt på markedet. 

Med udviklingen af ​​plantefabriksteknologi og den kontinuerlige uddybning af miljøbiologisk forskning i kimplantedyrkning er omkostningerne ved kimplanteavl i plantefabrikker stort set de samme som ved traditionel drivhusdyrkning, og kvaliteten og markedsværdien af ​​kimplanter er højere. Hvis man tager agurkekimplanter som eksempel, tegner produktionsmaterialerne sig for en stor andel og tegner sig for omkring 37% af de samlede omkostninger, inklusive frø, næringsopløsning, stikbakker, substrater osv. Elektricitetsforbruget tegner sig for omkring 24% af de samlede omkostninger, inklusive plantebelysning, aircondition og energiforbrug til næringsopløsningspumper osv., hvilket er den primære retning for fremtidig optimering. Derudover er den lave andel af arbejdskraft et træk ved plantefabrikkernes produktion. Med den kontinuerlige stigning i automatiseringsgraden vil omkostningerne til arbejdskraftforbruget blive yderligere reduceret. I fremtiden kan de økonomiske fordele ved kimplanteavl i plantefabrikker forbedres yderligere gennem udvikling af afgrøder med høj værditilvækst og udvikling af industrialiseret dyrkningsteknologi til kimplanter af ædle skovtræer.

Omkostningssammensætning for agurkplanter /%

Industrialiseringsstatus

I de senere år har videnskabelige forskningsinstitutioner repræsenteret af Urban Agriculture Research Institute under det kinesiske akademi for landbrugsvidenskaber og højteknologiske virksomheder realiseret industrien for kimplanteforædling i plantefabrikker. Det kan give kimplanter en effektiv industriel produktionslinje fra frø til fremspiring. Blandt dem dækker en plantefabrik i Shanxi, der blev bygget og taget i brug i 2019, et område på 3.500 ㎡ og kan avle 800.000 peberfrugter eller 550.000 tomatkimplanter inden for en 30-dages cyklus. En anden fabrik til kimplanteforædling dækker et område på 2300 ㎡ og kan producere 8-10 millioner kimplanter om året. Det mobile helingsanlæg til podede kimplanter, der er uafhængigt udviklet af Institute of Urban Agriculture, det kinesiske akademi for landbrugsvidenskaber, kan levere en samlebåndsplatform til helings- og domesticering af podede kimplanter. Et enkelt arbejdsområde kan håndtere mere end 10.000 podede kimplanter ad gangen. I fremtiden forventes diversiteten af ​​​​kimplantesorter i plantefabrikker at blive yderligere udvidet, og niveauet af automatisering og intelligens vil fortsætte med at forbedres.

Den mobile helingsplante til podede frøplanter udviklet af Institute of Urban Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences

Udsigter

Som en ny udbyder af fabriksfremstilling af kimplanter har plantefabrikker enorme fordele og et kommercialiseringspotentiale sammenlignet med traditionelle metoder til kimplanteavl med hensyn til præcis miljøkontrol, effektiv udnyttelse af ressourcer og standardiserede operationer. Ved at reducere forbruget af ressourcer som frø, vand, gødning, energi og arbejdskraft i kimplanteavl og forbedre udbyttet og kvaliteten af ​​kimplanter pr. arealenhed, vil omkostningerne ved kimplanteavl i plantefabrikker blive yderligere reduceret, og produkterne vil være mere konkurrencedygtige på markedet. Der er en enorm efterspørgsel efter kimplanter i Kina. Ud over produktionen af ​​traditionelle afgrøder som grøntsager forventes det, at kimplanter med høj værditilvækst, såsom blomster, kinesisk urtemedicin og sjældne træer, vil blive avlet i plantefabrikker, og de økonomiske fordele vil blive yderligere forbedret. Samtidig skal den industrialiserede platform for kimplanteavl overveje kompatibiliteten og fleksibiliteten af ​​forskellige kimplanteavlsmetoder for at imødekomme behovene på markedet for kimplanteavl i forskellige årstider.

Den biologiske teori om kimplanteavlsmiljøet er kernen i præcis kontrol af plantefabriksmiljøet. Dybdegående forskning i reguleringen af ​​kimplanteplantens form og fotosyntese og andre fysiologiske aktiviteter af miljøfaktorer som lys, temperatur, fugtighed og CO2 vil bidrage til at etablere en model for interaktion mellem kimplante og miljø, som kan reducere energiforbruget i kimplanteproduktionen og forbedre kvaliteten og produktionen af ​​kimplanter. Kvalitet giver et teoretisk grundlag. På dette grundlag kan der udvikles kontrolteknologi og -udstyr med lys som kerne og kombineret med andre miljøfaktorer, der tilpasser produktionen af ​​kimplanter med specielle plantetyper, høj ensartethed og høj kvalitet for at opfylde kravene til dyrkning med høj tæthed og mekaniseret drift i plantefabrikker. I sidste ende giver det et teknisk grundlag for konstruktionen af ​​et digitalt kimplanteproduktionssystem og realiserer standardiseret, ubemandet og digital kimplanteavl i plantefabrikker.

Forfatter: Xu Yaliang, Liu Xinying osv. 

Citationsoplysninger:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Nøgleteknisk udstyr og industrialisering af kimplanteavl i plantefabrikker [J]. Landbrugsteknik, 2021,42(4):12-15.