Abstract

În prezent, fabrica de plante a realizat cu succes cultivarea răsadurilor de legume, cum ar fi castraveți, roșii, ardei, vinete și pepeni, oferind fermierilor răsaduri de înaltă calitate în loturi, iar performanța producției după plantare este mai bună. Fabricile de plante au devenit un mijloc important de aprovizionare cu răsaduri pentru industria legumelor și joacă un rol din ce în ce mai important în promovarea reformei structurale a ofertei în industria legumelor, asigurând aprovizionarea urbană cu legume și producția de legume verzi.

Proiectarea sistemului de reproducere a răsadurilor din fabricile de plante și echipamentele tehnice cheie

Fiind cel mai eficient sistem de producție agricolă în prezent, sistemul de ameliorare a răsadurilor din fabricile de plante integrează mijloace tehnice complete, inclusiv iluminat artificial, alimentare cu soluții nutritive, control tridimensional al mediului, operațiuni auxiliare automatizate, management inteligent al producției etc., și integrează biotehnologia, tehnologia informației și inteligența artificială. Realizările inteligente și de înaltă tehnologie promovează dezvoltarea continuă a industriei. 

Sistem de surse de lumină artificială LED

Construirea unui mediu luminos artificial este una dintre tehnologiile de bază ale sistemului de creștere a răsadurilor în fabricile de plante și este, de asemenea, principala sursă de consum de energie pentru producția de răsaduri. Mediul luminos al fabricilor de plante are o flexibilitate puternică, putând fi reglat din mai multe dimensiuni, cum ar fi calitatea luminii, intensitatea luminii și fotoperioada, și, în același timp, diferiți factori de lumină pot fi optimizați și combinați în secvență temporală pentru a forma o formulă de lumină pentru cultivarea răsadurilor, asigurând un mediu luminos adecvat pentru cultivarea artificială a răsadurilor. Prin urmare, pe baza caracteristicilor cererii de lumină și a obiectivelor de producție pentru diferite tipuri de creștere a răsadurilor, prin optimizarea parametrilor formulei de lumină și a strategiei de furnizare a luminii, a fost dezvoltată o sursă specială de lumină LED de economisire a energiei, care poate îmbunătăți considerabil eficiența de conversie a energiei luminoase a răsadurilor, poate promova acumularea de biomasă de răsaduri și poate îmbunătăți calitatea producției de răsaduri, reducând în același timp consumul de energie și costurile de producție. În plus, reglarea mediului luminos este, de asemenea, un mijloc tehnic important în procesul de domesticire a răsadurilor și de vindecare a răsadurilor altoite.

Sistem de răsaduri verticale multistrat detașabil

Înmulțirea răsadurilor în fabrica de plante se realizează folosind un raft tridimensional multistrat. Prin designul modular al sistemului, se poate realiza asamblarea rapidă a sistemului de creștere a răsadurilor. Spațierea dintre rafturi poate fi ajustată flexibil pentru a satisface cerințele de spațiu pentru cultivarea diferitelor soiuri de răsaduri și pentru a îmbunătăți considerabil rata de utilizare a spațiului. În plus, designul separat al sistemului de pat germinativ, al sistemului de iluminat și al sistemului de irigare cu apă și îngrășăminte permite patului germinativ să aibă atât o funcție de transport, ceea ce este convenabil pentru deplasarea în diferite ateliere, cum ar fi semănatul, germinarea și domesticirea, cât și o reducere a consumului de forță de muncă pentru manipularea tăvilor de răsaduri.

Sistem de răsaduri verticale multistrat detașabil 

Irigarea cu apă și îngrășăminte adoptă în principal metode de tip mareic, tip pulverizare și alte metode, prin controlul precis al timpului și frecvenței de alimentare cu soluție nutritivă, pentru a obține o furnizare uniformă și o utilizare eficientă a apei și nutrienților minerali. Combinată cu formula specială a soluției nutritive pentru răsaduri, aceasta poate satisface nevoile de creștere și dezvoltare ale răsadurilor și poate asigura o creștere rapidă și sănătoasă a acestora. În plus, prin intermediul sistemului online de detectare a ionilor de nutrienți și al sistemului de sterilizare a soluției nutritive, nutrienții pot fi refaceți la timp, evitând în același timp acumularea de microorganisme și metaboliți secundari care afectează creșterea normală a răsadurilor. 

Sistem de control al mediului

Controlul precis și eficient al mediului este una dintre principalele caracteristici ale unui sistem de propagare a răsadurilor într-o fabrică de plante. Structura externă de întreținere a unei fabrici de plante este, în general, asamblată din materiale opace și cu un grad ridicat de izolare. Pe această bază, reglarea luminii, temperaturii, umidității, vitezei vântului și CO2 este aproape neafectată de mediul extern. Prin construirea modelului CFD pentru optimizarea amplasamentului conductei de aer, combinată cu metoda de control al micromediului, se poate realiza o distribuție uniformă a factorilor de mediu, cum ar fi temperatura, umiditatea, viteza vântului și CO2, în spațiul de cultură cu densitate mare. Reglarea inteligentă a mediului este realizată prin senzori distribuiți și control de contact, iar reglarea în timp real a întregului mediu de cultivare se realizează prin conexiunea dintre unitatea de monitorizare și sistemul de control. În plus, utilizarea surselor de lumină răcite cu apă și a circulației apei, combinată cu introducerea surselor de frig exterioare, poate realiza o răcire economică și poate reduce consumul de energie al aerului condiționat.

Echipament de operare auxiliară automată

Procesul de ameliorare a răsadurilor din fabricile de plante este strict, densitatea operațiunilor este mare, spațiul este compact, iar echipamentele auxiliare automate sunt indispensabile. Utilizarea echipamentelor auxiliare automate nu numai că contribuie la reducerea consumului de forță de muncă, dar contribuie și la îmbunătățirea eficienței spațiului de cultivare. Echipamentele de automatizare dezvoltate până în prezent includ mașini de acoperire a solului, semănătoare, mașină de altoire, cărucioare de transport logistic AGV etc. Sub controlul platformei inteligente de management de suport, se poate realiza practic operarea fără personal a întregului proces de ameliorare a răsadurilor. În plus, tehnologia de viziune artificială joacă, de asemenea, un rol din ce în ce mai important în procesul de ameliorare a răsadurilor. Nu numai că ajută la monitorizarea stării de creștere a răsadurilor, asistă la gestionarea răsadurilor comerciale, dar efectuează și screening-ul automat al răsadurilor slabe și al răsadurilor moarte. Mâna robotului îndepărtează și umple răsadurile.

Avantajele creșterii răsadurilor în fabricile de plante

Nivelul ridicat de control al mediului permite producția anuală

Datorită particularităților procesului de cultivare a răsadurilor, controlul mediului de cultivare este foarte important. În condițiile fabricii de plante, factorii de mediu precum lumina, temperatura, apa, aerul, îngrășămintele și CO2 sunt strict controlați, ceea ce poate oferi cel mai bun mediu de creștere pentru cultivarea răsadurilor, indiferent de anotimp și regiune. În plus, în procesul de cultivare a răsadurilor altoite și a răsadurilor butași, procesul de vindecare a rănilor prin altoire și diferențierea rădăcinilor necesită un control mai ridicat al mediului, iar fabricile de plante sunt, de asemenea, purtători excelenți. Flexibilitatea condițiilor de mediu ale fabricii de plante în sine este puternică, deci este de mare importanță pentru producția de răsaduri de legume în perioadele de învechire sau în medii extreme și poate oferi suport pentru răsaduri pentru a asigura aprovizionarea perenă cu legume. În plus, cultivarea răsadurilor din fabricile de plante nu este limitată de spațiu și poate fi efectuată la fața locului în suburbiile orașelor și în spațiile publice comunitare. Specificațiile sunt flexibile și schimbătoare, permițând producția în masă și aprovizionarea apropiată cu răsaduri de înaltă calitate, oferind un sprijin important pentru dezvoltarea horticulturii urbane. 

Scurtează ciclul de reproducere și îmbunătățește calitatea răsadurilor

În condiții de fabrică, datorită controlului precis al diferiților factori de mediu de creștere, ciclul de ameliorare a răsadurilor este scurtat cu 30% până la 50% în comparație cu metodele tradiționale. Scurtarea ciclului de ameliorare poate crește lotul de producție de răsaduri, poate crește veniturile producătorilor și poate reduce riscurile operaționale cauzate de fluctuațiile pieței. Pentru cultivatori, acest lucru este favorabil transplantării și plantării timpurii, lansării timpurii pe piață și îmbunătățirii competitivității pe piață. Pe de altă parte, răsadurile cultivate în fabrică sunt îngrijite și robuste, indicatorii morfologici și de calitate sunt semnificativ îmbunătățiți, iar performanța producției după colonizare este mai bună. Studiile au arătat că răsadurile de tomate, ardei și castraveți cultivate în condiții de fabrică nu numai că îmbunătățesc suprafața frunzelor, înălțimea plantei, diametrul tulpinii, vigoarea rădăcinii și alți indicatori, dar îmbunătățesc și adaptabilitatea, rezistența la boli, diferențierea mugurilor florali după colonizare. Iar producția și alte aspecte prezintă avantaje evidente. Numărul de flori femele pe plantă a crescut cu 33,8%, iar numărul de fructe pe plantă a crescut cu 37,3% după plantarea răsadurilor de castraveți cultivați în fabrici. Odată cu aprofundarea continuă a cercetării teoretice privind biologia mediului de dezvoltare a răsadurilor, fabricile de plante vor fi mai precise și mai ușor de controlat în modelarea morfologiei răsadurilor și îmbunătățirea activității fiziologice.

 Compararea stării răsadurilor altoite în sere și fabrici de plante

Utilizarea eficientă a resurselor pentru reducerea costurilor de răsaduri

Fabrica de plante adoptă metode de plantare standardizate, informatizate și industrializate, astfel încât fiecare verigă a producției de răsaduri este strict controlată, iar eficiența utilizării resurselor este îmbunătățită semnificativ. Semințele reprezintă principalul consumator de resurse în ameliorarea răsadurilor. Din cauza funcționării neregulate și a controlului slab al mediului înconjurător al răsadurilor tradiționale, există probleme precum negerminarea sau creșterea slabă a semințelor, rezultând o risipă uriașă în procesul de la semințe la răsaduri comerciale. În mediul fabricii de plante, prin pretratarea semințelor, semănatul fin și controlul precis al mediului de cultivare, eficiența utilizării semințelor este mult îmbunătățită, iar doza poate fi redusă cu peste 30%. Apa, îngrășămintele și alte resurse sunt, de asemenea, principalele consumatoare de resurse în cultivarea tradițională a răsadurilor, iar fenomenul risipei de resurse este grav. În condițiile fabricilor de plante, prin aplicarea tehnologiei de irigare de precizie, eficiența utilizării apei și a îngrășămintelor poate fi crescută cu peste 70%. În plus, datorită compactității structurii fabricii de plante în sine și uniformității controlului mediului, eficiența utilizării energiei și a CO2 în procesul de propagare a răsadurilor este, de asemenea, îmbunătățită semnificativ.

Comparativ cu cultivarea tradițională a răsadurilor în câmp deschis și în seră, cea mai importantă caracteristică a cultivării răsadurilor în fabricile de plante este că poate fi realizată într-o manieră tridimensională multistratificată. În fabrica de plante, cultivarea răsadurilor poate fi extinsă de la plan la spațiul vertical, ceea ce îmbunătățește considerabil eficiența cultivării răsadurilor pe unitatea de teren și îmbunătățește semnificativ eficiența utilizării spațiului. De exemplu, modulul standard pentru cultivarea răsadurilor dezvoltat de o companie biologică, în condițiile acoperirii unei suprafețe de 4,68 ㎡, poate cultiva peste 10.000 de răsaduri într-un singur lot, putând fi utilizat pentru nevoile producției de legume de 3,3 Mu (2201,1 ㎡). În condițiile cultivării tridimensionale multistratificate de înaltă densitate, echipamentele auxiliare automate și sistemul inteligent de transport logistic pot îmbunătăți considerabil eficiența utilizării forței de muncă și pot economisi forța de muncă cu peste 50%.

Ameliorarea răsadurilor cu rezistență ridicată pentru a ajuta producția verde

Mediul de producție curat al fabricii de plante poate reduce considerabil apariția dăunătorilor și bolilor în spațiul de reproducere. În același timp, prin configurația optimizată a mediului de cultură, răsadurile produse vor avea o rezistență mai mare, ceea ce poate reduce considerabil pulverizarea cu pesticide în timpul înmulțirii și plantării răsadurilor. În plus, pentru reproducerea răsadurilor speciale, cum ar fi răsadurile altoite și răsadurile butași, măsurile de control ecologic, cum ar fi lumina, temperatura, apa și îngrășămintele din fabrica de plante, pot fi utilizate pentru a înlocui utilizarea la scară largă a hormonilor în operațiunile tradiționale, pentru a asigura siguranța alimentară, a reduce poluarea mediului și a obține răsaduri verzi pentru o producție durabilă.

Analiza costurilor de producție 

Modalitățile prin care fabricile de plante pot crește beneficiile economice ale răsadurilor includ în principal două aspecte. Pe de o parte, prin optimizarea designului structural, funcționarea standardizată și utilizarea unor instalații și echipamente inteligente, se poate reduce consumul de semințe, energie electrică și forță de muncă în procesul de reproducere a răsadurilor și se poate îmbunătăți consumul de apă, îngrășăminte, căldură și energie. Eficiența utilizării gazelor și CO2 reduce costul reproducerii răsadurilor; pe de altă parte, prin controlul precis al mediului și optimizarea fluxului procesului, timpul de reproducere a răsadurilor este scurtat, iar lotul anual de reproducere și randamentul răsadurilor pe unitatea de spațiu sunt crescute, ceea ce este mai competitiv pe piață. 

Odată cu dezvoltarea tehnologiei fabricilor de plante și cu aprofundarea continuă a cercetării în biologia mediului privind cultivarea răsadurilor, costul creșterii răsadurilor în fabricile de plante este practic același cu cel al cultivării tradiționale în sere, iar calitatea și valoarea de piață a răsadurilor sunt mai mari. Luând ca exemplu răsadurile de castraveți, materialele de producție reprezintă o proporție mare, reprezentând aproximativ 37% din costul total, inclusiv semințele, soluția nutritivă, tăvile pentru rădăcini, substraturile etc. Consumul de energie electrică reprezintă aproximativ 24% din costul total, inclusiv iluminatul plantelor, aerul condiționat și consumul de energie al pompei de soluție nutritivă etc., aceasta fiind principala direcție de optimizare viitoare. În plus, proporția redusă de forță de muncă este o caracteristică a producției în fabricile de plante. Odată cu creșterea continuă a gradului de automatizare, costul consumului de forță de muncă va fi redus și mai mult. În viitor, beneficiile economice ale creșterii răsadurilor în fabricile de plante pot fi îmbunătățite în continuare prin dezvoltarea culturilor cu valoare adăugată ridicată și prin dezvoltarea tehnologiei industrializate de cultivare a răsadurilor de arbori forestieri prețioși.

Compoziția costului răsadurilor de castravete /%

Starea industrializării

În ultimii ani, instituțiile de cercetare științifică, reprezentate de Institutul de Cercetare a Agriculturii Urbane al Academiei Chineze de Științe Agricole, și întreprinderile de înaltă tehnologie au realizat industria de ameliorare a răsadurilor în fabrici de plante. Aceasta poate oferi răsaduri o linie de producție industrială eficientă, de la sămânță până la răsărire. Printre acestea, o fabrică de plante din Shanxi, construită și pusă în funcțiune în 2019, acoperă o suprafață de 3.500 m² și poate cultiva 800.000 de răsaduri de ardei sau 550.000 de răsaduri de roșii într-un ciclu de 30 de zile. O altă fabrică de ameliorare a răsadurilor construită acoperă o suprafață de 2.300 m² și poate produce 8-10 milioane de răsaduri pe an. Instalația mobilă de vindecare pentru răsaduri altoite, dezvoltată independent de Institutul de Agricultură Urbană al Academiei Chineze de Științe Agricole, poate oferi o platformă de vindecare și domesticire pe linie de asamblare pentru cultivarea răsadurilor altoite. Un singur spațiu de lucru poate gestiona peste 10.000 de răsaduri altoite simultan. În viitor, se așteaptă ca diversitatea soiurilor de ameliorare a răsadurilor în fabricile de plante să fie extinsă în continuare, iar nivelul de automatizare și inteligență va continua să se îmbunătățească.

Instalația mobilă de vindecare pentru răsaduri altoite, dezvoltată de Institutul de Agricultură Urbană al Academiei Chineze de Științe Agricole

Perspectivă

Ca noi purtători ai cultivării răsadurilor în fabrici, fabricile de plante au avantaje uriașe și un potențial de comercializare în comparație cu metodele tradiționale de cultivare a răsadurilor în ceea ce privește controlul precis al mediului, utilizarea eficientă a resurselor și operațiunile standardizate. Prin reducerea consumului de resurse precum semințe, apă, îngrășăminte, energie și forță de muncă în ameliorarea răsadurilor și prin îmbunătățirea randamentului și a calității răsadurilor pe unitatea de suprafață, costul ameliorării răsadurilor în fabricile de plante va fi redus și mai mult, iar produsele vor fi mai competitive pe piață. Există o cerere uriașă de răsaduri în China. Pe lângă producția de culturi tradiționale, cum ar fi legumele, se așteaptă ca în fabricile de plante să fie cultivate răsaduri cu valoare adăugată ridicată, cum ar fi florile, medicamentele chinezești din plante și copacii rari, iar beneficiile economice vor fi îmbunătățite și mai mult. În același timp, platforma industrializată de ameliorare a răsadurilor trebuie să ia în considerare compatibilitatea și flexibilitatea diferitelor metode de ameliorare a răsadurilor pentru a satisface nevoile pieței de ameliorare a răsadurilor în diferite sezoane.

Teoria biologică a mediului de reproducere a răsadurilor este nucleul controlului precis al mediului din fabricile de plante. Cercetările aprofundate privind reglarea formei răsadurilor, a fotosintezei și a altor activități fiziologice prin factori de mediu precum lumina, temperatura, umiditatea și CO2 vor ajuta la stabilirea unui model de interacțiune răsad-mediu, care poate reduce consumul de energie al producției de răsaduri și poate îmbunătăți calitatea și producția de răsaduri. Calitatea oferă o bază teoretică. Pe această bază, se pot dezvolta tehnologii și echipamente de control cu ​​lumina ca nucleu și cuplate cu alți factori de mediu, și se poate personaliza producția de răsaduri cu tipuri speciale de plante, uniformitate ridicată și calitate înaltă pentru a îndeplini cerințele cultivării de mare densitate și funcționării mecanizate în fabricile de plante. În cele din urmă, aceasta oferă o bază tehnică pentru construirea unui sistem digital de producție de răsaduri și realizează reproducerea standardizată, fără personal și digitală a răsadurilor în fabricile de plante.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying etc. 

Informații despre citare:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Echipamente tehnice cheie și industrializarea ameliorării răsadurilor în fabricile de plante [J]. Tehnologia Ingineriei Agricole, 2021, 42(4): 12-15.