Abstrakt

For tiden har plantefabrikken med hell realisert avl av grønnsaksplanter som agurker, tomater, paprika, aubergine og meloner, noe som gir bøndene høykvalitetsplanter i omganger, og produksjonsytelsen etter planting er bedre. Plantefabrikker har blitt et viktig middel for frøplanteforsyning for grønnsaksindustrien, og spiller en stadig viktigere rolle i å fremme strukturreformen på tilbudssiden av grønnsaksindustrien, og sikrer urban grønnsaksforsyning og grønn grønnsaksproduksjon.

Design av plantefabrikk forplantningssystem og viktig teknisk utstyr

Som det mest effektive landbruksproduksjonssystemet i dag, integrerer plantefabrikkens frøplanteforedlingssystem omfattende tekniske virkemidler, inkludert kunstig belysning, næringsløsningstilførsel, tredimensjonal miljøkontroll, automatiserte hjelpeoperasjoner, intelligent produksjonsstyring, etc., og integrerer bioteknologi, informasjonsteknologi og kunstig intelligens. Intelligente og andre høyteknologiske prestasjoner fremmer kontinuerlig utvikling av industrien. 

LED kunstig lyskildesystem

Konstruksjonen av kunstige lysmiljøer er en av kjerneteknologiene i frøplanteforedlingssystemet i plantefabrikker, og det er også den viktigste energikilden for frøplanteproduksjon. Lysmiljøet i plantefabrikker har sterk fleksibilitet, og lysmiljøet kan reguleres fra flere dimensjoner som lyskvalitet, lysintensitet og fotoperiode, og samtidig kan forskjellige lysfaktorer optimaliseres og kombineres i tidssekvens for å danne en lysformel for frøplantedyrking, noe som sikrer et passende lysmiljø for kunstig dyrking av frøplanter. Derfor, basert på lysbehovskarakteristikkene og produksjonsmålene for ulik frøplantevekst, ved å optimalisere lysformelparametrene og lysforsyningsstrategien, er det utviklet en spesiell energisparende LED-lyskilde, som kan forbedre lysenergikonverteringseffektiviteten til frøplanter betraktelig, fremme akkumulering av frøplantebiomasse og forbedre kvaliteten på frøplanteproduksjonen, samtidig som energiforbruket og produksjonskostnadene reduseres. I tillegg er regulering av lysmiljøet også et viktig teknisk middel i prosessen med domestisering av frøplanter og helbredelse av podede frøplanter.

Avtakbart flerlags vertikalt frøplantesystem

Frøplanteforedlingen i plantefabrikken utføres ved hjelp av en flerlags tredimensjonal hylle. Gjennom det modulære systemdesignet kan man raskt montere frøplanteforedlingssystemet. Avstanden mellom hyllene kan justeres fleksibelt for å møte plassbehovet for foredling av forskjellige varianter av frøplanter og forbedre plassutnyttelsen betraktelig. I tillegg gjør den separate utformingen av såbedsystemet, belysningssystemet og vann- og gjødselvanningssystemet det mulig for såbedet å ha både en transportfunksjon, noe som er praktisk for flytting til forskjellige verksteder som såing, spiring og domestisering, og reduserer arbeidsforbruket ved håndtering av frøplantebrett.

Avtakbart flerlags vertikalt frøplantesystem 

Vanning med vann og gjødsel benytter hovedsakelig tidevannsmetode, sprøytemetode og andre metoder, gjennom presis kontroll av tid og hyppighet av næringsløsningstilførsel, for å oppnå jevn tilførsel og effektiv bruk av vann og mineralnæringsstoffer. Kombinert med den spesielle næringsløsningsformelen for frøplanter, kan den møte vekst- og utviklingsbehovene til frøplanter og sikre rask og sunn vekst av frøplanter. I tillegg, gjennom det online næringsiondeteksjonssystemet og steriliseringssystemet for næringsløsning, kan næringsstoffer etterfylles i tide, samtidig som man unngår akkumulering av mikroorganismer og sekundære metabolitter som påvirker frøplantenes normale vekst. 

Miljøkontrollsystem

Presis og effektiv miljøkontroll er en av hovedfunksjonene i et plantefabrikksystem for frøplanteformering. Den eksterne vedlikeholdsstrukturen til en plantefabrikk er vanligvis satt sammen av materialer som er ugjennomsiktige og svært isolerende. På dette grunnlaget er reguleringen av lys, temperatur, fuktighet, vindhastighet og CO2 nesten upåvirket av det ytre miljøet. Gjennom konstruksjonen av CFD-modellen for å optimalisere utformingen av luftkanalen, kombinert med mikromiljøkontrollmetoden, kan en jevn fordeling av miljøfaktorer som temperatur, fuktighet, vindhastighet og CO2 i kulturrommet med høy tetthet oppnås. Den intelligente miljøreguleringen realiseres av distribuerte sensorer og kontaktkontroll, og sanntidsregulering av hele dyrkingsmiljøet utføres gjennom forbindelsen mellom overvåkingsenheten og kontrollsystemet. I tillegg kan bruk av vannkjølte lyskilder og vannsirkulasjon, kombinert med introduksjon av utendørs kalde kilder, oppnå energisparende kjøling og redusere energiforbruket til klimaanlegget.

Automatisk hjelpedriftsutstyr

Prosessen med å foredle frøplanter i fabrikker er streng, driftstettheten er høy, plassen er kompakt, og automatisk hjelpeutstyr er uunnværlig. Bruken av automatisert hjelpeutstyr bidrar ikke bare til å redusere arbeidsforbruket, men bidrar også til å forbedre effektiviteten i dyrkingsområdet. Automatiseringsutstyret som er utviklet så langt inkluderer pluggjorddekkingsmaskin, såmaskin, podemaskin, AGV-logistikktransportvogn, etc. Under kontroll av den støttende intelligente styringsplattformen kan den ubemannede driften av hele prosessen med frøplanteforedling i utgangspunktet realiseres. I tillegg spiller maskinsynsteknologi også en stadig viktigere rolle i prosessen med frøplanteforedling. Det hjelper ikke bare med å overvåke vekststatusen til frøplanter, bistår i håndteringen av kommersielle frøplanter, men utfører også automatisk screening av svake frøplanter og døde frøplanter. Robothånden fjerner og fyller frøplantene.

Fordeler med avl av frøplanter fra fabrikken

Høyt nivå av miljøkontroll muliggjør årlig produksjon

På grunn av den spesielle særtrekkene ved frøplanteforedling er kontroll av dyrkingsmiljøet svært viktig. Under plantefabrikkforhold er miljøfaktorer som lys, temperatur, vann, luft, gjødsel og CO2 strengt kontrollert, noe som kan gi det beste vekstmiljøet for frøplanteforedling, uavhengig av sesong og region. I tillegg krever prosessen med poding, sårheling og rotdifferensiering i foredlingsprosessen for podede frøplanter og stiklinger av frøplanter høyere miljøkontroll, og plantefabrikker er også utmerkede bærere. Fleksibiliteten i selve plantefabrikkens miljøforhold er sterk, så det er av stor betydning for produksjonen av grønnsaksfrøplanter i ikke-formingssesonger eller i ekstreme miljøer, og kan gi frøplantestøtte for å sikre en flerårig forsyning av grønnsaker. I tillegg er frøplanteforedling av plantefabrikker ikke begrenset av plass, og kan utføres på stedet i forstedene til byer og offentlige rom. Spesifikasjonene er fleksible og foranderlige, noe som muliggjør masseproduksjon og tett forsyning av høykvalitetsfrøplanter, noe som gir viktig støtte for utviklingen av urban hagebruk. 

Forkort avlssyklusen og forbedre kvaliteten på frøplanter

Under plantefabrikkforhold, takket være presis kontroll av ulike vekstmiljøfaktorer, forkortes frøplanteforedlingssyklusen med 30 % til 50 % sammenlignet med tradisjonelle metoder. Forkortingen av foredlingssyklusen kan øke produksjonspartiet av frøplanter, øke produsentens inntekt og redusere driftsrisikoen forårsaket av markedssvingninger. For dyrkere er det gunstig for tidlig omplanting og planting, tidlig markedslansering og forbedret markedskonkurranseevne. På den annen side er frøplantene som avles i plantefabrikken pene og kraftige, de morfologiske og kvalitetsindikatorene forbedres betydelig, og produksjonsytelsen etter kolonisering er bedre. Studier har vist at tomat-, paprika- og agurkfrøplanter avlet under plantefabrikkforhold ikke bare forbedrer bladareal, plantehøyde, stilkdiameter, rotkraft og andre indikatorer, men også forbedrer tilpasningsevne, sykdomsresistens, blomsterknoppdifferensiering etter kolonisering. Og produksjonen og andre aspekter har åpenbare fordeler. Antall hunnblomster per plante økte med 33,8 % og antall frukt per plante økte med 37,3 % etter planting av agurkfrøplanter avlet i plantefabrikker. Med den kontinuerlige utdypingen av teoretisk forskning på biologien i frøplantenes utviklingsmiljø, vil plantefabrikker bli mer presise og kontrollerbare i å forme frøplantenes morfologi og forbedre fysiologisk aktivitet.

 Sammenligning av tilstanden til podede frøplanter i drivhus og plantefabrikker

Effektiv ressursbruk for å redusere kostnadene ved frøplanter

Plantefabrikken tar i bruk standardiserte, informatiserte og industrialiserte plantemetoder, slik at alle ledd i frøplanteproduksjonen kontrolleres strengt, og effektiviteten av ressursutnyttelsen forbedres betydelig. Frø er den største kostnadsforbrukeren i frøplanteforedling. På grunn av uregelmessig drift og dårlig miljøkontroll av tradisjonelle frøplanter, er det problemer som manglende spiring eller svak vekst av frø, noe som resulterer i stort svinn i prosessen fra frø til kommersielle frøplanter. I plantefabrikkmiljøet, gjennom forbehandling av frø, finsåing og presis kontroll av dyrkingsmiljøet, forbedres utnyttelseseffektiviteten av frø betraktelig, og doseringen kan reduseres med mer enn 30 %. Vann, gjødsel og andre ressurser er også den største kostnadsforbrukeren ved tradisjonell frøplanteoppdrett, og fenomenet ressurssløsing er alvorlig. Under forholdene i plantefabrikker, gjennom bruk av presisjonsvanningsteknologi, kan effektiviteten av vann- og gjødselutnyttelse økes med mer enn 70 %. I tillegg, på grunn av kompaktheten i selve plantefabrikkens struktur og ensartetheten av miljøkontroll, forbedres også energi- og CO2-utnyttelseseffektiviteten i prosessen med frøplanteforedling betydelig.

Sammenlignet med tradisjonell oppdrett av frøplanter i det fri og oppdrett av frøplanter i drivhus, er den største egenskapen ved frøplanteoppdrett i plantefabrikker at den kan utføres på en flerlags tredimensjonal måte. I plantefabrikken kan frøplanteoppdrett utvides fra planet til det vertikale rommet, noe som forbedrer effektiviteten av frøplanteoppdrett per landenhet betraktelig og forbedrer plassutnyttelsen betydelig. For eksempel kan standardmodulen for frøplanteoppdrett utviklet av et biologisk selskap, under forutsetning av å dekke et område på 4,68 ㎡, oppdrett av mer enn 10 000 frøplanter i en enkelt batch, som kan brukes til 3,3 Mu (2201,1 ㎡) grønnsaksproduksjonsbehov. Under forutsetning av høy tetthet flerlags tredimensjonal oppdrett kan støtte for automatisk tilleggsutstyr og intelligent logistikktransportsystem forbedre effektiviteten av arbeidsutnyttelsen betraktelig og spare arbeidskraft med mer enn 50 %.

Høyresistensfrøplanteforedling for å hjelpe grønn produksjon

Et rent produksjonsmiljø i plantefabrikken kan i stor grad redusere forekomsten av skadedyr og sykdommer i avlsområdet. Samtidig, gjennom optimalisert konfigurasjon av kulturmiljøet, vil de produserte frøplantene ha høyere motstand, noe som i stor grad kan redusere sprøyting med plantevernmidler under frøplanteformering og planting. I tillegg, for avl av spesielle frøplanter som podede frøplanter og stiklinger, kan grønne kontrolltiltak som lys, temperatur, vann og gjødsel i plantefabrikken brukes til å erstatte storskala bruk av hormoner i tradisjonell drift for å sikre mattrygghet, redusere miljøforurensning og oppnå grønne frøplanter bærekraftig produksjon.

Produksjonskostnadsanalyse 

Måtene plantefabrikker kan øke de økonomiske fordelene med frøplanter på, omfatter hovedsakelig to deler. På den ene siden kan man ved å optimalisere strukturell design, standardisert drift og bruk av intelligente anlegg og utstyr redusere forbruket av frø, strøm og arbeidskraft i prosessen med frøplanteforedling, og forbedre vann-, gjødsel-, varme- og energiforbruket. Effektiviteten av gass og CO2 reduserer kostnadene ved frøplanteforedling; på den annen side, gjennom presis kontroll av miljøet og optimalisering av prosessflyten, forkortes foredlingstiden for frøplanter, og det årlige foredlingspartiet og frøplanteutbyttet per enhet areal økes, noe som er mer konkurransedyktig i markedet. 

Med utviklingen av plantefabrikkteknologi og den kontinuerlige fordypningen av miljøbiologisk forskning på frøplantedyrking, er kostnadene for frøplanteforedling i plantefabrikker i utgangspunktet de samme som for tradisjonell drivhusdyrking, og kvaliteten og markedsverdien på frøplantene er høyere. Hvis vi tar agurkplanter som et eksempel, står produksjonsmaterialene for en stor andel, og står for omtrent 37 % av den totale kostnaden, inkludert frø, næringsløsning, pluggbrett, substrater osv. Elektrisk energiforbruk står for omtrent 24 % av den totale kostnaden, inkludert plantebelysning, klimaanlegg og energiforbruk for næringsløsningspumper osv., som er hovedretningen for fremtidig optimalisering. I tillegg er den lave andelen arbeidskraft et trekk ved plantefabrikkproduksjonen. Med den kontinuerlige økningen i automatiseringsgraden vil kostnadene for arbeidskraftforbruk reduseres ytterligere. I fremtiden kan de økonomiske fordelene ved frøplanteforedling i plantefabrikker forbedres ytterligere gjennom utvikling av avlinger med høy verdiøkning og utvikling av industrialisert dyrkingsteknologi for frøplanter av verdifulle skogtrær.

Kostnadssammensetning for agurkplanter /%

Industrialiseringsstatus

I de senere år har vitenskapelige forskningsinstitusjoner representert ved Urban Agriculture Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences, og høyteknologiske bedrifter realisert industrien for frøplanteforedling i plantefabrikker. Dette kan gi frøplanter en effektiv industriell produksjonslinje fra frø til spiring. Blant dem dekker en plantefabrikk i Shanxi, bygget og satt i drift i 2019, et område på 3500 ㎡ og kan avle 800 000 paprikaplanter eller 550 000 tomatplanter i løpet av en 30-dagers syklus. En annen fabrikk for frøplanteforedling, bygget, dekker et område på 2300 ㎡ og kan produsere 8–10 millioner frøplanter per år. Det mobile helingsanlegget for podede frøplanter, uavhengig utviklet av Institute of Urban Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, kan tilby en samlebåndsplattform for heling og domestisering av podede frøplanter. Et enkelt arbeidsområde kan håndtere mer enn 10 000 podede frøplanter om gangen. I fremtiden forventes mangfoldet av frøplanteforedlingsvarianter i plantefabrikker å bli ytterligere utvidet, og nivået av automatisering og intelligens vil fortsette å forbedres.

Den mobile helbredelsesplanten for podede frøplanter utviklet av Institute of Urban Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences

Utsikter

Som en ny aktør innen fabrikkbasert frøplanteoppdrett har plantefabrikker enorme fordeler og kommersialiseringspotensial sammenlignet med tradisjonelle frøplanteoppdrettsmetoder når det gjelder presis miljøkontroll, effektiv ressursutnyttelse og standardisert drift. Ved å redusere forbruket av ressurser som frø, vann, gjødsel, energi og arbeidskraft i frøplanteoppdrett, og forbedre avlingen og kvaliteten på frøplanter per arealenhet, vil kostnadene for frøplanteoppdrett i plantefabrikker reduseres ytterligere, og produktene vil bli mer konkurransedyktige i markedet. Det er stor etterspørsel etter frøplanter i Kina. I tillegg til produksjon av tradisjonelle avlinger som grønnsaker, forventes det at frøplanter med høy verdiøkning, som blomster, kinesiske urtemedisiner og sjeldne trær, vil bli avlet i plantefabrikker, og de økonomiske fordelene vil bli ytterligere forbedret. Samtidig må den industrialiserte frøplanteoppdrettsplattformen vurdere kompatibiliteten og fleksibiliteten til ulik frøplanteoppdrett for å møte behovene til markedet for frøplanteoppdrett i forskjellige årstider.

Den biologiske teorien om frøplanteforedlingsmiljøet er kjernen i presis kontroll av plantefabrikkmiljøet. Dybdegående forskning på regulering av frøplanteplantens form og fotosyntese og andre fysiologiske aktiviteter av miljøfaktorer som lys, temperatur, fuktighet og CO2 vil bidra til å etablere en frøplante-miljø-interaksjonsmodell, som kan redusere energiforbruket til frøplanteproduksjon og forbedre kvaliteten og produksjonen av frøplanter. Kvalitet gir et teoretisk grunnlag. På dette grunnlaget kan kontrollteknologi og utstyr med lys som kjerne og kombinert med andre miljøfaktorer, og tilpasse produksjonen av frøplanter med spesielle plantetyper, høy ensartethet og høy kvalitet for å møte kravene til høytetthetsdyrking og mekanisert drift i plantefabrikker utvikles. Til syvende og sist gir det et teknisk grunnlag for konstruksjonen av et digitalt frøplanteproduksjonssystem og realiserer standardisert, ubemannet og digital frøplanteforedling i plantefabrikker.

Forfatter: Xu Yaliang, Liu Xinying, etc. 

Sitasjonsinformasjon:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Nøkkelteknisk utstyr og industrialisering av frøplanteforedling i plantefabrikker [J]. Agricultural Engineering Technology, 2021,42(4):12-15.