Abstrakt

För närvarande har växtfabriken framgångsrikt realiserat förädlingen av grönsaksplantor som gurka, tomater, paprika, auberginer och meloner, vilket ger bönder högkvalitativa plantor i omgångar och produktionsprestanda efter plantering är bättre.Växtfabriker har blivit ett viktigt medel för planttillförsel för grönsaksindustrin och spelar en allt viktigare roll för att främja den strukturella reformen av grönsaksindustrin på utbudssidan, vilket säkerställer grönsaksförsörjning i städerna och produktion av gröna grönsaker.

Plant fabrik planta avel system design och nyckel teknisk utrustning

Som det mest effektiva jordbruksproduktionssystemet för närvarande, integrerar växtfabrikens plantförädlingssystem omfattande tekniska medel inklusive artificiell belysning, näringslösningsförsörjning, tredimensionell miljökontroll, automatiserad hjälpoperation, intelligent produktionsstyrning, etc., och integrerar bioteknik, information teknik och artificiell intelligens.Intelligenta och andra högteknologiska prestationer främjar den kontinuerliga utvecklingen av branschen. 

LED artificiellt ljuskälla system

Konstruktionen av artificiell ljusmiljö är en av kärnteknikerna i plantförädlingssystemet i växtfabriker, och det är också den huvudsakliga energiförbrukningen för plantproduktion.Ljusmiljön i växtfabriker har stark flexibilitet och ljusmiljön kan regleras från flera dimensioner såsom ljuskvalitet, ljusintensitet och fotoperiod, och samtidigt kan olika ljusfaktorer optimeras och kombineras i tidssekvens för att bilda en lätt formula för plantodling, vilket säkerställer lämplig ljusmiljö för konstgjord odling av plantor.Därför, baserat på ljusbehovsegenskaperna och produktionsmålen för olika planttillväxt, genom att optimera parametrarna för ljusformeln och ljusförsörjningsstrategin, har en speciell energibesparande LED-ljuskälla utvecklats, som avsevärt kan förbättra ljusenergiomvandlingseffektiviteten för plantor. , främja ackumulering av plantor biomassa och förbättra kvaliteten på plantor produktion, samtidigt som energiförbrukningen och produktionskostnaderna minskar.Dessutom är reglering av ljusmiljön också ett viktigt tekniskt medel i processen för domesticering av plantor och läkning av ympade plantor.

Löstagbart vertikalt plantsystem i flera lager

Förädlingen av plantor i växtfabriken utförs med hjälp av en flerskikts tredimensionell hylla.Genom den modulära systemdesignen kan den snabba monteringen av plantuppfödningssystemet realiseras.Avståndet mellan hyllorna kan flexibelt anpassas för att möta utrymmeskraven för förädling av olika sorter av plantor och avsevärt förbättra utrymmesutnyttjandet.Dessutom gör den separata utformningen av såbäddssystemet, belysningssystemet och bevattningssystemet för vatten och gödning att såbädden har både en transportfunktion, vilket är bekvämt att flytta till olika verkstäder såsom sådd, groning och domesticering, och minskar arbetet. förbrukning av plantbrickahantering.

Löstagbart vertikalt plantsystem i flera lager 

Vatten- och gödselbevattning antar huvudsakligen tidvattentyp, spraytyp och andra metoder, genom exakt kontroll av tiden och frekvensen av näringslösningstillförseln, för att uppnå enhetlig tillförsel och effektiv användning av vatten och mineralnäringsämnen.I kombination med den speciella näringslösningsformeln för plantor, kan den möta tillväxt- och utvecklingsbehoven för plantor och säkerställa en snabb och hälsosam tillväxt av plantor.Dessutom kan näringsämnen fyllas på i tid genom att detektera näringsämnen och steriliseringssystem för näringslösningar online, samtidigt som man undviker ansamling av mikroorganismer och sekundära metaboliter som påverkar den normala tillväxten av plantor. 

Miljökontrollsystem

Exakt och effektiv miljökontroll är en av huvuddragen i ett plantförökningssystem i fabriken.Den yttre underhållsstrukturen i en fabriksfabrik är vanligtvis sammansatt av material som är ogenomskinliga och mycket isolerande.På grundval av detta är regleringen av ljus, temperatur, luftfuktighet, vindhastighet och CO2 nästan opåverkad av den yttre miljön.Genom konstruktionen av CFD-modellen för att optimera utformningen av luftkanalen, i kombination med mikromiljökontrollmetoden, kan den enhetliga fördelningen av miljöfaktorer som temperatur, luftfuktighet, vindhastighet och CO2 i högdensitetskulturutrymmet uppnås.Den intelligenta miljöregleringen realiseras av distribuerade sensorer och kontaktstyrning, och realtidsregleringen av hela odlingsmiljön sker genom kopplingen mellan övervakningsenheten och styrsystemet.Dessutom kan användningen av vattenkylda ljuskällor och vattencirkulation, i kombination med införandet av utomhuskylkällor, uppnå energibesparande kyla och minska luftkonditioneringens energiförbrukning.

Automatisk extra manöverutrustning

Förädlingsprocessen för växtfabrikens plantor är strikt, drifttätheten är hög, utrymmet är kompakt och automatisk extrautrustning är oumbärlig.Användningen av automatiserad hjälputrustning bidrar inte bara till att minska arbetsförbrukningen, utan hjälper också till att förbättra effektiviteten i odlingsutrymmet.Den automationsutrustning som hittills har utvecklats inkluderar jordtäckningsmaskin för plugg, såmaskin, ympningsmaskin, AGV-logistiktransportvagn, etc. Under kontroll av den stödjande intelligenta förvaltningsplattformen kan den obemannade driften av hela processen med plantodling i princip ske. insett.Dessutom spelar machine vision-tekniken också en allt viktigare roll i processen med plantodling.Det hjälper inte bara att övervaka plantornas tillväxtstatus, hjälper till med hanteringen av kommersiella plantor, utan utför också automatisk screening av svaga plantor och döda plantor.Robothanden tar bort och fyller plantorna.

Fördelar med växtfabrikens fröplantauppfödning

Hög miljökontroll möjliggör årlig produktion

På grund av det speciella med fröplantavel är kontrollen av dess odlingsmiljö mycket viktig.Under växtfabrikens förhållanden är miljöfaktorer som ljus, temperatur, vatten, luft, gödning och CO2 högt kontrollerade, vilket kan ge den bästa växtmiljön för plantuppfödning, oavsett årstid och region.Dessutom, i förädlingsprocessen för ympade plantor och skärande plantor, kräver processen för ympning av sårläkning och rotdifferentiering högre miljökontroll, och växtfabriker är också utmärkta bärare.Flexibiliteten i miljöförhållandena i själva växtfabriken är stark, så den har stor betydelse för produktionen av grönsaksplantor under icke häckningssäsonger eller i extrema miljöer, och kan ge plantstöd för att säkerställa den perenna tillgången på grönsaker.Dessutom är fröplantauppfödning av växtfabriker inte begränsad av utrymme, och kan utföras på plats i förorter till städer och offentliga utrymmen i samhället.Specifikationerna är flexibla och föränderliga, vilket möjliggör massproduktion och nära försörjning av plantor av hög kvalitet, vilket ger viktigt stöd för utvecklingen av urban trädgårdsodling. 

Förkorta förädlingscykeln och förbättra kvaliteten på plantor

Under växtfabriksförhållanden, tack vare den exakta kontrollen av olika tillväxtmiljöfaktorer, förkortas plantans förädlingscykel med 30 % till 50 % jämfört med traditionella metoder.Förkortningen av förädlingscykeln kan öka produktionspartiet av plantor, öka producentens inkomster och minska driftsriskerna orsakade av marknadsfluktuationer.För odlare bidrar det till tidig transplantation och plantering, tidig marknadslansering och förbättrad konkurrenskraft på marknaden.Å andra sidan är de plantor som föds upp i växtfabriken snygga och kraftiga, de morfologiska och kvalitetsindikatorerna är avsevärt förbättrade och produktionsprestanda efter kolonisering är bättre.Studier har visat att tomat-, peppar- och gurkaplantor som odlats upp under växtfabriksförhållanden inte bara förbättrar bladarea, planthöjd, stamdiameter, rotkraft och andra indikatorer, utan också förbättrar anpassningsförmåga, sjukdomsresistens, blomknoppars differentiering efter kolonisering.Och produktionen och andra aspekter har uppenbara fördelar.Antalet honblommor per planta ökade med 33,8 % och antalet frukter per planta ökade med 37,3 % efter plantering av gurkplantor uppfödda i växtfabriker.Med den kontinuerliga fördjupningen av teoretisk forskning om biologin i utvecklingsmiljön för plantor, kommer växtfabriker att vara mer exakta och kontrollerbara när det gäller att forma plantornas morfologi och förbättra den fysiologiska aktiviteten.

 Jämförelse av tillståndet för ympade plantor i växthus och växtfabriker

Effektiv användning av resurser för att minska plantornas kostnader

Växtfabriken antar standardiserade, informatiserade och industrialiserade planteringsmetoder, så att varje länk i plantproduktionen är strikt kontrollerad och effektiviteten i resursutnyttjandet förbättras avsevärt.Fröer är den huvudsakliga kostnadskonsumtionen vid fröplantauppfödning.På grund av oregelbunden drift och dålig miljökontroll hos traditionella plantor, finns det problem som att de inte gror eller att fröna växer svagt, vilket resulterar i enormt slöseri i processen från frön till kommersiella plantor.I växtfabriksmiljön, genom fröförbehandling, finsådd och exakt kontroll av odlingsmiljön, förbättras utnyttjandeeffektiviteten av fröna avsevärt och doseringen kan minskas med mer än 30 %.Vatten, gödning och andra resurser är också den huvudsakliga kostnadsförbrukningen för traditionell plantodling, och fenomenet resursslöseri är allvarligt.Under växtfabrikernas förhållanden, genom tillämpning av precisionsbevattningsteknik, kan effektiviteten av vatten- och gödselutnyttjandet ökas med mer än 70%.Dessutom, på grund av kompaktheten i strukturen i själva växtfabriken och enhetligheten i miljökontroll, förbättras energi- och CO2-utnyttjandet avsevärt i processen för plantförökning.

Jämfört med traditionell odling av plantor på friland och plantodling i växthus, är den största egenskapen hos plantodling i växtfabriker att den kan utföras på ett flerskiktigt tredimensionellt sätt.I växtfabriken kan förädling av plantor utökas från planet till det vertikala utrymmet, vilket avsevärt förbättrar förädlingseffektiviteten för plantor per landenhet och avsevärt förbättrar utrymmesutnyttjandet.Till exempel kan standardmodulen för plantodling utvecklad av ett biologiskt företag, under förutsättning att den täcker en yta på 4,68 ㎡, föda upp mer än 10 000 plantor i en enda sats, som kan användas för 3,3 Mu (2201,1 ㎡) grönsaksproduktion behov.Under villkoret av tredimensionell avel med hög täthet i flera lager, kan stödjande automatisk extrautrustning och intelligent logistiktransportsystem avsevärt förbättra effektiviteten i arbetsutnyttjandet och spara arbetskraft med mer än 50%.

Förädling av plantor med hög motståndskraft för att hjälpa grön produktion

Växtfabrikens rena produktionsmiljö kan avsevärt minska förekomsten av skadedjur och sjukdomar i avelsutrymmet.Samtidigt, genom den optimerade konfigurationen av odlingsmiljön, kommer de producerade plantorna att ha högre motståndskraft, vilket avsevärt kan minska spridningen av bekämpningsmedel under plantans förökning och plantering.Dessutom, för förädling av speciella plantor såsom ympade plantor och styckning av plantor, kan gröna kontrollåtgärder som ljus, temperatur, vatten och gödningsmedel i växtfabriken användas för att ersätta den storskaliga användningen av hormoner i traditionell verksamhet för att säkerställa livsmedelssäkerhet, minska miljöföroreningar och uppnå gröna plantor Hållbar produktion.

Produktionskostnadsanalys 

Växtfabrikernas sätt att öka de ekonomiska fördelarna med plantor omfattar huvudsakligen två delar.Å ena sidan, genom att optimera strukturell design, standardiserad drift och användningen av intelligenta anläggningar och utrustning, kan den minska förbrukningen av frön, elektricitet och arbetskraft i processen för plantodling, och förbättra vatten-, gödsel-, värme- och energiförbrukningen .Utnyttjandeeffektiviteten av gas och CO2 minskar kostnaderna för uppfödning av plantor;å andra sidan, genom exakt kontroll av miljön och optimering av processflödet, förkortas plantornas förädlingstid, och den årliga förädlingssatsen och plantavkastningen per ytenhet ökas, vilket är mer konkurrenskraftigt på marknaden. 

Med utvecklingen av växtfabriksteknik och den kontinuerliga fördjupningen av miljöbiologisk forskning om plantodling, är kostnaden för fröplantaförädling i växtfabriker i princip densamma som för traditionell växthusodling, och kvaliteten och marknadsvärdet för plantor är högre.Om man tar gurkplantor som exempel, står produktionsmaterialen för en stor andel och står för cirka 37 % av den totala kostnaden, inklusive frön, näringslösning, pluggbrickor, substrat etc. Elenergiförbrukningen står för cirka 24 % av den totala kostnaden kostnad, inklusive växtbelysning, luftkonditionering och energiförbrukning för näringslösningspumpar, etc., vilket är huvudriktningen för framtida optimering.Dessutom är den låga andelen arbetskraft ett kännetecken för växtfabriksproduktionen.Med den kontinuerliga ökningen av graden av automatisering kommer kostnaden för arbetskonsumtion att minska ytterligare.I framtiden kan de ekonomiska fördelarna med plantodling i växtfabriker förbättras ytterligare genom utveckling av grödor med högt förädlingsvärde och utveckling av industrialiserad odlingsteknik för plantor av dyrbara skogsträd.

Gurka plantor kostnadssammansättning /%

Industrialiseringsstatus

Under de senaste åren har vetenskapliga forskningsinstitutioner representerade av Urban Agriculture Research Institute vid den kinesiska akademin för jordbruksvetenskap och högteknologiska företag insett industrin för uppfödning av plantor i växtfabriker.Det kan förse plantor med en effektiv industriell produktionslinje från frö till uppkomst.Bland dem täcker en växtfabrik i Shanxi som byggdes och togs i drift 2019 en yta på 3 500 ㎡ och kan föda upp 800 000 pepparplantor eller 550 000 tomatplantor inom en 30-dagarscykel.En annan fabrik för förädlingsväxter som byggs täcker en yta på 2300 ㎡ och kan producera 8-10 miljoner plantor per år.Den mobila helande växten för ympade plantor som utvecklats oberoende av Institute of Urban Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, kan tillhandahålla en löpande läknings- och domesticeringsplattform för odling av ympade plantor.En enda arbetsplats kan hantera mer än 10 000 ympade plantor åt gången.I framtiden förväntas mångfalden av plantodlingssorter i växtfabriker utökas ytterligare, och nivån på automatisering och intelligens kommer att fortsätta att förbättras.

Den mobila helande växten för ympade plantor utvecklad av Institute of Urban Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences

Syn

Som en ny bärare av fabriksodling av plantor har växtfabriker enorma fördelar och kommersialiseringspotential jämfört med traditionella plantodlingsmetoder när det gäller exakt miljökontroll, effektivt utnyttjande av resurser och standardiserad verksamhet.Genom att minska förbrukningen av resurser som utsäde, vatten, gödningsmedel, energi och arbetskraft vid plantuppfödning, och förbättra avkastningen och kvaliteten på plantor per ytenhet, kommer kostnaden för plantförädling i växtfabriker att minska ytterligare, och produkterna kommer att bli mer konkurrenskraftig på marknaden.Det finns en enorm efterfrågan på plantor i Kina.Utöver produktionen av traditionella grödor som grönsaker förväntas plantor med högt förädlingsvärde som blommor, kinesiska örtmediciner och sällsynta träd förädlas i växtfabriker, och de ekonomiska fördelarna kommer att förbättras ytterligare.Samtidigt måste den industrialiserade plantuppfödningsplattformen överväga kompatibiliteten och flexibiliteten hos olika plantuppfödning för att möta behoven på marknaden för uppfödning av plantor under olika årstider.

Den biologiska teorin om förädlingsmiljö för plantor är kärnan i exakt kontroll av växtfabriksmiljön.Djupgående forskning om reglering av plantans form och fotosyntes och andra fysiologiska aktiviteter genom miljöfaktorer som ljus, temperatur, fuktighet och CO2 kommer att bidra till att etablera en interaktionsmodell för plantor-miljö, som kan minska energiförbrukningen vid plantproduktion och förbättra kvaliteten och produktionen av plantor.Kvalitet ger en teoretisk grund.På denna grundval styr teknik och utrustning med ljus som kärnan och i kombination med andra miljöfaktorer, och anpassa produktionen av plantor med speciella växttyper, hög enhetlighet och hög kvalitet för att möta kraven på högdensitetsodling och mekaniserad drift i växten fabriker kan utvecklas.I slutändan ger det en teknisk grund för uppbyggnaden av ett digitalt plantproduktionssystem och realiserar standardiserad, obemannad och digital förädling av plantor i växtfabriker.

Författare: Xu Yaliang, Liu Xinying, etc. 

Citatinformation:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Nyckelteknisk utrustning och industrialisering av plantodling i växtfabriker [J].Lantbruksteknik, 2021,42(4):12-15.