Abstrakti

Tällä hetkellä kasvitehdas on onnistuneesti jalostanut vihannesten taimia, kuten kurkkuja, tomaatteja, paprikoita, munakoisoja ja meloneja, tarjoten viljelijöille korkealaatuisia taimia erissä, ja istutuksen jälkeinen tuotanto on parantunut. Kasvitehtaista on tullut tärkeä taimien toimituskeino vihannesalalle, ja niillä on yhä tärkeämpi rooli vihannesalan tarjontapuolen rakenneuudistuksen edistämisessä, varmistaen kaupunkien vihannesten tarjonnan ja vihreiden vihannesten tuotannon.

Kasvitehtaan taimikasvatusjärjestelmän suunnittelu ja keskeiset tekniset laitteet

Tehokkaimpana maatalouden tuotantojärjestelmänä kasvitehtaan taimikasvatusjärjestelmä yhdistää kattavat tekniset keinot, kuten keinovalaistuksen, ravinneliuosten tarjonnan, kolmiulotteisen ympäristönhallinnan, automatisoidut aputoiminnot, älykkään tuotannonhallinnan jne., ja yhdistää bioteknologian, tietotekniikan ja tekoälyn. Älykkäät ja muut korkean teknologian saavutukset edistävät alan jatkuvaa kehitystä. 

LED-keinotekoinen valonlähdejärjestelmä

Keinotekoisen valoympäristön rakentaminen on yksi kasvitehtaiden taimikasvatusjärjestelmän ydinteknologioista, ja se on myös taimituotannon tärkein energianlähde. Kasvitehtaiden valoympäristöllä on suuri joustavuus, ja valoympäristöä voidaan säädellä useista eri ulottuvuuksista, kuten valon laadusta, valon voimakkuudesta ja fotoperiodista. Samalla voidaan optimoida ja yhdistää eri valotekijöitä aikajärjestyksessä valokaavan muodostamiseksi taimiviljelyä varten, mikä varmistaa sopivan valoympäristön taimien keinotekoiselle viljelylle. Siksi on kehitetty erityinen energiansäästöinen LED-valonlähde, joka perustuu eri taimien kasvun valontarveominaisuuksiin ja tuotantotavoitteisiin optimoimalla valokaavan parametreja ja valonsyöttöstrategiaa. Se voi parantaa merkittävästi taimien valoenergian muuntamistehokkuutta, edistää taimibiomassan kertymistä ja parantaa taimituotannon laatua samalla vähentäen energiankulutusta ja tuotantokustannuksia. Lisäksi valoympäristön säätely on myös tärkeä tekninen keino taimien kesyttämisessä ja vartettujen taimien paranemisessa.

Irrotettava monikerroksinen pystysuora taimijärjestelmä

Taimikasvatus tehtaalla suoritetaan monikerroksisen kolmiulotteisen hyllyn avulla. Modulaarisen järjestelmärakenteen ansiosta taimien kasvatusjärjestelmän kokoaminen on nopeaa. Hyllyjen välistä etäisyyttä voidaan säätää joustavasti eri taimilajikkeiden jalostuksen tilavaatimusten mukaan, mikä parantaa huomattavasti tilankäyttöastetta. Lisäksi kylvöalustan, valaistusjärjestelmän sekä vesi- ja lannoitekastelujärjestelmän erillinen suunnittelu mahdollistaa kylvöalustan sekä kuljetustoiminnon, mikä helpottaa siirtämistä eri työpajoihin, kuten kylvöön, idätykseen ja kesyttämiseen, että vähentää taimialustojen käsittelyn työvoimankulutusta.

Irrotettava monikerroksinen pystysuora taimijärjestelmä 

Vesi- ja lannoitekastelussa käytetään pääasiassa vuorovesi- ja ruiskutusmenetelmiä sekä muita menetelmiä, joissa ravinneliuoksen syöttöaikaa ja -tiheyttä säädetään tarkasti, jotta saavutetaan tasainen veden ja kivennäisravinteiden saanti ja tehokas käyttö. Yhdessä taimien erityisen ravinneliuoskaavan kanssa se voi vastata taimien kasvu- ja kehitystarpeisiin ja varmistaa taimien nopean ja terveen kasvun. Lisäksi online-ravinne-ionien havaitsemisjärjestelmän ja ravinneliuosten sterilointijärjestelmän avulla ravinteita voidaan täydentää ajoissa välttäen mikro-organismien ja sekundaaristen metaboliittien kertymistä, jotka vaikuttavat taimien normaaliin kasvuun. 

Ympäristönhallintajärjestelmä

Tarkka ja tehokas ympäristönhallinta on yksi kasvitehtaan taimien lisäysjärjestelmän pääominaisuuksista. Kasvitehtaan ulkoinen huoltorakenne kootaan yleensä läpinäkymättömistä ja erittäin eristävistä materiaaleista. Tämän perusteella valon, lämpötilan, kosteuden, tuulen nopeuden ja CO2:n säätö on ulkoisesta ympäristöstä lähes riippumatonta. Ilmakanavan asettelun optimoinnilla varustetun CFD-mallin ja mikroympäristön säätömenetelmän avulla voidaan saavuttaa ympäristötekijöiden, kuten lämpötilan, kosteuden, tuulen nopeuden ja CO2:n, tasainen jakautuminen tiheässä viljelytilassa. Älykäs ympäristönhallinta toteutetaan hajautettujen antureiden ja kosketusohjauksen avulla, ja koko viljelyympäristön reaaliaikainen säätö suoritetaan valvontayksikön ja ohjausjärjestelmän välisen yhteyden kautta. Lisäksi vesijäähdytteisten valonlähteiden ja vedenkierron käyttö yhdistettynä ulkoisten kylmälähteiden käyttöönottoon voi saavuttaa energiaa säästävän jäähdytyksen ja vähentää ilmastoinnin energiankulutusta.

Automaattiset apukäyttölaitteet

Taimikasvien jalostusprosessi on tiukka, toimintatiheys on korkea, tila on kompakti ja automaattiset apulaitteet ovat välttämättömiä. Automaattisten apulaitteiden käyttö ei ainoastaan ​​vähennä työvoiman kulutusta, vaan myös parantaa viljelytilan tehokkuutta. Tähän mennessä kehitettyihin automaatiolaitteisiin kuuluvat multapeitekone, kylvökone, varttamiskone, AGV-kuljetusvaunu jne. Älykkään hallinta-alustan ohjauksessa koko taimikasvatusprosessi voidaan toteuttaa miehittämättömästi. Lisäksi konenäköteknologialla on yhä tärkeämpi rooli taimikasvatusprosessissa. Se ei ainoastaan ​​auta taimien kasvutilan seurannassa ja kaupallisten taimien hoidossa, vaan suorittaa myös heikkojen ja kuolleiden taimien automaattisen seulonnan. Robottikäsi poistaa ja täyttää taimet.

Kasvitehtaan taimien jalostuksen edut

Korkeatasoinen ympäristönvalvonta mahdollistaa vuosittaisen tuotannon

Taimikasvatuksen erityispiirteiden vuoksi sen viljelyympäristön hallinta on erittäin tärkeää. Taimitehtaan olosuhteissa ympäristötekijöitä, kuten valoa, lämpötilaa, vettä, ilmaa, lannoitteita ja hiilidioksidia, kontrolloidaan tarkasti, mikä voi tarjota parhaan mahdollisen kasvuympäristön taimikasvatukseen vuodenajoista ja alueista riippumatta. Lisäksi vartettujen taimien ja pistokkaiden jalostusprosessissa varttamishaavojen paraneminen ja juurien erilaistuminen vaativat tiukempaa ympäristönhallintaa, ja taimitehtaat ovat myös erinomaisia ​​kantajia. Taimitehtaan ympäristöolosuhteet ovat joustavia, joten sillä on suuri merkitys vihannesten taimien tuotannossa ei-jalostuskausina tai äärimmäisissä olosuhteissa, ja se voi tarjota taimille tukea vihannesten monivuotisen saatavuuden varmistamiseksi. Lisäksi taimitehtaiden taimikasvatusta ei ole rajoitettu tilaan, ja se voidaan suorittaa paikan päällä kaupunkien lähiöissä ja julkisissa tiloissa. Spesifikaatiot ovat joustavia ja muutettavissa, mikä mahdollistaa massatuotannon ja korkealaatuisten taimien läheisen saatavuuden, mikä tarjoaa tärkeän tuen kaupunkiviljelyn kehitykselle. 

Lyhentää jalostussykliä ja parantaa taimien laatua

Tehdasolosuhteissa taimien jalostussykli lyhenee 30–50 % perinteisiin menetelmiin verrattuna, kiitos erilaisten kasvuympäristötekijöiden tarkan hallinnan. Jalostussyklin lyhentäminen voi lisätä taimien tuotantoerää, lisätä tuottajien tuloja ja vähentää markkinoiden vaihteluiden aiheuttamia toimintariskejä. Viljelijöille se edistää varhaista uudelleenistutusta ja istutusta, varhaista markkinoilletuloa ja parantaa kilpailukykyä markkinoilla. Toisaalta tehtaassa kasvatetut taimet ovat siistejä ja vahvoja, morfologiset ja laatuindikaattorit paranevat merkittävästi, ja tuotantotulos istutuksen jälkeen on parempi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tehtaassa kasvatetut tomaatin, paprikan ja kurkun taimet eivät ainoastaan ​​paranna lehtipinta-alaa, kasvin korkeutta, varren halkaisijaa, juurien elinvoimaa ja muita indikaattoreita, vaan myös parantavat sopeutumiskykyä, taudinkestävyyttä ja kukkanuppujen erilaistumista istutuksen jälkeen. Ja tuotannolla ja muilla näkökohdilla on ilmeisiä etuja. Emikukkien määrä kasvia kohden kasvoi 33,8 % ja hedelmien määrä kasvia kohden 37,3 % tehtaassa kasvatettujen kurkun taimien istutuksen jälkeen. Taimien kehitysympäristön biologian teoreettisen tutkimuksen jatkuvan syventymisen myötä kasvitehtaat pystyvät tarkemmin ja hallittavammin muokkaamaan taimien morfologiaa ja parantamaan fysiologista aktiivisuutta.

 Vartettujen taimien tilan vertailu kasvihuoneissa ja kasvitehtaissa

Resurssien tehokas käyttö taimikustannusten alentamiseksi

Kasvitehdas ottaa käyttöön standardoituja, informoituja ja teollistettuja istutusmenetelmiä, jotta taimituotannon jokaista osaa valvotaan tarkasti ja resurssien käytön tehokkuutta parannetaan merkittävästi. Siemenet ovat taimituotannon tärkein kustannuserä. Perinteisten taimien epäsäännöllisen toiminnan ja heikon ympäristönhallinnan vuoksi on ongelmia, kuten siementen itämättömyys tai heikko kasvu, mikä johtaa valtavaan hävikkiin prosessissa siemenistä kaupallisiin taimiin. Kasvitehdasympäristössä siementen esikäsittelyn, hienokylvön ja viljelyympäristön tarkan hallinnan avulla siementen käyttötehokkuutta parannetaan huomattavasti ja annostusta voidaan vähentää yli 30 %. Vesi, lannoite ja muut resurssit ovat myös perinteisen taimituotannon tärkein kustannuserä, ja resurssien haaskaus on vakava ongelma. Kasvitehtaiden olosuhteissa tarkkuuskastelutekniikan avulla veden ja lannoitteiden käyttöä voidaan lisätä yli 70 %. Lisäksi kasvitehtaan itsensä rakenteen kompaktiuden ja ympäristönhallinnan yhdenmukaisuuden ansiosta myös energian ja hiilidioksidin käyttötehokkuutta taimien lisäyksessä parannetaan merkittävästi.

Verrattuna perinteiseen avomaan taimikasvatukseen ja kasvihuonetaimien kasvatukseen, kasvitehtaissa tapahtuvan taimijalostuksen suurin ominaisuus on, että se voidaan suorittaa monikerroksisesti ja kolmiulotteisesti. Taimitehtaassa taimijalostusta voidaan laajentaa tasosta pystysuoraan tilaan, mikä parantaa huomattavasti taimijalostuksen tehokkuutta maa-aluetta kohden ja parantaa merkittävästi tilankäyttötehokkuutta. Esimerkiksi biologisen yrityksen kehittämä taimijalostuksen standardimoduuli, jonka pinta-ala on 4,68 ㎡, voi kasvattaa yli 10 000 tainta yhdessä erässä, mikä vastaa 3,3 Mu (2201,1 ㎡) vihannesten tuotantotarpeita. Tiheän monikerroksisen kolmiulotteisen jalostuksen olosuhteissa automaattisten apulaitteiden ja älykkään logistiikka- ja kuljetusjärjestelmän tukeminen voi parantaa huomattavasti työvoiman käyttöastetta ja säästää työvoimaa yli 50 %.

Korkean vastustuskyvyn taimien jalostus auttaa vihreässä tuotannossa

Kasvitehtaan puhdas tuotantoympäristö voi merkittävästi vähentää tuholaisten ja tautien esiintymistä jalostustilassa. Samalla viljelyympäristön optimoinnin ansiosta tuotetuilla taimilla on parempi vastustuskyky, mikä voi merkittävästi vähentää torjunta-aineiden ruiskutusta taimien lisäyksen ja istutuksen aikana. Lisäksi erityisten taimien, kuten vartettujen taimien ja pistokkaiden, jalostuksessa kasvitehtaassa voidaan käyttää vihertoimenpiteitä, kuten valoa, lämpötilaa, vettä ja lannoitetta, korvaamaan perinteisissä toiminnoissa laajamittaista hormonien käyttöä elintarviketurvallisuuden varmistamiseksi, ympäristön saastumisen vähentämiseksi ja vihreiden taimien kestävän tuotannon saavuttamiseksi.

Tuotantokustannusanalyysi 

Keinot, joilla kasvitehtaat voivat lisätä taimien taloudellista hyötyä, koostuvat pääasiassa kahdesta osasta. Toisaalta optimoimalla rakennesuunnittelua, standardoimalla toimintaa ja käyttämällä älykkäitä tiloja ja laitteita voidaan vähentää siementen, sähkön ja työvoiman kulutusta taimien jalostuksessa sekä parantaa veden, lannoitteiden, lämmön ja energian kulutusta. Kaasun ja hiilidioksidin hyötykäyttötehokkuus alentaa taimien jalostuksen kustannuksia. Toisaalta ympäristön tarkan hallinnan ja prosessivirran optimoinnin avulla taimien jalostusaika lyhenee ja vuosittainen jalostuserä ja taimien sato pinta-alayksikköä kohti kasvavat, mikä lisää kilpailukykyä markkinoilla. 

Kasvitehdasteknologian kehittyessä ja taimiviljelyyn liittyvän ympäristöbiologian tutkimuksen jatkuvan syventymisen myötä taimien jalostuksen kustannukset kasvitehtaissa ovat pohjimmiltaan samat kuin perinteisessä kasvihuoneviljelyssä, ja taimien laatu ja markkina-arvo ovat korkeammat. Esimerkiksi kurkun taimissa tuotantomateriaalit muodostavat suuren osan, noin 37 % kokonaiskustannuksista, mukaan lukien siemenet, ravinneliuos, istutusalustat, kasvualustat jne. Sähköenergian kulutus on noin 24 % kokonaiskustannuksista, mukaan lukien kasvien valaistus, ilmastointi ja ravinneliuospumppujen energiankulutus jne., mikä on tulevaisuuden optimoinnin pääsuunta. Lisäksi työvoiman alhainen osuus on kasvitehdastuotannon ominaisuus. Automaatioasteen jatkuvan kasvun myötä työvoiman kulutuskustannukset pienenevät entisestään. Tulevaisuudessa taimien jalostuksen taloudellisia hyötyjä kasvitehtaissa voidaan parantaa entisestään kehittämällä korkean jalostusarvon viljelykasveja ja kehittämällä teollistettua viljelyteknologiaa arvokkaiden metsäpuiden taimille.

Kurkun taimien kustannuskoostumus /%

Teollistumisen tila

Viime vuosina Kiinan maataloustieteiden akatemian kaupunkiviljelyn tutkimuslaitoksen edustamat tieteelliset tutkimuslaitokset ja korkean teknologian yritykset ovat oivaltaneet taimien jalostuksen kasvitehtaissa. Se voi tarjota taimille tehokkaan teollisen tuotantolinjan siemenestä itämiseen. Näistä vuonna 2019 Shanxissa rakennettu ja käyttöön otettu kasvitehdas kattaa 3 500 m²:n alueen ja voi jalostaa 800 000 paprikantaimea tai 550 000 tomaatintaimea 30 päivän syklissä. Toinen rakennettu taimijalostuslaitos kattaa 2 300 m²:n alueen ja voi tuottaa 8–10 miljoonaa tainta vuodessa. Kiinan maataloustieteiden akatemian kaupunkiviljelyn instituutin itsenäisesti kehittämä liikuteltava vartettujen taimien hoitolaitos voi tarjota kokoonpanolinjan kaltaisen hoito- ja jalostusalustan vartettujen taimien viljelyyn. Yksi työtila voi käsitellä yli 10 000 vartettua tainta kerrallaan. Tulevaisuudessa kasvitehtaiden taimijalostuslajikkeiden monimuotoisuuden odotetaan laajenevan entisestään, ja automaation ja älykkyyden tason odotetaan paranevan edelleen.

Kiinan maataloustieteiden akatemian kaupunkiviljelyinstituutin kehittämä liikuteltava vartettujen taimien hoitolaitos

Näkymät

Uutena taimikasvatuksen muotona kasvitehtailla on valtavia etuja ja kaupallistamispotentiaalia perinteisiin taimikasvatusmenetelmiin verrattuna tarkan ympäristönhallinnan, resurssien tehokkaan hyödyntämisen ja standardoitujen toimintojen osalta. Vähentämällä resurssien, kuten siementen, veden, lannoitteiden, energian ja työvoiman, kulutusta taimikasvatuksessa ja parantamalla taimien satoa ja laatua pinta-alayksikköä kohden, taimikasvatuksen kustannukset kasvitehtaissa alenevat entisestään ja tuotteet ovat kilpailukykyisempiä markkinoilla. Taimille on valtava kysyntä Kiinassa. Perinteisten viljelykasvien, kuten vihannesten, tuotannon lisäksi kasvitehtaissa odotetaan jalostettavan korkean jalostusarvon taimia, kuten kukkia, kiinalaisia ​​rohdoslääkkeitä ja harvinaisia ​​puita, ja taloudelliset hyödyt paranevat entisestään. Samalla teollistuneen taimijalostusalustan on otettava huomioon eri taimijalostuksen yhteensopivuus ja joustavuus taimijalostusmarkkinoiden tarpeiden täyttämiseksi eri vuodenaikoina.

Taimien kasvatusympäristön biologinen teoria on kasvitehtaan ympäristön tarkan hallinnan ydin. Syvällinen tutkimus taimen muodon ja fotosynteesin sekä muiden fysiologisten toimintojen säätelystä ympäristötekijöiden, kuten valon, lämpötilan, kosteuden ja CO2:n, avulla auttaa luomaan taimi-ympäristö-vuorovaikutusmallin, joka voi vähentää taimituotannon energiankulutusta ja parantaa taimien laatua ja tuotantoa. Laatu tarjoaa teoreettisen perustan. Tältä pohjalta voidaan kehittää ohjausteknologiaa ja -laitteita, joiden ydin on valo ja jotka on yhdistetty muihin ympäristötekijöihin, sekä räätälöidä taimien tuotantoa erityisillä kasvityypeillä, korkealla tasalaatuisuudella ja korkealla laadulla kasvitehtaiden tiheän viljelyn ja koneellisen toiminnan vaatimusten täyttämiseksi. Viime kädessä se tarjoaa teknisen perustan digitaalisen taimituotantojärjestelmän rakentamiselle ja toteuttaa standardoitua, miehittämätöntä ja digitaalista taimien kasvatusta kasvitehtaissa.

Kirjoittaja: Xu Yaliang, Liu Xinying jne. 

Viittaustiedot:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Keskeiset tekniset laitteet ja taimituotannon teollistuminen kasvitehtaissa [J]. Maataloustekniikka, 2021,42(4):12-15.