Povzetek

Trenutno je tovarna rastlin uspešno izvedla vzrejo sadik zelenjave, kot so kumare, paradižniki, paprike, jajčevci in melone, s čimer kmetom zagotavlja visokokakovostne sadike v serijah, proizvodnja po sajenju pa je boljša. Tovarne rastlin so postale pomembno sredstvo za oskrbo zelenjavne industrije s sadikami in igrajo vse pomembnejšo vlogo pri spodbujanju strukturne reforme na strani ponudbe v zelenjavski industriji, zagotavljanju oskrbe z mestno zelenjavo in pridelave zelene zelenjave.

Zasnova sistema za vzrejo sadik v tovarnah rastlin in ključna tehnična oprema

Kot trenutno najučinkovitejši sistem kmetijske proizvodnje sistem gojenja sadik rastlin združuje celovita tehnična sredstva, vključno z umetno razsvetljavo, oskrbo s hranilnimi raztopinami, tridimenzionalnim nadzorom okolja, avtomatiziranimi pomožnimi operacijami, inteligentnim upravljanjem proizvodnje itd., ter združuje biotehnologijo, informacijsko tehnologijo in umetno inteligenco. Inteligentni in drugi visokotehnološki dosežki spodbujajo nenehen razvoj industrije. 

Sistem umetne svetlobe LED

Izgradnja umetnega svetlobnega okolja je ena od osrednjih tehnologij sistema vzreje sadik v rastlinskih tovarnah in je tudi glavni vir porabe energije za proizvodnjo sadik. Svetlobno okolje rastlinskih tovarn ima veliko prilagodljivost, svetlobno okolje pa je mogoče regulirati z več dimenzijami, kot so kakovost svetlobe, intenzivnost svetlobe in fotoperioda, hkrati pa je mogoče različne svetlobne dejavnike optimizirati in kombinirati v časovnem zaporedju, da se oblikuje svetlobna formula za gojenje sadik, kar zagotavlja primerno svetlobno okolje za umetno gojenje sadik. Zato je bil na podlagi značilnosti potreb po svetlobi in proizvodnih ciljev različnih vrst rasti sadik, z optimizacijo parametrov svetlobne formule in strategije oskrbe s svetlobo, razvit poseben energetsko varčni LED svetlobni vir, ki lahko močno izboljša učinkovitost pretvorbe svetlobne energije sadik, spodbudi kopičenje biomase sadik in izboljša kakovost proizvodnje sadik, hkrati pa zmanjša porabo energije in proizvodne stroške. Poleg tega je regulacija svetlobnega okolja pomembno tehnično sredstvo v procesu udomačevanja sadik in celjenja cepljenih sadik.

Snemljiv večplastni vertikalni sistem za sadike

Vzgoja sadik v rastlinjaku se izvaja z uporabo večplastnih tridimenzionalnih polic. Modularna zasnova sistema omogoča hitro sestavljanje sistema za vzgojo sadik. Razmik med policami je mogoče prilagodljivo prilagoditi prostorskim zahtevam za vzgojo različnih sort sadik in znatno izboljšati izkoriščenost prostora. Poleg tega ločena zasnova sistema setvene gredice, sistema razsvetljave ter sistema za namakanje z vodo in gnojili omogoča, da setvena gredica opravlja tako transportno funkcijo, kar je priročno za premikanje v različne delavnice, kot so setev, kalitev in udomačitev, hkrati pa zmanjšuje porabo dela pri rokovanju s pladnji za sadike.

Snemljiv večplastni vertikalni sistem za sadike 

Namakanje z vodo in gnojili se v glavnem izvaja s plimovanjem, pršenjem in drugimi metodami, s natančnim nadzorom časa in pogostosti dovajanja hranilne raztopine, da se doseže enakomerna oskrba in učinkovita uporaba vode in mineralnih hranil. V kombinaciji s posebno formulo hranilne raztopine za sadike lahko zadosti potrebam po rasti in razvoju sadik ter zagotovi hitro in zdravo rast sadik. Poleg tega se lahko s sistemom za zaznavanje hranilnih ionov in sistemom za sterilizacijo hranilne raztopine pravočasno dopolni hranila, hkrati pa se prepreči kopičenje mikroorganizmov in sekundarnih metabolitov, ki vplivajo na normalno rast sadik. 

Sistem za nadzor okolja

Natančen in učinkovit nadzor okolja je ena glavnih značilnosti sistema za razmnoževanje sadik v tovarni rastlin. Zunanja vzdrževalna struktura tovarne rastlin je običajno sestavljena iz neprozornih in zelo izolativnih materialov. Na tej podlagi zunanje okolje skoraj ne vpliva na regulacijo svetlobe, temperature, vlažnosti, hitrosti vetra in CO2. Z izgradnjo CFD modela za optimizacijo postavitve zračnega kanala v kombinaciji z metodo nadzora mikrookolja je mogoče doseči enakomerno porazdelitev okoljskih dejavnikov, kot so temperatura, vlažnost, hitrost vetra in CO2, v prostoru z visoko gostoto gojenja. Inteligentno uravnavanje okolja se izvaja s porazdeljenimi senzorji in kontaktnim krmiljenjem, uravnavanje celotnega gojitvenega okolja v realnem času pa se izvaja prek povezave med nadzorno enoto in krmilnim sistemom. Poleg tega lahko uporaba vodno hlajenih svetlobnih virov in kroženja vode v kombinaciji z uvedbo zunanjih hladilnih virov doseže energetsko varčno hlajenje in zmanjša porabo energije za klimatizacijo.

Avtomatska pomožna oprema za delovanje

Postopek vzreje sadik v tovarnah rastlin je strog, gostota delovanja je visoka, prostor je kompakten, avtomatska pomožna oprema pa je nepogrešljiva. Uporaba avtomatizirane pomožne opreme ne le zmanjša porabo dela, temveč tudi izboljša učinkovitost gojitvenega prostora. Do sedaj razvita oprema za avtomatizacijo vključuje stroj za pokrivanje tal s snežnimi tlemi, sejalnico, cepilnik, transportni voziček za logistiko AGV itd. Pod nadzorom podporne inteligentne upravljalne platforme je mogoče v osnovi izvajati brezpilotno delovanje celotnega procesa vzreje sadik. Poleg tega ima v procesu vzreje sadik vse pomembnejšo vlogo tudi tehnologija strojnega vida. Ne le pomaga pri spremljanju stanja rasti sadik in pri upravljanju komercialnega sadika, temveč tudi samodejno pregleduje šibke in mrtve sadik. Robotska roka odstrani in napolni sadike.

Prednosti gojenja sadik rastlin v tovarnah

Visoka raven okoljskega nadzora omogoča letno proizvodnjo

Zaradi posebnosti vzreje sadik je nadzor nad njihovim gojitvenim okoljem zelo pomemben. V pogojih rastlinske tovarne so okoljski dejavniki, kot so svetloba, temperatura, voda, zrak, gnojila in CO2, strogo nadzorovani, kar lahko zagotovi najboljše rastno okolje za vzrejo sadik, ne glede na letne čase in regije. Poleg tega pri procesu vzreje cepljenih sadik in potaknjenih sadik proces celjenja ran pri cepljenju in diferenciacije korenin zahteva večji nadzor nad okoljem, rastlinske tovarne pa so tudi odlični nosilci. Prilagodljivost okoljskih pogojev same rastlinske tovarne je velika, zato je zelo pomembna za pridelavo sadik zelenjave v nerazmnoževalnih obdobjih ali v ekstremnih okoljih ter lahko nudi podporo sadikam za zagotovitev trajne oskrbe z zelenjavo. Poleg tega vzreja sadik v rastlinskih tovarnah ni omejena s prostorom in se lahko izvaja na kraju samem v predmestjih mest in javnih prostorih skupnosti. Specifikacije so prilagodljive in spremenljive, kar omogoča množično proizvodnjo in tesno oskrbo z visokokakovostnimi sadikami ter zagotavlja pomembno podporo za razvoj urbanega vrtnarstva. 

Skrajšajte cikel vzreje in izboljšajte kakovost sadik

V pogojih gojenja v tovarnah se zaradi natančnega nadzora različnih rastnih okoljskih dejavnikov cikel vzreje sadik skrajša za 30 % do 50 % v primerjavi s tradicionalnimi metodami. Skrajšanje cikla vzreje lahko poveča proizvodno serijo sadik, poveča dohodek proizvajalca in zmanjša operativna tveganja, ki jih povzročajo nihanja na trgu. Za pridelovalce to ugodno vpliva na zgodnje presajanje in sajenje, zgodnejši vstop na trg in izboljšano konkurenčnost na trgu. Po drugi strani pa so sadike, vzgojene v tovarnah, čiste in čvrste, morfološki in kakovostni kazalniki so znatno izboljšani, proizvodna uspešnost po kolonizaciji pa je boljša. Študije so pokazale, da sadike paradižnika, paprike in kumar, vzgojene v pogojih gojenja v tovarnah, ne le izboljšajo listno površino, višino rastline, premer stebla, moč korenin in druge kazalnike, temveč tudi izboljšajo prilagodljivost, odpornost proti boleznim in diferenciacijo cvetnih popkov po kolonizaciji. Proizvodnja in drugi vidiki imajo očitne prednosti. Število ženskih cvetov na rastlino se je po sajenju sadik kumar, vzgojenih v tovarnah, povečalo za 33,8 %, število plodov na rastlino pa za 37,3 %. Z nenehnim poglabljanjem teoretičnih raziskav o biologiji razvojnega okolja sadik bodo rastlinske tovarne natančnejše in bolj nadzorovane pri oblikovanju morfologije sadik in izboljšanju fiziološke aktivnosti.

 Primerjava stanja cepljenih sadik v rastlinjakih in rastlinjakih

Učinkovita uporaba virov za zmanjšanje stroškov sadik

Tovarna rastlin uporablja standardizirane, informatizirane in industrializirane metode sajenja, tako da je vsaka povezava pridelave sadik strogo nadzorovana, učinkovitost izrabe virov pa se znatno izboljša. Semena so glavni strošek pri vzreji sadik. Zaradi nepravilnega delovanja in slabega nadzora okolja pri tradicionalnih sadikih se pojavljajo težave, kot so nekaljenje ali šibka rast semen, kar povzroča ogromne izgube v procesu od semen do komercialnih sadik. V okolju tovarne rastlin se s predobdelavo semen, fino setvijo in natančnim nadzorom gojitvenega okolja močno izboljša učinkovitost izrabe semen, odmerek pa se lahko zmanjša za več kot 30 %. Voda, gnojila in drugi viri so prav tako glavni strošek pri tradicionalni vzgoji sadik, pojav potrate virov pa je resen. V pogojih tovarn rastlin se lahko z uporabo tehnologije natančnega namakanja učinkovitost izrabe vode in gnojil poveča za več kot 70 %. Poleg tega se zaradi kompaktnosti strukture same tovarne rastlin in enakomernosti nadzora okolja znatno izboljša tudi učinkovitost izrabe energije in CO2 v procesu razmnoževanja sadik.

V primerjavi s tradicionalno vzgojo sadik na odprtem polju in vzgojo sadik v rastlinjakih je največja značilnost vzgoje sadik v rastlinjakih ta, da se lahko izvaja na večplasten tridimenzionalen način. V rastlinjaku se lahko vzgoja sadik razširi iz ravnine v navpični prostor, kar močno izboljša učinkovitost vzgoje sadik na enoto zemlje in znatno izboljša učinkovitost izrabe prostora. Na primer, standardni modul za vzgojo sadik, ki ga je razvilo biološko podjetje, lahko pod pogojem, da pokriva površino 4,68 ㎡, vzgoji več kot 10.000 sadik v eni seriji, kar se lahko uporabi za potrebe pridelave zelenjave 3,3 Mu (2201,1 ㎡). Pod pogojem visoke gostote večplastne tridimenzionalne vzgoje lahko podporna avtomatska pomožna oprema in inteligentni logistični transportni sistem močno izboljšata učinkovitost izrabe delovne sile in prihranita delovno silo za več kot 50 %.

Vzgoja sadik z visoko odpornostjo za pomoč pri zeleni pridelavi

Čisto proizvodno okolje v rastlinjaku lahko močno zmanjša pojav škodljivcev in bolezni v gojitvenem prostoru. Hkrati bodo zaradi optimizirane konfiguracije gojitvenega okolja pridelane sadike bolj odporne, kar lahko močno zmanjša škropljenje s pesticidi med razmnoževanjem in sajenjem sadik. Poleg tega se lahko za vzrejo posebnih sadik, kot so cepljene in potaknjene sadike, v rastlinjaku uporabijo ukrepi za nadzor zelene okolice, kot so svetloba, temperatura, voda in gnojila, ki nadomestijo obsežno uporabo hormonov v tradicionalnih postopkih, da se zagotovi varnost hrane, zmanjša onesnaževanje okolja in doseže trajnostna proizvodnja zelenih sadik.

Analiza proizvodnih stroškov 

Načini, kako rastlinske tovarne povečajo ekonomske koristi sadik, vključujejo predvsem dva dela. Po eni strani lahko z optimizacijo strukturne zasnove, standardiziranim delovanjem in uporabo inteligentnih objektov in opreme zmanjša porabo semen, električne energije in dela v procesu vzreje sadik ter izboljša porabo vode, gnojil, toplote in energije. Učinkovitost izrabe plina in CO2 zmanjša stroške vzreje sadik; po drugi strani pa se z natančnim nadzorom okolja in optimizacijo poteka procesa skrajša čas vzreje sadik, poveča pa se letna serija vzreje in donos sadik na enoto površine, kar je na trgu bolj konkurenčno. 

Z razvojem tehnologije gojenja rastlin in nenehnim poglabljanjem raziskav okoljske biologije o gojenju sadik so stroški gojenja sadik v rastlinskih tovarnah v osnovi enaki kot pri tradicionalnem gojenju v rastlinjakih, kakovost in tržna vrednost sadik pa sta višji. Če za primer vzamemo sadike kumar, predstavljajo proizvodni materiali velik delež, približno 37 % celotnih stroškov, vključno s semeni, hranilno raztopino, sadilniki, substrati itd. Poraba električne energije predstavlja približno 24 % celotnih stroškov, vključno z razsvetljavo rastlin, klimatsko napravo in porabo energije črpalke za hranilno raztopino itd., kar je glavna smer optimizacije v prihodnosti. Poleg tega je nizek delež dela značilnost proizvodnje v rastlinskih tovarnah. Z nenehnim povečevanjem stopnje avtomatizacije se bodo stroški porabe dela še zmanjšali. V prihodnosti se lahko ekonomske koristi gojenja sadik v rastlinskih tovarnah še izboljšajo z razvojem poljščin z visoko dodano vrednostjo in razvojem industrializirane tehnologije gojenja sadik dragocenih gozdnih dreves.

Sestava stroškov sadik kumar /%

Stanje industrializacije

V zadnjih letih so znanstvenoraziskovalne ustanove, ki jih zastopa Raziskovalni inštitut za urbano kmetijstvo Kitajske akademije kmetijskih znanosti, in visokotehnološka podjetja uresničile industrijo žlahtnjenja sadik v rastlinskih tovarnah. To lahko sadiki zagotovi učinkovito industrijsko proizvodno linijo od semena do kalitve. Med njimi je rastlinska tovarna v Shanxiju, zgrajena in začela obratovati leta 2019, ki pokriva površino 3500 m² in lahko v 30-dnevnem ciklu vzgoji 800.000 sadik paprike ali 550.000 sadik paradižnika. Druga tovarna za žlahtnjenje sadik, zgrajena na površini 2300 m², lahko proizvede 8–10 milijonov sadik na leto. Mobilna zdravilna naprava za cepljene sadike, ki jo je neodvisno razvil Inštitut za urbano kmetijstvo Kitajske akademije kmetijskih znanosti, lahko zagotovi platformo za zdravljenje in udomačevanje cepljenih sadik na tekočem traku. En sam delovni prostor lahko hkrati obdela več kot 10.000 cepljenih sadik. V prihodnosti naj bi se raznolikost sort za vzrejo sadik v rastlinskih tovarnah še povečala, raven avtomatizacije in inteligence pa se bo še naprej izboljševala.

Mobilna zdravilna naprava za cepljene sadike, ki jo je razvil Inštitut za urbano kmetijstvo Kitajske akademije kmetijskih znanosti

Obeti

Kot nov nosilec tovarniške vzreje sadik imajo rastlinske tovarne ogromne prednosti in potencial za komercializacijo v primerjavi s tradicionalnimi metodami vzreje sadik v smislu natančnega nadzora okolja, učinkovite rabe virov in standardiziranih operacij. Z zmanjšanjem porabe virov, kot so semena, voda, gnojila, energija in delovna sila pri vzreji sadik, ter izboljšanjem pridelka in kakovosti sadik na enoto površine se bodo stroški vzreje sadik v rastlinskih tovarnah še dodatno zmanjšali, izdelki pa bodo na trgu bolj konkurenčni. Na Kitajskem je veliko povpraševanje po sadikah. Poleg pridelave tradicionalnih poljščin, kot je zelenjava, naj bi v rastlinskih tovarnah vzrejali tudi sadike z visoko dodano vrednostjo, kot so rože, kitajska zeliščna zdravila in redka drevesa, kar bo še povečalo gospodarske koristi. Hkrati mora industrializirana platforma za vzrejo sadik upoštevati združljivost in prilagodljivost različnih načinov vzreje sadik, da bi zadostila potrebam trga vzreje sadik v različnih letnih časih.

Biološka teorija okolja za vzrejo sadik je jedro natančnega nadzora okolja v rastlinski tovarni. Poglobljene raziskave o uravnavanju oblike sadik, fotosinteze in drugih fizioloških aktivnosti z okoljskimi dejavniki, kot so svetloba, temperatura, vlažnost in CO2, bodo pomagale vzpostaviti model interakcije med sadikami in okoljem, ki lahko zmanjša porabo energije pri proizvodnji sadik ter izboljša kakovost in proizvodnjo sadik. Kakovost zagotavlja teoretično osnovo. Na tej podlagi je mogoče razviti tehnologijo in opremo za nadzor, ki temeljita na svetlobi in jedru ter v povezavi z drugimi okoljskimi dejavniki prilagoditi proizvodnjo sadik s posebnimi vrstami rastlin, visoko enakomernostjo in visoko kakovostjo, da se izpolnijo zahteve gostote gojenja in mehaniziranega delovanja v rastlinskih tovarnah. Končno to zagotavlja tehnično osnovo za izgradnjo digitalnega sistema za proizvodnjo sadik in uresničuje standardizirano, brezpilotno in digitalno vzrejo sadik v rastlinskih tovarnah.

Avtor: Xu Yaliang, Liu Xinying itd. 

Informacije o citiranju:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Ključna tehnična oprema in industrializacija vzreje sadik v rastlinskih tovarnah [J]. Kmetijska inženirska tehnologija, 2021, 42 (4): 12-15.