Апстракт

Тренутно, фабрика биљака је успешно реализовала узгој садница поврћа као што су краставци, парадајз, паприке, патлиџани и диње, обезбеђујући пољопривредницима висококвалитетне саднице у серијама, а производни резултати након садње су бољи. Фабрике биљака су постале важно средство снабдевања садницама повртарске индустрије и играју све важнију улогу у промоцији структурних реформи понуде повртарске индустрије, обезбеђујући снабдевање поврћем у градовима и производњу зеленог поврћа.

Пројектовање система за узгој садница у фабрици биљака и кључна техничка опрема

Као тренутно најефикаснији систем пољопривредне производње, систем узгоја садница у фабрикама биљака интегрише свеобухватна техничка средства, укључујући вештачко осветљење, снабдевање хранљивим растворима, тродимензионалну контролу животне средине, аутоматизоване помоћне операције, интелигентно управљање производњом итд., и интегрише биотехнологију, информациону технологију и вештачку интелигенцију. Интелигентна и друга високотехнолошка достигнућа подстичу континуирани развој индустрије. 

ЛЕД систем вештачког извора светлости

Изградња вештачког светлосног окружења једна је од основних технологија система узгоја садница у фабрикама биљака, а такође је и главни извор потрошње енергије за производњу садница. Светлосно окружење фабрика биљака има велику флексибилност и може се регулисати из више димензија као што су квалитет светлости, интензитет светлости и фотопериод, а истовремено се различити светлосни фактори могу оптимизовати и комбиновати у временском низу како би се формирала светлосна формула за узгој садница, обезбеђујући одговарајуће светлосно окружење за вештачки узгој садница. Стога је, на основу карактеристика потребе за светлошћу и производних циљева различитог раста садница, оптимизацијом параметара светлосне формуле и стратегије снабдевања светлошћу, развијен посебан ЛЕД извор светлости који штеди енергију, а који може значајно побољшати ефикасност конверзије светлосне енергије садница, промовисати акумулацију биомасе садница и побољшати квалитет производње садница, уз истовремено смањење потрошње енергије и трошкова производње. Поред тога, регулација светлосног окружења је такође важно техничко средство у процесу припитомљавања садница и зарастања калемљених садница.

Одвојиви вишеслојни вертикални систем за садњу

Узгој садница у фабрици биљака врши се коришћењем вишеслојних тродимензионалних полица. Захваљујући модуларном дизајну система, могуће је остварити брзу монтажу система за узгој садница. Размак између полица може се флексибилно подесити како би се задовољиле потребе простора за узгој различитих сорти садница и значајно побољшала стопа искоришћења простора. Поред тога, одвојени дизајн система за сетвене леје, система осветљења и система за наводњавање водом и ђубривом омогућава да сетвена леја има и транспортну функцију, што је погодно за премештање у различите радионице као што су сетва, клијање и припитомљавање, и смањује утрошак рада при руковању посудама за саднице.

Одвојиви вишеслојни вертикални систем за садњу 

Наводњавање водом и ђубривом углавном користи методе плиме и осеке, прскања и друге методе, кроз прецизну контролу времена и учесталости снабдевања раствором хранљивих материја, како би се постигла равномерна снабдевање и ефикасна употреба воде и минералних хранљивих материја. У комбинацији са посебном формулом раствора хранљивих материја за саднице, може задовољити потребе за растом и развојем садница и осигурати брз и здрав раст садница. Поред тога, путем онлајн система за детекцију јона хранљивих материја и система за стерилизацију раствора хранљивих материја, хранљиве материје се могу благовремено надокнадити, избегавајући накупљање микроорганизама и секундарних метаболита који утичу на нормалан раст садница. 

Систем за контролу животне средине

Прецизна и ефикасна контрола животне средине једна је од главних карактеристика система за размножавање садница у фабрици биљака. Спољна структура одржавања фабрике биљака је генерално састављена од материјала који су непрозирни и високо изолациони. На основу тога, регулација светлости, температуре, влажности, брзине ветра и CO2 је готово непод утицајем спољашње средине. Кроз конструкцију CFD модела за оптимизацију распореда ваздушних канала, у комбинацији са методом контроле микроокружења, може се постићи равномерна расподела фактора животне средине као што су температура, влажност, брзина ветра и CO2 у простору за узгој високе густине. Интелигентна регулација животне средине се остварује дистрибуираним сензорима и контактном контролом, а регулација целокупног окружења за узгој у реалном времену се врши путем везе између јединице за праћење и система за управљање. Поред тога, употреба извора светлости хлађених водом и циркулација воде, у комбинацији са увођењем спољашњих извора хладноће, може постићи штедљиво хлађење и смањити потрошњу енергије за климатизацију.

Аутоматска помоћна опрема за рад

Процес оплемењивања садница у фабрици биљака је строг, густина рада је велика, простор је компактан, а аутоматска помоћна опрема је неопходна. Употреба аутоматизоване помоћне опреме не само да доприноси смањењу утрошка радне снаге, већ и помаже у побољшању ефикасности простора за узгој. Опрема за аутоматизацију која је до сада развијена укључује машину за покривање земље, сејалицу, машину за калемљење, AGV логистичка транспортна колица итд. Под контролом потпорне интелигентне платформе за управљање, у основи се може реализовати беспилотно управљање целог процеса оплемењивања садница. Поред тога, технологија машинског вида такође игра све важнију улогу у процесу оплемењивања садница. Она не само да помаже у праћењу статуса раста садница, помаже у управљању комерцијалним садницама, већ и врши аутоматско скрининг слабих и мртвих садница. Роботска рука уклања и пуни саднице.

Предности узгоја садница у фабрици биљака

Висок ниво контроле животне средине омогућава годишњу производњу

Због специфичности узгоја садница, контрола окружења за његов узгој је веома важна. У условима фабрике биљака, фактори околине као што су светлост, температура, вода, ваздух, ђубриво и CO2 су строго контролисани, што може обезбедити најбоље окружење за раст узгоја садница, без обзира на годишња доба и регионе. Поред тога, у процесу узгоја калемљених садница и садница резница, процес зарастања рана калемљења и диференцијације корена захтева већу контролу околине, а фабрике биљака су такође одлични носачи. Флексибилност услова околине саме фабрике биљака је велика, тако да је од великог значаја за производњу садница поврћа у сезонама ван размножавања или у екстремним условима, и може пружити подршку садницама како би се осигурало вишегодишње снабдевање поврћем. Поред тога, узгој садница у фабрикама биљака није ограничен простором и може се обављати на лицу места у предграђима градова и јавним просторима заједнице. Спецификације су флексибилне и променљиве, што омогућава масовну производњу и блиску испоруку висококвалитетних садница, пружајући важну подршку развоју урбане хортикултуре. 

Скратите циклус узгоја и побољшајте квалитет садница

У условима фабрике биљака, захваљујући прецизној контроли различитих фактора раста, циклус узгоја садница се скраћује за 30% до 50% у поређењу са традиционалним методама. Скраћивање циклуса узгоја може повећати производну серију садница, повећати приход произвођача и смањити оперативне ризике изазване флуктуацијама на тржишту. За произвођаче, то је погодно за рано пресађивање и садњу, рано лансирање на тржиште и побољшану конкурентност на тржишту. С друге стране, саднице узгајане у фабрици биљака су уредне и чврсте, морфолошки и квалитетни показатељи су значајно побољшани, а производни учинак након колонизације је бољи. Студије су показале да саднице парадајза, паприке и краставца узгајане у условима фабрике биљака не само да побољшавају површину листа, висину биљке, пречник стабљике, снагу корена и друге показатеље, већ и побољшавају прилагодљивост, отпорност на болести, диференцијацију цветних пупољака након колонизације. Производња и други аспекти имају очигледне предности. Број женских цветова по биљци повећао се за 33,8%, а број плодова по биљци повећао се за 37,3% након садње садница краставца узгајаних у фабрикама биљака. Са континуираним продубљивањем теоријских истраживања о биологији развојног окружења садница, биљне фабрике ће бити прецизније и контролисаније у обликовању морфологије садница и побољшању физиолошке активности.

 Поређење стања калемљених садница у пластеницима и фабрикама биљака

Ефикасно коришћење ресурса за смањење трошкова садница

Фабрика биљака усваја стандардизоване, информатизоване и индустријализоване методе садње, тако да је свака карика производње садница строго контролисана, а ефикасност коришћења ресурса значајно побољшана. Семе је главни трошак у узгоју садница. Због неправилног рада и лоше контроле животне средине традиционалних садница, постоје проблеми као што су неклијање или слаб раст семена, што резултира огромним отпадом у процесу од семена до комерцијалних садница. У окружењу фабрике биљака, кроз претходну обраду семена, фину сетву и прецизну контролу окружења за узгој, ефикасност коришћења семена је значајно побољшана, а дозирање се може смањити за више од 30%. Вода, ђубриво и други ресурси су такође главни трошкови традиционалног узгоја садница, а феномен расипање ресурса је озбиљан. У условима фабрика биљака, применом технологије прецизног наводњавања, ефикасност коришћења воде и ђубрива може се повећати за више од 70%. Поред тога, због компактности структуре саме фабрике биљака и уједначености контроле животне средине, ефикасност коришћења енергије и CO2 у процесу размножавања садница је такође значајно побољшана.

У поређењу са традиционалним узгојем садница на отвореном пољу и узгојем садница у пластеницима, највећа карактеристика узгоја садница у фабрикама биљака је то што се може спроводити на вишеслојни тродимензионални начин. У фабрици биљака, узгој садница може се проширити са равни на вертикални простор, што значајно побољшава ефикасност узгоја садница по јединици земљишта и значајно побољшава ефикасност искоришћења простора. На пример, стандардни модул за узгој садница који је развила једна биолошка компанија, под условом покривања површине од 4,68 ㎡, може узгајати више од 10.000 садница у једној серији, што се може користити за потребе производње поврћа од 3,3 Mu (2201,1 ㎡). Под условом вишеслојног тродимензионалног узгоја високе густине, подржавајућа аутоматска помоћна опрема и интелигентни логистички транспортни систем могу значајно побољшати ефикасност коришћења радне снаге и уштедети радну снагу за више од 50%.

Узгој садница високе отпорности за помоћ зеленој производњи

Чисто производно окружење фабрике биљака може значајно смањити појаву штеточина и болести у простору за узгој. Истовремено, кроз оптимизовану конфигурацију окружења за узгој, произведене саднице ће имати већу отпорност, што може значајно смањити прскање пестицидима током размножавања и садње садница. Поред тога, за узгој посебних садница као што су калемљене саднице и саднице резница, мере зелене контроле као што су светлост, температура, вода и ђубриво у фабрици биљака могу се користити да замене употребу хормона у великим размерама у традиционалним операцијама како би се осигурала безбедност хране, смањило загађење животне средине и постигла одржива производња зелених садница.

Анализа трошкова производње 

Начини на које фабрике биљака могу повећати економске користи од садница углавном укључују два дела. С једне стране, оптимизацијом структурног дизајна, стандардизованим радом и употребом интелигентних постројења и опреме, може се смањити потрошња семена, електричне енергије и рада у процесу узгоја садница, и побољшати потрошња воде, ђубрива, топлоте и енергије. Ефикасност коришћења гаса и CO2 смањује трошкове узгоја садница; с друге стране, прецизном контролом околине и оптимизацијом тока процеса, скраћује се време узгоја садница, а повећава се годишња серија узгоја и принос садница по јединици простора, што је конкурентније на тржишту. 

Развојем технологије фабрика биљака и континуираним продубљивањем истраживања еколошке биологије о узгоју садница, трошкови узгоја садница у фабрикама биљака су у основи исти као и код традиционалног узгоја у пластеницима, а квалитет и тржишна вредност садница су виши. Узимајући саднице краставаца као пример, производни материјали чине велики део, око 37% укупних трошкова, укључујући семе, хранљиве растворе, посуде за саднице, супстрате итд. Потрошња електричне енергије чини око 24% укупних трошкова, укључујући осветљење биљака, климатизацију и потрошњу енергије пумпе за хранљиве растворе итд., што је главни правац будуће оптимизације. Поред тога, низак удео рада је карактеристика производње у фабрикама биљака. Са континуираним повећањем степена аутоматизације, трошкови утрошка рада ће се додатно смањити. У будућности, економске користи од узгоја садница у фабрикама биљака могу се додатно побољшати развојем усева са високом додатом вредношћу и развојем индустријске технологије узгоја садница племенитог шумског дрвећа.

Састав трошкова саднице краставца /%

Статус индустријализације

Последњих година, научноистраживачке институције које представља Институт за истраживање урбане пољопривреде Кинеске академије пољопривредних наука и високотехнолошка предузећа реализовале су индустрију оплемењивања садница у фабрикама биљака. То може да обезбеди садницама ефикасну индустријску производну линију од семена до ницања. Међу њима, фабрика биљака у Шансију, изграђена и пуштена у рад 2019. године, простире се на површини од 3.500 м² и може да узгаја 800.000 садница паприке или 550.000 садница парадајза у циклусу од 30 дана. Још једна фабрика за оплемењивање садница, изграђена је на површини од 2.300 м² и може да произведе 8-10 милиона садница годишње. Мобилна фабрика за лечење калемљених садница, коју је независно развио Институт за урбану пољопривреду Кинеске академије пољопривредних наука, може да обезбеди платформу за лечење и припитомљавање калемљених садница на монтажној траци. Један радни простор може да обради више од 10.000 калемљених садница истовремено. У будућности се очекује да ће се разноврсност сорти за узгој садница у фабрикама биљака додатно проширити, а ниво аутоматизације и интелигенције ће се наставити побољшавати.

Мобилна биљка за лечење калемљених садница коју је развио Институт за урбану пољопривреду, Кинеске академије пољопривредних наука

Изгледи

Као нови носилац фабричког узгоја садница, фабрике биљака имају огромне предности и потенцијал за комерцијализацију у поређењу са традиционалним методама узгоја садница у смислу прецизне контроле животне средине, ефикасног коришћења ресурса и стандардизованих операција. Смањењем потрошње ресурса као што су семе, вода, ђубриво, енергија и радна снага у узгоју садница, и побољшањем приноса и квалитета садница по јединици површине, трошкови узгоја садница у фабрикама биљака биће додатно смањени, а производи ће бити конкурентнији на тржишту. У Кини постоји огромна потражња за садницама. Поред производње традиционалних усева као што је поврће, очекује се да ће се у фабрикама биљака узгајати саднице са високом додатом вредношћу, као што су цвеће, кинески биљни лекови и ретко дрвеће, а економске користи ће бити додатно побољшане. Истовремено, индустријска платформа за узгој садница мора узети у обзир компатибилност и флексибилност различитих узгоја садница како би задовољила потребе тржишта узгоја садница у различитим сезонама.

Биолошка теорија окружења за узгој садница је срж прецизне контроле окружења у фабрици биљака. Детаљна истраживања о регулацији облика биљке садница и фотосинтезе и других физиолошких активности факторима околине као што су светлост, температура, влажност и CO2 помоћи ће у успостављању модела интеракције садница-окружење, што може смањити потрошњу енергије у производњи садница и побољшати квалитет и производњу садница. Квалитет пружа теоријску основу. На овој основи, може се развити технологија и опрема за контролу са светлошћу као језгром и заједно са другим факторима околине, и прилагодити производњу садница са посебним типовима биљака, високом униформношћу и високим квалитетом како би се задовољили захтеви узгоја високе густине и механизованог рада у фабрикама биљака. На крају крајева, то пружа техничку основу за изградњу дигиталног система за производњу садница и реализује стандардизовано, беспилотно и дигитално узгој садница у фабрикама биљака.

Аутор: Ксу Иалианг, Лиу Ксиниинг, итд. 

Информације о цитирању:

Сју Јалијанг, Лиу Синјинг, Јанг Ћичанг. Кључна техничка опрема и индустријализација узгоја садница у фабрикама биљака [J]. Пољопривредна инжењерска технологија, 2021,42(4):12-15.