Анотація

Наразі завод з вирощування рослин успішно реалізував селекцію розсади овочів, таких як огірки, помідори, перець, баклажани та дині, забезпечуючи фермерів високоякісною розсадою партіями, а виробничі показники після посадки покращилися. Заводи з вирощування рослин стали важливим засобом постачання розсади для овочевої промисловості та відіграють дедалі важливішу роль у просуванні структурної реформи пропозиції овочевої промисловості, забезпечуючи постачання міських овочів та виробництво зелених овочів.

Проектування системи розведення розсади рослинничої фабрики та ключового технічного обладнання

Як найефективніша на даний момент система сільськогосподарського виробництва, система розведення розсади рослин поєднує комплексні технічні засоби, включаючи штучне освітлення, подачу поживних розчинів, тривимірний контроль навколишнього середовища, автоматизовані допоміжні операції, інтелектуальне управління виробництвом тощо, а також інтегрує біотехнології, інформаційні технології та штучний інтелект. Інтелектуальні та інші високотехнологічні досягнення сприяють постійному розвитку галузі. 

Система штучного джерела світла зі світлодіодами

Створення штучного освітленого середовища є однією з основних технологій системи розведення розсади на рослинних фабриках, а також основним джерелом споживання енергії для виробництва розсади. Освітлене середовище рослинних фабрик має високу гнучкість, і його можна регулювати за кількома параметрами, такими як якість світла, інтенсивність світла та фотоперіод, і водночас різні світлові фактори можна оптимізувати та комбінувати в часовій послідовності для формування світлової формули для вирощування розсади, забезпечуючи відповідне світлове середовище для штучного вирощування розсади. Тому, виходячи з характеристик потреби в світлі та виробничих цілей різних видів росту розсади, шляхом оптимізації параметрів світлової формули та стратегії світлопостачання, було розроблено спеціальне енергозберігаюче світлодіодне джерело світла, яке може значно покращити ефективність перетворення світлової енергії розсади, сприяти накопиченню біомаси розсади та покращити якість виробництва розсади, одночасно знижуючи споживання енергії та виробничі витрати. Крім того, регулювання світлового середовища також є важливим технічним засобом у процесі одомашнення розсади та загоєння щеплених розсади.

Знімна багатошарова вертикальна система розсади

Вирощування розсади на заводі з вирощування рослин здійснюється за допомогою багатошарової тривимірної полиці. Завдяки модульній системі можна швидко зібрати систему вирощування розсади. Відстань між полицями можна гнучко регулювати відповідно до потреб у просторі для вирощування різних сортів розсади, що значно покращує коефіцієнт використання простору. Крім того, окрема конструкція системи насіннєвого ложа, системи освітлення та системи зрошення водою та добривами дозволяє насіннєвому ложу виконувати як транспортну функцію, що зручно для переміщення до різних цехів, таких як посів, пророщування та одомашнення, так і зменшує трудомісткість обробки лотків для розсади.

Знімна багатошарова вертикальна система розсади 

Для зрошення водою та добривами переважно використовуються припливно-відпливні, розпилювальні та інші методи, що забезпечують точний контроль часу та частоти подачі поживного розчину для досягнення рівномірного постачання та ефективного використання води та мінеральних поживних речовин. У поєднанні зі спеціальною формулою поживного розчину для розсади це може задовольнити потреби розсади в рості та розвитку, а також забезпечити швидкий та здоровий ріст розсади. Крім того, завдяки онлайн-системі виявлення іонів поживних речовин та системі стерилізації поживного розчину, поживні речовини можна вчасно поповнювати, уникаючи накопичення мікроорганізмів та вторинних метаболітів, які впливають на нормальний ріст розсади. 

Система екологічного контролю

Точний та ефективний контроль навколишнього середовища є однією з головних особливостей системи розмноження розсади рослинної фабрики. Зовнішня конструкція обслуговування рослинної фабрики зазвичай збирається з непрозорих та високоізоляційних матеріалів. На цій основі регулювання світла, температури, вологості, швидкості вітру та CO2 майже не залежить від зовнішнього середовища. Завдяки побудові CFD-моделі для оптимізації розташування повітропроводу в поєднанні з методом контролю мікросередовища можна досягти рівномірного розподілу факторів навколишнього середовища, таких як температура, вологість, швидкість вітру та CO2, у просторі високощільного вирощування. Інтелектуальне регулювання середовища реалізується за допомогою розподілених датчиків та контактного керування, а регулювання всього середовища вирощування в режимі реального часу здійснюється через з'єднання між блоком моніторингу та системою керування. Крім того, використання джерел світла з водяним охолодженням та циркуляції води в поєднанні з впровадженням зовнішніх джерел холоду може досягти енергозберігаючого охолодження та зменшити споживання енергії кондиціонуванням повітря.

Автоматичне допоміжне робоче обладнання

Процес селекції розсади на заводі рослин є суворим, щільність роботи висока, простір компактний, а автоматичне допоміжне обладнання є незамінним. Використання автоматизованого допоміжного обладнання не тільки сприяє зменшенню трудомісткості, але й допомагає підвищити ефективність використання площі для вирощування. Розроблене на сьогодні автоматизоване обладнання включає машину для засипання ґрунту, сівалку, щеплення, логістичний транспортний візок AGV тощо. Під контролем допоміжної інтелектуальної платформи управління можна практично безпілотно виконувати весь процес селекції розсади. Крім того, технологія машинного зору також відіграє дедалі важливішу роль у процесі селекції розсади. Вона не тільки допомагає контролювати стан росту розсади, допомагає в управлінні комерційною розсадою, але й виконує автоматичний скринінг слабких та мертвих розсади. Роботизована рука видаляє та заповнює розсаду.

Переваги розведення рослин заводською розсадою

Високий рівень екологічного контролю дозволяє щорічне виробництво

Через особливості розведення розсади, контроль середовища її вирощування є дуже важливим. В умовах рослинництва такі фактори навколишнього середовища, як світло, температура, вода, повітря, добрива та CO2, суворо контролюються, що може забезпечити найкраще середовище для росту розсади, незалежно від пори року та регіону. Крім того, в процесі розведення щеплених розсад та живців процес загоєння ран щеплення та диференціації коренів вимагає суворішого контролю навколишнього середовища, і рослинні заводи також є чудовими носіями. Гнучкість умов навколишнього середовища самого рослинництва є високою, тому це має велике значення для виробництва розсади овочів у нерозмножувальні сезони або в екстремальних умовах, і може забезпечити підтримку розсади для забезпечення постійного постачання овочів. Крім того, розведення розсади рослинними заводами не обмежене простором і може здійснюватися на місці в передмістях міст та громадських місцях. Специфікації є гнучкими та змінними, що дозволяє масове виробництво та близьке постачання високоякісної розсади, забезпечуючи важливу підтримку розвитку міського садівництва. 

Скоротити цикл розмноження та покращити якість розсади

В умовах заводського вирощування, завдяки точному контролю різних факторів навколишнього середовища росту, цикл розсади скорочується на 30-50% порівняно з традиційними методами. Скорочення циклу розсади може збільшити виробничу партію розсади, збільшити дохід виробника та зменшити операційні ризики, спричинені коливаннями ринку. Для виробників це сприяє ранній пересадці та посадці, ранньому виходу на ринок та підвищенню конкурентоспроможності на ринку. З іншого боку, розсада, вирощена на заводському вирощуванні, є акуратною та міцною, морфологічні та якісні показники значно покращуються, а виробничі показники після колонізації кращі. Дослідження показали, що розсада томатів, перцю та огірків, вирощена в умовах заводського вирощування, не тільки покращує площу листя, висоту рослин, діаметр стебла, силу коренів та інші показники, але й покращує адаптивність, стійкість до хвороб, диференціацію квіткових бруньок після колонізації. А виробництво та інші аспекти мають очевидні переваги. Кількість жіночих квіток на рослину збільшилася на 33,8%, а кількість плодів на рослину збільшилася на 37,3% після посадки розсади огірка, вирощеної на заводському вирощуванні. З постійним поглибленням теоретичних досліджень біології середовища розвитку розсади, рослинні фабрики будуть більш точними та контрольованими у формуванні морфології розсади та покращенні фізіологічної активності.

 Порівняння стану щеплених саджанців у теплицях та рослинних фабриках

Ефективне використання ресурсів для зниження витрат на розсаду

На заводі з вирощування розсади використовуються стандартизовані, інформатизовані та індустріалізовані методи посадки, завдяки чому кожна ланка виробництва розсади суворо контролюється, а ефективність використання ресурсів значно покращується. Насіння є основною статтею витрат у розведенні розсади. Через нерегулярну роботу та поганий контроль навколишнього середовища при традиційній розсаді виникають такі проблеми, як непроростання або слабкий ріст насіння, що призводить до величезних втрат у процесі виробництва від насіння до комерційної розсади. В умовах заводу з вирощування розсади завдяки попередній обробці насіння, дрібному посіву та точному контролю середовища вирощування ефективність використання насіння значно покращується, а дозування можна зменшити більш ніж на 30%. Вода, добрива та інші ресурси також є основною статтею витрат при традиційному вирощуванні розсади, і явище марнування ресурсів є серйозним. В умовах заводів з вирощування розсади завдяки застосуванню технології точного зрошення ефективність використання води та добрив може бути збільшена більш ніж на 70%. Крім того, завдяки компактності конструкції самого заводу та рівномірності контролю навколишнього середовища, ефективність використання енергії та CO2 у процесі розмноження розсади також значно покращується.

Порівняно з традиційним вирощуванням розсади у відкритому ґрунті та теплицях, найбільшою особливістю розведення розсади на заводах з вирощування рослин є те, що його можна проводити багатошаровим тривимірним способом. На заводі з вирощування розсади можна розширити з площини у вертикальний простір, що значно підвищує ефективність вирощування розсади на одиницю землі та значно покращує ефективність використання простору. Наприклад, стандартний модуль для розведення розсади, розроблений біологічною компанією, за умови покриття площі 4,68 кв. м може виростити понад 10 000 розсади за одну партію, що може бути використано для потреб виробництва овочів 3,3 кв. м (2201,1 кв. м). За умови високощільного багатошарового тривимірного розведення, підтримка автоматичного допоміжного обладнання та інтелектуальна логістично-транспортна система можуть значно підвищити ефективність використання робочої сили та заощадити робочу силу більш ніж на 50%.

Виведення розсади з високою стійкістю для сприяння зеленому виробництву

Чисте виробниче середовище на заводі з вирощування рослин може значно зменшити появу шкідників та хвороб у просторі для розмноження. Водночас, завдяки оптимізованій конфігурації середовища вирощування, вирощені саджанці матимуть вищу стійкість, що може значно зменшити використання пестицидів під час розмноження та посадки розсади. Крім того, для вирощування спеціальних саджанців, таких як щеплені саджанці та живці, на заводі з вирощування рослин можна використовувати такі заходи екологічного контролю, як світло, температура, вода та добрива, щоб замінити масове використання гормонів у традиційних операціях, забезпечити безпеку харчових продуктів, зменшити забруднення навколишнього середовища та досягти сталого виробництва зелених саджанців.

Аналіз собівартості виробництва 

Шляхи збільшення економічної вигоди від вирощування розсади на заводах з вирощування рослин переважно включають два аспекти. З одного боку, оптимізація структурної схеми, стандартизація експлуатації та використання інтелектуального обладнання та обладнання можуть зменшити споживання насіння, електроенергії та робочої сили в процесі вирощування розсади, а також покращити споживання води, добрив, тепла та енергії. Ефективність використання газу та CO2 знижує вартість вирощування розсади; з іншого боку, завдяки точному контролю навколишнього середовища та оптимізації технологічного процесу, час вирощування розсади скорочується, а річна партія вирощування та вихід розсади з одиниці площі збільшуються, що робить її більш конкурентоспроможною на ринку. 

З розвитком технологій вирощування розсади на рослинних фабриках та постійним поглибленням досліджень екологічної біології щодо вирощування розсади, вартість вирощування розсади на рослинних фабриках практично така ж, як і у традиційному вирощуванні в теплицях, а якість та ринкова вартість розсади вищі. Візьмемо, наприклад, розсаду огірків, то виробничі матеріали становлять значну частку, близько 37% від загальної вартості, включаючи насіння, поживний розчин, піддони для рослин, субстрати тощо. Споживання електроенергії становить близько 24% від загальної вартості, включаючи освітлення рослин, кондиціонування повітря та насос для поживного розчину тощо, що є основним напрямком майбутньої оптимізації. Крім того, низька частка робочої сили є особливістю виробництва на рослинних фабриках. З постійним підвищенням ступеня автоматизації вартість робочої сили ще більше знизиться. У майбутньому економічні вигоди від вирощування розсади на рослинних фабриках можна буде ще більше покращити завдяки розвитку сільськогосподарських культур з високою доданою вартістю та розвитку промислової технології вирощування розсади цінних лісових дерев.

Склад вартості розсади огірків /%

Стан індустріалізації

В останні роки науково-дослідні установи, представлені Науково-дослідним інститутом міського сільського господарства Китайської академії сільськогосподарських наук, та високотехнологічні підприємства реалізували галузь селекції розсади на заводах з виробництва рослин. Це може забезпечити розсаду ефективною промисловою виробничою лінією від насіння до сходів. Серед них завод з виробництва рослин у Шаньсі, побудований та введений в експлуатацію у 2019 році, займає площу 3500 кв. футів і може виростити 800 000 розсади перцю або 550 000 розсади помідорів протягом 30-денного циклу. Інший завод з селекції розсади, побудований, займає площу 2300 кв. футів і може виробляти 8-10 мільйонів розсади на рік. Мобільний завод з вирощування щеплених розсад, незалежно розроблений Інститутом міського сільського господарства Китайської академії сільськогосподарських наук, може забезпечити конвеєрну платформу для вирощування щеплених розсади. Один робочий простір може обробляти понад 10 000 щеплених розсад одночасно. У майбутньому очікується подальше розширення різноманітності сортів розсади на заводах з вирощування рослин, а рівень автоматизації та інтелекту продовжуватиме покращуватися.

Мобільна установка для лікування щеплених саджанців, розроблена Інститутом міського сільського господарства Китайської академії сільськогосподарських наук

Перспективи

Як новий носій заводського вирощування розсади, рослинні фабрики мають величезні переваги та потенціал комерціалізації порівняно з традиційними методами вирощування розсади з точки зору точного контролю навколишнього середовища, ефективного використання ресурсів та стандартизованих операцій. Завдяки зменшенню споживання ресурсів, таких як насіння, вода, добрива, енергія та робоча сила, у селекції розсади, а також покращенню врожайності та якості розсади на одиницю площі, вартість селекції розсади на рослинних фабриках ще більше знизиться, а продукція стане більш конкурентоспроможною на ринку. У Китаї існує величезний попит на розсаду. Окрім виробництва традиційних культур, таких як овочі, на рослинних фабриках очікується вирощування розсади з високою доданою вартістю, такої як квіти, китайські трав'яні ліки та рідкісні дерева, що призведе до подальшого покращення економічних вигод. Водночас, промислова платформа селекції розсади повинна враховувати сумісність та гнучкість різних селекцій розсади, щоб задовольнити потреби ринку селекції розсади в різні сезони.

Біологічна теорія середовища розведення розсади є основою точного контролю середовища рослинної фабрики. Поглиблені дослідження регуляції форми рослини, фотосинтезу та іншої фізіологічної активності такими факторами навколишнього середовища, як світло, температура, вологість та CO2, допоможуть створити модель взаємодії розсади з середовищем, яка може зменшити споживання енергії для виробництва розсади та покращити якість та виробництво розсади. Якість забезпечує теоретичну основу. На цій основі можна розробити технології та обладнання для управління, використовуючи світло як основу та поєднуючи їх з іншими факторами навколишнього середовища, а також налаштувати виробництво розсади зі спеціальними типами рослин, високою однорідністю та високою якістю, щоб відповідати вимогам високощільного вирощування та механізованої роботи на рослинних фабриках. Зрештою, це забезпечує технічну основу для побудови цифрової системи виробництва розсади та реалізує стандартизоване, безпілотне та цифрове розведення розсади на рослинних фабриках.

Автор: Сюй Ялян, Лю Сіньін та ін. 

Інформація про цитування:

Сюй Ялян, Лю Сіньїн, Ян Цічан. Ключове технічне обладнання та індустріалізація селекції розсади на рослинних фабриках [J]. Сільськогосподарська інженерна технологія, 2021, 42 (4): 12-15.