Abstract

Op dit moment heeft de plantenfabriek met succes de veredeling van groentezaailingen zoals komkommers, tomaten, paprika's, aubergines en meloenen gerealiseerd, waardoor boeren hoogwaardige zaailingen in batches krijgen en de productieprestaties na het planten beter zijn.Plantenfabrieken zijn een belangrijk middel geworden voor de levering van zaailingen voor de groente-industrie en spelen een steeds belangrijkere rol bij het bevorderen van de structurele hervorming van de groente-industrie aan de aanbodzijde, waardoor de levering van stedelijke groenten en de productie van groene groenten wordt gewaarborgd.

Ontwerp van het kweeksysteem voor zaailingen in de fabriek en de belangrijkste technische apparatuur

Als het meest efficiënte landbouwproductiesysteem op dit moment, integreert het kweeksysteem voor zaailingen in de plantenfabriek uitgebreide technische middelen, waaronder kunstmatige verlichting, toevoer van voedingsoplossingen, driedimensionale omgevingscontrole, geautomatiseerde hulpoperaties, intelligent productiebeheer, enz., en integreert biotechnologie, informatie technologie en kunstmatige intelligentie.Intelligente en andere hoogtechnologische prestaties bevorderen de voortdurende ontwikkeling van de industrie. 

Led-kunstlichtbronsysteem

De constructie van een kunstlichtomgeving is een van de kerntechnologieën van het kweeksysteem voor zaailingen in plantfabrieken en het is ook de belangrijkste bron van energieverbruik voor de productie van zaailingen.De lichtomgeving van plantenfabrieken heeft een sterke flexibiliteit en de lichtomgeving kan worden geregeld vanuit meerdere dimensies, zoals lichtkwaliteit, lichtintensiteit en fotoperiode, en tegelijkertijd kunnen verschillende lichtfactoren worden geoptimaliseerd en gecombineerd in tijdvolgorde om een lichte formule voor het kweken van zaailingen, zorgen voor een geschikte lichte omgeving voor het kunstmatig kweken van zaailingen.Daarom is op basis van de lichtvraagkarakteristieken en productiedoelen van verschillende zaailinggroei, door de lichtformuleparameters en lichttoevoerstrategie te optimaliseren, een speciale energiebesparende LED-lichtbron ontwikkeld, die de lichtenergie-omzettingsefficiëntie van zaailingen aanzienlijk kan verbeteren , de accumulatie van zaailingbiomassa bevorderen en de kwaliteit van de zaailingproductie verbeteren, terwijl het energieverbruik en de productiekosten worden verlaagd.Bovendien is regulering van de lichte omgeving ook een belangrijk technisch middel in het proces van domesticatie van zaailingen en genezing van geënte zaailingen.

Afneembaar meerlaags verticaal zaailingsysteem

De zaailingveredeling in de plantenfabriek wordt uitgevoerd met behulp van een meerlaagse driedimensionale plank.Door het modulaire systeemontwerp kan de snelle montage van het zaailingopkweeksysteem worden gerealiseerd.De afstand tussen de planken kan flexibel worden aangepast om te voldoen aan de ruimtevereisten voor het kweken van verschillende soorten zaailingen en om de bezettingsgraad van de ruimte aanzienlijk te verbeteren.Bovendien zorgt het afzonderlijke ontwerp van het zaaibedsysteem, het verlichtingssysteem en het irrigatiesysteem voor water en kunstmest ervoor dat het zaaibed zowel een transportfunctie heeft, wat handig is om naar verschillende werkplaatsen te gaan, zoals zaaien, ontkiemen en domesticeren, en vermindert de arbeid verbruik van zaailing tray handling.

Afneembaar meerlaags verticaal zaailingsysteem 

Water- en kunstmestirrigatie maakt voornamelijk gebruik van het getijdentype, het sproeitype en andere methoden, door nauwkeurige regeling van de tijd en frequentie van de toevoer van voedingsoplossingen, om een ​​uniforme toevoer en efficiënt gebruik van water en minerale voedingsstoffen te bereiken.Gecombineerd met de speciale voedingsoplossingsformule voor zaailingen, kan het voldoen aan de groei- en ontwikkelingsbehoeften van zaailingen en zorgen voor een snelle en gezonde groei van zaailingen.Bovendien kunnen voedingsstoffen via het online detectiesysteem voor voedingsionen en het sterilisatiesysteem voor voedingsoplossingen op tijd worden aangevuld, terwijl de ophoping van micro-organismen en secundaire metabolieten die de normale groei van zaailingen beïnvloeden, wordt vermeden. 

Milieucontrolesysteem

Nauwkeurige en efficiënte omgevingscontrole is een van de belangrijkste kenmerken van een plantfabriek-zaailingvermeerderingssysteem.De externe onderhoudsstructuur van een plantenfabriek is over het algemeen samengesteld uit materialen die ondoorzichtig en sterk isolerend zijn.Op deze basis wordt de regeling van licht, temperatuur, vochtigheid, windsnelheid en CO2 bijna niet beïnvloed door de externe omgeving.Door de constructie van het CFD-model om de lay-out van het luchtkanaal te optimaliseren, gecombineerd met de micro-omgevingscontrolemethode, kan de uniforme verdeling van omgevingsfactoren zoals temperatuur, vochtigheid, windsnelheid en CO2 in de kweekruimte met hoge dichtheid worden bereikt.De intelligente omgevingsregeling wordt gerealiseerd door gedistribueerde sensoren en contactbesturing, en de real-time regeling van de gehele teeltomgeving wordt uitgevoerd door de verbinding tussen de bewakingseenheid en het besturingssysteem.Bovendien kan het gebruik van watergekoelde lichtbronnen en watercirculatie, gecombineerd met de introductie van koude bronnen buiten, energiebesparende koeling bereiken en het energieverbruik van airconditioning verminderen.

Automatische hulpbedieningsapparatuur

Het zaailingveredelingsproces van de plantenfabriek is strikt, de bedrijfsdichtheid is hoog, de ruimte is compact en automatische hulpapparatuur is onmisbaar.Het gebruik van geautomatiseerde hulpapparatuur is niet alleen bevorderlijk voor het verminderen van het arbeidsverbruik, maar helpt ook om de efficiëntie van de kweekruimte te verbeteren.De automatiseringsapparatuur die tot nu toe is ontwikkeld, omvat een plug-grondbedekker, zaaimachine, entmachine, AGV-transportwagen voor logistiek, enz. Onder de besturing van het ondersteunende intelligente beheerplatform kan de onbemande werking van het hele proces van het kweken van zaailingen in principe zijn realiseerde.Daarnaast speelt machine vision-technologie ook een steeds belangrijkere rol in het proces van het kweken van zaailingen.Het helpt niet alleen om de groeistatus van zaailingen te bewaken, helpt bij het beheer van commerciële zaailingen, maar voert ook automatische screening uit op zwakke zaailingen en dode zaailingen.De robothand verwijdert en vult de zaailingen.

Voordelen van het kweken van zaailingen in de fabriek

Een hoog niveau van milieubeheersing maakt een jaarlijkse productie mogelijk

Vanwege de bijzonderheid van het kweken van zaailingen, is de beheersing van de kweekomgeving erg belangrijk.Onder de fabrieksomstandigheden van de fabriek worden omgevingsfactoren zoals licht, temperatuur, water, lucht, kunstmest en CO2 sterk gecontroleerd, wat de beste groeiomgeving kan bieden voor het kweken van zaailingen, ongeacht seizoenen en regio's.Bovendien vereist het proces van enting van wondgenezing en worteldifferentiatie tijdens het kweekproces van geënte zaailingen en snijzaailingen een hogere omgevingscontrole, en plantenfabrieken zijn ook uitstekende dragers.De flexibiliteit van de omgevingsomstandigheden van de plantenfabriek zelf is sterk, dus het is van groot belang voor de productie van groentezaailingen in niet-broedseizoenen of in extreme omgevingen, en kan zaailingondersteuning bieden om de eeuwige aanvoer van groenten te verzekeren.Bovendien is de zaailingveredeling van plantenfabrieken niet beperkt door de ruimte en kan ze ter plekke worden uitgevoerd in de buitenwijken van steden en openbare openbare ruimtes.De specificaties zijn flexibel en veranderlijk, waardoor massaproductie en snelle levering van hoogwaardige zaailingen mogelijk is, wat een belangrijke ondersteuning vormt voor de ontwikkeling van de stadstuinbouw. 

Verkort de kweekcyclus en verbeter de kwaliteit van zaailingen

Onder fabrieksmatige omstandigheden wordt, dankzij de nauwkeurige beheersing van verschillende groeiomgevingsfactoren, de kweekcyclus van zaailingen met 30% tot 50% verkort in vergelijking met traditionele methoden.Het verkorten van de kweekcyclus kan de productiepartij zaailingen vergroten, het inkomen van de producent verhogen en de bedrijfsrisico's als gevolg van marktschommelingen verminderen.Voor telers is het bevorderlijk voor vroeg verplanten en planten, een vroege marktintroductie en een verbeterd concurrentievermogen op de markt.Aan de andere kant zijn de zaailingen die in de plantenfabriek worden gekweekt netjes en stevig, zijn de morfologische en kwaliteitsindicatoren aanzienlijk verbeterd en zijn de productieprestaties na kolonisatie beter.Studies hebben aangetoond dat zaailingen van tomaten, paprika's en komkommers die onder fabrieksomstandigheden zijn gekweekt, niet alleen het bladoppervlak, de planthoogte, de stengeldiameter, de wortelkracht en andere indicatoren verbeteren, maar ook het aanpassingsvermogen, de ziekteresistentie en de bloemknopdifferentiatie na kolonisatie verbeteren.En de productie en andere aspecten hebben duidelijke voordelen.Het aantal vrouwelijke bloemen per plant nam toe met 33,8% en het aantal vruchten per plant nam toe met 37,3% na het planten van komkommerzaailingen gekweekt in plantfabrieken.Met de voortdurende verdieping van theoretisch onderzoek naar de biologie van de ontwikkelingsomgeving van zaailingen, zullen plantenfabrieken nauwkeuriger en controleerbaarder zijn bij het vormgeven van de morfologie van zaailingen en het verbeteren van de fysiologische activiteit.

 Vergelijking van de staat van geënte zaailingen in kassen en plantenfabrieken

Efficiënt gebruik van middelen om de kosten voor zaailingen te verlagen

De plantenfabriek maakt gebruik van gestandaardiseerde, geïnformatiseerde en geïndustrialiseerde plantmethoden, zodat elke schakel van de zaailingproductie strikt wordt gecontroleerd en de efficiëntie van het gebruik van hulpbronnen aanzienlijk wordt verbeterd.Zaden zijn de belangrijkste kostenconsumptie bij het kweken van zaailingen.Vanwege de onregelmatige werking en slechte beheersbaarheid van de omgeving van traditionele zaailingen, zijn er problemen zoals niet-ontkieming of zwakke groei van zaden, wat resulteert in enorme verspilling in het proces van zaden tot commerciële zaailingen.In de fabrieksomgeving wordt door zaadvoorbehandeling, fijn zaaien en nauwkeurige controle van de teeltomgeving de benuttingsefficiëntie van zaden aanzienlijk verbeterd en kan de dosering met meer dan 30% worden verlaagd.Water, kunstmest en andere hulpbronnen zijn ook de belangrijkste kostenconsumptie van traditionele zaailingteelt, en het fenomeen van verspilling van hulpbronnen is ernstig.Onder de omstandigheden van plantenfabrieken kan door toepassing van precisie-irrigatietechnologie de efficiëntie van het gebruik van water en kunstmest met meer dan 70% worden verhoogd.Bovendien, als gevolg van de compactheid van de structuur van de plantenfabriek zelf en de uniformiteit van de omgevingscontrole, wordt de efficiëntie van energie- en CO2-gebruik tijdens het vermeerderen van zaailingen ook aanzienlijk verbeterd.

Vergeleken met de traditionele kweek van zaailingen in het open veld en de kweek van zaailingen in kassen, is het grootste kenmerk van het kweken van zaailingen in plantenfabrieken dat het op een meerlagige driedimensionale manier kan worden uitgevoerd.In de plantenfabriek kan het kweken van zaailingen worden uitgebreid van het vliegtuig naar de verticale ruimte, wat de efficiëntie van het kweken van zaailingen per landeenheid aanzienlijk verbetert en de efficiëntie van het ruimtegebruik aanzienlijk verbetert.De standaardmodule voor het kweken van zaailingen, ontwikkeld door een biologisch bedrijf, kan bijvoorbeeld, op voorwaarde dat het een oppervlakte van 4,68 ㎡ beslaat, meer dan 10.000 zaailingen in één batch kweken, wat kan worden gebruikt voor 3,3 Mu (2201,1 ㎡) groenteproductie behoeften.Onder de voorwaarde van meerlagige driedimensionale veredeling met hoge dichtheid, kan het ondersteunen van automatische hulpapparatuur en een intelligent logistiek transportsysteem de efficiëntie van het arbeidsgebruik aanzienlijk verbeteren en arbeid met meer dan 50% besparen.

Veredeling van zaailingen met hoge weerstand om groene productie te ondersteunen

De schone productieomgeving van de plantenfabriek kan het optreden van ziekten en plagen in de kweekruimte sterk verminderen.Tegelijkertijd zullen de geproduceerde zaailingen door de geoptimaliseerde configuratie van de kweekomgeving een hogere weerstand hebben, wat het spuiten van pesticiden tijdens de vermeerdering en het planten van zaailingen aanzienlijk kan verminderen.Daarnaast kunnen voor de opkweek van bijzondere zaailingen zoals geënte zaailingen en stekzaailingen groenbeheermaatregelen zoals licht, temperatuur, water en kunstmest in de plantenfabriek worden gebruikt ter vervanging van het grootschalige gebruik van hormonen in de traditionele bedrijfsvoering om ervoor te zorgen voedselveiligheid, milieuvervuiling verminderen en groene zaailingen bereiken Duurzame productie.

Analyse van de productiekosten 

De manieren voor plantfabrieken om de economische voordelen van zaailingen te vergroten, bestaan ​​voornamelijk uit twee delen.Enerzijds kan het, door het structurele ontwerp, de gestandaardiseerde werking en het gebruik van intelligente faciliteiten en apparatuur te optimaliseren, het verbruik van zaden, elektriciteit en arbeid tijdens het kweken van zaailingen verminderen en het water-, kunstmest-, warmte- en energieverbruik verbeteren .De benuttingsefficiëntie van gas en CO2 verlaagt de kosten van het kweken van zaailingen;aan de andere kant, door nauwkeurige controle van de omgeving en optimalisatie van de processtroom, wordt de kweektijd van zaailingen verkort en worden de jaarlijkse kweekpartij en zaailingopbrengst per ruimte-eenheid verhoogd, wat concurrerender is in de markt. 

Met de ontwikkeling van plantenfabriektechnologie en de voortdurende verdieping van milieubiologisch onderzoek naar de teelt van zaailingen, zijn de kosten van het kweken van zaailingen in plantenfabrieken in principe hetzelfde als die van traditionele glastuinbouw, en zijn de kwaliteit en marktwaarde van zaailingen hoger.Als we bijvoorbeeld zaailingen van komkommers nemen, nemen de productiematerialen een groot deel voor hun rekening, ongeveer 37% van de totale kosten, inclusief zaden, voedingsoplossing, plugtrays, substraten, enz. Het elektriciteitsverbruik is goed voor ongeveer 24% van het totaal kosten, inclusief plantverlichting, airconditioning en energieverbruik van de voedingsoplossingpomp, enz., wat de belangrijkste richting is voor toekomstige optimalisatie.Bovendien is het lage arbeidsaandeel een kenmerk van de fabrieksmatige productie.Met de voortdurende toename van de automatiseringsgraad zullen de kosten van arbeidsconsumptie verder worden verlaagd.In de toekomst kunnen de economische voordelen van het kweken van zaailingen in plantenfabrieken verder worden verbeterd door de ontwikkeling van gewassen met een hoge toegevoegde waarde en de ontwikkeling van geïndustrialiseerde teelttechnologie voor zaailingen van kostbare bosbomen.

Komkommer zaailing kosten samenstelling /%

Industrialisatiestatus

In de afgelopen jaren hebben wetenschappelijke onderzoeksinstellingen, vertegenwoordigd door het Urban Agriculture Research Institute van de Chinese Academie voor Landbouwwetenschappen, en hightechbedrijven de industrie van het kweken van zaailingen in plantenfabrieken gerealiseerd.Het kan zaailingen voorzien van een efficiënte industriële productielijn van zaad tot opkomst.Onder hen bevindt zich een plantenfabriek in Shanxi, gebouwd en in gebruik genomen in 2019, met een oppervlakte van 3.500 vierkante meter en die binnen een cyclus van 30 dagen 800.000 paprikazaailingen of 550.000 tomatenzaailingen kan kweken.Een andere fabriek voor het kweken van zaailingen heeft een oppervlakte van 2300 ㎡ en kan 8-10 miljoen zaailingen per jaar produceren.De mobiele genezende plant voor geënte zaailingen, onafhankelijk ontwikkeld door het Institute of Urban Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, kan een lopende band genezings- en domesticatieplatform bieden voor de teelt van geënte zaailingen.Een enkele werkruimte kan meer dan 10.000 geënte zaailingen tegelijk verwerken.In de toekomst zal naar verwachting de diversiteit aan zaailingenveredelingsvariëteiten in plantfabrieken verder worden uitgebreid en zal het niveau van automatisering en intelligentie blijven verbeteren.

De mobiele genezende plant voor geënte zaailingen, ontwikkeld door het Institute of Urban Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences

Vooruitzichten

Als nieuwe drager van het kweken van zaailingen in de fabriek hebben plantenfabrieken enorme voordelen en commercialiseringspotentieel in vergelijking met traditionele methoden voor het kweken van zaailingen in termen van nauwkeurige omgevingscontrole, efficiënt gebruik van hulpbronnen en gestandaardiseerde operaties.Door het verbruik van hulpbronnen zoals zaden, water, kunstmest, energie en mankracht bij het kweken van zaailingen te verminderen en de opbrengst en kwaliteit van zaailingen per oppervlakte-eenheid te verbeteren, zullen de kosten van het kweken van zaailingen in plantenfabrieken verder worden verlaagd en zullen de producten concurrerender zijn in de markt.Er is een enorme vraag naar zaailingen in China.Naast de productie van traditionele gewassen zoals groenten, wordt verwacht dat zaailingen met een hoge toegevoegde waarde, zoals bloemen, Chinese kruidengeneesmiddelen en zeldzame bomen, in plantenfabrieken zullen worden gekweekt, en de economische voordelen zullen verder worden verbeterd.Tegelijkertijd moet het geïndustrialiseerde platform voor het kweken van zaailingen rekening houden met de compatibiliteit en flexibiliteit van verschillende zaailingen kweken om te voldoen aan de behoeften van de markt voor het kweken van zaailingen in verschillende seizoenen.

De biologische theorie van de kweekomgeving van zaailingen is de kern van nauwkeurige controle van de fabrieksomgeving van planten.Diepgaand onderzoek naar de regulering van de vorm en fotosynthese van zaailingen en andere fysiologische activiteiten door omgevingsfactoren zoals licht, temperatuur, vochtigheid en CO2 zal helpen om een ​​zaailing-omgevingsinteractiemodel op te stellen, dat het energieverbruik van de zaailingproductie kan verminderen en de kwaliteit en productie van zaailingen verbeteren.Kwaliteit biedt een theoretische basis.Op deze basis, besturingstechnologie en apparatuur met licht als kern en gekoppeld aan andere omgevingsfactoren, en de productie van zaailingen aanpassen met speciale plantsoorten, hoge uniformiteit en hoge kwaliteit om te voldoen aan de vereisten van teelt met hoge dichtheid en gemechaniseerde werking in planten fabrieken kunnen worden ontwikkeld.Uiteindelijk levert het een technische basis voor de bouw van een digitaal zaailingenproductiesysteem en realiseert het gestandaardiseerde, onbemande en digitale zaailingenveredeling in plantfabrieken.

Auteur: Xu Yaliang, Liu Xinying, enz. 

Citaatinformatie:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Belangrijkste technische uitrusting en industrialisatie van het kweken van zaailingen in plantenfabrieken [J].Landbouwtechnische technologie, 2021,42(4):12-15.