Sažetak

Trenutno, fabrika biljaka uspješno realizuje uzgoj sadnica povrća kao što su krastavci, paradajz, paprika, patlidžan i dinje, obezbjeđujući poljoprivrednicima visokokvalitetne sadnice u serijama, a proizvodni rezultati nakon sadnje su bolji. Fabrike biljaka postale su važno sredstvo snabdijevanja sadnicama za industriju povrća i igraju sve važniju ulogu u promovisanju strukturne reforme ponude u industriji povrća, osiguravajući snabdijevanje urbanog povrća i proizvodnju zelenog povrća.

Dizajn sistema za uzgoj sadnica u fabrikama biljaka i ključna tehnička oprema

Kao trenutno najefikasniji sistem poljoprivredne proizvodnje, sistem uzgoja sadnica u fabrikama biljaka integriše sveobuhvatna tehnička sredstva, uključujući vještačko osvjetljenje, snabdijevanje rastvorom hranjivih materija, trodimenzionalnu kontrolu okoline, automatizovane pomoćne operacije, inteligentno upravljanje proizvodnjom itd., te integriše biotehnologiju, informacionu tehnologiju i vještačku inteligenciju. Inteligentna i druga visokotehnološka dostignuća promovišu kontinuirani razvoj industrije. 

LED sistem vještačkog izvora svjetlosti

Izgradnja vještačkog svjetlosnog okruženja jedna je od osnovnih tehnologija sistema uzgoja sadnica u fabrikama biljaka, a ujedno je i glavni izvor potrošnje energije za proizvodnju sadnica. Svjetlosno okruženje fabrika biljaka ima veliku fleksibilnost i može se regulisati iz više dimenzija kao što su kvalitet svjetlosti, intenzitet svjetlosti i fotoperiod, a istovremeno se različiti svjetlosni faktori mogu optimizirati i kombinovati u vremenskom nizu kako bi se formirala svjetlosna formula za uzgoj sadnica, osiguravajući odgovarajuće svjetlosno okruženje za vještački uzgoj sadnica. Stoga je, na osnovu karakteristika potražnje za svjetlošću i proizvodnih ciljeva različitih rasta sadnica, optimizacijom parametara svjetlosne formule i strategije opskrbe svjetlošću, razvijen poseban LED izvor svjetlosti koji štedi energiju, a koji može značajno poboljšati efikasnost konverzije svjetlosne energije sadnica, promovirati akumulaciju biomase sadnica i poboljšati kvalitet proizvodnje sadnica, uz smanjenje potrošnje energije i troškova proizvodnje. Osim toga, regulacija svjetlosnog okruženja je također važno tehničko sredstvo u procesu domestikacije sadnica i zacjeljivanja kalemljenih sadnica.

Odvojivi višeslojni vertikalni sistem sadnice

Uzgoj sadnica u biljnoj fabrici vrši se korištenjem višeslojnih trodimenzionalnih polica. Modularnim dizajnom sistema moguće je ostvariti brzu montažu sistema za uzgoj sadnica. Razmak između polica može se fleksibilno podesiti kako bi se zadovoljili prostorni zahtjevi za uzgoj različitih sorti sadnica i značajno poboljšala iskorištenost prostora. Osim toga, odvojeni dizajn sistema sjetvene gredice, sistema osvjetljenja i sistema za navodnjavanje vodom i gnojivom omogućava sjetvenoj gredici da ima i transportnu funkciju, što je pogodno za premještanje u različite radionice kao što su sjetva, klijanje i uzgoj, a smanjuje i utrošak rada pri rukovanju posudama za sadnice.

Odvojivi višeslojni vertikalni sistem sadnice 

Navodnjavanje vodom i gnojivom uglavnom koristi metode plime i oseke, prskanja i druge metode, kroz preciznu kontrolu vremena i učestalosti opskrbe hranjivim rastvorom, kako bi se postigla ujednačena opskrba i efikasno korištenje vode i mineralnih hranjivih tvari. U kombinaciji sa posebnom formulom hranjivog rastvora za sadnice, može zadovoljiti potrebe rasta i razvoja sadnica i osigurati brz i zdrav rast sadnica. Osim toga, putem online sistema za detekciju hranjivih iona i sistema za sterilizaciju hranjivog rastvora, hranjive tvari se mogu pravovremeno nadopuniti, izbjegavajući nakupljanje mikroorganizama i sekundarnih metabolita koji utječu na normalan rast sadnica. 

Sistem za kontrolu okoline

Precizna i efikasna kontrola okoline jedna je od glavnih karakteristika sistema za razmnožavanje sadnica u fabrikama biljaka. Vanjska struktura održavanja fabrike biljaka uglavnom je sastavljena od neprozirnih i visoko izolirajućih materijala. Na osnovu toga, regulacija svjetlosti, temperature, vlažnosti, brzine vjetra i CO2 gotovo da nije pod utjecajem vanjskog okruženja. Izgradnjom CFD modela za optimizaciju rasporeda zračnih kanala, u kombinaciji s metodom kontrole mikrookruženja, može se postići ravnomjerna raspodjela faktora okoline kao što su temperatura, vlažnost, brzina vjetra i CO2 u prostoru visoke gustoće kulture. Inteligentna regulacija okoline ostvaruje se distribuiranim senzorima i kontaktnom kontrolom, a regulacija cijelog okruženja za uzgoj u stvarnom vremenu provodi se putem veze između nadzorne jedinice i kontrolnog sistema. Osim toga, korištenje vodom hlađenih izvora svjetlosti i cirkulacije vode, u kombinaciji s uvođenjem vanjskih izvora hladnoće, može postići energetski učinkovito hlađenje i smanjiti potrošnju energije za klimatizaciju.

Automatska pomoćna oprema za rad

Proces uzgoja sadnica u fabrikama biljaka je strog, gustina rada je visoka, prostor je kompaktan, a automatska pomoćna oprema je neophodna. Upotreba automatizovane pomoćne opreme ne samo da doprinosi smanjenju utroška rada, već i pomaže u poboljšanju efikasnosti prostora za uzgoj. Do sada razvijena oprema za automatizaciju uključuje mašinu za pokrivanje tla, sijačicu, mašinu za kalemljenje, AGV logistička transportna kolica itd. Pod kontrolom prateće inteligentne platforme za upravljanje, u osnovi se može realizovati bespilotno upravljanje cijelim procesom uzgoja sadnica. Pored toga, tehnologija mašinskog vida takođe igra sve važniju ulogu u procesu uzgoja sadnica. Ne samo da pomaže u praćenju statusa rasta sadnica, pomaže u upravljanju komercijalnim sadnicama, već i vrši automatsko skrining slabih i mrtvih sadnica. Robotska ruka uklanja i puni sadnice.

Prednosti uzgoja sadnica u tvornici biljaka

Visok nivo kontrole okoliša omogućava godišnju proizvodnju

Zbog specifičnosti uzgoja sadnica, kontrola okoline u kojoj se uzgajaju je veoma važna. U uslovima fabrike biljaka, faktori okoline poput svjetlosti, temperature, vode, zraka, gnojiva i CO2 su visoko kontrolisani, što može obezbijediti najbolje okruženje za rast uzgoja sadnica, bez obzira na godišnja doba i regione. Pored toga, u procesu uzgoja kalemljenih sadnica i reznica, proces zacjeljivanja rana kalemljenja i diferencijacije korijena zahtijeva veću kontrolu okoline, a fabrike biljaka su također odlični nosači. Fleksibilnost uslova okoline same fabrike biljaka je jaka, tako da je od velikog značaja za proizvodnju sadnica povrća u sezonama bez parenja ili u ekstremnim okruženjima, i može pružiti podršku sadnicama kako bi se osigurala stalna opskrba povrćem. Osim toga, uzgoj sadnica u fabrikama biljaka nije ograničen prostorom i može se provoditi na licu mjesta u predgrađima gradova i javnim prostorima zajednice. Specifikacije su fleksibilne i promjenjive, što omogućava masovnu proizvodnju i blisku opskrbu visokokvalitetnim sadnicama, pružajući važnu podršku razvoju urbanog hortikulture. 

Skratite ciklus uzgoja i poboljšajte kvalitet sadnica

U uslovima fabričkog uzgoja, zahvaljujući preciznoj kontroli različitih faktora rasta okoline, ciklus uzgoja sadnica se skraćuje za 30% do 50% u poređenju sa tradicionalnim metodama. Skraćivanje ciklusa uzgoja može povećati proizvodnu seriju sadnica, povećati prihod proizvođača i smanjiti operativne rizike uzrokovane fluktuacijama na tržištu. Za uzgajivače, to pogoduje ranom presađivanju i sadnji, ranom lansiranju na tržište i poboljšanoj konkurentnosti na tržištu. S druge strane, sadnice uzgojene u fabričkom uzgoju su uredne i čvrste, morfološki i kvalitativni pokazatelji su značajno poboljšani, a proizvodne performanse nakon kolonizacije su bolje. Studije su pokazale da sadnice paradajza, paprike i krastavca uzgojene u uslovima fabričkog uzgoja ne samo da poboljšavaju površinu lišća, visinu biljke, prečnik stabljike, snagu korijena i druge pokazatelje, već i poboljšavaju prilagodljivost, otpornost na bolesti, diferencijaciju cvjetnih pupoljaka nakon kolonizacije. Proizvodnja i drugi aspekti imaju očigledne prednosti. Broj ženskih cvjetova po biljci povećao se za 33,8%, a broj plodova po biljci povećao se za 37,3% nakon sadnje sadnica krastavca uzgojenih u fabričkom uzgoju. Kontinuiranim produbljivanjem teorijskih istraživanja o biologiji razvojnog okruženja sadnica, biljne fabrike će biti preciznije i kontrolisanije u oblikovanju morfologije sadnica i poboljšanju fiziološke aktivnosti.

 Poređenje stanja kalemljenih sadnica u plastenicima i fabrikama biljaka

Efikasno korištenje resursa za smanjenje troškova sadnica

Fabrika biljaka usvaja standardizirane, informatizirane i industrijalizirane metode sadnje, tako da je svaka karika proizvodnje sadnica strogo kontrolirana, a efikasnost korištenja resursa značajno poboljšana. Sjeme je glavni trošak u uzgoju sadnica. Zbog nepravilnog rada i loše kontrole okoliša tradicionalnih sadnica, postoje problemi poput neklijanja ili slabog rasta sjemena, što rezultira ogromnim otpadom u procesu od sjemena do komercijalnih sadnica. U okruženju fabrike biljaka, kroz prethodnu obradu sjemena, finu sjetvu i preciznu kontrolu okruženja za uzgoj, efikasnost korištenja sjemena je znatno poboljšana, a doziranje se može smanjiti za više od 30%. Voda, gnojivo i drugi resursi također su glavni trošak tradicionalnog uzgoja sadnica, a fenomen rasipanja resursa je ozbiljan. U uvjetima fabrika biljaka, primjenom tehnologije preciznog navodnjavanja, efikasnost korištenja vode i gnojiva može se povećati za više od 70%. Osim toga, zbog kompaktnosti strukture same fabrike biljaka i ujednačenosti kontrole okoliša, efikasnost korištenja energije i CO2 u procesu razmnožavanja sadnica je također značajno poboljšana.

U poređenju sa tradicionalnim uzgojem sadnica na otvorenom polju i uzgojem sadnica u plastenicima, najveća karakteristika uzgoja sadnica u fabrikama biljaka je ta što se može provoditi na višeslojni trodimenzionalni način. U fabrici biljaka, uzgoj sadnica se može proširiti iz ravni u vertikalni prostor, što značajno poboljšava efikasnost uzgoja sadnica po jedinici zemljišta i značajno poboljšava efikasnost iskorištenja prostora. Na primjer, standardni modul za uzgoj sadnica koji je razvila jedna biološka kompanija, pod uslovom pokrivanja površine od 4,68 ㎡, može uzgojiti više od 10.000 sadnica u jednoj seriji, što se može koristiti za potrebe proizvodnje povrća od 3,3 Mu (2201,1 ㎡). Pod uslovom višeslojnog trodimenzionalnog uzgoja visoke gustine, podrška automatskoj pomoćnoj opremi i inteligentnom logističkom transportnom sistemu može značajno poboljšati efikasnost korištenja rada i uštedjeti radnu snagu za više od 50%.

Uzgoj sadnica visoke otpornosti za pomoć zelenoj proizvodnji

Čisto proizvodno okruženje fabrike biljaka može značajno smanjiti pojavu štetočina i bolesti u prostoru za uzgoj. Istovremeno, kroz optimiziranu konfiguraciju okruženja za uzgoj, proizvedene sadnice će imati veću otpornost, što može značajno smanjiti prskanje pesticidima tokom razmnožavanja i sadnje sadnica. Osim toga, za uzgoj posebnih sadnica kao što su kalemljene sadnice i sadnice reznica, mjere zelene kontrole poput svjetlosti, temperature, vode i gnojiva u fabrikama biljaka mogu se koristiti kako bi se zamijenila velika upotreba hormona u tradicionalnim operacijama radi osiguranja sigurnosti hrane, smanjenja zagađenja okoliša i postizanja održive proizvodnje zelenih sadnica.

Analiza troškova proizvodnje 

Načini na koje fabrike biljaka mogu povećati ekonomske koristi od sadnica uglavnom uključuju dva dijela. S jedne strane, optimizacijom strukturnog dizajna, standardiziranim radom i korištenjem inteligentnih objekata i opreme, može se smanjiti potrošnja sjemena, električne energije i rada u procesu uzgoja sadnica, te poboljšati potrošnja vode, gnojiva, topline i energije. Efikasnost korištenja plina i CO2 smanjuje troškove uzgoja sadnica; s druge strane, preciznom kontrolom okoline i optimizacijom toka procesa, skraćuje se vrijeme uzgoja sadnica, a povećava se godišnja količina uzgoja i prinos sadnica po jedinici prostora, što je konkurentnije na tržištu. 

Razvojem tehnologije biljnih fabrika i kontinuiranim produbljivanjem istraživanja ekološke biologije o uzgoju sadnica, troškovi uzgoja sadnica u biljnim fabrikama su u osnovi isti kao i kod tradicionalnog uzgoja u staklenicima, a kvalitet i tržišna vrijednost sadnica su veći. Uzimajući sadnice krastavca kao primjer, proizvodni materijali čine veliki udio, oko 37% ukupnih troškova, uključujući sjeme, hranjive rastvore, posude za sadnice, supstrate itd. Potrošnja električne energije čini oko 24% ukupnih troškova, uključujući potrošnju energije za rasvjetu biljaka, klimatizaciju i pumpe za hranjive rastvore itd., što je glavni smjer buduće optimizacije. Osim toga, nizak udio rada je karakteristika proizvodnje u biljnim fabrikama. Kontinuiranim povećanjem stepena automatizacije, troškovi potrošnje rada će se dodatno smanjiti. U budućnosti, ekonomske koristi uzgoja sadnica u biljnim fabrikama mogu se dodatno poboljšati razvojem usjeva visoke dodane vrijednosti i razvojem industrijalizirane tehnologije uzgoja sadnica dragocjenog šumskog drveća.

Sastav troškova sadnice krastavca /%

Status industrijalizacije

Posljednjih godina, naučnoistraživačke institucije, koje predstavlja Istraživački institut za urbanu poljoprivredu Kineske akademije poljoprivrednih nauka, i visokotehnološka preduzeća, realizovale su industriju uzgoja sadnica u fabrikama biljaka. To može obezbijediti sadnicama efikasnu industrijsku proizvodnu liniju od sjemena do nicanja. Među njima, fabrika biljaka u Shanxiju, izgrađena i puštena u rad 2019. godine, pokriva površinu od 3.500 m² i može uzgojiti 800.000 sadnica paprike ili 550.000 sadnica paradajza u ciklusu od 30 dana. Druga fabrika za uzgoj sadnica, izgrađena u Shanxiju, pokriva površinu od 2.300 m² i može proizvesti 8-10 miliona sadnica godišnje. Mobilni pogon za liječenje kalemljenih sadnica, koji je nezavisno razvio Institut za urbanu poljoprivredu Kineske akademije poljoprivrednih nauka, može obezbijediti platformu za uzgoj kalemljenih sadnica na montažnoj traci. Jedan radni prostor može istovremeno obraditi više od 10.000 kalemljenih sadnica. U budućnosti se očekuje daljnje proširenje raznolikosti sorti za uzgoj sadnica u fabrikama biljaka, a nivo automatizacije i inteligencije će se nastaviti poboljšavati.

Mobilna biljna postrojenja za kalemljene sadnice razvijena od strane Instituta za urbanu poljoprivredu Kineske akademije poljoprivrednih nauka

Izgledi

Kao novi nosilac fabričkog uzgoja sadnica, fabrike biljaka imaju ogromne prednosti i potencijal za komercijalizaciju u poređenju sa tradicionalnim metodama uzgoja sadnica u smislu precizne kontrole okoline, efikasnog korištenja resursa i standardizovanih operacija. Smanjenjem potrošnje resursa kao što su sjeme, voda, gnojivo, energija i radna snaga u uzgoju sadnica, te poboljšanjem prinosa i kvaliteta sadnica po jedinici površine, troškovi uzgoja sadnica u fabrikama biljaka će se dodatno smanjiti, a proizvodi će biti konkurentniji na tržištu. U Kini postoji ogromna potražnja za sadnicama. Pored proizvodnje tradicionalnih usjeva kao što je povrće, očekuje se da će se u fabrikama biljaka uzgajati sadnice visoke dodane vrijednosti kao što su cvijeće, kineski biljni lijekovi i rijetka drveća, a ekonomske koristi će se dodatno poboljšati. Istovremeno, industrijalizirana platforma za uzgoj sadnica mora uzeti u obzir kompatibilnost i fleksibilnost različitih uzgoja sadnica kako bi se zadovoljile potrebe tržišta uzgoja sadnica u različitim godišnjim dobima.

Biološka teorija okruženja za uzgoj sadnica je srž precizne kontrole okruženja fabrike biljaka. Dubinsko istraživanje regulacije oblika biljke, fotosinteze i drugih fizioloških aktivnosti faktorima okoline kao što su svjetlost, temperatura, vlažnost i CO2 pomoći će u uspostavljanju modela interakcije sadnica i okoline, što može smanjiti potrošnju energije u proizvodnji sadnica i poboljšati kvalitet i proizvodnju sadnica. Kvalitet pruža teorijsku osnovu. Na toj osnovi, može se razviti tehnologija i oprema za kontrolu sa svjetlošću kao jezgrom, a u kombinaciji s drugim faktorima okoline, te prilagoditi proizvodnju sadnica sa posebnim vrstama biljaka, visokom ujednačenošću i visokim kvalitetom kako bi se zadovoljili zahtjevi uzgoja visoke gustoće i mehaniziranog rada u fabrikama biljaka. U konačnici, to pruža tehničku osnovu za izgradnju digitalnog sistema za proizvodnju sadnica i realizuje standardizovani, bespilotni i digitalni uzgoj sadnica u fabrikama biljaka.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying, itd. 

Informacije o citiranju:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Ključna tehnička oprema i industrijalizacija uzgoja sadnica u biljnim fabrikama [J]. Poljoprivredna inženjerska tehnologija, 2021,42(4):12-15.