Abstrak

Pada masa ini, kilang tumbuhan telah berjaya merealisasikan pembiakan anak benih sayur-sayuran seperti timun, tomato, lada, terung, dan tembikai, menyediakan petani dengan anak benih berkualiti tinggi dalam kelompok, dan prestasi pengeluaran selepas penanaman adalah lebih baik. Kilang tumbuhan telah menjadi cara penting untuk membekalkan anak benih untuk industri sayur-sayuran, dan memainkan peranan yang semakin penting dalam menggalakkan pembaharuan struktur bekalan industri sayur-sayuran, memastikan bekalan sayur-sayuran bandar dan pengeluaran sayur-sayuran hijau.

Reka bentuk sistem pembiakan anak benih kilang tumbuhan dan peralatan teknikal utama

Sebagai sistem pengeluaran pertanian yang paling cekap pada masa ini, sistem pembiakan anak benih kilang tumbuhan mengintegrasikan cara teknikal yang komprehensif termasuk pencahayaan buatan, bekalan larutan nutrien, kawalan persekitaran tiga dimensi, operasi tambahan automatik, pengurusan pengeluaran pintar, dan sebagainya, dan mengintegrasikan bioteknologi, teknologi maklumat dan kecerdasan buatan. Pencapaian pintar dan berteknologi tinggi yang lain menggalakkan pembangunan berterusan industri. 

Sistem sumber cahaya buatan LED

Pembinaan persekitaran cahaya buatan merupakan salah satu teknologi teras sistem pembiakan anak benih di kilang tumbuhan, dan ia juga merupakan sumber utama penggunaan tenaga untuk pengeluaran anak benih. Persekitaran cahaya kilang tumbuhan mempunyai fleksibiliti yang tinggi, dan persekitaran cahaya boleh dikawal selia daripada pelbagai dimensi seperti kualiti cahaya, keamatan cahaya dan fotokala, dan pada masa yang sama, faktor cahaya yang berbeza boleh dioptimumkan dan digabungkan dalam jujukan masa untuk membentuk formula cahaya untuk penanaman anak benih, memastikan persekitaran cahaya yang sesuai untuk penanaman anak benih buatan. Oleh itu, berdasarkan ciri permintaan cahaya dan matlamat pengeluaran pertumbuhan anak benih yang berbeza, dengan mengoptimumkan parameter formula cahaya dan strategi bekalan cahaya, sumber cahaya LED penjimatan tenaga khas telah dibangunkan, yang boleh meningkatkan kecekapan penukaran tenaga cahaya anak benih dengan ketara, menggalakkan pengumpulan biojisim anak benih, dan meningkatkan kualiti pengeluaran anak benih, sambil mengurangkan penggunaan tenaga dan kos pengeluaran. Di samping itu, pengawalaturan persekitaran cahaya juga merupakan cara teknikal yang penting dalam proses penjinakan anak benih dan penyembuhan anak benih yang dicantumkan.

Sistem anak benih menegak berbilang lapisan yang boleh ditanggalkan

Pembiakan anak benih di kilang dijalankan dengan menggunakan rak tiga dimensi berbilang lapisan. Melalui reka bentuk sistem modular, pemasangan pantas sistem pemeliharaan anak benih dapat direalisasikan. Jarak antara rak boleh dilaraskan secara fleksibel untuk memenuhi keperluan ruang bagi pembiakan pelbagai jenis anak benih dan meningkatkan kadar penggunaan ruang dengan ketara. Di samping itu, reka bentuk berasingan sistem batas benih, sistem pencahayaan, dan sistem pengairan air dan baja membolehkan batas benih mempunyai fungsi pengangkutan, yang mudah untuk dipindahkan ke bengkel yang berbeza seperti menyemai, percambahan dan penjinakan, dan mengurangkan penggunaan tenaga kerja pengendalian dulang anak benih.

Sistem anak benih menegak berbilang lapisan yang boleh ditanggalkan 

Pengairan air dan baja terutamanya menggunakan kaedah pasang surut, semburan dan kaedah lain, melalui kawalan masa dan kekerapan bekalan larutan nutrien yang tepat, untuk mencapai bekalan air dan nutrien mineral yang seragam dan penggunaan nutrien mineral yang cekap. Digabungkan dengan formula larutan nutrien khas untuk anak benih, ia dapat memenuhi keperluan pertumbuhan dan perkembangan anak benih dan memastikan pertumbuhan anak benih yang cepat dan sihat. Di samping itu, melalui sistem pengesanan ion nutrien dalam talian dan sistem pensterilan larutan nutrien, nutrien dapat diisi semula tepat pada masanya, sambil mengelakkan pengumpulan mikroorganisma dan metabolit sekunder yang mempengaruhi pertumbuhan normal anak benih. 

Sistem Kawalan Alam Sekitar

Kawalan persekitaran yang tepat dan cekap merupakan salah satu ciri utama sistem pembiakan anak benih kilang tumbuhan. Struktur penyelenggaraan luaran kilang tumbuhan biasanya dipasang daripada bahan yang legap dan sangat penebat. Atas dasar ini, pengawalaturan cahaya, suhu, kelembapan, kelajuan angin dan CO2 hampir tidak terjejas oleh persekitaran luaran. Melalui pembinaan model CFD untuk mengoptimumkan susun atur saluran udara, digabungkan dengan kaedah kawalan mikro-persekitaran, pengagihan seragam faktor persekitaran seperti suhu, kelembapan, kelajuan angin dan CO2 dalam ruang kultur berketumpatan tinggi dapat dicapai. Pengawalan persekitaran pintar direalisasikan oleh sensor teragih dan kawalan sentuh, dan pengawalaturan masa nyata keseluruhan persekitaran penanaman dijalankan melalui sambungan antara unit pemantauan dan sistem kawalan. Di samping itu, penggunaan sumber cahaya yang disejukkan dengan air dan peredaran air, digabungkan dengan pengenalan sumber sejuk luar, dapat mencapai penyejukan penjimatan tenaga dan mengurangkan penggunaan tenaga penghawa dingin.

Peralatan operasi tambahan automatik

Proses operasi pembiakan anak benih kilang tumbuhan adalah ketat, kepadatan operasi tinggi, ruang padat, dan peralatan tambahan automatik sangat diperlukan. Penggunaan peralatan tambahan automatik bukan sahaja kondusif untuk mengurangkan penggunaan tenaga kerja, tetapi juga membantu meningkatkan kecekapan ruang penanaman. Peralatan automasi yang telah dibangunkan setakat ini termasuk mesin penutup tanah palam, mesin penyemai benih, mesin cantuman, troli pengangkut logistik AGV, dan sebagainya. Di bawah kawalan platform pengurusan pintar sokongan, operasi tanpa pemandu bagi keseluruhan proses pembiakan anak benih pada asasnya boleh direalisasikan. Di samping itu, teknologi penglihatan mesin juga memainkan peranan yang semakin penting dalam proses pembiakan anak benih. Ia bukan sahaja membantu memantau status pertumbuhan anak benih, membantu dalam pengurusan anak benih komersial, tetapi juga melakukan pemeriksaan automatik anak benih yang lemah dan anak benih yang mati. Tangan robot mengeluarkan dan mengisi anak benih.

Kelebihan pembiakan anak benih kilang tumbuhan

Tahap kawalan alam sekitar yang tinggi membolehkan pengeluaran tahunan

Disebabkan oleh keistimewaan pembiakan anak benih, kawalan persekitaran penanamannya adalah sangat penting. Di bawah keadaan kilang tumbuhan, faktor persekitaran seperti cahaya, suhu, air, udara, baja dan CO2 dikawal dengan sangat baik, yang boleh menyediakan persekitaran pertumbuhan terbaik untuk pembiakan anak benih, tanpa mengira musim dan kawasan. Di samping itu, dalam proses pembiakan anak benih cantuman dan anak benih keratan, proses penyembuhan luka cantuman dan pembezaan akar memerlukan kawalan persekitaran yang lebih tinggi, dan kilang tumbuhan juga merupakan pembawa yang sangat baik. Fleksibiliti keadaan persekitaran kilang tumbuhan itu sendiri adalah kuat, jadi ia sangat penting untuk pengeluaran anak benih sayur-sayuran pada musim bukan pembiakan atau dalam persekitaran yang ekstrem, dan boleh menyediakan sokongan anak benih untuk memastikan bekalan sayur-sayuran yang berterusan. Di samping itu, pembiakan anak benih kilang tumbuhan tidak terhad oleh ruang, dan boleh dijalankan di tempat di pinggir bandar dan ruang awam komuniti. Spesifikasinya fleksibel dan boleh berubah, membolehkan pengeluaran besar-besaran dan bekalan anak benih berkualiti tinggi yang mencukupi, memberikan sokongan penting untuk pembangunan hortikultur bandar. 

Memendekkan kitaran pembiakan dan meningkatkan kualiti anak benih

Di bawah keadaan kilang tumbuhan, hasil daripada kawalan tepat terhadap pelbagai faktor persekitaran pertumbuhan, kitaran pembiakan anak benih dipendekkan sebanyak 30% hingga 50% berbanding kaedah tradisional. Memendekkan kitaran pembiakan dapat meningkatkan kumpulan pengeluaran anak benih, meningkatkan pendapatan pengeluar, dan mengurangkan risiko operasi yang disebabkan oleh turun naik pasaran. Bagi penanam, ia kondusif untuk pemindahan dan penanaman awal, pelancaran pasaran awal, dan peningkatan daya saing pasaran. Sebaliknya, anak benih yang dibiakkan di kilang tumbuhan adalah kemas dan tegap, penunjuk morfologi dan kualiti bertambah baik dengan ketara, dan prestasi pengeluaran selepas penjajahan adalah lebih baik. Kajian telah menunjukkan bahawa anak benih tomato, lada dan timun yang dibiakkan di bawah keadaan kilang tumbuhan bukan sahaja meningkatkan luas daun, ketinggian tumbuhan, diameter batang, kekuatan akar dan penunjuk lain, tetapi juga meningkatkan kebolehsuaian, rintangan penyakit, pembezaan tunas bunga selepas penjajahan. Dan pengeluaran dan aspek lain mempunyai kelebihan yang jelas. Bilangan bunga betina setiap tumbuhan meningkat sebanyak 33.8% dan bilangan buah setiap tumbuhan meningkat sebanyak 37.3% selepas penanaman anak benih timun yang dibiakkan di kilang tumbuhan. Dengan pendalaman berterusan penyelidikan teori mengenai biologi persekitaran perkembangan anak benih, kilang tumbuhan akan menjadi lebih tepat dan terkawal dalam membentuk morfologi anak benih dan meningkatkan aktiviti fisiologi.

 Perbandingan keadaan anak benih yang dicantumkan di rumah hijau dan kilang tanaman

Penggunaan sumber yang cekap untuk mengurangkan kos anak benih

Kilang kilang ini menggunakan kaedah penanaman yang piawai, bermaklumat dan berindustri, supaya setiap rantaian pengeluaran anak benih dikawal ketat, dan kecekapan penggunaan sumber dipertingkatkan dengan ketara. Benih merupakan penggunaan kos utama dalam pembiakan anak benih. Disebabkan oleh operasi yang tidak teratur dan kawalan persekitaran yang lemah bagi anak benih tradisional, terdapat masalah seperti ketidakbercambahan atau pertumbuhan benih yang lemah, mengakibatkan pembaziran yang besar dalam proses daripada benih kepada anak benih komersial. Dalam persekitaran kilang kilang, melalui prarawatan benih, penyemaian halus dan kawalan persekitaran penanaman yang tepat, kecekapan penggunaan benih dipertingkatkan dengan ketara, dan dos boleh dikurangkan lebih daripada 30%. Air, baja dan sumber lain juga merupakan penggunaan kos utama penternakan anak benih tradisional, dan fenomena pembaziran sumber adalah serius. Di bawah keadaan kilang kilang, melalui aplikasi teknologi pengairan tepat, kecekapan penggunaan air dan baja boleh ditingkatkan lebih daripada 70%. Di samping itu, disebabkan oleh kekompakan struktur kilang kilang itu sendiri dan keseragaman kawalan persekitaran, kecekapan penggunaan tenaga dan CO2 dalam proses pembiakan anak benih juga dipertingkatkan dengan ketara.

Berbanding dengan penanaman anak benih di padang terbuka tradisional dan penanaman anak benih di rumah hijau, ciri terbesar pembiakan anak benih di kilang tumbuhan ialah ia boleh dijalankan secara tiga dimensi berbilang lapisan. Di kilang tumbuhan, pembiakan anak benih boleh dilanjutkan dari satah ke ruang menegak, yang meningkatkan kecekapan pembiakan anak benih setiap unit tanah dengan ketara dan meningkatkan kecekapan penggunaan ruang dengan ketara. Contohnya, modul standard untuk pembiakan anak benih yang dibangunkan oleh syarikat biologi, di bawah syarat meliputi kawasan seluas 4.68㎡, boleh membiak lebih daripada 10,000 anak benih dalam satu kelompok, yang boleh digunakan untuk keperluan pengeluaran sayur-sayuran 3.3 Mu (2201.1㎡). Di bawah syarat pembiakan tiga dimensi berbilang lapisan berketumpatan tinggi, sokongan peralatan bantu automatik dan sistem pengangkutan logistik pintar boleh meningkatkan kecekapan penggunaan tenaga kerja dengan ketara dan menjimatkan tenaga kerja lebih daripada 50%.

Pembiakan anak benih yang tahan lasak untuk membantu pengeluaran hijau

Persekitaran pengeluaran kilang yang bersih dapat mengurangkan kejadian perosak dan penyakit di ruang pembiakan dengan ketara. Pada masa yang sama, melalui konfigurasi persekitaran kultur yang dioptimumkan, anak benih yang dihasilkan akan mempunyai daya tahan yang lebih tinggi, yang dapat mengurangkan penyemburan racun perosak semasa pembiakan dan penanaman anak benih. Di samping itu, untuk pembiakan anak benih khas seperti anak benih cantuman dan anak benih keratan, langkah kawalan hijau seperti cahaya, suhu, air dan baja di kilang kilang boleh digunakan untuk menggantikan penggunaan hormon berskala besar dalam operasi tradisional untuk memastikan keselamatan makanan, mengurangkan pencemaran alam sekitar, dan mencapai pengeluaran mampan anak benih hijau.

Analisis kos pengeluaran 

Cara kilang tumbuhan meningkatkan manfaat ekonomi anak benih terutamanya merangkumi dua bahagian. Di satu pihak, dengan mengoptimumkan reka bentuk struktur, operasi piawai dan penggunaan kemudahan dan peralatan pintar, ia dapat mengurangkan penggunaan benih, elektrik dan tenaga kerja dalam proses pembiakan anak benih, dan meningkatkan penggunaan air, baja, haba dan tenaga. Kecekapan penggunaan gas dan CO2 mengurangkan kos pembiakan anak benih; sebaliknya, melalui kawalan persekitaran yang tepat dan pengoptimuman aliran proses, masa pembiakan anak benih dipendekkan, dan kelompok pembiakan tahunan dan hasil anak benih per unit ruang ditingkatkan, yang lebih kompetitif di pasaran. 

Dengan perkembangan teknologi kilang tumbuhan dan pendalaman berterusan penyelidikan biologi alam sekitar mengenai penanaman anak benih, kos pembiakan anak benih di kilang tumbuhan pada asasnya sama dengan penanaman rumah hijau tradisional, dan kualiti serta nilai pasaran anak benih adalah lebih tinggi. Mengambil anak benih timun sebagai contoh, bahan pengeluaran menyumbang sebahagian besar, menyumbang kira-kira 37% daripada jumlah kos, termasuk benih, larutan nutrien, dulang palam, substrat, dan sebagainya. Penggunaan tenaga elektrik menyumbang kira-kira 24% daripada jumlah kos, termasuk pencahayaan tumbuhan, penghawa dingin dan penggunaan tenaga pam larutan nutrien, dan sebagainya, yang merupakan hala tuju utama pengoptimuman masa hadapan. Di samping itu, kadar buruh yang rendah adalah ciri pengeluaran kilang tumbuhan. Dengan peningkatan berterusan dalam tahap automasi, kos penggunaan buruh akan dikurangkan lagi. Pada masa hadapan, faedah ekonomi pembiakan anak benih di kilang tumbuhan dapat ditingkatkan lagi melalui pembangunan tanaman nilai tambah tinggi dan pembangunan teknologi penanaman perindustrian untuk anak benih pokok hutan yang berharga.

Komposisi kos anak benih timun /%

Status Perindustrian

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, institusi penyelidikan saintifik yang diwakili oleh Institut Penyelidikan Pertanian Bandar Akademi Sains Pertanian China, dan perusahaan berteknologi tinggi telah merealisasikan industri pembiakan anak benih di kilang tumbuhan. Ia boleh menyediakan anak benih dengan barisan pengeluaran perindustrian yang cekap dari benih hingga kemunculan. Antaranya, sebuah kilang tumbuhan di Shanxi yang dibina dan beroperasi pada tahun 2019 meliputi kawasan seluas 3,500㎡ dan boleh membiakkan 800,000 anak benih lada atau 550,000 anak benih tomato dalam kitaran 30 hari. Sebuah lagi kilang tumbuhan pembiakan anak benih yang dibina meliputi kawasan seluas 2300㎡ dan boleh menghasilkan 8-10 juta anak benih setahun. Loji penyembuhan mudah alih untuk anak benih cantuman yang dibangunkan secara bebas oleh Institut Pertanian Bandar, Akademi Sains Pertanian China boleh menyediakan platform penyembuhan dan penjinakan barisan pemasangan untuk penanaman anak benih cantuman. Satu ruang kerja boleh mengendalikan lebih daripada 10,000 anak benih cantuman pada satu masa. Pada masa hadapan, kepelbagaian varieti pembiakan anak benih di kilang tumbuhan dijangka akan diperluas lagi, dan tahap automasi dan kecerdasan akan terus bertambah baik.

Tumbuhan penyembuhan mudah alih untuk anak benih cantuman yang dibangunkan oleh Institut Pertanian Bandar, Akademi Sains Pertanian China

Tinjauan

Sebagai pembawa baharu penanaman anak benih kilang, kilang tumbuhan mempunyai kelebihan dan potensi pengkomersialan yang besar berbanding kaedah penanaman anak benih tradisional dari segi kawalan alam sekitar yang tepat, penggunaan sumber yang cekap dan operasi yang diseragamkan. Dengan mengurangkan penggunaan sumber seperti benih, air, baja, tenaga dan tenaga kerja dalam pembiakan anak benih, dan meningkatkan hasil dan kualiti anak benih per unit kawasan, kos pembiakan anak benih di kilang tumbuhan akan dikurangkan lagi, dan produk akan lebih berdaya saing di pasaran. Terdapat permintaan yang besar untuk anak benih di China. Selain pengeluaran tanaman tradisional seperti sayur-sayuran, anak benih bernilai tambah tinggi seperti bunga, ubat herba Cina dan pokok-pokok nadir dijangka akan dibiakkan di kilang tumbuhan, dan faedah ekonomi akan dipertingkatkan lagi. Pada masa yang sama, platform pembiakan anak benih perindustrian perlu mempertimbangkan keserasian dan fleksibiliti pembiakan anak benih yang berbeza untuk memenuhi keperluan pasaran pembiakan anak benih pada musim yang berbeza.

Teori biologi persekitaran pembiakan anak benih merupakan teras kawalan tepat persekitaran kilang tumbuhan. Penyelidikan mendalam tentang pengawalaturan bentuk tumbuhan anak benih dan fotosintesis serta aktiviti fisiologi lain oleh faktor persekitaran seperti cahaya, suhu, kelembapan dan CO2 akan membantu mewujudkan model interaksi anak benih-persekitaran, yang dapat mengurangkan penggunaan tenaga pengeluaran anak benih dan meningkatkan kualiti dan pengeluaran anak benih. Kualiti menyediakan asas teori. Atas dasar ini, teknologi kawalan dan peralatan dengan cahaya sebagai teras dan digabungkan dengan faktor persekitaran lain, dan menyesuaikan pengeluaran anak benih dengan jenis tumbuhan khas, keseragaman tinggi dan kualiti tinggi untuk memenuhi keperluan penanaman berketumpatan tinggi dan operasi mekanikal di kilang tumbuhan boleh dibangunkan. Akhirnya, ia menyediakan asas teknikal untuk pembinaan sistem pengeluaran anak benih digital dan merealisasikan pembiakan anak benih piawai, tanpa pemandu dan digital di kilang tumbuhan.

Pengarang: Xu Yaliang, Liu Xinying, dsb. 

Maklumat petikan:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Peralatan teknikal utama dan perindustrian pembiakan anak benih di kilang tumbuhan [J]. Teknologi Kejuruteraan Pertanian, 2021,42(4):12-15.