תַקצִיר

כיום, מפעל הצמחים הצליח להגשים גידול שתילי ירקות כגון מלפפונים, עגבניות, פלפלים, חצילים ומלונים, ומספק לחקלאים שתילים איכותיים בקבוצות, וביצועי הייצור לאחר השתילה טובים יותר. מפעלי צמחים הפכו לאמצעי חשוב לאספקת שתילים עבור תעשיית הירקות, וממלאים תפקיד חשוב יותר ויותר בקידום הרפורמה המבנית בצד ההיצע של תעשיית הירקות, תוך הבטחת אספקת ירקות עירונית וייצור ירקות ירוקים.

תכנון מערכת גידול שתילים במפעל צמחים וציוד טכני מרכזי

כמערכת הייצור החקלאי היעילה ביותר כיום, מערכת גידול שתילים במפעלי צמחים משלבת אמצעים טכניים מקיפים, כולל תאורה מלאכותית, אספקת תמיסות חומרים מזינים, בקרת סביבה תלת-ממדית, פעולות עזר אוטומטיות, ניהול ייצור חכם וכו', ומשלבת ביוטכנולוגיה, טכנולוגיית מידע ובינה מלאכותית. הישגים חכמים והישגים טכנולוגיים מתקדמים מקדמים את הפיתוח המתמשך של התעשייה. 

מערכת מקור אור מלאכותי LED

בניית סביבת אור מלאכותית היא אחת מטכנולוגיות הליבה של מערכת גידול שתילים במפעלי צמחים, והיא גם מקור צריכת האנרגיה העיקרי לייצור שתילים. לסביבת האור של מפעלי צמחים יש גמישות חזקה, וניתן לווסת את סביבת האור ממגוון ממדים כגון איכות האור, עוצמת האור ותקופת הצילום, ובמקביל ניתן למטב ולשלב גורמי אור שונים ברצף זמן כדי ליצור נוסחת אור לגידול שתילים, מה שמבטיח סביבת אור מתאימה לגידול מלאכותי של שתילים. לכן, בהתבסס על מאפייני ביקוש האור ומטרות הייצור של גידול שתילים שונים, על ידי אופטימיזציה של פרמטרי נוסחת האור ואסטרטגיית אספקת האור, פותח מקור אור LED מיוחד לחיסכון באנרגיה, שיכול לשפר מאוד את יעילות המרת אנרגיית האור של שתילים, לקדם את הצטברות הביומסה של שתילים ולשפר את איכות ייצור השתילים, תוך הפחתת צריכת האנרגיה ועלויות הייצור. בנוסף, ויסות סביבת האור הוא גם אמצעי טכני חשוב בתהליך הביות של שתילים וריפוי שתילים מורכבים.

מערכת שתילים אנכית רב-שכבתית ניתנת להסרה

גידול השתילים במפעל הצמחים מתבצע באמצעות מדף תלת-ממדי רב-שכבתי. באמצעות תכנון המערכת המודולרית, ניתן לממש את ההרכבה המהירה של מערכת גידול השתילים. ניתן להתאים את המרווח בין המדפים באופן גמיש כדי לעמוד בדרישות השטח לגידול זנים שונים של שתילים ולשפר משמעותית את ניצול השטח. בנוסף, התכנון הנפרד של מערכת ערוגת הזרעים, מערכת התאורה ומערכת ההשקיה המים והדשנים מאפשר לערוגת הזרעים גם פונקציית הובלה, הנוחה להעברה לסדנאות שונות כגון זריעה, נביטה וביות, וגם מפחיתה את צריכת העבודה של טיפול במגש השתילים.

מערכת שתילים אנכית רב-שכבתית ניתנת להסרה 

השקיה במים ודשנים מאמצת בעיקר שיטות גאות ושפל, ריסוס ושיטות אחרות, באמצעות שליטה מדויקת בזמן ותדירות אספקת תמיסת ההזנה, כדי להשיג אספקה ​​אחידה ושימוש יעיל במים וחומרי הזנה מינרליים. בשילוב עם נוסחת תמיסת ההזנה המיוחדת לשתילים, ניתן לענות על צרכי הצמיחה וההתפתחות של השתילים ולהבטיח צמיחה מהירה ובריאה של השתילים. בנוסף, באמצעות מערכת גילוי יוני הזנה מקוונת ומערכת עיקור תמיסת הזנה, ניתן לחדש את מלאי החומרים המזינים בזמן, תוך הימנעות מהצטברות של מיקרואורגניזמים ומטבוליטים משניים המשפיעים על הצמיחה התקינה של השתילים. 

מערכת בקרת סביבה

בקרת סביבה מדויקת ויעילה היא אחד המאפיינים העיקריים של מערכת ריבוי שתילים במפעל צמחים. מבנה התחזוקה החיצוני של מפעל צמחים מורכב בדרך כלל מחומרים אטומים ובעלי בידוד גבוה. על בסיס זה, ויסות האור, הטמפרטורה, הלחות, מהירות הרוח ו-CO2 כמעט ואינו מושפע מהסביבה החיצונית. באמצעות בניית מודל CFD לאופטימיזציה של פריסת צינור האוויר, בשילוב עם שיטת בקרת המיקרו-סביבה, ניתן להשיג פיזור אחיד של גורמים סביבתיים כגון טמפרטורה, לחות, מהירות רוח ו-CO2 בחלל הגידול בצפיפות גבוהה. ויסות הסביבה החכם מתממש על ידי חיישנים מבוזרים ובקרת מגע, ויסות בזמן אמת של כל סביבת הגידול מתבצע באמצעות החיבור בין יחידת הניטור למערכת הבקרה. בנוסף, השימוש במקורות אור מקוררי מים וזרימת מים, בשילוב עם הכנסת מקורות קור חיצוניים, יכול להשיג קירור חוסך אנרגיה ולהפחית את צריכת האנרגיה של מיזוג האוויר.

ציוד הפעלה עזר אוטומטי

תהליך גידול השתילים במפעל הצמחים הוא קפדני, צפיפות הפעולה גבוהה, החלל קומפקטי, וציוד עזר אוטומטי הוא הכרחי. השימוש בציוד עזר אוטומטי לא רק תורם להפחתת צריכת העבודה, אלא גם מסייע בשיפור יעילות שטח הגידול. ציוד האוטומציה שפותח עד כה כולל מכונת כיסוי אדמה, מזריעה, מכונת השתלה, עגלת שינוע לוגיסטית AGV וכו'. תחת שליטה של ​​פלטפורמת ניהול חכמה תומכת, ניתן למעשה לממש את כל תהליך גידול השתילים ללא מאויש. בנוסף, טכנולוגיית ראיית מכונה ממלאת גם תפקיד חשוב יותר ויותר בתהליך גידול השתילים. היא לא רק מסייעת בניטור מצב הצמיחה של השתילים, מסייעת בניהול שתילים מסחריים, אלא גם מבצעת סינון אוטומטי של שתילים חלשים ושתילים מתים. יד הרובוט מסירה וממלאת את השתילים.

יתרונות גידול שתילים במפעל צמחים

רמת בקרת סביבה גבוהה מאפשרת ייצור שנתי

בשל הייחודיות של גידול שתילים, שליטה על סביבת הגידול שלהם חשובה מאוד. בתנאי מפעל צמחים, גורמים סביבתיים כמו אור, טמפרטורה, מים, אוויר, דשן ו-CO2 נשלטים בקפידה, מה שיכול לספק את סביבת הגידול הטובה ביותר לגידול שתילים, ללא קשר לעונות השנה והאזורים. בנוסף, בתהליך גידול שתילים מורכבים וחיתוך שתילים, תהליך ריפוי הפצעים של השתלה והתמיינות השורשים דורש שליטה סביבתית גבוהה יותר, ומפעלי צמחים הם גם נשאים מצוינים. גמישות תנאי הסביבה של מפעל הצמחים עצמו חזקה, ולכן יש לה חשיבות רבה לייצור שתילי ירקות בעונות שאינן גידול או בסביבות קיצוניות, ויכולה לספק תמיכה לשתילים כדי להבטיח אספקה ​​​​שנתית של ירקות. בנוסף, גידול שתילים של מפעלי צמחים אינו מוגבל על ידי שטח, וניתן לבצע אותו במקום בפרברי ערים ובמרחבים ציבוריים קהילתיים. המפרטים גמישים וניתנים לשינוי, מה שמאפשר ייצור המוני ואספקה ​​​​צמודה של שתילים באיכות גבוהה, ומספקים תמיכה חשובה לפיתוח הגננות העירונית. 

לקצר את מחזור הרבייה ולשפר את איכות השתילים

בתנאי מפעל צמחים, הודות לשליטה מדויקת בגורמי סביבת גידול שונים, מחזור גידול השתילים מתקצר ב-30% עד 50% בהשוואה לשיטות המסורתיות. קיצור מחזור גידול השתילים יכול להגדיל את אצוות הייצור של השתילים, להגדיל את הכנסות היצרן ולהפחית את הסיכונים התפעוליים הנגרמים מתנודות השוק. עבור מגדלים, זה תורם להשתלה ושתילה מוקדמים, להשקה מוקדמת לשוק ולשיפור התחרותיות בשוק. מצד שני, השתילים שגודלו במפעל הצמחים הם מסודרים ועמידים, המדדים המורפולוגיים והאיכותיים משתפרים משמעותית, וביצועי הייצור לאחר ההתיישבות טובים יותר. מחקרים הראו ששתילי עגבניות, פלפלים ומלפפון שגודלו בתנאי מפעל צמחים לא רק משפרים את שטח העלים, גובה הצמח, קוטר הגבעול, עוצמת השורש ומדדים אחרים, אלא גם משפרים את יכולת ההסתגלות, העמידות למחלות, התמיינות ניצני הפרחים לאחר ההתיישבות. ולייצור ולהיבטים אחרים יש יתרונות ברורים. מספר הפרחים הנקביים לצמח גדל ב-33.8% ומספר הפירות לצמח גדל ב-37.3% לאחר שתילת שתילי מלפפונים שגודלו במפעלי צמחים. עם העמקה מתמשכת של המחקר התיאורטי על הביולוגיה של סביבת התפתחות השתילים, מפעלי צמחים יהיו מדויקים וניתנים לשליטה יותר בעיצוב המורפולוגיה של השתילים ובשיפור הפעילות הפיזיולוגית.

 השוואה בין מצב שתילים מורכבים בחממות ובמפעלי צמחים

שימוש יעיל במשאבים להפחתת עלויות שתילים

מפעל הצמחים מאמץ שיטות שתילה סטנדרטיות, מתועשות וממוחשבות, כך שכל חוליה בייצור השתילים נשלטת בקפדנות, ויעילות ניצול המשאבים משתפרת משמעותית. זרעים הם צריכת העלות העיקרית בגידול שתילים. עקב פעולה לא סדירה ובקרת סביבה לקויה של שתילים מסורתיים, ישנן בעיות כמו אי נביטה או צמיחה חלשה של זרעים, וכתוצאה מכך בזבוז עצום בתהליך מזרעים לשתילים מסחריים. בסביבת מפעל הצמחים, באמצעות טיפול מקדים בזרעים, זריעה עדינה ובקרה מדויקת של סביבת הגידול, יעילות ניצול הזרעים משתפרת מאוד, וניתן להפחית את המינון ביותר מ-30%. מים, דשן ומשאבים אחרים הם גם צריכת העלות העיקרית בגידול שתילים מסורתי, ותופעת בזבוז המשאבים היא חמורה. בתנאי מפעלי צמחים, באמצעות יישום טכנולוגיית השקיה מדויקת, ניתן להגדיל את יעילות ניצול המים והדשנים ביותר מ-70%. בנוסף, עקב הקומפקטיות של מבנה מפעל הצמחים עצמו ואחידות הבקרה הסביבתית, יעילות ניצול האנרגיה וה-CO2 בתהליך ריבוי השתילים משתפרת משמעותית גם כן.

בהשוואה לגידול שתילים מסורתי בשטח פתוח ולגידול שתילים בחממה, המאפיין הבולט ביותר של גידול שתילים במפעלי צמחים הוא שניתן לבצע אותו בצורה תלת-ממדית רב-שכבתית. במפעל הצמחים, ניתן להרחיב את גידול השתילים מהמישור למרחב האנכי, מה שמשפר מאוד את יעילות גידול השתילים ליחידת קרקע ומשפר משמעותית את יעילות ניצול השטח. לדוגמה, מודול סטנדרטי לגידול שתילים שפותח על ידי חברה ביולוגית, בתנאי כיסוי שטח של 4.68 מ"ר, יכול לגדל יותר מ-10,000 שתילים במנה אחת, שניתן להשתמש בהם לצורכי ייצור ירקות של 3.3 מו (2201.1 מ"ר). בתנאי גידול תלת-ממדי רב-שכבתי בצפיפות גבוהה, תמיכה בציוד עזר אוטומטי ומערכת תחבורה לוגיסטית חכמה יכולים לשפר מאוד את יעילות ניצול העבודה ולחסוך עבודה ביותר מ-50%.

גידול שתילים עמיד במיוחד לסיוע בייצור ירוק

סביבת ייצור נקייה של מפעל הצמחים יכולה להפחית במידה ניכרת את התרחשותם של מזיקים ומחלות במרחב הרבייה. יחד עם זאת, באמצעות תצורה אופטימלית של סביבת הגידול, לשתילים המיוצרים תהיה עמידות גבוהה יותר, מה שיכול להפחית במידה ניכרת את ריסוס חומרי ההדברה במהלך ריבוי ושתילת השתילים. בנוסף, עבור גידול שתילים מיוחדים כגון שתילים מורכבים ושתילים ייחוריים, ניתן להשתמש באמצעי בקרה ירוקים כגון אור, טמפרטורה, מים ודשן במפעל הצמחים כדי להחליף את השימוש בקנה מידה גדול בהורמונים בפעולות מסורתיות על מנת להבטיח בטיחות מזון, להפחית זיהום סביבתי ולהשיג שתילים ירוקים - ייצור בר-קיימא.

ניתוח עלויות ייצור 

הדרכים בהן מפעלי צמחים יכולים להגדיל את התועלת הכלכלית של שתילים כוללות בעיקר שני חלקים. מצד אחד, על ידי אופטימיזציה של תכנון מבני, תפעול סטנדרטי ושימוש במתקנים וציוד חכמים, ניתן להפחית את צריכת הזרעים, החשמל והעבודה בתהליך גידול השתילים, ולשפר את צריכת המים, הדשנים, החום והאנרגיה. יעילות ניצול הגז וה-CO2 מפחיתה את עלות גידול השתילים; מצד שני, באמצעות שליטה מדויקת בסביבה ואופטימיזציה של זרימת התהליך, זמן גידול השתילים מתקצר, ומנה גידול השתילים השנתית ותנובת השתילים ליחידת שטח גדלים, מה שמגדיל את התחרותיות בשוק. 

עם התפתחות טכנולוגיית מפעלי צמחים וההעמקה המתמשכת של מחקר ביולוגיה סביבתית על גידול שתילים, עלות גידול שתילים במפעלי צמחים זהה בעיקרה לזו של גידול חממות מסורתי, ואיכותם וערך השוק של השתילים גבוהים יותר. אם ניקח לדוגמה שתילי מלפפונים, חומרי הייצור מהווים חלק גדול, המהווים כ-37% מהעלות הכוללת, כולל זרעים, תמיסת הזנה, מגשי זריעה, מצעים וכו'. צריכת האנרגיה החשמלית מהווה כ-24% מהעלות הכוללת, כולל תאורת צמחים, מיזוג אוויר וצריכת אנרגיה של משאבת תמיסת הזנה וכו', וזהו הכיוון העיקרי לאופטימיזציה עתידית. בנוסף, שיעור העבודה הנמוך הוא מאפיין של ייצור מפעלי צמחים. עם העלייה המתמשכת ברמת האוטומציה, עלות צריכת העבודה תפחת עוד יותר. בעתיד, ניתן לשפר עוד יותר את היתרונות הכלכליים של גידול שתילים במפעלי צמחים באמצעות פיתוח גידולים בעלי ערך מוסף גבוה ופיתוח טכנולוגיית גידול מתועשת לשתילים של עצי יער יקרים.

הרכב עלות שתיל מלפפון /%

סטטוס התיעוש

בשנים האחרונות, מוסדות מחקר מדעיים המיוצגים על ידי מכון המחקר לחקלאות עירונית של האקדמיה הסינית למדעי החקלאות, ומפעלי היי-טק, הבינו את תעשיית גידול השתילים במפעלי צמחים. זה יכול לספק לשתילים קו ייצור תעשייתי יעיל משלב הזרע ועד לבליטה. ביניהם, מפעל צמחים בשאנשי שנבנה והופעל בשנת 2019 משתרע על שטח של 3,500 מ"ר ויכול לגדל 800,000 שתילי פלפל או 550,000 שתילי עגבניות במחזור של 30 יום. מפעל גידול שתילים נוסף שנבנה משתרע על שטח של 2300 מ"ר ויכול לייצר 8-10 מיליון שתילים בשנה. מפעל הריפוי הנייד לשתילים מורכבים שפותח באופן עצמאי על ידי המכון לחקלאות עירונית של האקדמיה הסינית למדעי החקלאות יכול לספק פלטפורמת ריפוי וביות בפס ייצור לגידול שתילים מורכבים. חלל עבודה יחיד יכול לטפל ביותר מ-10,000 שתילים מורכבים בו זמנית. בעתיד, צפוי כי מגוון זני גידול השתילים במפעלי צמחים יתרחב עוד יותר, ורמת האוטומציה והאינטליגנציה תמשיך להשתפר.

צמח הריפוי הנייד לשתילים מורכבים שפותח על ידי המכון לחקלאות עירונית, האקדמיה הסינית למדעי החקלאות

הַשׁקָפָה

כגורם חדש בתחום גידול שתילים במפעלים, למפעלי צמחים יש יתרונות עצומים ופוטנציאל מסחור בהשוואה לשיטות גידול שתילים מסורתיות מבחינת בקרה סביבתית מדויקת, ניצול יעיל של משאבים ופעולות סטנדרטיות. על ידי הפחתת צריכת משאבים כגון זרעים, מים, דשן, אנרגיה וכוח אדם בגידול שתילים, ושיפור התפוקה ואיכות השתילים ליחידת שטח, עלות גידול השתילים במפעלי צמחים תפחת עוד יותר, והמוצרים יהיו תחרותיים יותר בשוק. יש ביקוש עצום לשתילים בסין. בנוסף לייצור גידולים מסורתיים כגון ירקות, צפוי כי שתילים בעלי ערך מוסף גבוה כגון פרחים, תרופות צמחיות סיניות ועצים נדירים יגודלו במפעלי צמחים, והיתרונות הכלכליים ישתפרו עוד יותר. במקביל, פלטפורמת גידול השתילים המתועשת צריכה לשקול את התאימות והגמישות של גידולי שתילים שונים כדי לענות על צרכי שוק גידול השתילים בעונות שונות.

התיאוריה הביולוגית של סביבת גידול שתילים היא הליבה של בקרה מדויקת של סביבת מפעל הצמחים. מחקר מעמיק על ויסות צורת צמח השתיל, הפוטוסינתזה ופעילויות פיזיולוגיות אחרות על ידי גורמים סביבתיים כגון אור, טמפרטורה, לחות ו-CO2 יסייע ביצירת מודל אינטראקציה בין שתיל לסביבה, אשר יכול להפחית את צריכת האנרגיה של ייצור השתילים ולשפר את איכות וייצור השתילים. איכות מספקת בסיס תיאורטי. על בסיס זה, ניתן לפתח טכנולוגיית בקרה וציוד עם אור כליבה בשילוב עם גורמים סביבתיים אחרים, ולהתאים אישית את ייצור השתילים עם סוגי צמחים מיוחדים, אחידות גבוהה ואיכות גבוהה כדי לעמוד בדרישות של גידול בצפיפות גבוהה ותפעול ממוכן במפעלי צמחים. בסופו של דבר, זה מספק בסיס טכני לבניית מערכת ייצור שתילים דיגיטלית ומממש גידול שתילים סטנדרטי, לא מאויש ודיגיטלי במפעלי צמחים.

מחבר: שו Yaliang, Liu Xinying וכו'. 

מידע על ציטוט:

שו יאליאנג, ליו שינינג, יאנג צ'יצ'אנג. ציוד טכני מרכזי ותיעוש של גידול שתילים במפעלי צמחים [J]. טכנולוגיית הנדסה חקלאית, 2021,42(4):12-15.