תַקצִיר

נכון להיום, מפעל הצמחים מימש בהצלחה גידול שתילי ירקות כמו מלפפונים, עגבניות, פלפלים, חצילים ומלונים, מספק לחקלאים שתילים איכותיים במנות, וביצועי הייצור לאחר השתילה טובים יותר.מפעלי צמחים הפכו לאמצעי חשוב לאספקת שתילים לתעשיית הירקות, וממלאים תפקיד חשוב יותר ויותר בקידום הרפורמה המבנית בצד ההיצע של ענף הירקות, תוך הבטחת אספקת ירקות עירונית וייצור ירקות ירוקים.

תכנון מערכת גידול שתילים במפעל צמח וציוד טכני מרכזי

כמערכת הייצור החקלאית היעילה ביותר כיום, מערכת גידול שתילים במפעל הצמחים משלבת אמצעים טכניים מקיפים הכוללים תאורה מלאכותית, אספקת פתרונות תזונתיים, בקרת סביבה תלת מימדית, פעולות עזר אוטומטיות, ניהול ייצור מושכל וכו', ומשלבת ביוטכנולוגיה, מידע טכנולוגיה ובינה מלאכותית.הישגי היי-טק חכמים ואחרים 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 מפעלים יש גמישות חזקה, וניתן לווסת את סביבת האור ממספר ממדים כגון איכות אור, עוצמת אור ותקופת צילום, ובמקביל, ניתן לייעל ולשלב גורמי אור שונים ברצף זמן ליצירת פורמולה קלה לגידול שתילים, המבטיחה סביבת אור מתאימה לגידול מלאכותי של שתילים.לכן, בהתבסס על מאפייני ביקוש האור ויעדי הייצור של גידול שתילים שונים, על ידי אופטימיזציה של פרמטרי נוסחת האור ואסטרטגיית אספקת האור, פותח מקור אור LED חיסכון באנרגיה, שיכול לשפר מאוד את יעילות המרת אנרגיית האור של שתילים. , לקדם הצטברות ביומסה של שתילים, ולשפר את איכות ייצור השתילים, תוך הפחתת צריכת האנרגיה ועלויות הייצור.בנוסף, ויסות סביבת האור מהווה גם אמצעי טכני חשוב בתהליך הביות של שתילים וריפוי של שתילים מושתלים.

מערכת שתילים אנכית רב-שכבתית ניתנת להסרה

גידול השתילים במפעל הצמחים מתבצע באמצעות מדף תלת מימדי רב שכבתי.באמצעות תכנון המערכת המודולרית, ניתן לממש את ההרכבה המהירה של מערכת העלאת השתילים.המרווחים בין המדפים ניתנים להתאמה גמישה כדי לעמוד בדרישות השטח לגידול זנים שונים של שתילים ולשפר מאוד את קצב ניצול המקום.בנוסף, התכנון הנפרד של מערכת זריעה, מערכת תאורה ומערכת השקיית מים ודשנים מאפשר לערוץ גם פונקציית הובלה, הנוחה למעבר לבתי מלאכה שונים כמו זריעה, נביטה וביות, ומפחיתה את העבודה. צריכת טיפול במגש שתילים.

מערכת שתילים אנכית רב-שכבתית ניתנת להסרה 

השקיית מים ודשנים נוקטת בעיקר בסוג גאות ושפל, סוג ריסוס ושיטות נוספות, באמצעות שליטה מדויקת בזמן ותדירות אספקת תמיסת התזונה, להשגת אספקה ​​אחידה ושימוש יעיל במים ובחומרי הזנה מינרליים.בשילוב עם נוסחת תמיסת התזונה המיוחדת לשתילים, היא יכולה לענות על צורכי הצמיחה וההתפתחות של שתילים ולהבטיח צמיחה מהירה ובריאה של שתילים.בנוסף, באמצעות מערכת זיהוי יונים תזונתיים מקוונת ומערכת עיקור תמיסת תזונה, ניתן לחדש חומרים מזינים בזמן, תוך הימנעות מהצטברות של מיקרואורגניזמים ומטבוליטים משניים המשפיעים על הצמיחה התקינה של שתילים. 

מערכת בקרה סביבתית

בקרה סביבתית מדויקת ויעילה היא אחד המאפיינים העיקריים של מערכת ריבוי שתילים במפעל.מבנה התחזוקה החיצוני של מפעל מפעל מורכב בדרך כלל מחומרים אטומים ומבודדים מאוד.על בסיס זה, ויסות האור, הטמפרטורה, הלחות, מהירות הרוח וה-CO2 כמעט ואינו מושפע מהסביבה החיצונית.באמצעות בניית מודל ה-CFD לייעול הפריסה של תעלת האוויר, בשילוב עם שיטת בקרת המיקרו-סביבה, הפיזור האחיד של גורמים סביבתיים כגון טמפרטורה, לחות, מהירות רוח ו-CO2 במרחב התרבות בצפיפות גבוהה יכולה לְהִתְבַּצֵעַ.ויסות הסביבה החכמה מתממש על ידי חיישנים מבוזרים ובקרת מגע, והוויסות בזמן אמת של כל סביבת הגידול מתבצעת באמצעות החיבור בין יחידת הניטור למערכת הבקרה.בנוסף, שימוש במקורות אור מקוררים במים ובזרימת מים, בשילוב עם הכנסת מקורות קור חיצוניים, יכולים להשיג קירור חסכוני באנרגיה ולהפחית את צריכת האנרגיה של מיזוג האוויר.

ציוד תפעול עזר אוטומטי

תהליך גידול שתילים 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 עוזר לשפר את היעילות של שטחי הטיפוח.ציוד האוטומציה שפותח עד כה כולל מכונת כיסוי אדמה תקע, זריעה, מכונת השתלה, עגלת שינוע לוגיסטית AGV וכו'. בשליטה של ​​פלטפורמת הניהול החכמה התומכת, הפעולה הבלתי מאוישת של כל תהליך גידול השתילים יכולה להיות בעצם הבין.בנוסף, טכנולוגיית ראיית המכונה גם משחקת תפקיד חשוב יותר ויותר בתהליך גידול שתילים.זה לא רק עוזר לנטר את מצב הצמיחה של שתילים, מסייע בניהול שתילים מסחריים, אלא גם מבצע סינון אוטומטי של שתילים חלשים ושתילים מתים.יד הרובוט מוציאה וממלאת את השתילים.

היתרונות של גידול שתילים במפעל צמחים

רמה גבוהה של בקרה סביבתית מאפשרת ייצור שנתי

בשל הייחודיות של גידול שתילים, השליטה בסביבת הטיפוח שלו חשובה מאוד.בתנאי מפעל הצמחים, גורמים סביבתיים כמו אור, טמפרטורה, מים, אוויר, דשן ו-CO2 נשלטים מאוד, מה שיכול לספק את סביבת הגידול הטובה ביותר לגידול שתילים, ללא קשר לעונות ואזורים.בנוסף, בתהליך הרבייה של שתילים מושתלים וחיתוך שתילים, תהליך השתלת ריפוי פצעים ובידול שורשים מצריך בקרה סביבתית גבוהה יותר, וגם מפעלי צמחים הם נשאים מצוינים.גמישות התנאים הסביבתיים של מפעל הצמחים עצמו חזקה, ולכן יש לה משמעות רבה לייצור שתילי ירקות בעונות שאינן רבייה או בסביבות קיצוניות, ויכולה לספק תמיכה לשתילים להבטחת אספקת ירקות רב-שנתית.כמו כן, גידול שתילים של מפעלי צמחים אינו מוגבל בשטח, והוא יכול להתבצע במקום בפרברי הערים ובמרחבים הציבוריים הקהילתיים.המפרט גמיש וניתן לשינוי, מאפשר ייצור המוני ואספקה ​​צמודה של שתילים באיכות גבוהה, המספקים תמיכה חשובה לפיתוח הגננות העירונית. 

לקצר את מחזור הרבייה ולשפר את איכות השתילים

בתנאי מפעל צמחים, הודות לבקרה מדויקת של גורמי גידול סביבתיים שונים, מתקצר מחזור גידול השתילים ב-30% עד 50% בהשוואה לשיטות המסורתיות.קיצור מחזור הרבייה יכול להגדיל את כמות הייצור של השתילים, להגדיל את הכנסת היצרן ולהפחית את הסיכונים התפעוליים הנגרמים מתנודות השוק.עבור מגדלים, זה תורם להשתלה ושתילה מוקדמת, השקה מוקדמת בשוק ושיפור התחרותיות בשוק.מצד שני, השתילים שגדלו במפעל הצמחים מסודרים וחסונים, המדדים המורפולוגיים והאיכותיים משופרים משמעותית וביצועי הייצור לאחר התיישבות טובים יותר.מחקרים הראו כי שתילי עגבניות, פלפלים ומלפפונים שגדלו בתנאי מפעל צמחים לא רק משפרים את שטח העלים, גובה הצמח, קוטר הגבעול, מרץ השורשים ואינדיקטורים אחרים, אלא גם משפרים את יכולת ההסתגלות, עמידות למחלות, התמיינות ניצני פרחים לאחר התיישבות.ולהפקה ולהיבטים אחרים יש יתרונות ברורים.מספר הפרחים הנקביים לצמח גדל ב-33.8% ומספר הפירות לצמח גדל ב-37.3% לאחר שתילת שתילי מלפפון שגדלו במפעלי צמחים.עם ההעמקה המתמשכת של המחקר התיאורטי על הביולוגיה של הסביבה ההתפתחותית של שתילים, מפעלי הצמחים יהיו מדויקים יותר וניתנים לשליטה בעיצוב מורפולוגיה של שתילים ושיפור הפעילות הפיזיולוגית.

 השוואת מצב השתילים המושתלים בחממות ובמפעלי צמחים

שימוש יעיל במשאבים להפחתת עלויות השתילים

מפעל הצמחים נוקט בשיטות שתילה סטנדרטיות, מפורסמות ומתועשות, כך שכל חוליה של ייצור שתילים מבוקרת באופן קפדני, ויעילות ניצול המשאבים משתפרת משמעותית.זרעים הם צריכת העלות העיקרית בגידול שתילים.עקב פעולה לא סדירה ויכולת שליטה סביבתית לקויה של שתילים מסורתיים, קיימות בעיות כמו אי נביטה או צמיחה חלשה של זרעים, מה שגורם לפסולת אדירה בתהליך מזרעים לשתילים מסחריים.בסביבת מפעל הצמחים, באמצעות טיפול מקדים בזרעים, זריעה עדינה ובקרה מדויקת של סביבת הגידול, יעילות הניצול של הזרעים משתפרת מאוד, וניתן להפחית את המינון ביותר מ-30%.מים, דשנים ומשאבים אחרים הם גם צריכת העלות העיקרית של גידול שתילים מסורתיים, ותופעת בזבוז המשאבים חמורה.בתנאים של מפעלי צמחים, באמצעות יישום טכנולוגיית השקיה מדויקת, ניתן להגביר את יעילות ניצול המים והדישון ביותר מ-70%.בנוסף, בשל הקומפקטיות של מבנה מפעל הצמח עצמו ואחידות הבקרה הסביבתית, משתפרת משמעותית גם יעילות ניצול האנרגיה וה-CO2 בתהליך ריבוי השתילים.

בהשוואה לגידול שתילים מסורתיים בשטח פתוח ולגידול שתילי חממה, המאפיין הגדול ביותר של גידול שתילים במפעלי צמחים הוא שניתן לבצע אותו בצורה תלת מימדית רב-שכבתית.במפעל הצמחים ניתן להרחיב את גידול השתילים מהמישור למרחב האנכי, מה שמשפר מאוד את יעילות גידול השתילים ליחידת אדמה ומשפר משמעותית את יעילות ניצול השטח.לדוגמה, המודול הסטנדרטי לגידול שתילים שפותח על ידי חברה ביולוגית, בתנאי כיסוי של שטח של 4.68 ㎡, יכול להרבות יותר מ-10,000 שתילים באצווה בודדת, אשר יכולים לשמש לייצור ירקות של 3.3 Mu (2201.1 ㎡) צרכי.בתנאי גידול תלת מימדי רב-שכבתי בצפיפות גבוהה, תמיכה בציוד עזר אוטומטי ומערכת תחבורה לוגיסטית חכמה יכולה לשפר מאוד את יעילות ניצול העבודה ולחסוך בעבודה ביותר מ-50%.

רביית שתילים עמידות גבוהה כדי לסייע בייצור ירוק

סביבת הייצור הנקייה של מפעל הצמחים יכולה לצמצם מאוד את התרחשותם של מזיקים ומחלות במרחב הרבייה.יחד עם זאת, באמצעות תצורה אופטימלית של סביבת התרבות, לשתילים המיוצרים תהיה עמידות גבוהה יותר, מה שיכול להפחית מאוד את ריסוס חומרי ההדברה במהלך ריבוי שתילים ושתילה.בנוסף, לגידול שתילים מיוחדים כגון שתילים מושתלים וחיתוך שתילים, ניתן להשתמש באמצעי בקרה ירוקים כגון אור, טמפרטורה, מים ודשן במפעל הצמחים כדי להחליף את השימוש בהיקף נרחב בהורמונים בפעולות מסורתיות כדי להבטיח בטיחות מזון, הפחתת זיהום סביבתי, והשגת שתילים ירוקים ייצור בר קיימא.

ניתוח עלויות ייצור 

הדרכים של מפעלי הצמחים להגדיל את היתרונות הכלכליים של שתילים כוללים בעיקר שני חלקים.מצד אחד, על ידי אופטימיזציה של תכנון מבני, תפעול סטנדרטי ושימוש במתקנים וציוד חכם, הוא יכול להפחית את צריכת הזרעים, החשמל והעבודה בתהליך גידול שתילים, ולשפר את צריכת המים, הדשן, החום והאנרגיה. .יעילות הניצול של גז ו-CO2 מפחיתה את העלות של גידול שתילים;מאידך, באמצעות בקרה מדויקת של הסביבה ואופטימיזציה של זרימת התהליך, מתקצר זמן הרבייה של השתילים, ומגדילים את אצווה הרבייה השנתית ותפוקת השתילים ליחידת שטח, שהיא תחרותית יותר בשוק. 

עם התפתחות הטכנולוגיה של מפעלי צמחים וההעמקה המתמשכת של מחקר הביולוגיה הסביבתית על גידול שתילים, עלות גידול שתילים במפעלי צמחים זהה בעצם לזו של גידול חממה מסורתי, והאיכות וערך השוק של השתילים גבוהים יותר.אם ניקח לדוגמא שתילי מלפפון, חומרי הייצור מהווים חלק גדול, מהווים כ-37% מהעלות הכוללת, כולל זרעים, תמיסת תזונה, מגשי תקע, מצעים ועוד. צריכת אנרגיה חשמלית מהווה כ-24% מסך העלות הכוללת. עלות, כולל תאורת צמחים, מיזוג אוויר וצריכת אנרגיה של משאבת פתרונות תזונתיים וכו', שהיא הכיוון העיקרי של אופטימיזציה עתידית.בנוסף, שיעור העבודה הנמוך הוא מאפיין של ייצור מפעלי מפעל.עם העלייה המתמשכת במידת האוטומציה, עלות צריכת העבודה תופחת עוד יותר.בעתיד ניתן לשפר עוד יותר את היתרונות הכלכליים של גידול שתילים במפעלי צמחים באמצעות פיתוח יבולים בעלי ערך מוסף גבוה ופיתוח טכנולוגיית גידול מתועשת לשתילים של עצי יער יקרים.

הרכב עלות שתיל מלפפון /%

מצב התיעוש

בשנים האחרונות, מוסדות מחקר מדעיים המיוצגים על ידי המכון למחקר חקלאות עירונית של האקדמיה הסינית למדעי החקלאות, ומפעלי היי-טק מימשו את התעשייה של גידול שתילים במפעלי צמחים.זה יכול לספק לשתילים קו ייצור תעשייתי יעיל מזרע ועד להתעוררות.ביניהם, מפעל צמחים בשאנצ'י שנבנה והופעל בשנת 2019 משתרע על שטח של 3,500 ㎡ ויכול להתרבות 800,000 שתילי פלפל או 550,000 שתילי עגבניות בתוך מחזור של 30 יום.מפעל נוסף של צמחי גידול שתילים שנבנה משתרע על שטח של 2300 ㎡ ויכול לייצר 8-10 מיליון שתילים בשנה.מפעל הריפוי הנייד לשתילים מושתלים שפותח באופן עצמאי על ידי המכון לחקלאות עירונית, האקדמיה הסינית למדעי החקלאות יכול לספק פלטפורמת ריפוי וביות קו ייצור לגידול שתילים מושתלים.חלל עבודה בודד יכול להתמודד עם יותר מ-10,000 שתילים מושתלים בו-זמנית.בעתיד צפוי להתרחב עוד יותר מגוון זני גידול השתילים במפעלי צמחים ורמת האוטומציה והאינטליגנציה תמשיך להשתפר.

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

הַשׁקָפָה

כמוביל חדש של גידול שתילים במפעל, למפעלי צמחים יתרונות עצומים ופוטנציאל מסחור בהשוואה לשיטות גידול שתילים מסורתיות מבחינת בקרה סביבתית מדויקת, ניצול יעיל של משאבים ופעולות סטנדרטיות.באמצעות צמצום צריכת משאבים כגון זרעים, מים, דשן, אנרגיה וכוח אדם בגידול שתילים ושיפור תפוקת ואיכות השתילים ליחידת שטח, יופחתו עוד יותר עלות גידול השתילים במפעלי הצמחים, והמוצרים יופחתו. להיות תחרותי יותר בשוק.יש ביקוש עצום לשתילים בסין.בנוסף לייצור גידולים מסורתיים כמו ירקות, צפויים להרבות במפעלי צמחים שתילים בעלי ערך מוסף גבוה כמו פרחים, תרופות צמחיות סיניות ועצים נדירים, והיתרונות הכלכליים ישתפרו עוד יותר.יחד עם זאת, פלטפורמת גידול השתילים המתועשת צריכה לשקול את התאימות והגמישות של גידול שתילים שונים כדי לענות על הצרכים של שוק גידול השתילים בעונות שונות.

התיאוריה הביולוגית של סביבת גידול שתילים היא הליבה של בקרה מדויקת על סביבת מפעל הצמחים.מחקר מעמיק על ויסות צורת צמח שתיל ופוטוסינתזה ופעילויות פיזיולוגיות אחרות על ידי גורמים סביבתיים כמו אור, טמפרטורה, לחות ו-CO2 יסייע בביסוס מודל אינטראקציה בין שתיל לסביבה, שיכול להפחית את צריכת האנרגיה של ייצור שתילים. לשפר את האיכות והייצור של שתילים.איכות מספקת בסיס תיאורטי.על בסיס זה, לשלוט בטכנולוגיה ובציוד עם האור כבסיס ובצירוף גורמים סביבתיים אחרים, ולהתאים אישית את ייצור שתילים עם סוגי צמחים מיוחדים, אחידות גבוהה ואיכות גבוהה כדי לעמוד בדרישות של גידול בצפיפות גבוהה ותפעול ממוכן בצמח. ניתן לפתח מפעלים.בסופו של דבר, היא מספקת בסיס טכני לבניית מערכת לייצור שתילים דיגיטלית ומממשת גידול שתילים סטנדרטי, בלתי מאויש ודיגיטלי במפעלי צמחים.

מחבר: שו Yaliang, Liu Xinying וכו'. 

מידע על ציטוט:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang.ציוד טכני מרכזי ותיעוש של גידול שתילים במפעלי צמחים [J].טכנולוגיה הנדסית חקלאית, 2021,42(4):12-15.