Tóm tắt

Hiện tại, nhà máy thực vật đã nhận ra thành công việc nhân giống cây giống rau như dưa chuột, cà chua, ớt, cà tím và dưa, cung cấp cho nông dân cây con chất lượng cao theo từng lô và hiệu suất sản xuất sau khi trồng tốt hơn. Các nhà máy thực vật đã trở thành một phương tiện quan trọng để cung cấp cho ngành công nghiệp rau và đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc thúc đẩy cải cách cấu trúc phía cung của ngành công nghiệp rau, đảm bảo cung cấp rau đô thị và sản xuất rau xanh.

Thiết kế hệ thống nhân giống cây giống nhà máy thực vật và thiết bị kỹ thuật chính

Là hệ thống sản xuất nông nghiệp hiệu quả nhất hiện nay, hệ thống chăn nuôi cây giống nhà máy thực vật tích hợp các phương tiện kỹ thuật toàn diện bao gồm chiếu sáng nhân tạo, cung cấp giải pháp dinh dưỡng, kiểm soát môi trường ba chiều, hoạt động phụ trợ tự động, quản lý sản xuất thông minh, v.v. công nghệ và trí tuệ nhân tạo. Những thành tựu thông minh và công nghệ cao khác thúc đẩy sự phát triển liên tục của ngành công nghiệp. 

LED hệ thống nguồn ánh sáng nhân tạo

Việc xây dựng môi trường ánh sáng nhân tạo là một trong những công nghệ cốt lõi của hệ thống nhân giống cây giống trong các nhà máy thực vật, và nó cũng là nguồn tiêu thụ năng lượng chính cho sản xuất cây giống. Môi trường ánh sáng của các nhà máy thực vật có tính linh hoạt mạnh mẽ và môi trường ánh sáng có thể được điều chỉnh từ nhiều chiều như chất lượng ánh sáng, cường độ ánh sáng và photoperiod, đồng thời, các yếu tố ánh sáng khác nhau có thể được tối ưu hóa và kết hợp theo trình tự thời gian để tạo thành một Công thức ánh sáng để trồng cây, đảm bảo môi trường ánh sáng phù hợp để trồng cây con. Do đó, dựa trên các đặc điểm nhu cầu ánh sáng và mục tiêu sản xuất của sự phát triển của cây con khác nhau, bằng cách tối ưu hóa các thông số công thức ánh sáng và chiến lược cung cấp ánh sáng, một nguồn sáng LED tiết kiệm năng lượng đặc biệt đã được phát triển, có thể cải thiện đáng kể hiệu quả chuyển đổi năng lượng ánh sáng của cây con , thúc đẩy sự tích lũy của sinh khối cây con, và cải thiện chất lượng sản xuất cây con, đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí sản xuất. Ngoài ra, quy định môi trường ánh sáng cũng là một phương tiện kỹ thuật quan trọng trong quá trình thuần hóa cây con và chữa lành cây con.

Hệ thống cây giống thẳng đứng nhiều lớp có thể tháo rời

Việc sinh sản cây giống trong nhà máy thực vật được thực hiện bằng cách sử dụng thềm ba chiều nhiều lớp. Thông qua thiết kế hệ thống mô -đun, sự lắp ráp nhanh chóng của hệ thống nuôi cây con có thể được thực hiện. Khoảng cách giữa các kệ có thể được điều chỉnh linh hoạt để đáp ứng các yêu cầu không gian đối với việc nhân giống các giống cây con khác nhau và cải thiện đáng kể tốc độ sử dụng không gian. Ngoài ra, thiết kế riêng biệt của hệ thống hạt giống, hệ thống chiếu sáng, và hệ thống tưới nước và phân bón cho phép hạt giống có cả chức năng vận chuyển, thuận tiện để chuyển sang các hội thảo khác nhau như gieo, nảy mầm và thuần hóa, và giảm lao động Tiêu thụ xử lý khay cây con.

Hệ thống cây giống thẳng đứng nhiều lớp có thể tháo rời 

Thủy lợi nước và phân bón chủ yếu áp dụng loại thủy triều, loại phun và các phương pháp khác, thông qua kiểm soát chính xác thời gian và tần suất cung cấp dung dịch dinh dưỡng, để đạt được cung cấp đồng đều và sử dụng hiệu quả các chất dinh dưỡng nước và khoáng chất. Kết hợp với công thức giải pháp dinh dưỡng đặc biệt cho cây con, nó có thể đáp ứng nhu cầu tăng trưởng và phát triển của cây con và đảm bảo sự phát triển nhanh chóng và lành mạnh của cây con. Ngoài ra, thông qua hệ thống phát hiện ion dinh dưỡng trực tuyến và hệ thống khử trùng dung dịch dinh dưỡng, các chất dinh dưỡng có thể được bổ sung kịp thời, đồng thời tránh sự tích tụ của các vi sinh vật và các chất chuyển hóa thứ cấp ảnh hưởng đến sự tăng trưởng bình thường của cây con. 

Hệ thống kiểm soát môi trường

Kiểm soát môi trường chính xác và hiệu quả là một trong những đặc điểm chính của hệ thống nhân giống cây giống nhà máy thực vật. Cấu trúc bảo trì bên ngoài của một nhà máy thực vật thường được lắp ráp từ các vật liệu mờ đục và cách điện cao. Trên cơ sở này, việc điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió và CO2 gần như không bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài. Thông qua việc xây dựng mô hình CFD để tối ưu hóa bố cục của ống dẫn khí, kết hợp với phương pháp kiểm soát môi trường vi mô, sự phân bố đồng đều của các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió và CO2 trong không gian nuôi cấy mật độ cao có thể đạt được. Quy định môi trường thông minh được thực hiện bằng các cảm biến phân tán và kiểm soát tiếp xúc, và quy định thời gian thực của toàn bộ môi trường canh tác được thực hiện thông qua kết nối giữa đơn vị giám sát và hệ thống điều khiển. Ngoài ra, việc sử dụng các nguồn ánh sáng làm mát bằng nước và lưu thông nước, kết hợp với việc giới thiệu các nguồn lạnh ngoài trời, có thể đạt được làm mát tiết kiệm năng lượng và giảm mức tiêu thụ năng lượng điều hòa không khí.

Thiết bị vận hành phụ trợ tự động

Quá trình vận hành nhân giống cây giống nhà máy thực vật là nghiêm ngặt, mật độ hoạt động cao, không gian nhỏ gọn và thiết bị phụ trợ tự động là không thể thiếu. Việc sử dụng các thiết bị phụ trợ tự động không chỉ có lợi cho việc giảm tiêu thụ lao động, mà còn giúp cải thiện hiệu quả của không gian canh tác. Các thiết bị tự động hóa đã được phát triển cho đến nay bao gồm máy cắm đất, máy gieo hạt, máy ghép, hậu cần AGV vận chuyển xe đẩy, v.v. nhận ra. Ngoài ra, công nghệ tầm nhìn máy cũng đóng một vai trò ngày càng quan trọng trong quá trình sinh sản cây con. Nó không chỉ giúp giám sát tình trạng tăng trưởng của cây con, hỗ trợ trong việc quản lý cây con thương mại, mà còn thực hiện sàng lọc tự động cây con yếu và cây con chết. Các robot Hand loại bỏ và lấp đầy cây con.

Ưu điểm của nhân giống cây giống cây trồng thực vật

Mức độ kiểm soát môi trường cao cho phép sản xuất hàng năm

Do tính đặc biệt của chăn nuôi cây con, việc kiểm soát môi trường canh tác của nó là rất quan trọng. Trong các điều kiện của nhà máy thực vật, các yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, nước, không khí, phân bón và CO2 được kiểm soát cao, có thể cung cấp môi trường tăng trưởng tốt nhất cho việc nhân giống cây giống, bất kể mùa và khu vực. Ngoài ra, trong quá trình sinh sản của cây giống ghép và cắt cây con, quá trình ghép chữa lành vết thương và phân biệt rễ đòi hỏi phải kiểm soát môi trường cao hơn, và các nhà máy thực vật cũng là những người mang mầm bệnh tuyệt vời. Tính linh hoạt của các điều kiện môi trường của nhà máy thực vật rất mạnh, vì vậy nó rất có ý nghĩa lớn đối với việc sản xuất cây giống rau trong các mùa không sinh sản hoặc trong môi trường khắc nghiệt, và có thể cung cấp hỗ trợ cây con để đảm bảo cung cấp rau lâu năm. Ngoài ra, việc nhân giống cây giống của các nhà máy thực vật không bị giới hạn bởi không gian, và có thể được thực hiện tại chỗ ở vùng ngoại ô của các thành phố và không gian công cộng cộng đồng. Các thông số kỹ thuật rất linh hoạt và có thể thay đổi, cho phép sản xuất hàng loạt và cung cấp chặt chẽ của cây con chất lượng cao, cung cấp hỗ trợ quan trọng cho sự phát triển của nghề làm vườn đô thị. 

Rút ngắn chu kỳ sinh sản và cải thiện chất lượng của cây con

Trong điều kiện nhà máy thực vật, nhờ sự kiểm soát chính xác các yếu tố môi trường tăng trưởng khác nhau, chu kỳ sinh sản của cây được rút ngắn 30% xuống 50% so với các phương pháp truyền thống. Việc rút ngắn chu kỳ sinh sản có thể làm tăng lô sản xuất của cây con, tăng thu nhập của nhà sản xuất và giảm rủi ro hoạt động do biến động thị trường. Đối với người trồng, nó có lợi cho việc cấy ghép và trồng trọt sớm, ra mắt thị trường sớm và khả năng cạnh tranh thị trường được cải thiện. Mặt khác, cây con được nhân giống trong nhà máy thực vật gọn gàng và mập mạp, các chỉ số hình thái và chất lượng được cải thiện đáng kể và hiệu suất sản xuất sau khi thực dân hóa tốt hơn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cây cà chua, hạt tiêu và cây dưa chuột được nhân giống trong điều kiện nhà máy thực vật không chỉ cải thiện diện tích lá, chiều cao thực vật, đường kính thân, sức sống của rễ và các chỉ số khác, mà còn cải thiện khả năng thích nghi, kháng bệnh, biệt hóa chồi hoa sau khi thực dân hóa. Và sản xuất và các khía cạnh khác có lợi thế rõ ràng. Số lượng hoa cái trên mỗi cây tăng 33,8% và số lượng trái cây trên mỗi cây tăng 37,3% sau khi trồng cây dưa chuột được lai tạo trong các nhà máy thực vật. Với sự sâu sắc liên tục của nghiên cứu lý thuyết về sinh học của môi trường phát triển cây con, các nhà máy thực vật sẽ chính xác hơn và có thể kiểm soát được trong việc định hình hình thái cây giống và cải thiện hoạt động sinh lý.

 So sánh trạng thái của cây giống ghép trong nhà kính và nhà máy thực vật

Sử dụng hiệu quả các nguồn lực để giảm chi phí cây con

Nhà máy thực vật áp dụng các phương pháp trồng được tiêu chuẩn hóa, thông tin và công nghiệp hóa, do đó mọi liên kết sản xuất cây con đều được kiểm soát nghiêm ngặt và hiệu quả sử dụng tài nguyên được cải thiện đáng kể. Hạt giống là mức tiêu thụ chi phí chính trong chăn nuôi cây con. Do hoạt động không đều và khả năng kiểm soát môi trường kém của cây con truyền thống, có những vấn đề như không phân cấp hoặc tăng trưởng hạt yếu, dẫn đến chất thải rất lớn trong quá trình từ hạt đến cây con thương mại. Trong môi trường nhà máy thực vật, thông qua tiền xử lý hạt giống, gieo hạt mịn và kiểm soát chính xác môi trường trồng trọt, hiệu quả sử dụng của hạt được cải thiện đáng kể và liều lượng có thể giảm hơn 30%. Nước, phân bón và các tài nguyên khác cũng là mức tiêu thụ chi phí chính của việc nuôi cây con truyền thống, và hiện tượng chất thải tài nguyên là nghiêm trọng. Trong các điều kiện của các nhà máy thực vật, thông qua việc áp dụng công nghệ thủy lợi chính xác, hiệu quả của việc sử dụng nước và phân bón có thể được tăng hơn 70%. Ngoài ra, do tính nhỏ gọn của cấu trúc của chính nhà máy thực vật và tính đồng nhất của kiểm soát môi trường, hiệu quả sử dụng năng lượng và CO2 trong quá trình lan truyền cây giống cũng được cải thiện đáng kể.

So với việc nuôi cây giống và nuôi cây giống cây truyền thống truyền thống, tính năng lớn nhất của việc sinh sản cây giống trong các nhà máy thực vật là nó có thể được thực hiện theo cách ba chiều nhiều lớp. Trong nhà máy thực vật, nhân giống cây con có thể được mở rộng từ mặt phẳng đến không gian thẳng đứng, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả nhân giống cây giống trên một đơn vị đất đai và cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng không gian. Ví dụ, mô -đun tiêu chuẩn cho giống cây giống được phát triển bởi một công ty sinh học, trong điều kiện bao phủ diện tích 4,68, có thể sinh sản hơn 10.000 cây con trong một lô, có thể được sử dụng cho sản xuất rau 3,3 MU (2201.1) nhu cầu. Trong điều kiện nhân giống ba chiều đa lớp mật độ cao, hỗ trợ thiết bị phụ trợ tự động và hệ thống vận chuyển hậu cần thông minh có thể cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng lao động và tiết kiệm lao động hơn 50%.

Nhân giống cây giống có sức đề kháng cao để giúp sản xuất xanh

Môi trường sản xuất sạch của nhà máy thực vật có thể làm giảm đáng kể sự xuất hiện của sâu bệnh và bệnh trong không gian sinh sản. Đồng thời, thông qua cấu hình tối ưu hóa của môi trường nuôi cấy, cây con được sản xuất sẽ có điện trở cao hơn, điều này có thể làm giảm đáng kể việc phun thuốc trừ sâu trong quá trình nhân giống và trồng cây. Ngoài ra, đối với việc nhân giống cây con đặc biệt như cây con và cây cắt, các biện pháp kiểm soát xanh như ánh sáng, nhiệt độ, nước và phân bón trong nhà máy thực vật có thể được sử dụng để thay thế việc sử dụng hormone quy mô lớn trong các hoạt động truyền thống để đảm bảo An toàn thực phẩm, giảm ô nhiễm môi trường và đạt được cây con xanh sản xuất bền vững.

Phân tích chi phí sản xuất 

Các cách để các nhà máy thực vật tăng lợi ích kinh tế của cây con chủ yếu bao gồm hai phần. Một mặt, bằng cách tối ưu hóa thiết kế kết cấu, hoạt động tiêu chuẩn hóa và sử dụng các cơ sở và thiết bị thông minh, nó có thể làm giảm tiêu thụ hạt giống, điện và lao động trong quá trình sinh sản cây giống và cải thiện nước, phân bón, nhiệt và tiêu thụ năng lượng . Hiệu quả sử dụng của khí và CO2 làm giảm chi phí sinh sản cây giống; Mặt khác, thông qua sự kiểm soát chính xác môi trường và tối ưu hóa dòng chảy của quá trình, thời gian sinh sản của cây con được rút ngắn, và lô nhân giống hàng năm và năng suất cây con trên mỗi không gian đơn vị được tăng lên, có khả năng cạnh tranh hơn trên thị trường. 

Với sự phát triển của công nghệ nhà máy thực vật và sự sâu sắc liên tục của nghiên cứu sinh học môi trường về trồng cây, chi phí sinh sản cây giống trong các nhà máy thực vật về cơ bản giống như trồng trọt nhà kính truyền thống, và chất lượng và giá trị thị trường của cây con cao hơn. Lấy cây con dưa chuột làm ví dụ, vật liệu sản xuất chiếm một tỷ lệ lớn, chiếm khoảng 37% tổng chi phí, bao gồm cả hạt, dung dịch dinh dưỡng, khay cắm, chất nền, v.v. Chi phí, bao gồm ánh sáng thực vật, điều hòa không khí và giải pháp dinh dưỡng tiêu thụ năng lượng bơm, v.v., đó là hướng chính của tối ưu hóa trong tương lai. Ngoài ra, tỷ lệ lao động thấp là một đặc điểm của sản xuất nhà máy thực vật. Với sự gia tăng liên tục về mức độ tự động hóa, chi phí tiêu thụ lao động sẽ được giảm thêm. Trong tương lai, lợi ích kinh tế của việc sinh sản cây giống trong các nhà máy thực vật có thể được cải thiện hơn nữa thông qua việc phát triển các loại cây trồng có giá trị gia tăng cao và sự phát triển của công nghệ canh tác công nghiệp hóa cho cây con của cây rừng quý giá.

Thành phần chi phí cây dưa chuột /%

Tình trạng công nghiệp hóa

Trong những năm gần đây, các tổ chức nghiên cứu khoa học được đại diện bởi Viện nghiên cứu nông nghiệp đô thị của Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc và các doanh nghiệp công nghệ cao đã nhận ra ngành công nghiệp chăn nuôi cây giống trong các nhà máy thực vật. Nó có thể cung cấp cho cây giống với một dây chuyền sản xuất công nghiệp hiệu quả từ hạt giống đến xuất hiện. Trong số đó, một nhà máy thực vật ở Shanxi được xây dựng và đưa vào hoạt động vào năm 2019 có diện tích 3.500 và có thể sinh sản 800.000 cây giống hoặc 550.000 cây cà chua trong chu kỳ 30 ngày. Một nhà máy sản xuất giống cây giống khác được xây dựng có diện tích 2300 và có thể sản xuất 8-10 triệu cây con mỗi năm. Nhà máy chữa bệnh di động cho cây giống ghép được phát triển độc lập bởi Viện Nông nghiệp Đô thị, Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc có thể cung cấp một nền tảng chữa bệnh và thuần hóa đường dây để trồng cây giống ghép. Một không gian làm việc duy nhất có thể xử lý hơn 10.000 cây con được ghép cùng một lúc. Trong tương lai, sự đa dạng của các giống cây giống trong các nhà máy thực vật dự kiến ​​sẽ được mở rộng hơn nữa, và mức độ tự động hóa và trí thông minh sẽ tiếp tục được cải thiện.

Nhà máy chữa bệnh di động cho cây giống ghép được phát triển bởi Viện Nông nghiệp Đô thị, Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc

Outlook

Là một tàu sân bay mới của nhà máy, các nhà máy thực vật có những lợi thế rất lớn và tiềm năng thương mại hóa so với các phương pháp nuôi cây giống truyền thống về kiểm soát môi trường chính xác, sử dụng hiệu quả tài nguyên và hoạt động tiêu chuẩn hóa. Giảm mức tiêu thụ các tài nguyên như hạt giống, nước, phân bón, năng lượng và nhân lực trong việc nhân giống cây con, và cải thiện năng suất và chất lượng của cây con trên một đơn vị diện tích, chi phí sinh sản cây giống trong các nhà máy thực vật sẽ được giảm thêm, và các sản phẩm sẽ Hãy cạnh tranh hơn trên thị trường. Có một nhu cầu lớn đối với cây con ở Trung Quốc. Ngoài việc sản xuất các loại cây trồng truyền thống như rau, cây con có giá trị cao như hoa, thuốc thảo dược Trung Quốc và cây hiếm dự kiến ​​sẽ được nhân giống trong các nhà máy thực vật, và lợi ích kinh tế sẽ được cải thiện hơn nữa. Đồng thời, nền tảng nhân giống cây giống công nghiệp cần xem xét tính tương thích và tính linh hoạt của việc nhân giống cây giống khác nhau để đáp ứng nhu cầu của thị trường sinh sản cây giống trong các mùa khác nhau.

Lý thuyết sinh học của môi trường nhân giống cây giống là cốt lõi của sự kiểm soát chính xác của môi trường nhà máy thực vật. Nghiên cứu chuyên sâu về việc điều chỉnh hình dạng cây giống và quang hợp và các hoạt động sinh lý khác bởi các yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và CO2 sẽ giúp thiết lập mô hình tương tác môi trường hạt giống, có thể làm giảm mức tiêu thụ năng lượng của sản xuất cây giống và Cải thiện chất lượng và sản xuất cây con. Chất lượng cung cấp một cơ sở lý thuyết. Trên cơ sở đó, công nghệ kiểm soát và thiết bị với ánh sáng là lõi và kết hợp với các yếu tố môi trường khác, và tùy chỉnh việc sản xuất cây con với các loại thực vật đặc biệt, tính đồng nhất cao và chất lượng cao để đáp ứng các yêu cầu của canh tác mật độ cao và vận hành cơ giới hóa trong Các nhà máy có thể được phát triển. Cuối cùng, nó cung cấp một cơ sở kỹ thuật cho việc xây dựng một hệ thống sản xuất cây giống kỹ thuật số và nhận ra sự nhân giống cây giống tiêu chuẩn, không người lái và kỹ thuật số trong các nhà máy thực vật.

Tác giả: Xu Yaliang, Liu Xinying, v.v. 

Thông tin trích dẫn:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang.KEY Thiết bị kỹ thuật và công nghiệp hóa nhân giống cây giống trong các nhà máy thực vật [J]. Công nghệ kỹ thuật nông nghiệp, 2021,42 (4): 12-15.