Santrauka

Šiuo metu augalų fabrikas sėkmingai veisia daržovių daigus, tokius kaip agurkai, pomidorai, paprikos, baklažanai ir melionai, tiekdamas ūkininkams aukštos kokybės daigus partijomis, o po pasodinimo gamybos rezultatai yra geresni. Augalų fabrikai tapo svarbia daržovių pramonės daigų tiekimo priemone ir vaidina vis svarbesnį vaidmenį skatinant daržovių pramonės pasiūlos pusės struktūrinę reformą, užtikrinant miesto daržovių tiekimą ir žaliųjų daržovių gamybą.

Augalų gamyklos sodinukų veisimo sistemos projektavimas ir pagrindinė techninė įranga

Šiuo metu efektyviausia žemės ūkio gamybos sistema yra augalų fabriko sodinukų veisimo sistema, apimanti išsamias technines priemones, įskaitant dirbtinį apšvietimą, maistinių medžiagų tirpalų tiekimą, trimatę aplinkos kontrolę, automatizuotas pagalbines operacijas, intelektualų gamybos valdymą ir kt., bei integruojanti biotechnologijas, informacines technologijas ir dirbtinį intelektą. Pažangūs ir kiti aukštųjų technologijų pasiekimai skatina nuolatinę pramonės plėtrą. 

LED dirbtinio šviesos šaltinio sistema

Dirbtinės šviesos aplinkos kūrimas yra viena iš pagrindinių augalų fabrikų daigų veisimo sistemos technologijų ir pagrindinis energijos šaltinis daigų auginimui. Augalų fabrikų šviesos aplinka yra labai lanksti, ją galima reguliuoti įvairiais aspektais, tokiais kaip šviesos kokybė, šviesos intensyvumas ir fotoperiodas, o tuo pačiu metu skirtingus šviesos veiksnius galima optimizuoti ir derinti laiko seka, kad būtų sukurta šviesos formulė daigų auginimui, užtikrinanti tinkamą šviesos aplinką dirbtiniam daigų auginimui. Todėl, remiantis šviesos poreikio charakteristikomis ir skirtingų daigų augimo gamybos tikslais, optimizuojant šviesos formulės parametrus ir šviesos tiekimo strategiją, buvo sukurtas specialus energiją taupantis LED šviesos šaltinis, kuris gali gerokai pagerinti daigų šviesos energijos konversijos efektyvumą, skatinti daigų biomasės kaupimąsi ir pagerinti daigų auginimo kokybę, kartu sumažinant energijos suvartojimą ir gamybos sąnaudas. Be to, šviesos aplinkos reguliavimas taip pat yra svarbi techninė priemonė daigų prijaukinimo ir skiepytų daigų gijimo procese.

Nuimama daugiasluoksnė vertikali daigų sistema

Daigų veisimas gamykloje atliekamas naudojant daugiasluoksnę trimatę lentyną. Dėl modulinės sistemos konstrukcijos galima greitai surinkti daigų auginimo sistemą. Atstumas tarp lentynų gali būti lanksčiai reguliuojamas, kad atitiktų skirtingų veislių daigų veisimui reikalingus erdvės poreikius ir gerokai pagerintų erdvės panaudojimo koeficientą. Be to, atskira sėklų guolio sistemos, apšvietimo sistemos ir vandens bei trąšų drėkinimo sistemos konstrukcija leidžia sėklų guoliui atlikti ir transportavimo funkciją, kuri yra patogi perkeliant daigus į skirtingas dirbtuves, tokias kaip sėja, daiginimas ir prijaukinimas, ir sumažina daigų padėklų tvarkymo darbo sąnaudas.

Nuimama daugiasluoksnė vertikali daigų sistema 

Vandens ir trąšų drėkinimui daugiausia taikomi potvynių, purškimo ir kiti metodai, tiksliai kontroliuojant maistinių medžiagų tirpalo tiekimo laiką ir dažnumą, siekiant vienodo vandens ir mineralinių maistinių medžiagų tiekimo ir efektyvaus naudojimo. Kartu su specialia daigų maistinių medžiagų tirpalo formule tai gali patenkinti daigų augimo ir vystymosi poreikius bei užtikrinti greitą ir sveiką daigų augimą. Be to, naudojant internetinę maistinių medžiagų jonų aptikimo sistemą ir maistinių medžiagų tirpalo sterilizavimo sistemą, maistinių medžiagų atsargas galima laiku papildyti, išvengiant mikroorganizmų ir antrinių metabolitų, kurie turi įtakos normaliam daigų augimui, kaupimosi. 

Aplinkos kontrolės sistema

Tikslus ir efektyvus aplinkos valdymas yra vienas iš pagrindinių augalų fabriko daigų dauginimo sistemos bruožų. Išorinė augalų fabriko priežiūros konstrukcija paprastai surenkama iš nepermatomų ir labai izoliuojančių medžiagų. Tuo remiantis, šviesos, temperatūros, drėgmės, vėjo greičio ir CO2 reguliavimas beveik nepaveikiamas išorinės aplinkos. Sukūrus CFD modelį, skirtą optimizuoti oro kanalų išdėstymą, kartu su mikroaplinkos valdymo metodu, galima pasiekti tolygų aplinkos veiksnių, tokių kaip temperatūra, drėgmė, vėjo greitis ir CO2, pasiskirstymą didelio tankio kultūros erdvėje. Pažangus aplinkos reguliavimas įgyvendinamas paskirstytais jutikliais ir kontaktiniu valdymu, o visos auginimo aplinkos reguliavimas realiuoju laiku atliekamas per ryšį tarp stebėjimo įrenginio ir valdymo sistemos. Be to, naudojant vandeniu aušinamus šviesos šaltinius ir vandens cirkuliaciją kartu su lauko šalčio šaltinių įdiegimu, galima pasiekti energiją taupantį vėsinimą ir sumažinti oro kondicionavimo energijos suvartojimą.

Automatinė pagalbinė valdymo įranga

Augalų fabriko daigų veisimo procesas yra griežtas, operacijų tankis didelis, erdvė kompaktiška, o automatinė pagalbinė įranga yra būtina. Automatinės pagalbinės įrangos naudojimas ne tik padeda sumažinti darbo sąnaudas, bet ir pagerina auginimo erdvės efektyvumą. Iki šiol sukurta automatizavimo įranga apima dirvožemio uždengimo mašiną, sėjamąją, skiepijimo mašiną, AGV logistikos transportavimo vežimėlį ir kt. Valdant palaikančia intelektualia valdymo platforma, iš esmės galima įgyvendinti visą daigų veisimo procesą be piloto. Be to, mašininio matymo technologija taip pat vaidina vis svarbesnį vaidmenį daigų veisimo procese. Ji ne tik padeda stebėti daigų augimo būklę, padeda valdyti komercinius daigus, bet ir atlieka automatinę silpnų ir negyvų daigų patikrą. Roboto ranka pašalina ir užpildo daigus.

Augalų fabriko sodinukų veisimo privalumai

Aukštas aplinkos kontrolės lygis leidžia kasmet gaminti

Dėl daigų veisimo specifikos labai svarbi jų auginimo aplinkos kontrolė. Augalų fabriko sąlygomis tokie aplinkos veiksniai kaip šviesa, temperatūra, vanduo, oras, trąšos ir CO2 yra griežtai kontroliuojami, o tai gali užtikrinti geriausią augimo aplinką daigų veisimui, nepriklausomai nuo metų laiko ir regiono. Be to, skiepytų ir skintų daigų veisimo procese skiepijimo žaizdų gijimo ir šaknų diferenciacijos procesas reikalauja didesnės aplinkos kontrolės, o augalų fabrikai taip pat yra puikūs nešėjai. Pačio augalų fabriko aplinkos sąlygų lankstumas yra didelis, todėl jis yra labai svarbus daržovių daigų auginimui ne veisimosi sezonu arba ekstremaliomis sąlygomis ir gali suteikti daigams atramą, užtikrinančią daugiametį daržovių tiekimą. Be to, augalų fabrikų daigų veisimas nėra ribojamas erdvės ir gali būti atliekamas vietoje miestų priemiesčiuose ir bendruomenės viešosiose erdvėse. Specifikacijos yra lanksčios ir keičiamos, todėl galima masinė gamyba ir glaudus aukštos kokybės daigų tiekimas, teikiant svarbią paramą miesto sodininkystės plėtrai. 

Sutrumpinkite veisimo ciklą ir pagerinkite sodinukų kokybę

Augalų fabriko sąlygomis, tiksliai kontroliuojant įvairius augimo aplinkos veiksnius, daigų veisimo ciklas, palyginti su tradiciniais metodais, sutrumpėja 30–50 %. Veisimo ciklo sutrumpinimas gali padidinti daigų gamybos partiją, padidinti gamintojų pajamas ir sumažinti rinkos svyravimų keliamą veiklos riziką. Augintojams tai padeda anksti persodinti ir sodinti, anksčiau pateikti į rinką ir pagerinti konkurencingumą rinkoje. Kita vertus, augalų fabrike išauginti daigai yra tvarkingi ir stiprūs, žymiai pagerėja morfologiniai ir kokybiniai rodikliai, o po pasodinimo – geresni gamybos rezultatai. Tyrimai parodė, kad augalų fabriko sąlygomis išauginti pomidorų, paprikų ir agurkų daigai ne tik pagerina lapų plotą, augalo aukštį, stiebo skersmenį, šaknų gyvybingumą ir kitus rodiklius, bet ir pagerina prisitaikomumą, atsparumą ligoms, žiedpumpurių diferenciaciją po pasodinimo. O produktyvumo ir kiti aspektai turi akivaizdžių privalumų. Pasodinus augalų fabrikuose išaugintus agurkų daigus, moteriškų žiedų skaičius viename augale padidėjo 33,8 %, o vaisių skaičius viename augale – 37,3 %. Nuolat gilinant teorinius daigų vystymosi aplinkos biologijos tyrimus, augalų fabrikai bus tikslesni ir geriau kontroliuojami formuojant daigų morfologiją ir gerinant fiziologinį aktyvumą.

 Skiepytų daigų būklės palyginimas šiltnamiuose ir augalų fabrikuose

Efektyvus išteklių naudojimas siekiant sumažinti sodinukų kainą

Augalų fabrike taikomi standartizuoti, informatizuotieji ir industrializuoti sodinimo metodai, todėl kiekviena daigų auginimo grandis yra griežtai kontroliuojama, o išteklių panaudojimo efektyvumas gerokai padidėja. Sėklos yra pagrindinė daigų auginimo sąnaudų dalis. Dėl netaisyklingo tradicinių daigų veikimo ir prastos aplinkos kontrolės kyla tokių problemų kaip sėklų nedygimas arba silpnas augimas, dėl kurių nuo sėklų iki komercinių daigų auginimo proceso metu susidaro didžiulės atliekos. Augalų fabriko aplinkoje, taikant sėklų išankstinį apdorojimą, tikslią sėją ir tiksliai kontroliuojant auginimo aplinką, sėklų panaudojimo efektyvumas gerokai padidėja, o dozę galima sumažinti daugiau nei 30 %. Vanduo, trąšos ir kiti ištekliai taip pat yra pagrindinės tradicinio daigų auginimo sąnaudų dalys, todėl išteklių švaistymo reiškinys yra rimtas. Augalų fabrikų sąlygomis, taikant tiksliojo drėkinimo technologiją, vandens ir trąšų panaudojimo efektyvumą galima padidinti daugiau nei 70 %. Be to, dėl kompaktiškos pačios fabriko konstrukcijos ir vienodos aplinkos kontrolės gerokai padidėja energijos ir CO2 panaudojimo efektyvumas daigų dauginimo procese.

Lyginant su tradiciniu daigų auginimu atvirame lauke ir šiltnamiuose, didžiausias daigų veisimo augalų fabrikuose bruožas yra tas, kad jį galima atlikti daugiasluoksniu trimačiu būdu. Augalų fabrike daigų veisimas gali būti atliekamas ne tik plokštumoje, bet ir vertikalioje erdvėje, o tai labai pagerina daigų veisimo efektyvumą žemės vienete ir erdvės panaudojimo efektyvumą. Pavyzdžiui, standartinis biologinės įmonės sukurtas daigų veisimo modulis, apimantis 4,68 ㎡ plotą, gali išauginti daugiau nei 10 000 daigų vienoje partijoje, o tai gali būti panaudota 3,3 Mu (2201,1 ㎡) daržovių auginimo poreikiams patenkinti. Esant didelio tankio daugiasluoksniam trimačiam veisimui, palaikoma automatinė pagalbinė įranga ir išmanioji logistikos transporto sistema gali gerokai padidinti darbo jėgos panaudojimo efektyvumą ir sutaupyti darbo jėgos daugiau nei 50 %.

Didelio atsparumo sodinukų veisimas, siekiant padėti žaliajai produkcijai

Švari augalų fabriko gamybos aplinka gali gerokai sumažinti kenkėjų ir ligų plitimą veisimo erdvėje. Tuo pačiu metu, optimizavus kultūros aplinkos konfigūraciją, išauginti daigai bus atsparesni, o tai gali gerokai sumažinti pesticidų purškimą daigų dauginimo ir sodinimo metu. Be to, veisiant specialius daigus, tokius kaip skiepyti ir skinti daigai, augalų fabrike taikomos žaliosios kontrolės priemonės, tokios kaip šviesa, temperatūra, vanduo ir trąšos, gali pakeisti didelio masto hormonų naudojimą tradicinėse operacijose, siekiant užtikrinti maisto saugą, sumažinti aplinkos taršą ir pasiekti tvarų žalių daigų auginimą.

Gamybos sąnaudų analizė 

Augalų fabrikų būdai padidinti sodinukų ekonominę naudą daugiausia apima dvi dalis. Viena vertus, optimizuojant konstrukcinį projektą, standartizuojant veikimą ir naudojant išmaniuosius įrenginius bei įrangą, galima sumažinti sėklų, elektros energijos ir darbo sąnaudas sodinukų veisimo procese, pagerinti vandens, trąšų, šilumos ir energijos suvartojimą. Dujų ir CO2 panaudojimo efektyvumas sumažina sodinukų veisimo sąnaudas; kita vertus, tiksliai kontroliuojant aplinką ir optimizuojant proceso eigą, sutrumpėja sodinukų veisimo laikas, padidėja metinė veisimo partija ir sodinukų derlius ploto vienete, o tai yra konkurencingesnė rinkoje. 

Tobulėjant augalų fabrikų technologijoms ir nuolat gilėjant aplinkos biologijos tyrimams apie daigų auginimą, daigų veisimo augalų fabrikuose kaina iš esmės yra tokia pati kaip tradicinio šiltnamių auginimo, o daigų kokybė ir rinkos vertė yra didesnė. Pavyzdžiui, agurkų daigų atveju, gamybos medžiagos sudaro didelę dalį – apie 37 % visų išlaidų, įskaitant sėklas, maistinių medžiagų tirpalą, padėklus, substratus ir kt. Elektros energijos suvartojimas sudaro apie 24 % visų išlaidų, įskaitant augalų apšvietimą, oro kondicionavimą ir maistinių medžiagų tirpalo siurblio energijos suvartojimą ir kt., o tai yra pagrindinė būsimo optimizavimo kryptis. Be to, maža darbo jėgos dalis yra augalų fabrikų gamybos bruožas. Nuolat didinant automatizavimo laipsnį, darbo jėgos sąnaudos dar labiau sumažės. Ateityje ekonominė daigų veisimo augalų fabrikuose nauda gali būti dar labiau padidinta, plėtojant didelės pridėtinės vertės augalus ir plėtojant pramonines brangių miško medžių daigų auginimo technologijas.

Agurkų daigų savikainos sudėtis /%

Industrializacijos statusas

Pastaraisiais metais mokslinių tyrimų institucijos, atstovaujamos Kinijos žemės ūkio mokslų akademijos Miesto žemdirbystės tyrimų instituto, ir aukštųjų technologijų įmonės sukūrė daigų veisimo augalų fabrikuose pramonę. Tai gali aprūpinti daigus efektyvia pramonine gamybos linija nuo sėklos iki sudygimo. Tarp jų yra Šansi mieste 2019 m. pastatyta ir pradėta eksploatuoti augalų fabrikas, užimantis 3 500 m² plotą ir per 30 dienų ciklą galintis išauginti 800 000 paprikų arba 550 000 pomidorų daigų. Kita pastatyta daigų veisimo gamykla užima 2 300 m² plotą ir per metus gali pagaminti 8–10 milijonų daigų. Kinijos žemės ūkio mokslų akademijos Miesto žemdirbystės instituto nepriklausomai sukurta mobili skiepytų daigų gydymo įmonė gali būti konvejerio tipo gydymo ir prijaukinimo platforma skiepytiems daigams auginti. Viena darbo vieta vienu metu gali apdoroti daugiau nei 10 000 skiepytų daigų. Ateityje tikimasi dar labiau išplėsti sodinukų veisimo veislių įvairovę augalų fabrikuose, o automatizavimo ir intelekto lygis toliau gerės.

Kinijos žemės ūkio mokslų akademijos Miesto žemdirbystės instituto sukurtas mobilus skiepytų daigų gydymo įrenginys

Perspektyva

Augalų fabrikai, kaip naujas fabrikinių daigų auginimo būdas, turi didžiulių pranašumų ir komercializacijos potencialą, palyginti su tradiciniais daigų auginimo metodais, kalbant apie tikslią aplinkos kontrolę, efektyvų išteklių naudojimą ir standartizuotas operacijas. Sumažinus išteklių, tokių kaip sėklos, vanduo, trąšos, energija ir darbo jėga, suvartojimą daigų auginimui ir pagerinus daigų derlių bei kokybę ploto vienete, daigų auginimo išlaidos augalų fabrikuose dar labiau sumažės, o produktai bus konkurencingesni rinkoje. Kinijoje yra didžiulė daigų paklausa. Be tradicinių augalų, tokių kaip daržovės, auginimo, tikimasi, kad augalų fabrikuose bus auginami ir didelės pridėtinės vertės daigai, tokie kaip gėlės, kinų vaistažolių preparatai ir reti medžiai, o ekonominė nauda bus dar labiau padidinta. Tuo pačiu metu industrializuota daigų auginimo platforma turi atsižvelgti į skirtingų daigų auginimo būdų suderinamumą ir lankstumą, kad būtų patenkinti daigų auginimo rinkos poreikiai skirtingais metų laikais.

Biologinė daigų veisimosi aplinkos teorija yra tikslios augalų fabriko aplinkos kontrolės pagrindas. Išsamūs daigų formos, fotosintezės ir kitos fiziologinės veiklos reguliavimo aplinkos veiksniais, tokiais kaip šviesa, temperatūra, drėgmė ir CO2, tyrimai padės sukurti daigų ir aplinkos sąveikos modelį, kuris gali sumažinti daigų auginimo energijos suvartojimą ir pagerinti daigų kokybę bei derlių. Kokybė suteikia teorinį pagrindą. Remiantis tuo, galima sukurti valdymo technologijas ir įrangą, kurios pagrindas yra šviesa ir kuri derinama su kitais aplinkos veiksniais, ir pritaikyti daigų auginimą su specialiomis augalų rūšimis, dideliu vienodumu ir aukšta kokybe, kad būtų patenkinti didelio tankumo auginimo ir mechanizuoto veikimo augalų fabrikuose reikalavimai. Galiausiai tai suteikia techninį pagrindą skaitmeninės daigų auginimo sistemos sukūrimui ir įgyvendina standartizuotą, nepilotuojamą ir skaitmeninį daigų veisimą augalų fabrikuose.

Autoriai: Xu Yaliang, Liu Xinying ir kt. 

Citavimo informacija:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Pagrindinė techninė įranga ir sodinukų veisimo industrializavimas augalų fabrikuose [J]. Žemės ūkio inžinerijos technologijos, 2021, 42 (4): 12–15.