Abstrakt

Derzeit hat die Pflanzenfabrik die Züchtung von Gemüsesämlingen wie Gurken, Tomaten, Paprika, Auberginen und Melonen erfolgreich umgesetzt und den Landwirten qualitativ hochwertige Sämlinge in Chargen geliefert, und die Produktionsleistung nach dem Pflanzen ist besser.Pflanzenfabriken sind zu einem wichtigen Mittel zur Versorgung der Gemüseindustrie mit Setzlingen geworden und spielen eine immer wichtigere Rolle bei der Förderung der angebotsseitigen Strukturreform der Gemüseindustrie, indem sie die städtische Gemüseversorgung und die Produktion von grünem Gemüse sicherstellen.

Design und wichtige technische Ausrüstung des Pflanzenfabrik-Sämlingszuchtsystems

Als derzeit effizientestes landwirtschaftliches Produktionssystem integriert das Pflanzenfabrik-Setzlingszuchtsystem umfassende technische Mittel wie künstliche Beleuchtung, Versorgung mit Nährlösungen, dreidimensionale Umweltkontrolle, automatisierte Hilfsvorgänge, intelligentes Produktionsmanagement usw. sowie Biotechnologie und Information Technologie und künstliche Intelligenz.Intelligente und andere High-Tech-Errungenschaften fördern die kontinuierliche Weiterentwicklung der Branche. 

LED-System mit künstlicher Lichtquelle

Der Aufbau einer künstlichen Lichtumgebung ist eine der Kerntechnologien des Sämlingszuchtsystems in Pflanzenfabriken und auch die Hauptenergiequelle für die Sämlingsproduktion.Die Lichtumgebung von Pflanzenfabriken weist eine hohe Flexibilität auf, und die Lichtumgebung kann aus mehreren Dimensionen wie Lichtqualität, Lichtintensität und Photoperiode reguliert werden, und gleichzeitig können verschiedene Lichtfaktoren optimiert und in zeitlicher Abfolge kombiniert werden, um eine zu bilden Leichte Formel für die Sämlingszucht, die eine geeignete Lichtumgebung für die künstliche Kultivierung von Sämlingen gewährleistet.Basierend auf den Lichtbedarfsmerkmalen und Produktionszielen unterschiedlichen Sämlingswachstums wurde daher durch Optimierung der Lichtformelparameter und der Lichtversorgungsstrategie eine spezielle energiesparende LED-Lichtquelle entwickelt, die die Lichtenergieumwandlungseffizienz von Sämlingen erheblich verbessern kann , fördern die Ansammlung von Sämlingsbiomasse und verbessern die Qualität der Sämlingsproduktion bei gleichzeitiger Reduzierung des Energieverbrauchs und der Produktionskosten.Darüber hinaus ist die Regulierung der Lichtumgebung auch ein wichtiges technisches Mittel im Prozess der Domestizierung von Sämlingen und der Heilung veredelter Sämlinge.

Abnehmbares mehrschichtiges vertikales Sämlingssystem

Die Sämlingszucht in der Pflanzenfabrik erfolgt mithilfe eines mehrschichtigen dreidimensionalen Regals.Durch den modularen Systemaufbau kann ein schneller Aufbau des Setzlingsaufzuchtsystems realisiert werden.Der Abstand zwischen den Regalen kann flexibel angepasst werden, um den Platzbedarf für die Aufzucht unterschiedlicher Setzlingsorten zu erfüllen und die Raumausnutzung deutlich zu verbessern.Darüber hinaus ermöglicht die getrennte Gestaltung des Saatbettsystems, des Beleuchtungssystems und des Wasser- und Düngemittelbewässerungssystems, dass das Saatbett sowohl eine Transportfunktion hat, was den Transport zu verschiedenen Werkstätten wie Aussaat, Keimung und Domestizierung erleichtert, als auch den Arbeitsaufwand reduziert Verbrauch der Handhabung von Sämlingsschalen.

Abnehmbares mehrschichtiges vertikales Sämlingssystem 

Bei der Wasser- und Düngemittelbewässerung werden hauptsächlich Gezeiten-, Sprüh- und andere Methoden angewendet, um durch genaue Steuerung der Zeit und Häufigkeit der Nährstofflösungszufuhr eine gleichmäßige Versorgung und effiziente Nutzung von Wasser und Mineralnährstoffen zu erreichen.In Kombination mit der speziellen Nährlösungsformel für Sämlinge kann es den Wachstums- und Entwicklungsbedarf der Sämlinge decken und ein schnelles und gesundes Wachstum der Sämlinge gewährleisten.Darüber hinaus können durch das Online-Nährstoffionenerkennungssystem und das Nährlösungssterilisationssystem die Nährstoffe rechtzeitig wieder aufgefüllt werden, während gleichzeitig die Ansammlung von Mikroorganismen und Sekundärmetaboliten vermieden wird, die das normale Wachstum der Sämlinge beeinträchtigen. 

Umweltkontrollsystem

Eine präzise und effiziente Umweltkontrolle ist eines der Hauptmerkmale eines Systems zur Vermehrung von Sämlingen in einer Pflanzenfabrik.Die äußere Wartungsstruktur einer Anlagenfabrik besteht im Allgemeinen aus Materialien, die undurchsichtig und hochisolierend sind.Auf dieser Grundlage erfolgt die Regulierung von Licht, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und CO2 nahezu unabhängig von der äußeren Umgebung.Durch die Konstruktion des CFD-Modells zur Optimierung der Anordnung des Luftkanals in Kombination mit der Mikroumgebungskontrollmethode kann eine gleichmäßige Verteilung von Umweltfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und CO2 im Kulturraum mit hoher Dichte erreicht werden erreicht werden.Die intelligente Umgebungsregulierung wird durch verteilte Sensoren und Kontaktsteuerung realisiert, und die Echtzeitregulierung der gesamten Anbauumgebung erfolgt durch die Verbindung zwischen der Überwachungseinheit und dem Steuerungssystem.Darüber hinaus kann durch den Einsatz wassergekühlter Lichtquellen und Wasserzirkulation in Kombination mit der Einführung von Außenkältequellen eine energiesparende Kühlung erreicht und der Energieverbrauch der Klimaanlage gesenkt werden.

Automatische Hilfsbetriebsausrüstung

Der Betriebsprozess der Sämlingszucht in der Pflanzenfabrik ist streng, die Betriebsdichte ist hoch, der Raum ist kompakt und automatische Zusatzgeräte sind unverzichtbar.Der Einsatz automatisierter Zusatzgeräte trägt nicht nur zur Reduzierung des Arbeitsaufwands bei, sondern trägt auch zur Verbesserung der Effizienz des Anbauraums bei.Zu den Automatisierungsgeräten, die bisher entwickelt wurden, gehören Bodenbedeckungsmaschinen, Sämaschinen, Pfropfmaschinen, AGV-Logistik-Förderwagen usw. Unter der Steuerung der unterstützenden intelligenten Managementplattform kann grundsätzlich der unbemannte Betrieb des gesamten Prozesses der Sämlingszucht erfolgen erkannte.Darüber hinaus spielt die Bildverarbeitungstechnologie auch im Prozess der Setzlingszüchtung eine immer wichtigere Rolle.Es hilft nicht nur, den Wachstumsstatus von Setzlingen zu überwachen, hilft bei der Verwaltung kommerzieller Setzlinge, sondern führt auch ein automatisches Screening auf schwache Setzlinge und tote Setzlinge durch.Die Roboterhand entnimmt und füllt die Setzlinge.

Vorteile der Pflanzenzucht von Sämlingen

Ein hohes Maß an Umweltkontrolle ermöglicht eine jährliche Produktion

Aufgrund der Besonderheit der Sämlingszucht ist die Kontrolle der Anbauumgebung sehr wichtig.Unter den Bedingungen der Pflanzenfabrik werden Umweltfaktoren wie Licht, Temperatur, Wasser, Luft, Dünger und CO2 streng kontrolliert, was unabhängig von Jahreszeiten und Regionen die beste Wachstumsumgebung für die Sämlingszucht bieten kann.Darüber hinaus erfordert der Prozess der Wundheilung und Wurzeldifferenzierung im Züchtungsprozess von gepfropften und geschnittenen Sämlingen eine stärkere Umweltkontrolle, und Pflanzenfabriken sind ebenfalls hervorragende Träger.Die Flexibilität der Umweltbedingungen in der Pflanzenfabrik selbst ist groß und daher von großer Bedeutung für die Produktion von Gemüsesämlingen in der Nichtbrutzeit oder in extremen Umgebungen. Sie kann den Sämlingen Unterstützung bieten, um die mehrjährige Versorgung mit Gemüse sicherzustellen.Darüber hinaus ist die Sämlingszucht von Pflanzenfabriken nicht an den Platz gebunden und kann vor Ort in den Vororten von Städten und öffentlichen Gemeinschaftsräumen durchgeführt werden.Die Spezifikationen sind flexibel und veränderbar und ermöglichen eine Massenproduktion und eine flächendeckende Versorgung mit qualitativ hochwertigen Setzlingen, was eine wichtige Unterstützung für die Entwicklung des städtischen Gartenbaus darstellt. 

Verkürzen Sie den Zuchtzyklus und verbessern Sie die Qualität der Sämlinge

Unter Pflanzenfabrikbedingungen verkürzt sich der Brutzyklus der Sämlinge dank der präzisen Kontrolle verschiedener Wachstumsumfeldfaktoren im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um 30 bis 50 %.Die Verkürzung des Zuchtzyklus kann die Produktionsmenge an Setzlingen erhöhen, das Einkommen des Produzenten steigern und die durch Marktschwankungen verursachten Betriebsrisiken verringern.Für die Erzeuger ist es förderlich für ein frühes Umpflanzen und Pflanzen, eine frühe Markteinführung und eine verbesserte Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt.Andererseits sind die in der Pflanzenfabrik gezüchteten Sämlinge ordentlich und kräftig, die morphologischen und Qualitätsindikatoren sind deutlich verbessert und die Produktionsleistung nach der Besiedlung ist besser.Studien haben gezeigt, dass unter Pflanzenfabrikbedingungen gezüchtete Tomaten-, Paprika- und Gurkensetzlinge nicht nur die Blattfläche, die Pflanzenhöhe, den Stammdurchmesser, die Wurzelstärke und andere Indikatoren verbessern, sondern auch die Anpassungsfähigkeit, Krankheitsresistenz und Blütenknospendifferenzierung nach der Kolonisierung verbessern.Und die Produktion und andere Aspekte haben offensichtliche Vorteile.Die Anzahl der weiblichen Blüten pro Pflanze stieg um 33,8 % und die Anzahl der Früchte pro Pflanze stieg um 37,3 %, nachdem in Pflanzenfabriken gezüchtete Gurkensämlinge gepflanzt wurden.Mit der kontinuierlichen Vertiefung der theoretischen Forschung zur Biologie der Entwicklungsumgebung von Sämlingen werden Pflanzenfabriken bei der Gestaltung der Sämlingsmorphologie und der Verbesserung der physiologischen Aktivität präziser und kontrollierbarer sein.

 Vergleich des Zustands veredelter Sämlinge in Gewächshäusern und Pflanzenfabriken

Effizienter Ressourceneinsatz zur Reduzierung der Setzlingskosten

Die Pflanzenfabrik wendet standardisierte, informatisierte und industrialisierte Pflanzmethoden an, sodass jeder Schritt der Setzlingsproduktion streng kontrolliert wird und die Effizienz der Ressourcennutzung erheblich verbessert wird.Saatgut ist der Hauptkostenfaktor bei der Setzlingszucht.Aufgrund des unregelmäßigen Betriebs und der schlechten Umweltkontrollierbarkeit herkömmlicher Setzlinge kommt es zu Problemen wie Nichtkeimung oder schwachem Wachstum der Samen, was zu enormen Abfällen im Prozess vom Saatgut bis zum kommerziellen Setzling führt.In der Pflanzenfabrikumgebung wird durch Saatgutvorbehandlung, Feinsaat und präzise Steuerung der Anbauumgebung die Nutzungseffizienz von Saatgut erheblich verbessert und die Dosierung kann um mehr als 30 % reduziert werden.Wasser, Dünger und andere Ressourcen sind auch der Hauptkostenfaktor bei der traditionellen Setzlingszucht, und das Phänomen der Ressourcenverschwendung ist ernst.Unter den Bedingungen von Pflanzenfabriken kann durch den Einsatz präziser Bewässerungstechnologie die Effizienz der Wasser- und Düngemittelnutzung um mehr als 70 % gesteigert werden.Darüber hinaus wird aufgrund der kompakten Struktur der Pflanzenfabrik selbst und der Einheitlichkeit der Umweltkontrolle auch die Energie- und CO2-Nutzungseffizienz im Prozess der Sämlingsvermehrung erheblich verbessert.

Im Vergleich zur herkömmlichen Sämlingszucht im Freiland und im Gewächshaus besteht das größte Merkmal der Sämlingszucht in Pflanzenfabriken darin, dass sie auf mehrschichtige dreidimensionale Weise durchgeführt werden kann.In der Pflanzenfabrik kann die Sämlingszucht vom ebenen auf den vertikalen Raum ausgeweitet werden, was die Sämlingszuchteffizienz pro Landeinheit erheblich verbessert und die Raumnutzungseffizienz deutlich verbessert.Beispielsweise kann das von einem biologischen Unternehmen entwickelte Standardmodul für die Setzlingszucht unter der Bedingung, dass es eine Fläche von 4,68 ㎡ abdeckt, mehr als 10.000 Setzlinge in einer einzigen Charge züchten, die für die Gemüseproduktion von 3,3 Mu (2201,1 ㎡) verwendet werden können Bedürfnisse.Unter der Bedingung einer mehrschichtigen dreidimensionalen Züchtung mit hoher Dichte kann die Unterstützung automatischer Hilfsgeräte und eines intelligenten Logistiktransportsystems die Effizienz der Arbeitsauslastung erheblich verbessern und Arbeitskräfte um mehr als 50 % einsparen.

Züchtung hochresistenter Sämlinge zur Unterstützung einer umweltfreundlichen Produktion

Die saubere Produktionsumgebung der Pflanzenfabrik kann das Auftreten von Schädlingen und Krankheiten im Zuchtraum erheblich reduzieren.Gleichzeitig weisen die erzeugten Sämlinge durch die optimierte Konfiguration der Kulturumgebung eine höhere Resistenz auf, wodurch das Versprühen von Pestiziden während der Sämlingsvermehrung und -pflanzung erheblich reduziert werden kann.Darüber hinaus können für die Züchtung spezieller Setzlinge wie veredelter Setzlinge und Schnittsetzlinge grüne Kontrollmaßnahmen wie Licht, Temperatur, Wasser und Dünger in der Pflanzenfabrik eingesetzt werden, um den großflächigen Einsatz von Hormonen in herkömmlichen Betrieben zu gewährleisten Lebensmittelsicherheit, Reduzierung der Umweltverschmutzung und Erzielung grüner Sämlinge. Nachhaltige Produktion.

Produktionskostenanalyse 

Die Möglichkeiten für Pflanzenfabriken, den wirtschaftlichen Nutzen von Setzlingen zu steigern, bestehen hauptsächlich aus zwei Teilen.Einerseits kann es durch die Optimierung des strukturellen Designs, den standardisierten Betrieb und den Einsatz intelligenter Einrichtungen und Geräte den Verbrauch von Saatgut, Strom und Arbeitsaufwand bei der Setzlingszucht reduzieren und den Wasser-, Dünger-, Wärme- und Energieverbrauch verbessern .Die Effizienz der Gas- und CO2-Nutzung senkt die Kosten für die Sämlingszucht;Andererseits wird durch die präzise Kontrolle der Umgebung und die Optimierung des Prozessablaufs die Zuchtzeit der Sämlinge verkürzt und die jährliche Zuchtcharge und der Sämlingsertrag pro Raumeinheit erhöht, was auf dem Markt wettbewerbsfähiger ist. 

Mit der Entwicklung der Pflanzenfabriktechnologie und der kontinuierlichen Vertiefung der umweltbiologischen Forschung zum Setzlingsanbau sind die Kosten für die Setzlingszucht in Pflanzenfabriken im Wesentlichen die gleichen wie für den traditionellen Gewächshausanbau, und die Qualität und der Marktwert der Setzlinge sind höher.Am Beispiel von Gurkensämlingen machen die Produktionsmaterialien einen großen Anteil aus und machen etwa 37 % der Gesamtkosten aus, darunter Samen, Nährlösung, Plug-Trays, Substrate usw. Der Stromverbrauch beträgt etwa 24 % der Gesamtkosten Kosten, einschließlich Pflanzenbeleuchtung, Klimaanlage und Energieverbrauch der Nährlösungspumpe usw., was die Hauptrichtung der zukünftigen Optimierung darstellt.Darüber hinaus ist der geringe Arbeitsanteil ein Merkmal der pflanzlichen Fabrikproduktion.Mit der kontinuierlichen Steigerung des Automatisierungsgrades werden die Kosten für den Arbeitsaufwand weiter gesenkt.In Zukunft können die wirtschaftlichen Vorteile der Setzlingszucht in Pflanzenfabriken durch die Entwicklung von Nutzpflanzen mit hoher Wertschöpfung und die Entwicklung einer industrialisierten Anbautechnologie für Setzlinge wertvoller Waldbäume weiter verbessert werden.

Kostenzusammensetzung für Gurkensetzlinge / %

Industrialisierungsstatus

In den letzten Jahren haben wissenschaftliche Forschungseinrichtungen, vertreten durch das Urban Agriculture Research Institute der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften, und High-Tech-Unternehmen die Industrie der Sämlingszucht in Pflanzenfabriken realisiert.Es kann Sämlingen eine effiziente industrielle Produktionslinie vom Samen bis zum Auflaufen bieten.Darunter eine 2019 gebaute und in Betrieb genommene Pflanzenfabrik in Shanxi, die eine Fläche von 3.500 ㎡ umfasst und innerhalb eines 30-Tage-Zyklus 800.000 Paprikasämlinge oder 550.000 Tomatensämlinge züchten kann.Eine weitere Fabrik zur Zucht von Sämlingen erstreckt sich über eine Fläche von 2300 m² und kann 8 bis 10 Millionen Setzlinge pro Jahr produzieren.Die vom Institute of Urban Agriculture der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften unabhängig entwickelte mobile Heilpflanze für veredelte Setzlinge kann eine Fließband-Heilungs- und Domestikationsplattform für die Kultivierung veredelter Setzlinge bieten.In einem einzigen Arbeitsraum können mehr als 10.000 veredelte Setzlinge gleichzeitig verarbeitet werden.Zukünftig soll die Vielfalt der Sämlingszuchtsorten in Pflanzenfabriken weiter ausgebaut und der Automatisierungs- und Intelligenzgrad weiter verbessert werden.

Die mobile Heilpflanze für veredelte Setzlinge, entwickelt vom Institute of Urban Agriculture der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften

Ausblick

Als neuer Träger der fabrikmäßigen Setzlingszucht verfügen Pflanzenfabriken im Hinblick auf präzise Umweltkontrolle, effiziente Ressourcennutzung und standardisierte Abläufe über enorme Vorteile und Kommerzialisierungspotenzial im Vergleich zu herkömmlichen Setzlingszuchtmethoden.Durch die Reduzierung des Ressourcenverbrauchs wie Saatgut, Wasser, Dünger, Energie und Arbeitskräfte bei der Setzlingszucht und die Verbesserung des Ertrags und der Qualität der Setzlinge pro Flächeneinheit werden die Kosten für die Setzlingszucht in Pflanzenfabriken weiter gesenkt und die Produkte verbessert wettbewerbsfähiger auf dem Markt sein.In China besteht eine große Nachfrage nach Setzlingen.Zusätzlich zur Produktion traditioneller Nutzpflanzen wie Gemüse sollen in Pflanzenfabriken Setzlinge mit hoher Wertschöpfung wie Blumen, chinesische Kräutermedizin und seltene Bäume gezüchtet und der wirtschaftliche Nutzen weiter verbessert werden.Gleichzeitig muss die industrialisierte Setzlingszuchtplattform die Kompatibilität und Flexibilität verschiedener Setzlingszüchtungen berücksichtigen, um den Bedürfnissen des Setzlingszuchtmarkts in verschiedenen Jahreszeiten gerecht zu werden.

Die biologische Theorie der Keimlingszuchtumgebung ist der Kern der präzisen Kontrolle der Pflanzenfabrikumgebung.Eingehende Untersuchungen zur Regulierung der Pflanzenform und der Photosynthese von Sämlingen sowie anderer physiologischer Aktivitäten durch Umweltfaktoren wie Licht, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO2 werden dazu beitragen, ein Interaktionsmodell zwischen Sämlingen und Umwelt zu etablieren, das den Energieverbrauch bei der Sämlingsproduktion reduzieren kann Verbesserung der Qualität und Produktion von Sämlingen.Qualität liefert eine theoretische Grundlage.Auf dieser Grundlage steuern Sie Technologie und Ausrüstung mit Licht als Kern und gekoppelt mit anderen Umweltfaktoren und passen die Produktion von Setzlingen mit speziellen Pflanzentypen, hoher Gleichmäßigkeit und hoher Qualität an, um den Anforderungen des Anbaus mit hoher Dichte und des mechanisierten Betriebs in der Anlage gerecht zu werden Fabriken können entwickelt werden.Letztlich stellt es eine technische Grundlage für den Aufbau eines digitalen Setzlingsproduktionssystems bereit und realisiert eine standardisierte, unbemannte und digitale Setzlingszüchtung in Pflanzenfabriken.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying usw. 

Zitatinformationen:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Technische Schlüsselausrüstung und Industrialisierung der Sämlingszucht in Pflanzenfabriken [J].Agrartechnik, 2021,42(4):12-15.