Sažetak

Trenutno, tvornica biljaka uspješno je ostvarila uzgoj sadnica povrća kao što su krastavci, rajčice, paprike, patlidžani i dinje, osiguravajući poljoprivrednicima visokokvalitetne sadnice u serijama, a proizvodni rezultati nakon sadnje su bolji. Tvornice biljaka postale su važno sredstvo opskrbe sadnicama za industriju povrća i igraju sve važniju ulogu u promicanju strukturne reforme ponude u industriji povrća, osiguravajući opskrbu urbanim povrćem i proizvodnju zelenog povrća.

Projektiranje sustava za uzgoj sadnica u tvornici biljaka i ključna tehnička oprema

Kao trenutno najučinkovitiji sustav poljoprivredne proizvodnje, sustav uzgoja sadnica u tvornicama biljaka integrira sveobuhvatna tehnička sredstva, uključujući umjetnu rasvjetu, opskrbu hranjivim otopinama, trodimenzionalnu kontrolu okoliša, automatizirane pomoćne operacije, inteligentno upravljanje proizvodnjom itd., te integrira biotehnologiju, informacijsku tehnologiju i umjetnu inteligenciju. Inteligentna i druga visokotehnološka dostignuća potiču kontinuirani razvoj industrije. 

LED sustav umjetnog izvora svjetlosti

Izgradnja umjetnog svjetlosnog okruženja jedna je od ključnih tehnologija sustava uzgoja sadnica u tvornicama biljaka, a ujedno je i glavni izvor potrošnje energije za proizvodnju sadnica. Svjetlosno okruženje tvornica biljaka ima veliku fleksibilnost, a svjetlosno okruženje može se regulirati iz više dimenzija kao što su kvaliteta svjetlosti, intenzitet svjetlosti i fotoperiod, a istovremeno se različiti svjetlosni faktori mogu optimizirati i kombinirati u vremenskom slijedu kako bi se formirala svjetlosna formula za uzgoj sadnica, osiguravajući prikladno svjetlosno okruženje za umjetni uzgoj sadnica. Stoga je, na temelju karakteristika potražnje za svjetlom i proizvodnih ciljeva različitih rasta sadnica, optimizacijom parametara svjetlosne formule i strategije opskrbe svjetlom, razvijen poseban energetski štedljivi LED izvor svjetlosti koji može uvelike poboljšati učinkovitost pretvorbe svjetlosne energije sadnica, potaknuti akumulaciju biomase sadnica i poboljšati kvalitetu proizvodnje sadnica, uz smanjenje potrošnje energije i troškova proizvodnje. Osim toga, regulacija svjetlosnog okruženja također je važno tehničko sredstvo u procesu pripitomljavanja sadnica i zacjeljivanja cijepljenih sadnica.

Odvojivi višeslojni vertikalni sustav sadnica

Uzgoj sadnica u tvornici biljaka provodi se pomoću višeslojnih trodimenzionalnih polica. Modularnim dizajnom sustava moguće je ostvariti brzu montažu sustava za uzgoj sadnica. Razmak između polica može se fleksibilno prilagoditi kako bi se zadovoljili prostorni zahtjevi za uzgoj različitih sorti sadnica i uvelike poboljšala iskorištenost prostora. Osim toga, odvojeni dizajn sustava gredica, sustava rasvjete te sustava za navodnjavanje vodom i gnojivom omogućuje gredicama da imaju i transportnu funkciju, što je praktično za premještanje u različite radionice poput sjetve, klijanja i uzgoja, te smanjuje utrošak rada pri rukovanju posudama za sadnice.

Odvojivi višeslojni vertikalni sustav sadnica 

Navodnjavanje vodom i gnojivom uglavnom se vrši metodom plime i oseke, prskanja i drugim metodama, preciznom kontrolom vremena i učestalosti opskrbe hranjivom otopinom, kako bi se postigla ujednačena opskrba i učinkovito korištenje vode i mineralnih hranjivih tvari. U kombinaciji sa posebnom formulom hranjive otopine za sadnice, može zadovoljiti potrebe rasta i razvoja sadnica te osigurati brz i zdrav rast sadnica. Osim toga, putem online sustava za detekciju iona hranjivih tvari i sustava za sterilizaciju hranjive otopine, hranjive tvari se mogu pravovremeno nadopuniti, izbjegavajući nakupljanje mikroorganizama i sekundarnih metabolita koji utječu na normalan rast sadnica. 

Sustav za kontrolu okoliša

Precizna i učinkovita kontrola okoliša jedna je od glavnih značajki sustava razmnožavanja sadnica u tvornici biljaka. Vanjska struktura održavanja tvornice biljaka općenito je sastavljena od neprozirnih i visoko izolirajućih materijala. Na temelju toga, regulacija svjetla, temperature, vlažnosti, brzine vjetra i CO2 gotovo je neovisna o vanjskom okruženju. Izgradnjom CFD modela za optimizaciju rasporeda zračnih kanala, u kombinaciji s metodom kontrole mikrookruženja, može se postići ravnomjerna raspodjela čimbenika okoliša poput temperature, vlažnosti, brzine vjetra i CO2 u prostoru visoke gustoće kulture. Inteligentna regulacija okoliša ostvaruje se distribuiranim senzorima i kontaktnim upravljanjem, a regulacija cijelog okruženja uzgoja u stvarnom vremenu provodi se putem veze između nadzorne jedinice i upravljačkog sustava. Osim toga, korištenje vodom hlađenih izvora svjetlosti i cirkulacije vode, u kombinaciji s uvođenjem vanjskih izvora hladnoće, može postići energetski učinkovito hlađenje i smanjiti potrošnju energije klimatizacije.

Automatska pomoćna oprema za rad

Proces uzgoja sadnica u tvornici biljaka je strog, gustoća rada je visoka, prostor je kompaktan, a automatska pomoćna oprema je neophodna. Korištenje automatizirane pomoćne opreme ne samo da doprinosi smanjenju utroška rada, već i pomaže u poboljšanju učinkovitosti prostora za uzgoj. Do sada razvijena oprema za automatizaciju uključuje stroj za pokrivanje tla, sijačicu, stroj za cijepljenje, AGV logistička transportna kolica itd. Pod kontrolom potporne inteligentne platforme za upravljanje, u osnovi se može ostvariti bespilotno upravljanje cijelim procesom uzgoja sadnica. Osim toga, tehnologija strojnog vida također igra sve važniju ulogu u procesu uzgoja sadnica. Ne samo da pomaže u praćenju statusa rasta sadnica, pomaže u upravljanju komercijalnim sadnicama, već i provodi automatski pregled slabih i mrtvih sadnica. Robotska ruka uklanja i puni sadnice.

Prednosti uzgoja sadnica u tvornici biljaka

Visoka razina kontrole okoliša omogućuje godišnju proizvodnju

Zbog specifičnosti uzgoja sadnica, kontrola okoline u kojoj se uzgajaju vrlo je važna. U uvjetima tvornice biljaka, čimbenici okoliša poput svjetlosti, temperature, vode, zraka, gnojiva i CO2 su strogo kontrolirani, što može pružiti najbolje okruženje za rast uzgoja sadnica, bez obzira na godišnja doba i regije. Osim toga, u procesu uzgoja cijepljenih sadnica i reznica, proces zacjeljivanja rana cijepljenja i diferencijacije korijena zahtijeva veću kontrolu okoliša, a tvornice biljaka su također izvrsni nosači. Fleksibilnost uvjeta okoline same tvornice biljaka je jaka, pa je od velikog značaja za proizvodnju sadnica povrća u sezonama bez uzgoja ili u ekstremnim uvjetima, te može pružiti podršku sadnicama kako bi se osigurala trajna opskrba povrćem. Osim toga, uzgoj sadnica u tvornicama biljaka nije ograničen prostorom i može se provoditi na licu mjesta u predgrađima gradova i javnim prostorima zajednice. Specifikacije su fleksibilne i promjenjive, što omogućuje masovnu proizvodnju i blisku opskrbu visokokvalitetnim sadnicama, pružajući važnu podršku razvoju urbanog hortikulture. 

Skratite ciklus uzgoja i poboljšajte kvalitetu sadnica

U uvjetima uzgoja u tvornici biljaka, zahvaljujući preciznoj kontroli različitih čimbenika rasta i okoliša, ciklus uzgoja sadnica skraćuje se za 30% do 50% u usporedbi s tradicionalnim metodama. Skraćivanje ciklusa uzgoja može povećati proizvodnu seriju sadnica, povećati prihod proizvođača i smanjiti operativne rizike uzrokovane fluktuacijama na tržištu. Za uzgajivače to pogoduje ranom presađivanju i sadnji, ranom lansiranju na tržište i poboljšanoj konkurentnosti na tržištu. S druge strane, sadnice uzgojene u tvornici biljaka su uredne i čvrste, morfološki i kvalitativni pokazatelji su značajno poboljšani, a proizvodni rezultati nakon kolonizacije su bolji. Studije su pokazale da sadnice rajčice, paprike i krastavca uzgojene u uvjetima uzgoja u tvornici biljaka ne samo da poboljšavaju površinu lišća, visinu biljke, promjer stabljike, snagu korijena i druge pokazatelje, već i poboljšavaju prilagodljivost, otpornost na bolesti, diferencijaciju cvjetnih pupova nakon kolonizacije. Proizvodnja i drugi aspekti imaju očite prednosti. Broj ženskih cvjetova po biljci povećao se za 33,8%, a broj plodova po biljci povećao se za 37,3% nakon sadnje sadnica krastavca uzgojenih u tvornicama biljaka. Kontinuiranim produbljivanjem teorijskih istraživanja o biologiji razvojnog okruženja sadnica, biljne tvornice bit će preciznije i kontroliranije u oblikovanju morfologije sadnica i poboljšanju fiziološke aktivnosti.

 Usporedba stanja cijepljenih sadnica u staklenicima i tvornicama biljaka

Učinkovito korištenje resursa za smanjenje troškova sadnica

Tvornica biljaka usvaja standardizirane, informatizirane i industrijalizirane metode sadnje, tako da je svaka karika proizvodnje sadnica strogo kontrolirana, a učinkovitost korištenja resursa značajno poboljšana. Sjeme je glavni trošak u uzgoju sadnica. Zbog nepravilnog rada i loše kontrole okoliša tradicionalnih sadnica, postoje problemi poput neklijanja ili slabog rasta sjemena, što rezultira ogromnim otpadom u procesu od sjemena do komercijalnih sadnica. U okruženju tvornice biljaka, kroz prethodnu obradu sjemena, finu sjetvu i preciznu kontrolu okoliša uzgoja, učinkovitost korištenja sjemena znatno se poboljšava, a doziranje se može smanjiti za više od 30%. Voda, gnojivo i drugi resursi također su glavni trošak tradicionalnog uzgoja sadnica, a fenomen rasipanja resursa je ozbiljan. U uvjetima tvornica biljaka, primjenom tehnologije preciznog navodnjavanja, učinkovitost korištenja vode i gnojiva može se povećati za više od 70%. Osim toga, zbog kompaktnosti strukture same tvornice biljaka i ujednačenosti kontrole okoliša, učinkovitost korištenja energije i CO2 u procesu razmnožavanja sadnica također se značajno poboljšava.

U usporedbi s tradicionalnim uzgojem sadnica na otvorenom polju i uzgojem sadnica u staklenicima, najveća značajka uzgoja sadnica u tvornicama biljaka je ta što se može provoditi na višeslojni trodimenzionalni način. U tvornici biljaka, uzgoj sadnica može se proširiti s ravnine na vertikalni prostor, što uvelike poboljšava učinkovitost uzgoja sadnica po jedinici zemlje i značajno poboljšava učinkovitost iskorištenja prostora. Na primjer, standardni modul za uzgoj sadnica koji je razvila biološka tvrtka, pod uvjetom pokrivanja površine od 4,68 ㎡, može uzgojiti više od 10 000 sadnica u jednoj seriji, što se može koristiti za potrebe proizvodnje povrća od 3,3 Mu (2201,1 ㎡). Pod uvjetom višeslojnog trodimenzionalnog uzgoja visoke gustoće, podržavajuća automatska pomoćna oprema i inteligentni logistički transportni sustav mogu uvelike poboljšati učinkovitost korištenja rada i uštedjeti radnu snagu za više od 50%.

Uzgoj sadnica visoke otpornosti za pomoć zelenoj proizvodnji

Čisto proizvodno okruženje tvornice biljaka može uvelike smanjiti pojavu štetnika i bolesti u prostoru za uzgoj. Istovremeno, optimiziranom konfiguracijom okruženja za uzgoj, proizvedene sadnice imat će veću otpornost, što može uvelike smanjiti prskanje pesticidima tijekom razmnožavanja i sadnje. Osim toga, za uzgoj posebnih sadnica poput cijepljenih sadnica i reznica, mjere zelene kontrole poput svjetlosti, temperature, vode i gnojiva u tvornici biljaka mogu se koristiti za zamjenu masovne upotrebe hormona u tradicionalnim operacijama radi osiguranja sigurnosti hrane, smanjenja onečišćenja okoliša i postizanja održive proizvodnje zelenih sadnica.

Analiza troškova proizvodnje 

Načini na koje tvornice biljaka mogu povećati ekonomske koristi od sadnica uglavnom uključuju dva dijela. S jedne strane, optimizacijom strukturnog dizajna, standardiziranim radom i korištenjem inteligentnih objekata i opreme može se smanjiti potrošnja sjemena, električne energije i rada u procesu uzgoja sadnica te poboljšati potrošnja vode, gnojiva, topline i energije. Učinkovitost korištenja plina i CO2 smanjuje troškove uzgoja sadnica; s druge strane, preciznom kontrolom okoliša i optimizacijom tijeka procesa skraćuje se vrijeme uzgoja sadnica, a povećava se godišnja količina uzgoja i prinos sadnica po jedinici prostora, što je konkurentnije na tržištu. 

Razvojem tehnologije biljnih tvornica i kontinuiranim produbljivanjem istraživanja ekološke biologije o uzgoju sadnica, troškovi uzgoja sadnica u biljnim tvornicama u osnovi su isti kao i kod tradicionalnog uzgoja u staklenicima, a kvaliteta i tržišna vrijednost sadnica su veće. Uzimajući sadnice krastavaca kao primjer, proizvodni materijali čine veliki udio, oko 37% ukupnih troškova, uključujući sjeme, hranjivu otopinu, posude za sadnice, supstrate itd. Potrošnja električne energije čini oko 24% ukupnih troškova, uključujući potrošnju energije rasvjete biljaka, klimatizacije i pumpe za hranjivu otopinu itd., što je glavni smjer buduće optimizacije. Osim toga, nizak udio rada značajka je proizvodnje u biljnim tvornicama. Kontinuiranim povećanjem stupnja automatizacije, troškovi potrošnje rada dodatno će se smanjiti. U budućnosti se ekonomske koristi uzgoja sadnica u biljnim tvornicama mogu dodatno poboljšati razvojem usjeva s visokom dodanom vrijednošću i razvojem industrijalizirane tehnologije uzgoja sadnica dragocjenog šumskog drveća.

Sastav troškova sadnice krastavca /%

Status industrijalizacije

Posljednjih godina, znanstvenoistraživačke institucije koje predstavlja Institut za istraživanje urbane poljoprivrede Kineske akademije poljoprivrednih znanosti i visokotehnološka poduzeća ostvarile su industriju uzgoja sadnica u tvornicama biljaka. To može osigurati sadnicama učinkovitu industrijsku proizvodnu liniju od sjemena do nicanja. Među njima, tvornica biljaka u Shanxiju izgrađena i puštena u rad 2019. godine pokriva površinu od 3500 m² i može uzgojiti 800 000 sadnica paprike ili 550 000 sadnica rajčice unutar 30-dnevnog ciklusa. Druga tvornica za uzgoj sadnica izgrađena je pokriva površinu od 2300 m² i može proizvesti 8-10 milijuna sadnica godišnje. Mobilni pogon za liječenje cijepljenih sadnica, koji je neovisno razvio Institut za urbanu poljoprivredu Kineske akademije poljoprivrednih znanosti, može pružiti platformu za uzgoj i pripitomljavanje cijepljenih sadnica na montažnoj traci. Jedan radni prostor može istovremeno obraditi više od 10 000 cijepljenih sadnica. U budućnosti se očekuje daljnje proširenje raznolikosti sorti za uzgoj sadnica u tvornicama biljaka, a razina automatizacije i inteligencije nastavit će se poboljšavati.

Mobilna postrojenja za liječenje cijepljenih sadnica razvijena od strane Instituta za urbanu poljoprivredu Kineske akademije poljoprivrednih znanosti

Izgledi

Kao novi nositelj tvorničkog uzgoja sadnica, tvornice biljaka imaju ogromne prednosti i potencijal komercijalizacije u usporedbi s tradicionalnim metodama uzgoja sadnica u smislu precizne kontrole okoliša, učinkovitog korištenja resursa i standardiziranih operacija. Smanjenjem potrošnje resursa poput sjemena, vode, gnojiva, energije i radne snage u uzgoju sadnica te poboljšanjem prinosa i kvalitete sadnica po jedinici površine, troškovi uzgoja sadnica u tvornicama biljaka dodatno će se smanjiti, a proizvodi će biti konkurentniji na tržištu. U Kini postoji ogromna potražnja za sadnicama. Osim proizvodnje tradicionalnih usjeva poput povrća, očekuje se da će se u tvornicama biljaka uzgajati sadnice visoke dodane vrijednosti poput cvijeća, kineskih biljnih lijekova i rijetkih stabala, a ekonomske koristi će se dodatno poboljšati. Istodobno, industrijalizirana platforma za uzgoj sadnica mora uzeti u obzir kompatibilnost i fleksibilnost različitih uzgoja sadnica kako bi se zadovoljile potrebe tržišta uzgoja sadnica u različitim godišnjim dobima.

Biološka teorija okruženja za uzgoj sadnica je srž precizne kontrole okruženja tvornice biljaka. Dubinsko istraživanje regulacije oblika biljke i fotosinteze te drugih fizioloških aktivnosti faktorima okoliša poput svjetlosti, temperature, vlažnosti i CO2 pomoći će u uspostavljanju modela interakcije sadnica i okoliša, što može smanjiti potrošnju energije u proizvodnji sadnica i poboljšati kvalitetu i proizvodnju sadnica. Kvaliteta pruža teorijsku osnovu. Na toj osnovi može se razviti tehnologija i oprema za upravljanje sa svjetlom kao jezgrom, a u kombinaciji s drugim faktorima okoliša, te prilagoditi proizvodnju sadnica sa posebnim vrstama biljaka, visokom ujednačenošću i visokom kvalitetom kako bi se zadovoljili zahtjevi uzgoja visoke gustoće i mehaniziranog rada u tvornicama biljaka. U konačnici, pruža tehničku osnovu za izgradnju digitalnog sustava za proizvodnju sadnica i ostvaruje standardizirani, bespilotni i digitalni uzgoj sadnica u tvornicama biljaka.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying, itd. 

Podaci o citiranju:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Ključna tehnička oprema i industrijalizacija uzgoja sadnica u tvornicama biljaka [J]. Poljoprivredna inženjerska tehnologija, 2021, 42 (4): 12-15.