Astratto

Allo stato attuale, la fabbrica di piante ha realizzato con successo l'allevamento di piantine di ortaggi come cetrioli, pomodori, peperoni, melanzane e meloni, fornendo agli agricoltori piantine di alta qualità in lotti e le prestazioni di produzione dopo la semina sono migliori.Le fabbriche di piante sono diventate un importante mezzo di approvvigionamento di piantine per l'industria orticola e svolgono un ruolo sempre più importante nel promuovere la riforma strutturale dell'offerta dell'industria orticola, garantendo l'approvvigionamento di ortaggi urbani e la produzione di ortaggi verdi.

Progettazione del sistema di allevamento di piantine di fabbrica di piante e attrezzature tecniche chiave

Essendo il sistema di produzione agricola più efficiente attualmente, il sistema di allevamento di piantine di fabbrica di piante integra mezzi tecnici completi tra cui illuminazione artificiale, fornitura di soluzioni nutritive, controllo ambientale tridimensionale, operazioni ausiliarie automatizzate, gestione intelligente della produzione, ecc. e integra biotecnologia, informazioni tecnologia e intelligenza artificiale.I risultati intelligenti e altri risultati high-tech promuovono il continuo sviluppo del settore. 

Sistema di sorgenti luminose artificiali a LED

La costruzione di un ambiente di luce artificiale è una delle tecnologie fondamentali del sistema di allevamento di piantine nelle fabbriche di piante ed è anche la principale fonte di consumo energetico per la produzione di piantine.L'ambiente luminoso delle fabbriche di piante ha una forte flessibilità e l'ambiente luminoso può essere regolato da più dimensioni come qualità della luce, intensità della luce e fotoperiodo e, allo stesso tempo, diversi fattori di luce possono essere ottimizzati e combinati in sequenza temporale per formare un formula leggera per la coltivazione di piantine, garantendo un ambiente luminoso adatto per la coltivazione artificiale di piantine.Pertanto, in base alle caratteristiche della domanda di luce e agli obiettivi di produzione della diversa crescita delle piantine, ottimizzando i parametri della formula luminosa e la strategia di fornitura della luce, è stata sviluppata una speciale sorgente luminosa a LED a risparmio energetico, che può migliorare notevolmente l'efficienza di conversione dell'energia luminosa delle piantine , promuovono l'accumulo di biomassa di piantine e migliorano la qualità della produzione di piantine, riducendo il consumo di energia e i costi di produzione.Inoltre, la regolazione dell'ambiente luminoso è anche un importante mezzo tecnico nel processo di addomesticamento delle piantine e guarigione delle piantine innestate.

Sistema di semina verticale multistrato staccabile

L'allevamento delle piantine nella fabbrica di piante viene effettuato utilizzando uno scaffale tridimensionale multistrato.Attraverso il design del sistema modulare, è possibile realizzare il rapido assemblaggio del sistema di allevamento della piantina.La distanza tra i ripiani può essere regolata in modo flessibile per soddisfare i requisiti di spazio per l'allevamento di diverse varietà di piantine e migliorare notevolmente il tasso di utilizzo dello spazio.Inoltre, il design separato del sistema del semenzaio, del sistema di illuminazione e del sistema di irrigazione dell'acqua e del fertilizzante consente al semenzaio di avere sia una funzione di trasporto, che è conveniente per spostarsi in diverse officine come la semina, la germinazione e l'addomesticamento, sia riduce il lavoro consumo di manipolazione del vassoio della piantina.

Sistema di semina verticale multistrato staccabile 

L'irrigazione con acqua e fertilizzanti adotta principalmente il tipo di marea, il tipo di spruzzo e altri metodi, attraverso un controllo preciso del tempo e della frequenza della fornitura della soluzione nutritiva, per ottenere un approvvigionamento uniforme e un uso efficiente dell'acqua e dei nutrienti minerali.In combinazione con la speciale formula della soluzione nutritiva per piantine, può soddisfare le esigenze di crescita e sviluppo delle piantine e garantire una crescita rapida e sana delle piantine.Inoltre, attraverso il sistema di rilevamento degli ioni nutritivi online e il sistema di sterilizzazione della soluzione nutritiva, i nutrienti possono essere reintegrati nel tempo, evitando l'accumulo di microrganismi e metaboliti secondari che influiscono sulla normale crescita delle piantine. 

Sistema di controllo ambientale

Il controllo ambientale preciso ed efficiente è una delle caratteristiche principali di un sistema di propagazione delle piantine delle fabbriche di piante.La struttura esterna di manutenzione di un impianto di fabbrica è generalmente assemblata con materiali opachi e altamente isolanti.Su questa base, la regolazione di luce, temperatura, umidità, velocità del vento e CO2 è pressoché inalterata dall'ambiente esterno.Attraverso la costruzione del modello CFD per ottimizzare il layout del condotto dell'aria, combinato con il metodo di controllo del microambiente, la distribuzione uniforme di fattori ambientali come temperatura, umidità, velocità del vento e CO2 nello spazio di coltura ad alta densità può essere realizzati.La regolazione intelligente dell'ambiente è realizzata mediante sensori distribuiti e controllo dei contatti, e la regolazione in tempo reale dell'intero ambiente di coltivazione viene effettuata attraverso il collegamento tra l'unità di monitoraggio e il sistema di controllo.Inoltre, l'uso di sorgenti luminose raffreddate ad acqua e la circolazione dell'acqua, combinate con l'introduzione di sorgenti fredde esterne, possono ottenere un raffreddamento a risparmio energetico e ridurre il consumo energetico dell'aria condizionata.

Apparecchiature di funzionamento ausiliario automatico

Il processo di allevamento della piantina della fabbrica di piante è rigoroso, la densità operativa è elevata, lo spazio è compatto e l'attrezzatura ausiliaria automatica è indispensabile.L'uso di attrezzature ausiliarie automatizzate non solo favorisce la riduzione del consumo di manodopera, ma aiuta anche a migliorare l'efficienza dello spazio di coltivazione.L'attrezzatura di automazione che è stata sviluppata finora comprende macchina per la copertura del terreno, seminatrice, innestatrice, carrello di trasporto logistico AGV, ecc. Sotto il controllo della piattaforma di gestione intelligente di supporto, il funzionamento senza equipaggio dell'intero processo di allevamento delle piantine può essere sostanzialmente realizzato.Inoltre, anche la tecnologia della visione artificiale svolge un ruolo sempre più importante nel processo di allevamento delle piantine.Non solo aiuta a monitorare lo stato di crescita delle piantine, assiste nella gestione delle piantine commerciali, ma esegue anche lo screening automatico delle piantine deboli e delle piantine morte.La mano del robot rimuove e riempie le piantine.

Vantaggi dell'allevamento di piantine di fabbrica di piante

L'elevato livello di controllo ambientale consente la produzione annuale

A causa della particolarità dell'allevamento delle piantine, il controllo del suo ambiente di coltivazione è molto importante.Nelle condizioni della fabbrica vegetale, i fattori ambientali come luce, temperatura, acqua, aria, fertilizzante e CO2 sono altamente controllati, il che può fornire il miglior ambiente di crescita per l'allevamento delle piantine, indipendentemente dalle stagioni e dalle regioni.Inoltre, nel processo di riproduzione delle piantine innestate e delle piantine da taglio, il processo di guarigione delle ferite da innesto e la differenziazione delle radici richiede un controllo ambientale più elevato e anche le fabbriche di piante sono eccellenti portatori.La flessibilità delle condizioni ambientali della fabbrica vegetale stessa è forte, quindi è di grande importanza per la produzione di piantine di ortaggi in stagioni non riproduttive o in ambienti estremi e può fornire supporto alle piantine per garantire la fornitura perenne di ortaggi.Inoltre, l'allevamento di piantine di fabbriche di piante non è limitato dallo spazio e può essere effettuato sul posto nelle periferie delle città e negli spazi pubblici della comunità.Le specifiche sono flessibili e modificabili, consentendo la produzione di massa e la fornitura ravvicinata di piantine di alta qualità, fornendo un importante supporto per lo sviluppo dell'orticoltura urbana. 

Accorciare il ciclo di allevamento e migliorare la qualità delle piantine

In condizioni di plant factory, grazie al controllo preciso di vari fattori ambientali di crescita, il ciclo di allevamento delle piantine viene accorciato dal 30% al 50% rispetto ai metodi tradizionali.L'accorciamento del ciclo di riproduzione può aumentare il lotto di produzione delle piantine, aumentare il reddito del produttore e ridurre i rischi operativi causati dalle fluttuazioni del mercato.Per i coltivatori, è favorevole al trapianto e alla semina precoci, al lancio anticipato sul mercato e al miglioramento della competitività del mercato.D'altra parte, le piantine allevate nella fabbrica vegetale sono pulite e robuste, gli indicatori morfologici e qualitativi sono notevolmente migliorati e le prestazioni produttive dopo la colonizzazione sono migliori.Gli studi hanno dimostrato che le piantine di pomodori, peperoni e cetrioli allevate in condizioni di fabbrica vegetale non solo migliorano l'area fogliare, l'altezza della pianta, il diametro dello stelo, il vigore delle radici e altri indicatori, ma migliorano anche l'adattabilità, la resistenza alle malattie, la differenziazione dei boccioli dei fiori dopo la colonizzazione.E la produzione e altri aspetti hanno evidenti vantaggi.Il numero di fiori femminili per pianta è aumentato del 33,8% e il numero di frutti per pianta è aumentato del 37,3% dopo la semina di piantine di cetriolo allevate in fabbriche di piante.Con il continuo approfondimento della ricerca teorica sulla biologia dell'ambiente di sviluppo delle piantine, le fabbriche di piante saranno più precise e controllabili nel plasmare la morfologia delle piantine e nel migliorare l'attività fisiologica.

 Confronto dello stato delle piantine innestate in serre e fabbriche di piante

Uso efficiente delle risorse per ridurre i costi delle piantine

La fabbrica di piante adotta metodi di semina standardizzati, informatizzati e industrializzati, in modo che ogni collegamento della produzione di piantine sia rigorosamente controllato e l'efficienza dell'utilizzo delle risorse sia notevolmente migliorata.I semi sono il principale costo di consumo nell'allevamento di piantine.A causa del funzionamento irregolare e della scarsa controllabilità ambientale delle piantine tradizionali, ci sono problemi come la mancata germinazione o la debole crescita dei semi, con conseguenti enormi sprechi nel processo dai semi alle piantine commerciali.Nell'ambiente della fabbrica vegetale, attraverso il pretrattamento dei semi, la semina fine e il controllo preciso dell'ambiente di coltivazione, l'efficienza di utilizzo dei semi è notevolmente migliorata e il dosaggio può essere ridotto di oltre il 30%.Acqua, fertilizzanti e altre risorse sono anche il principale consumo di costi dell'allevamento tradizionale di piantine e il fenomeno dello spreco di risorse è grave.Nelle condizioni delle fabbriche di piante, attraverso l'applicazione della tecnologia di irrigazione di precisione, l'efficienza dell'utilizzo di acqua e fertilizzanti può essere aumentata di oltre il 70%.Inoltre, grazie alla compattezza della struttura della fabbrica vegetale stessa e all'uniformità del controllo ambientale, anche l'efficienza di utilizzo dell'energia e della CO2 nel processo di propagazione delle piantine è significativamente migliorata.

Rispetto al tradizionale allevamento di piantine in campo aperto e all'allevamento di piantine in serra, la più grande caratteristica dell'allevamento di piantine nelle fabbriche di piante è che può essere eseguito in modo tridimensionale a più strati.Nella fabbrica di piante, l'allevamento delle piantine può essere esteso dal piano allo spazio verticale, il che migliora notevolmente l'efficienza dell'allevamento delle piantine per unità di terreno e migliora significativamente l'efficienza dell'utilizzo dello spazio.Ad esempio, il modulo standard per l'allevamento di piantine sviluppato da un'azienda biologica, a condizione di coprire un'area di 4,68 ㎡, può allevare più di 10.000 piantine in un unico lotto, che può essere utilizzato per la produzione di ortaggi da 3,3 Mu (2201,1 ㎡) esigenze.In condizioni di allevamento tridimensionale multistrato ad alta densità, il supporto di apparecchiature ausiliarie automatiche e un sistema di trasporto logistico intelligente può migliorare notevolmente l'efficienza dell'utilizzo del lavoro e risparmiare lavoro di oltre il 50%.

Allevamento di piantine ad alta resistenza per aiutare la produzione verde

L'ambiente di produzione pulito della fabbrica di piante può ridurre notevolmente l'insorgenza di parassiti e malattie nello spazio di riproduzione.Allo stesso tempo, grazie alla configurazione ottimizzata dell'ambiente di coltura, le piantine prodotte avranno una maggiore resistenza, che può ridurre notevolmente l'irrorazione di pesticidi durante la propagazione e la semina delle piantine.Inoltre, per l'allevamento di piantine speciali come piantine innestate e piantine da taglio, è possibile utilizzare misure di controllo verde come luce, temperatura, acqua e fertilizzanti nella fabbrica vegetale per sostituire l'uso su larga scala di ormoni nelle operazioni tradizionali per garantire sicurezza alimentare, ridurre l'inquinamento ambientale e ottenere piantine verdi Produzione sostenibile.

Analisi dei costi di produzione 

I modi per le fabbriche di piante di aumentare i benefici economici delle piantine comprendono principalmente due parti.Da un lato, ottimizzando la progettazione strutturale, il funzionamento standardizzato e l'uso di strutture e attrezzature intelligenti, può ridurre il consumo di sementi, elettricità e manodopera nel processo di allevamento delle piantine e migliorare il consumo di acqua, fertilizzanti, calore ed energia .L'efficienza di utilizzo del gas e della CO2 riduce il costo dell'allevamento delle piantine;d'altra parte, attraverso un controllo preciso dell'ambiente e l'ottimizzazione del flusso di processo, il tempo di riproduzione delle piantine viene ridotto e il lotto di riproduzione annuale e la resa della piantina per unità di spazio vengono aumentati, il che è più competitivo sul mercato. 

Con lo sviluppo della tecnologia delle fabbriche di piante e il continuo approfondimento della ricerca di biologia ambientale sulla coltivazione di piantine, il costo dell'allevamento di piantine nelle fabbriche di piante è sostanzialmente lo stesso di quello della tradizionale coltivazione in serra e la qualità e il valore di mercato delle piantine sono più alti.Prendendo ad esempio le piantine di cetriolo, i materiali di produzione rappresentano una grande percentuale, rappresentando circa il 37% del costo totale, inclusi semi, soluzione nutritiva, vassoi di plug, substrati, ecc. Il consumo di energia elettrica rappresenta circa il 24% del totale costo, compresa l'illuminazione dell'impianto, l'aria condizionata e il consumo di energia della pompa della soluzione nutritiva, ecc., che è la direzione principale dell'ottimizzazione futura.Inoltre, la bassa percentuale di manodopera è una caratteristica della produzione in fabbrica.Con il continuo aumento del grado di automazione, il costo del consumo di manodopera sarà ulteriormente ridotto.In futuro, i vantaggi economici dell'allevamento di piantine nelle fabbriche di piante possono essere ulteriormente migliorati attraverso lo sviluppo di colture ad alto valore aggiunto e lo sviluppo di tecnologie di coltivazione industrializzate per piantine di preziosi alberi forestali.

Composizione del costo della piantina di cetriolo /%

Stato di industrializzazione

Negli ultimi anni, gli istituti di ricerca scientifica rappresentati dall'Istituto di ricerca sull'agricoltura urbana dell'Accademia cinese delle scienze agrarie e le imprese high-tech hanno realizzato l'industria dell'allevamento di piantine nelle fabbriche di piante.Può fornire alle piantine un'efficiente linea di produzione industriale dal seme all'emergenza.Tra questi, una fabbrica di piante nello Shanxi costruita e messa in funzione nel 2019 copre un'area di 3.500 ㎡ e può allevare 800.000 piantine di peperone o 550.000 piantine di pomodoro in un ciclo di 30 giorni.Un'altra fabbrica di piante da allevamento di piantine costruita copre un'area di 2300 ㎡ e può produrre 8-10 milioni di piantine all'anno.L'impianto curativo mobile per piantine innestate sviluppato in modo indipendente dall'Istituto di agricoltura urbana, Accademia cinese delle scienze agrarie, può fornire una piattaforma di guarigione e addomesticamento della catena di montaggio per la coltivazione di piantine innestate.Un unico spazio di lavoro può gestire più di 10.000 piantine innestate alla volta.In futuro, si prevede che la diversità delle varietà di riproduzione delle piantine nelle fabbriche di piante sarà ulteriormente ampliata e il livello di automazione e intelligenza continuerà a migliorare.

La pianta curativa mobile per piantine innestate sviluppata dall'Institute of Urban Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences

Veduta

Come nuovo portatore di allevamento di piantine in fabbrica, le fabbriche di piante hanno enormi vantaggi e potenziale di commercializzazione rispetto ai tradizionali metodi di allevamento di piantine in termini di controllo ambientale preciso, utilizzo efficiente delle risorse e operazioni standardizzate.Riducendo il consumo di risorse come sementi, acqua, fertilizzanti, energia e manodopera nell'allevamento di piantine e migliorando la resa e la qualità delle piantine per unità di superficie, il costo dell'allevamento di piantine nelle fabbriche di piante sarà ulteriormente ridotto e i prodotti essere più competitivi sul mercato.C'è una grande richiesta di piantine in Cina.Oltre alla produzione di colture tradizionali come ortaggi, si prevede che piantine ad alto valore aggiunto come fiori, medicinali erboristici cinesi e alberi rari vengano allevati nelle fabbriche di piante, e i benefici economici saranno ulteriormente migliorati.Allo stesso tempo, la piattaforma di allevamento di piantine industrializzate deve considerare la compatibilità e la flessibilità dei diversi allevamenti di piantine per soddisfare le esigenze del mercato dell'allevamento di piantine nelle diverse stagioni.

La teoria biologica dell'ambiente di allevamento delle piantine è il fulcro del controllo preciso dell'ambiente di fabbrica delle piante.Una ricerca approfondita sulla regolazione della forma delle piantine e della fotosintesi e altre attività fisiologiche da parte di fattori ambientali come luce, temperatura, umidità e CO2 contribuirà a stabilire un modello di interazione piantina-ambiente, che può ridurre il consumo energetico della produzione di piantine e migliorare la qualità e la produzione delle piantine.La qualità fornisce una base teorica.Su questa base, controllare la tecnologia e le attrezzature con la luce come nucleo e abbinata ad altri fattori ambientali e personalizzare la produzione di piantine con tipi di piante speciali, elevata uniformità e alta qualità per soddisfare i requisiti della coltivazione ad alta densità e del funzionamento meccanizzato nell'impianto le fabbriche possono essere sviluppate.In definitiva, fornisce una base tecnica per la costruzione di un sistema di produzione di piantine digitale e realizza l'allevamento di piantine standardizzato, senza equipaggio e digitale nelle fabbriche di piante.

Autore: Xu Yaliang, Liu Xinying, ecc. 

Informazioni sulla citazione:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Attrezzatura tecnica chiave e industrializzazione dell'allevamento di piantine nelle fabbriche di piante [J].Tecnologia di ingegneria agricola, 2021,42(4):12-15.