Abstrakt

V súčasnosti závod na pestovanie rastlín úspešne realizuje šľachtenie sadeníc zeleniny, ako sú uhorky, paradajky, papriky, baklažány a melóny, čím poľnohospodárom poskytuje vysokokvalitné sadenice vo veľkom množstve a produkčná výkonnosť po výsadbe je lepšia. Závody na pestovanie rastlín sa stali dôležitým zdrojom zásobovania zeleninárskym priemyslom sadenicami a zohrávajú čoraz dôležitejšiu úlohu pri podpore štrukturálnej reformy ponuky v tomto odvetví, zabezpečujú dodávky zeleniny v mestách a produkciu zelenej zeleniny.

Návrh systému šľachtenia sadeníc v závode na výrobu rastlín a kľúčové technické vybavenie

Ako v súčasnosti najefektívnejší systém poľnohospodárskej výroby integruje systém šľachtenia sadeníc rastlín komplexné technické prostriedky vrátane umelého osvetlenia, zásobovania živnými roztokmi, trojrozmerného riadenia prostredia, automatizovaných pomocných operácií, inteligentného riadenia výroby atď. a integruje biotechnológiu, informačné technológie a umelú inteligenciu. Inteligentné a ďalšie high-tech úspechy podporujú neustály rozvoj odvetvia. 

Systém umelého zdroja svetla LED

Vytvorenie umelého svetelného prostredia je jednou z hlavných technológií systému šľachtenia sadeníc v rastlinných továrňach a je tiež hlavným zdrojom spotreby energie na produkciu sadeníc. Svetelné prostredie rastlinných tovární má vysokú flexibilitu a je možné ho regulovať z viacerých hľadísk, ako je kvalita svetla, intenzita svetla a fotoperióda, pričom je možné optimalizovať a kombinovať rôzne svetelné faktory v časovej postupnosti, aby sa vytvoril svetelný vzorec pre pestovanie sadeníc, čím sa zabezpečí vhodné svetelné prostredie pre umelé pestovanie sadeníc. Preto bol na základe charakteristík dopytu po svetle a produkčných cieľov rôznych rastových rastlín, optimalizáciou parametrov svetelného vzorca a stratégie dodávky svetla vyvinutý špeciálny energeticky úsporný LED svetelný zdroj, ktorý môže výrazne zlepšiť účinnosť premeny svetelnej energie sadeníc, podporiť akumuláciu biomasy sadeníc a zlepšiť kvalitu produkcie sadeníc a zároveň znížiť spotrebu energie a výrobné náklady. Okrem toho je regulácia svetelného prostredia tiež dôležitým technickým prostriedkom v procese domestikácie sadeníc a hojenia vrúbľovaných sadeníc.

Odnímateľný viacvrstvový vertikálny systém sadeníc

Šľachtenie sadeníc v závode na pestovanie rastlín sa vykonáva pomocou viacvrstvových trojrozmerných políc. Vďaka modulárnej konštrukcii systému je možné dosiahnuť rýchlu montáž systému na pestovanie sadeníc. Rozstupy medzi policami je možné flexibilne nastaviť tak, aby spĺňali priestorové požiadavky na pestovanie rôznych odrôd sadeníc a výrazne zlepšili mieru využitia priestoru. Okrem toho, samostatná konštrukcia systému záhonov, osvetľovacieho systému a systému zavlažovania vodou a hnojivom umožňuje, aby záhon plnil transportnú funkciu, čo je pohodlné na presun do rôznych dielní, ako je sejba, klíčenie a domestikácia, a zároveň znižuje náročnosť práce pri manipulácii so sadenicami.

Odnímateľný viacvrstvový vertikálny systém sadeníc 

Zavlažovanie vodou a hnojivami využíva prevažne prílivový typ, postrek a iné metódy, vďaka presnej kontrole času a frekvencie dodávania živného roztoku, aby sa dosiahlo rovnomerné dodávanie a efektívne využívanie vody a minerálnych živín. V kombinácii so špeciálnym zložením živného roztoku pre sadenice dokáže uspokojiť potreby rastu a vývoja sadeníc a zabezpečiť rýchly a zdravý rast sadeníc. Okrem toho, prostredníctvom online systému detekcie živín a systému sterilizácie živného roztoku je možné včas dopĺňať živiny a zároveň zabrániť hromadeniu mikroorganizmov a sekundárnych metabolitov, ktoré ovplyvňujú normálny rast sadeníc. 

Systém environmentálnej kontroly

Presná a efektívna regulácia prostredia je jednou z hlavných vlastností systému rozmnožovania sadeníc v závode na pestovanie rastlín. Vonkajšia údržbová konštrukcia závodu na pestovanie rastlín je vo všeobecnosti zostavená z nepriehľadných a vysoko izolačných materiálov. Na tomto základe je regulácia svetla, teploty, vlhkosti, rýchlosti vetra a CO2 takmer neovplyvnená vonkajším prostredím. Vďaka konštrukcii CFD modelu na optimalizáciu rozmiestnenia vzduchovodu v kombinácii s metódou regulácie mikroprostredia je možné dosiahnuť rovnomerné rozloženie faktorov prostredia, ako je teplota, vlhkosť, rýchlosť vetra a CO2, v priestore s vysokou hustotou kultivácie. Inteligentná regulácia prostredia sa realizuje pomocou distribuovaných senzorov a kontaktného riadenia a regulácia celého kultivačného prostredia v reálnom čase sa vykonáva prostredníctvom prepojenia medzi monitorovacou jednotkou a riadiacim systémom. Okrem toho, použitie vodou chladených svetelných zdrojov a cirkulácie vody v kombinácii so zavedením vonkajších zdrojov chladu môže dosiahnuť energeticky úsporné chladenie a znížiť spotrebu energie klimatizácie.

Automatické pomocné prevádzkové zariadenia

Proces šľachtenia sadeníc v závode na výrobu rastlín je prísny, hustota prevádzky je vysoká, priestor je kompaktný a automatické pomocné zariadenia sú nevyhnutné. Používanie automatizovaných pomocných zariadení nielenže prispieva k zníženiu spotreby práce, ale tiež pomáha zlepšiť efektivitu pestovateľského priestoru. Medzi doteraz vyvinuté automatizačné zariadenia patria stroje na zakrývanie pôdy, sejačky, štepovacie stroje, logistické dopravníky AGV atď. Pod kontrolou podpornej inteligentnej riadiacej platformy je možné v podstate realizovať bezobslužnú prevádzku celého procesu šľachtenia sadeníc. Okrem toho technológia strojového videnia zohráva v procese šľachtenia sadeníc čoraz dôležitejšiu úlohu. Nielenže pomáha monitorovať stav rastu sadeníc, pomáha pri manažmente komerčných sadeníc, ale vykonáva aj automatické skríning slabých a mŕtvych sadeníc. Robotická ruka odstraňuje a napĺňa sadenice.

Výhody šľachtenia sadeníc rastlín v továrňach

Vysoká úroveň environmentálnej kontroly umožňuje ročnú produkciu

Vzhľadom na špecifickosť šľachtenia sadeníc je kontrola prostredia, v ktorom sa pestujú, veľmi dôležitá. V podmienkach závodu na pestovanie rastlín sú faktory prostredia, ako je svetlo, teplota, voda, vzduch, hnojivá a CO2, prísne kontrolované, čo môže poskytnúť najlepšie rastové prostredie pre šľachtenie sadeníc bez ohľadu na ročné obdobie a región. Okrem toho, v procese šľachtenia vrúbľovaných sadeníc a odrezkov si proces hojenia rán po vrúbľovaní a diferenciácie koreňov vyžaduje vyššiu kontrolu prostredia a závody na pestovanie rastlín sú tiež vynikajúcimi nosičmi. Flexibilita environmentálnych podmienok samotného závodu na pestovanie rastlín je vysoká, takže má veľký význam pre produkciu sadeníc zeleniny v období mimo rozmnožovania alebo v extrémnych podmienkach a môže poskytnúť podporu sadeníc na zabezpečenie trvalého zásobovania zeleninou. Okrem toho, šľachtenie sadeníc v závodoch na pestovanie rastlín nie je obmedzené priestorom a môže sa vykonávať na mieste v predmestiach miest a verejných priestoroch. Špecifikácie sú flexibilné a premenlivé, čo umožňuje hromadnú výrobu a blízke zásobovanie vysokokvalitnými sadenicami, čím poskytuje dôležitú podporu pre rozvoj mestského záhradníctva. 

Skráťte cyklus šľachtenia a zlepšite kvalitu sadeníc

V podmienkach pestovania v závode sa vďaka presnej kontrole rôznych rastových faktorov prostredia cyklus šľachtenia sadeníc skracuje o 30 % až 50 % v porovnaní s tradičnými metódami. Skrátenie cyklu šľachtenia môže zvýšiť produkčnú dávku sadeníc, zvýšiť príjem producenta a znížiť prevádzkové riziká spôsobené výkyvmi na trhu. Pre pestovateľov to vedie k skorému presádzaniu a výsadbe, skoršiemu uvedeniu na trh a zlepšeniu konkurencieschopnosti na trhu. Na druhej strane, sadenice vyšľachtené v závode sú úhľadné a pevné, morfologické a kvalitatívne ukazovatele sa výrazne zlepšujú a produkčná výkonnosť po kolonizácii je lepšia. Štúdie ukázali, že sadenice paradajok, paprík a uhoriek vyšľachtené v podmienkach pestovania v závode nielen zlepšujú listovú plochu, výšku rastlín, priemer stonky, energiu koreňov a ďalšie ukazovatele, ale tiež zlepšujú adaptabilitu, odolnosť voči chorobám a diferenciáciu kvetných púčikov po kolonizácii. A produkcia a ďalšie aspekty majú zjavné výhody. Počet samičích kvetov na rastlinu sa po výsadbe sadeníc uhoriek vyšľachtených v závodoch zvýšil o 33,8 % a počet plodov na rastlinu sa zvýšil o 37,3 %. S neustálym prehlbovaním teoretického výskumu biológie vývojového prostredia sadeníc budú rastlinné továrne presnejšie a kontrolovateľnejšie pri formovaní morfológie sadeníc a zlepšovaní fyziologickej aktivity.

 Porovnanie stavu vrúbľovaných sadeníc v skleníkoch a závodoch na pestovanie rastlín

Efektívne využívanie zdrojov na zníženie nákladov na sadenice

Rastlinné továrne používajú štandardizované, informatizované a industrializované metódy výsadby, takže každý článok produkcie sadeníc je prísne kontrolovaný a výrazne sa zlepšuje účinnosť využívania zdrojov. Semená sú hlavnou spotrebnou položkou pri šľachtení sadeníc. V dôsledku nepravidelnej prevádzky a zlej kontroly prostredia pri tradičných sadeníc existujú problémy, ako je neklíčenie alebo slabý rast semien, čo vedie k obrovskému plytvaniu v procese od semien po komerčné sadenice. V prostredí rastlinných tovární sa vďaka predúprave semien, jemnému výsevu a presnej kontrole pestovateľského prostredia výrazne zlepšuje účinnosť využitia semien a dávkovanie sa dá znížiť o viac ako 30 %. Voda, hnojivá a ďalšie zdroje sú tiež hlavnou spotrebnou položkou pri tradičnom pestovaní sadeníc a jav plytvania zdrojmi je závažný. V podmienkach rastlinných tovární sa vďaka použitiu technológie presnej zavlažovacej technológie môže účinnosť využívania vody a hnojív zvýšiť o viac ako 70 %. Okrem toho sa vďaka kompaktnosti štruktúry samotnej rastlinnej továrne a jednotnosti kontroly prostredia výrazne zlepšuje aj účinnosť využívania energie a CO2 v procese rozmnožovania sadeníc.

V porovnaní s tradičným pestovaním sadeníc na otvorenom poli a pestovaním sadeníc v skleníkoch je najväčšou výhodou šľachtenia sadeníc v závodoch na výrobu rastlín to, že sa dá vykonávať viacvrstvovým trojrozmerným spôsobom. V závode na výrobu rastlín sa šľachtenie sadeníc môže rozšíriť z roviny do vertikálneho priestoru, čo výrazne zlepšuje účinnosť šľachtenia sadeníc na jednotku pôdy a výrazne zlepšuje efektívnosť využitia priestoru. Napríklad štandardný modul pre šľachtenie sadeníc vyvinutý biologickou spoločnosťou dokáže za podmienky pokrytia plochy 4,68 m² vyšľachtiť viac ako 10 000 sadeníc v jednej dávke, čo sa dá použiť na produkciu zeleniny s rozlohou 3,3 Mu (2201,1 m²). Za podmienok viacvrstvového trojrozmerného šľachtenia s vysokou hustotou môže podporné automatické pomocné zariadenia a inteligentný logistický dopravný systém výrazne zlepšiť efektívnosť využitia práce a ušetriť prácu o viac ako 50 %.

Šľachtenie sadeníc s vysokou odolnosťou na podporu zelenej produkcie

Čisté produkčné prostredie závodu na pestovanie rastlín môže výrazne znížiť výskyt škodcov a chorôb v priestore na pestovanie. Zároveň vďaka optimalizovanej konfigurácii kultivačného prostredia budú mať vyprodukované sadenice vyššiu odolnosť, čo môže výrazne znížiť postrek pesticídmi počas rozmnožovania a výsadby sadeníc. Okrem toho, pri pestovaní špeciálnych sadeníc, ako sú vrúbľované sadenice a odrezky, sa v závode na pestovanie rastlín môžu použiť opatrenia na kontrolu zelene, ako je svetlo, teplota, voda a hnojivá, ktoré nahradia rozsiahle používanie hormónov v tradičných prevádzkach, aby sa zabezpečila bezpečnosť potravín, znížilo znečistenie životného prostredia a dosiahla udržateľná produkcia zelených sadeníc.

Analýza výrobných nákladov 

Spôsoby, ako môžu závody na pestovanie rastlín zvýšiť ekonomické výhody sadeníc, zahŕňajú najmä dve časti. Na jednej strane, optimalizáciou konštrukčného riešenia, štandardizovanou prevádzkou a používaním inteligentných zariadení a vybavenia je možné znížiť spotrebu semien, elektriny a práce v procese šľachtenia sadeníc a zlepšiť spotrebu vody, hnojív, tepla a energie. Účinnosť využitia plynu a CO2 znižuje náklady na šľachtenie sadeníc; na druhej strane, presnou kontrolou prostredia a optimalizáciou toku procesu sa skracuje čas šľachtenia sadeníc a zvyšuje sa ročná šľachtiteľská dávka a výnos sadeníc na jednotku plochy, čo je na trhu konkurencieschopnejšie. 

S rozvojom technológie pestovania rastlín a neustálym prehlbovaním výskumu environmentálnej biológie v oblasti pestovania sadeníc sú náklady na šľachtenie sadeníc v rastlinných továrňach v podstate rovnaké ako pri tradičnom pestovaní v skleníkoch a kvalita a trhová hodnota sadeníc sú vyššie. Ak vezmeme ako príklad sadenice uhoriek, výrobné materiály tvoria veľkú časť, približne 37 % celkových nákladov, vrátane semien, živného roztoku, sadeníc, substrátov atď. Spotreba elektrickej energie predstavuje približne 24 % celkových nákladov vrátane spotreby energie osvetlenia rastlín, klimatizácie a čerpadla živného roztoku atď., čo je hlavný smer budúcej optimalizácie. Okrem toho je charakteristickým znakom výroby v rastlinných továrňach nízky podiel práce. S neustálym zvyšovaním stupňa automatizácie sa náklady na spotrebu práce ďalej znížia. V budúcnosti sa ekonomické výhody šľachtenia sadeníc v rastlinných továrňach môžu ďalej zlepšiť rozvojom plodín s vysokou pridanou hodnotou a rozvojom industrializovanej technológie pestovania sadeníc vzácnych lesných stromov.

Zloženie nákladov na sadenice uhoriek /%

Stav industrializácie

V posledných rokoch vedeckovýskumné inštitúcie zastúpené Výskumným ústavom mestského poľnohospodárstva Čínskej akadémie poľnohospodárskych vied a high-tech podniky realizovali odvetvie šľachtenia sadeníc v rastlinných továrňach. To môže poskytnúť sadeniciam efektívnu priemyselnú výrobnú linku od semena až po vzídenie. Medzi nimi je rastlinná továreň v Shanxi postavená a uvedená do prevádzky v roku 2019 s rozlohou 3 500 m² a dokáže vyšľachtiť 800 000 sadeníc papriky alebo 550 000 sadeníc paradajok v rámci 30-dňového cyklu. Ďalšia továreň na šľachtenie sadeníc sa rozprestiera na ploche 2 300 m² a dokáže vypestovať 8 až 10 miliónov sadeníc ročne. Mobilná liečebňa vrúbľovaných sadeníc, nezávisle vyvinutá Inštitútom mestského poľnohospodárstva Čínskej akadémie poľnohospodárskych vied, môže poskytnúť platformu na pestovanie vrúbľovaných sadeníc ako na montážnej linke. Jeden pracovný priestor dokáže naraz spracovať viac ako 10 000 vrúbľovaných sadeníc. V budúcnosti sa očakáva ďalšie rozšírenie rozmanitosti odrôd sadeníc v rastlinných továrňach a naďalej sa bude zlepšovať úroveň automatizácie a inteligencie.

Mobilná liečivá rastlina pre vrúbľované sadenice vyvinutá Inštitútom mestského poľnohospodárstva Čínskej akadémie poľnohospodárskych vied

Výhľad

Ako nový nositeľ pestovania sadeníc v továrňach majú rastlinné továrne v porovnaní s tradičnými metódami pestovania sadeníc obrovské výhody a potenciál komercializácie, pokiaľ ide o presnú kontrolu prostredia, efektívne využívanie zdrojov a štandardizované operácie. Znížením spotreby zdrojov, ako sú semená, voda, hnojivá, energia a pracovná sila pri šľachtení sadeníc, a zlepšením výnosu a kvality sadeníc na jednotku plochy sa náklady na šľachtenie sadeníc v továrňach ďalej znížia a produkty budú na trhu konkurencieschopnejšie. V Číne je obrovský dopyt po sadeniciach. Okrem produkcie tradičných plodín, ako je zelenina, sa v továrňach očakáva šľachtenie sadeníc s vysokou pridanou hodnotou, ako sú kvety, čínske bylinné liečivá a vzácne stromy, čo ďalej zvýši ekonomické výhody. Zároveň musí platforma industrializovaného šľachtenia sadeníc zvážiť kompatibilitu a flexibilitu rôznych šľachtení sadeníc, aby uspokojila potreby trhu so šľachtením sadeníc v rôznych ročných obdobiach.

Biologická teória prostredia pre šľachtenie sadeníc je jadrom presnej kontroly prostredia v závode na výrobu rastlín. Hĺbkový výskum regulácie tvaru sadeníc, fotosyntézy a ďalších fyziologických aktivít environmentálnymi faktormi, ako sú svetlo, teplota, vlhkosť a CO2, pomôže vytvoriť model interakcie medzi sadeničkou a prostredím, ktorý môže znížiť spotrebu energie pri produkcii sadeníc a zlepšiť kvalitu a produkciu sadeníc. Kvalita poskytuje teoretický základ. Na tomto základe je možné vyvinúť riadiacu technológiu a zariadenia so svetlom ako jadrom a v spojení s ďalšími faktormi prostredia prispôsobiť produkciu sadeníc špeciálnym typom rastlín, vysokú uniformitu a vysokú kvalitu tak, aby spĺňali požiadavky pestovania s vysokou hustotou a mechanizovanej prevádzky v závodoch na výrobu rastlín. V konečnom dôsledku poskytuje technický základ pre výstavbu digitálneho systému produkcie sadeníc a realizuje štandardizovaný, bezobslužný a digitálny šľachtenie sadeníc v závodoch na výrobu rastlín.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying atď. 

Informácie o citácii:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Kľúčové technické vybavenie a industrializácia šľachtenia sadeníc v rastlinných továrňach [J]. Agricultural Engineering Technology, 2021,42(4):12-15.