Abstracto

En la actualidad, la fábrica de plantas ha realizado con éxito la reproducción de plántulas de hortalizas como pepinos, tomates, pimientos, berenjenas y melones, brindando a los agricultores plántulas de alta calidad en lotes y el rendimiento de producción después de la siembra es mejor.Las fábricas de plantas se han convertido en un medio importante de suministro de plántulas para la industria de hortalizas y desempeñan un papel cada vez más importante en la promoción de la reforma estructural del lado de la oferta de la industria de hortalizas, asegurando el suministro urbano de hortalizas y la producción de hortalizas verdes.

Diseño del sistema de reproducción de plántulas de fábrica de plantas y equipo técnico clave

Como el sistema de producción agrícola más eficiente en la actualidad, el sistema de cultivo de plántulas de la fábrica de plantas integra medios técnicos integrales que incluyen iluminación artificial, suministro de solución nutritiva, control ambiental tridimensional, operaciones auxiliares automatizadas, gestión de producción inteligente, etc. e integra biotecnología, información tecnología e inteligencia artificial.Los logros inteligentes y de alta tecnología promueven el desarrollo continuo de la industria. 

Sistema de fuente de luz artificial LED

La construcción de un entorno de luz artificial es una de las tecnologías centrales del sistema de cultivo de plántulas en las fábricas de plantas, y también es la principal fuente de consumo de energía para la producción de plántulas.El entorno de luz de las fábricas de plantas tiene una gran flexibilidad, y el entorno de luz se puede regular desde múltiples dimensiones, como la calidad de la luz, la intensidad de la luz y el fotoperíodo, y al mismo tiempo, se pueden optimizar y combinar diferentes factores de luz en secuencia de tiempo para formar un Fórmula ligera para el cultivo de plántulas, que garantiza un entorno de luz adecuado para el cultivo artificial de plántulas.Por lo tanto, en función de las características de la demanda de luz y los objetivos de producción de diferentes plantas de semillero, mediante la optimización de los parámetros de fórmula de luz y la estrategia de suministro de luz, se ha desarrollado una fuente de luz LED especial que ahorra energía, que puede mejorar en gran medida la eficiencia de conversión de energía de la luz de las plántulas. , promover la acumulación de biomasa de plántulas y mejorar la calidad de la producción de plántulas, al tiempo que reduce el consumo de energía y los costos de producción.Además, la regulación del entorno de luz también es un medio técnico importante en el proceso de domesticación de plántulas y curación de plántulas injertadas.

Sistema de plántulas verticales multicapa desmontable

La reproducción de plántulas en la fábrica de plantas se lleva a cabo mediante el uso de un estante tridimensional de múltiples capas.A través del diseño del sistema modular, se puede realizar el montaje rápido del sistema de cultivo de plántulas.El espacio entre los estantes se puede ajustar de manera flexible para cumplir con los requisitos de espacio para la reproducción de diferentes variedades de plántulas y mejorar en gran medida la tasa de utilización del espacio.Además, el diseño separado del sistema de semillero, el sistema de iluminación y el sistema de riego con agua y fertilizantes permite que el semillero tenga una función de transporte, lo cual es conveniente para trasladarse a diferentes talleres, como siembra, germinación y domesticación, y reduce la mano de obra. consumo de manipulación de bandejas de plántulas.

Sistema de plántulas verticales multicapa desmontable 

El riego con agua y fertilizantes adopta principalmente el tipo de marea, el tipo de rociado y otros métodos, mediante un control preciso del tiempo y la frecuencia del suministro de la solución nutritiva, para lograr un suministro uniforme y un uso eficiente del agua y los nutrientes minerales.Combinado con la fórmula de solución nutritiva especial para plántulas, puede satisfacer las necesidades de crecimiento y desarrollo de las plántulas y garantizar el crecimiento rápido y saludable de las plántulas.Además, a través del sistema de detección de iones de nutrientes en línea y el sistema de esterilización de la solución de nutrientes, los nutrientes se pueden reponer a tiempo, evitando la acumulación de microorganismos y metabolitos secundarios que afectan el crecimiento normal de las plántulas. 

Sistema de Control Ambiental

El control ambiental preciso y eficiente es una de las características principales de un sistema de propagación de plántulas de fábrica de plantas.La estructura de mantenimiento externa de una fábrica de plantas generalmente se ensambla con materiales que son opacos y altamente aislantes.Sobre esta base, la regulación de la luz, la temperatura, la humedad, la velocidad del viento y el CO2 casi no se ve afectada por el entorno externo.A través de la construcción del modelo CFD para optimizar el diseño del conducto de aire, combinado con el método de control de microambiente, la distribución uniforme de factores ambientales como temperatura, humedad, velocidad del viento y CO2 en el espacio de cultivo de alta densidad puede ser logrado.La regulación inteligente del entorno se realiza mediante sensores distribuidos y control de contacto, y la regulación en tiempo real de todo el entorno de cultivo se realiza a través de la conexión entre la unidad de monitorización y el sistema de control.Además, el uso de fuentes de luz enfriadas por agua y circulación de agua, combinado con la introducción de fuentes de frío al aire libre, puede lograr un enfriamiento que ahorra energía y reducir el consumo de energía del aire acondicionado.

Equipo de operación auxiliar automático

El proceso de operación de reproducción de plántulas de fábrica de plantas es estricto, la densidad de operación es alta, el espacio es compacto y el equipo auxiliar automático es indispensable.El uso de equipos auxiliares automatizados no solo contribuye a reducir el consumo de mano de obra, sino que también ayuda a mejorar la eficiencia del espacio de cultivo.El equipo de automatización que se ha desarrollado hasta el momento incluye la máquina para cubrir el suelo, la sembradora, la máquina de injerto, el carro transportador de logística AGV, etc. comprendió.Además, la tecnología de visión artificial también juega un papel cada vez más importante en el proceso de cultivo de plántulas.No solo ayuda a monitorear el estado de crecimiento de las plántulas, asiste en el manejo de plántulas comerciales, sino que también realiza una detección automática de plántulas débiles y plántulas muertas.La mano del robot elimina y llena las plántulas.

Ventajas de la cría de plántulas en fábricas de plantas

El alto nivel de control ambiental permite la producción anual

Debido a la particularidad de la cría de plántulas, el control de su entorno de cultivo es muy importante.Bajo las condiciones de la fábrica de plantas, los factores ambientales como la luz, la temperatura, el agua, el aire, los fertilizantes y el CO2 están altamente controlados, lo que puede proporcionar el mejor entorno de crecimiento para la reproducción de plántulas, independientemente de las estaciones y las regiones.Además, en el proceso de reproducción de plántulas injertadas y plántulas cortadas, el proceso de curación de heridas de injerto y diferenciación de raíces requiere un mayor control ambiental, y las fábricas de plantas también son excelentes portadores.La flexibilidad de las condiciones ambientales de la fábrica de plantas en sí es fuerte, por lo que es de gran importancia para la producción de plántulas de hortalizas en temporadas no reproductivas o en ambientes extremos, y puede brindar apoyo a las plántulas para garantizar el suministro perenne de hortalizas.Además, la reproducción de plántulas de fábricas de plantas no está limitada por el espacio y puede llevarse a cabo en los suburbios de las ciudades y espacios públicos comunitarios.Las especificaciones son flexibles y modificables, lo que permite la producción en masa y el suministro cercano de plántulas de alta calidad, lo que brinda un apoyo importante para el desarrollo de la horticultura urbana. 

Acortar el ciclo de reproducción y mejorar la calidad de las plántulas

En condiciones de fábrica de plantas, gracias al control preciso de varios factores ambientales de crecimiento, el ciclo de reproducción de las plántulas se acorta entre un 30 % y un 50 % en comparación con los métodos tradicionales.El acortamiento del ciclo de mejoramiento puede aumentar el lote de producción de plántulas, aumentar los ingresos del productor y reducir los riesgos operativos causados ​​por las fluctuaciones del mercado.Para los productores, es propicio para el trasplante y la siembra tempranos, el lanzamiento temprano al mercado y una mayor competitividad en el mercado.Por otro lado, las plántulas criadas en la fábrica de plantas son limpias y robustas, los indicadores morfológicos y de calidad mejoran significativamente y el rendimiento de producción después de la colonización es mejor.Los estudios han demostrado que las plántulas de tomate, pimiento y pepino cultivadas en condiciones de fábrica de plantas no solo mejoran el área foliar, la altura de la planta, el diámetro del tallo, el vigor de la raíz y otros indicadores, sino que también mejoran la adaptabilidad, la resistencia a las enfermedades y la diferenciación de los botones florales después de la colonización.Y la producción y otros aspectos tienen ventajas obvias.El número de flores femeninas por planta aumentó un 33,8 % y el número de frutos por planta aumentó un 37,3 % después de la siembra de plántulas de pepino cultivadas en fábricas de plantas.Con la profundización continua de la investigación teórica sobre la biología del entorno de desarrollo de las plántulas, las fábricas de plantas serán más precisas y controlables para dar forma a la morfología de las plántulas y mejorar la actividad fisiológica.

 Comparación del estado de plántulas injertadas en invernaderos y fábricas de plantas

Uso eficiente de los recursos para reducir los costos de las plántulas

La fábrica de plantas adopta métodos de plantación estandarizados, informatizados e industrializados, de modo que cada eslabón de la producción de plántulas esté estrictamente controlado y la eficiencia de la utilización de recursos mejore significativamente.Las semillas son el principal costo de consumo en la cría de plántulas.Debido a la operación irregular y la mala capacidad de control ambiental de las plántulas tradicionales, existen problemas como la falta de germinación o el crecimiento débil de las semillas, lo que genera un gran desperdicio en el proceso desde las semillas hasta las plántulas comerciales.En el entorno de la fábrica de plantas, a través del pretratamiento de semillas, la siembra fina y el control preciso del entorno de cultivo, la eficiencia de utilización de las semillas mejora considerablemente y la dosis se puede reducir en más del 30%.El agua, los fertilizantes y otros recursos también son el principal costo de consumo del cultivo tradicional de plántulas, y el fenómeno del desperdicio de recursos es grave.Bajo las condiciones de las fábricas de plantas, a través de la aplicación de tecnología de riego de precisión, la eficiencia de la utilización de agua y fertilizantes puede incrementarse en más del 70%.Además, debido a la compacidad de la estructura de la fábrica de plantas y la uniformidad del control ambiental, la eficiencia de utilización de energía y CO2 en el proceso de propagación de plántulas también mejora significativamente.

En comparación con la crianza tradicional de plántulas en campo abierto y la crianza de plántulas en invernadero, la característica más importante de la crianza de plántulas en fábricas de plantas es que se puede llevar a cabo en una forma tridimensional de múltiples capas.En la fábrica de plantas, la reproducción de plántulas se puede extender desde el plano hasta el espacio vertical, lo que mejora en gran medida la eficiencia de reproducción de plántulas por unidad de tierra y mejora significativamente la eficiencia de utilización del espacio.Por ejemplo, el módulo estándar para el mejoramiento de plántulas desarrollado por una empresa biológica, bajo la condición de cubrir un área de 4,68 ㎡, puede criar más de 10 000 plántulas en un solo lote, que se puede utilizar para la producción de vegetales de 3,3 Mu (2201,1 ㎡). necesidades.Bajo la condición de reproducción tridimensional multicapa de alta densidad, el soporte de equipos auxiliares automáticos y el sistema de transporte logístico inteligente pueden mejorar en gran medida la eficiencia de la utilización de la mano de obra y ahorrar mano de obra en más del 50%.

Mejoramiento de plántulas de alta resistencia para ayudar a la producción verde

El entorno de producción limpio de la fábrica de plantas puede reducir en gran medida la aparición de plagas y enfermedades en el espacio de cultivo.Al mismo tiempo, a través de la configuración optimizada del entorno de cultivo, las plántulas producidas tendrán una mayor resistencia, lo que puede reducir en gran medida la fumigación con pesticidas durante la propagación y plantación de las plántulas.Además, para la reproducción de plántulas especiales, como plántulas injertadas y plántulas cortadas, se pueden usar medidas de control verde como luz, temperatura, agua y fertilizantes en la fábrica de plantas para reemplazar el uso a gran escala de hormonas en las operaciones tradicionales para garantizar seguridad alimentaria, reducir la contaminación ambiental y lograr plántulas verdes Producción sostenible.

Análisis de costos de producción 

Las formas en que las fábricas de plantas aumentan los beneficios económicos de las plántulas incluyen principalmente dos partes.Por un lado, al optimizar el diseño estructural, la operación estandarizada y el uso de instalaciones y equipos inteligentes, puede reducir el consumo de semillas, electricidad y mano de obra en el proceso de reproducción de plántulas, y mejorar el consumo de agua, fertilizantes, calor y energía. .La eficiencia de utilización de gas y CO2 reduce el costo de la cría de plántulas;por otro lado, a través del control preciso del entorno y la optimización del flujo del proceso, se acorta el tiempo de reproducción de las plántulas y se incrementa el lote de reproducción anual y el rendimiento de plántulas por unidad de espacio, lo que es más competitivo en el mercado. 

Con el desarrollo de la tecnología de fábricas de plantas y la profundización continua de la investigación de biología ambiental sobre el cultivo de plántulas, el costo de la reproducción de plántulas en fábricas de plantas es básicamente el mismo que el del cultivo tradicional en invernadero, y la calidad y el valor de mercado de las plántulas son más altos.Tomando como ejemplo las plántulas de pepino, los materiales de producción representan una gran proporción, representando alrededor del 37% del costo total, incluidas las semillas, la solución nutritiva, las bandejas de enchufes, los sustratos, etc. El consumo de energía eléctrica representa alrededor del 24% del total. costo, incluida la iluminación de la planta, el aire acondicionado y el consumo de energía de la bomba de solución de nutrientes, etc., que es la dirección principal de la optimización futura.Además, la baja proporción de mano de obra es una característica de la producción de fábricas de plantas.Con el aumento continuo en el grado de automatización, el costo del consumo de mano de obra se reducirá aún más.En el futuro, los beneficios económicos del cultivo de plántulas en fábricas de plantas se pueden mejorar aún más mediante el desarrollo de cultivos de alto valor agregado y el desarrollo de tecnología de cultivo industrializado para plántulas de árboles forestales preciosos.

Composición del costo de plántulas de pepino /%

Estado de industrialización

En los últimos años, las instituciones de investigación científica representadas por el Instituto de Investigación de Agricultura Urbana de la Academia China de Ciencias Agrícolas y las empresas de alta tecnología se han dado cuenta de la industria de la reproducción de plántulas en fábricas de plantas.Puede proporcionar plántulas con una línea de producción industrial eficiente desde la semilla hasta la emergencia.Entre ellos, una fábrica de plantas en Shanxi construida y puesta en funcionamiento en 2019 cubre un área de 3500 ㎡ y puede producir 800 000 plántulas de pimiento o 550 000 plántulas de tomate en un ciclo de 30 días.Otra fábrica de plantas de reproducción de plántulas construida cubre un área de 2300 ㎡ y puede producir de 8 a 10 millones de plántulas por año.La planta de curación móvil para plántulas injertadas desarrollada de forma independiente por el Instituto de Agricultura Urbana de la Academia China de Ciencias Agrícolas puede proporcionar una plataforma de domesticación y curación en línea de montaje para el cultivo de plántulas injertadas.Un solo espacio de trabajo puede manejar más de 10 000 plántulas injertadas a la vez.En el futuro, se espera que la diversidad de variedades de cultivo de plántulas en las fábricas de plantas se amplíe aún más y que el nivel de automatización e inteligencia continúe mejorando.

La planta curativa móvil para plántulas injertadas desarrollada por el Instituto de Agricultura Urbana de la Academia China de Ciencias Agrícolas

panorama

Como nuevo medio de cultivo de plántulas en fábrica, las fábricas de plantas tienen enormes ventajas y potencial de comercialización en comparación con los métodos tradicionales de cultivo de plántulas en términos de control ambiental preciso, utilización eficiente de los recursos y operaciones estandarizadas.Al reducir el consumo de recursos tales como semillas, agua, fertilizantes, energía y mano de obra en el cultivo de plántulas, y al mejorar el rendimiento y la calidad de los plantones por unidad de área, el costo del cultivo de plántulas en las fábricas de plantas se reducirá aún más y los productos ser más competitivos en el mercado.Hay una gran demanda de plántulas en China.Además de la producción de cultivos tradicionales como las verduras, se espera que las plantas de semillero de alto valor agregado, como las flores, las hierbas medicinales chinas y los árboles raros, se cultiven en fábricas de plantas, y se mejorarán aún más los beneficios económicos.Al mismo tiempo, la plataforma industrializada de mejoramiento de plántulas debe considerar la compatibilidad y flexibilidad de diferentes cultivos de plántulas para satisfacer las necesidades del mercado de mejoramiento de plántulas en diferentes temporadas.

La teoría biológica del entorno de reproducción de las plántulas es el núcleo del control preciso del entorno de la fábrica de plantas.Una investigación en profundidad sobre la regulación de la forma de las plántulas y la fotosíntesis y otras actividades fisiológicas por factores ambientales como la luz, la temperatura, la humedad y el CO2 ayudará a establecer un modelo de interacción plántula-medio ambiente, que puede reducir el consumo de energía de la producción de plántulas y mejorar la calidad y producción de plántulas.La calidad proporciona una base teórica.Sobre esta base, controle la tecnología y el equipo con la luz como núcleo y junto con otros factores ambientales, y personalice la producción de plántulas con tipos de plantas especiales, alta uniformidad y alta calidad para cumplir con los requisitos de cultivo de alta densidad y operación mecanizada en planta. Se pueden desarrollar fábricas.En última instancia, proporciona una base técnica para la construcción de un sistema de producción de plántulas digital y realiza la cría de plántulas digital, no tripulada y estandarizada en fábricas de plantas.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying, etc. 

Información de la cita:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Equipo técnico clave e industrialización del cultivo de plántulas en fábricas de plantas [J].Tecnología de ingeniería agrícola, 2021, 42 (4): 12-15.