Abstracto

En la actualidad, la fábrica de plantas se ha dado cuenta con éxito de la reproducción de plántulas de vegetales como pepinos, tomates, pimientos, berenjenas y melones, proporcionando 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 vegetal, y juegan un papel cada vez más importante en la promoción de la reforma estructural del lado de la oferta de la industria vegetal, asegurando el suministro de vegetales urbanos y la producción de verduras verdes.

Diseño del sistema de reproducción de plántulas de fábrica de plantas y equipos técnicos clave

Como el sistema de producción agrícola más eficiente en la actualidad, el sistema de reproducción de plántulas de fábrica de plantas integra medios técnicos integrales que incluyen iluminación artificial, suministro de soluciones de nutrientes, control ambiental tridimensional, operaciones auxiliares automáticas, gestión de producción inteligente, etc., e integra biotecnología, información, 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 del entorno de la luz artificial es una de las tecnologías centrales del sistema de reproducción 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 fuerte flexibilidad, y el entorno de la luz puede regular a partir de 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 de luz para el cultivo de plántulas, asegurando un entorno de luz adecuado para el cultivo artificial de plántulas. Por lo tanto, en base a las características de la demanda de la luz y los objetivos de producción de diferentes plántulas, al optimizar los parámetros de la 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 , promueva la acumulación de biomasa de plántulas y mejore 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 la curación de plántulas injertadas.

Sistema de plántulas verticales de múltiples capas desmontables

La reproducción de plántulas en la fábrica de plantas se lleva a cabo utilizando un estante tridimensional de múltiples capas. A través del diseño modular del sistema, se puede realizar el ensamblaje rápido del sistema de elevación 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 semillas, el sistema de iluminación y el sistema de riego por agua y fertilizantes permite que el semillero tenga una función de transporte, que es conveniente para moverse a diferentes talleres, como siembra, germinación y domesticación, y reduce la mano de obra. Consumo de manejo de la bandeja de plántulas.

Sistema de plántulas verticales de múltiples capas desmontables 

El riego por agua y fertilizante adopta principalmente el tipo de marea, el tipo de pulverización y otros métodos, a través del control preciso del tiempo y la frecuencia del suministro de solución de nutrientes, para lograr un suministro uniforme y un uso eficiente del agua y los nutrientes minerales. Combinado con la fórmula especial de la solución de nutrientes para las plántulas, puede satisfacer las necesidades de crecimiento y desarrollo de las plántulas y garantizar el rápido y saludable crecimiento 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 en el tiempo, al tiempo que evitan 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 principales características de un sistema de propagación de plántulas de fábrica de plantas. La estructura de mantenimiento externa de una fábrica de plantas generalmente se ensambla a partir de 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 no se ve afectado 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 microambientes, la distribución uniforme de factores ambientales como la temperatura, la humedad, la velocidad del viento y el CO2 en el espacio de cultivo de alta densidad CAN CAN ser logrado. La regulación del entorno inteligente se realiza mediante sensores distribuidos y control de contacto, y la regulación en tiempo real de todo el entorno de cultivo se lleva a cabo a través de la conexión entre la unidad de monitoreo y el sistema de control. Además, el uso de fuentes de luz refrigeradas por agua y circulación de agua, combinada con la introducción de fuentes de frío al aire libre, puede lograr un enfriamiento que ahorra energía y reducir el consumo de energía de aire acondicionado.

Equipo automático de operación auxiliar

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 es propicio para 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 ahora incluye la máquina de cobertura de suelo de enchufe, el sembrador, la máquina de injerto, la logística de AGV que transmite el tranvía, etc. Bajo el control de la plataforma de gestión inteligente de soporte, el funcionamiento no tripulado de todo el proceso de reproducción de plántulas puede ser básicamente comprendió. Además, la tecnología de visión artificial también juega un papel cada vez más importante en el proceso de reproducción de plántulas. No solo ayuda a monitorear el estado de crecimiento de las plántulas, ayuda en el manejo de las plántulas comerciales, sino que también realiza la detección automática de plántulas débiles y plántulas muertas. La mano del robot elimina y llena las plántulas.

Ventajas de la reproducción de plántulas de fábrica de plantas

El alto nivel de control ambiental permite la producción anual

Debido a la particularidad de la reproducción de las plántulas, el control de su entorno de cultivo es muy importante. En las condiciones de la fábrica de la planta, los factores ambientales como la luz, la temperatura, el agua, el aire, el fertilizante y el CO2 están altamente controlados, lo que puede proporcionar el mejor entorno de crecimiento para la reproducción de las plántulas, independientemente de las estaciones y las regiones. Además, en el proceso de reproducción de las plántulas injertadas y las plántulas de corte, el proceso de cicatrización de heridas injertado 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 vegetales en temporadas no reproductivas o en entornos extremos, y puede proporcionar soporte de plántulas para garantizar el suministro perenne de verduras. Además, la cría de plántulas de las fábricas de plantas no está limitada por el espacio, y puede llevarse a cabo en el lugar en los suburbios de ciudades y espacios públicos comunitarios. Las especificaciones son flexibles y cambiantes, lo que permite la producción en masa y el suministro cercano de plántulas de alta calidad, proporcionando un importante apoyo 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 en un 30% a 50% en comparación con los métodos tradicionales. El acortamiento del ciclo de reproducción puede aumentar el lote de producción de las 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 temprana, el lanzamiento temprano del mercado y una mejor competitividad del mercado. Por otro lado, las plántulas criadas en la fábrica de plantas son ordenadas 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, pimienta y pepino criadas en condiciones de fábrica de plantas no solo mejoran el área de la hoja, 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, la diferenciación de los brotes de flores después de la colonización. Y la producción y otros aspectos tienen ventajas obvias. El número de flores femeninas por planta aumentó en un 33.8% y el número de frutas por planta aumentó en un 37.3% después de la siembra de plántulas de pepino criadas en fábricas de plantas. Con la profundización continua de la investigación teórica sobre la biología del entorno del desarrollo de las plántulas, las fábricas de plantas serán más precisas y controlables en la configuración de la morfología de las plántulas y la mejora de la actividad fisiológica.

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

Uso eficiente de recursos para reducir los costos de las plántulas

La fábrica de plantas adopta métodos de plantación estandarizados, informatizados e industrializados, de modo que cada enlace de producción de plántulas se controle estrictamente y la eficiencia de la utilización de recursos mejore significativamente. Las semillas son el principal consumo de costos en la reproducción de plántulas. Debido a la operación irregular y la mala control ambiental de las plántulas tradicionales, hay problemas como la no germinación o el crecimiento débil de las semillas, lo que resulta en grandes desechos en el proceso desde semillas hasta 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 en gran medida y la dosis se puede reducir en más del 30%. El agua, el fertilizante y otros recursos también son el principal consumo de costos de la cría tradicional de las plántulas, y el fenómeno de los desechos de recursos es grave. En las condiciones de las fábricas de plantas, mediante la aplicación de la tecnología de riego de precisión, la eficiencia de la utilización de agua y fertilizantes se puede aumentar 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 elevación tradicional de plántulas de campo abierto y la crianza de las plántulas de invernadero, la característica más importante de la reproducción de las plántulas en las fábricas de plantas es que se puede llevar a cabo de manera tridimensional de varias 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 la reproducción de plántulas desarrollado por una compañía 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 usar para 3.3 mu (2201.1 ㎡) de producción de vegetales necesidades. En la condición de la cría tridimensional multicapa de alta densidad, el respaldo de equipos auxiliares automáticos y el sistema de transporte de logística inteligente puede mejorar en gran medida la eficiencia de la utilización de la mano de obra y ahorrar mano de obra en más del 50%.

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

El entorno de producción limpia de la fábrica de plantas puede reducir en gran medida la aparición de plagas y enfermedades en el espacio de reproducción. 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 pulverización de pesticidas durante la propagación y la siembra de las plántulas. Además, para la reproducción de plántulas especiales, como plántulas injertadas y plántulas de corte, se pueden usar medidas de control verde como luz, temperatura, agua y fertilizantes en la fábrica de plantas para reemplazar el uso de hormonas a gran escala en las operaciones tradicionales para garantizar Seguridad alimentaria, reduce la contaminación ambiental y logra la producción sostenible de las plántulas verdes.

Análisis de costos de producción 

Las formas de que las fábricas de plantas aumenten 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 agua, fertilizantes, calor y consumo de energía . La eficiencia de utilización del gas y el CO2 reduce el costo de la reproducción de las plántulas; Por otro lado, a través del control preciso del medio ambiente y la optimización del flujo del proceso, el tiempo de reproducción de las plántulas se acorta, y el lote de reproducción anual y el rendimiento de las plántulas por unidad de espacio aumentan, lo que es más competitivo en el mercado. 

Con el desarrollo de la tecnología de la fábrica 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 las fábricas de plantas es básicamente el mismo que el del cultivo tradicional de invernadero, y el valor de mercado y el valor de mercado de las plántulas son más altos. Tomando las plántulas de pepino como ejemplo, los materiales de producción representan una gran proporción, representando aproximadamente el 37% del costo total, incluidas las semillas, la solución de nutrientes, las bandejas de enchufe, los sustratos, etc. El consumo de energía eléctrica representa aproximadamente el 24% del total Costo, incluida la iluminación de la planta, el aire acondicionado y la solución de nutrientes, el consumo de energía de la bomba, etc., que es la principal dirección de la optimización futura. Además, la baja proporción de mano de obra es una característica de la producción de fábrica 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 de la reproducción de plántulas en las fábricas de plantas se pueden mejorar aún más mediante el desarrollo de cultivos de alto valor agregado y el desarrollo de la tecnología de cultivo industrializada para plántulas de árboles forestales preciosos.

Composición de costo de plántula 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 de Ciencias Agrícolas de Ciencias Agrícolas, y las empresas de alta tecnología, se han dado cuenta de la industria de la cría de plántulas en las fábricas de plantas. Puede proporcionar a las plántulas 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 3,500 ㎡ y puede reproducir 800,000 plántulas de pimienta o 550,000 plántulas de tomate dentro de un ciclo de 30 días. Otra fábrica de plantas de reproducción de plántulas cubre un área de 2300 ㎡ y puede producir 8-10 millones de plántulas por año. La planta de curación móvil para las plántulas injertadas desarrolladas independientemente por el Instituto de Agricultura Urbana, la Academia de Ciencias Agrícolas de China puede proporcionar una plataforma de curación y domesticación de la línea de ensamblaje 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 las variedades de reproducción de plántulas en las fábricas de plantas se amplíe aún más, y el nivel de automatización e inteligencia continuará mejorando.

La planta de curación móvil para plántulas injertadas desarrolladas por el Instituto de Agricultura Urbana, Academia de Ciencias Agrícolas

Perspectiva

Como nuevo portador de plántulas de fábrica, las fábricas de plantas tienen grandes ventajas y potencial de comercialización en comparación con los métodos tradicionales de elevación de las plántulas en términos de control ambiental preciso, utilización eficiente de los recursos y operaciones estandarizadas. Al reducir el consumo de recursos como semillas, agua, fertilizantes, energía y mano de obra en la reproducción de plántulas, y mejorar el rendimiento y la calidad de las plántulas por unidad de área, el costo de la reproducción de las plántulas en las fábricas de plantas se reducirá aún más y los productos Will ser más competitivo en el mercado. Hay una gran demanda de plántulas en China. Además de la producción de cultivos tradicionales, como las verduras, las plántulas de alto valor agregado, como las flores, se espera que los medicamentos herbales chinos y los árboles raros se generen en las fábricas de plantas, y los beneficios económicos mejorará aún más. Al mismo tiempo, la plataforma de reproducción de plántulas industrializadas debe considerar la compatibilidad y flexibilidad de la cría de plántulas de diferentes plántulas para satisfacer las necesidades del mercado de cría de plántulas en diferentes estaciones.

La teoría biológica del entorno de reproducción de plántulas es el núcleo del control preciso del entorno de la fábrica de plantas. La investigación en profundidad sobre la regulación de la forma y la fotosíntesis de la planta de las plántulas y otras actividades fisiológicas por factores ambientales como la luz, la temperatura, la humedad y el CO2 ayudará a establecer un modelo de interacción de plántulas-ambiente, lo que puede reducir el consumo de energía de la producción de plántulas y Mejorar la calidad y la producción de plántulas. La calidad proporciona una base teórica. Sobre esta base, controle la tecnología y el equipo con luz como el 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 la planta Se pueden desarrollar fábricas. En última instancia, proporciona una base técnica para la construcción de un sistema de producción de plántulas digitales y realiza la cría estandarizada, no tripulada y digital de las plántulas en las fábricas de plantas.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying, etc. 

Información de citas:

Xu Yaliang, Liu Xining, Yang Qichang. Equipo técnico de Key e industrialización de la cría de plántulas en las fábricas de plantas [J]. Tecnología de Ingeniería Agrícola, 2021,42 (4): 12-15.