Resumo

Na actualidade, a fábrica de plantas levou a cabo con éxito o cultivo de mudas de hortalizas como pepinos, tomates, pementos, berenxenas e melóns, o que lles proporciona aos agricultores mudas de alta calidade en lotes e mellora o rendemento da produción despois da plantación. As fábricas de plantas convertéronse nun importante medio de subministración de mudas para a industria hortícola e desempeñan un papel cada vez máis importante na promoción da reforma estrutural da oferta da industria hortícola, garantindo o subministro urbano de hortalizas e a produción de hortalizas verdes.

Deseño do sistema de reprodución de plántulas en fábricas de plantas e equipamento técnico clave

Como o sistema de produción agrícola máis eficiente na actualidade, o sistema de mellora de mudas en fábricas de plantas integra medios técnicos completos, como iluminación artificial, subministración de solucións nutritivas, control ambiental tridimensional, operacións auxiliares automatizadas, xestión intelixente da produción, etc., e integra biotecnoloxía, tecnoloxía da información e intelixencia artificial. Os logros intelixentes e de alta tecnoloxía promoven o desenvolvemento continuo da industria. 

Sistema de fonte de luz artificial LED

A construción dun ambiente de luz artificial é unha das tecnoloxías básicas do sistema de reprodución de mudas nas fábricas de plantas e tamén é a principal fonte de consumo de enerxía para a produción de mudas. O ambiente de luz das fábricas de plantas ten unha forte flexibilidade e pódese regular desde múltiples dimensións, como a calidade da luz, a intensidade da luz e o fotoperíodo, e ao mesmo tempo, pódense optimizar e combinar diferentes factores de luz en secuencia temporal para formar unha fórmula de luz para o cultivo de mudas, garantindo un ambiente de luz axeitado para o cultivo artificial de mudas. Polo tanto, baseándose nas características da demanda de luz e nos obxectivos de produción de diferentes crecementos de mudas, ao optimizar os parámetros da fórmula de luz e a estratexia de subministración de luz, desenvolveuse unha fonte de luz LED especial de aforro de enerxía, que pode mellorar en gran medida a eficiencia de conversión de enerxía luminosa das mudas, promover a acumulación de biomasa de mudas e mellorar a calidade da produción de mudas, ao mesmo tempo que reduce o consumo de enerxía e os custos de produción. Ademais, a regulación do ambiente de luz tamén é un medio técnico importante no proceso de domesticación de mudas e curación de mudas enxertadas.

Sistema de plántulas verticais multicapa desmontable

A cría de mudas na fábrica de plantas lévase a cabo mediante unha plataforma tridimensional multicapa. Mediante o deseño modular do sistema, pódese realizar unha montaxe rápida do sistema de cultivo de mudas. O espazo entre as plataformas pódese axustar de forma flexible para satisfacer os requisitos de espazo para a cría de diferentes variedades de mudas e mellorar considerablemente a taxa de utilización do espazo. Ademais, o deseño separado do sistema de sementeira, o sistema de iluminación e o sistema de rega con auga e fertilizantes permite que a sementeira teña tanto unha función de transporte, o que é conveniente para desprazarse a diferentes talleres como a sementeira, a xerminación e a domesticación, como reducir o consumo de man de obra na manipulación das bandexas de mudas.

Sistema de plántulas verticais multicapa desmontable 

A irrigación con auga e fertilizantes adopta principalmente métodos de tipo mareal, tipo pulverización e outros, mediante un control preciso do tempo e a frecuencia do subministro da solución nutritiva, para lograr un subministro uniforme e un uso eficiente da auga e os nutrientes minerais. Combinado coa fórmula especial da solución nutritiva para mudas, pode satisfacer as necesidades de crecemento e desenvolvemento das mudas e garantir o crecemento rápido e saudable das mudas. Ademais, mediante o sistema de detección de ións de nutrientes en liña e o sistema de esterilización da solución nutritiva, os nutrientes pódense repoñer a tempo, evitando ao mesmo tempo a acumulación de microorganismos e metabolitos secundarios que afectan o crecemento normal das mudas. 

Sistema de control ambiental

Un control ambiental preciso e eficiente é unha das principais características dun sistema de propagación de mudas nunha fábrica de plantas. A estrutura de mantemento externo dunha fábrica de plantas xeralmente está montada con materiais opacos e altamente illantes. Con base nisto, a regulación da luz, a temperatura, a humidade, a velocidade do vento e o CO2 case non se ve afectada polo ambiente externo. Mediante a construción do modelo CFD para optimizar o deseño do conduto de aire, combinado co método de control do microambiente, pódese conseguir a distribución uniforme de factores ambientais como a temperatura, a humidade, a velocidade do vento e o CO2 no espazo de cultivo de alta densidade. A regulación intelixente do ambiente realízase mediante sensores distribuídos e control de contacto, e a regulación en tempo real de todo o ambiente de cultivo lévase a cabo a través da conexión entre a unidade de monitorización e o sistema de control. Ademais, o uso de fontes de luz refrixeradas por auga e circulación de auga, combinado coa introdución de fontes de frío exteriores, pode lograr un arrefriamento que aforra enerxía e reducir o consumo de enerxía do aire acondicionado.

Equipamento de operación auxiliar automática

O proceso de operación de mellora de mudas na fábrica de plantas é rigoroso, a densidade de operación é alta, o espazo é compacto e o equipo auxiliar automático é indispensable. O uso de equipos auxiliares automatizados non só favorece a redución do consumo de man de obra, senón que tamén axuda a mellorar a eficiencia do espazo de cultivo. Os equipos de automatización que se desenvolveron ata o de agora inclúen máquinas de cobertura de solo para tapóns, sembradoras, máquinas de enxerto, carros de transporte loxístico AGV, etc. Baixo o control da plataforma de xestión intelixente de apoio, basicamente pódese realizar a operación non tripulada de todo o proceso de mellora de mudas. Ademais, a tecnoloxía de visión artificial tamén xoga un papel cada vez máis importante no proceso de mellora de mudas. Non só axuda a controlar o estado de crecemento das mudas, axuda na xestión de mudas comerciais, senón que tamén realiza unha selección automática de mudas débiles e mudas mortas. A man do robot retira e enche as mudas.

Vantaxes da cría de mudas en fábricas de plantas

Un alto nivel de control ambiental permite a produción anual

Debido á particularidade da cría de plántulas, o control do seu ambiente de cultivo é moi importante. Nas condicións da fábrica de plantas, os factores ambientais como a luz, a temperatura, a auga, o aire, os fertilizantes e o CO2 están altamente controlados, o que pode proporcionar o mellor ambiente de crecemento para a cría de plántulas, independentemente das estacións e rexións. Ademais, no proceso de cría de plántulas enxertadas e plántulas de corte, o proceso de cicatrización de feridas por enxerto e diferenciación de raíces require un maior control ambiental, e as fábricas de plantas tamén son excelentes portadoras. A flexibilidade das condicións ambientais da propia fábrica de plantas é forte, polo que é de gran importancia para a produción de plántulas de hortalizas en estacións non reprodutivas ou en ambientes extremos, e pode proporcionar apoio ás plántulas para garantir o subministro perenne de hortalizas. Ademais, a cría de plántulas de fábricas de plantas non está limitada polo espazo e pódese levar a cabo no lugar nos suburbios das cidades e en espazos públicos comunitarios. As especificacións son flexibles e cambiantes, o que permite a produción en masa e o subministro próximo de plántulas de alta calidade, proporcionando un apoio importante para o desenvolvemento da horticultura urbana. 

Acurtar o ciclo de reprodución e mellorar a calidade das mudas

En condicións de plantación, grazas ao control preciso de diversos factores ambientais de crecemento, o ciclo de reprodución das mudas acúrtase entre un 30 % e un 50 % en comparación cos métodos tradicionais. O acurtamento do ciclo de reprodución pode aumentar o lote de produción de mudas, aumentar os ingresos do produtor e reducir os riscos operativos causados ​​polas flutuacións do mercado. Para os produtores, isto favorece o transplante e a plantación temperáns, o lanzamento temperán ao mercado e a mellora da competitividade no mercado. Por outra banda, as mudas cultivadas na plantación son limpas e robustas, os indicadores morfolóxicos e de calidade melloran significativamente e o rendemento da produción despois da colonización é mellor. Os estudos demostraron que as mudas de tomate, pemento e pepino cultivadas en condicións de plantación non só melloran a área foliar, a altura da planta, o diámetro do talo, o vigor da raíz e outros indicadores, senón que tamén melloran a adaptabilidade, a resistencia ás enfermidades e a diferenciación dos botóns florais despois da colonización. E a produción e outros aspectos teñen vantaxes obvias. O número de flores femininas por planta aumentou un 33,8 % e o número de froitos por planta aumentou un 37,3 % despois da plantación de mudas de pepino cultivadas en plantacións. Coa profundación continua da investigación teórica sobre a bioloxía do ambiente de desenvolvemento das plántulas, as fábricas de plantas serán máis precisas e controlables á hora de dar forma á morfoloxía das plántulas e mellorar a actividade fisiolóxica.

 Comparación do estado das mudas enxertadas en invernadoiros e fábricas de plantas

Uso eficiente dos recursos para reducir os custos de mudas

A fábrica de plantas adopta métodos de plantación estandarizados, informatizados e industrializados, de xeito que cada elo da produción de plántulas estea estritamente controlado e a eficiencia da utilización dos recursos mellore significativamente. As sementes son o principal consumo de custos na mellora das plántulas. Debido ao funcionamento irregular e á mala controlabilidade ambiental das plántulas tradicionais, hai problemas como a non xerminación ou o crecemento débil das sementes, o que resulta nun enorme desperdicio no proceso desde as sementes ata as plántulas comerciais. No ambiente da fábrica de plantas, mediante o pretratamento das sementes, a sementeira fina e o control preciso do ambiente de cultivo, a eficiencia da utilización das sementes mellora moito e a dose pode reducirse en máis dun 30 %. A auga, os fertilizantes e outros recursos tamén son o principal consumo de custos da cría tradicional de plántulas, e o fenómeno do desperdicio de recursos é grave. Nas condicións das fábricas de plantas, mediante a aplicación da tecnoloxía de rego de precisión, a eficiencia da utilización da auga e os fertilizantes pode aumentarse en máis dun 70 %. Ademais, debido á compacidade da estrutura da propia fábrica de plantas e á uniformidade do control ambiental, a eficiencia da utilización de enerxía e CO2 no proceso de propagación das plántulas tamén mellora significativamente.

En comparación co cultivo tradicional de mudas en campo aberto e en invernadoiro, a maior característica da mellora de mudas en fábricas de plantas é que se pode levar a cabo dun xeito tridimensional multicapa. Na fábrica de plantas, a mellora de mudas pode estenderse do plano ao espazo vertical, o que mellora enormemente a eficiencia da mellora de mudas por unidade de terra e mellora significativamente a eficiencia de utilización do espazo. Por exemplo, o módulo estándar para a mellora de mudas desenvolvido por unha empresa biolóxica, baixo a condición de cubrir unha área de 4,68 ㎡, pode cultivar máis de 10.000 mudas nun só lote, que se poden usar para as necesidades de produción de hortalizas de 3,3 Mu (2201,1 ㎡). Baixo a condición de mellora tridimensional multicapa de alta densidade, o apoio a equipos auxiliares automáticos e un sistema de transporte loxístico intelixente poden mellorar enormemente a eficiencia da utilización da man de obra e aforrar man de obra en máis do 50 %.

Mellora de plántulas de alta resistencia para axudar á produción verde

O ambiente de produción limpo da fábrica de plantas pode reducir en gran medida a aparición de pragas e enfermidades no espazo de reprodución. Ao mesmo tempo, mediante a configuración optimizada do ambiente de cultivo, as mudas producidas terán unha maior resistencia, o que pode reducir en gran medida a pulverización de pesticidas durante a propagación e plantación das mudas. Ademais, para a reprodución de mudas especiais, como mudas enxertadas e mudas de corte, pódense empregar medidas de control ecolóxico como a luz, a temperatura, a auga e os fertilizantes na fábrica de plantas para substituír o uso a grande escala de hormonas nas operacións tradicionais co fin de garantir a seguridade alimentaria, reducir a contaminación ambiental e lograr unha produción sostible de mudas verdes.

Análise de custos de produción 

As formas en que as fábricas de plantas poden aumentar os beneficios económicos das mudas inclúen principalmente dúas partes. Por unha banda, ao optimizar o deseño estrutural, o funcionamento estandarizado e o uso de instalacións e equipos intelixentes, pódese reducir o consumo de sementes, electricidade e man de obra no proceso de mellora das mudas e mellorar o consumo de auga, fertilizantes, calor e enerxía. A eficiencia de utilización do gas e do CO2 reduce o custo da mellora das mudas; por outra banda, mediante un control preciso do ambiente e a optimización do fluxo do proceso, o tempo de mellora das mudas acúrtase e o lote de mellora anual e o rendemento das mudas por unidade de espazo aumentan, o que fai que sexa máis competitivo no mercado. 

Co desenvolvemento da tecnoloxía das fábricas de plantas e a continua profundización da investigación de bioloxía ambiental sobre o cultivo de mudas, o custo da cría de mudas en fábricas de plantas é basicamente o mesmo que o do cultivo tradicional en invernadoiro, e a calidade e o valor de mercado das mudas son maiores. Tomando como exemplo as mudas de pepino, os materiais de produción representan unha gran proporción, representando aproximadamente o 37% do custo total, incluíndo sementes, solución nutritiva, bandexas de tacos, substratos, etc. O consumo de enerxía eléctrica representa aproximadamente o 24% do custo total, incluíndo a iluminación das plantas, o aire acondicionado e o consumo de enerxía da bomba de solución nutritiva, etc., que é a principal dirección da optimización futura. Ademais, a baixa proporción de man de obra é unha característica da produción en fábricas de plantas. Co aumento continuo do grao de automatización, o custo do consumo de man de obra reducirase aínda máis. No futuro, os beneficios económicos da cría de mudas en fábricas de plantas poden mellorar aínda máis mediante o desenvolvemento de cultivos de alto valor engadido e o desenvolvemento de tecnoloxía de cultivo industrializada para mudas de árbores forestais preciosas.

Composición do custo das plántulas de pepino /%

Estado da industrialización

Nos últimos anos, as institucións de investigación científica representadas polo Instituto de Investigación da Agricultura Urbana da Academia Chinesa de Ciencias Agrícolas e as empresas de alta tecnoloxía deron pé á industria da mellora de mudas en fábricas de plantas. Isto pode proporcionar mudas cunha liña de produción industrial eficiente desde a semente ata a emerxencia. Entre elas, unha fábrica de plantas en Shanxi construída e posta en funcionamento en 2019 abrangue unha superficie de 3.500 m² e pode cultivar 800.000 mudas de pemento ou 550.000 mudas de tomate nun ciclo de 30 días. Outra fábrica de plantas de mellora de mudas construída abrangue unha superficie de 2.300 m² e pode producir de 8 a 10 millóns de mudas ao ano. A planta móbil de curación para mudas enxertadas, desenvolvida de forma independente polo Instituto de Agricultura Urbana da Academia Chinesa de Ciencias Agrícolas, pode proporcionar unha plataforma de curación e domesticación en liña de montaxe para o cultivo de mudas enxertadas. Un único espazo de traballo pode manexar máis de 10.000 mudas enxertadas á vez. No futuro, espérase que a diversidade de variedades de mellora de mudas nas fábricas de plantas se amplíe aínda máis e que o nivel de automatización e intelixencia siga mellorando.

A planta móbil de curación para mudas enxertadas desenvolvida polo Instituto de Agricultura Urbana da Academia Chinesa de Ciencias Agrícolas

Perspectivas

Como novas empresas de cultivo de mudas en fábricas, as fábricas de plantas teñen enormes vantaxes e potencial de comercialización en comparación cos métodos tradicionais de cultivo de mudas en termos de control ambiental preciso, utilización eficiente dos recursos e operacións estandarizadas. Ao reducir o consumo de recursos como sementes, auga, fertilizantes, enerxía e man de obra na mellora de mudas, e mellorar o rendemento e a calidade das mudas por unidade de área, o custo da mellora de mudas en fábricas de plantas reducirase aínda máis e os produtos serán máis competitivos no mercado. Existe unha enorme demanda de mudas en China. Ademais da produción de cultivos tradicionais como hortalizas, espérase que se cultiven mudas de alto valor engadido como flores, medicamentos a base de herbas chinesas e árbores raras en fábricas de plantas, e os beneficios económicos mellorarán aínda máis. Ao mesmo tempo, a plataforma industrializada de mellora de mudas debe considerar a compatibilidade e a flexibilidade das diferentes melloras de mudas para satisfacer as necesidades do mercado de mellora de mudas en diferentes estacións.

A teoría biolóxica do ambiente de reprodución das plántulas é o núcleo do control preciso do ambiente das fábricas de plantas. A investigación en profundidade sobre a regulación da forma das plantas de plántulas, a fotosíntese e outras actividades fisiolóxicas por factores ambientais como a luz, a temperatura, a humidade e o CO2 axudará a establecer un modelo de interacción plántula-ambiente, que pode reducir o consumo de enerxía da produción de plántulas e mellorar a calidade e a produción das plántulas. A calidade proporciona unha base teórica. Sobre esta base, pódese desenvolver tecnoloxía e equipos de control coa luz como núcleo e xunto con outros factores ambientais, e personalizar a produción de plántulas con tipos de plantas especiais, alta uniformidade e alta calidade para cumprir os requisitos do cultivo de alta densidade e a operación mecanizada nas fábricas de plantas. En definitiva, proporciona unha base técnica para a construción dun sistema dixital de produción de plántulas e realiza a reprodución de plántulas estandarizada, non tripulada e dixital en fábricas de plantas.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying, etc. 

Información da cita:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Equipamento técnico clave e industrialización da mellora de mudas en fábricas de plantas [J]. Tecnoloxía da Enxeñaría Agrícola, 2021,42(4):12-15.