Абстрактный

В настоящее время на овощеводческих фабриках успешно осуществляется выращивание рассады овощных культур, таких как огурцы, помидоры, перец, баклажаны и дыни, обеспечивая фермеров высококачественной рассадой партиями, что улучшает показатели урожайности после посадки. Овощеводческие фабрики стали важным средством снабжения овощеводческой отрасли рассадой и играют все более важную роль в содействии структурной реформе предложения в овощеводческой отрасли, обеспечивая городское снабжение овощами и производство зеленых овощей.

Проектирование системы выращивания рассады на птицефабрике и ключевое техническое оборудование.

В настоящее время наиболее эффективной системой сельскохозяйственного производства является система выращивания рассады на фабриках, которая объединяет комплексные технические средства, включая искусственное освещение, подачу питательных растворов, трехмерный контроль окружающей среды, автоматизированные вспомогательные операции, интеллектуальное управление производством и т. д., а также интегрирует биотехнологии, информационные технологии и искусственный интеллект. Интеллектуальные и другие высокотехнологичные достижения способствуют непрерывному развитию отрасли. 

Система искусственного освещения на основе светодиодов

Создание искусственной световой среды является одной из ключевых технологий системы выращивания рассады на питомниках растений, а также основным источником энергопотребления при выращивании рассады. Световая среда на питомниках растений обладает высокой гибкостью, и ее можно регулировать по нескольким параметрам, таким как качество света, интенсивность света и фотопериод. Одновременно можно оптимизировать и комбинировать различные световые факторы в определенной последовательности, формируя световой режим для выращивания рассады и обеспечивая подходящую световую среду для искусственного выращивания рассады. Поэтому, исходя из характеристик потребности в свете и производственных целей различных видов рассады, путем оптимизации параметров светового режима и стратегии освещения был разработан специальный энергосберегающий светодиодный источник света, который значительно повышает эффективность преобразования световой энергии рассады, способствует накоплению биомассы рассады и улучшает качество выращиваемой рассады, одновременно снижая энергопотребление и производственные затраты. Кроме того, регулирование световой среды является важным техническим средством в процессе одомашнивания рассады и восстановления привитой рассады.

Разборная многоярусная вертикальная система для выращивания рассады

Выращивание рассады на растениеводческом заводе осуществляется с использованием многоярусных трехмерных стеллажей. Благодаря модульной конструкции системы обеспечивается быстрая сборка системы выращивания рассады. Расстояние между стеллажами можно гибко регулировать в соответствии с требованиями к площади для выращивания различных сортов рассады, что значительно повышает коэффициент использования пространства. Кроме того, раздельная конструкция системы рассадного ложа, системы освещения и системы полива и внесения удобрений позволяет использовать рассадное ложе как для транспортировки, что удобно для перемещения в различные цеха, такие как посев, проращивание и одомашнивание, так и для сокращения трудозатрат на перемещение лотков с рассадой.

Разборная многоярусная вертикальная система для выращивания рассады 

Полив и орошение удобрениями в основном осуществляется приливным, распылительным и другими методами, с точным контролем времени и частоты подачи питательного раствора, что обеспечивает равномерное снабжение и эффективное использование воды и минеральных питательных веществ. В сочетании со специальной формулой питательного раствора для рассады это позволяет удовлетворить потребности рассады в росте и развитии, обеспечивая быстрый и здоровый рост. Кроме того, благодаря системе онлайн-контроля ионов питательных веществ и системе стерилизации питательного раствора, питательные вещества своевременно восполняются, предотвращая накопление микроорганизмов и вторичных метаболитов, влияющих на нормальный рост рассады. 

Система контроля окружающей среды

Точный и эффективный контроль микроклимата является одной из главных особенностей системы выращивания рассады в питомнике. Внешняя конструкция питомника обычно изготавливается из непрозрачных и высокоизолирующих материалов. На этой основе регулирование освещения, температуры, влажности, скорости ветра и CO2 практически не зависит от внешней среды. Благодаря построению CFD-модели для оптимизации расположения воздуховодов в сочетании с методом управления микроклиматом достигается равномерное распределение таких факторов окружающей среды, как температура, влажность, скорость ветра и CO2, в пространстве с высокой плотностью выращивания. Интеллектуальное регулирование микроклимата осуществляется с помощью распределенных датчиков и контактного управления, а регулирование всей среды выращивания в режиме реального времени осуществляется посредством связи между блоком мониторинга и системой управления. Кроме того, использование источников света с водяным охлаждением и циркуляции воды в сочетании с использованием наружных источников холода позволяет достичь энергосберегающего охлаждения и снизить энергопотребление системы кондиционирования воздуха.

Автоматическое вспомогательное операционное оборудование

Процесс выращивания рассады на фабрике требует строгого контроля, высокой плотности работы, ограниченного пространства, и автоматизированное вспомогательное оборудование является незаменимым. Использование автоматизированного вспомогательного оборудования не только способствует сокращению трудозатрат, но и помогает повысить эффективность использования площади для выращивания. К числу разработанного на сегодняшний день автоматизированного оборудования относятся машины для засыпки грунта, сеялки, машины для прививки, автоматизированные транспортные тележки и т.д. Под управлением вспомогательной интеллектуальной платформы управления в основном реализуется беспилотное управление всем процессом выращивания рассады. Кроме того, технология машинного зрения также играет все более важную роль в процессе выращивания рассады. Она не только помогает контролировать состояние роста рассады и способствует управлению товарной рассадой, но и осуществляет автоматическую сортировку слабых и погибших саженцев. Роботизированная рука удаляет и засыпает рассаду.

Преимущества селекции рассады на фабриках по выращиванию растений

Высокий уровень экологического контроля обеспечивает возможность ежегодного производства.

Ввиду специфики селекции рассады, контроль условий ее выращивания имеет огромное значение. В условиях питомника для выращивания рассады строго контролируются такие факторы окружающей среды, как свет, температура, вода, воздух, удобрения и CO2, что позволяет обеспечить оптимальные условия для роста рассады независимо от сезона и региона. Кроме того, в процессе селекции привитой и черенковой рассады, заживление ран после прививки и дифференциация корней требуют более тщательного контроля условий окружающей среды, и питомники для выращивания рассады являются отличными носителями таких факторов. Гибкость условий окружающей среды в самом питомнике очень высока, что имеет большое значение для производства рассады овощных культур в несезонные периоды или в экстремальных условиях, а также может обеспечить поддержку рассады для обеспечения постоянного снабжения овощами. Кроме того, селекция рассады в питомниках не ограничена пространством и может осуществляться непосредственно в пригородах и общественных местах. Гибкие и изменчивые параметры позволяют осуществлять массовое производство и оперативное снабжение высококачественной рассадой, оказывая важную поддержку развитию городского садоводства. 

Сокращение цикла селекции и улучшение качества рассады.

Благодаря точному контролю различных факторов окружающей среды в условиях тепличного хозяйства, цикл выращивания рассады сокращается на 30–50% по сравнению с традиционными методами. Сокращение цикла выращивания позволяет увеличить объем производства рассады, повысить доход производителя и снизить операционные риски, вызванные колебаниями рынка. Для производителей это способствует ранней пересадке и посадке, раннему выходу на рынок и повышению конкурентоспособности. С другой стороны, рассада, выращенная в тепличном хозяйстве, отличается аккуратностью и крепким телосложением, значительно улучшаются морфологические и качественные показатели, а также повышается урожайность после заселения. Исследования показали, что рассада томатов, перца и огурцов, выращенная в тепличных хозяйствах, не только улучшает площадь листьев, высоту растения, диаметр стебля, силу корневой системы и другие показатели, но и повышает адаптивность, устойчивость к болезням, дифференциацию цветочных почек после заселения. И, соответственно, производственные и другие аспекты имеют очевидные преимущества. После посадки рассады огурцов, выращенной в тепличных хозяйствах, количество женских цветков на растении увеличилось на 33,8%, а количество плодов на растении — на 37,3%. Благодаря непрерывному углублению теоретических исследований биологии среды развития сеянцев, создание «растительных фабрик» позволит более точно и контролируемо формировать морфологию сеянцев и улучшать их физиологическую активность.

 Сравнение состояния привитых саженцев в теплицах и на птицефабриках.

Эффективное использование ресурсов для снижения затрат на рассаду.

В условиях питомника по выращиванию рассады применяются стандартизированные, информатизированные и индустриализированные методы посадки, благодаря чему каждый этап производства рассады строго контролируется, а эффективность использования ресурсов значительно повышается. Семена являются основной статьей расходов в селекции рассады. Из-за нерегулярной работы и плохого контроля окружающей среды при традиционном выращивании рассады возникают такие проблемы, как непрорастание или слабый рост семян, что приводит к огромным потерям на пути от семян до товарной рассады. В условиях питомника по выращиванию рассады, благодаря предварительной обработке семян, точному посеву и тщательному контролю условий выращивания, эффективность использования семян значительно повышается, а дозировка может быть снижена более чем на 30%. Вода, удобрения и другие ресурсы также являются основной статьей расходов при традиционном выращивании рассады, и проблема растраты ресурсов является серьезной. В условиях питомника по выращиванию рассады, благодаря применению технологии точного орошения, эффективность использования воды и удобрений может быть повышена более чем на 70%. Кроме того, благодаря компактной структуре самого питомника и равномерному контролю окружающей среды, значительно повышается эффективность использования энергии и CO2 в процессе выращивания рассады.

По сравнению с традиционным выращиванием рассады в открытом грунте и теплицах, главной особенностью выращивания рассады в теплицах является возможность многоярусного трехмерного процесса. В теплице выращивание рассады может быть расширено от плоскости до вертикального пространства, что значительно повышает эффективность выращивания рассады на единицу площади и существенно улучшает использование пространства. Например, стандартный модуль для выращивания рассады, разработанный компанией, занимающейся биотехнологиями, при площади 4,68 м², позволяет выращивать более 10 000 саженцев за один цикл, что достаточно для удовлетворения потребностей в овощеводстве на площади 3,3 му (2201,1 м²). В условиях высокоплотного многоярусного трехмерного выращивания, использование автоматизированного вспомогательного оборудования и интеллектуальной логистической системы позволяет значительно повысить эффективность использования рабочей силы и сэкономить более 50% трудозатрат.

Выведение высокоустойчивых сортов саженцев для улучшения зеленого урожая.

Чистая производственная среда в питомнике для выращивания растений может значительно снизить вероятность появления вредителей и болезней в местах размножения. В то же время, благодаря оптимизированной конфигурации среды выращивания, получаемые саженцы будут обладать большей устойчивостью, что позволит значительно сократить использование пестицидов при размножении и посадке рассады. Кроме того, для выращивания особых сортов рассады, таких как привитая и черенковая рассада, можно использовать экологически чистые методы контроля, такие как освещение, температура, полив и удобрения, заменяя широкое применение гормонов в традиционных методах, что обеспечит безопасность пищевых продуктов, снизит загрязнение окружающей среды и позволит достичь устойчивого производства экологически чистой рассады.

Анализ производственных затрат 

Способы повышения экономической эффективности выращивания рассады на фабриках включают в себя два основных направления. С одной стороны, оптимизация конструкции, стандартизация операций и использование интеллектуальных систем и оборудования позволяют сократить потребление семян, электроэнергии и рабочей силы в процессе выращивания рассады, а также повысить эффективность использования воды, удобрений, тепла и энергии. Это снижает затраты на выращивание рассады; с другой стороны, точный контроль окружающей среды и оптимизация технологического процесса сокращают время выращивания рассады, увеличивают годовой объем выращиваемых партий и урожайность рассады на единицу площади, что делает продукцию более конкурентоспособной на рынке. 

Благодаря развитию технологий растениеводства и постоянному углублению исследований в области экологической биологии выращивания рассады, стоимость выращивания рассады в растениеводческих фабриках в основном совпадает со стоимостью традиционного тепличного выращивания, а качество и рыночная стоимость рассады выше. На примере рассады огурцов видно, что значительная часть затрат приходится на материалы, составляющие около 37% от общей стоимости, включая семена, питательный раствор, рассадные лотки, субстраты и т. д. Потребление электроэнергии составляет около 24% от общей стоимости, включая освещение растений, кондиционирование воздуха и энергию, потребляемую насосами для питательного раствора и т. д., что является основным направлением будущей оптимизации. Кроме того, низкой долей трудозатрат является особенностью растениеводства. С постоянным повышением степени автоматизации затраты на рабочую силу будут еще больше снижаться. В будущем экономическая выгода от выращивания рассады в растениеводческих фабриках может быть дополнительно повышена за счет развития высокодоходных культур и внедрения промышленных технологий выращивания рассады ценных лесных деревьев.

Состав затрат на саженцы огурца /%

Статус индустриализации

В последние годы научно-исследовательские учреждения, представленные Научно-исследовательским институтом городского сельского хозяйства Китайской академии сельскохозяйственных наук, и высокотехнологичные предприятия внедрили индустрию селекции рассады на теплицах. Это позволяет обеспечить эффективную производственную линию для выращивания рассады от семени до всходов. Среди них – теплица в провинции Шаньси, построенная и введенная в эксплуатацию в 2019 году, площадью 3500 м², которая может выращивать 800 000 саженцев перца или 550 000 саженцев томатов за 30-дневный цикл. Другая теплица, построенная на площади 2300 м², может производить 8-10 миллионов саженцев в год. Мобильная установка для оздоровления привитой рассады, разработанная Институтом городского сельского хозяйства Китайской академии сельскохозяйственных наук, может обеспечить конвейерную платформу для оздоровления и приручения привитой рассады. На одном рабочем месте можно одновременно обрабатывать более 10 000 привитых саженцев. В будущем ожидается дальнейшее расширение разнообразия сортов саженцев, выращиваемых на специализированных предприятиях по переработке растений, а также дальнейшее повышение уровня автоматизации и интеллектуальных технологий.

Передвижная установка для оздоровления привитых саженцев, разработанная Институтом городского сельского хозяйства Китайской академии сельскохозяйственных наук.

Outlook

Растениеводческие комплексы, как новый носитель технологии промышленного выращивания рассады, обладают огромными преимуществами и коммерческим потенциалом по сравнению с традиционными методами выращивания рассады с точки зрения точного контроля окружающей среды, эффективного использования ресурсов и стандартизации операций. Сокращение потребления ресурсов, таких как семена, вода, удобрения, энергия и рабочая сила, а также повышение урожайности и качества рассады на единицу площади позволит еще больше снизить себестоимость выращивания рассады на растениеводческих комплексах и повысить конкурентоспособность продукции на рынке. В Китае существует огромный спрос на рассаду. Помимо выращивания традиционных культур, таких как овощи, ожидается, что на растениеводческих комплексах будут выращиваться высокоценные сорта рассады, такие как цветы, лекарственные растения китайской медицины и редкие деревья, что еще больше повысит экономическую выгоду. В то же время, индустриальная платформа для выращивания рассады должна учитывать совместимость и гибкость различных методов выращивания, чтобы удовлетворять потребности рынка рассады в разные сезоны.

Биологическая теория среды выращивания рассады является основой точного контроля условий в питомнике растений. Углубленное исследование регулирования формы рассады, фотосинтеза и других физиологических процессов под воздействием таких факторов окружающей среды, как свет, температура, влажность и CO2, поможет создать модель взаимодействия рассады и окружающей среды, которая позволит снизить энергопотребление при выращивании рассады и улучшить качество и урожайность. На этой основе можно разработать технологии и оборудование управления, используя свет в качестве основного элемента и сочетая его с другими факторами окружающей среды, а также создать систему, позволяющую выращивать рассаду определенных типов, отличающуюся высокой однородностью и высоким качеством, в соответствии с требованиями высокоплотного выращивания и механизированной работы в питомниках растений. В конечном итоге это обеспечит техническую основу для создания цифровой системы выращивания рассады и позволит реализовать стандартизированное, беспилотное и цифровое выращивание рассады в питомниках растений.

Автор: Сюй Ялян, Лю Синьин и др. 

Информация для цитирования:

Сюй Ялян, Лю Синьин, Ян Цичан. Ключевое техническое оборудование и индустриализация селекции рассады на растениеводческих фабриках [J]. Технология сельскохозяйственной инженерии, 2021, 42(4): 12-15.