چکیده
در حال حاضر، کارخانه گیاهپروری با موفقیت پرورش نشاء سبزیجاتی مانند خیار، گوجهفرنگی، فلفل، بادمجان و خربزه را محقق کرده و نشاءهای باکیفیتی را به صورت دستهای در اختیار کشاورزان قرار داده است و عملکرد تولید پس از کاشت بهتر است. کارخانههای گیاهپروری به ابزاری مهم برای تأمین نشاء برای صنعت سبزیجات تبدیل شدهاند و نقش فزایندهای در ارتقای اصلاحات ساختاری بخش عرضه صنعت سبزیجات ایفا میکنند و تأمین سبزیجات شهری و تولید سبزیجات سبز را تضمین میکنند.
طراحی سیستم پرورش نهال کارخانه گیاهان و تجهیزات فنی کلیدی
به عنوان کارآمدترین سیستم تولید محصولات کشاورزی در حال حاضر، سیستم پرورش نهال کارخانه گیاه، ابزارهای فنی جامعی از جمله نور مصنوعی، تأمین محلول غذایی، کنترل محیطی سهبعدی، عملیات کمکی خودکار، مدیریت تولید هوشمند و غیره را در خود جای داده و بیوتکنولوژی، فناوری اطلاعات و هوش مصنوعی را با هم ادغام میکند. دستاوردهای هوشمند و سایر فناوریهای پیشرفته، توسعه مستمر این صنعت را ارتقا میدهد.
سیستم منبع نور مصنوعی LED
ساخت محیط نور مصنوعی یکی از فناوریهای اصلی سیستم پرورش نهال در کارخانههای گیاهپروری است و همچنین منبع اصلی مصرف انرژی برای تولید نهال است. محیط نور کارخانههای گیاهپروری انعطافپذیری بالایی دارد و میتوان محیط نور را از ابعاد مختلفی مانند کیفیت نور، شدت نور و دوره نوری تنظیم کرد و در عین حال، عوامل مختلف نوری را میتوان بهینه و در توالی زمانی ترکیب کرد تا یک فرمول نوری برای کشت نهال تشکیل شود و محیط نوری مناسبی را برای کشت مصنوعی نهالها تضمین کند. بنابراین، بر اساس ویژگیهای نیاز به نور و اهداف تولید رشد مختلف نهال، با بهینهسازی پارامترهای فرمول نور و استراتژی تأمین نور، یک منبع نور LED ویژه با صرفهجویی در انرژی توسعه داده شده است که میتواند راندمان تبدیل انرژی نوری نهالها را تا حد زیادی بهبود بخشد، تجمع زیست توده نهال را افزایش دهد و کیفیت تولید نهال را بهبود بخشد، در حالی که مصرف انرژی و هزینههای تولید را کاهش میدهد. علاوه بر این، تنظیم محیط نور نیز یک ابزار فنی مهم در فرآیند اهلیسازی نهالها و بهبود نهالهای پیوندی است.
سیستم نشاکاری عمودی چند لایه قابل جدا شدن
پرورش نهال در کارخانه گیاه با استفاده از یک قفسه سه بعدی چند لایه انجام میشود. از طریق طراحی سیستم مدولار، مونتاژ سریع سیستم پرورش نهال قابل تحقق است. فاصله بین قفسهها را میتوان به صورت انعطافپذیر تنظیم کرد تا نیازهای فضایی برای پرورش انواع مختلف نهال را برآورده کند و میزان استفاده از فضا را تا حد زیادی بهبود بخشد. علاوه بر این، طراحی جداگانه سیستم بستر بذر، سیستم روشنایی و سیستم آبیاری آب و کود، بستر بذر را قادر میسازد تا هم عملکرد حمل و نقل داشته باشد که برای انتقال به کارگاههای مختلف مانند کاشت، جوانهزنی و اهلیسازی مناسب است و هم میزان نیروی کار لازم برای جابجایی سینی نهال را کاهش میدهد.
سیستم نشاکاری عمودی چند لایه قابل جدا شدن
آبیاری با آب و کود عمدتاً از روشهای جزر و مدی، اسپری و سایر روشها استفاده میکند و از طریق کنترل دقیق زمان و دفعات تأمین محلول غذایی، به تأمین یکنواخت و استفاده کارآمد از آب و مواد مغذی معدنی دست مییابد. این روش همراه با فرمول ویژه محلول غذایی برای نهالها، میتواند نیازهای رشد و نمو نهالها را برآورده کرده و رشد سریع و سالم نهالها را تضمین کند. علاوه بر این، از طریق سیستم تشخیص یونهای مغذی آنلاین و سیستم استریلیزاسیون محلول غذایی، میتوان مواد مغذی را به موقع دوباره پر کرد، در حالی که از تجمع میکروارگانیسمها و متابولیتهای ثانویه که بر رشد طبیعی نهالها تأثیر میگذارند، جلوگیری میشود.
سیستم کنترل محیطی
کنترل دقیق و کارآمد محیطی یکی از ویژگیهای اصلی سیستم تکثیر نهال کارخانه گیاه است. ساختار نگهداری خارجی یک کارخانه گیاه عموماً از موادی ساخته میشود که مات و بسیار عایق هستند. بر این اساس، تنظیم نور، دما، رطوبت، سرعت باد و CO2 تقریباً تحت تأثیر محیط خارجی قرار نمیگیرد. از طریق ساخت مدل CFD برای بهینهسازی چیدمان مجرای هوا، همراه با روش کنترل ریزمحیط، میتوان به توزیع یکنواخت عوامل محیطی مانند دما، رطوبت، سرعت باد و CO2 در فضای کشت با تراکم بالا دست یافت. تنظیم هوشمند محیط توسط حسگرهای توزیعشده و کنترل تماسی محقق میشود و تنظیم بلادرنگ کل محیط کشت از طریق اتصال بین واحد نظارت و سیستم کنترل انجام میشود. علاوه بر این، استفاده از منابع نوری خنکشونده با آب و گردش آب، همراه با معرفی منابع سرد در فضای باز، میتواند به سرمایش صرفهجویی در مصرف انرژی و کاهش مصرف انرژی تهویه مطبوع دست یابد.
تجهیزات کمکی خودکار
فرآیند عملیات پرورش نهال در کارخانه گیاهان، سختگیرانه، با تراکم عملیات بالا، فضای کم و تجهیزات کمکی خودکار ضروری است. استفاده از تجهیزات کمکی خودکار نه تنها به کاهش مصرف نیروی کار کمک میکند، بلکه به بهبود بهرهوری فضای کشت نیز کمک میکند. تجهیزات اتوماسیونی که تاکنون توسعه یافتهاند شامل دستگاه پوشش خاک، بذرکار، دستگاه پیوند، چرخ دستی حمل لجستیک AGV و غیره است. تحت کنترل پلتفرم مدیریت هوشمند پشتیبان، عملیات بدون سرنشین کل فرآیند پرورش نهال اساساً قابل تحقق است. علاوه بر این، فناوری بینایی ماشین نیز نقش فزایندهای در فرآیند پرورش نهال ایفا میکند. این فناوری نه تنها به نظارت بر وضعیت رشد نهالها کمک میکند، در مدیریت نهالهای تجاری نیز یاری میرساند، بلکه غربالگری خودکار نهالهای ضعیف و نهالهای مرده را نیز انجام میدهد. دست ربات، نهالها را برداشته و پر میکند.
مزایای پرورش نشاء در کارخانه گیاه
سطح بالای کنترل محیطی، تولید سالانه را امکانپذیر میکند.
با توجه به ویژگی خاص پرورش نهال، کنترل محیط کشت آن بسیار مهم است. در شرایط کارخانه گیاهپروری، عوامل محیطی مانند نور، دما، آب، هوا، کود و CO2 به شدت کنترل میشوند که میتوانند بهترین محیط رشد را برای پرورش نهال، صرف نظر از فصول و مناطق، فراهم کنند. علاوه بر این، در فرآیند پرورش نهالهای پیوندی و نهالهای قلمهای، فرآیند التیام زخم پیوند و تمایز ریشه نیاز به کنترل محیطی بالاتری دارد و کارخانههای گیاهپروری نیز حاملهای بسیار خوبی هستند. انعطافپذیری شرایط محیطی کارخانه گیاهپروری به خودی خود قوی است، بنابراین برای تولید نهال سبزیجات در فصول غیر تولید مثلی یا در محیطهای بسیار سخت از اهمیت بالایی برخوردار است و میتواند پشتیبانی از نهال را برای تضمین عرضه دائمی سبزیجات فراهم کند. علاوه بر این، پرورش نهال کارخانههای گیاهپروری از نظر فضا محدود نیست و میتواند در محل در حومه شهرها و فضاهای عمومی جامعه انجام شود. مشخصات انعطافپذیر و قابل تغییر هستند و امکان تولید انبوه و عرضه نزدیک نهالهای با کیفیت بالا را فراهم میکنند و پشتیبانی مهمی را برای توسعه باغبانی شهری فراهم میکنند.
کوتاه کردن چرخه تولید مثل و بهبود کیفیت نهال ها
در شرایط کارخانههای گیاهی، به لطف کنترل دقیق عوامل مختلف محیطی رشد، چرخه پرورش نهال در مقایسه با روشهای سنتی 30 تا 50 درصد کوتاهتر میشود. کوتاه شدن چرخه پرورش میتواند باعث افزایش تولید دستهای نهال، افزایش درآمد تولیدکننده و کاهش خطرات عملیاتی ناشی از نوسانات بازار شود. برای پرورشدهندگان، این امر منجر به پیوند و کاشت زودهنگام، عرضه زودهنگام به بازار و بهبود رقابت در بازار میشود. از سوی دیگر، نهالهای پرورشیافته در کارخانههای گیاهی مرتب و تنومند هستند، شاخصهای مورفولوژیکی و کیفی به طور قابل توجهی بهبود یافتهاند و عملکرد تولید پس از کلونیزاسیون بهتر است. مطالعات نشان داده است که نهالهای گوجهفرنگی، فلفل و خیار پرورشیافته در شرایط کارخانههای گیاهی نه تنها سطح برگ، ارتفاع گیاه، قطر ساقه، قدرت ریشه و سایر شاخصها را بهبود میبخشند، بلکه سازگاری، مقاومت در برابر بیماری، تمایز جوانه گل پس از کلونیزاسیون را نیز بهبود میبخشند. و تولید و سایر جنبهها مزایای آشکاری دارند. تعداد گلهای ماده در هر بوته 33.8 درصد و تعداد میوه در هر بوته 37.3 درصد پس از کاشت نهالهای خیار پرورشیافته در کارخانههای گیاهی افزایش یافت. با تعمیق مداوم تحقیقات نظری در مورد زیستشناسی محیط رشد گیاهچه، کارخانههای گیاهی در شکلدهی مورفولوژی گیاهچه و بهبود فعالیت فیزیولوژیکی دقیقتر و قابل کنترلتر خواهند بود.
مقایسه وضعیت نهالهای پیوندی در گلخانهها و کارخانههای تولید گیاه
استفاده بهینه از منابع برای کاهش هزینههای نهال
کارخانه گیاهپروری روشهای کاشت استاندارد، اطلاعاتی و صنعتی را اتخاذ میکند، به طوری که هر حلقه از تولید نهال به شدت کنترل میشود و راندمان استفاده از منابع به طور قابل توجهی بهبود مییابد. بذرها اصلیترین هزینه مصرفی در پرورش نهال هستند. به دلیل عملکرد نامنظم و کنترل ضعیف محیطی نهالهای سنتی، مشکلاتی مانند عدم جوانهزنی یا رشد ضعیف بذرها وجود دارد که منجر به ضایعات زیادی در فرآیند تبدیل بذر به نهال تجاری میشود. در محیط کارخانه گیاهپروری، از طریق پیش تیمار بذر، کاشت دقیق و کنترل دقیق محیط کشت، راندمان استفاده از بذرها تا حد زیادی بهبود مییابد و میتوان دوز مصرفی را بیش از 30٪ کاهش داد. آب، کود و سایر منابع نیز از هزینههای اصلی پرورش سنتی نهال هستند و پدیده اتلاف منابع جدی است. در شرایط کارخانههای گیاهپروری، از طریق کاربرد فناوری آبیاری دقیق، راندمان استفاده از آب و کود میتواند بیش از 70٪ افزایش یابد. علاوه بر این، به دلیل فشردگی ساختار خود کارخانه گیاهپروری و یکنواختی کنترل محیطی، راندمان استفاده از انرژی و CO2 در فرآیند تکثیر نهال نیز به طور قابل توجهی بهبود مییابد.
در مقایسه با پرورش سنتی نهال در فضای باز و پرورش نهال در گلخانه، بزرگترین ویژگی پرورش نهال در کارخانههای گیاه این است که میتوان آن را به صورت سهبعدی چند لایه انجام داد. در کارخانه گیاه، پرورش نهال را میتوان از صفحه به فضای عمودی گسترش داد که این امر راندمان پرورش نهال در واحد زمین را تا حد زیادی بهبود میبخشد و راندمان استفاده از فضا را به طور قابل توجهی بهبود میبخشد. به عنوان مثال، ماژول استاندارد پرورش نهال که توسط یک شرکت بیولوژیکی توسعه یافته است، تحت شرایط پوشش مساحت ۴.۶۸ متر مربع، میتواند بیش از ۱۰،۰۰۰ نهال را در یک دسته پرورش دهد که میتواند برای نیازهای تولید سبزیجات ۳.۳ مو (۲۲۰۱.۱ متر مربع) استفاده شود. در شرایط پرورش سهبعدی چند لایه با چگالی بالا، پشتیبانی از تجهیزات کمکی خودکار و سیستم حمل و نقل لجستیک هوشمند میتواند راندمان استفاده از نیروی کار را تا حد زیادی بهبود بخشد و بیش از ۵۰٪ در نیروی کار صرفهجویی کند.
اصلاح نژاد نهالهای مقاوم به تنش برای کمک به تولید سبز
محیط تولید پاک کارخانه گیاهپروری میتواند تا حد زیادی از بروز آفات و بیماریها در فضای پرورش بکاهد. در عین حال، از طریق پیکربندی بهینه محیط کشت، نهالهای تولید شده مقاومت بالاتری خواهند داشت که میتواند اسپری آفتکشها را در طول تکثیر و کاشت نهال تا حد زیادی کاهش دهد. علاوه بر این، برای پرورش نهالهای خاص مانند نهالهای پیوندی و نهالهای قلمهای، میتوان از اقدامات کنترل سبز مانند نور، دما، آب و کود در کارخانه گیاهپروری برای جایگزینی استفاده گسترده از هورمونها در عملیات سنتی استفاده کرد تا ایمنی مواد غذایی، کاهش آلودگی محیط زیست و دستیابی به تولید پایدار نهالهای سبز تضمین شود.
تحلیل هزینههای تولید
روشهای کارخانههای گیاهپروری برای افزایش مزایای اقتصادی نهالها عمدتاً شامل دو بخش است. از یک سو، با بهینهسازی طراحی ساختاری، عملکرد استاندارد و استفاده از امکانات و تجهیزات هوشمند، میتوان مصرف بذر، برق و نیروی کار را در فرآیند پرورش نهال کاهش داد و مصرف آب، کود، گرما و انرژی را بهبود بخشید. راندمان استفاده از گاز و CO2 هزینه پرورش نهال را کاهش میدهد. از سوی دیگر، از طریق کنترل دقیق محیط و بهینهسازی جریان فرآیند، زمان پرورش نهالها کوتاه میشود و تعداد دستههای پرورش سالانه و عملکرد نهال در واحد فضا افزایش مییابد که در بازار رقابتیتر است.
با توسعه فناوری کارخانههای گیاهی و تعمیق مداوم تحقیقات زیستشناسی محیطی در مورد کشت نهال، هزینه پرورش نهال در کارخانههای گیاهی اساساً مشابه کشت گلخانهای سنتی است و کیفیت و ارزش بازار نهالها بالاتر است. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن نهال خیار، مواد تولیدی بخش بزرگی را تشکیل میدهند که حدود 37٪ از کل هزینه را شامل میشود، از جمله بذر، محلول غذایی، سینیهای پلاستیکی، بسترها و غیره. مصرف انرژی الکتریکی حدود 24٪ از کل هزینه را شامل میشود، از جمله روشنایی گیاه، تهویه مطبوع و مصرف انرژی پمپ محلول غذایی و غیره، که جهت اصلی بهینهسازی آینده است. علاوه بر این، سهم کم نیروی کار از ویژگیهای تولید کارخانههای گیاهی است. با افزایش مداوم درجه اتوماسیون، هزینه مصرف نیروی کار بیشتر کاهش خواهد یافت. در آینده، مزایای اقتصادی پرورش نهال در کارخانههای گیاهی میتواند از طریق توسعه محصولات با ارزش افزوده بالا و توسعه فناوری کشت صنعتی برای نهال درختان جنگلی گرانبها، بیشتر بهبود یابد.
ترکیب هزینه نهال خیار /٪
وضعیت صنعتی شدن
در سالهای اخیر، مؤسسات تحقیقاتی علمی به نمایندگی از مؤسسه تحقیقات کشاورزی شهری آکادمی علوم کشاورزی چین و شرکتهای پیشرفته، صنعت پرورش نهال در کارخانههای پرورش گیاه را محقق کردهاند. این کارخانهها میتوانند از بذر تا جوانهزنی، خط تولید صنعتی کارآمدی برای نهالها فراهم کنند. در میان آنها، یک کارخانه پرورش گیاه در شانشی که در سال ۲۰۱۹ ساخته و به بهرهبرداری رسید، مساحتی بالغ بر ۳۵۰۰ متر مربع را پوشش میدهد و میتواند ۸۰۰۰۰۰ نهال فلفل یا ۵۵۰۰۰۰ نهال گوجهفرنگی را در یک چرخه ۳۰ روزه پرورش دهد. یک کارخانه پرورش نهال دیگر که ساخته شده است، مساحتی بالغ بر ۲۳۰۰ متر مربع را پوشش میدهد و میتواند ۸ تا ۱۰ میلیون نهال در سال تولید کند. کارخانه سیار پرورش نهال پیوندی که بهطور مستقل توسط مؤسسه کشاورزی شهری آکادمی علوم کشاورزی چین توسعه یافته است، میتواند یک پلتفرم پرورش و اهلیسازی خط مونتاژ برای کشت نهالهای پیوندی فراهم کند. یک فضای کاری واحد میتواند بیش از ۱۰۰۰۰ نهال پیوندی را بهطور همزمان مدیریت کند. در آینده، انتظار میرود تنوع گونههای پرورش نهال در کارخانههای تولید گیاهان بیشتر گسترش یابد و سطح اتوماسیون و هوشمندی همچنان بهبود یابد.
دستگاه ترمیم سیار برای نهالهای پیوندی که توسط موسسه کشاورزی شهری، آکادمی علوم کشاورزی چین توسعه داده شده است
چشمانداز
کارخانههای پرورش گیاه، به عنوان یک حامل جدید برای پرورش گیاهچه در کارخانه، در مقایسه با روشهای سنتی پرورش گیاهچه، از نظر کنترل دقیق محیطی، استفاده کارآمد از منابع و عملیات استاندارد، مزایا و پتانسیل تجاریسازی زیادی دارند. با کاهش مصرف منابعی مانند بذر، آب، کود، انرژی و نیروی انسانی در پرورش گیاهچه و بهبود عملکرد و کیفیت گیاهچه در واحد سطح، هزینه پرورش گیاهچه در کارخانههای پرورش گیاهچه بیشتر کاهش مییابد و محصولات در بازار رقابتیتر خواهند بود. تقاضای زیادی برای نهال در چین وجود دارد. علاوه بر تولید محصولات سنتی مانند سبزیجات، انتظار میرود نهالهای با ارزش افزوده بالا مانند گلها، داروهای گیاهی چینی و درختان نادر در کارخانههای پرورش گیاهچه پرورش داده شوند و مزایای اقتصادی آن بیشتر بهبود یابد. در عین حال، پلتفرم صنعتی پرورش گیاهچه باید سازگاری و انعطافپذیری پرورش گیاهچههای مختلف را در نظر بگیرد تا نیازهای بازار پرورش گیاهچه را در فصول مختلف برآورده کند.
نظریه بیولوژیکی محیط پرورش نهال، هسته کنترل دقیق محیط کارخانه گیاه است. تحقیقات عمیق در مورد تنظیم شکل گیاه و فتوسنتز و سایر فعالیتهای فیزیولوژیکی توسط عوامل محیطی مانند نور، دما، رطوبت و CO2 به ایجاد یک مدل تعامل گیاهچه و محیط کمک میکند که میتواند مصرف انرژی تولید نهال را کاهش داده و کیفیت و تولید نهال را بهبود بخشد. کیفیت یک مبنای نظری فراهم میکند. بر این اساس، میتوان فناوری و تجهیزات کنترل را با نور به عنوان هسته و همراه با سایر عوامل محیطی توسعه داد و تولید نهال با انواع خاص گیاه، یکنواختی بالا و کیفیت بالا را برای برآورده کردن الزامات کشت با تراکم بالا و عملیات مکانیزه در کارخانههای گیاه سفارشی کرد. در نهایت، این امر مبنای فنی برای ساخت یک سیستم تولید نهال دیجیتال فراهم میکند و پرورش نهال استاندارد، بدون سرنشین و دیجیتال را در کارخانههای گیاه محقق میسازد.
نویسنده: شو یالیانگ، لیو شینینگ و غیره.
اطلاعات استناد:
شو یالیانگ، لیو شینیینگ، یانگ چیچانگ. تجهیزات فنی کلیدی و صنعتیسازی پرورش نهال در کارخانههای گیاه [J]. فناوری مهندسی کشاورزی، 2021،42(4):12-15.
زمان ارسال: ۲۶ مه ۲۰۲۲