Abstraktní

V současné době závod na pěstování rostlin úspěšně realizuje šlechtění sazenic zeleniny, jako jsou okurky, rajčata, papriky, lilky a melouny, a poskytuje zemědělcům vysoce kvalitní sazenice v dávkách. Po výsadbě se produkce zlepšuje. Závody na pěstování rostlin se staly důležitým zdrojem zásobování zeleninou a hrají stále důležitější roli v podpoře strukturální reformy nabídky v tomto odvětví, zajišťují dodávky zeleniny ve městech a produkci zelené zeleniny.

Návrh systému šlechtění sazenic v závodě na výrobu rostlin a klíčové technické vybavení

Jakožto v současnosti nejefektivnější systém zemědělské výroby integruje systém šlechtění rostlinných sazenic komplexní technické prostředky včetně umělého osvětlení, zásobování živnými roztoky, trojrozměrného řízení prostředí, automatizovaných pomocných operací, inteligentního řízení výroby atd. a integruje biotechnologie, informační technologie a umělou inteligenci. Inteligentní a další high-tech úspěchy podporují neustálý rozvoj odvětví. 

Systém umělého zdroje světla LED

Konstrukce umělého světelného prostředí je jednou z klíčových technologií systému šlechtění sazenic v rostlinných továrnách a je také hlavním zdrojem spotřeby energie pro produkci sazenic. Světelné prostředí rostlinných továren má vysokou flexibilitu a lze jej regulovat z několika hledisek, jako je kvalita světla, intenzita světla a fotoperioda. Zároveň lze optimalizovat a kombinovat různé světelné faktory v časové posloupnosti za účelem vytvoření světelné receptury pro pěstování sazenic, čímž se zajistí vhodné světelné prostředí pro umělou kultivaci sazenic. Proto byl na základě charakteristik světelné poptávky a produkčních cílů různých druhů růstu sazenic, optimalizací parametrů světelné receptury a strategie dodávky světla vyvinut speciální energeticky úsporný LED světelný zdroj, který může výrazně zlepšit účinnost přeměny světelné energie sazenic, podpořit akumulaci biomasy sazenic a zlepšit kvalitu produkce sazenic a zároveň snížit spotřebu energie a výrobní náklady. Regulace světelného prostředí je navíc důležitým technickým prostředkem v procesu domestikace sazenic a uzdravování roubovaných sazenic.

Odnímatelný vícevrstvý vertikální systém pro sazenice

Šlechtění sazenic v závodě na pěstování rostlin se provádí pomocí vícevrstvých trojrozměrných regálů. Díky modulárnímu systému lze systém pěstování sazenic rychle sestavit. Rozteč mezi regály lze flexibilně upravit tak, aby splňovala prostorové požadavky pro šlechtění různých odrůd sazenic, a výrazně se tak zlepšila míra využití prostoru. Samostatná konstrukce seťového záhonu, osvětlovacího systému a systému zavlažování vodou a hnojivem navíc umožňuje, aby seťový záhon plnil jak přepravní funkci, což je pohodlné pro přesun do různých dílen, jako je setí, klíčení a domestikace, tak i snižuje pracnost manipulace se sazenicemi.

Odnímatelný vícevrstvý vertikální systém pro sazenice 

Zavlažování vodou a hnojivem využívá převážně přílivové a odlivové metody, postřikové metody a další metody, a to díky přesné kontrole doby a frekvence přívodu živného roztoku, aby se dosáhlo rovnoměrného přívodu a efektivního využití vody a minerálních živin. V kombinaci se speciálním složením živného roztoku pro sazenice dokáže uspokojit potřeby růstu a vývoje sazenic a zajistit rychlý a zdravý růst sazenic. Navíc díky online systému detekce iontů živin a systému sterilizace živného roztoku lze živiny včas doplňovat a zároveň se zabránit hromadění mikroorganismů a sekundárních metabolitů, které ovlivňují normální růst sazenic. 

Systém kontroly prostředí

Přesná a efektivní regulace prostředí je jedním z hlavních rysů systému množení sazenic v závodech na pěstování rostlin. Vnější údržbová struktura závodu na pěstování rostlin je obvykle sestavena z neprůhledných a vysoce izolačních materiálů. Na tomto základě je regulace světla, teploty, vlhkosti, rychlosti větru a CO2 téměř neovlivněna vnějším prostředím. Díky konstrukci CFD modelu pro optimalizaci uspořádání vzduchovodu v kombinaci s metodou regulace mikroprostředí lze dosáhnout rovnoměrného rozložení faktorů prostředí, jako je teplota, vlhkost, rychlost větru a CO2, v prostoru s vysokou hustotou kultury. Inteligentní regulace prostředí je realizována pomocí distribuovaných senzorů a kontaktního řízení a regulace celého kultivačního prostředí v reálném čase se provádí prostřednictvím propojení mezi monitorovací jednotkou a řídicím systémem. Kromě toho lze použitím vodou chlazených světelných zdrojů a cirkulace vody v kombinaci se zavedením venkovních zdrojů chladu dosáhnout energeticky úsporného chlazení a snížit spotřebu energie klimatizace.

Automatické pomocné provozní zařízení

Proces šlechtění sazenic v továrnách na rostliny je přísný, hustota provozu je vysoká, prostor je kompaktní a automatické pomocné zařízení je nezbytné. Použití automatizovaného pomocného zařízení nejen vede ke snížení spotřeby práce, ale také pomáhá zlepšit efektivitu pěstebního prostoru. Mezi dosud vyvinutá automatizační zařízení patří stroje na zakrývání půdy, secí stroje, roubovací stroje, logistické dopravní vozíky AGV atd. Pod kontrolou podpůrné inteligentní řídicí platformy lze v podstatě realizovat bezobslužný provoz celého procesu šlechtění sazenic. Technologie strojového vidění navíc hraje v procesu šlechtění sazenic stále důležitější roli. Nejenže pomáhá sledovat stav růstu sazenic, pomáhá s hospodařením s komerčními sazenicemi, ale také provádí automatické třídění slabých a mrtvých sazenic. Robotická ruka odstraňuje a plní sazenice.

Výhody šlechtění rostlinných sazenic v továrnách

Vysoká úroveň kontroly životního prostředí umožňuje roční produkci

Vzhledem ke specifickému charakteru šlechtění sazenic je velmi důležitá kontrola pěstebního prostředí. V podmínkách závodu na pěstování rostlin jsou faktory prostředí, jako je světlo, teplota, voda, vzduch, hnojiva a CO2, vysoce kontrolovány, což může poskytnout nejlepší růstové prostředí pro šlechtění sazenic bez ohledu na roční období a region. Kromě toho v procesu šlechtění roubovaných sazenic a řízků vyžaduje proces hojení ran po roubování a diferenciace kořenů vyšší kontrolu prostředí a závody na pěstování rostlin jsou také vynikajícími nosiči. Flexibilita podmínek prostředí samotného závodu na pěstování rostlin je vysoká, takže má velký význam pro produkci sazenic zeleniny v období mimo šlechtění nebo v extrémních podmínkách a může poskytnout podporu sazenicím a zajistit tak trvalé zásobování zeleninou. Šlechtění sazenic v závodech na pěstování rostlin navíc není omezeno prostorem a lze jej provádět na místě na okrajích měst a ve veřejných prostorách. Specifikace jsou flexibilní a proměnlivé, což umožňuje hromadnou produkci a blízké dodávky vysoce kvalitních sazenic a poskytuje důležitou podporu pro rozvoj městského zahradnictví. 

Zkrácení šlechtitelského cyklu a zlepšení kvality sazenic

V podmínkách pěstování v továrnách se díky přesné kontrole různých faktorů růstového prostředí zkracuje cyklus šlechtění sazenic o 30 % až 50 % ve srovnání s tradičními metodami. Zkrácení cyklu šlechtění může zvýšit produkční šarži sazenic, zvýšit příjem producenta a snížit provozní rizika způsobená výkyvy trhu. Pro pěstitele to vede k včasnému přesazování a výsadbě, včasnému uvedení na trh a zlepšení konkurenceschopnosti na trhu. Na druhou stranu, sazenice vyšlechtěné v továrnách jsou úhledné a silné, morfologické a kvalitativní ukazatele se výrazně zlepšují a produkční výkonnost po kolonizaci je lepší. Studie ukázaly, že sazenice rajčat, paprik a okurek vyšlechtěné v podmínkách továrnách nejen zlepšují listovou plochu, výšku rostlin, průměr stonku, sílu kořenů a další ukazatele, ale také zlepšují adaptabilitu, odolnost vůči chorobám a diferenciaci květních poupat po kolonizaci. Produkce a další aspekty mají zjevné výhody. Počet samičích květů na rostlinu se po výsadbě sazenic okurek vyšlechtěných v továrnách zvýšil o 33,8 % a počet plodů na rostlinu se zvýšil o 37,3 %. S neustálým prohlubováním teoretického výzkumu biologie vývojového prostředí sazenic budou rostlinné továrny přesnější a kontrolovatelnější při formování morfologie sazenic a zlepšování fyziologické aktivity.

 Porovnání stavu roubovaných sazenic ve sklenících a rostlinných továrnách

Efektivní využití zdrojů pro snížení nákladů na sazenice

Pěstební závod používá standardizované, informatizované a industrializované metody výsadby, takže každý článek produkce sazenic je přísně kontrolován a účinnost využití zdrojů se výrazně zlepšuje. Semena jsou hlavní spotřební položkou při šlechtění sazenic. V důsledku nepravidelného provozu a špatné kontroly prostředí u tradičních sazenic existují problémy, jako je neklíčení nebo slabý růst semen, což vede k obrovskému plýtvání v procesu od semen po komerční sazenice. V prostředí rostlinného závodu se díky předúpravě semen, jemnému setí a přesné kontrole kultivačního prostředí výrazně zlepšuje účinnost využití semen a dávkování lze snížit o více než 30 %. Voda, hnojiva a další zdroje jsou také hlavní spotřební položkou při tradičním pěstování sazenic a fenomén plýtvání zdroji je závažný. V podmínkách rostlinných závodů lze díky aplikaci technologie přesného zavlažování zvýšit účinnost využití vody a hnojiv o více než 70 %. Navíc díky kompaktnosti struktury samotného rostlinného závodu a jednotnosti kontroly prostředí se také výrazně zlepšuje účinnost využití energie a CO2 v procesu množení sazenic.

Ve srovnání s tradičním pěstováním sazenic na otevřeném poli a pěstováním sazenic ve skleníku je největší výhodou šlechtění sazenic v závodech na výrobu rostlin to, že jej lze provádět vícevrstvým trojrozměrným způsobem. V závodě na výrobu rostlin lze šlechtění sazenic rozšířit z roviny do vertikálního prostoru, což výrazně zlepšuje efektivitu šlechtění sazenic na jednotku půdy a významně zlepšuje efektivitu využití prostoru. Například standardní modul pro šlechtění sazenic vyvinutý biologickou společností dokáže za podmínky pokrytí plochy 4,68 m² vyšlechtit více než 10 000 sazenic v jedné dávce, což lze využít pro potřeby produkce zeleniny o rozloze 3,3 Mu (2201,1 m²). Za podmínek vícevrstvého trojrozměrného šlechtění s vysokou hustotou může podpora automatického pomocného zařízení a inteligentního logistického dopravního systému výrazně zlepšit efektivitu využití práce a ušetřit práci o více než 50 %.

Šlechtění sazenic s vysokou odolností pro podporu zelené produkce

Čisté produkční prostředí závodu na pěstování rostlin může výrazně snížit výskyt škůdců a chorob v množírně. Zároveň díky optimalizované konfiguraci kultivačního prostředí budou mít produkované sazenice vyšší odolnost, což může výrazně snížit postřik pesticidy během množení a výsadby sazenic. Kromě toho lze pro šlechtění speciálních sazenic, jako jsou roubované sazenice a řízkované sazenice, v závodě na pěstování rostlin použít opatření pro regulaci zeleně, jako je světlo, teplota, voda a hnojiva, která nahradí rozsáhlé používání hormonů v tradičních provozech, a zajistit tak bezpečnost potravin, snížit znečištění životního prostředí a dosáhnout udržitelné produkce zelených sazenic.

Analýza výrobních nákladů 

Způsoby, jakými mohou rostlinné továrny zvýšit ekonomické přínosy sazenic, zahrnují hlavně dva aspekty. Na jedné straně optimalizací konstrukčního řešení, standardizovaným provozem a používáním inteligentních zařízení a vybavení lze snížit spotřebu semen, elektřiny a práce v procesu šlechtění sazenic a zlepšit spotřebu vody, hnojiv, tepla a energie. Účinnost využití plynu a CO2 snižuje náklady na šlechtění sazenic; na druhé straně se díky přesné kontrole prostředí a optimalizaci procesního toku zkracuje doba šlechtění sazenic a zvyšuje se roční šlechtitelská dávka a výnos sazenic na jednotku plochy, což je na trhu konkurenceschopnější. 

S rozvojem technologie pěstování rostlin a neustálým prohlubováním výzkumu environmentální biologie v oblasti pěstování sazenic jsou náklady na šlechtění sazenic v rostlinných továrnách v podstatě stejné jako u tradičního pěstování ve sklenících a kvalita a tržní hodnota sazenic jsou vyšší. Vezměme si jako příklad sazenice okurek, výrobní materiály tvoří velkou část, přibližně 37 % celkových nákladů, včetně semen, živného roztoku, sadbovačů, substrátů atd. Spotřeba elektrické energie tvoří přibližně 24 % celkových nákladů, včetně spotřeby energie osvětlení rostlin, klimatizace a čerpadla živného roztoku atd., což je hlavní směr budoucí optimalizace. Kromě toho je charakteristickým znakem výroby v rostlinných továrnách nízký podíl práce. S neustálým zvyšováním stupně automatizace se náklady na spotřebu práce dále sníží. V budoucnu lze ekonomické přínosy šlechtění sazenic v rostlinných továrnách dále zlepšit rozvojem plodin s vysokou přidanou hodnotou a rozvojem industrializované technologie pěstování sazenic vzácných lesních stromů.

Složení nákladů na sazenice okurek /%

Stav industrializace

V posledních letech vědeckovýzkumné instituce zastoupené Výzkumným ústavem městského zemědělství Čínské akademie zemědělských věd a technologicky vyspělé podniky realizovaly šlechtění sazenic v závodech na výrobu rostlin. To může sazenicím poskytnout efektivní průmyslovou výrobní linku od semen až po vzejití. Mezi nimi je závod na výrobu rostlin v provincii Šan-si, postavený a uvedený do provozu v roce 2019, který se rozkládá na ploše 3 500 m² a dokáže vyšlechtit 800 000 sazenic paprik nebo 550 000 sazenic rajčat během 30denního cyklu. Další závod na šlechtění sazenic se rozkládá na ploše 2 300 m² a dokáže vyprodukovat 8–10 milionů sazenic ročně. Mobilní závod na šlechtění roubovaných sazenic, nezávisle vyvinutý Ústavem městského zemědělství Čínské akademie zemědělských věd, může poskytnout platformu pro šlechtění a domestikaci roubovaných sazenic na montážní lince. Jeden pracovní prostor zvládne najednou více než 10 000 roubovaných sazenic. V budoucnu se očekává další rozšíření rozmanitosti odrůd sazenic v rostlinných továrnách a další zvyšování úrovně automatizace a inteligence.

Mobilní léčivá rostlina pro roubované sazenice vyvinutá Ústavem městského zemědělství Čínské akademie zemědělských věd

Výhled

Jako nový nositel velkovýrobních sazenic mají rostlinné továrny ve srovnání s tradičními metodami pěstování sazenic obrovské výhody a potenciál pro komercializaci, pokud jde o přesnou kontrolu prostředí, efektivní využívání zdrojů a standardizované operace. Snížením spotřeby zdrojů, jako jsou semena, voda, hnojiva, energie a pracovní síla, při šlechtění sazenic a zlepšením výnosu a kvality sazenic na jednotku plochy se dále sníží náklady na šlechtění sazenic v rostlinných továrnách a produkty budou na trhu konkurenceschopnější. V Číně je obrovská poptávka po sazenicích. Kromě produkce tradičních plodin, jako je zelenina, se očekává, že se v rostlinných továrnách budou šlechtit sazenice s vysokou přidanou hodnotou, jako jsou květiny, čínské bylinné léčivé přípravky a vzácné stromy, což dále zvýší ekonomické přínosy. Zároveň musí platforma pro šlechtění sazenic v průmyslovém sektoru zvážit kompatibilitu a flexibilitu různých šlechtění sazenic, aby uspokojila potřeby trhu se šlechtěním sazenic v různých ročních obdobích.

Biologická teorie prostředí pro šlechtění sazenic je jádrem přesné regulace prostředí v závodě na výrobu rostlin. Hloubkový výzkum regulace tvaru rostlin, fotosyntézy a dalších fyziologických aktivit sazenic faktory prostředí, jako je světlo, teplota, vlhkost a CO2, pomůže vytvořit model interakce sazenice s prostředím, který může snížit spotřebu energie při produkci sazenic a zlepšit kvalitu a produkci sazenic. Kvalita poskytuje teoretický základ. Na tomto základě lze vyvinout řídicí technologii a zařízení se světlem jako jádrem a ve spojení s dalšími faktory prostředí přizpůsobit produkci sazenic se speciálními typy rostlin, vysokou uniformitou a vysokou kvalitou tak, aby splňovaly požadavky pěstování s vysokou hustotou a mechanizovaného provozu v závodech na výrobu rostlin. V konečném důsledku poskytuje technický základ pro konstrukci digitálního systému produkce sazenic a realizuje standardizovaný, bezobslužný a digitální šlechtění sazenic v závodech na výrobu rostlin.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying atd. 

Informace o citaci:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Klíčová technická zařízení a industrializace šlechtění sazenic v rostlinných továrnách [J]. Zemědělská technika, 2021,42(4):12-15.