Resumo

Atualmente, a fábrica de mudas tem realizado com sucesso o cultivo de mudas de hortaliças como pepinos, tomates, pimentões, berinjelas e melões, fornecendo aos agricultores mudas de alta qualidade em lotes, e o desempenho da produção após o plantio é melhor. As fábricas de mudas tornaram-se um importante meio de fornecimento de mudas para a indústria de hortaliças e desempenham um papel cada vez mais importante na promoção da reforma estrutural do lado da oferta do setor, garantindo o abastecimento de hortaliças urbanas e a produção de hortaliças frescas.

Projeto do sistema de melhoramento genético de mudas em fábrica de plantas e principais equipamentos técnicos

Sendo o sistema de produção agrícola mais eficiente da atualidade, o sistema de cultivo de mudas em fábricas de plantas integra meios técnicos abrangentes, incluindo iluminação artificial, fornecimento de solução nutritiva, controle ambiental tridimensional, operações auxiliares automatizadas, gestão inteligente da produção, etc., e integra biotecnologia, tecnologia da informação e inteligência artificial. Essas conquistas de alta tecnologia impulsionam o desenvolvimento contínuo do setor. 

sistema de fonte de luz artificial LED

A construção de um ambiente de luz artificial é uma das tecnologias essenciais do sistema de cultivo de mudas em fábricas de plantas, sendo também a principal fonte de consumo de energia para a produção de mudas. O ambiente luminoso das fábricas de plantas possui grande flexibilidade, podendo ser regulado em múltiplas dimensões, como qualidade, intensidade e fotoperíodo da luz. Ao mesmo tempo, diferentes fatores luminosos podem ser otimizados e combinados sequencialmente para formar uma fórmula de luz ideal para o cultivo de mudas, garantindo um ambiente luminoso adequado para o cultivo artificial. Portanto, com base nas características de demanda luminosa e nos objetivos de produção de diferentes mudas, e otimizando os parâmetros da fórmula de luz e a estratégia de fornecimento de luz, foi desenvolvida uma fonte de luz LED especial de baixo consumo energético. Essa fonte pode melhorar significativamente a eficiência de conversão de energia luminosa pelas mudas, promover o acúmulo de biomassa e aprimorar a qualidade da produção de mudas, reduzindo o consumo de energia e os custos de produção. Além disso, a regulação do ambiente luminoso também é um importante recurso técnico no processo de domesticação de mudas e na recuperação de mudas enxertadas.

Sistema de mudas vertical multicamadas desmontável

A produção de mudas na fábrica de plantas é realizada utilizando uma estante tridimensional de múltiplos níveis. Através do design modular do sistema, a montagem rápida do sistema de cultivo de mudas pode ser viabilizada. O espaçamento entre as estantes pode ser ajustado de forma flexível para atender às necessidades de espaço para a produção de diferentes variedades de mudas e melhorar significativamente a taxa de utilização do espaço. Além disso, o design separado do sistema de leito de mudas, sistema de iluminação e sistema de irrigação com água e fertilizantes permite que o leito de mudas tenha uma função de transporte, o que facilita a movimentação para diferentes etapas, como semeadura, germinação e domesticação, e reduz o consumo de mão de obra no manuseio das bandejas de mudas.

Sistema de mudas vertical multicamadas desmontável 

A irrigação com água e fertilizantes adota principalmente métodos como o de maré, o de aspersão e outros, controlando com precisão o tempo e a frequência de fornecimento da solução nutritiva, para alcançar uma distribuição uniforme e o uso eficiente de água e nutrientes minerais. Combinada com a fórmula especial da solução nutritiva para mudas, atende às necessidades de crescimento e desenvolvimento das plantas, garantindo um crescimento rápido e saudável. Além disso, por meio de um sistema online de detecção de íons de nutrientes e um sistema de esterilização da solução nutritiva, os nutrientes são repostos em tempo hábil, evitando o acúmulo de microrganismos e metabólitos secundários que afetam o crescimento normal das mudas. 

Sistema de Controle Ambiental

O controle ambiental preciso e eficiente é uma das principais características de um sistema de propagação de mudas em estufa. A estrutura externa de uma estufa é geralmente montada com materiais opacos e altamente isolantes. Dessa forma, a regulação da luz, temperatura, umidade, velocidade do vento e CO2 é praticamente independente do ambiente externo. Através da construção de um modelo CFD para otimizar o layout do sistema de dutos de ar, combinado com o método de controle de microambiente, é possível alcançar a distribuição uniforme de fatores ambientais como temperatura, umidade, velocidade do vento e CO2 no espaço de cultivo de alta densidade. A regulação ambiental inteligente é realizada por sensores distribuídos e controle por contato, e a regulação em tempo real de todo o ambiente de cultivo é feita através da conexão entre a unidade de monitoramento e o sistema de controle. Além disso, o uso de fontes de luz refrigeradas a água e circulação de água, combinado com a introdução de fontes de frio externas, permite o resfriamento com economia de energia e a redução do consumo de energia do ar-condicionado.

Equipamento auxiliar de operação automática

O processo de produção de mudas em fábricas de plantas é rigoroso, com alta densidade de operação, espaço compacto e indispensáveis ​​equipamentos auxiliares automatizados. O uso desses equipamentos não só reduz o consumo de mão de obra, como também melhora a eficiência do espaço de cultivo. Os equipamentos de automação desenvolvidos até o momento incluem máquinas de cobertura de solo em torrões, semeadoras, enxertistas, carrinhos de transporte logístico com AGVs (Veículos Guiados Automaticamente), entre outros. Sob o controle de uma plataforma de gestão inteligente, todo o processo de produção de mudas pode ser praticamente automatizado. Além disso, a tecnologia de visão computacional desempenha um papel cada vez mais importante nesse processo. Ela não só auxilia no monitoramento do crescimento das mudas e no manejo da produção comercial, como também realiza a triagem automática de mudas fracas e mortas. O braço robótico remove e replanta as mudas.

Vantagens do melhoramento genético de mudas em fábricas de plantas

O elevado nível de controlo ambiental permite a produção anual.

Devido às particularidades do melhoramento de mudas, o controle do ambiente de cultivo é crucial. Em estufas de plantas, fatores ambientais como luz, temperatura, água, ar, fertilizantes e CO2 são rigorosamente controlados, proporcionando o ambiente ideal para o desenvolvimento de mudas, independentemente da estação do ano e da região. Além disso, no processo de enxertia e estaquia, a cicatrização da ferida e a diferenciação radicular exigem um controle ambiental ainda maior, e as estufas de plantas são excelentes suportes para isso. A flexibilidade das condições ambientais em uma estufa de plantas é notável, sendo de grande importância para a produção de mudas de hortaliças fora da época de cultivo ou em ambientes extremos, garantindo o fornecimento perene de hortaliças. Ademais, o melhoramento de mudas em estufas de plantas não é limitado pelo espaço, podendo ser realizado em áreas periféricas e espaços públicos. As especificações são flexíveis e adaptáveis, permitindo a produção em larga escala e o fornecimento contínuo de mudas de alta qualidade, o que contribui significativamente para o desenvolvimento da horticultura urbana. 

Reduzir o ciclo de reprodução e melhorar a qualidade das mudas.

Em condições de fábrica de mudas, graças ao controle preciso de diversos fatores ambientais de crescimento, o ciclo de melhoramento genético das mudas é reduzido em 30% a 50% em comparação com os métodos tradicionais. A redução do ciclo de melhoramento permite aumentar o lote de mudas produzidas, incrementar a renda do produtor e reduzir os riscos operacionais causados ​​pelas flutuações de mercado. Para os produtores, isso favorece o transplante e o plantio precoces, o lançamento antecipado no mercado e o aumento da competitividade. Além disso, as mudas produzidas em fábricas de mudas são mais compactas e robustas, apresentam indicadores morfológicos e de qualidade significativamente aprimorados e melhor desempenho produtivo após o plantio. Estudos demonstraram que mudas de tomate, pimentão e pepino produzidas em fábricas de mudas não apenas apresentam melhorias na área foliar, altura da planta, diâmetro do caule, vigor radicular e outros indicadores, como também melhoram a adaptabilidade, a resistência a doenças e a diferenciação dos botões florais após o plantio. A produção e outros aspectos apresentam vantagens evidentes. O número de flores femininas por planta aumentou 33,8% e o número de frutos por planta aumentou 37,3% após o plantio de mudas de pepino produzidas em fábricas de mudas. Com o aprofundamento contínuo da pesquisa teórica sobre a biologia do ambiente de desenvolvimento das plântulas, as fábricas de plantas serão mais precisas e controláveis ​​na formação da morfologia das plântulas e na melhoria da atividade fisiológica.

 Comparação do estado de mudas enxertadas em estufas e fábricas de plantas.

Utilização eficiente de recursos para reduzir os custos das mudas

A fábrica de mudas adota métodos de plantio padronizados, informatizados e industrializados, de modo que cada etapa da produção de mudas seja rigorosamente controlada, e a eficiência na utilização de recursos seja significativamente aprimorada. As sementes representam o principal custo na produção de mudas. Devido à operação irregular e ao baixo controle ambiental no cultivo tradicional de mudas, ocorrem problemas como a não germinação ou o crescimento fraco das sementes, resultando em enorme desperdício no processo, desde a semente até a muda comercial. No ambiente da fábrica de mudas, por meio do pré-tratamento das sementes, semeadura precisa e controle rigoroso do ambiente de cultivo, a eficiência de utilização das sementes é significativamente aprimorada, podendo-se reduzir a dosagem em mais de 30%. Água, fertilizantes e outros recursos também representam os principais custos no cultivo tradicional de mudas, e o desperdício de recursos é grave. Nas condições da fábrica de mudas, por meio da aplicação da tecnologia de irrigação de precisão, a eficiência na utilização de água e fertilizantes pode ser aumentada em mais de 70%. Além disso, devido à estrutura compacta da própria fábrica de mudas e à uniformidade do controle ambiental, a eficiência na utilização de energia e CO2 no processo de propagação de mudas também é significativamente aprimorada.

Em comparação com a produção tradicional de mudas em campo aberto e em estufas, a principal característica do cultivo de mudas em fábricas de plantas é a possibilidade de realizá-lo de forma tridimensional e em múltiplos níveis. Nesses ambientes, o cultivo de mudas pode ser expandido do plano para o espaço vertical, o que aumenta significativamente a eficiência de produção por unidade de área e melhora consideravelmente o aproveitamento do espaço. Por exemplo, o módulo padrão para cultivo de mudas desenvolvido por uma empresa de biotecnologia, em uma área de 4,68 m², permite a produção de mais de 10.000 mudas em um único lote, o suficiente para suprir a demanda de produção de hortaliças de 3,3 mu (2.201,1 m²). Com o cultivo tridimensional de alta densidade e em múltiplos níveis, o suporte de equipamentos auxiliares automatizados e um sistema inteligente de logística e transporte pode aumentar significativamente a eficiência do trabalho, economizando mais de 50% de mão de obra.

Melhoramento genético de mudas de alta resistência para auxiliar a produção verde.

O ambiente de produção limpo da fábrica de plantas pode reduzir significativamente a ocorrência de pragas e doenças no espaço de cultivo. Ao mesmo tempo, por meio da configuração otimizada do ambiente de cultivo, as mudas produzidas apresentarão maior resistência, o que pode reduzir consideravelmente a aplicação de pesticidas durante a propagação e o plantio. Além disso, para o cultivo de mudas especiais, como mudas enxertadas e mudas de estaquia, medidas de controle ecológicas, como luz, temperatura, água e fertilizantes, podem ser utilizadas na fábrica de plantas para substituir o uso em larga escala de hormônios em operações tradicionais, garantindo a segurança alimentar, reduzindo a poluição ambiental e alcançando a produção sustentável de mudas ecológicas.

Análise de custos de produção 

As formas pelas quais as fábricas de mudas podem aumentar os benefícios econômicos incluem principalmente duas vertentes. Por um lado, otimizando o projeto estrutural, padronizando as operações e utilizando instalações e equipamentos inteligentes, é possível reduzir o consumo de sementes, eletricidade e mão de obra no processo de cultivo de mudas, além de melhorar a eficiência no uso de água, fertilizantes, calor e energia. A utilização eficiente de gás e CO2 reduz o custo do cultivo de mudas; por outro lado, através do controle preciso do ambiente e da otimização do fluxo do processo, o tempo de cultivo das mudas é reduzido, aumentando o número de lotes produzidos anualmente e a produtividade de mudas por unidade de área, o que torna a produção mais competitiva no mercado. 

Com o desenvolvimento da tecnologia de fábricas de plantas e o aprofundamento contínuo da pesquisa em biologia ambiental aplicada ao cultivo de mudas, o custo da produção de mudas em fábricas de plantas é basicamente o mesmo que o do cultivo tradicional em estufa, porém com maior qualidade e valor de mercado. Tomando como exemplo as mudas de pepino, os materiais de produção representam uma grande parcela, cerca de 37% do custo total, incluindo sementes, solução nutritiva, bandejas de mudas, substratos, etc. O consumo de energia elétrica corresponde a cerca de 24% do custo total, incluindo iluminação, ar condicionado e consumo de energia da bomba de solução nutritiva, entre outros, sendo essa a principal direção para otimização futura. Além disso, a baixa proporção de mão de obra é uma característica da produção em fábricas de plantas. Com o aumento contínuo do grau de automação, o custo da mão de obra será ainda mais reduzido. No futuro, os benefícios econômicos da produção de mudas em fábricas de plantas poderão ser ainda mais aprimorados por meio do desenvolvimento de culturas de alto valor agregado e do desenvolvimento de tecnologia de cultivo industrializada para mudas de árvores florestais valiosas.

Composição do custo das mudas de pepino /%

Situação de industrialização

Nos últimos anos, instituições de pesquisa científica, representadas pelo Instituto de Pesquisa em Agricultura Urbana da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas, e empresas de alta tecnologia têm viabilizado a produção industrial de mudas em fábricas de plantas. Essas fábricas oferecem uma linha de produção industrial eficiente, da semente à germinação. Entre elas, destaca-se uma fábrica de plantas construída em Shanxi e inaugurada em 2019, com uma área de 3.500 m², capaz de produzir 800.000 mudas de pimenta ou 550.000 mudas de tomate em um ciclo de 30 dias. Outra fábrica de mudas, com 2.300 m², tem capacidade para produzir de 8 a 10 milhões de mudas por ano. A unidade móvel de tratamento de mudas enxertadas, desenvolvida pelo Instituto de Agricultura Urbana da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas, oferece uma plataforma de tratamento e domesticação em linha de montagem para o cultivo de mudas enxertadas. Um único espaço de trabalho pode processar mais de 10.000 mudas enxertadas simultaneamente. No futuro, espera-se que a diversidade de variedades de mudas em fábricas de plantas seja ainda mais ampliada, e o nível de automação e inteligência continuará a melhorar.

Planta medicinal móvel para mudas enxertadas, desenvolvida pelo Instituto de Agricultura Urbana da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas.

Panorama

Como um novo meio de produção de mudas em escala industrial, as fábricas de mudas apresentam enormes vantagens e potencial de comercialização em comparação com os métodos tradicionais de produção de mudas, em termos de controle ambiental preciso, utilização eficiente de recursos e operações padronizadas. Ao reduzir o consumo de recursos como sementes, água, fertilizantes, energia e mão de obra na produção de mudas, e ao melhorar o rendimento e a qualidade das mudas por unidade de área, o custo da produção de mudas em fábricas de mudas será ainda mais reduzido, e os produtos se tornarão mais competitivos no mercado. Há uma enorme demanda por mudas na China. Além da produção de culturas tradicionais, como hortaliças, espera-se que mudas de alto valor agregado, como flores, plantas medicinais chinesas e árvores raras, sejam produzidas em fábricas de mudas, o que aumentará ainda mais os benefícios econômicos. Ao mesmo tempo, a plataforma industrializada de produção de mudas precisa considerar a compatibilidade e a flexibilidade de diferentes métodos de produção de mudas para atender às necessidades do mercado de mudas em diferentes épocas do ano.

A teoria biológica do ambiente de cultivo de mudas é fundamental para o controle preciso do ambiente em fábricas de plantas. Pesquisas aprofundadas sobre a regulação da forma das mudas, da fotossíntese e de outras atividades fisiológicas por fatores ambientais como luz, temperatura, umidade e CO2 ajudarão a estabelecer um modelo de interação muda-ambiente, que pode reduzir o consumo de energia na produção de mudas e melhorar a qualidade e a produtividade. A qualidade fornece uma base teórica. Com base nisso, tecnologias e equipamentos de controle, tendo a luz como elemento central e em conjunto com outros fatores ambientais, podem ser desenvolvidos para personalizar a produção de mudas com tipos de plantas específicos, alta uniformidade e alta qualidade, atendendo às exigências do cultivo de alta densidade e da operação mecanizada em fábricas de plantas. Em última análise, isso fornece uma base técnica para a construção de um sistema digital de produção de mudas e viabiliza o cultivo padronizado, automatizado e digital de mudas em fábricas de plantas.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying, etc. 

Informações de citação:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Equipamentos técnicos chave e industrialização do melhoramento de mudas em fábricas de plantas [J]. Tecnologia de Engenharia Agrícola, 2021,42(4):12-15.