Abstrato

Atualmente, a fábrica de plantas realizou com sucesso a criação de mudas de hortaliças, como pepino, tomate, pimentão, berinjela e melão, fornecendo aos agricultores mudas de alta qualidade em lotes, e o desempenho da produção após o plantio é melhor.As fábricas de plantas tornaram-se um importante meio de abastecimento de mudas para a indústria de hortaliças e desempenham um papel cada vez mais importante na promoção da reforma estrutural do lado da oferta da indústria de hortaliças, garantindo o abastecimento urbano de hortaliças e a produção de hortaliças verdes.

Projeto de sistema de criação de mudas de fábrica de plantas e equipamento técnico chave

Como o sistema de produção agrícola mais eficiente atualmente, o sistema de criação de mudas de fábrica de plantas integra meios técnicos abrangentes, incluindo iluminação artificial, fornecimento de solução nutritiva, controle ambiental tridimensional, operações auxiliares automatizadas, gerenciamento de produção inteligente, etc., e integra biotecnologia, informação tecnologia e inteligência artificial.Inteligentes e outras conquistas de alta tecnologia promovem o desenvolvimento contínuo da indústria. 

Sistema de fonte de luz artificial LED

A construção de ambientes com luz artificial é uma das principais tecnologias do sistema de melhoramento de mudas em fábricas de plantas, sendo também a principal fonte de consumo de energia para a produção de mudas.O ambiente de luz das fábricas de plantas tem forte flexibilidade e o ambiente de luz pode ser regulado a partir de várias dimensões, como qualidade de luz, intensidade de luz e fotoperíodo e, ao mesmo tempo, diferentes fatores de luz podem ser otimizados e combinados em sequência de tempo para formar um fórmula leve para cultivo de mudas, garantindo ambiente de luz adequado para cultivo artificial de mudas.Portanto, com base nas características de demanda de luz e metas de produção de diferentes crescimentos de mudas, otimizando os parâmetros da fórmula de luz e a estratégia de fornecimento de luz, uma fonte de luz LED especial com economia de energia foi desenvolvida, o que pode melhorar muito a eficiência de conversão de energia luminosa de mudas , promover o acúmulo de biomassa de mudas e melhorar a qualidade da produção de mudas, reduzindo o consumo de energia e os custos de produção.Além disso, a regulação do ambiente de luz também é um meio técnico importante no processo de domesticação de mudas e cura de mudas enxertadas.

Sistema de mudas verticais multicamadas destacáveis

A criação de mudas na fábrica de plantas é realizada usando uma prateleira tridimensional multicamadas.Através do design do sistema modular, a montagem rápida do sistema de cultivo de mudas pode ser realizada.O espaçamento entre as prateleiras pode ser ajustado de forma flexível para atender aos requisitos de espaço para a criação de diferentes variedades de mudas e melhorar muito a taxa de utilização do espaço.Além disso, o design separado do sistema de canteiro, sistema de iluminação e sistema de irrigação com água e fertilizante permite que o canteiro tenha uma função de transporte, o que é conveniente para se deslocar para diferentes oficinas, como semeadura, germinação e domesticação, e reduz o trabalho consumo de mudas no manuseio da bandeja.

Sistema de mudas verticais multicamadas destacáveis 

A irrigação com água e fertilizantes adota principalmente o tipo de maré, tipo de spray e outros métodos, por meio de controle preciso do tempo e frequência do fornecimento de solução nutritiva, para obter fornecimento uniforme e uso eficiente de água e nutrientes minerais.Combinado com a fórmula especial de solução nutritiva para mudas, pode atender às necessidades de crescimento e desenvolvimento das mudas e garantir o crescimento rápido e saudável das mudas.Além disso, através do sistema online de detecção de íons nutrientes e do sistema de esterilização de soluções nutritivas, os nutrientes podem ser reabastecidos a tempo, evitando o acúmulo de microorganismos 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 de plantas industriais.A estrutura externa de manutenção de uma planta fabril é geralmente montada com materiais opacos e altamente isolantes.Com base nisso, a regulação da luz, temperatura, umidade, velocidade do vento e CO2 quase não é afetada pelo ambiente externo.Através da construção do modelo CFD para otimizar o layout do duto de ar, combinado com o método de controle do microambiente, a distribuição uniforme de fatores ambientais como temperatura, umidade, velocidade do vento e CO2 no espaço de cultura de alta densidade pode ser alcançado.A regulação inteligente do ambiente é realizada por sensores distribuídos e controle de contato, e a regulação em tempo real de todo o ambiente de cultivo é realizada 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 frias ao ar livre, pode alcançar resfriamento com economia de energia e reduzir o consumo de energia do ar condicionado.

Equipamento de operação auxiliar automática

O processo de operação de reprodução de mudas de fábrica é rigoroso, a densidade de operação é alta, o espaço é compacto e o equipamento auxiliar automático é indispensável.O uso de equipamentos auxiliares automatizados não apenas reduz o consumo de mão de obra, mas também ajuda a melhorar a eficiência do espaço de cultivo.O equipamento de automação desenvolvido até agora inclui máquina de cobertura de solo, semeadora, máquina de enxertia, carrinho de transporte logístico AGV, etc. Sob o controle da plataforma de gerenciamento inteligente de suporte, a operação não tripulada de todo o processo de criação de mudas pode ser percebeu.Além disso, a tecnologia de visão de máquina também desempenha um papel cada vez mais importante no processo de melhoramento de mudas.Ele não apenas ajuda a monitorar o estado de crescimento das mudas, auxilia no manejo das mudas comerciais, mas também realiza a triagem automática de mudas fracas e mudas mortas.A mão do robô remove e preenche as mudas.

Vantagens da criação de mudas de fábrica de plantas

Alto nível de controle ambiental permite produção anual

Devido à particularidade do melhoramento de mudas, o controle de seu ambiente de cultivo é muito importante.Nas condições da fábrica de plantas, fatores ambientais como luz, temperatura, água, ar, fertilizantes e CO2 são altamente controlados, o que pode fornecer o melhor ambiente de crescimento para a criação de mudas, independentemente das estações e regiões.Além disso, no processo de reprodução de mudas enxertadas e mudas de corte, o processo de cicatrização de feridas de enxertia e diferenciação de raízes requer maior controle ambiental, e as fábricas de plantas também são excelentes transportadoras.A flexibilidade das condições ambientais da fábrica em si é forte, por isso é de grande importância para a produção de mudas de hortaliças em épocas de não reprodução ou em ambientes extremos, e pode fornecer suporte de mudas para garantir o suprimento perene de hortaliças.Além disso, o cultivo de mudas de fábricas de plantas não é limitado pelo espaço, podendo ser realizado in loco nos subúrbios das cidades e espaços públicos comunitários.As especificações são flexíveis e mutáveis, permitindo a produção em massa e o fornecimento próximo de mudas de alta qualidade, dando importante suporte para o desenvolvimento da horticultura urbana. 

Encurtar o ciclo de reprodução e melhorar a qualidade das mudas

Em condições de fábrica de plantas, graças ao controle preciso de vários fatores ambientais de crescimento, o ciclo de reprodução de mudas é reduzido em 30% a 50% em comparação com os métodos tradicionais.O encurtamento do ciclo de melhoramento pode aumentar o lote de produção de mudas, aumentar a renda do produtor e reduzir os riscos operacionais causados ​​pelas oscilações do mercado.Para os produtores, é propício ao transplante e plantio precoces, lançamento antecipado no mercado e maior competitividade no mercado.Por outro lado, as mudas produzidas na fábrica da planta são bem cuidadas e robustas, os indicadores morfológicos e de qualidade são significativamente melhorados e o desempenho da produção após a colonização é melhor.Estudos mostraram que mudas de tomate, pimenta e pepino cultivadas em condições de fábrica de plantas não apenas melhoram a área foliar, altura da planta, diâmetro do caule, vigor da raiz e outros indicadores, mas também melhoram a adaptabilidade, resistência a doenças, diferenciação de botões florais após a colonização.E a produção e outros aspectos têm vantagens óbvias.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 cultivadas em fábricas de plantas.Com o aprofundamento contínuo da pesquisa teórica sobre a biologia do ambiente de desenvolvimento de mudas, as fábricas de plantas serão mais precisas e controláveis ​​na formação da morfologia das mudas e na melhoria da atividade fisiológica.

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

Uso eficiente de recursos para reduzir custos com mudas

A fábrica de mudas adota métodos de plantio padronizados, informatizados e industrializados, para que cada elo da produção de mudas seja rigorosamente controlado e a eficiência de utilização dos recursos seja significativamente melhorada.As sementes são o principal custo de consumo no melhoramento de mudas.Devido à operação irregular e ao baixo controle ambiental das mudas tradicionais, surgem problemas como a não germinação ou o fraco crescimento das sementes, resultando em um grande desperdício no processo desde as sementes até as mudas comerciais.No ambiente da fábrica, através do pré-tratamento de sementes, semeadura fina e controle preciso do ambiente de cultivo, a eficiência de utilização das sementes é muito melhorada e a dosagem pode ser reduzida em mais de 30%.Água, fertilizantes e outros recursos também são o principal custo de consumo do cultivo tradicional de mudas, e o fenômeno do desperdício de recursos é grave.Nas condições das fábricas de plantas, através da aplicação de tecnologia de irrigação de precisão, a eficiência da utilização de água e fertilizantes pode ser aumentada em mais de 70%.Além disso, devido à compacidade da estrutura da própria planta fabril e à uniformidade do controle ambiental, a eficiência de utilização de energia e CO2 no processo de propagação de mudas também é significativamente melhorada.

Em comparação com o cultivo tradicional de mudas em campo aberto e o cultivo de mudas em estufa, a maior característica do cultivo de mudas em fábricas de plantas é que ele pode ser realizado de maneira tridimensional em várias camadas.Na fábrica de plantas, a reprodução de mudas pode ser estendida do plano para o espaço vertical, o que melhora muito a eficiência de reprodução de mudas por unidade de terra e melhora significativamente a eficiência de utilização do espaço.Por exemplo, o módulo padrão para melhoramento de mudas desenvolvido por uma empresa biológica, sob a condição de cobrir uma área de 4,68 ㎡, pode produzir mais de 10.000 mudas em um único lote, que pode ser usado para produção de vegetais de 3,3 Mu (2201,1 ㎡). precisa.Sob a condição de reprodução tridimensional multicamadas de alta densidade, o suporte a equipamentos auxiliares automáticos e sistema de transporte logístico inteligente pode melhorar muito a eficiência da utilização do trabalho e economizar trabalho em mais de 50%.

Melhoramento de mudas de alta resistência para ajudar na produção verde

O ambiente de produção limpo da fábrica de plantas pode reduzir muito a ocorrência de pragas e doenças no espaço de reprodução.Ao mesmo tempo, através da configuração otimizada do ambiente de cultivo, as mudas produzidas terão maior resistência, o que pode reduzir bastante a pulverização de agrotóxicos durante a propagação e plantio das mudas.Além disso, para a criação de mudas especiais, como mudas enxertadas e mudas de corte, medidas de controle verde como luz, temperatura, água e fertilizantes na fábrica de plantas podem ser usadas para substituir o uso em larga escala de hormônios em operações tradicionais para garantir segurança alimentar, reduzir a poluição ambiental e obter mudas verdes Produção sustentável.

Análise de custos de produção 

As maneiras pelas quais as fábricas de plantas aumentam os benefícios econômicos das mudas incluem principalmente duas partes.Por um lado, ao otimizar o projeto estrutural, a operação padronizada e o uso de instalações e equipamentos inteligentes, pode-se reduzir o consumo de sementes, eletricidade e mão-de-obra no processo de criação de mudas e melhorar o consumo de água, fertilizantes, calor e energia .A eficiência de utilização de gás e CO2 reduz o custo de reprodução de mudas;por outro lado, com o controle preciso do ambiente e a otimização do fluxo do processo, reduz-se o tempo de reprodução das mudas, aumenta-se o lote anual de reprodução e o rendimento de mudas por unidade de espaço, tornando-o mais competitivo no mercado. 

Com o desenvolvimento da tecnologia da fábrica de plantas e o aprofundamento contínuo da pesquisa em biologia ambiental no cultivo de mudas, o custo da criação de mudas nas fábricas de plantas é basicamente o mesmo do cultivo tradicional em estufa, e a qualidade e o valor de mercado das mudas são maiores.Tomando como exemplo as mudas de pepino, os materiais de produção representam grande parte, representando cerca de 37% do custo total, incluindo sementes, solução nutritiva, bandejas de tampões, substratos, etc. O consumo de energia elétrica representa cerca de 24% do total custo, incluindo iluminação da planta, ar condicionado e consumo de energia da bomba de solução nutritiva, etc., que é a principal direção da otimização futura.Além disso, a baixa proporção de mão de obra é uma característica da produção fabril da planta.Com o aumento contínuo do grau de automação, o custo do consumo de mão-de-obra será ainda mais reduzido.No futuro, os benefícios econômicos da criação de mudas em fábricas de plantas podem ser melhorados por meio do desenvolvimento de culturas de alto valor agregado e do desenvolvimento de tecnologia de cultivo industrializado para mudas de árvores florestais preciosas.

Composição do custo de mudas de pepino /%

Estado 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 realizaram a indústria de criação de mudas em fábricas de plantas.Ele pode fornecer mudas com uma linha de produção industrial eficiente desde a semente até a emergência.Entre eles, uma fábrica de plantas em Shanxi construída e colocada em operação em 2019 cobre uma área de 3.500 ㎡ e pode produzir 800.000 mudas de pimenta ou 550.000 mudas de tomate em um ciclo de 30 dias.Outra fábrica de plantas de reprodução de mudas construída cobre uma área de 2300 ㎡ e pode produzir de 8 a 10 milhões de mudas por ano.A planta de cura móvel para mudas enxertadas, desenvolvida independentemente pelo Instituto de Agricultura Urbana, Academia Chinesa de Ciências Agrícolas, pode fornecer uma plataforma de cura e domesticação em linha de montagem para o cultivo de mudas enxertadas.Um único espaço de trabalho pode lidar com mais de 10.000 mudas enxertadas por vez.No futuro, espera-se que a diversidade de variedades de cultivo de mudas nas fábricas de plantas seja ainda mais expandida e o nível de automação e inteligência continue a melhorar.

A planta medicinal móvel para mudas enxertadas desenvolvida pelo Instituto de Agricultura Urbana, Academia Chinesa de Ciências Agrícolas

Panorama

Como uma nova operadora de cultivo de mudas de fábrica, as fábricas de plantas têm enormes vantagens e potencial de comercialização em comparação com os métodos tradicionais de cultivo 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 no melhoramento de mudas, e melhorar o rendimento e a qualidade das mudas por unidade de área, o custo de melhoramento de mudas nas fábricas de plantas será reduzido ainda mais, e os produtos serão ser mais competitivo no mercado.Há uma grande demanda por mudas na China.Além da produção de culturas tradicionais, como hortaliças, espera-se que mudas de alto valor agregado, como flores, ervas medicinais chinesas e árvores raras, sejam cultivadas em fábricas de plantas, e os benefícios econômicos serão ainda mais aprimorados.Ao mesmo tempo, a plataforma de melhoramento de mudas industrializadas precisa considerar a compatibilidade e flexibilidade de diferentes melhoramento de mudas para atender às necessidades do mercado de melhoramento de mudas em diferentes épocas.

A teoria biológica do ambiente de criação de mudas é o núcleo do controle preciso do ambiente da fábrica de plantas.Pesquisas aprofundadas sobre a regulação da forma e fotossíntese das mudas e 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 da produção de mudas e melhorar a qualidade e a produção de mudas.A qualidade fornece uma base teórica.Com base nisso, controle a tecnologia e os equipamentos com a luz como núcleo e juntamente com outros fatores ambientais, e personalize a produção de mudas com tipos de plantas especiais, alta uniformidade e alta qualidade para atender aos requisitos de cultivo de alta densidade e operação mecanizada na planta fábricas podem ser desenvolvidas.Por fim, fornece uma base técnica para a construção de um sistema de produção de mudas digital e realiza a criação de mudas padronizadas, não tripuladas e digitais em fábricas de plantas.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying, etc. 

Informações de citação:

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