Kopsavilkums

Pašlaik augu fabrika ir veiksmīgi realizējusi dārzeņu stādu, piemēram, gurķu, tomātu, papriku, baklažānu un meloņu, selekciju, nodrošinot lauksaimniekiem augstas kvalitātes stādus partijās, un ražošanas rādītāji pēc iestādīšanas ir labāki. Augu fabrikas ir kļuvušas par svarīgu dārzeņu nozares stādu piegādes līdzekli un spēlē arvien svarīgāku lomu dārzeņu nozares piedāvājuma puses strukturālo reformu veicināšanā, nodrošinot pilsētu dārzeņu piegādi un zaļo dārzeņu ražošanu.

Augu fabrikas stādu audzēšanas sistēmas projektēšana un galvenais tehniskais aprīkojums

Kā pašlaik visefektīvākā lauksaimniecības ražošanas sistēma, augu rūpnīcas stādu audzēšanas sistēma integrē visaptverošus tehniskos līdzekļus, tostarp mākslīgo apgaismojumu, barības vielu šķīdumu piegādi, trīsdimensiju vides kontroli, automatizētas palīgdarbības, inteliģentu ražošanas vadību utt., un integrē biotehnoloģiju, informācijas tehnoloģijas un mākslīgo intelektu. Inteliģenti un citi augsto tehnoloģiju sasniegumi veicina nozares nepārtrauktu attīstību. 

LED mākslīgā gaismas avota sistēma

Mākslīgā apgaismojuma vides izveide ir viena no stādu audzēšanas sistēmas pamattehnoloģijām augu fabrikās, un tā ir arī galvenais enerģijas patēriņa avots stādu audzēšanā. Augu fabriku apgaismojuma videi ir liela elastība, un gaismas vidi var regulēt no vairākiem aspektiem, piemēram, gaismas kvalitātes, gaismas intensitātes un fotoperioda, un vienlaikus dažādus gaismas faktorus var optimizēt un kombinēt laika secībā, lai izveidotu gaismas formulu stādu audzēšanai, nodrošinot piemērotu gaismas vidi mākslīgai stādu audzēšanai. Tāpēc, pamatojoties uz gaismas pieprasījuma īpašībām un dažādu stādu augšanas ražošanas mērķiem, optimizējot gaismas formulas parametrus un gaismas piegādes stratēģiju, ir izstrādāts īpašs enerģiju taupošs LED gaismas avots, kas var ievērojami uzlabot stādu gaismas enerģijas konversijas efektivitāti, veicināt stādu biomasas uzkrāšanos un uzlabot stādu ražošanas kvalitāti, vienlaikus samazinot enerģijas patēriņu un ražošanas izmaksas. Turklāt gaismas vides regulēšana ir arī svarīgs tehnisks līdzeklis stādu pieradināšanas un potētu stādu dziedināšanas procesā.

Noņemama daudzslāņu vertikālā stādu sistēma

Stādu audzēšana augu fabrikā tiek veikta, izmantojot daudzslāņu trīsdimensiju plauktu. Pateicoties modulārajai sistēmas konstrukcijai, var panākt ātru stādu audzēšanas sistēmas montāžu. Attālumu starp plauktiem var elastīgi pielāgot, lai apmierinātu vietas prasības dažādu stādu šķirņu audzēšanai un ievērojami uzlabotu telpas izmantošanas līmeni. Turklāt sēklas gultnes sistēmas, apgaismojuma sistēmas un ūdens un mēslojuma apūdeņošanas sistēmas atsevišķa konstrukcija ļauj sēklas gultnei veikt gan transporta funkciju, kas ir ērti pārvietošanai uz dažādām darbnīcām, piemēram, sēšanai, diedzēšanai un pieradināšanai, gan samazina stādu paplātes apstrādes darbaspēka patēriņu.

Noņemama daudzslāņu vertikālā stādu sistēma 

Ūdens un mēslošanas apūdeņošanā galvenokārt tiek izmantota plūdmaiņu, izsmidzināšanas un cita metode, precīzi kontrolējot barības vielu šķīduma piegādes laiku un biežumu, lai panāktu vienmērīgu ūdens un minerālvielu piegādi un efektīvu izmantošanu. Apvienojumā ar īpašo barības vielu šķīduma formulu stādiem tas var apmierināt stādu augšanas un attīstības vajadzības un nodrošināt stādu ātru un veselīgu augšanu. Turklāt, izmantojot tiešsaistes barības vielu jonu noteikšanas sistēmu un barības vielu šķīduma sterilizācijas sistēmu, barības vielas var savlaicīgi papildināt, vienlaikus izvairoties no mikroorganismu un sekundāro metabolītu uzkrāšanās, kas ietekmē normālu stādu augšanu. 

Vides kontroles sistēma

Precīza un efektīva vides kontrole ir viena no augu fabrikas stādu pavairošanas sistēmas galvenajām iezīmēm. Augu fabrikas ārējā apkopes konstrukcija parasti tiek montēta no necaurspīdīgiem un ļoti izolējošiem materiāliem. Pamatojoties uz to, gaismas, temperatūras, mitruma, vēja ātruma un CO2 regulēšana praktiski nav atkarīga no ārējās vides. Izmantojot CFD modeļa konstrukciju, lai optimizētu gaisa vada izkārtojumu, apvienojumā ar mikrovides kontroles metodi, var panākt vienmērīgu vides faktoru, piemēram, temperatūras, mitruma, vēja ātruma un CO2, sadalījumu augsta blīvuma kultūras telpā. Inteliģenta vides regulēšana tiek realizēta ar izkliedētiem sensoriem un kontaktu vadību, un visas kultivēšanas vides regulēšana reāllaikā tiek veikta, izmantojot savienojumu starp uzraudzības bloku un vadības sistēmu. Turklāt, izmantojot ar ūdeni dzesējamus gaismas avotus un ūdens cirkulāciju, apvienojumā ar āra aukstuma avotu ieviešanu var panākt enerģiju taupošu dzesēšanu un samazināt gaisa kondicionēšanas enerģijas patēriņu.

Automātiskās palīgdarbības iekārtas

Augu fabrikas stādu audzēšanas darbības process ir stingrs, darbības blīvums ir augsts, telpa ir kompakta, un automātiskās palīgiekārtas ir neaizstājamas. Automatizēto palīgiekārtu izmantošana ne tikai veicina darbaspēka patēriņa samazināšanu, bet arī palīdz uzlabot audzēšanas telpas efektivitāti. Līdz šim izstrādātās automatizācijas iekārtas ietver augsnes apstrādes mašīnu, sējmašīnu, potēšanas mašīnu, AGV loģistikas transportēšanas ratiņus utt. Atbalstot intelektuālo vadības platformu, pamatā var realizēt visa stādu audzēšanas procesa bezpilota darbību. Turklāt mašīnredzes tehnoloģijai ir arvien lielāka nozīme stādu audzēšanas procesā. Tā ne tikai palīdz uzraudzīt stādu augšanas statusu, palīdz komerciālo stādu pārvaldībā, bet arī veic vāju un mirušu stādu automātisku pārbaudi. Robota roka izņem un piepilda stādus.

Augu fabrikas stādu audzēšanas priekšrocības

Augsts vides kontroles līmenis nodrošina ikgadēju ražošanu

Stādu audzēšanas īpatnību dēļ ļoti svarīga ir to audzēšanas vides kontrole. Stādu fabrikas apstākļos tādi vides faktori kā gaisma, temperatūra, ūdens, gaiss, mēslojums un CO2 tiek stingri kontrolēti, kas var nodrošināt vislabāko augšanas vidi stādu audzēšanai neatkarīgi no gadalaika un reģiona. Turklāt potētu stādu un spraudeņu stādu audzēšanas procesā potēšanas brūču dzīšanas un sakņu diferenciācijas process prasa augstāku vides kontroli, un arī augu fabrikas ir lieliski nesēji. Pašas augu fabrikas vides apstākļu elastība ir spēcīga, tāpēc tai ir liela nozīme dārzeņu stādu ražošanā nevairošanās sezonās vai ekstremālos apstākļos, un tā var nodrošināt stādu atbalstu, lai nodrošinātu dārzeņu daudzgadīgu piegādi. Turklāt augu fabriku stādu audzēšana nav ierobežota ar telpu, un to var veikt uz vietas pilsētu priekšpilsētās un kopienas publiskās vietās. Specifikācijas ir elastīgas un maināmas, nodrošinot masveida ražošanu un augstas kvalitātes stādu ciešu piegādi, sniedzot svarīgu atbalstu pilsētu dārzkopības attīstībai. 

Saīsināt audzēšanas ciklu un uzlabot stādu kvalitāti

Augu fabrikas apstākļos, pateicoties precīzai dažādu augšanas vides faktoru kontrolei, stādu audzēšanas cikls saīsinās par 30% līdz 50% salīdzinājumā ar tradicionālajām metodēm. Selekcijas cikla saīsināšana var palielināt stādu ražošanas partiju, palielināt ražotāja ienākumus un samazināt tirgus svārstību radītos darbības riskus. Audzētājiem tas veicina agrīnu pārstādīšanu un stādīšanu, agrīnu laišanu tirgū un uzlabo tirgus konkurētspēju. No otras puses, augu fabrikā audzētie stādi ir kārtīgi un spēcīgi, ievērojami uzlabojas morfoloģiskie un kvalitātes rādītāji, un ražošanas rezultāti pēc kolonizācijas ir labāki. Pētījumi liecina, ka augu fabrikas apstākļos audzēti tomātu, papriku un gurķu stādi ne tikai uzlabo lapu laukumu, auga augstumu, stumbra diametru, sakņu spēku un citus rādītājus, bet arī uzlabo pielāgošanās spējas, izturību pret slimībām, ziedpumpuru diferenciāciju pēc kolonizācijas. Un ražošanas un citiem aspektiem ir acīmredzamas priekšrocības. Pēc augu fabrikās audzētu gurķu stādu iestādīšanas sievišķo ziedu skaits uz auga palielinājās par 33,8%, bet augļu skaits uz auga - par 37,3%. Pastāvīgi padziļinot teorētiskos pētījumus par stādu attīstības vides bioloģiju, augu fabrikas būs precīzākas un kontrolējamākas stādu morfoloģijas veidošanā un fizioloģiskās aktivitātes uzlabošanā.

 Potētu stādu stāvokļa salīdzinājums siltumnīcās un augu fabrikās

Efektīva resursu izmantošana, lai samazinātu stādu izmaksas

Augu fabrika ievieš standartizētas, informatizētas un industrializētas stādīšanas metodes, lai stingri kontrolētu katru stādu audzēšanas posmu un ievērojami uzlabotu resursu izmantošanas efektivitāti. Sēklas ir galvenais izmaksu avots stādu audzēšanā. Tradicionālo stādu neregulārās darbības un sliktās vides kontroles dēļ rodas tādas problēmas kā sēklu nedīgšana vai vāja augšana, kā rezultātā procesā no sēklām līdz komerciāliem stādiem rodas lieli atkritumi. Augu fabrikas vidē, veicot sēklu pirmapstrādi, smalku izsēju un precīzu audzēšanas vides kontroli, sēklu izmantošanas efektivitāte tiek ievērojami uzlabota, un devu var samazināt par vairāk nekā 30%. Ūdens, mēslojums un citi resursi arī ir galvenais izmaksu avots tradicionālajā stādu audzēšanā, un resursu izšķērdēšanas parādība ir nopietna. Augu fabrikas apstākļos, izmantojot precīzas apūdeņošanas tehnoloģiju, ūdens un mēslojuma izmantošanas efektivitāti var palielināt par vairāk nekā 70%. Turklāt, pateicoties pašas augu fabrikas struktūras kompaktumam un vides kontroles vienmērīgumam, ievērojami uzlabojas arī enerģijas un CO2 izmantošanas efektivitāte stādu pavairošanas procesā.

Salīdzinot ar tradicionālo stādu audzēšanu atklātā laukā un siltumnīcās, stādu audzēšanas lielākā iezīme augu fabrikās ir tā, ka to var veikt daudzslāņu trīsdimensiju veidā. Augu fabrikā stādu audzēšanu var paplašināt no plaknes uz vertikālo telpu, kas ievērojami uzlabo stādu audzēšanas efektivitāti uz zemes vienību un ievērojami uzlabo telpas izmantošanas efektivitāti. Piemēram, bioloģiskā uzņēmuma izstrādātais standarta stādu audzēšanas modulis, aptverot 4,68 ㎡ platību, vienā partijā var izaudzēt vairāk nekā 10 000 stādu, ko var izmantot 3,3 Mu (2201,1 ㎡) dārzeņu ražošanas vajadzībām. Augsta blīvuma daudzslāņu trīsdimensiju selekcijas apstākļos automātiskās palīgiekārtas un inteliģentas loģistikas transporta sistēmas atbalsts var ievērojami uzlabot darbaspēka izmantošanas efektivitāti un ietaupīt darbaspēku par vairāk nekā 50%.

Augstas izturības stādu selekcija, lai veicinātu zaļo ražošanu

Tīra ražošanas vide augu fabrikā var ievērojami samazināt kaitēkļu un slimību rašanos audzēšanas telpā. Vienlaikus, pateicoties optimizētai kultūras vides konfigurācijai, iegūtajiem stādiem būs augstāka izturība, kas var ievērojami samazināt pesticīdu izsmidzināšanu stādu pavairošanas un stādīšanas laikā. Turklāt īpašu stādu, piemēram, potētu stādu un spraudeņu stādu, audzēšanai augu fabrikā var izmantot tādus zaļās kontroles pasākumus kā gaisma, temperatūra, ūdens un mēslojums, lai aizstātu hormonu plašo izmantošanu tradicionālajās darbībās, lai nodrošinātu pārtikas nekaitīgumu, samazinātu vides piesārņojumu un panāktu zaļo stādu ilgtspējīgu ražošanu.

Ražošanas izmaksu analīze 

Augu fabriku veidi, kā palielināt stādu ekonomiskos ieguvumus, galvenokārt ietver divas daļas. No vienas puses, optimizējot konstrukcijas dizainu, standartizējot darbību un izmantojot viedas iekārtas un aprīkojumu, var samazināt sēklu, elektroenerģijas un darbaspēka patēriņu stādu audzēšanas procesā, kā arī uzlabot ūdens, mēslojuma, siltuma un enerģijas patēriņu. Gāzes un CO2 izmantošanas efektivitāte samazina stādu audzēšanas izmaksas; no otras puses, precīzi kontrolējot vidi un optimizējot procesa plūsmu, tiek saīsināts stādu audzēšanas laiks un palielināta gada audzēšanas partija un stādu raža uz platības vienību, kas ir konkurētspējīgāk tirgū. 

Attīstoties augu fabriku tehnoloģijai un nepārtraukti padziļinot vides bioloģijas pētījumus par stādu audzēšanu, stādu audzēšanas izmaksas augu fabrikās būtībā ir tādas pašas kā tradicionālajā siltumnīcu audzēšanā, un stādu kvalitāte un tirgus vērtība ir augstāka. Piemēram, gurķu stādiem ražošanas materiāli veido lielu daļu, aptuveni 37% no kopējām izmaksām, ieskaitot sēklas, barības vielu šķīdumu, stādu paplātes, substrātus utt. Elektroenerģijas patēriņš veido aptuveni 24% no kopējām izmaksām, ieskaitot augu apgaismojumu, gaisa kondicionēšanu un barības vielu šķīduma sūkņa enerģijas patēriņu utt., kas ir galvenais turpmākās optimizācijas virziens. Turklāt zemais darbaspēka īpatsvars ir augu fabriku ražošanas iezīme. Pastāvīgi palielinot automatizācijas pakāpi, darbaspēka patēriņa izmaksas vēl vairāk samazināsies. Nākotnē stādu audzēšanas ekonomiskos ieguvumus augu fabrikās var vēl vairāk uzlabot, attīstot augstas pievienotās vērtības kultūras un attīstot industrializētas audzēšanas tehnoloģijas vērtīgu meža koku stādiem.

Gurķu stādu izmaksu sastāvs /%

Industrializācijas statuss

Pēdējos gados zinātniskās pētniecības iestādes, ko pārstāv Ķīnas Lauksaimniecības zinātņu akadēmijas Pilsētvides lauksaimniecības pētniecības institūts, un augsto tehnoloģiju uzņēmumi ir īstenojuši stādu audzēšanas nozari augu rūpnīcās. Tas var nodrošināt stādus ar efektīvu rūpniecisko ražošanas līniju no sēklas līdz dīgšanai. Starp tām ir augu rūpnīca Šaņsji, kas tika uzcelta un nodota ekspluatācijā 2019. gadā, aptver 3500 m² lielu platību un 30 dienu ciklā var izaudzēt 800 000 papriku stādu vai 550 000 tomātu stādu. Vēl viena uzbūvēta stādu audzēšanas rūpnīca aptver 2300 m² lielu platību un var saražot 8–10 miljonus stādu gadā. Mobilā potētu stādu dziedināšanas rūpnīca, ko neatkarīgi izstrādājis Ķīnas Lauksaimniecības zinātņu akadēmijas Pilsētvides lauksaimniecības institūts, var nodrošināt montāžas līnijas dziedināšanas un pieradināšanas platformu potētu stādu audzēšanai. Viena darba telpa vienlaikus var apstrādāt vairāk nekā 10 000 potētu stādu. Nākotnē paredzams, ka stādu audzēšanas šķirņu daudzveidība augu fabrikās vēl vairāk paplašināsies, un automatizācijas un intelekta līmenis turpinās uzlaboties.

Ķīnas Lauksaimniecības zinātņu akadēmijas Pilsētvides lauksaimniecības institūta izstrādātā mobilā dziedināšanas iekārta potētiem stādiem

Perspektīva

Kā jaunam rūpnieciskās stādu audzēšanas nesējam, augu fabrikām ir milzīgas priekšrocības un komercializācijas potenciāls salīdzinājumā ar tradicionālajām stādu audzēšanas metodēm precīzas vides kontroles, resursu efektīvas izmantošanas un standartizētu darbību ziņā. Samazinot resursu, piemēram, sēklu, ūdens, mēslojuma, enerģijas un darbaspēka, patēriņu stādu audzēšanā un uzlabojot stādu ražu un kvalitāti uz platības vienību, stādu audzēšanas izmaksas augu fabrikās tiks vēl vairāk samazinātas, un produkti tirgū būs konkurētspējīgāki. Ķīnā ir milzīgs pieprasījums pēc stādiem. Papildus tradicionālo kultūraugu, piemēram, dārzeņu, ražošanai augu fabrikās ir paredzēts audzēt arī augstas pievienotās vērtības stādus, piemēram, ziedus, ķīniešu augu izcelsmes zāles un retus kokus, un tiks vēl vairāk uzlabots ekonomiskais ieguvums. Vienlaikus industrializētajai stādu audzēšanas platformai ir jāņem vērā dažādu stādu audzēšanas veidu saderība un elastība, lai apmierinātu stādu audzēšanas tirgus vajadzības dažādos gadalaikos.

Stādu audzēšanas vides bioloģiskā teorija ir precīzas augu fabrikas vides kontroles pamatā. Padziļināti pētījumi par stādu formas un fotosintēzes, kā arī citu fizioloģisko aktivitāšu regulēšanu, izmantojot tādus vides faktorus kā gaisma, temperatūra, mitrums un CO2, palīdzēs izveidot stādu un vides mijiedarbības modeli, kas var samazināt stādu ražošanas enerģijas patēriņu un uzlabot stādu kvalitāti un ražošanu. Kvalitāte nodrošina teorētisko pamatu. Uz šī pamata var izstrādāt vadības tehnoloģijas un iekārtas, kuru pamatā ir gaisma un kas apvienotas ar citiem vides faktoriem, un pielāgot stādu ražošanu ar īpašiem augu veidiem, augstu viendabīgumu un augstu kvalitāti, lai apmierinātu augsta blīvuma audzēšanas un mehanizētas darbības prasības augu fabrikās. Galu galā tā nodrošina tehnisko pamatu digitālas stādu ražošanas sistēmas izveidei un realizē standartizētu, bezpilota un digitālu stādu audzēšanu augu fabrikās.

Autors: Xu Yaliang, Liu Xinying utt. 

Citēšanas informācija:

Sju Jalians, Liu Siņjins, Jangs Cjičans. Galvenais tehniskais aprīkojums un stādu audzēšanas industrializācija augu rūpnīcās [J]. Lauksaimniecības inženiertehnoloģija, 2021, 42(4):12–15.