Abstraktne

Praegu on taimetehas edukalt aretanud köögiviljataimede, näiteks kurkide, tomatite, paprikate, baklažaanide ja melonite seemikuid, pakkudes põllumeestele partiidena kvaliteetseid seemikuid ning paremat istutusjärgset tootmistulemust. Taimetehastest on saanud köögiviljatööstuse oluline seemikute tarnimise vahend ning neil on üha olulisem roll köögiviljatööstuse pakkumispoolse struktuurireformi edendamisel, tagades linna köögiviljadega varustamise ja roheliste köögiviljade tootmise.

Taimevabriku seemikute aretussüsteemi projekteerimine ja peamised tehnilised seadmed

Praegu kõige tõhusama põllumajandusliku tootmissüsteemina integreerib taimevabriku seemikute aretussüsteem terviklikke tehnilisi vahendeid, sealhulgas kunstlikku valgustust, toitainelahustega varustamist, kolmemõõtmelist keskkonnakontrolli, automatiseeritud abitoiminguid, intelligentset tootmise juhtimist jne ning integreerib biotehnoloogia, infotehnoloogia ja tehisintellekti. Intelligentsed ja muud kõrgtehnoloogilised saavutused soodustavad tööstuse pidevat arengut. 

LED-kunstvalgusallika süsteem

Kunstliku valguskeskkonna loomine on üks taimevabrikute seemikute paljundussüsteemi põhitehnoloogiaid ning see on ka seemikute tootmise peamine energiatarbimise allikas. Taimevabrikute valguskeskkond on väga paindlik ja valguskeskkonda saab reguleerida mitmest aspektist, näiteks valguse kvaliteet, valguse intensiivsus ja fotoperiood, ning samal ajal saab erinevaid valgustegureid optimeerida ja ajaliselt kombineerida, et moodustada seemikute kasvatamiseks valgusvalem, tagades seemikute kunstlikuks kasvatamiseks sobiva valguskeskkonna. Seetõttu on erinevate seemikute kasvu valgusnõudluse omaduste ja tootmiseesmärkide põhjal välja töötatud spetsiaalne energiasäästlik LED-valgusallikas, optimeerides valgusvalemi parameetreid ja valgusvarustusstrateegiat, mis aitab oluliselt parandada seemikute valgusenergia muundamise efektiivsust, soodustada seemikute biomassi kogunemist ja parandada seemikute tootmise kvaliteeti, vähendades samal ajal energiatarbimist ja tootmiskulusid. Lisaks on valguskeskkonna reguleerimine oluline tehniline vahend seemikute kodustamise ja poogitud seemikute tervendamise protsessis.

Eemaldatav mitmekihiline vertikaalne seemikute süsteem

Seemikute aretamine tehases toimub mitmekihilise kolmemõõtmelise riiuli abil. Tänu moodulsüsteemi disainile on võimalik seemikute kasvatussüsteemi kiiresti kokku panna. Riiulite vahekaugust saab paindlikult reguleerida, et see vastaks erinevate seemikute sortide aretamiseks vajalikele ruuminõuetele ja parandaks oluliselt ruumikasutust. Lisaks võimaldab külvipinnasüsteemi, valgustussüsteemi ning vee- ja väetise niisutussüsteemi eraldi disain külvipinnal täita nii transpordifunktsiooni, mis on mugav transportimiseks erinevatesse töökodadesse, näiteks külvi-, idandus- ja kodustamistöödeks, kui ka vähendab seemikute kandikute käsitsemise tööjõukulu.

Eemaldatav mitmekihiline vertikaalne seemikute süsteem 

Vee ja väetise niisutamisel kasutatakse peamiselt loodete tüüpi, pihustamise tüüpi ja muid meetodeid, kontrollides täpselt toitainelahuse tarnimise aega ja sagedust, et saavutada vee ja mineraaltoitainete ühtlane tarnimine ja tõhus kasutamine. Koos spetsiaalse toitainelahuse valemiga seemikute jaoks suudab see rahuldada seemikute kasvu- ja arenguvajadusi ning tagada seemikute kiire ja tervisliku kasvu. Lisaks saab toitaineioonide tuvastamise süsteemi ja toitainelahuse steriliseerimissüsteemi abil toitaineid õigeaegselt täiendada, vältides samal ajal mikroorganismide ja sekundaarsete metaboliitide kogunemist, mis mõjutavad seemikute normaalset kasvu. 

Keskkonnajuhtimissüsteem

Täpne ja tõhus keskkonnakontroll on üks taimetehase seemikute paljundussüsteemi peamisi omadusi. Taimetehase väline hooldusstruktuur on üldiselt kokku pandud läbipaistmatutest ja väga isoleerivatest materjalidest. Selle põhjal on valguse, temperatuuri, niiskuse, tuule kiiruse ja CO2 reguleerimine väliskeskkonnast peaaegu mõjutamata. CFD-mudeli konstrueerimise abil, mis optimeerib õhukanali paigutust, koos mikrokeskkonna juhtimise meetodiga on võimalik saavutada keskkonnategurite, nagu temperatuur, niiskus, tuule kiirus ja CO2, ühtlane jaotumine suure tihedusega kultuuriruumis. Intelligentne keskkonna reguleerimine toimub hajutatud andurite ja kontaktjuhtimise abil ning kogu kasvukeskkonna reaalajas reguleerimine toimub jälgimisseadme ja juhtimissüsteemi vahelise ühenduse kaudu. Lisaks saab vesijahutusega valgusallikate ja veeringluse abil koos väliste külmaallikate kasutuselevõtuga saavutada energiasäästliku jahutuse ja vähendada kliimaseadmete energiatarbimist.

Automaatsed abiseadmed

Taimevabriku seemikute aretusprotsess on range, töötihedus on suur, ruum on kompaktne ja automaatsed abiseadmed on hädavajalikud. Automatiseeritud abiseadmete kasutamine mitte ainult ei vähenda tööjõukulu, vaid aitab ka parandada kasvatusruumi efektiivsust. Seni välja töötatud automatiseerimisseadmed hõlmavad mulla katmise masinat, külvikut, pookimismasinat, AGV logistika konveierkäru jne. Toetava intelligentse haldusplatvormi juhtimisel saab kogu seemikute aretusprotsessi mehitamata juhtida. Lisaks mängib masinnägemistehnoloogia seemikute aretusprotsessis üha olulisemat rolli. See mitte ainult ei aita jälgida seemikute kasvuseisundit ja abistab kommertsseemikute majandamisel, vaid teostab ka nõrkade ja surnud seemikute automaatset sõelumist. Robotkäsi eemaldab ja täidab seemikud.

Taimevabriku seemikute aretamise eelised

Kõrgetasemeline keskkonnakontroll võimaldab iga-aastast tootmist

Seemikute aretamise eripära tõttu on selle kasvukeskkonna kontroll väga oluline. Taimekasvanduse tingimustes on keskkonnategurid nagu valgus, temperatuur, vesi, õhk, väetis ja CO2 rangelt kontrollitud, mis tagab parima kasvukeskkonna seemikute aretamiseks, olenemata aastaajast ja piirkonnast. Lisaks nõuab poogitud seemikute ja lõikeseemikute aretusprotsessis pookimishaavade paranemise ja juurte diferentseerumise protsess suuremat keskkonnakontrolli ning taimekasvandus on samuti suurepärased kandjad. Taimekasvanduse enda keskkonnatingimuste paindlikkus on suur, seega on see väga oluline köögiviljaseemikute tootmiseks mitte-arenemisperioodidel või äärmuslikes keskkondades ning võib pakkuda seemikutele tuge, et tagada köögiviljade pikaajaline varustamine. Lisaks ei ole taimekasvanduste seemikute aretamine ruumiga piiratud ja seda saab teha kohapeal linnade äärelinnades ja kogukonna avalikes ruumides. Spetsifikatsioonid on paindlikud ja muudetavad, võimaldades masstootmist ja kvaliteetsete seemikute tihedat tarnimist, pakkudes olulist tuge linnaaianduse arengule. 

Lühendada aretustsüklit ja parandada seemikute kvaliteeti

Taimekasvanduse tingimustes lüheneb seemikute paljundustsükkel tänu erinevate kasvukeskkonna tegurite täpsele kontrollile 30–50% võrreldes traditsiooniliste meetoditega. Aretustsükli lühendamine võib suurendada seemikute tootmispartiid, suurendada tootja sissetulekut ja vähendada turukõikumistest tingitud tegevusriske. Kasvatajate jaoks soodustab see varajast ümberistutamist ja istutamist, varajast turuletoomist ning paremat turukonkurentsivõimet. Teisest küljest on taimekasvanduses aretatud seemikud korralikud ja jämedad, morfoloogilised ja kvaliteedinäitajad paranevad oluliselt ning tootmistulemused pärast koloniseerimist on paremad. Uuringud on näidanud, et taimekasvanduse tingimustes aretatud tomati-, paprika- ja kurgiistikud mitte ainult ei paranda lehtede pindala, taime kõrgust, varre läbimõõtu, juurte elujõudu ja muid näitajaid, vaid parandavad ka kohanemisvõimet, haiguskindlust ja õiepungade diferentseerumist pärast koloniseerimist. Ja tootmisel ja muudel aspektidel on ilmseid eeliseid. Pärast taimekasvanduses aretatud kurgiistikute istutamist suurenes emasõite arv taime kohta 33,8% ja viljade arv taime kohta 37,3%. Seemikute arengukeskkonna bioloogia teoreetilise uurimistöö pideva süvendamisega on taimevabrikud seemikute morfoloogia kujundamisel ja füsioloogilise aktiivsuse parandamisel täpsemad ja kontrollitavamad.

 Pookitud seemikute seisukorra võrdlus kasvuhoonetes ja taimetehastes

Ressursside tõhus kasutamine seemikute kulude vähendamiseks

Taimetehas võtab kasutusele standardiseeritud, informatiivsed ja industrialiseeritud istutusmeetodid, nii et iga seemikute tootmise lüli on rangelt kontrollitud ja ressursside kasutamise efektiivsus märkimisväärselt paraneb. Seemned on seemikute aretuse peamine kuluartikkel. Traditsiooniliste seemikute ebakorrapärase töö ja halva keskkonnakontrolli tõttu esineb probleeme, nagu seemnete idanemata jätmine või nõrk kasv, mille tulemuseks on tohutu raiskamine seemnete ja kommertsseemikute aretuse protsessis. Taimetehase keskkonnas paraneb seemnete eeltöötluse, peenkülvi ja kasvatuskeskkonna täpse kontrolli abil seemnete kasutamise efektiivsus oluliselt ning annust saab vähendada enam kui 30%. Vesi, väetis ja muud ressursid on samuti traditsioonilise seemikute kasvatamise peamine kuluartikkel ning ressursside raiskamise nähtus on tõsine. Taimetehaste tingimustes saab täppisniisutustehnoloogia rakendamise abil vee ja väetise kasutamise efektiivsust suurendada enam kui 70%. Lisaks paraneb tänu tehase enda struktuuri kompaktsusele ja keskkonnakontrolli ühtsusele oluliselt ka energia ja CO2 kasutamise efektiivsus seemikute paljundamise protsessis.

Võrreldes traditsioonilise avamaa ja kasvuhoones seemikute kasvatamisega on taimetehastes seemikute aretamise suurim omadus see, et seda saab läbi viia mitmekihilisel kolmemõõtmelisel viisil. Taimetehases saab seemikute aretamist laiendada tasapinnalt vertikaalsele ruumile, mis parandab oluliselt seemikute aretamise efektiivsust maaühiku kohta ja parandab oluliselt ruumikasutuse efektiivsust. Näiteks bioloogilise ettevõtte väljatöötatud seemikute aretamise standardmoodul, mis katab 4,68 ㎡ suuruse ala, suudab ühes partiis aretada üle 10 000 seemiku, mida saab kasutada 3,3 Mu (2201,1 ㎡) köögiviljatootmisvajaduste rahuldamiseks. Suure tihedusega mitmekihilise kolmemõõtmelise aretuse tingimustes saab automaatsete abiseadmete ja intelligentse logistika-transpordisüsteemi toetamise abil oluliselt parandada tööjõu kasutamise efektiivsust ja säästa tööjõudu enam kui 50%.

Kõrge resistentsusega seemikute aretus rohelise tootmise toetamiseks

Puhas tootmiskeskkond taimetehases aitab oluliselt vähendada kahjurite ja haiguste esinemist kasvuruumis. Samal ajal on optimaalse kultuurikeskkonna konfiguratsiooni tõttu toodetud seemikutel suurem vastupidavus, mis vähendab oluliselt pestitsiididega pihustamist seemikute paljundamise ja istutamise ajal. Lisaks saab spetsiaalsete seemikute, näiteks poogitud seemikute ja lõikeseemikute aretamisel taimetehases kasutada rohelisi tõrjemeetmeid, nagu valgus, temperatuur, vesi ja väetis, et asendada traditsioonilistes toimingutes laialdaselt kasutatavaid hormoone, et tagada toiduohutus, vähendada keskkonnareostust ja saavutada roheliste seemikute jätkusuutlik tootmine.

Tootmiskulude analüüs 

Taimekasvanduste võimalused seemikute majandusliku kasu suurendamiseks hõlmavad peamiselt kahte osa. Ühelt poolt saab konstruktsioonilise disaini optimeerimise, standardiseeritud töö ning intelligentsete rajatiste ja seadmete kasutamise abil vähendada seemnete, elektri ja tööjõu tarbimist seemikute aretamise protsessis ning parandada vee, väetise, soojuse ja energia tarbimist. Gaasi ja CO2 kasutamise efektiivsus vähendab seemikute aretamise kulusid; teiselt poolt lühendatakse keskkonna täpse juhtimise ja protsessivoo optimeerimise abil seemikute aretusaega ning suurendatakse aastast aretuspartiid ja seemikute saagikust pinnaühiku kohta, mis on turul konkurentsivõimelisem. 

Taimetehase tehnoloogia arengu ja keskkonnabioloogia uuringute pideva süvenemisega seemikute kasvatamisel on seemikute aretamise kulud taimetehastes põhimõtteliselt samad, mis traditsioonilisel kasvuhoonekasvatusel, ning seemikute kvaliteet ja turuväärtus on kõrgemad. Näiteks kurgi seemikute puhul moodustavad tootmismaterjalid suure osa, moodustades umbes 37% kogukulust, sealhulgas seemned, toitainelahus, istutusalused, substraadid jne. Elektrienergia tarbimine moodustab umbes 24% kogukulust, sealhulgas taimede valgustus, kliimaseade ja toitainelahuse pumba energiatarbimine jne, mis on tulevase optimeerimise peamine suund. Lisaks on tööjõu madal osakaal taimetehase tootmise tunnusjoon. Automatiseerimise astme pideva suurenemisega väheneb tööjõukulu veelgi. Tulevikus saab taimetehastes seemikute aretamise majanduslikku kasu veelgi parandada kõrge lisandväärtusega põllukultuuride arendamise ja väärispuude seemikute tööstusliku kasvatustehnoloogia arendamise kaudu.

Kurgi seemikute maksumuse koostis /%

Industrialiseerimise staatus

Viimastel aastatel on Hiina Põllumajandusteaduste Akadeemia Linnapõllumajanduse Uurimisinstituudi esindatud teadusasutused ja kõrgtehnoloogiaettevõtted mõistnud seemikute aretamise tööstusharu taimetehastes. See suudab pakkuda seemikutele tõhusat tööstuslikku tootmisliini seemnest tärkamiseni. Nende hulgas on 2019. aastal Shanxis ehitatud ja tööle pandud taimetehas, mille pindala on 3500 m² ja mis suudab 30-päevase tsükli jooksul aretada 800 000 paprika- või 550 000 tomatitaime. Teine ehitatud seemikute aretustehas hõlmab 2300 m² suurust pinda ja suudab toota 8–10 miljonit seemikut aastas. Hiina Põllumajandusteaduste Akadeemia Linnapõllumajanduse Instituudi poolt iseseisvalt välja töötatud mobiilne poogitud seemikute ravitehas pakub poogitud seemikute kasvatamiseks tootmisliinil toimivat ravi- ja kodustamisplatvormi. Üks tööruum suudab korraga käsitseda enam kui 10 000 poogitud seemikut. Tulevikus eeldatakse taimevabrikutes seemikute aretussortide mitmekesisuse edasist laienemist ning automatiseerimise ja intelligentsuse taseme jätkuvat paranemist.

Hiina Põllumajandusteaduste Akadeemia Linnapõllumajanduse Instituudi väljatöötatud mobiilne tervendav tehas poogitud seemikute jaoks

Väljavaated

Uue seemikutekasvatuse kandjana on taimevabrikutel tohutud eelised ja turustamispotentsiaal võrreldes traditsiooniliste seemikutekasvatusmeetoditega täpse keskkonnakontrolli, ressursside tõhusa kasutamise ja standardiseeritud toimingute osas. Ressursside, näiteks seemnete, vee, väetise, energia ja tööjõu tarbimise vähendamise ning seemikute saagikuse ja kvaliteedi parandamisega pindalaühiku kohta vähenevad seemikutekasvatuse kulud taimevabrikutes veelgi ja tooted on turul konkurentsivõimelisemad. Hiinas on seemikute järele tohutu nõudlus. Lisaks traditsiooniliste põllukultuuride, näiteks köögiviljade, tootmisele eeldatakse, et taimevabrikutes aretatakse ka kõrge lisandväärtusega seemikuid, näiteks lilli, Hiina taimseid ravimeid ja haruldasi puid, ning majanduslik kasu paraneb veelgi. Samal ajal peab tööstuslik seemikutekasvatusplatvorm arvestama erinevate seemikutekasvatuse ühilduvuse ja paindlikkusega, et rahuldada seemikutekasvatusturu vajadusi erinevatel aastaaegadel.

Seemikute paljunemiskeskkonna bioloogiline teooria on taimetehase keskkonna täpse kontrolli tuum. Põhjalikud uuringud seemikute kuju ja fotosünteesi ning muude füsioloogiliste aktiivsuste reguleerimise kohta keskkonnategurite, näiteks valguse, temperatuuri, niiskuse ja CO2 abil aitavad luua seemikute ja keskkonna interaktsioonimudeli, mis aitab vähendada seemikute tootmise energiatarbimist ning parandada seemikute kvaliteeti ja tootmist. Kvaliteet annab teoreetilise aluse. Selle põhjal saab välja töötada juhtimistehnoloogia ja -seadmed, mille keskmes on valgus ja mis on ühendatud teiste keskkonnateguritega, ning kohandada seemikute tootmist spetsiaalsete taimeliikide, kõrge ühtluse ja kõrge kvaliteediga, et see vastaks taimetehastes esineva suure tihedusega kasvatamise ja mehhaniseeritud töö nõuetele. Lõppkokkuvõttes pakub see tehnilist alust digitaalse seemikute tootmissüsteemi ehitamiseks ning realiseerib standardiseeritud, mehitamata ja digitaalse seemikute aretuse taimetehastes.

Autor: Xu Yaliang, Liu Xinying jne. 

Viitamise teave:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Taimekasvatusettevõtetes seemikute aretamise peamised tehnilised seadmed ja industrialiseerimine [J]. Põllumajanduse tehnika tehnoloogia, 2021,42(4):12-15.