Kokkuvõte: Viimastel aastatel on kiirelt arenenud ka moodsa põllumajandustehnoloogia pideva uurimisega. Selles artiklis tutvustatakse taimse tehase tehnoloogia ja tööstuse arendamise status quo, olemasolevaid probleeme ja arengut ning ootab tulevikus taimede tehaste arengusuundumusi ja väljavaadet.

1. Tehnoloogia arengu praegune staatus taimede tehastes Hiinas ja välismaal

1.1 Võõrtehnoloogia arendamise status quo

Alates 21. sajandist on taimevabrikute uurimine keskendunud peamiselt valguse tõhususe parandamisele, mitmekihilise kolmemõõtmelise kultiveerimissüsteemi seadmete loomisele ning intelligentse majandamise ja kontrolli uurimisele ja arendamisele. 21. sajandil on põllumajanduse LED-valgusallikate uuendus teinud edusamme, pakkudes olulist tehnilist tuge LED-energiasäästlike valgusallikate rakendamiseks taimede tehastes. Jaapani Chiba ülikool on teinud mitmeid uuendusi ülitõhusate valgusallikate, energiasäästlike keskkonnakontrolli ja kasvatamise tehnikate alal. Madalmaades asuv Wageningeni ülikool kasutab taimevabrikute intelligentse seadmesüsteemi väljatöötamiseks põllukultuuride keskkonna simulatsiooni ja dünaamilist optimeerimise tehnoloogiat, mis vähendab oluliselt tegevuskulusid ja parandab märkimisväärselt tööjõu tootlikkust.

Viimastel aastatel on taimedehased järk-järgult realiseerinud tootmisprotsesside poolautomaat külvamise, seemikute tõstmise, siirdamise ja koristamise kaudu. Jaapan, Holland ja Ameerika Ühendriigid on esiplaanil, millel on kõrge mehhaniseerimine, automatiseerimine ja luure, ning arenevad vertikaalse põllumajanduse ja mehitamata operatsiooni suunas.

1.2 Tehnoloogia arendamise staatus Hiinas

1.2

Spetsiaalsed punased ja sinised LED -valgusallikad erinevate taimede liike tootmiseks taimevabrikutes on välja töötatud üksteise järel. Võimsus on vahemikus 30 kuni 300 W ja kiiritusvalguse intensiivsus on 80 kuni 500 μmol/(M2 • S), mis võib pakkuda valguse intensiivsust sobiva lävivahemikuga, valguse kvaliteedi parameetrid Energia säästmine ja kohandamine taimede kasvu ja valgustuse vajadustega. Valgusallika soojuse hajumise haldamise osas on kasutusele võetud valgusallika ventilaatori aktiivne soojuse hajumise disain, mis vähendab valgusallika valguse lagunemiskiirust ja tagab valgusallika eluea. Lisaks pakutakse välja meetod LED -valgusallika soojuse vähendamiseks toitainelahuse või veeringluse kaudu. Valgusallikate kosmosehalduse osas saab taimede suuruse evolutsiooniseaduse kohaselt LED -valgusallika vertikaalse kosmose liikumise juhtimise kaudu taime varikatust valgustada ja energiasäästu eesmärk on saavutatud. Praegu võib kunstliku valguse tehase valgusallika energiatarbimine moodustada 50–60% kogu tööenergia tarbimisest. Ehkki LED võib säästa fluorestsentslampidega võrreldes 50% energiat, on energiasäästmise ja tarbimise vähendamise uuringute potentsiaal ja vajadus endiselt olemas.

1.2.2 Mitmekihiline kolmemõõtmeline kultiveerimistehnoloogia ja seadmed

Mitmekihilise kolmemõõtmelise kultiveerimise kihilõhe väheneb, kuna LED asendab fluorestsentslampi, mis parandab taime kasvatamise kolmemõõtmelist ruumi kasutamise efektiivsust. Kultiveerimisvoodi põhja kujundamise kohta on palju uuringuid. Tõstetud triibud on loodud turbulentse voolu tekitamiseks, mis aitab taimejuured toitainete toitaineid ühtlaselt imenduda ja lahustunud hapniku kontsentratsiooni suurendada. Kolonisatsioonitahvli abil on kaks koloniseerimismeetodit, see tähendab erineva suurusega plastist kolonisatsioonitopsid või käsna perimeetri koloniseerimisrežiim. Ilmunud on libisev kultiveerimisvoodi süsteem ning istutuslaua ja sellel olevaid taimi saab ühest otsast teist käsitsi lükata, mõistes istutamise tootmisviisi kultiveerimisvoodi ühes otsas ja koristada teises otsas. Praegu on välja töötatud mitmesuguseid kolmemõõtmelisi mitmekihilisi soilleid kultuuritehnoloogia ja -seadmeid, mis põhinevad toitainete vedeliku kilede tehnoloogial ja sügava vedela voolu tehnoloogial ning tehnoloogia ja seadmed maasikate substraadi kasvatamiseks, lehtköögiviljade ja lillede aerosooli kasvatamine on üles tõusnud. Mainitud tehnoloogia on kiiresti arenenud.

1.2.3 Toitainelahuse ringluse tehnoloogia ja seadmed

Pärast seda, kui toitainelahust on teatud aja jooksul kasutatud, on vaja lisada vee ja mineraalielemente. Üldiselt määratakse äsja valmistatud toitainelahuse kogus ja happe-baasi lahuse kogus EC ja pH mõõtes. Toitainelahuses sette või juure koorimise suured osakesed tuleb filtri abil eemaldada. Juure eksudaadid toitainelahuses saab fotokatalüütiliste meetodite abil eemaldada, et vältida hüdropoonika pidevaid kärpimis takistusi, kuid toitainete kättesaadavuses on teatud riske.

1.2.4 Keskkonnakontrolli tehnoloogia ja seadmed

Tootmisruumi õhu puhtus on taimevabriku õhukvaliteedi üks olulisi näitajaid. Õhu puhtust (suspendeeritud osakeste ja asustatud bakterite näitajad) tehasevabriku tootmisruumis dünaamilistes tingimustes tuleks kontrollida tasemele üle 100 000. Materiaalse desinfitseerimise sisend, sissetulev personali õhu dušš ja värske õhu ringluse õhupuhastussüsteem (õhu filtreerimissüsteem) on kõik põhilised kaitsemeetmed. Õhu temperatuur ja niiskus, CO2 kontsentratsioon ja õhuvoolu kiirus tootmisruumis on veel üks oluline õhukvaliteedikontrolli sisu. Aruannete kohaselt võivad seadmete, näiteks õhu segamiskastide, õhukanalite, õhu sisselaskeavade ja õhuväljaannete seadistamine, seadistamine tootmisruumis ühtlaselt kontrollida temperatuuri ja niiskust, CO2 kontsentratsiooni ja õhuvoolu kiirust, et saavutada kõrge ruumiline ühtlus ja vastata taimevajadustele. erinevates ruumilistes kohtades. Temperatuuri, niiskuse ja CO2 kontsentratsiooni juhtimissüsteem ning värske õhusüsteem on orgaaniliselt integreeritud ringlevasse õhusüsteemi. Kolm süsteemi peavad jagama õhukanali, õhu sisselaske- ja õhuväljaannet ning andma ventilaatori kaudu energiat, et realiseerida õhuvoolu, filtreerimise ja desinfitseerimise ringlus ning õhukvaliteedi värskendamine ja ühtlus. See tagab, et taimede tehase tootmine pole kahjurite ja haigusteta ning pestitsiidide kasutamist pole vaja. Samal ajal on garanteeritud, et varikatuse kasvukeskkonna elementide temperatuuri, niiskuse, õhuvoolu ja süsinikdioksiidi kontsentratsiooni ühtlus vastab taimede kasvu vajadustele.

2. Tehasevabriku tööstuse arengustaatus

2.1 välismaiste tehase tööstuse status quo

Jaapanis on kunstlike valguse tehaste tehaste uurimine ja arendamine ja industrialiseerimine suhteliselt kiire ning need on juhtiv tasemel. 2010. aastal käivitas Jaapani valitsus 50 miljardit jeeni, et toetada tehnoloogiauuringute ja arendustegevuse ning tööstusliku demonstratsiooni. Osales kaheksa asutust, sealhulgas Chiba ülikooli ja Jaapani tehaste tehase teadusuuringute assotsiatsioon. Jaapani tulevane ettevõte võttis ja haldas taimevabriku esimest industrialiseerimisprojekti, mille igapäevane toodang oli 3000 taime. 2012. aastal oli tehasevabriku tootmiskulud 700 jeeni/kg. 2014. aastal lõpetati Miyagi prefektuur Taga Lossis asuvas kaasaegses tehase tehases, saades maailma esimeseks LED -tehase tehaseks, kus iga päev toodab 10 000 taime. Alates 2016. aastast on LED-taimede tehased sisenenud Jaapani kiirele industrialiseerimise sõidurajale ning ühe üksteise järel on välja tulnud kasumlik või kasumlikud ettevõtted. 2018. aastal ilmus üksteise järel suuremahulised taimevabrikud, mille igapäevane tootmisvõimsus oli 50 000–100 000 taime ning ülemaailmsed taimedehased arenesid suuremahulise, professionaalse ja intelligentse arengu poole. Samal ajal hakkasid Tokyo Electric Power, Okinawa elektrienergia ja muud põllud investeerima taimede tehastesse. 2020. aastal moodustab Jaapani taimede tehaste toodetud salati turuosa umbes 10% kogu salati turust. Enam kui 250 kunstliku valgustüüpi taimse tehase hulgas on 20% kahjumistaadiumis, 50% on purunemise tasemel ja 30% kasumlikus etapis, hõlmates haritavaid taimeliike nagu sellised taimeliigid nagu Salat, ürdid ja seemikud.

Holland on reaalse maailma liider päikesevalguse ja kunstliku valguse kombineeritud rakendustehnoloogia valdkonnas, millel on kõrge mehhaniseerimine, automatiseerimine, intelligentsus ja mehhanism, ning nüüd on ta eksinud täieliku tehnoloogia ja seadme komplekti nii tugevatena Tooted Lähis -Ida, Aafrika, Hiinasse ja teistesse riikidesse. American Aerofarms Farm asub Newarkis, New Yorgis, USA -s, pindalaga 6500 m2. See kasvatab peamiselt köögivilju ja vürtse ning väljund on umbes 900 t/aastas.

Vertikaalne põllumajandus aerofarmides

Ameerika Ühendriikide Plenty Company vertikaalse põllumajandusettevõtte tehas võtab kasutusele LED -valgustuse ja vertikaalse istutusraami kõrgusega 6 m. Taimed kasvavad istutajate külgedest. Gravitatsiooni kastmisele tuginedes ei vaja see istutamismeetod täiendavaid pumbasid ja on vee-tõhusam kui tavapärane põllumajandus. Pleht väidab, et tema talu toodab tavalise talu väljundit 350 korda, kasutades samas ainult 1% veest.

Vertikaalne põllumajanduse tehastehas, palju seltskond

2.2 Olekutehase tehase tööstus Hiinas

2009. aastal ehitati ja tööle Changchuni põllumajandusliku Expo pargis esimene intelligentse kontrolliga Hiinas asuv esimene tootmistehase tehas. Hooneala on 200 m2 ja keskkonnategureid nagu temperatuur, niiskus, valguse, süsinikdioksiidi ja toitainete lahuse kontsentratsioon saab reaalajas automaatselt jälgida, et arukat juhtimist realiseerida.

2010. aastal ehitati Pekingisse ehitatud Tongzhou tehase tehas. Põhikonstruktsioon võtab kasutusele ühekihilise kerge terasest konstruktsiooni, mille kogu ehituspind on 1289 m2. See on õhusõidukikandja kujuga, sümboliseerides Hiina põllumajandust, astudes purjetamisel moodsa põllumajanduse kõige arenenumale tehnoloogiale. On välja töötatud automaatseid seadmeid lehtköögiviljatootmise toimingute jaoks, mis on parandanud taimede tehase tootmise automatiseerimise taset ja tootmise tõhusust. Tehasevabrik võtab kasutusele maapealse allika soojuspumbasüsteemi ja päikeseenergia tootmissüsteemi, mis lahendab paremini tehasevabriku kõrgete töökulude probleemi.

Tongzhou taimede tehase sees ja väljavaade

2013. aastal loodi Shaanxi provintsis Yanglingi põllumajanduse kõrgtehnoloogia demonstratsiooni tsoonis. Enamik ehitatavate ja töötavate taimevabriku projektidest asub põllumajanduse kõrgtehnoloogiliste demonstratsiooniparkides, mida kasutatakse peamiselt populaarsete teaduse demonstratsioonide ja vaba aja veetmise vaatamisväärsuste jaoks. Funktsionaalsete piirangute tõttu on neil populaarse teaduse tehasevabrikutel keeruline saavutada industrialiseerimisel vajalik kõrge saagik ja kõrge efektiivsus ning neil on tulevikus keeruline saada industrialiseerimise tavavormiks.

2015. aastal tegi Hiinas suur juhitud kiipi tootja koostööd Hiina Teaduste Akadeemia botaanika instituudiga, et ühiselt algatada tehasevabriku ettevõtte asutamine. See on ületanud optoelektroonilisest tööstusest „fotobioloogilise” tööstuse ja sellest on saanud Hiina juhitud tootjate pretsedent, et investeerida taimsete tehaste ehitamisse industrialiseerimisel. Selle tehastehas on pühendunud tööstusinvesteeringute tegemisele arenevasse fotobioloogiasse, mis integreerib teaduslikud uuringud, tootmise, demonstratsiooni, inkubatsiooni ja muud funktsioonid, mille registreeritud kapital on 100 miljonit jüaani. 2016. aasta juunis viidi lõpule see taimedehas, mille 3-korruseline hoone hõlmas 3000 m2 pindala ja kultiveerimispind üle 10 000 m2 ja tööle. 2017. aasta maiks on igapäevane tootmisskaala 1500 kg lehtköögiviljadest, mis võrdub 15 000 salatijaamaga päevas.

Selle ettevõtte vaated

3. Probleemid ja vastumeetmed, mis seisavad silmitsi taimede tehaste arendamisega

3.1 Probleemid

3.1.1 Kõrged ehituskulud

Taimsed tehased peavad tootma põllukultuure suletud keskkonnas. Seetõttu on vaja ehitada toetavaid projekte ja seadmeid, sealhulgas väliseid hoolduskonstruktsioone, kliimaseadmeid, kunstlikke valgusallikaid, mitmekihilisi kultiveerimissüsteeme, toitainelahuse vereringet ja arvuti juhtimissüsteeme. Ehituskulud on suhteliselt kõrged.

3.1.2 Kõrge töökulu

Enamik taimevabrikute nõutavaid valgusallikaid pärineb LED -tuledest, mis tarbivad palju elektrit, pakkudes samas vastavaid spektreid erinevate põllukultuuride kasvuks. Taimede tehaste tootmisprotsessis sellised seadmed nagu kliimaseade, ventilatsioon ja veepumbad tarbivad ka elektrit, seega on elektriarved tohutu kulu. Statistika kohaselt moodustavad taimede tehaste tootmiskulude hulgas elektrikulud 29%, tööjõukulud moodustavad 26%, fikseeritud varade amortisatsiooni moodustab 23%, pakendid ja transpord moodustavad 12%ning tootmismaterjalid 10%.

Tootmiskulude lagunemine taimede tehase jaoks

3.1.3 Madal automatiseerimise tase

Praegu rakendatud tehaste tehases on madal automatiseerimine ja sellised protsessid nagu seemikud, siirdamine, põllu istutamine ja koristamine vajavad endiselt käsitsi toiminguid, mille tulemuseks on kõrged tööjõukulud.

3.1.4 Piiratud põllukultuuride sordid, mida saab kasvatada

Praegu on taimevabrikute jaoks sobivad põllukultuurid väga piiratud, peamiselt rohelised lehtköögiviljad, mis kasvavad kiiresti, aktsepteerivad hõlpsalt kunstlikke valgusallikaid ja millel on madal varikatus. Suuremahulist istutamist ei saa keerukate istutusnõuete jaoks (näiteks tolmeldamiseks vajalik põllukultuurid jne) teha.

3.2 Arendusstrateegia

Pidades silmas probleeme, millega tehasevabrikutööstus silmitsi seisab, on vaja läbi viia uuringuid erinevatest aspektidest, näiteks tehnoloogiast ja tööst. Vastuseks praegustele probleemidele on vastumeetmed järgmised.

(1) Tugevdada taimede tehaste intelligentse tehnoloogia uurimistööd ning parandavad intensiivse ja rafineeritud juhtimise taset. Intelligentse juhtimis- ja juhtimissüsteemi väljatöötamine aitab saavutada taimede tehaste intensiivset ja rafineeritud juhtimist, mis võib oluliselt vähendada tööjõukulusid ja säästa tööjõudu.

(2) Töötage välja intensiivsed ja tõhusad tehastevabriku tehnilised seadmed, et saavutada iga-aastane kvaliteet ja kõrge saagis. Kõrgetõhusate kultiveerimisvõimaluste ja -seadmete arendamine, energiasäästlikud valgustusehnoloogia ja seadmed jne, et parandada intelligentset taimevabrikute tasemet, soodustab iga-aastase suure tõhususega tootmise realiseerimist.

(3) Viige läbi tööstusliku kasvatamise tehnoloogia uurimistöö kõrge väärtusega taimede jaoks, näiteks ravimtaimed, tervishoiuteenused ja haruldased köögiviljad, suurendavad taimevabrikutes kasvatatud põllukultuuride tüüpe, laiendavad kasumiaruandeid ja parandavad kasumi lähtepunkti .

(4) Tehke majapidamise ja ärilise kasutamise taimetehaste uurimine, rikastage taimevabrikuid ja saavutage erinevate funktsioonidega pidev kasumlikkus.

4. Tehasevabriku arengusuund ja väljavaade

4.1 Tehnoloogia arendamise trend

4.1.1 Täisprotsessi intellektualiseerimine

Põllukultuuride-robotisüsteemi masina- ja kadude ennetamise mehhanismi põhjal tuginedes kiire paindlik ja mittepurustavate istutamise ning koristamise lõpp-efektoritele, jaotatud mitmemõõtmeline ruum täpne positsioneerimine ja mitme modaalsed multi-masinaga seotud juhtimismeetodid,, ja mitme modaal ja mehitamata, tõhus ja hävitav külvamine kõrghoonete tehastes-intellegentsed robotid ja tugiseadmed, näiteks Tuleks luua istutamise koristamise pakkimine, mõistes sellega kogu protsessi mehitamata toimimist.

4.1.2 Muutke tootmiskontroll nutikamaks

Tuginedes põllukultuuride kasvu ja arengu kiirguse, temperatuuri, niiskuse, süsinikdioksiidi kontsentratsiooni, toitainelahuse toitainete kontsentratsiooni ja EC-le, tuleks konstrueerida põllukultuuride keskkonna tagasiside kvantitatiivne mudel. Lehtköögivilja eluea teabe ja tootmiskeskkonna parameetrite dünaamiliseks analüüsimiseks tuleks luua strateegiline põhimudel. Samuti tuleks luua keskkonna veebipõhine dünaamiline identifitseerimise diagnoosimine ja protsesside kontrollisüsteem. Tuleks luua mitmemahiliste tehisintellekti otsustussüsteem kogu kõrgemahulise vertikaalse põllumajanduse tehase tootmisprotsessis.

4.1.3 Madala süsinikusisaldusega tootmine ja energiasääst

Energiahaldussüsteemi loomine, mis kasutab taastuvaid energiaallikaid, näiteks päikeseenergia ja tuule, et jõuda jõuülekande lõpule ja kontrollida energiatarbimist optimaalsete energiahalduseesmärkide saavutamiseks. CO2 heitkoguste hõivamine ja taaskasutamine põllukultuuride tootmise abistamiseks.

4.1.3 Premium sortide kõrge väärtus

Tuleks võtta teostatavaid strateegiaid erinevate kõrge väärtusega lisatud sortide kasvatamiseks katseteks, kasvatamise tehnoloogiaekspertide andmebaasi loomiseks, kultiveerimistehnoloogia uurimistööks, tiheduse valimist, känkuva paigutuse, mitmekesisuse ja seadmete kohanemisvõime kohta ning tavaliste kultiveerimise tehniliste spetsifikatsioonide moodustamiseks.

4.2 Tööstuse arengu väljavaated

Taimsed tehased saavad vabaneda ressursside ja keskkonna piirangutest, mõista põllumajanduse tööstuslikku tootmist ja meelitada uue põlvkonna põlvkonna põllumajandustootmises. Hiina taimetehaste peamine tehnoloogiline uuendus ja industrialiseerimine on maailma juhiks saamine. LED -valgusallika kiirendatud rakendamisega, digiteerimise, automatiseerimise ja intelligentsete tehnoloogiate abil taimevabrikute valdkonnas meelitavad taimevabrikud rohkem kapitaliinvesteeringuid, talentide kogumist ning rohkem uut energiat, uusi materjale ja uusi seadmeid. Sel moel saab realiseerida infotehnoloogia ja rajatiste ja seadmete põhjalikku integreerimist, paremaks muuta intelligentset ja mehitamata rajatiste ja seadmete taset, süsteemi energiatarbimise ja tegevuskulude pidevat vähendamist pideva innovatsiooni kaudu ning järk-järgult ning järk-järgult Spetsialiseeritud turgude kasvatamine, intelligentsed taimevabrikud käivitavad arenemisperioodi.

Turu -uuringute teatel on 2020. aastal ülemaailmne vertikaalse põllumajanduse turu suurus ainult 2,9 miljardit USA dollarit ja eeldatakse, et 2025. aastaks ulatub ülemaailmne vertikaalse põllumajanduse turu suurus 30 miljardi dollarini. Kokkuvõtlikult on taimevabrikutel laialdased rakenduse väljavaated ja arenguruumid.

Autor: Zengchan Zhou, Weidong jne

Tsitaat teave:Praegune olukord ja taimsetehase tööstuse arendamise väljavaated [J]. Põllumajandustehnoloogia, 2022, 42 (1): 18-23.Autor: Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li jt.