Összegzés: Az utóbbi években a modern mezőgazdasági technológia folyamatos feltárásával a növénygyáripar szintén gyorsan fejlődött. Ez a cikk bemutatja a növénygyár technológiájának és az iparág fejlesztésének a status quo -t, a meglévő problémákat és a fejlesztési ellenintézkedéseket, és várja a növénygyárak fejlesztési tendenciáját és kilátását a jövőben.

1.

1.1 A külföldi technológia fejlesztésének status quo

A 21. század óta a növénygyárak kutatása elsősorban a fényhatékonyság javulására, a többrétegű háromdimenziós termesztési rendszer berendezések létrehozására, valamint az intelligens irányítás és irányítás kutatására és fejlesztésére összpontosított. A 21. században a mezőgazdasági LED-es fényforrások innovációja előrelépést tett, fontos technikai támogatást nyújtva a LED energiatakarékos fényforrások alkalmazásához a növényi gyárakban. A japán Chiba Egyetem számos innovációt tett a nagy hatékonyságú fényforrásokban, az energiatakarékos környezetvédelmi ellenőrzésben és a termesztési technikákban. A hollandiai Wageningen Egyetem növényi környezeti szimulációs és dinamikus optimalizálási technológiát használ egy intelligens berendezésrendszer kidolgozására a növénygyárak számára, amely jelentősen csökkenti a működési költségeket és jelentősen javítja a munkatermelékenységet.

Az utóbbi években a növényi gyárak fokozatosan felismerték a termelési folyamatok félig automatizálását a vetés, a palánták neveléséből, az átültetéséből és a betakarításból. Japán, Hollandia és az Egyesült Államok élvonalban vannak, nagyfokú gépesítéssel, automatizálással és intelligenciával, és a vertikális mezőgazdaság és a pilóta nélküli művelet irányában fejlődnek.

1.2 Technológiai fejlesztési státusz Kínában

1.2.1 Specializd LED fényforrás és energiatakarékos alkalmazás technológiai berendezések mesterséges fényhez a növénygyárban

Különleges vörös és kék LED -es fényforrásokat fejlesztettek ki a növényi gyárakban történő különféle növényfajok előállításához egymás után. Az energia 30–300 W között van, és a besugárzás fényintenzitása 80–500 μmol/(M2 • S), amely a megfelelő küszöbtartományú fényintenzitást biztosítja a fényminőségi paraméterekkel, hogy elérje a nagy hatékonyság hatását. energiamegtakarítás és a növényi növekedés és a megvilágítás igényeihez való alkalmazkodás. A fényforrás -hőeloszlás kezelése szempontjából bevezetésre került a fényforrás ventilátor aktív hőeloszlásának kialakítása, amely csökkenti a fényforrás fénycsökkenési sebességét és biztosítja a fényforrás élettartamát. Ezenkívül javaslatot tesz a LED -es fényforrás hőjét tápanyag -oldat vagy vízkeringés révén. A fényforrás -űrkezelés szempontjából, a növényméret evolúciós törvénye szerint a palánta és későbbi szakaszban, a LED -es fényforrás vertikális űrmozgásának kezelésén keresztül, a növényi lombkorona közeli távolságban megvilágítható, és az energiamegtakarítási cél elérte. Jelenleg a mesterséges fénygyár -fényforrás energiafogyasztása a növénygyár teljes működési energiafogyasztásának 50–60% -át teszi ki. Noha a LED 50% energiát takaríthat meg a fluoreszkáló lámpákhoz képest, továbbra is fennáll az energiatakarékosság és a fogyasztás csökkentésének kutatása és szükségessége.

1.2.2 Többrétegű háromdimenziós művelési technológia és berendezések

A többrétegű háromdimenziós tenyésztés rétegrése csökken, mivel a LED felváltja a fluoreszcens lámpát, amely javítja a növénytermesztés háromdimenziós térhasználati hatékonyságát. Számos tanulmány található a termesztési ágy aljának kialakításáról. Az emelt csíkokat úgy tervezték, hogy turbulens áramlást generáljanak, ami elősegítheti a tápanyagok tápanyagok felszívódását a tápanyag -oldat egyenletes felszívására és az oldott oxigén koncentrációjának növelésére. A kolonizációs táblával két kolonizációs módszer létezik, azaz a különböző méretű műanyag kolonizációs csészék vagy a szivacs kerületi kolonizációs módja. Megjelent egy elcsúsztatható tenyésztési ágyrendszer, és az ültetvénytábla és a rajta lévő növények manuálisan tolhatók az egyik végről a másikra, felismerve az ültetési módot a termesztési ágy egyik végén és a másik végén betakarítás. Jelenleg különféle háromdimenziós többrétegű, legfelsõbb kulturális technológiát és felszerelést fejlesztettek ki a tápanyag-folyékony film-technológián és a mély folyékony áramlási technológián alapuló berendezésekről, valamint az eper szubsztráttermesztésének technológiáját és berendezéseit, a leveles zöldségek és virágok aeroszol-termesztését. felálltak. Az említett technológia gyorsan fejlődött.

1.2.3 Tápanyagoldat keringési technológia és berendezések

Miután a tápanyag -oldatot egy ideig használták, hozzá kell adni a víz és az ásványi elemek hozzáadását. Általában az újonnan elkészített tápanyag-oldat mennyiségét és a sav-bázis-oldat mennyiségét az EC és a pH mérésével határozzuk meg. A tápanyag -oldatban az üledék vagy a gyökér hámlasztásának nagy részecskéit szűrővel kell eltávolítani. A tápanyag -oldat gyökérváladékát fotokatalitikus módszerekkel lehet eltávolítani, hogy elkerüljék a hidroponikában a folyamatos növénytermesztési akadályokat, de vannak bizonyos kockázatok a tápanyagok rendelkezésre állásában.

1.2.4 Környezet -ellenőrzési technológia és berendezések

A termelési tér légtisztítása a növénygyár levegőminőségének egyik fontos mutatója. A növénytisztítás (a szuszpendált részecskék és a rendezett baktériumok mutatóinak) a növénygyár termelési területén dinamikus körülmények között 100 000 feletti szintre kell szabályozni. Az anyagi fertőtlenítő bemenet, a bejövő személyzet légzőkezelése és a friss levegő keringési légtisztító rendszer (légszűrő rendszer) mind alapvető biztosítékok. A levegő hőmérséklete és páratartalma, a CO2 koncentrációja és a légáramlás sebessége a termelési térben a levegőminőség -szabályozás másik fontos tartalma. A jelentések szerint a berendezések, például a légkeverő dobozok, a légcsatornák, a levegő bemeneti nyílások és a légmenetek felállítása egyenletesen szabályozhatja a hőmérsékletet és a páratartalmat, a CO2 koncentrációját és a légáramlási sebességet a termelési térben, hogy elérjék a nagy térbeli egységességet és megfeleljenek a növényi igényeknek, és megfeleljenek a növényi igényeknek különböző térbeli helyeken. A hőmérséklet, a páratartalom és a CO2 -koncentráció -szabályozó rendszer és a friss levegőrendszer szervesen integrálódik a keringő levegő rendszerbe. A három rendszernek meg kell osztania a légcsatornát, a légcsatornát és a levegő kimenetét, és energiát kell biztosítania a ventilátoron keresztül, hogy felismerje a légáram, a szűrés és a fertőtlenítés keringését, valamint a levegőminőség frissítését és egységességét. Biztosítja, hogy a növénygyárban a növénygyártás mentes legyen kártevőktől és betegségektől, és nincs szükség peszticid alkalmazásra. Ugyanakkor garantáltan a hőmérséklet, a páratartalom, a légáramlás és a CO2 -koncentráció egységessége garantált, hogy kielégíti a növény növekedésének igényeit.

2.

2.1 A külföldi növénygyár iparának status quo

Japánban a mesterséges könnyű növénygyárak kutatása, fejlesztése és iparosodása viszonylag gyors, és vezető szinten vannak. 2010 -ben a japán kormány 50 milliárd jenet indított a technológiai kutatás és fejlesztés, valamint az ipari demonstráció támogatására. Nyolc intézmény vett részt, köztük a Chiba Egyetem és a Japán Növénygyár Kutatási Szövetsége. A japán jövőbeli vállalat vállalta és üzemeltette a növénygyár első iparosodási demonstrációs projektjét, amelynek napi 3000 növényi termelése van. 2012 -ben a növénygyár termelési költsége 700 jen/kg volt. 2014 -ben befejeződött a modern gyári növénygyár, a Taga -kastélyban, a Miyagi prefektúrában, és a világ első LED növénygyárává vált, napi 10 000 növényvel. 2016 óta a LED növényi gyárak beléptek a japán gyors iparosodási sávba, és a szünet vagy jövedelmező vállalkozások egymás után alakultak ki. 2018-ban a nagyszabású növényi gyárak, amelyek napi 50 000–100 000 növénytermesztési kapacitása volt, egymás után jelentek meg, és a globális növénygyárak nagyszabású, szakmai és intelligens fejlődés felé fejlődtek. Ugyanakkor a Tokyo Electric Power, az Okinawa Electric Power és más területek elkezdtek befektetni a növényi gyárakba. 2020 -ban a japán növénygyárak által előállított saláta piaci részesedése a teljes salátapiac kb. 10% -át teszi ki. A jelenleg működő több mint 250 mesterséges, fénytípusú növénygyár közül 20% -uk veszteséges szakaszban van, 50% -uk egyenlő szintű, 30% -uk pedig jövedelmező stádiumban van, és olyan termesztett növényfajok, mint például saláta, gyógynövények és palánták.

Hollandia valós vezető szerepet játszik a napelemes fény és a növénygyár mesterséges fényének kombinált alkalmazási technológiájának területén, nagymértékben gépesítéssel, automatizálással, intelligenciával és emberiséggel, és most egy teljes technológiák és felszerelések teljes sorozatát exportálta, olyan erős Termékek a Közel -Keletre, Afrikába, Kínába és más országokba. Az American Aerofarms Farm Newarkban, New Jersey -ben, az USA -ban, 6500 M2 területén található. Elsősorban zöldségeket és fűszereket termeszt, és a termelés körülbelül 900 t/év.

Függőleges gazdálkodás aerofarmokban

Az Egyesült Államokban a rengeteg társaság vertikális gazdálkodási üzem gyárja LED -es világítást és egy függőleges ültetési keretet alkalmaz, amelynek magassága 6 m. A növények az ültetvények oldaláról nőnek. A gravitációs öntözésre támaszkodva ez az ültetési módszer nem igényel további szivattyúkat, és vízhatékonyabb, mint a hagyományos gazdálkodás. Rengeteg azt állítja, hogy a gazdaság 350 -szerese a hagyományos gazdaság termelésének, miközben a víz csak 1% -át használja fel.

Függőleges gazdálkodási üzem gyár, rengeteg társaság

2.2 Status növényi gyáripar Kínában

2009 -ben az első kínai termelőüzemgyár, amelynek intelligens ellenőrzése van, mivel a magot építették és üzembe helyezték a Changchun Agricultural Expo Parkban. Az építési terület 200 m2, és a környezeti tényezők, mint például a hőmérséklet, a páratartalom, a fény, a CO2 és a tápanyag -oldat koncentrációja, a növénygyár automatikusan ellenőrizhető az intelligens menedzsment megvalósítása érdekében.

2010 -ben a Tongzhou növénygyár épült Pekingben. A főszerkezet egyrétegű könnyű acélszerkezetet alkalmaz, teljes építési területe 1289 m2. Repülőgép -hordozó alakú, amely a kínai mezőgazdaságot szimbolizálja, és a modern mezőgazdaság legfejlettebb technológiájához vezet. Kidolgozták a leveles zöldségtermelés egyes műveleteinek automatikus berendezését, amely javította a termelési automatizálás szintjét és a növénygyár termelési hatékonyságát. A növénygyár egy földi forráshőszivattyú -rendszert és egy napenergia -generációs rendszert alkalmaz, amely jobban megoldja a növénygyár magas működési költségeinek problémáját.

A Tongzhou Plant Factory -ból és kívülről

2013-ban számos mezőgazdasági technológiai társaságot hoztak létre a Shaanxi tartomány mezőgazdasági csúcstechnikai demonstrációs övezetében. Az építés alatt álló és üzemeltetett növénygyár-projektek többsége a mezőgazdasági csúcstechnikai demonstrációs parkokban található, amelyeket elsősorban a népszerű tudományos demonstrációkhoz és a szabadidős városnézéshez használnak. Funkcionális korlátozásaik miatt ezeknek a népszerű tudományos növénygyáraknak nehéz elérni az iparosodás által igényelt magas hozamot és magas hatékonyságot, és nekik nehéz lesz a jövőben az iparosodás általános formájává válni.

2015 -ben a kínai fő LED -es chipgyártó együttműködött a Kínai Tudományos Akadémia Botanikai Intézetével, hogy közösen kezdeményezze a növénygyár létrehozását. Átment az optoelektronikus iparból a „fotobiológiai” iparba, és precedens lett a kínai vezetők számára, hogy befektessenek a növényi gyárak iparosodásba történő építésébe. Növénygyárának elkötelezett amellett, hogy ipari beruházásokat hajtson végre a feltörekvő fotobiológiába, amely integrálja a tudományos kutatásokat, a termelést, a demonstrációt, az inkubálást és az egyéb funkciókat, a 100 millió jüan regisztrált tőkével. 2016 júniusában ez a 3-emeletes épület 3000 m2-es területet lefedő növénygyár befejeződött, és több mint 10 000 m2-es termesztési területet készítettek és üzembe helyezték. 2017 májusáig a napi termelési skála 1500 kg levélzöldség lesz, ami napi 15 000 saláta növénynek felel meg.

A cég megtekintése

3. Problémák és ellenintézkedések a növényi gyárak fejlődésével szemben

3.1 Problémák

3.1.1 Magas építési költségek

A növénygyáraknak zárt környezetben kell termelniük a növényeket. Ezért támogató projekteket és berendezéseket kell felépíteni, ideértve a külső karbantartási struktúrákat, légkondicionáló rendszereket, mesterséges fényforrásokat, többrétegű tenyésztési rendszereket, tápanyag-oldat keringését és számítógépes vezérlő rendszereket. Az építési költség viszonylag magas.

3.1.2 Magas működési költségek

A növényi gyárak által megkövetelt fényforrások többsége LED -es lámpákból származik, amelyek sok villamos energiát fogyasztanak, miközben megfelelő spektrumokat biztosítanak a különböző növények növekedéséhez. Az olyan berendezések, mint a légkondicionálás, a szellőzés és a vízszivattyúk a növényi gyárak gyártási folyamatában, szintén fogyasztanak villamos energiát, így a villamosenergia -számlák óriási költségeket jelentenek. A statisztikák szerint a növényi gyárak termelési költségei között a villamosenergia -költségek 29%-ot, a munkaerőköltségeket 26%-kal, az állóeszköz -értékcsökkenés 23%-ot, a csomagolást és a szállítás 12%-át, a gyártási anyagok pedig 10%-ot, a gyártási anyagok számát.

A növénygyár termelési költségeinek lebontása

3.1.3 Alacsony automatizálás

A jelenleg alkalmazott növénygyár alacsony automatizálással rendelkezik, és olyan folyamatok, mint a palánták, az átültetés, a terepi ültetés és a betakarítás, továbbra is kézi műveleteket igényelnek, ami magas munkaerőköltségeket eredményez.

3.1.4 Korlátozott növényfajták, amelyeket meg lehet termeszteni

Jelenleg a növényi gyárakhoz alkalmas növénytípusok nagyon korlátozottak, elsősorban a zöld leveles zöldségek, amelyek gyorsan növekednek, könnyen elfogadják a mesterséges fényforrásokat, és alacsony a lombkorona. A nagy léptékű ültetést nem lehet elvégezni a komplex ültetési követelményekhez (például olyan növények, amelyeket beporzni kell stb.).

3.2 Fejlesztési stratégia

Tekintettel a növénygyáripar problémáira, különféle szempontokból, például a technológiából és a működésből kell elvégezni a kutatást. A jelenlegi problémákra válaszul az ellenintézkedések a következők.

(1) Erősítse meg a növénygyárak intelligens technológiájának kutatását, és javítsa az intenzív és kifinomult menedzsment szintjét. Az intelligens menedzsment és ellenőrzési rendszer fejlesztése elősegíti a növényi gyárak intenzív és kifinomult kezelését, ami jelentősen csökkentheti a munkaerőköltségeket és megtakaríthatja a munkaerőt.

(2) Intenzív és hatékony növénygyár-műszaki berendezések fejlesztése az éves magas színvonalú és magas hozam elérése érdekében. A nagy hatékonyságú termesztési létesítmények és berendezések, az energiatakarékos világítási technológiák és berendezések stb. Fejlesztése a növényi gyárak intelligens szintjének javítása érdekében elősegíti az éves nagy hatékonyságú előállítás megvalósulását.

(3) A nagy hozzáadott értékű növények, például gyógynövények, egészségügyi üzemek és ritka zöldségek ipari termesztési technológiájának kutatásait növelik a növényi gyárakban termesztett növények típusai, kibővítik a profitcsatornákat, és javítják a nyereség kiindulási pontját -

(4) Végezzen kutatásokat a háztartási és kereskedelmi felhasználás növényi gyárakról, gazdagítja a növénygyárak típusait, és különféle funkciókkal érje el a folyamatos jövedelmezőséget.

4. A növénygyár fejlesztési trendje és kilátása

4.1 A technológiai fejlesztési trend

4.1.1 A teljes folyamat intellektualizációja

A termés-robot rendszer gépi művészetének fúziós és veszteségmegelőzési mechanizmusa, a nagysebességű rugalmas és nem roncsolás nélküli ültetési és betakarítási végső effektorok alapján elosztott többdimenziós tér pontos pozicionálása és multimodális multimachin együttműködési vezérlési módszerek, és a pilóta nélküli, hatékony és nem pusztító vetés a sokemeletes növényi gyárakban-intelligens robotokat és támogató berendezéseket, például ültetési betartási csomagolást kell létrehozni, így az egész folyamat pilóta nélküli működésének megvalósítása.

4.1.2 Tegye okosabbá a termelés ellenőrzését

A növények növekedésének és a fénysugárzás, a hőmérséklet, a páratartalom, a CO2-koncentráció, a tápanyag-oldat tápanyagkoncentrációjának és az EC-nek történő fejlődésének válaszmechanizmusának alapján a növény-környezet visszacsatolásának kvantitatív modelljét kell készíteni. Meg kell állítani egy stratégiai alapmodellt, hogy dinamikusan elemezzék a leveles növényi élettartamokat és a termelési környezet paramétereit. A környezet online dinamikus azonosítási diagnosztizálását és folyamatvezérlő rendszerét szintén meg kell határozni. Meg kell hozni egy multi-gépes együttműködési mesterséges intelligencia döntéshozatali rendszert a nagy volumenű vertikális mezőgazdasági gyár teljes termelési folyamatához.

4.1.3 Alacsony széntartalmú termelés és energiamegtakarítás

Olyan energiakezelő rendszer létrehozása, amely megújuló energiaforrásokat, például napenergiát és szélt használ az energiafelhasználás befejezése és az energiafogyasztás ellenőrzése érdekében, az optimális energiagazdálkodási célok elérése érdekében. A CO2 -kibocsátás rögzítése és újrafelhasználása a növénytermesztés elősegítése érdekében.

4.1.3 A prémium fajták magas értéke

Végrehajtható stratégiákat kell alkalmazni a különféle, nagy hozzáadott értékű fajták tenyésztésére, az ültetési kísérletekhez, a termesztési technológiai szakértők adatbázisának felépítéséhez, a termesztési technológiáról, a sűrűségválasztásról, a tarlómegállapodásról, a fajta és a berendezések adaptálhatóságáról, valamint a standard tenyésztési műszaki előírásokról.

4.2 Az ipari fejlesztési kilátások

A növénygyárak megszabadulhatnak az erőforrások és a környezet korlátozásaitól, megvalósíthatják a mezőgazdaság iparosodott termelését, és vonzhatják a munkaerő új generációját a mezőgazdasági termelésben való részvételhez. A kínai növénygyárak legfontosabb technológiai innovációja és iparosodása a világvezetővé válik. A LED -es fényforrás, a digitalizálás, az automatizálás és az intelligens technológiák gyorsított alkalmazásával a növényi gyárak területén a növénygyárak több tőkebefektetést, tehetséggyűjtést, valamint több új energia, új anyag és új berendezések felhasználását vonzza. Ilyen módon megvalósítható az információs technológia, valamint a létesítmények és felszerelések mélyreható integrációja, javítható az intelligens és pilóta nélküli létesítmények és berendezések szintje, a rendszerenergia-fogyasztás és a működési költségek folyamatos csökkentése a folyamatos innováció révén, valamint a fokozatos A speciális piacok termesztése, az intelligens növénygyárak az arany fejlődési periódusát fogják bevezetni.

A piackutatási jelentések szerint a 2020 -ban a globális vertikális gazdálkodási piac csak 2,9 milliárd dollár, és várhatóan 2025 -re a globális vertikális gazdálkodási piac mérete eléri a 30 milliárd dollárt. Összefoglalva: a növénygyárak széles körű alkalmazási kilátásokkal és fejlesztési helyekkel rendelkeznek.

Szerző: Zengchan Zhou, Weidong stb.

Idézési információk:A növénygyár -ipar fejlesztésének jelenlegi helyzete és kilátásai [J]. Mezőgazdasági mérnöki technológia, 2022, 42 (1): 18-23.Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li, et al.