Laburpena: Azken urteotan, nekazaritza-teknologia modernoaren etengabeko esplorazioarekin, landare-fabriken industria ere azkar garatu da. Artikulu honek landare-fabriken teknologiaren eta industriaren garapenaren status quo-a, dauden arazoak eta garapen-neurriak aurkezten ditu, eta etorkizunean landare-fabriken garapen-joera eta perspektiba aztertzen ditu.

1. Txinako eta atzerriko lantegietako teknologiaren garapenaren egungo egoera

1.1 Atzerriko teknologiaren garapenaren egoera

XXI. mendeaz geroztik, landare-fabriken ikerketak batez ere argi-eraginkortasuna hobetzean, hiru dimentsioko laborantza-sistemako ekipamendu anitzekoen sorreran eta kudeaketa eta kontrol adimendunaren ikerketan eta garapenean zentratu da. XXI. mendean, nekazaritzako LED argi-iturrien berrikuntzak aurrera egin du, LED energia aurrezteko argi-iturriak landare-fabriketan aplikatzeko laguntza tekniko garrantzitsua emanez. Japoniako Chiba Unibertsitateak hainbat berrikuntza egin ditu eraginkortasun handiko argi-iturrietan, energia aurrezteko ingurumen-kontrolean eta laborantza-tekniketan. Herbehereetako Wageningen Unibertsitateak labore-ingurunearen simulazioa eta optimizazio dinamikoaren teknologia erabiltzen ditu landare-fabriketarako ekipamendu-sistema adimendun bat garatzeko, eta horrek funtzionamendu-kostuak asko murrizten ditu eta lan-produktibitatea nabarmen hobetzen du.

Azken urteotan, landare-fabrikek pixkanaka ekoizpen-prozesuen erdi-automatizazioa lortu dute, ereitetik hasi eta plantulak haztea, transplantatzea eta uzta biltzea barne. Japonia, Herbehereak eta Estatu Batuak daude aitzindari, mekanizazio, automatizazio eta adimen maila altuarekin, eta nekazaritza bertikalaren eta langilerik gabeko funtzionamenduaren norabidean garatzen ari dira.

1.2 Teknologiaren garapenaren egoera Txinan

1.2.1 Landare-fabrikan argi artifizialetarako LED argi-iturri espezializatua eta energia aurrezteko aplikazio-teknologiako ekipamendua

Landare-fabriketan landare-espezie desberdinak ekoizteko LED argi-iturri gorri eta urdin bereziak bata bestearen atzetik garatu dira. Potentzia 30 eta 300 W artekoa da, eta irradiazio-argiaren intentsitatea 80 eta 500 μmol/(m2•s) artekoa da, eta horrek argi-intentsitatea eman dezake atalase-tarte egoki batekin, argi-kalitatearen parametroekin, energia-aurrezpen eraginkor bat lortzeko eta landareen hazkuntzaren eta argiztapenaren beharretara egokitzeko. Argi-iturriaren bero-xahutzearen kudeaketari dagokionez, argi-iturriaren haizagailuaren bero-xahutze aktiboaren diseinua sartu da, eta horrek argi-iturriaren argiaren gainbehera-tasa murrizten du eta argi-iturriaren bizitza bermatzen du. Horrez gain, LED argi-iturriaren beroa mantenugai-soluzioaren edo uraren zirkulazioaren bidez murrizteko metodo bat proposatzen da. Argi-iturriaren espazioaren kudeaketari dagokionez, landarearen tamainaren eboluzio-legearen arabera, kimu-fasean eta geroagoko fasean, LED argi-iturriaren espazio-mugimendu bertikalaren kudeaketaren bidez, landarearen adaburua distantzia laburrean argiztatu daiteke eta energia aurrezteko helburua lortzen da. Gaur egun, lantegiko argi artifizialaren iturriaren energia-kontsumoa lantegiaren funtzionamendu-energia-kontsumo osoaren % 50etik % 60ra bitartekoa izan daiteke. LEDek fluoreszentezko lanpekin alderatuta % 50eko energia aurreztu dezaketen arren, oraindik ere energia aurrezteko eta kontsumoa murrizteko ikerketa egiteko potentziala eta beharra dago.

1.2.2 Geruza anitzeko hiru dimentsioko laborantza teknologia eta ekipamendua

Hiru dimentsioko laborantza anitzeko geruza-tartea murrizten da LEDak fluoreszente-lanpara ordezkatzen duelako, eta horrek landare-laborantzaren hiru dimentsioko espazioaren erabilera-eraginkortasuna hobetzen du. Laborantza-ohearen beheko diseinuari buruzko ikerketa asko daude. Altxatutako marra hauek fluxu turbulentoa sortzeko diseinatuta daude, eta horrek landareen sustraiei mantenugaien disoluzioan mantenugaiak modu uniformean xurgatzen eta oxigeno disolbatuaren kontzentrazioa handitzen lagun diezaieke. Kolonizazio-taula erabiliz, bi kolonizazio-metodo daude, hau da, tamaina desberdinetako plastikozko kolonizazio-edalontziak edo belakiaren perimetroko kolonizazio-modua. Laborantza-ohe irristagarri bat agertu da, eta landaketa-taula eta gainean dauden landareak eskuz bultzatu daitezke mutur batetik bestera, laborantza-ohearen mutur batean landatzeko eta beste muturrean biltzeko ekoizpen-modua lortuz. Gaur egun, mantenugaien likido-filmaren teknologian eta likido-fluxu sakonaren teknologian oinarritutako hiru dimentsioko geruza anitzeko lurrik gabeko laborantza-teknologia eta ekipamendu ugari garatu dira, eta marrubiak substratuan lantzeko, hosto-barazkiak eta loreak aerosol bidez lantzeko teknologia eta ekipamendua sortu dira. Aipatutako teknologia azkar garatu da.

1.2.3 Mantenugai-soluzioen zirkulazio-teknologia eta ekipamendua

Mantenugai-soluzioa denbora batez erabili ondoren, ura eta elementu mineralak gehitu behar dira. Oro har, prestatutako mantenugai-soluzio berriaren kantitatea eta azido-base disoluzioaren kantitatea EC eta pH neurtuz zehazten dira. Mantenugai-soluzioan dauden sedimentu-partikula handiak edo sustraien exfoliazioa iragazki baten bidez kendu behar dira. Mantenugai-soluzioan dauden sustraien exudatuak metodo fotokatalitikoen bidez kendu daitezke hidroponian etengabeko uzta-oztopoak saihesteko, baina badaude arrisku batzuk mantenugaien eskuragarritasunean.

1.2.4 Ingurumen-kontrolerako teknologia eta ekipamendua

Produkzio-espazioko airearen garbitasuna lantegiko airearen kalitatearen adierazle garrantzitsuenetako bat da. Lantegiko ekoizpen-espazioko airearen garbitasuna (partikula esekituen eta bakterio finkatuen adierazleak) baldintza dinamikoetan 100.000tik gorako mailara kontrolatu behar da. Materialen desinfekzio-sarrera, langileen aire-dutxa tratamendua eta aire freskoaren zirkulazioko aire-arazketa sistema (aire-iragazketa sistema) oinarrizko babes-neurriak dira. Produkzio-espazioko airearen tenperatura eta hezetasuna, CO2 kontzentrazioa eta aire-fluxuaren abiadura airearen kalitatearen kontrolaren beste eduki garrantzitsu batzuk dira. Txostenen arabera, aire-nahasketa-kutxak, aire-hodiak, aire-sarrerak eta aire-irteerak bezalako ekipamenduak ezartzeak ekoizpen-espazioko tenperatura eta hezetasuna, CO2 kontzentrazioa eta aire-fluxuaren abiadura modu uniformean kontrola ditzake, espazio-uniformitate handia lortzeko eta landarearen beharrak kokapen espazial desberdinetan asetzeko. Tenperatura, hezetasun eta CO2 kontzentrazioaren kontrol-sistema eta aire freskoaren sistema organikoki integratuta daude zirkulazio-airearen sisteman. Hiru sistemek aire-hodia, aire-sarrera eta aire-irteera partekatu behar dituzte, eta haizagailuaren bidez energia eman behar dute aire-fluxuaren zirkulazioa, iragazketa eta desinfekzioa lortzeko, eta airearen kalitatearen eguneratzea eta uniformetasuna lortzeko. Landare-fabrikan landare-ekoizpena izurrite eta gaixotasunetatik libre dagoela ziurtatzen du, eta ez dela pestizidarik aplikatu behar. Aldi berean, landareen hazkuntza-beharrak asetzeko, adaburuko hazkuntza-inguruneko elementuen tenperaturaren, hezetasunaren, aire-fluxuaren eta CO2 kontzentrazioaren uniformetasuna bermatzen da.

2. Landare-fabrika industriaren garapen-egoera

2.1 Atzerriko landare-fabrika industriaren egoera

Japonian, argi artifizialeko landare-lantegien ikerketa, garapena eta industrializazioa nahiko azkarrak dira, eta maila gorenean daude. 2010ean, Japoniako gobernuak 50.000 milioi yen abiarazi zituen teknologiaren ikerketa eta garapena eta industria-erakustaldia laguntzeko. Zortzi erakundek parte hartu zuten, besteak beste, Chiba Unibertsitatea eta Japan Plant Factory Research Association. Japan Future Company-k egunean 3.000 landare ekoizten zituen landare-lantegi baten lehen industrializazio-erakustaldi proiektua egin eta kudeatu zuen. 2012an, landare-lantegiaren ekoizpen-kostua 700 yen/kg izan zen. 2014an, Miyagi prefekturan zegoen Taga gazteluko ​​fabrika-lantegi modernoa amaitu zen, munduko lehen LED landare-lantegi bihurtuz, egunean 10.000 landare ekoizten zituena. 2016az geroztik, LED landare-lantegiak Japonian industrializazioaren bide azkarrean sartu dira, eta errentagarritasuna lortzen duten edo errentagarriak diren enpresak bata bestearen atzetik sortu dira. 2018an, eguneko 50.000 eta 100.000 landare arteko ekoizpen-ahalmena zuten eskala handiko landare-fabrikak bata bestearen atzetik agertu ziren, eta mundu osoko landare-fabrikak eskala handiko, profesional eta adimentsuko garapenerantz garatzen ari ziren. Aldi berean, Tokyo Electric Power, Okinawa Electric Power eta beste arlo batzuek landare-fabriketan inbertitzen hasi ziren. 2020an, Japoniako landare-fabrikek ekoitzitako letxugaren merkatu-kuota letxuga-merkatu osoaren % 10 inguru izango da. Gaur egun martxan dauden 250 argi artifizial motako landare-fabriken artean, % 20 galerak sortzen dituzten fasean daude, % 50 berdinketa-mailan eta % 30 errentagarritasun-fasean, letxuga, belarrak eta plantulak bezalako landare-espezie landuak inplikatuz.

Herbehereak benetako munduko liderra da eguzki-argiaren eta argi artifizialaren aplikazio konbinatuaren teknologian landare-fabriketarako, mekanizazio, automatizazio, adimen eta langile gutxirekin, eta orain teknologia eta ekipamendu multzo osoa esportatu du produktu sendo gisa Ekialde Hurbilera, Afrikara, Txinara eta beste herrialde batzuetara. American AeroFarms baserria Newark-en dago, New Jersey-n, AEBn, 6500 m2-ko azalerarekin. Batez ere barazkiak eta espeziak hazten ditu, eta ekoizpena 900 tona/urte ingurukoa da.

Nekazaritza bertikala AeroFarms-en

Plenty Company-ren Estatu Batuetako landare-lantegi bertikalak LED argiztapena eta 6 metroko altuerako landaketa-marko bertikala erabiltzen ditu. Landareak loreontzien alboetatik hazten dira. Grabitatearen bidezko ureztatzean oinarritzen denez, landaketa-metodo honek ez du ponpa gehigarririk behar eta ohiko nekazaritza baino ur-eraginkorragoa da. Plentyk dioenez, bere baserriak ohiko baserri batek baino 350 aldiz gehiago ekoizten du, uraren % 1 bakarrik erabiliz.

Nekazaritza bertikaleko landareen fabrika, Plenty Company

2.2 Txinako landare-fabrika industriaren egoera

2009an, Txinan kontrol adimendunaren muina zuen lehen ekoizpen planta eraiki eta martxan jarri zen Changchun Nekazaritza Erakusketa Parkean. Eraikinaren azalera 200 m2-koa da, eta landare fabrikaren tenperatura, hezetasuna, argia, CO2 eta mantenugai soluzioaren kontzentrazioa bezalako ingurumen faktoreak automatikoki kontrolatu daitezke denbora errealean kudeaketa adimenduna lortzeko.

2010ean, Tongzhou Landare Fabrika eraiki zen Pekinen. Egitura nagusiak altzairu arinen geruza bakarreko egitura bat erabiltzen du, 1289 m2-ko eraikuntza-azalera osoarekin. Hegazkin-ontzi baten forma du, Txinako nekazaritzak nekazaritza modernoaren teknologia aurreratuenera iristeko gidaritza hartzen duela sinbolizatzen duena. Hosto-barazki ekoizpenaren zenbait eragiketatarako ekipamendu automatikoa garatu da, eta horrek landare-fabrikaren ekoizpen-automatizazio maila eta ekoizpen-eraginkortasuna hobetu ditu. Landare-fabrikak lurzoruko bero-ponpa sistema bat eta eguzki-energia sortzeko sistema bat erabiltzen ditu, eta horrek landare-fabrikaren funtzionamendu-kostu handien arazoa hobeto konpontzen du.

Tongzhou Landare Fabrikaren barruko eta kanpoko ikuspegia

2013an, nekazaritza-teknologiako enpresa asko sortu ziren Shaanxi probintzian, Yangling Nekazaritza Goi-teknologiako Erakustaldi Eremuan. Eraikitzen eta martxan dauden landare-fabrika proiektu gehienak nekazaritza goi-teknologiako erakustaldi parkeetan daude, eta hauek, batez ere, zientzia erakustaldi dibulgatiboetarako eta aisialdiko turismo-ikuskizunetarako erabiltzen dira. Beren funtzionaltasun-mugak direla eta, zaila da zientzia landare-fabrika dibulgatibo hauek industrializazioak eskatzen duen errendimendu eta eraginkortasun handia lortzea, eta zaila izango da etorkizunean industrializazioaren forma nagusi bihurtzea.

2015ean, Txinako LED txiparen fabrikatzaile garrantzitsu batek Txinako Zientzien Akademiako Botanika Institutuarekin lankidetzan aritu zen landare-fabrika enpresa bat sortzea elkarrekin hasteko. Optoelektronika industriatik "fotobiologiko" industriara igaro da, eta aurrekari bihurtu da Txinako LED fabrikatzaileek industrializazioan landare-fabriken eraikuntzan inbertitzeko. Bere Landare Fabrika fotobiologia emergentean inbertsio industriala egiteko konpromisoa hartu du, ikerketa zientifikoa, ekoizpena, erakustaldia, inkubazioa eta beste funtzio batzuk integratzen dituena, 100 milioi yuaneko kapital erregistratuarekin. 2016ko ekainean, 3.000 m2-ko azalera eta 10.000 m2 baino gehiagoko laborantza-eremua dituen 3 solairuko eraikin bat duen Landare Fabrika hau amaitu eta martxan jarri zen. 2017ko maiatzerako, eguneko ekoizpen-eskala 1.500 kg hosto-barazki izango da, eguneko 15.000 letxuga landareren baliokidea.

Enpresa honen ikuspuntuak

3. Landare-lantegien garapenak dituen arazoak eta neurriak

3.1 Arazoak

3.1.1 Eraikuntza-kostu handia

Landare-lantegiek ingurune itxi batean ekoiztu behar dituzte laboreak. Hori dela eta, beharrezkoa da laguntza-proiektuak eta ekipamenduak eraikitzea, besteak beste, kanpoko mantentze-egiturak, aire girotuko sistemak, argi artifizialaren iturriak, geruza anitzeko laborantza-sistemak, mantenugai-soluzioen zirkulazioa eta ordenagailu bidezko kontrol-sistemak. Eraikuntza-kostua nahiko altua da.

3.1.2 Funtzionamendu-kostu handia

Landare-fabrikek behar dituzten argi-iturri gehienak LED argietatik datoz, eta hauek elektrizitate asko kontsumitzen dute, eta, aldi berean, labore desberdinen hazkuntzarako espektro egokiak eskaintzen dituzte. Landare-fabriken ekoizpen-prozesuan dauden aire girotuak, aireztapenak eta ur-ponpak bezalako ekipoek ere elektrizitatea kontsumitzen dute, beraz, elektrizitate-fakturak gastu handia dira. Estatistiken arabera, landare-fabriken ekoizpen-kostuen artean, elektrizitate-kostuak % 29 dira, lan-kostuak % 26, aktibo finkoen amortizazioa % 23, ontziratzeak eta garraioak % 12 eta ekoizpen-materialak % 10.

Landare-fabrikaren ekoizpen-kostuen banaketa

3.1.3 Automatizazio maila baxua

Gaur egun aplikatzen den landare-fabrikak automatizazio-maila baxua du, eta plantulak, transplantea, landaketa eta uzta bezalako prozesuek oraindik eskuzko eragiketak behar dituzte, eta horrek lan-kostu handiak dakartza.

3.1.4 Landatu daitezkeen laboreen barietate mugatuak

Gaur egun, landare-fabriketarako egokiak diren labore motak oso mugatuak dira, batez ere azkar hazten diren, argi-iturri artifizialak erraz onartzen dituzten eta adaburu baxua duten hosto berdeko barazkiak. Eskala handiko landaketa ezin da egin landaketa-behar konplexuetarako (polinizatu behar diren laboreak, etab.).

3.2 Garapen Estrategia

Landare-fabriken industriak dituen arazoak ikusita, beharrezkoa da ikerketa egitea hainbat alderditatik, hala nola teknologiatik eta funtzionamendutik. Gaur egungo arazoei erantzuteko, honako neurriak hauek dira.

(1) Landare-lantegien teknologia adimendunari buruzko ikerketa indartu eta kudeaketa intentsibo eta finduaren maila hobetu. Kudeaketa eta kontrol sistema adimendun bat garatzeak lantegien kudeaketa intentsibo eta findua lortzen laguntzen du, eta horrek lan-kostuak asko murriztu eta lan-aurreztu ditzake.

(2) Urtero kalitate eta etekin handia lortzeko landare-fabriken ekipamendu tekniko intentsibo eta eraginkorra garatzea. Landare-fabriken maila adimenduna hobetzeko, eraginkortasun handiko laborantza-instalazioak eta ekipamenduak, energia aurrezteko argiztapen-teknologia eta -ekipoak garatzea lagungarria da urteko ekoizpen eraginkor bat lortzeko.

(3) Balio erantsi handiko landareen, hala nola sendabelarren, osasun-landareen eta barazki arraroen, industria-hazkuntza teknologiari buruzko ikerketak egitea, landare-fabriketan landatzen diren labore motak handitzea, irabazi-bideak zabaltzea eta irabazien abiapuntua hobetzea.

(4) Etxeko eta merkataritzako erabilerarako landare-fabrikei buruzko ikerketak egitea, landare-fabriken motak aberastea eta etengabeko errentagarritasuna lortzea hainbat funtziorekin.

4. Landare-fabrikaren garapen-joera eta etorkizuna

4.1 Teknologiaren garapenaren joera

4.1.1 Prozesu osoko intelektualizazioa

Laborantza-robot sistemaren makina-artearen fusio eta galerak prebenitzeko mekanismoan oinarrituta, landaketa eta uzta biltzeko abiadura handiko efektore malgu eta ez-suntsitzaileak, kokapen zehatz banatua espazioan dimentsio anitzekoa eta makina anitzeko kontrol kolaboratibo multimodala, eta ereiteko tresnarik gabeko, eraginkorra eta ez-suntsitzailea eraikin altuetako lantegietan. Robot adimendunak eta laguntza-ekipoak sortu beharko lirateke, hala nola landaketa-uzta-ontziratzea, horrela prozesu osoaren funtzionamendurik gabekoa gauzatzeko.

4.1.2 Ekoizpen-kontrola adimentsuagoa egin

Argi-erradiazioari, tenperaturari, hezetasunari, CO2 kontzentrazioari, mantenugai-soluzioaren mantenugai-kontzentrazioari eta EC-ri laboreen hazkuntza eta garapenaren erantzun-mekanismoan oinarrituta, laborearen eta ingurunearen arteko feedback-aren eredu kuantitatibo bat eraiki beharko litzateke. Hosto-barazkien bizitzaren informazioa eta ekoizpen-ingurunearen parametroak dinamikoki aztertzeko oinarrizko eredu estrategiko bat ezarri beharko litzateke. Ingurunearen identifikazio dinamikoaren diagnostiko eta prozesuen kontrol sistema online bat ere ezarri beharko litzateke. Bolumen handiko nekazaritza-fabrika bertikal baten ekoizpen-prozesu osoarentzako adimen artifizialeko erabakiak hartzeko sistema kolaboratibo bat sortu beharko litzateke, makina anitzekoa.

4.1.3 Karbono gutxiko ekoizpena eta energia aurreztea

Energia-kudeaketa sistema bat ezartzea, energia-transmisioa osatzeko eguzki-energia eta haize-energia bezalako energia-iturri berriztagarriak erabiltzen dituena, eta energia-kontsumoa kontrolatzea energia-kudeaketa helburu optimoak lortzeko. CO2 isuriak harrapatzea eta berrerabiltzea laboreen ekoizpena laguntzeko.

4.1.3 Barietate premium-en balio handia

Balio erantsi handiko barietate desberdinak landatzeko esperimentuetarako estrategia bideragarriak hartu beharko lirateke, laborantza-teknologiako adituen datu-base bat eraiki, laborantza-teknologiari, dentsitate-hautaketari, lasto-antolamenduari, barietateen eta ekipamenduen egokitzapenari buruzko ikerketak egin eta laborantza-zehaztapen tekniko estandarrak eratu.

4.2 Industriaren garapenaren etorkizuna

Landare-fabrikek baliabideen eta ingurumenaren mugak kendu ditzakete, nekazaritzaren ekoizpen industrializatua gauzatu eta langile belaunaldi berria erakarri nekazaritza-ekoizpenean aritzeko. Txinako landare-fabriken berrikuntza teknologiko eta industrializazio gakoa munduko lider bihurtzen ari da. LED argi-iturriaren, digitalizazioaren, automatizazioaren eta landare-fabriken arloan teknologia adimendunen aplikazio bizkortuarekin, landare-fabrikek kapital-inbertsio gehiago erakarriko dituzte, talentua bilduko dute eta energia berri, material berri eta ekipamendu berri gehiago erabiliko dituzte. Horrela, informazio-teknologiaren eta instalazioen eta ekipamenduen integrazio sakona lortu ahal izango da, instalazioen eta ekipamenduen maila adimenduna eta tripulatu gabea hobetu ahal izango da, sistemaren energia-kontsumoa eta funtzionamendu-kostuak etengabe murrizten dira etengabeko berrikuntzaren bidez, eta merkatu espezializatuak pixkanaka lantzen dira, landare-fabrika adimendunek garapen-aldi urrezkoa ekarriko dute.

Merkatu-ikerketa txostenen arabera, 2020an nekazaritza bertikalaren merkatu globalaren tamaina 2.900 milioi dolar estatubatuarra baino ez da, eta 2025erako nekazaritza bertikalaren merkatu globalaren tamaina 30.000 milioi dolar estatubatuarretara iritsiko dela espero da. Laburbilduz, landare-fabrikek aplikazio-aukera zabalak eta garapen-espazioa dituzte.

Egilea: Zengchan Zhou, Weidong, etab

Aipamenaren informazioa:Landare-fabrika industriaren garapenaren egungo egoera eta etorkizuna [J]. Nekazaritza Ingeniaritza Teknologia, 2022, 42(1): 18-23.Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li, etab.