Laburpena: Azken urteotan, nekazaritza teknologia modernoaren etengabeko esplorazioarekin, landare-fabriken industria ere azkar garatu da. Artikulu honek landare-fabriken teknologiaren eta industria-garapenaren egoera, dauden arazoak eta garapen-kontrako neurriak aurkezten ditu, eta etorkizuneko landare-fabriken garapen-joera eta etorkizuna espero du.

1. Txinako eta atzerriko lantegietako teknologien garapenaren egungo egoera

1.1 Atzerriko teknologiaren garapenaren egoera

21. mendeaz geroztik, landare-fabriken ikerketak argiaren eraginkortasunaren hobekuntzan, geruza anitzeko hiru dimentsioko laborantza-sistemako ekipamenduan eta kudeaketa eta kontrol adimendunaren ikerketan eta garapenean zentratu dira. XXI.mendean, nekazaritzako LED argi-iturrien berrikuntzak aurrera egin du, laguntza tekniko garrantzitsua eskainiz landare-fabriketan energia aurrezteko LED argi iturriak aplikatzeko. Japoniako Chiba Unibertsitateak hainbat berrikuntza egin ditu eraginkortasun handiko argi iturrietan, energia aurrezteko ingurumen-kontrolean eta laborantza tekniketan. Herbehereetako Wageningen Unibertsitateak laborantza-ingurunearen simulazioa eta optimizazio dinamikoko teknologia erabiltzen ditu landare-fabriketarako ekipamendu sistema adimendun bat garatzeko, eta horrek asko murrizten ditu ustiapen-kostuak eta lanaren produktibitatea nabarmen hobetzen du.

Azken urteotan, landare-fabrikak pixkanaka-pixkanaka ekoizpen-prozesuen erdi-automatizazioaz jabetu dira erein, plantulak hazten, transplantea eta uzta. Japonia, Herbehereak eta Estatu Batuak dira abangoardian, mekanizazio, automatizazio eta adimen maila altuarekin, eta nekazaritza bertikalaren eta tripulaziorik gabeko operazioaren norabidean garatzen ari dira.

1.2 Teknologiaren garapenaren egoera Txinan

1.2.1 Specializd LED argi-iturria eta energia aurrezteko aplikazio-teknologia ekipoak landare-fabrikan argi artifiziala lortzeko

Landare-fabriketan hainbat landare-espezie ekoizteko LED argi-iturri gorri eta urdin bereziak bata bestearen atzetik garatu dira. Potentzia 30 eta 300 W bitartekoa da, eta irradiazio argiaren intentsitatea 80 eta 500 μmol/(m2•s) da, eta horrek argi intentsitatea eman dezake atalase-tarte egoki batekin, argiaren kalitate-parametroak, eraginkortasun handiko efektua lortzeko. energia aurreztea eta landareen hazkuntza eta argiztapen beharretara egokitzea. Argi-iturriaren beroa xahutzearen kudeaketari dagokionez, argi-iturriaren haizagailuaren bero xahutze aktiboaren diseinua sartu da, eta horrek argi-iturriaren desintegrazio-tasa murrizten du eta argi-iturriaren bizitza bermatzen du. Horrez gain, nutriente-soluzioaren edo uraren zirkulazioaren bidez LED argi iturriaren beroa murrizteko metodo bat proposatzen da. Argi iturriaren espazioaren kudeaketari dagokionez, landarearen tamainaren bilakaeraren legearen arabera, plantulen fasean eta geroago, LED argi iturriaren espazio bertikalaren mugimenduaren kudeaketaren bidez, landareen potoa distantzia hurbiletik argiztatu daiteke eta energia aurrezteko helburua da. lortua. Gaur egun, argi artifizialeko landare-fabrikako argi-iturriaren energia-kontsumoa landare-fabrikaren ustiapen-energia-kontsumo osoaren% 50 eta% 60 izan daiteke. LED-ak lanpara fluoreszenteekin alderatuta %50eko energia aurreztu dezakeen arren, oraindik badago energia aurrezteko eta kontsumoaren murrizketari buruzko ikerketak egiteko aukera eta beharra.

1.2.2 Geruza anitzeko hiru dimentsioko laborantza teknologia eta ekipoak

Geruza anitzeko hiru dimentsioko laborantza geruzaren hutsunea murrizten da LEDak lanpara fluoreszentea ordezkatzen duelako, eta horrek landareen laborantzaren hiru dimentsioko espazioaren erabilera eraginkorra hobetzen du. Laborantza ohearen beheko diseinuari buruzko ikerketa asko daude. Altxatutako marrak fluxu nahasia sortzeko diseinatuta daude, landareen sustraiek nutriente-soluzioko mantenugaiak uniformeki xurgatzen eta disolbatutako oxigenoaren kontzentrazioa handitzen lagun dezakete. Kolonizazio-taula erabiliz, bi kolonizazio-metodo daude, hau da, tamaina ezberdinetako plastikozko kolonizazio edalontziak edo belaki perimetroko kolonizazio-modua. Laborantza-ohe-sistema irristakor bat agertu da, eta landaketa-ohola eta bertan dauden landareak eskuz bultza daitezke mutur batetik bestera, laborantza-ohearen mutur batean landatzeko eta beste muturrean uzta egiteko ekoizpen-modua konturatuz. Gaur egun, hiru dimentsioko geruza anitzeko lurzorurik gabeko hazkuntza-teknologia eta nutriente-likido-filmaren teknologian eta likido-fluxu sakoneko teknologian oinarritutako ekipamendu eta ekipamenduak garatu dira, eta marrubiak substratu-hazkuntzarako, barazki eta lore hostotsuen aerosolen laborantzarako teknologia eta ekipamendua. sortu dira. Aipatutako teknologia azkar garatu da.

1.2.3 Nutriente-disoluzioaren zirkulazio-teknologia eta ekipamendua

Mantenugai-soluzioa denbora tarte batez erabili ondoren, beharrezkoa da ura eta elementu mineralak gehitu. Orokorrean, prestatu berri den nutriente-disoluzioaren eta azido-basearen disoluzioaren kantitatea EC eta pH-a neurtuz zehazten dira. Elikagai-soluzioan sedimentu edo erro-esfoliazio-partikula handiak iragazki baten bidez kendu behar dira. Nutriente-soluzioko sustrai-exudatuak metodo fotokatalitikoen bidez ken daitezke hidroponian laborantza etengabeko oztopoak ekiditeko, baina elikagaien erabilgarritasunean zenbait arrisku daude.

1.2.4 Ingurumena kontrolatzeko teknologia eta ekipoak

Ekoizpen-espazioaren airearen garbitasuna landare-fabrikaren airearen kalitatearen adierazle garrantzitsuetako bat da. Baldintza dinamikoetan, landare-fabrikaren ekoizpen-espazioan airearen garbitasuna (esekitako partikulen eta finkatutako bakterioen adierazleak) 100.000-tik gorako mailara kontrolatu behar da. Materialen desinfekzio sarrera, sarrerako langileen aire-dutxa tratamendua eta aire freskoa zirkulatzeko airea arazteko sistema (airea iragazteko sistema) oinarrizko babesak dira. Tenperatura eta hezetasuna, CO2 kontzentrazioa eta aire-fluxuaren abiadura ekoizpen-espazioan airearen kalitatearen kontrolaren beste eduki garrantzitsu bat dira. Txostenen arabera, aire nahasteko kutxak, aire-hodiak, aire-sarrerak eta aire-irteerak bezalako ekipamenduak ezartzeak tenperatura eta hezetasuna, CO2 kontzentrazioa eta aire-fluxuaren abiadura uniformeki kontrola ditzake produkzio-espazioan, uniformetasun espazial handia lortzeko eta landareen beharrak asetzeko. kokapen espazial ezberdinetan. Tenperatura, hezetasuna eta CO2 kontzentrazioa kontrolatzeko sistema eta aire freskoaren sistema organikoki integratuta daude zirkulazio-sisteman. Hiru sistemek aire-hodia, aire-sarrera eta aire-irteera partekatu behar dituzte, eta haizagailuaren bidez potentzia eman behar dute aire-fluxuaren, iragazketa- eta desinfekzio-zirkulazioa eta airearen kalitatearen eguneratzea eta uniformetasuna konturatzeko. Landare fabrikako landare-ekoizpena izurriterik eta gaixotasunik gabe dagoela ziurtatzen du, eta ez da pestizidarik aplikatu behar. Aldi berean, tenperatura, hezetasuna, aire-fluxua eta CO2 kontzentrazioan hazteko inguruneko elementuen uniformetasuna bermatzen da landareen hazkuntzaren beharrak asetzeko.

2. Landare Fabrikaren Industriaren Garapen Egoera

2.1 Atzerriko landare-fabriken industriaren egoera

Japonian, argi artifizialeko landareen lantegien ikerketa eta garapena eta industrializazioa nahiko azkarrak dira, eta lider mailan daude. 2010ean, Japoniako gobernuak 50.000 milioi yen jarri zituen abian teknologiaren ikerketa eta garapena eta industria erakustaldia laguntzeko. Zortzi erakundek parte hartu zuten, besteak beste, Chiba Unibertsitateak eta Japoniako Landareen Fabrikaren Ikerketa Elkarteak. Japan Future Company-k egunero 3.000 plantako produkzioa zuen landare-fabrika baten industrializazio-erakusketa-proiektua egin eta martxan jarri zuen. 2012an, landare-fabrikaren ekoizpen kostua 700 yen/kg izan zen. 2014an, Taga gazteluan, Miyagi Prefekturan, fabrikako lantegi modernoa amaitu zen, eta munduko lehen LED landare fabrika bihurtu zen egunero 10.000 landarerekin. 2016az geroztik, LED landareen fabrikak industrializazio bide azkarrean sartu dira Japonian, eta etekina edo enpresa errentagarriak bata bestearen atzetik sortu dira. 2018an, 50.000 eta 100.000 landare egunero ekoizteko ahalmena zuten eskala handiko landare-fabrikak bata bestearen atzetik agertu ziren, eta mundu mailako landare-fabrikak garapen handia, profesional eta adimentsurantz garatzen ari ziren. Aldi berean, Tokyo Electric Power, Okinawa Electric Power eta beste eremu batzuk landare-fabriketan inbertitzen hasi ziren. 2020an, Japoniako landare-fabrikek ekoitzitako letxugaren merkatu-kuota letxugaren merkatu osoaren %10 inguru izango da. Gaur egun martxan dauden argi artifizialeko 250 landare-fabrika baino gehiagoren artean, % 20 galera-fasean daude, % 50 etenaldi-mailan daude eta % 30 fase errentagarrian daude, landutako landare-espezieekin, esaterako. letxugak, belarrak eta plantulak.

Herbehereak munduko benetako liderra da eguzki-argiaren eta argi artifizialaren aplikazio-teknologien eremuan landare-fabrikarako, mekanizazio, automatizazio, adimen eta tripulaziorik gabeko maila altuarekin, eta gaur egun teknologia eta ekipamendu multzo oso indartsua esportatu du. produktuak Ekialde Hurbilera, Afrikara, Txinara eta beste herrialde batzuetara. American AeroFarms baserria Newarken (New Jersey, AEB) dago, 6500 m2-ko azalerarekin. Batez ere barazkiak eta espeziak hazten ditu, eta 900 t/urte inguruko ekoizpena da.

Nekazaritza bertikala AeroFarms-en

Estatu Batuetako Plenty Company-ko nekazaritza-lantegi bertikalak LED argiztapena eta 6 m-ko altuera duen landaketa marko bertikala hartzen ditu. Landareak landareen alboetatik hazten dira. Grabitatezko ureztatzean oinarrituz, landatzeko metodo honek ez du ponpa gehigarririk behar eta ohiko nekazaritza baino ur eraginkorragoa da. Askok dio bere etxaldeak ohiko etxalde baten ekoizpena 350 aldiz handiagoa duela, uraren %1 soilik erabiltzen duen bitartean.

Nekazaritza-lantegi bertikaleko fabrika, Plenty Company

2.2 Egoera landare fabrikako industria Txinan

2009an, kontrol adimenduna zuen Txinako lehen produkzio-lantegiko fabrika, muina bezala eraiki eta martxan jarri zen Changchun Nekazaritzako Expo Parkean. Eraikinaren azalera 200 m2-koa da, eta landare-fabrikaren tenperatura, hezetasuna, argia, CO2 eta mantenugaien soluzio-kontzentrazioa bezalako ingurumen-faktoreak automatikoki kontrolatu daitezke denbora errealean kudeaketa adimenduna gauzatzeko.

2010ean, Tongzhou Plant Factory eraiki zen Pekinen. Egitura nagusiak geruza bakarreko altzairuzko egitura arina hartzen du, guztira 1289 m2-ko eraikuntza-eremuarekin. Hegazkin-ontzi baten itxura du, eta Txinako nekazaritza sinbolizatzen du nekazaritza modernoaren teknologiarik aurreratuenera itsasoratzeko lidergoa hartuta. Barazki hostotsuak ekoizteko eragiketa batzuetarako ekipamendu automatikoa garatu da, eta horrek ekoizpen-automatizazio-maila eta lantegiaren ekoizpen-eraginkortasuna hobetu ditu. Landare-fabrikak lur-iturburuko bero-ponpa sistema eta eguzki-energia sortzeko sistema hartzen ditu, eta horrek hobeto konpontzen du lantegiko lantegiko kostu handien arazoa.

Tongzhou Landare Fabrikaren barruko eta kanpoko ikuspegia

2013an, nekazaritza teknologiako enpresa asko Yangling Agricultural High-tech Demonstration Zonen sortu ziren, Shaanxi probintzian. Eraikitzen eta funtzionatzen ari diren lantegi-fabriken proiektu gehienak nekazaritzako goi-teknologiako erakustaldi-parkeetan kokatzen dira, gehienbat zientzia dibulgazioko erakustaldietarako eta aisialdirako bisitak egiteko erabiltzen direnak. Haien muga funtzionalak direla eta, zaila da zientzia dibulgatzaileko lantegi-fabrika hauentzat industrializazioak eskatzen duen etekin handia eta eraginkortasun handia lortzea, eta zaila izango da etorkizunean industrializazio-forma nagusi bihurtzea.

2015ean, Txinako LED txip fabrikatzaile garrantzitsu batek Txinako Zientzien Akademiako Botanika Institutuarekin lankidetzan aritu zen landare-fabrika-enpresa bat sortzeko. Industria optoelektronikotik industria “fotobiologikora” igaro da, eta Txinako LED fabrikatzaileek industrializazioko lantegien eraikuntzan inbertitzeko aurrekari bihurtu da. Bere Landare Fabrikak inbertsio industriala egiteko konpromisoa hartu du sortzen ari diren fotobiologian, ikerketa zientifikoa, ekoizpena, demostrazioa, inkubazioa eta beste funtzio batzuk integratzen dituena, 100 milioi yuaneko kapital sozialarekin. 2016ko ekainean, 3.000 m2-ko azalera eta 10.000 m2 baino gehiagoko laborantza-eremua dituen 3 solairuko eraikina duen Landare Fabrika hau amaitu eta martxan jarri zen. 2017ko maiatzean, eguneroko ekoizpen eskala 1.500 kg hosto-barazki izango da, eguneko 15.000 letxuga landareren baliokidea.

Enpresa honen ikuspegiak

3. Landare-fabriken garapenari aurre egiteko arazoak eta kontraneurriak

3.1 Arazoak

3.1.1 Eraikuntza kostu handia

Landare-fabrikek uztak ingurune itxi batean ekoitzi behar dituzte. Hori dela eta, beharrezkoa da laguntza-proiektuak eta ekipamenduak eraikitzea, besteak beste, kanpoko mantentze-egiturak, klimatizazio-sistemak, argi-iturri artifiziala, geruza anitzeko laborantza-sistemak, mantenugai-soluzioen zirkulazioa eta ordenagailuen kontrol-sistemak. Eraikuntza kostua nahiko altua da.

3.1.2 Eragiketa kostu handia

Landare-fabrikek behar dituzten argi-iturri gehienak LED argietatik datoz, elektrizitate asko kontsumitzen duten bitartean labore desberdinen hazkuntzarako dagozkion espektroak ematen dituzten bitartean. Landare-fabriken ekoizpen-prozesuan aire girotua, aireztapena eta ur-ponpak bezalako ekipoek ere elektrizitatea kontsumitzen dute, beraz, elektrizitate-fakturak gastu handia dira. Estatistiken arabera, landare-fabriken ekoizpen-kostuen artean, elektrizitatearen kostuak %29 dira, lan-kostuak %26, ibilgetuaren amortizazioak %23, ontziratzeak eta garraioak %12 eta ekoizpen-materialak %10.

Lantegiko fabrikaren ekoizpen kostuaren banaketa

3.1.3 Automatizazio maila baxua

Gaur egun aplikatzen den landare-fabrikak automatizazio-maila baxua du, eta haziak, transplanteak, soro-landaketak eta uztak bezalako prozesuek eskuzko eragiketak behar dituzte oraindik, eta ondorioz, lan kostu handiak eragiten dituzte.

3.1.4 Landu daitezkeen labore-barietate mugatuak

Gaur egun, landare-fabriketarako egokiak diren labore-motak oso mugatuak dira, batez ere hosto berdeko barazkiak, azkar hazten direnak, argi-iturri artifizialak erraz onartzen dituztenak eta kupel txikia dutenak. Eskala handiko landaketa ezin da egin landaketa-baldintza konplexuetarako (esaterako, polinizatu behar diren laboreak, etab.).

3.2 Garapen Estrategia

Landare-fabriken industriak jasaten dituen arazoak ikusita, beharrezkoa da hainbat alderditatik ikerketa egitea, hala nola teknologia eta funtzionamendua. Egungo arazoei erantzunez, kontraneurriak hauek dira.

(1) Landare-fabriken teknologia adimendunaren inguruko ikerketa indartzea eta kudeaketa intentsibo eta finduaren maila hobetzea. Kudeaketa eta kontrol sistema adimendun baten garapenak lantegien fabriken kudeaketa intentsiboa eta findua lortzen laguntzen du, eta horrek lan kostuak asko murrizten ditu eta eskulana aurrezten du.

(2) Lantegiko fabrikako ekipamendu tekniko intentsibo eta eraginkorrak garatzea urteko kalitate handiko eta etekin handia lortzeko. Eraginkortasun handiko laborantza-instalazioak eta ekipamenduak, energia aurrezteko argiztapen-teknologia eta ekipoak, etab., landare-fabriken maila adimenduna hobetzeko, urteko eraginkortasun handiko ekoizpena gauzatzeko lagungarria da.

(3) Balio erantsi handiko landareetarako hazkuntza industrialaren teknologiari buruzko ikerketak egitea, hala nola sendabelarrak, osasun-landareak eta barazki arraroak, landare-fabriketan lantzen diren labore motak handitu, irabazi-kanalak zabaldu eta irabazien abiapuntua hobetu. .

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

4. Landare Fabrikaren Garapen Joera eta Aurreikuspena

4.1 Teknologiaren garapenaren joera

4.1.1 Prozesu osoko intelektualizazioa

Makina-artearen fusioa eta laborantza-robot sistemaren galerak prebenitzeko mekanismoan oinarrituta, abiadura handiko landaketa eta uzta-efektore malgu eta ez suntsitzaileak, espazio dimentsio anitzeko banatutako kokapen zehatza eta makina anitzeko modu anitzeko lankidetza-kontrol metodoak, eta igoera handiko lantegietako fabriketan tripulaziorik gabeko ereite eraginkorra eta suntsitzailerik gabekoa -Robot adimendunak eta landaketa-uzta-bilketa bezalako ekipamendu osagarriak sortu behar dira, horrela prozesu osoaren funtzionamendurik gabeko funtzionamenduaz jabetuz.

4.1.2 Egin ekoizpen-kontrola adimentsuagoa

Laboreen hazkuntza eta garapenaren erantzun-mekanismoan oinarrituta, argi-erradiazioarekiko, tenperaturarekiko, hezetasunarekiko, CO2-ko kontzentrazioari, mantenugai-soluzioaren mantenugai-kontzentrazioari eta EC-ari, laborantza-ingurunearen feedbackaren eredu kuantitatibo bat eraiki behar da. Oinarrizko eredu estrategiko bat ezarri behar da barazki hostotsuen bizitzaren informazioa eta ekoizpen ingurunearen parametroak dinamikoki aztertzeko. Ingurunearen lineako identifikazio dinamikoaren diagnostikoa eta prozesua kontrolatzeko sistema ere ezarri behar da. Bolumen handiko nekazaritza-fabrika bertikal baten ekoizpen-prozesu osorako makina anitzeko lankidetzako adimen artifizialaren erabakiak hartzeko sistema sortu behar da.

4.1.3 Karbono gutxiko ekoizpena eta energia aurreztea

Energia-kudeaketako sistema bat ezartzea, energia-iturri berriztagarriak, hala nola eguzkia eta haizea, energia-transmisioa osatzeko eta energia-kontsumoa kontrolatzea energia-kudeaketako helburu optimoak lortzeko. CO2 isuriak atzematea eta berrerabiltzea laboreen ekoizpena laguntzeko.

4.1.3 Premium barietateen balio handia

Estrategia bideragarriak hartu behar dira landatzeko esperimentuetarako balio erantsi handiko barietate desberdinak ugaltzeko, laborantza teknologien adituen datu-base bat eraikitzeko, laborantza teknologiari buruzko ikerketak egiteko, dentsitatearen hautapena, zorotzaren antolaketa, barietate eta ekipamenduen moldagarritasuna eta laborantza-zehaztapen tekniko estandarrak osatzeko.

4.2 Industria garatzeko aurreikuspenak

Landare-fabrikek baliabideen eta ingurumenaren mugak ken ditzakete, nekazaritza-ekoizpen industrializatuaz jabetu eta lan-indarra belaunaldi berria erakar dezakete nekazaritza-ekoizpenean aritzeko. Txinako lantegi-fabriken berrikuntza teknologiko eta industrializazio gakoa mundu mailako lider bilakatzen ari da. LED argi-iturria, digitalizazioa, automatizazioa eta teknologia adimendunen aplikazio azkartuarekin landare-fabriken alorrean, landare-fabrikek kapital-inbertsio gehiago, talentu bilketa eta energia berri gehiago, material berriak eta ekipamendu berri gehiago erabiliko dituzte. Modu honetan, informazio-teknologien eta instalazioen eta ekipoen integrazio sakona gauzatu daiteke, instalazio eta ekipoen maila adimendun eta tripulatu gabekoa hobetu daiteke, sistemaren energia-kontsumoa eta funtzionamendu-kostuen etengabeko murrizketa etengabeko berrikuntzaren bidez eta pixkanaka-pixkanaka. merkatu espezializatuen laborantza, landare-fabrika adimendunek garapenaren urrezko aldia ekarriko dute.

Merkatu-ikerketen txostenen arabera, 2020an nekazaritza bertikaleko merkatuaren tamaina 2.900 milioi USD baino ez da, eta 2025erako nekazaritza bertikaleko merkatuaren tamaina 30 mila milioi USD izatera iritsiko dela espero da. Laburbilduz, landare-fabrikek aplikazio eta garapen-espazio zabalak dituzte.

Egilea: Zengchan Zhou, Weidong, etab

Aipamenaren informazioa:Landare-fabriken industriaren garapenaren egungo egoera eta aurreikuspenak [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(1): 18-23.Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li, etab.