Abstrak: Dina sababaraha taun ka pengker, kalayan terus-terusan ngajalajah téknologi tatanén modéren, industri pabrik pepelakan ogé parantos maju gancang. Makalah ieu ngenalkeun status quo, masalah anu aya sareng tindakan pencegahan kamekaran téknologi pabrik pepelakan sareng kamekaran industri, sareng ngarep-ngarep tren kamekaran sareng prospek pabrik pepelakan di masa depan.

1. Status ayeuna tina kamekaran téknologi di pabrik-pabrik di Cina sareng di luar negeri

1.1 Status quo kamekaran téknologi asing

Ti saprak abad ka-21, panalungtikan pabrik tutuwuhan utamina museur kana ningkatkeun efisiensi cahaya, nyiptakeun alat sistem budidaya tilu diménsi multi-lapisan, sareng panalungtikan sareng pamekaran manajemen sareng kontrol anu cerdas. Dina abad ka-21, inovasi sumber lampu LED tatanén parantos ngadamel kamajuan, nyayogikeun dukungan téknis anu penting pikeun aplikasi sumber lampu hemat énergi LED di pabrik tutuwuhan. Universitas Chiba di Jepang parantos ngadamel sababaraha inovasi dina sumber lampu efisiensi tinggi, kontrol lingkungan anu hemat énergi, sareng téknik budidaya. Universitas Wageningen di Walanda nganggo simulasi lingkungan pepelakan sareng téknologi optimasi dinamis pikeun ngembangkeun sistem alat anu cerdas pikeun pabrik tutuwuhan, anu sacara signifikan ngirangan biaya operasi sareng ningkatkeun produktivitas tanaga kerja sacara signifikan.

Dina sababaraha taun ka pengker, pabrik-pabrik pepelakan laun-laun ngawujudkeun semi-otomatisasi prosés produksi ti mimiti melak, melak bibit, mindahkeun pepelakan, sareng panén. Jepang, Walanda, sareng Amérika Serikat aya di garis payun, kalayan tingkat mékanisasi, otomatisasi, sareng intelegensi anu luhur, sareng nuju ngembangkeun arah tatanén vertikal sareng operasi tanpa awak.

1.2 Status kamekaran téknologi di Cina

1.2.1 Alat téknologi aplikasi sumber cahaya LED khusus sareng hemat énergi pikeun cahaya jieunan di pabrik

Sumber lampu LED beureum sareng biru khusus pikeun produksi rupa-rupa spésiés pepelakan di pabrik pepelakan parantos dikembangkeun hiji-hiji. Daya na mimitian ti 30 dugi ka 300 W, sareng inténsitas lampu iradiasi nyaéta 80 dugi ka 500 μmol/(m2•s), anu tiasa nyayogikeun inténsitas lampu kalayan rentang ambang anu pas, parameter kualitas lampu, pikeun ngahontal pangaruh ngahémat énergi efisiensi tinggi sareng adaptasi kana kabutuhan kamekaran sareng cahaya pepelakan. Dina hal manajemen disipasi panas sumber cahaya, desain disipasi panas aktif kipas sumber cahaya parantos diwanohkeun, anu ngirangan laju buruk cahaya sumber cahaya sareng mastikeun umur sumber cahaya. Salaku tambahan, metode pikeun ngirangan panas sumber cahaya LED ngalangkungan larutan nutrisi atanapi sirkulasi cai diusulkeun. Dina hal manajemen rohangan sumber cahaya, numutkeun hukum évolusi ukuran pepelakan dina tahap bibit sareng tahap salajengna, ngalangkungan manajemen gerakan rohangan vertikal sumber cahaya LED, kanopi pepelakan tiasa disinari dina jarak anu caket sareng tujuan ngahémat énergi kahontal. Ayeuna, konsumsi énergi tina sumber cahaya pabrik jieunan tiasa nyumbang 50% dugi ka 60% tina total konsumsi énergi operasi pabrik. Sanaos LED tiasa ngahémat énergi 50% dibandingkeun sareng lampu fluoresen, masih aya poténsi sareng kabutuhan panalungtikan ngeunaan panghematan énergi sareng pangurangan konsumsi.

1.2.2 Téhnologi sareng peralatan budidaya tilu diménsi multi-lapisan

Celah lapisan budidaya tilu diménsi multi-lapisan dikirangan sabab LED ngagantikeun lampu fluoresensi, anu ningkatkeun efisiensi panggunaan rohangan tilu diménsi tina budidaya pepelakan. Aya seueur panilitian ngeunaan desain handapeun ranjang budidaya. Garis-garis anu diangkat dirancang pikeun ngahasilkeun aliran turbulen, anu tiasa ngabantosan akar pepelakan nyerep nutrisi dina larutan nutrisi sacara rata sareng ningkatkeun konsentrasi oksigén anu leyur. Ngagunakeun papan kolonisasi, aya dua metode kolonisasi, nyaéta, cangkir kolonisasi plastik kalayan ukuran anu béda atanapi mode kolonisasi perimeter spons. Sistem ranjang budidaya anu tiasa digeser parantos muncul, sareng papan penanaman sareng pepelakan di luhurna tiasa didorong sacara manual ti hiji tungtung ka tungtung anu sanés, ngawujudkeun mode produksi penanaman di hiji tungtung ranjang budidaya sareng panén di tungtung anu sanés. Ayeuna, rupa-rupa téknologi budidaya tanpa taneuh multi-lapisan tilu diménsi sareng peralatan dumasar kana téknologi pilem cair nutrisi sareng téknologi aliran cairan jero parantos dikembangkeun, sareng téknologi sareng peralatan pikeun budidaya substrat stroberi, budidaya aerosol sayuran daun sareng kembang parantos muncul. Téknologi anu disebatkeun parantos berkembang gancang.

1.2.3 Téhnologi sareng peralatan sirkulasi larutan nutrisi

Saatos larutan nutrisi dianggo salami sababaraha waktos, perlu nambihan cai sareng unsur mineral. Sacara umum, jumlah larutan nutrisi anu nembé disiapkeun sareng jumlah larutan asam-basa ditangtukeun ku cara ngukur EC sareng pH. Partikel ageung tina sedimen atanapi pengelupasan akar dina larutan nutrisi kedah dipiceun ku saringan. Eksudat akar dina larutan nutrisi tiasa dipiceun ku metode fotokatalitik pikeun nyingkahan halangan pepelakan anu terus-terusan dina hidroponik, tapi aya résiko anu tangtu dina kasadiaan nutrisi.

1.2.4 Téhnologi sareng alat kontrol lingkungan

Kabersihan hawa rohangan produksi mangrupikeun salah sahiji indikator penting kualitas hawa pabrik. Kabersihan hawa (indikator partikel anu ngagantung sareng baktéri anu netep) di rohangan produksi pabrik dina kaayaan dinamis kedah dikontrol dugi ka tingkat di luhur 100.000. Input disinfeksi bahan, perawatan pancuran hawa personil anu lebet, sareng sistem pemurnian hawa sirkulasi hawa seger (sistem filtrasi hawa) sadayana mangrupikeun panyalindungan dasar. Suhu sareng kalembaban, konsentrasi CO2 sareng kecepatan aliran hawa di rohangan produksi mangrupikeun eusi penting anu sanés tina kontrol kualitas hawa. Numutkeun laporan, nyetél alat sapertos kotak pencampuran hawa, saluran hawa, saluran hawa sareng saluran hawa tiasa ngontrol suhu sareng kalembaban, konsentrasi CO2 sareng kecepatan aliran hawa di rohangan produksi sacara rata, supados ngahontal keseragaman spasial anu luhur sareng minuhan kabutuhan pabrik di lokasi spasial anu béda. Sistem kontrol suhu, kalembaban sareng konsentrasi CO2 sareng sistem hawa seger diintegrasikeun sacara organik kana sistem hawa sirkulasi. Tilu sistem ieu kedah ngabagi saluran hawa, asupan hawa sareng kaluar hawa, sareng nyayogikeun daya ngalangkungan kipas pikeun ngawujudkeun sirkulasi aliran hawa, filtrasi sareng disinfeksi, sareng apdet sareng keseragaman kualitas hawa. Ieu mastikeun yén produksi pabrik di pabrik bébas tina hama sareng panyakit, sareng henteu peryogi aplikasi péstisida. Dina waktos anu sami, keseragaman suhu, kalembaban, aliran hawa sareng konsentrasi CO2 tina unsur lingkungan pertumbuhan dina kanopi dijamin pikeun minuhan kabutuhan pertumbuhan pepelakan.

2. Status Pangwangunan Industri Pabrik

2.1 Status quo industri pabrik asing

Di Jepang, panalungtikan, pamekaran, sareng industrialisasi pabrik lampu jieunan relatif gancang, sareng éta aya dina tingkat anu unggul. Dina taun 2010, pamaréntah Jepang ngaluncurkeun 50 milyar yen pikeun ngadukung panalungtikan, pamekaran téknologi sareng demonstrasi industri. Dalapan lembaga kalebet Universitas Chiba sareng Asosiasi Panalungtikan Pabrik Tutuwuhan Jepang ngiringan. Japan Future Company ngalaksanakeun sareng ngoperasikeun proyék demonstrasi industrialisasi munggaran pabrik pabrik kalayan output poean 3.000 pabrik. Dina taun 2012, biaya produksi pabrik pabrik nyaéta 700 yen/kg. Dina taun 2014, pabrik pabrik modéren di Kastil Taga, Préféktur Miyagi réngsé, janten pabrik pabrik LED munggaran di dunya kalayan output poean 10.000 pabrik. Saprak 2016, pabrik pabrik LED parantos lebet kana jalur gancang industrialisasi di Jepang, sareng perusahaan titik impas atanapi nguntungkeun parantos muncul hiji-hiji. Dina taun 2018, pabrik-pabrik pabrik skala ageung kalayan kapasitas produksi sadinten 50.000 dugi ka 100.000 pabrik muncul hiji-hiji, sareng pabrik-pabrik pabrik global berkembang nuju pamekaran skala ageung, profésional sareng cerdas. Dina waktos anu sami, Tokyo Electric Power, Okinawa Electric Power sareng widang sanésna mimiti investasi di pabrik-pabrik pabrik. Dina taun 2020, pangsa pasar salada anu dihasilkeun ku pabrik-pabrik pabrik Jepang bakal ngawakilan sakitar 10% tina sakumna pasar salada. Di antara langkung ti 250 pabrik pabrik tipe lampu jieunan anu ayeuna beroperasi, 20% aya dina tahap rugi, 50% aya dina tingkat titik impas, sareng 30% aya dina tahap nguntungkeun, ngalibetkeun spésiés pepelakan anu dibudidayakeun sapertos salada, bumbu, sareng bibit.

Walanda mangrupikeun pamimpin dunya nyata dina widang téknologi aplikasi gabungan cahaya surya sareng cahaya jieunan pikeun pabrik, kalayan tingkat mékanisasi, otomatisasi, intelijen sareng teu aya awak anu luhur, sareng ayeuna parantos ngékspor sakumpulan téknologi sareng peralatan lengkep salaku produk anu kuat ka Wétan Tengah, Afrika, Cina sareng nagara-nagara sanés. Kebon American AeroFarms ayana di Newark, New Jersey, AS, kalayan lega 6500 m2. Éta utamina melak sayuran sareng rempah-rempah, sareng kaluaran sakitar 900 ton/taun.

Pertanian vertikal di AeroFarms

Pabrik tatanén vertikal milik Plenty Company di Amérika Serikat nganggo lampu LED sareng pigura tatanén vertikal kalayan jangkungna 6 m. Tutuwuhan tumuwuh tina sisi pot. Ngandelkeun cai gravitasi, metode tatanén ieu henteu meryogikeun pompa tambahan sareng langkung hemat cai tibatan tatanén konvensional. Plenty nyatakeun yén tatanénna ngahasilkeun 350 kali langkung seueur tibatan tatanén konvensional bari ngan ukur nganggo 1% cai.

Pabrik pepelakan pertanian vertikal, Perusahaan Plenty

2.2 Industri pabrik status di Cina

Dina taun 2009, pabrik produksi munggaran di Cina kalayan kontrol cerdas salaku inti diwangun sareng dioperasikeun di Changchun Agricultural Expo Park. Legana wangunan 200 m2, sareng faktor lingkungan sapertos suhu, kalembaban, cahaya, CO2 sareng konsentrasi larutan nutrisi pabrik tiasa dipantau sacara otomatis sacara real time pikeun ngawujudkeun manajemen cerdas.

Dina taun 2010, Pabrik Tongzhou diwangun di Beijing. Struktur utama ngagunakeun struktur baja ringan lapisan tunggal kalayan total lega konstruksi 1289 m2. Bentukna siga kapal induk, ngalambangkeun tatanén Cina anu mingpin dina ngalayar téknologi tatanén modéren anu paling canggih. Peralatan otomatis pikeun sababaraha operasi produksi sayuran daun parantos dikembangkeun, anu parantos ningkatkeun tingkat otomatisasi produksi sareng efisiensi produksi pabrik. Pabrik pabrik ngagunakeun sistem pompa panas sumber taneuh sareng sistem pembangkit listrik tenaga surya, anu langkung saé ngarengsekeun masalah biaya operasi anu luhur pikeun pabrik.

Panempoan jero sareng luar Pabrik Tongzhou

Dina taun 2013, seueur perusahaan téknologi tatanén diadegkeun di Zona Démonstrasi Téknologi Luhur Pertanian Yangling, Propinsi Shaanxi. Kaseueuran proyék pabrik pabrik anu nuju diwangun sareng dioperasikeun ayana di taman démo téknologi luhur tatanén, anu utamina dianggo pikeun démo élmu populér sareng wisata luang. Kusabab watesan fungsionalna, hésé pikeun pabrik-pabrik pabrik élmu populér ieu pikeun ngahontal hasil anu luhur sareng efisiensi anu luhur anu diperyogikeun ku industrialisasi, sareng bakal hésé pikeun aranjeunna janten bentuk industrialisasi utama di hareup.

Dina taun 2015, hiji pabrik chip LED utama di Cina gawé bareng jeung Institut Botani Akademi Élmu Pengetahuan Cina pikeun babarengan ngamimitian ngadegna perusahaan pabrik tutuwuhan. Pausahaan ieu geus pindah ti industri optoéléktronik ka industri "fotobiologis", sarta geus jadi conto pikeun pabrik LED Cina pikeun investasi dina pangwangunan pabrik tutuwuhan dina industrialisasi. Pabrik Tutuwuhanna berkomitmen pikeun ngalakukeun investasi industri dina fotobiologi nu keur muncul, nu ngahijikeun panalungtikan ilmiah, produksi, démo, inkubasi, jeung fungsi séjénna, kalawan modal kadaptar 100 juta yuan. Dina Juni 2016, Pabrik Tutuwuhan ieu kalawan wangunan 3 lantéi nu ngawengku wewengkon 3.000 m2 sarta wewengkon budidaya leuwih ti 10.000 m2 geus réngsé sarta dioperasikeun. Dina Méi 2017, skala produksi sapopoéna bakal jadi 1.500 kg sayuran daun, sarua jeung 15.000 pepelakan salada per poé.

Pamadegan ngeunaan perusahaan ieu

3. Masalah sareng tindakan pencegahan anu disanghareupan ku pamekaran pabrik

3.1 Masalah

3.1.1 Biaya konstruksi anu luhur

Pabrik-pabrik pepelakan kedah ngahasilkeun pepelakan dina lingkungan anu katutup. Ku kituna, perlu ngawangun proyék sareng peralatan pendukung kalebet struktur perawatan éksternal, sistem AC, sumber cahaya jieunan, sistem budidaya multi-lapisan, sirkulasi larutan nutrisi, sareng sistem kontrol komputer. Biaya konstruksina relatif luhur.

3.1.2 Biaya operasi anu luhur

Kaseueuran sumber cahaya anu diperyogikeun ku pabrik asalna tina lampu LED, anu ngonsumsi seueur listrik bari nyayogikeun spéktrum anu saluyu pikeun kamekaran pepelakan anu béda-béda. Peralatan sapertos AC, ventilasi, sareng pompa cai dina prosés produksi pabrik ogé ngonsumsi listrik, janten tagihan listrik mangrupikeun biaya anu ageung. Numutkeun statistik, di antara biaya produksi pabrik, biaya listrik nyumbang 29%, biaya tenaga kerja nyumbang 26%, penyusutan aset tetep nyumbang 23%, kemasan sareng transportasi nyumbang 12%, sareng bahan produksi nyumbang 10%.

Rincian biaya produksi pikeun pabrik

3.1.3 Tingkat otomatisasi anu handap

Pabrik anu dianggo ayeuna gaduh tingkat otomatisasi anu handap, sareng prosés sapertos bibit, mindahkeun, melak di lapangan, sareng panén masih meryogikeun operasi manual, anu ngahasilkeun biaya tanaga kerja anu luhur.

3.1.4 Rupa-rupa pepelakan anu tiasa dibudidayakeun sacara terbatas

Ayeuna, jinis pepelakan anu cocog pikeun pabrik pepelakan masih kawates pisan, utamina sayuran héjo anu gancang tumuwuh, gampang narima sumber cahaya jieunan, sareng gaduh kanopi anu handap. Penanaman skala ageung teu tiasa dilaksanakeun pikeun sarat penanaman anu rumit (sapertos pepelakan anu kedah diserbuki, jsb.).

3.2 Strategi Pangwangunan

Kalayan ningali masalah anu disanghareupan ku industri pabrik, perlu dilaksanakeun panalungtikan tina sababaraha aspék sapertos téknologi sareng operasi. Pikeun ngaréspon masalah ayeuna, tindakan anu tiasa dilakukeun nyaéta sapertos kieu.

(1) Ngaronjatkeun panalungtikan ngeunaan téknologi calakan pabrik sareng ningkatkeun tingkat manajemen anu intensif sareng canggih. Pangwangunan sistem manajemen sareng kontrol anu cerdas ngabantosan pikeun ngahontal manajemen pabrik anu intensif sareng canggih, anu tiasa ngirangan biaya tenaga kerja sareng ngahémat tanaga kerja.

(2) Ngembangkeun parabot téknis pabrik anu intensif sareng efisien pikeun ngahontal kualitas luhur sareng hasil anu luhur taunan. Pangembangan fasilitas sareng parabot budidaya anu efisien, téknologi sareng parabot lampu anu hemat énergi, jsb., pikeun ningkatkeun tingkat calakan pabrik, kondusif pikeun ngawujudkeun produksi efisiensi luhur taunan.

(3) Ngalaksanakeun panalungtikan ngeunaan téknologi budidaya industri pikeun pepelakan anu mibanda nilai tambah anu luhur sapertos pepelakan ubar, pepelakan kasehatan, sareng sayuran langka, ningkatkeun jinis pepelakan anu dibudidayakeun di pabrik pepelakan, ngalegaan saluran kauntungan, sareng ningkatkeun titik awal kauntungan.

(4) Ngalaksanakeun panalungtikan ngeunaan pabrik-pabrik pepelakan pikeun kaperluan rumah tangga sareng komérsial, ngabeungharan jinis-jinis pabrik pepelakan, sareng ngahontal kauntungan anu terus-terusan kalayan rupa-rupa fungsi.

4. Tren Pangwangunan sareng Prospek Pabrik

4.1 Tren Pangwangunan Téknologi

4.1.1 Intelektualisasi prosés lengkep

Dumasar kana mékanisme fusi mesin-seni sareng pencegahan karugian tina sistem pepelakan-robot, efektor tungtung penanaman sareng panén anu fléksibel sareng henteu ngaruksak kecepatan tinggi, posisi anu akurat dina rohangan multi-diménsi anu disebarkeun sareng metode kontrol kolaboratif multi-mesin multi-modal, sareng penanaman tanpa awak, efisien sareng henteu ngaruksak di pabrik-pabrik jangkung - Robot cerdas sareng alat-alat pendukung sapertos penanaman-panén-paking kedah didamel, ku kituna ngawujudkeun operasi tanpa awak tina sakumna prosés.

4.1.2 Ngajadikeun kontrol produksi langkung pinter

Dumasar kana mékanisme réspon kamekaran sareng kamekaran pepelakan kana radiasi cahaya, suhu, kalembaban, konsentrasi CO2, konsentrasi nutrisi tina larutan nutrisi, sareng EC, modél kuantitatif eupan balik lingkungan pepelakan kedah diwangun. Modél inti strategis kedah ditetepkeun pikeun nganalisis sacara dinamis inpormasi kahirupan sayuran daun sareng parameter lingkungan produksi. Diagnosis idéntifikasi dinamis online sareng sistem kontrol prosés lingkungan ogé kedah ditetepkeun. Sistem pangambilan kaputusan kecerdasan jieunan kolaboratif multi-mesin pikeun sakumna prosés produksi pabrik pertanian vertikal volume tinggi kedah didamel.

4.1.3 Produksi karbon rendah sareng panghematan énergi

Ngadegkeun sistem manajemen énergi anu ngamangpaatkeun sumber énergi anu tiasa dianyari sapertos surya sareng angin pikeun ngalengkepan transmisi listrik sareng ngontrol konsumsi énergi pikeun ngahontal tujuan manajemen énergi anu optimal. Nangkep sareng nganggo deui émisi CO2 pikeun ngabantosan produksi pepelakan.

4.1.3 Nilai luhur tina variétas premium

Strategi anu réalistis kedah dilaksanakeun pikeun ngabéla rupa-rupa variétas anu mibanda nilai tambah anu luhur pikeun ékspérimén penanaman, ngawangun database ahli téknologi budidaya, ngalaksanakeun panalungtikan ngeunaan téknologi budidaya, pamilihan kapadetan, susunan tunggul, adaptasi variétas sareng peralatan, sareng ngabentuk spésifikasi téknis budidaya standar.

4.2 Prospek pangwangunan industri

Pabrik-pabrik pabrik tiasa ngaleungitkeun kendala sumber daya sareng lingkungan, ngawujudkeun produksi industri pertanian, sareng narik generasi tenaga kerja anyar pikeun kalibet dina produksi pertanian. Inovasi téknologi konci sareng industrialisasi pabrik-pabrik pabrik Cina janten pamimpin dunya. Kalayan aplikasi sumber cahaya LED anu gancang, digitalisasi, otomatisasi, sareng téknologi cerdas dina widang pabrik pabrik, pabrik-pabrik pabrik bakal narik langkung seueur investasi modal, ngumpulkeun bakat, sareng panggunaan langkung seueur énergi énggal, bahan énggal, sareng peralatan énggal. Ku cara kieu, integrasi téknologi inpormasi sareng fasilitas sareng peralatan anu jero tiasa diwujudkeun, tingkat fasilitas sareng peralatan anu cerdas sareng tanpa awak tiasa ningkat, pangurangan konsumsi énergi sistem sareng biaya operasi anu terus-terusan ngalangkungan inovasi anu terus-terusan, sareng budidaya pasar khusus sacara bertahap, pabrik-pabrik pabrik cerdas bakal ngawilujengkeun période emas pangwangunan.

Numutkeun laporan panalungtikan pasar, ukuran pasar pertanian vertikal global dina taun 2020 ngan ukur US$2,9 milyar, sareng diperkirakeun dina taun 2025, ukuran pasar pertanian vertikal global bakal ngahontal US$30 milyar. Singkatna, pabrik-pabrik pabrik gaduh prospek aplikasi sareng rohangan pamekaran anu lega.

Panulis: Zengchan Zhou, Weidong, jsb

Inpormasi kutipan:Kaayaan Ayeuna sareng Prospek Pangwangunan Industri Pabrik Tutuwuhan [J]. Téhnologi Rékayasa Pertanian, 2022, 42(1): 18-23.ku Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li, et al.