Abstrak: Ing taun-taun pungkasan, kanthi eksplorasi teknologi pertanian modern, industri pabrik tanduran uga berkembang kanthi cepet. Makalah iki pirso status quo, masalah ana lan countermeasures pembangunan teknologi pabrik tanduran lan pembangunan industri, lan katon nerusake kanggo gaya pembangunan lan prospek saka pabrik tanduran ing mangsa.

1. Status saiki pangembangan teknologi ing pabrik tanduran ing China lan luar negeri

1.1 Status quo pangembangan teknologi manca

Wiwit abad kaping 21, riset pabrik tanduran utamane fokus ing perbaikan efisiensi cahya, nggawe peralatan sistem budidaya telung dimensi multi-lapisan, lan riset lan pangembangan manajemen lan kontrol cerdas. Ing abad kaping 21, inovasi sumber lampu LED pertanian wis maju, nyedhiyakake dhukungan teknis penting kanggo aplikasi sumber cahya hemat energi LED ing pabrik tanduran. Universitas Chiba ing Jepang wis nggawe sawetara inovasi ing sumber cahya efisiensi dhuwur, kontrol lingkungan hemat energi, lan teknik budidaya. Universitas Wageningen ing Walanda nggunakake simulasi pamotongan-lingkungan lan teknologi optimisasi dinamis kanggo ngembangake sistem peralatan cerdas kanggo pabrik pabrik, sing nyuda biaya operasi lan nambah produktivitas tenaga kerja kanthi signifikan.

Ing taun-taun pungkasan, pabrik-pabrik tanduran wis mboko sithik nyadari proses produksi semi-otomatis saka nyebar, mundhakaken tunas, transplantasi, lan panen. Jepang, Walanda, lan Amerika Serikat ana ing ngarep, kanthi tingkat mekanisasi, otomatisasi, lan intelijen sing dhuwur, lan berkembang ing arah pertanian vertikal lan operasi tanpa awak.

1.2 Status pangembangan teknologi ing China

1.2.1 Sumber cahya LED Specializd lan peralatan teknologi aplikasi hemat energi kanggo cahya gawean ing pabrik tanduran

Sumber cahya LED abang lan biru khusus kanggo produksi macem-macem spesies tanduran ing pabrik tanduran wis dikembangake siji-sijine. Daya kisaran saka 30 kanggo 300 W, lan intensitas cahya iradiasi 80 kanggo 500 μmol/(m2•s), kang bisa nyedhiyani intensitas cahya karo sawetara batesan cocok, paramèter kualitas cahya, kanggo entuk efek saka efisiensi dhuwur. hemat energi lan adaptasi karo kabutuhan wutah lan cahya tanduran. Ing babagan manajemen boros panas sumber cahya, desain boros panas aktif saka penggemar sumber cahya wis ngenalaken, sing nyuda tingkat bosok cahya saka sumber cahya lan njamin urip sumber cahya. Kajaba iku, cara kanggo nyuda panas sumber cahya LED liwat solusi nutrisi utawa sirkulasi banyu diusulake. Ing babagan manajemen ruang sumber cahya, miturut hukum evolusi ukuran tanduran ing tataran seedling lan tahap sabanjure, liwat manajemen gerakan spasi vertikal sumber lampu LED, kanopi tanduran bisa dipadhangi kanthi jarak sing cedhak lan tujuan hemat energi yaiku digayuh. Saiki, konsumsi energi saka sumber cahya pabrik tanduran cahya gawean bisa akun kanggo 50% kanggo 60% saka total konsumsi energi operasi saka pabrik tanduran. Sanajan LED bisa ngirit energi 50% dibandhingake karo lampu neon, isih ana potensial lan kabutuhan riset babagan hemat energi lan nyuda konsumsi.

1.2.2 Teknologi lan peralatan budidaya telung dimensi multi-lapisan

Longkangan lapisan saka multi-lapisan budidoyo telung dimensi wis suda amarga LED ngganti lampu neon, kang mbenakake efisiensi panggunaan papan telung dimensi saka budidoyo tanduran. Ana akeh studi babagan desain dhasar amben budidaya. Garis-garis sing digedhekake dirancang kanggo ngasilake aliran turbulen, sing bisa mbantu akar tanduran kanggo nyerep nutrisi ing larutan nutrisi kanthi merata lan nambah konsentrasi oksigen terlarut. Nggunakake papan kolonisasi, ana rong cara kolonisasi, yaiku cangkir kolonisasi plastik kanthi ukuran sing beda-beda utawa mode kolonisasi perimeter spons. A sistem amben budidoyo slidable wis katon, lan Papan tanduran lan tetanduran ing bisa di-push manual saka siji mburi kanggo liyane, nyadari mode produksi tanduran ing siji mburi amben budidoyo lan panen ing mburi liyane. Ing saiki, macem-macem telung dimensi multi-lapisan teknologi budaya soilless lan peralatan adhedhasar teknologi film Cairan nutrisi lan teknologi aliran Cairan jero wis dikembangaké, lan teknologi lan peralatan kanggo landasan budidoyo saka strawberries, budidoyo aerosol saka godhong lan kembang. wis thukul. Teknologi kasebut wis dikembangake kanthi cepet.

1.2.3 Teknologi sirkulasi solusi nutrisi lan peralatan

Sawise solusi nutrisi wis digunakake kanggo sawetara wektu, perlu kanggo nambah unsur banyu lan mineral. Umumé, jumlah larutan nutrisi sing mentas disiapake lan jumlah larutan asam-basa ditemtokake kanthi ngukur EC lan pH. Partikel gedhe saka endapan utawa exfoliation ROOT ing solusi nutrisi kudu dibusak dening saringan. Eksudat oyod ing larutan nutrisi bisa diilangi kanthi metode fotokatalitik kanggo nyegah alangan panen sing terus-terusan ing hidroponik, nanging ana risiko tartamtu ing kasedhiyan nutrisi.

1.2.4 Teknologi lan peralatan kontrol lingkungan

Keresikan udara ing ruang produksi minangka salah sawijining indikator penting kualitas udara pabrik. Kebersihan udhara (indikator partikel sing digantung lan bakteri sing dienggoni) ing ruang produksi pabrik pabrik ing kahanan dinamis kudu dikontrol nganti tingkat ndhuwur 100.000. Input disinfeksi materi, perawatan padusan udara personel sing mlebu, lan sistem pemurnian udara sirkulasi udara seger (sistem filtrasi udara) kabeh minangka pangayoman dhasar. Suhu lan asor, konsentrasi CO2 lan kecepatan aliran udara ing ruang produksi minangka konten kontrol kualitas udara liyane. Miturut laporan, nyiyapake peralatan kayata kothak pencampur udara, saluran udara, saluran udara lan outlet udara bisa ngontrol suhu lan asor, konsentrasi CO2 lan kecepatan aliran udara ing ruang produksi, supaya bisa entuk keseragaman spasial sing dhuwur lan nyukupi kabutuhan tanduran. ing macem-macem lokasi spasial. Sistem kontrol suhu, kelembapan lan konsentrasi CO2 lan sistem udara seger digabungake sacara organik menyang sistem sirkulasi udara. Sistem telu kudu nuduhake saluran udara, inlet udara lan outlet udara, lan nyedhiyakake daya liwat penggemar kanggo nyadari sirkulasi aliran udara, filtrasi lan disinfeksi, lan nganyari lan keseragaman kualitas udara. Iki njamin produksi tanduran ing pabrik tanduran bebas saka hama lan penyakit, lan ora perlu aplikasi pestisida. Ing wektu sing padha, keseragaman suhu, kelembapan, aliran udara lan konsentrasi CO2 unsur lingkungan wutah ing kanopi dijamin kanggo nyukupi kabutuhan pertumbuhan tanduran.

2. Status Perkembangan Industri Pabrik Tanaman

2.1 Status quo industri pabrik pabrik manca

Ing Jepang, riset lan pangembangan lan industrialisasi pabrik-pabrik tanduran cahya buatan relatif cepet, lan ana ing tingkat paling dhuwur. Ing 2010, pamaréntah Jepang ngluncurake 50 milyar yen kanggo ndhukung riset lan pangembangan teknologi lan demonstrasi industri. Wolung institusi kalebu Universitas Chiba lan Asosiasi Riset Pabrik Pabrik Jepang melu. Japan Future Company nindakake lan ngoperasikake proyek demonstrasi industrialisasi pisanan saka pabrik pabrik kanthi output saben dina 3.000 tanduran. Ing taun 2012, biaya produksi pabrik pabrik kasebut 700 yen/kg. Ing taun 2014, pabrik pabrik modern ing Kastil Taga, Prefektur Miyagi rampung, dadi pabrik pabrik LED pertama ing donya kanthi produksi saben dina 10.000 tanduran. Wiwit taun 2016, pabrik-pabrik tanduran LED wis mlebu jalur industrialisasi kanthi cepet ing Jepang, lan perusahaan-perusahaan sing nguntungake utawa nguntungake muncul siji-sijine. Ing taun 2018, pabrik pabrik skala gedhe kanthi kapasitas produksi saben dina 50.000 nganti 100.000 tanduran muncul siji-sijine, lan pabrik-pabrik pabrik global berkembang menyang pembangunan skala gedhe, profesional lan cerdas. Ing wektu sing padha, Tokyo Electric Power, Okinawa Electric Power lan lapangan liyane wiwit nandur modal ing pabrik pabrik. Ing taun 2020, pangsa pasar lettuce sing diprodhuksi dening pabrik pabrik Jepang bakal udakara udakara 10% saka kabeh pasar lettuce. Ing antarane luwih saka 250 pabrik tanduran jinis cahya buatan sing saiki beroperasi, 20% ana ing tahap kerugian, 50% ana ing tingkat break-even, lan 30% ana ing tahap sing nguntungake, nglibatake spesies tanduran sing dibudidayakake kayata lettuce, jamu, lan tunas.

Walanda minangka pimpinan donya nyata ing bidang teknologi aplikasi gabungan cahya surya lan cahya gawean kanggo pabrik pabrik, kanthi mekanisasi, otomatisasi, intelijen lan unmannedness sing dhuwur, lan saiki wis ngekspor teknologi lan peralatan sing lengkap. produk menyang Timur Tengah, Afrika, China lan negara liyane. American AeroFarms farm dumunung ing Newark, New Jersey, USA, karo area 6500 m2. Utamane tuwuh sayuran lan rempah-rempah, lan output kira-kira 900 t / taun.

Pertanian vertikal ing AeroFarms

Pabrik tanduran pertanian vertikal saka Plenty Company ing Amerika Serikat nganggo lampu LED lan pigura tanduran vertikal kanthi dhuwur 6 m. Tanduran tuwuh saka sisih pinggir tanduran. Ngandelake mbanyoni gravitasi, cara tanduran iki ora mbutuhake pompa tambahan lan luwih efisien banyu tinimbang tani konvensional. Kathah ngaku peternakan dheweke ngasilake 350 kaping output saka peternakan konvensional nalika mung nggunakake 1% banyu.

Pabrik tanduran pertanian vertikal, Plenty Company

2.2 Status pabrik pabrik industri ing China

Ing 2009, pabrik pabrik produksi pisanan ing China karo kontrol cerdas minangka inti dibangun lan sijine menyang operasi ing Changchun Agricultural Expo Park. Area bangunan 200 m2, lan faktor lingkungan kayata suhu, asor, cahya, CO2 lan konsentrasi solusi nutrisi saka pabrik tanduran bisa kanthi otomatis teliti ing wektu nyata kanggo éling Manajemen cerdas.

Ing 2010, Pabrik Pabrik Tongzhou dibangun ing Beijing. Struktur utama nganggo struktur baja ringan siji-lapisan kanthi total area konstruksi 1289 m2. Bentuke kaya kapal induk, nglambangake tetanen Cina sing dadi pimpinan ing layar menyang teknologi pertanian modern sing paling maju. Peralatan otomatis kanggo sawetara operasi produksi sayuran godhong wis dikembangake, sing nambah tingkat otomatisasi produksi lan efisiensi produksi pabrik tanduran. Pabrik tanduran nganggo sistem pompa panas sumber lemah lan sistem pembangkit tenaga surya, sing luwih apik ngatasi masalah biaya operasi sing dhuwur kanggo pabrik pabrik.

Tampilan njero lan njaba Pabrik Pabrik Tongzhou

Ing 2013, akeh perusahaan teknologi pertanian diadegake ing Zona Demonstrasi Teknologi Tinggi Pertanian Yangling, Provinsi Shaanxi. Umume proyèk pabrik pabrik sing lagi dibangun lan dioperasi ana ing taman demonstrasi teknologi tinggi pertanian, sing utamané dipigunakaké kanggo demonstrasi sains populer lan wisata luang. Amarga keterbatasan fungsional, angel kanggo pabrik-pabrik tanduran ilmiah sing populer iki kanggo ngasilake asil sing dhuwur lan efisiensi dhuwur sing dibutuhake dening industrialisasi, lan bakal angel dadi wujud industrialisasi ing mangsa ngarep.

Ing 2015, produsen chip LED utama ing China kerja sama karo Institut Botani Akademi Ilmu Pengetahuan Cina kanggo bebarengan miwiti panyiapan perusahaan pabrik tanduran. Wis nyabrang saka industri optoelektronik menyang industri "fotobiologis", lan wis dadi precedent kanggo manufaktur LED Cina kanggo nandur modal ing pambangunan pabrik pabrik ing industrialisasi. Pabrik Pabrik nduweni komitmen kanggo nggawe investasi industri ing fotobiologi sing berkembang, sing nggabungake riset ilmiah, produksi, demonstrasi, inkubasi lan fungsi liyane, kanthi modal kadhaptar 100 yuta yuan. Ing wulan Juni 2016, Pabrik Pabrik kanthi bangunan 3 lantai sing ambane 3.000 m2 lan area budidaya luwih saka 10.000 m2 rampung lan dioperasikake. Ing Mei 2017, skala produksi saben dina bakal dadi 1.500 kg sayuran berdaun, padha karo 15.000 tanduran selada saben dina.

Tampilan perusahaan iki

3. Masalah lan penanggulangan sing diadhepi pembangunan pabrik pabrik

3.1 Masalah

3.1.1 Biaya konstruksi dhuwur

Pabrik tanduran kudu ngasilake panen ing lingkungan sing ditutup. Mula, perlu kanggo mbangun proyek lan peralatan sing ndhukung kalebu struktur pangopènan eksternal, sistem AC, sumber cahya buatan, sistem budidaya multi-lapisan, sirkulasi solusi nutrisi, lan sistem kontrol komputer. Biaya konstruksi relatif dhuwur.

3.1.2 Biaya operasi dhuwur

Umume sumber cahya sing dibutuhake dening pabrik tanduran asale saka lampu LED, sing nggunakake akeh listrik nalika nyedhiyakake spektrum sing cocog kanggo tuwuhing macem-macem tanduran. Peralatan kayata AC, ventilasi, lan pompa banyu ing proses produksi pabrik pabrik uga nganggo listrik, mula tagihan listrik dadi biaya sing gedhe. Miturut statistik, ing antarane biaya produksi pabrik pabrik, biaya listrik 29%, biaya tenaga kerja 26%, penyusutan aset tetep 23%, kemasan lan transportasi 12%, lan bahan produksi 10%.

Pecah biaya produksi pabrik pabrik

3.1.3 Tingkat otomatis otomatis

Pabrik tanduran sing saiki diterapake nduweni tingkat otomatisasi sing sithik, lan proses kayata seedling, transplantasi, tanduran ing lapangan, lan panen isih mbutuhake operasi manual, sing nyebabake biaya tenaga kerja sing dhuwur.

3.1.4 Varietas taneman winates sing bisa ditanduri

Ing sapunika jinis-jinis palawija ingkang trep kangge pabrik-pabrik tetuwuhan punika winates sanget, utaminipun sayuran ijo ingkang tuwuh kanthi cepet, gampil nampi sumber cahya tiruan, saha gadhah kanopi ingkang asor. Tanduran gedhe-gedhe ora bisa ditindakake kanggo syarat tanduran sing kompleks (kayata tanduran sing kudu diserbuki, lsp).

3.2 Strategi Pangembangan

Amarga masalah sing diadhepi dening industri pabrik tanduran, perlu kanggo nindakake riset saka macem-macem aspek kayata teknologi lan operasi. Kanggo nanggepi masalah saiki, countermeasures minangka nderek.

(1) Nguatake riset babagan teknologi cerdas pabrik pabrik lan ningkatake tingkat manajemen intensif lan olahan. Pangembangan sistem manajemen lan kontrol sing cerdas mbantu entuk manajemen pabrik pabrik sing intensif lan olahan, sing bisa nyuda biaya tenaga kerja lan ngirit tenaga kerja.

(2) Ngembangake peralatan teknis pabrik pabrik sing intensif lan efisien kanggo entuk kualitas dhuwur lan ngasilake dhuwur taunan. Pangembangan fasilitas lan peralatan budidaya kanthi efisiensi dhuwur, teknologi lan peralatan lampu hemat energi, lan liya-liyane, kanggo nambah tingkat cerdas pabrik pabrik, kondusif kanggo realisasi produksi efisiensi dhuwur taunan.

(3) Nindakake riset babagan teknologi budidaya industri kanggo tanduran sing duwe nilai tambah kayata tanduran obat, tanduran perawatan kesehatan, lan sayuran langka, nambah jinis tanduran sing ditanam ing pabrik tanduran, nggedhekake saluran bathi, lan nambah titik wiwitan bathi. .

(4) Nindakake riset babagan pabrik tanduran kanggo panggunaan rumah tangga lan komersial, nambah jinis pabrik tanduran, lan entuk bathi sing terus-terusan kanthi macem-macem fungsi.

4. Tren Pangembangan lan Prospek Pabrik Pabrik

4.1 Tren Pangembangan Teknologi

4.1.1 Proses intelektualisasi lengkap

Adhedhasar gabungan mesin-seni lan mekanisme pencegahan mundhut saka sistem potong-robot, tanduran fleksibel lan non-destruktif kanthi cepet lan efektor pungkasan panen, nyebarake posisi akurat spasi multi-dimensi lan metode kontrol kolaborasi multi-mesin multi-modal, lan sowing tanpa awak, efisien lan ora ngrusak ing pabrik-pabrik tanduran dhuwur - Robot cerdas lan peralatan pendukung kayata tanduran-panen-packing kudu digawe, saéngga nyadari operasi tanpa awak saka kabeh proses.

4.1.2 Nggawe kontrol produksi luwih pinter

Adhedhasar mekanisme respon pertumbuhan lan pangembangan potong kanggo radiasi cahya, suhu, kelembapan, konsentrasi CO2, konsentrasi nutrisi larutan nutrisi, lan EC, model kuantitatif umpan balik lingkungan potong kudu dibangun. Model inti strategis kudu ditetepake kanggo nganalisis informasi urip sayuran godhong lan parameter lingkungan produksi kanthi dinamis. Diagnosis identifikasi dinamis online lan sistem kontrol proses lingkungan uga kudu ditetepake. Sistem pengambilan keputusan intelijen buatan kolaboratif multi-mesin kanggo kabeh proses produksi pabrik pertanian vertikal volume dhuwur kudu digawe.

4.1.3 Produksi karbon rendah lan hemat energi

Nggawe sistem manajemen energi sing nggunakake sumber energi sing bisa dianyari kayata solar lan angin kanggo ngrampungake transmisi daya lan ngontrol konsumsi energi kanggo nggayuh tujuan manajemen energi sing optimal. Njupuk lan nggunakake maneh emisi CO2 kanggo mbantu produksi panen.

4.1.3 Nilai dhuwur saka varietas premium

Sastranegara sing bisa ditindakake kudu ditindakake kanggo ngasilake macem-macem varietas kanthi nilai tambah dhuwur kanggo eksperimen tanduran, mbangun basis data para ahli teknologi budidaya, nindakake riset babagan teknologi budidaya, pemilihan kepadatan, susunan tunggul, adaptasi macem-macem lan peralatan, lan mbentuk spesifikasi teknis budidaya standar.

4.2 Prospek pangembangan industri

Pabrik-pabrik tanduran bisa nyingkirake kendala sumber daya lan lingkungan, mujudake produksi tetanèn industri, lan narik tenaga kerja generasi anyar kanggo produksi pertanian. Inovasi teknologi utama lan industrialisasi pabrik pabrik China dadi pimpinan jagad. Kanthi aplikasi sumber cahya LED, digitalisasi, otomatisasi, lan teknologi cerdas ing lapangan pabrik pabrik, pabrik tanduran bakal narik investasi modal, kumpul bakat, lan nggunakake energi anyar, bahan anyar, lan peralatan anyar. Kanthi cara iki, integrasi teknologi informasi lan fasilitas lan peralatan bisa diwujudake, tingkat fasilitas lan peralatan sing cerdas lan tanpa awak bisa ditingkatake, nyuda konsumsi energi sistem lan biaya operasi liwat inovasi sing terus-terusan, lan bertahap. budidoyo saka pasar specialized, pabrik tanduran cerdas bakal mimpin ing periode Golden pembangunan.

Miturut laporan riset pasar, ukuran pasar tani vertikal global ing taun 2020 mung US $ 2.9 milyar, lan samesthine ing taun 2025, ukuran pasar tani vertikal global bakal tekan US $ 30 milyar. Ing ringkesan, pabrik pabrik duwe prospek aplikasi lan papan pangembangan sing wiyar.

Pengarang: Zengchan Zhou, Weidong, lsp

Informasi kutipan:Kahanan lan Prospek Perkembangan Industri Pabrik Pabrik Saiki [J]. Teknologi Teknik Pertanian, 2022, 42(1): 18-23.dening Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li, et al.