概要

現在、植物工場はキュウリ、トマト、ピーマン、ナス、メロンなどの野菜苗の品種改良に成功し、農家に高品質の苗をバッチで提供し、定植後の生産パフォーマンスも向上しています。植物工場は、野菜産業にとって重要な苗供給手段となっており、都市部の野菜供給と緑黄色野菜の生産を確保する野菜産業の供給側構造改革を推進する上で、ますます重要な役割を果たしています。

植物工場の育苗システム設計と主要技術設備

植物工場育苗システムは、現時点で最も効率的な農業生産システムとして、人工照明、養液供給、三次元環境制御、自動補助作業、インテリジェント生産管理などの総合的な技術手段を統合し、バイオテクノロジー、情報を統合しています。テクノロジーと人工知能。インテリジェントなその他のハイテク成果が業界の継続的な発展を促進します。 

LED人工光源システム

人工光環境の構築は植物工場における苗育種システムの中核技術の一つであり、苗生産における主要なエネルギー消費源でもあります。植物工場の光環境は高い柔軟性を持っており、光の質、光の強さ、光周期などの多次元から光環境を制御することができ、同時に異なる光要素を最適化し、時系列に組み合わせて光環境を形成することができます。苗栽培用光配合で、苗の人工栽培に適した光環境を確保します。したがって、さまざまな苗の成長の光需要特性と生産目標に基づいて、光式パラメータと光供給戦略を最適化することにより、苗の光エネルギー変換効率を大幅に向上できる特別な省エネLED光源が開発されました。 、エネルギー消費量と生産コストを削減しながら、苗木バイオマスの蓄積を促進し、苗木生産の品質を向上させます。さらに、光環境の調整も苗の栽培化や接ぎ木苗の治癒過程において重要な技術手段である。

着脱式多段垂直苗システム

植物工場における育苗は、多層立体棚を用いて行われます。モジュラーシステム設計により、育苗システムの迅速な組み立てを実現できます。棚の間隔を柔軟に調整できるので、異品種苗の育苗スペースに合わせて設置でき、スペース利用率が大幅に向上します。また、苗床システム、照明システム、水・肥料潅水システムを分離設計することで、苗床に輸送機能を持たせることができ、播種、発芽、栽培などの作業場への移動に便利で、労力も軽減されます。苗トレイの取り扱いの消費量。

着脱式多段垂直苗システム 

水と肥料の灌漑は主に潮汐式、噴霧式などの方法を採用し、養液供給の時間と頻度を正確に制御することにより、水とミネラル栄養素の均一な供給と効率的な利用を実現します。苗木用の特別な養液処方と組み合わせることで、苗木の成長と発育のニーズを満たし、苗木の迅速かつ健康な成長を保証できます。さらに、オンライン栄養イオン検出システムと養液滅菌システムにより、苗の正常な成長に影響を与える微生物や二次代謝産物の蓄積を回避しながら、適時に栄養を補給することができます。 

環境管理システム

植物工場の苗増殖システムの大きな特徴の一つは、正確かつ効率的な環境制御です。植物工場の外部メンテナンス構造体は、不透明で断熱性の高い材料で組み立てられるのが一般的です。このことから、光、温度、湿度、風速、CO2の制御は外部環境の影響をほとんど受けません。エアダクトのレイアウトを最適化するCFDモデルの構築と微環境制御手法を組み合わせることで、高密度培養空間における温度、湿度、風速、CO2などの環境要素を均一に分布させることができます。達成される。インテリジェントな環境制御は分散センサーと接触制御によって実現され、監視ユニットと制御システムの接続を通じて栽培環境全体のリアルタイム制御が実行されます。さらに、水冷光源の使用や水循環と屋外冷源の導入により、省エネ冷却を実現し、空調エネルギー消費量を削減できます。

自動補助運転装置

植物工場の育苗作業工程は厳格で、作業密度は高く、スペースはコンパクトで、自動付帯設備が不可欠です。自動補機の活用は省力化につながるだけでなく、栽培スペースの効率化にもつながります。これまでに開発された自動化装置には、プラグ覆土機、播種機、接ぎ木機、AGV物流搬送トロリーなどが含まれます。サポートするインテリジェント管理プラットフォームの制御の下で、育苗の全プロセスを基本的に無人で操作できます。気がついた。さらに、マシンビジョン技術も苗の育種プロセスにおいてますます重要な役割を果たしています。苗の生育状況を把握し、市販苗の管理を支援するだけでなく、弱った苗や枯れ苗の自動選別も行います。ロボットハンドが苗を取り出し、苗を詰めます。

植物工場育種のメリット

高度な環境管理により年間生産を実現

苗育種の特殊性から、栽培環境の管理は非常に重要です。植物工場では、光、温度、水、空気、肥料、CO2などの環境要素が高度に管理されており、季節や地域を問わず苗育種に最適な生育環境を提供することができます。また、接ぎ木苗や挿し木苗の育種過程において、接木傷の治癒や根の分化の過程にはより高度な環境制御が必要であり、植物工場は優れたキャリアとしても機能します。植物工場自体の環境条件の柔軟性が強いため、非繁殖期や極限環境下での野菜苗の生産に大きな意義があり、永続的に野菜を供給するための苗のサポートが可能です。また、植物工場の育苗はスペースに制限されず、都市近郊や地域の公共スペースなどでもその場で行うことができます。柔軟かつ変更可能な仕様により、高品質な苗の大量生産と密接な供給が可能となり、都市園芸の発展を支える重要な役割を果たしています。 

育種サイクルの短縮と苗の品質向上

植物工場では、さまざまな生育環境を精密に制御することで、従来の方法に比べて育苗サイクルを30～50％短縮することができます。育種サイクルの短縮により、苗木の生産ロットが増加し、生産者の収入が増加し、市場変動による経営リスクが軽減されます。生産者にとっては、早期の移植と植栽、早期の市場投入、市場競争力の向上に役立ちます。一方、植物工場で育種された苗木は整っていて丈夫で、形態学的および品質指標が大幅に改善され、定着後の生産パフォーマンスが向上します。植物工場の条件下で育種されたトマト、ピーマン、キュウリの苗木は、葉面積、草丈、茎の直径、根の活力などの指標を改善するだけでなく、適応性、耐病性、定着後の花芽の分化も改善することが研究で示されています。そして、生産面やその他の面でも明らかな利点があります。植物工場で育成したキュウリの苗を植えたところ、1株当たりの雌花の数が33.8％、1株当たりの果実の数が37.3％増加した。苗の発育環境の生物学に関する理論的研究が継続的に深化することで、植物工場は苗の形態を形成し、生理活性を改善する際に、より正確かつ制御可能になるでしょう。

 ハウスと植物工場の接ぎ木苗の状態の比較

資源を効率的に利用して苗木コストを削減

植物工場は、標準化、情報化、工業化された植栽方法を採用しているため、苗木生産のすべてのリンクが厳密に管理され、資源の利用効率が大幅に向上します。苗の育種において主にコストがかかるのは種子です。従来の苗木は不規則な操業や環境制御性の悪さにより、種子が発芽しない、生育が弱いなどの問題があり、種子から商品苗になるまでの過程で多大な廃棄物が発生します。植物工場環境では、種子の前処理、きめ細かな播種、栽培環境の精密な制御により、種子の利用効率が大幅に向上し、用量を30％以上削減できます。従来の育苗では水や肥料などの資源が主なコスト消費となっており、資源の浪費現象も深刻です。植物工場の条件下では、精密灌漑技術の適用により、水と肥料の利用効率を 70% 以上高めることができます。また、植物工場自体の構造のコンパクト化と環境制御の均一化により、苗の増殖過程におけるエネルギーとCO2の利用効率も大幅に向上します。

植物工場における育苗は、従来の露地育苗やハウス育苗に比べ、多層的・立体的に育種できることが最大の特徴です。植物工場では、育苗を平面から垂直空間まで拡張することができ、単位土地当たりの育苗効率が大幅に向上し、スペース利用効率が大幅に向上します。例えば、ある生物企業が開発した苗育種用の標準モジュールは、4.68㎡の面積をカバーする条件下で、一度に1万本以上の苗を育成することができ、3.3ムー（2201.1㎡）の野菜生産に利用できる。ニーズ。高密度多層三次元飼育の条件下では、自動補助装置とインテリジェント物流輸送システムのサポートにより、労働利用効率が大幅に向上し、50％以上省力化できます。

グリーン生産を支援する高抵抗性苗の育種

植物工場のクリーンな生産環境により、飼育空間における害虫や病気の発生を大幅に軽減できます。同時に、栽培環境の最適化により、生産された苗の耐性が向上し、苗の増殖および定植時の農薬散布を大幅に削減できます。また、接ぎ木苗や挿し木苗などの特殊な苗の育種においては、従来の大量のホルモン使用に代わり、植物工場内での光、温度、水、肥料などのグリーンコントロールを活用することで、食品の安全性、環境汚染の削減、緑の苗木の持続可能な生産の実現。

生産コスト分析 

植物工場が苗の経済効果を高める方法は主に 2 つあります。一方で、構造設計の最適化、標準化された操作、インテリジェントな施設や機器の使用により、苗木育種の過程での種子、電力、労働力の消費を削減し、水、肥料、熱、エネルギーの消費量を改善できます。 。ガスとCO2の利用効率により育苗コストを削減。一方、環境の正確な制御とプロセスフローの最適化により、苗の育種時間が短縮され、年間育種バッチと単位面積当たりの苗収量が増加し、市場での競争力が高まります。 

植物工場技術の発展と苗栽培に関する環境生物学研究の継続的な深化により、植物工場での苗の育種コストは従来の温室栽培と基本的に同じであり、苗の品質と市場価値はより高くなります。キュウリの苗を例にとると、種子、養液、プラグトレイ、基材などの生産資材が総コストの約37％と大きな割合を占めます。また、電力使用量は全体の約24％を占めます。プラントの照明、空調、養液ポンプのエネルギー消費などを含むコストを考慮し、これが将来の最適化の主な方向性となります。また、労働比率が低いのも植物工場生産の特徴です。自動化の度合いが継続的に増加することで、労働力の消費コストはさらに削減されるでしょう。今後、高付加価値作物の開発や貴重な森林樹木苗の工業化栽培技術の開発により、植物工場における苗木育種の経済効果はさらに向上すると考えられます。

キュウリ苗のコスト構成比/%

工業化の状況

近年、中国農業科学院都市農業研究院に代表される科学研究機関やハイテク企業が植物工場での苗育種産業を実現している。種子から出芽までの効率的な工業生産ラインを苗木に提供できます。このうち、2019年に建設・稼働した山西省の植物工場は、面積3,500平方メートルで、ピーマンの苗80万本、トマトの苗55万本を30日サイクルで育成できる。別の苗木育種植物工場も建設され、面積は2300平方メートルで、年間800万～1000万本の苗木を生産できる。中国農業科学院都市農業研究所が独自に開発した接ぎ木苗用移動式治癒プラントは、接ぎ木苗の栽培のための組立ライン治癒および家畜化プラットフォームを提供することができる。1 つの作業スペースで一度に 10,000 本以上の接ぎ木苗を処理できます。今後、植物工場における苗育種品種の多様性はさらに広がり、自動化・知能化が進むことが予想されます。

中国農業科学院都市農業研究所が開発した接ぎ木苗用移動式治癒植物

見通し

植物工場は、工場育苗の新たな担い手として、正確な環境制御、資源の効率的利用、標準化された作業の点で、従来の育苗方法に比べて大きな利点と商業化の可能性を秘めています。苗木育種における種子、水、肥料、エネルギー、人手などの資源の消費量を削減し、単位面積あたりの苗の収量と品質を向上させることで、植物工場における苗木の育種コストをさらに削減し、製品の品質を向上させます。市場での競争力が高まります。中国では苗木に対する大きな需要がある。野菜などの伝統作物の生産に加え、花卉や漢方薬、希少樹木など付加価値の高い苗木も植物工場で育成され、経済効果がさらに高まることが期待されます。同時に、工業化された苗木育種プラットフォームは、さまざまな季節の苗木育種市場のニーズを満たすために、さまざまな苗木育種の互換性と柔軟性を考慮する必要があります。

苗の生育環境に関する生物学的理論は、植物工場の環境を精密に制御するための核心です。光、温度、湿度、CO2などの環境要因による苗の植物の形状や光合成、その他の生理学的活動の制御に関する詳細な研究は、苗と環境の相互作用モデルを確立するのに役立ち、苗の生産と苗のエネルギー消費を削減できます。苗の品質と生産性を向上させます。品質は理論的根拠を提供します。これを基に、光を核に他の環境要因と組み合わせた技術と設備を制御し、高密度栽培や工場内での機械化の要求に応える、特殊な品種、高均一、高品質の苗の生産をカスタマイズします。工場を開発することができます。最終的には、デジタル苗生産システム構築のための技術基盤を提供し、植物工場における標準化・無人化・デジタル苗育種を実現します。

著者：徐亜良、劉信英ほか。 

引用情報:

Xu Yaliang、Liu Xinying、Yang Qichang.植物工場における苗木育種の主要技術機器と産業化 [J]。農業工学技術、2021、42(4):12-15。