Abstrak

Saat ini, pabrik pembibitan telah berhasil mewujudkan pembibitan tanaman sayuran seperti mentimun, tomat, paprika, terong, dan melon, menyediakan bibit berkualitas tinggi dalam jumlah besar kepada petani, dan kinerja produksi setelah penanaman pun lebih baik. Pabrik pembibitan telah menjadi sarana penting penyediaan bibit untuk industri sayuran, dan memainkan peran yang semakin penting dalam mendorong reformasi struktural sisi penawaran industri sayuran, memastikan pasokan sayuran perkotaan dan produksi sayuran hijau.

Desain sistem pembibitan pabrik tanaman dan peralatan teknis utama.

Sebagai sistem produksi pertanian paling efisien saat ini, sistem pembibitan pabrik tanaman mengintegrasikan sarana teknis komprehensif termasuk pencahayaan buatan, pasokan larutan nutrisi, pengendalian lingkungan tiga dimensi, operasi pendukung otomatis, manajemen produksi cerdas, dll., dan mengintegrasikan bioteknologi, teknologi informasi, dan kecerdasan buatan. Pencapaian teknologi tinggi lainnya mendorong perkembangan industri yang berkelanjutan. 

Sistem sumber cahaya buatan LED

Konstruksi lingkungan cahaya buatan merupakan salah satu teknologi inti dari sistem pembibitan di pabrik tanaman, dan juga merupakan sumber utama konsumsi energi untuk produksi bibit. Lingkungan cahaya pabrik tanaman memiliki fleksibilitas yang tinggi, dan lingkungan cahaya dapat diatur dari berbagai dimensi seperti kualitas cahaya, intensitas cahaya, dan fotoperiode. Pada saat yang sama, berbagai faktor cahaya dapat dioptimalkan dan dikombinasikan secara berurutan untuk membentuk formula cahaya untuk budidaya bibit, memastikan lingkungan cahaya yang sesuai untuk budidaya bibit buatan. Oleh karena itu, berdasarkan karakteristik kebutuhan cahaya dan tujuan produksi pertumbuhan bibit yang berbeda, dengan mengoptimalkan parameter formula cahaya dan strategi pasokan cahaya, telah dikembangkan sumber cahaya LED hemat energi khusus, yang dapat sangat meningkatkan efisiensi konversi energi cahaya bibit, mendorong akumulasi biomassa bibit, dan meningkatkan kualitas produksi bibit, sekaligus mengurangi konsumsi energi dan biaya produksi. Selain itu, pengaturan lingkungan cahaya juga merupakan sarana teknis penting dalam proses domestikasi bibit dan penyembuhan bibit hasil cangkok.

Sistem pembibitan vertikal multi-lapisan yang dapat dilepas

Pembibitan di pabrik tanaman dilakukan dengan menggunakan rak tiga dimensi multi-lapisan. Melalui desain sistem modular, perakitan cepat sistem pembibitan dapat diwujudkan. Jarak antar rak dapat disesuaikan secara fleksibel untuk memenuhi kebutuhan ruang pembibitan berbagai varietas bibit dan sangat meningkatkan tingkat pemanfaatan ruang. Selain itu, desain terpisah dari sistem persemaian, sistem pencahayaan, dan sistem irigasi air dan pupuk memungkinkan persemaian memiliki fungsi transportasi, yang memudahkan pemindahan ke berbagai bengkel seperti penyemaian, perkecambahan, dan domestikasi, serta mengurangi konsumsi tenaga kerja dalam penanganan baki bibit.

Sistem pembibitan vertikal multi-lapisan yang dapat dilepas 

Irigasi air dan pupuk terutama menggunakan metode pasang surut, penyemprotan, dan metode lainnya, melalui pengendalian waktu dan frekuensi pemberian larutan nutrisi secara tepat, untuk mencapai pasokan yang seragam dan penggunaan air serta unsur hara mineral yang efisien. Dikombinasikan dengan formula larutan nutrisi khusus untuk bibit, hal ini dapat memenuhi kebutuhan pertumbuhan dan perkembangan bibit serta memastikan pertumbuhan bibit yang cepat dan sehat. Selain itu, melalui sistem deteksi ion nutrisi online dan sistem sterilisasi larutan nutrisi, nutrisi dapat ditambahkan tepat waktu, sekaligus menghindari penumpukan mikroorganisme dan metabolit sekunder yang memengaruhi pertumbuhan normal bibit. 

Sistem Pengendalian Lingkungan

Pengendalian lingkungan yang presisi dan efisien merupakan salah satu fitur utama dari sistem perbanyakan bibit di pabrik tanaman. Struktur pemeliharaan eksternal pabrik tanaman umumnya dirakit dari material yang buram dan sangat isolatif. Atas dasar ini, pengaturan cahaya, suhu, kelembaban, kecepatan angin, dan CO2 hampir tidak terpengaruh oleh lingkungan eksternal. Melalui pembangunan model CFD untuk mengoptimalkan tata letak saluran udara, dikombinasikan dengan metode pengendalian lingkungan mikro, distribusi faktor lingkungan yang seragam seperti suhu, kelembaban, kecepatan angin, dan CO2 di ruang budidaya dengan kepadatan tinggi dapat dicapai. Pengaturan lingkungan yang cerdas diwujudkan oleh sensor terdistribusi dan kontrol kontak, dan pengaturan waktu nyata dari seluruh lingkungan budidaya dilakukan melalui koneksi antara unit pemantauan dan sistem kontrol. Selain itu, penggunaan sumber cahaya berpendingin air dan sirkulasi air, dikombinasikan dengan pengenalan sumber dingin luar ruangan, dapat mencapai pendinginan hemat energi dan mengurangi konsumsi energi pendingin udara.

Peralatan operasi bantu otomatis

Proses operasi pembibitan di pabrik tanaman sangat ketat, kepadatan operasinya tinggi, ruangnya kompak, dan peralatan bantu otomatis sangat diperlukan. Penggunaan peralatan bantu otomatis tidak hanya bermanfaat untuk mengurangi konsumsi tenaga kerja, tetapi juga membantu meningkatkan efisiensi ruang budidaya. Peralatan otomatis yang telah dikembangkan sejauh ini meliputi mesin penutup tanah, penabur benih, mesin pencangkokan, troli pengangkut logistik AGV, dll. Di bawah kendali platform manajemen cerdas pendukung, operasi tanpa awak dari seluruh proses pembibitan pada dasarnya dapat diwujudkan. Selain itu, teknologi visi mesin juga memainkan peran yang semakin penting dalam proses pembibitan. Teknologi ini tidak hanya membantu memantau status pertumbuhan bibit, membantu dalam pengelolaan bibit komersial, tetapi juga melakukan penyaringan otomatis bibit yang lemah dan bibit yang mati. Robot akan membuang dan mengganti bibit yang mati.

Keunggulan pembibitan tanaman di pabrik tanaman

Tingkat pengendalian lingkungan yang tinggi memungkinkan produksi tahunan.

Karena kekhususan pembibitan, pengendalian lingkungan budidayanya sangat penting. Dalam kondisi pabrik tanaman, faktor lingkungan seperti cahaya, suhu, air, udara, pupuk, dan CO2 dikontrol dengan ketat, yang dapat memberikan lingkungan pertumbuhan terbaik untuk pembibitan, terlepas dari musim dan wilayah. Selain itu, dalam proses pembibitan bibit cangkokan dan bibit stek, proses penyembuhan luka cangkokan dan diferensiasi akar membutuhkan kontrol lingkungan yang lebih tinggi, dan pabrik tanaman juga merupakan media yang sangat baik. Fleksibilitas kondisi lingkungan pabrik tanaman itu sendiri sangat kuat, sehingga sangat penting untuk produksi bibit sayuran di luar musim tanam atau di lingkungan ekstrem, dan dapat memberikan dukungan bibit untuk memastikan pasokan sayuran sepanjang tahun. Selain itu, pembibitan bibit di pabrik tanaman tidak dibatasi oleh ruang, dan dapat dilakukan di tempat di pinggiran kota dan ruang publik komunitas. Spesifikasinya fleksibel dan dapat diubah, memungkinkan produksi massal dan pasokan bibit berkualitas tinggi yang dekat, memberikan dukungan penting bagi pengembangan hortikultura perkotaan. 

Mempersingkat siklus pemuliaan dan meningkatkan kualitas bibit.

Dalam kondisi pabrik pembibitan, berkat pengendalian yang tepat terhadap berbagai faktor lingkungan pertumbuhan, siklus pembiakan bibit dipersingkat 30% hingga 50% dibandingkan dengan metode tradisional. Pemendekan siklus pembiakan dapat meningkatkan jumlah bibit yang dihasilkan, meningkatkan pendapatan produsen, dan mengurangi risiko operasional yang disebabkan oleh fluktuasi pasar. Bagi petani, hal ini bermanfaat untuk penanaman dan pemindahan bibit lebih awal, peluncuran pasar lebih awal, dan peningkatan daya saing pasar. Di sisi lain, bibit yang dibiakkan di pabrik pembibitan rapi dan kuat, indikator morfologi dan kualitasnya meningkat secara signifikan, dan kinerja produksi setelah kolonisasi lebih baik. Studi menunjukkan bahwa bibit tomat, paprika, dan mentimun yang dibiakkan dalam kondisi pabrik pembibitan tidak hanya meningkatkan luas daun, tinggi tanaman, diameter batang, kekuatan akar, dan indikator lainnya, tetapi juga meningkatkan kemampuan adaptasi, ketahanan terhadap penyakit, dan diferensiasi kuncup bunga setelah kolonisasi. Dan aspek produksi dan lainnya memiliki keunggulan yang jelas. Jumlah bunga betina per tanaman meningkat sebesar 33,8% dan jumlah buah per tanaman meningkat sebesar 37,3% setelah penanaman bibit mentimun yang dibiakkan di pabrik pembibitan. Dengan semakin mendalamnya penelitian teoretis tentang biologi lingkungan perkembangan bibit, pabrik tanaman akan menjadi lebih tepat dan terkendali dalam membentuk morfologi bibit dan meningkatkan aktivitas fisiologis.

 Perbandingan kondisi bibit hasil cangkokan di rumah kaca dan pabrik tanaman.

Pemanfaatan sumber daya secara efisien untuk mengurangi biaya pembibitan.

Pabrik tanaman mengadopsi metode penanaman yang terstandarisasi, terinformatisasi, dan terindustrialisasi, sehingga setiap环节 produksi bibit dikontrol secara ketat, dan efisiensi pemanfaatan sumber daya meningkat secara signifikan. Benih merupakan biaya konsumsi utama dalam pembibitan. Karena pengoperasian yang tidak teratur dan kontrol lingkungan yang buruk pada pembibitan tradisional, terdapat masalah seperti tidak berkecambah atau pertumbuhan benih yang lemah, yang mengakibatkan pemborosan besar dalam proses dari benih hingga bibit komersial. Dalam lingkungan pabrik tanaman, melalui pra-perlakuan benih, penaburan yang tepat, dan kontrol lingkungan budidaya yang presisi, efisiensi pemanfaatan benih sangat meningkat, dan dosis dapat dikurangi lebih dari 30%. Air, pupuk, dan sumber daya lainnya juga merupakan biaya konsumsi utama dalam pembibitan tradisional, dan fenomena pemborosan sumber daya sangat serius. Dalam kondisi pabrik tanaman, melalui penerapan teknologi irigasi presisi, efisiensi pemanfaatan air dan pupuk dapat ditingkatkan lebih dari 70%. Selain itu, karena struktur pabrik tanaman yang kompak dan keseragaman kontrol lingkungan, efisiensi pemanfaatan energi dan CO2 dalam proses perbanyakan bibit juga meningkat secara signifikan.

Dibandingkan dengan pembibitan di lahan terbuka tradisional dan pembibitan di rumah kaca, fitur terbesar dari pembibitan di pabrik tanaman adalah kemampuannya untuk dilakukan secara berlapis tiga dimensi. Di pabrik tanaman, pembibitan dapat diperluas dari bidang horizontal ke ruang vertikal, yang sangat meningkatkan efisiensi pembibitan per unit lahan dan secara signifikan meningkatkan efisiensi pemanfaatan ruang. Misalnya, modul standar untuk pembibitan yang dikembangkan oleh sebuah perusahaan biologi, dengan luas lahan 4,68 m², dapat menghasilkan lebih dari 10.000 bibit dalam satu kali panen, yang dapat digunakan untuk kebutuhan produksi sayuran seluas 3,3 m² (2201,1 m²). Dengan kondisi pembibitan berlapis tiga dimensi dengan kepadatan tinggi, dukungan peralatan bantu otomatis dan sistem transportasi logistik cerdas dapat sangat meningkatkan efisiensi pemanfaatan tenaga kerja dan menghemat tenaga kerja lebih dari 50%.

Pemuliaan bibit berdaya tahan tinggi untuk membantu produksi ramah lingkungan.

Lingkungan produksi yang bersih di pabrik tanaman dapat secara signifikan mengurangi kemunculan hama dan penyakit di ruang pembibitan. Pada saat yang sama, melalui konfigurasi lingkungan budidaya yang dioptimalkan, bibit yang dihasilkan akan memiliki daya tahan yang lebih tinggi, yang dapat secara signifikan mengurangi penyemprotan pestisida selama perbanyakan dan penanaman bibit. Selain itu, untuk pembibitan bibit khusus seperti bibit cangkokan dan bibit stek, tindakan pengendalian lingkungan seperti cahaya, suhu, air, dan pupuk di pabrik tanaman dapat digunakan untuk menggantikan penggunaan hormon skala besar dalam operasi tradisional untuk memastikan keamanan pangan, mengurangi pencemaran lingkungan, dan mencapai produksi bibit hijau yang berkelanjutan.

Analisis biaya produksi 

Cara-cara bagi pabrik pembibitan untuk meningkatkan keuntungan ekonomi dari bibit terutama meliputi dua bagian. Di satu sisi, dengan mengoptimalkan desain struktural, operasi standar, dan penggunaan fasilitas dan peralatan cerdas, dapat mengurangi konsumsi benih, listrik, dan tenaga kerja dalam proses pembibitan, serta meningkatkan efisiensi penggunaan air, pupuk, panas, dan energi. Pemanfaatan gas dan CO2 mengurangi biaya pembibitan; di sisi lain, melalui pengendalian lingkungan yang tepat dan optimalisasi alur proses, waktu pembibitan dipersingkat, dan jumlah bibit yang dibudidayakan setiap tahun serta hasil bibit per unit ruang ditingkatkan, sehingga lebih kompetitif di pasar. 

Dengan perkembangan teknologi pabrik tanaman dan pendalaman terus-menerus penelitian biologi lingkungan tentang budidaya bibit, biaya pembibitan di pabrik tanaman pada dasarnya sama dengan budidaya rumah kaca tradisional, dan kualitas serta nilai pasar bibit lebih tinggi. Mengambil bibit mentimun sebagai contoh, bahan produksi menyumbang proporsi besar, sekitar 37% dari total biaya, termasuk benih, larutan nutrisi, baki semai, substrat, dll. Konsumsi energi listrik menyumbang sekitar 24% dari total biaya, termasuk penerangan tanaman, pendingin udara, dan konsumsi energi pompa larutan nutrisi, dll., yang merupakan arah utama optimasi di masa depan. Selain itu, proporsi tenaga kerja yang rendah merupakan ciri khas produksi pabrik tanaman. Dengan peningkatan terus-menerus dalam tingkat otomatisasi, biaya konsumsi tenaga kerja akan semakin berkurang. Di masa depan, manfaat ekonomi dari pembibitan di pabrik tanaman dapat lebih ditingkatkan melalui pengembangan tanaman bernilai tambah tinggi dan pengembangan teknologi budidaya industrial untuk bibit pohon hutan berharga.

Komposisi biaya bibit mentimun /%

Status Industrialisasi

Dalam beberapa tahun terakhir, lembaga penelitian ilmiah yang diwakili oleh Institut Penelitian Pertanian Perkotaan dari Akademi Ilmu Pertanian Tiongkok, dan perusahaan teknologi tinggi telah mewujudkan industri pembibitan di pabrik tanaman. Hal ini dapat menyediakan bibit dengan jalur produksi industri yang efisien dari benih hingga perkecambahan. Di antaranya, sebuah pabrik tanaman di Shanxi yang dibangun dan dioperasikan pada tahun 2019 mencakup area seluas 3.500 m² dan dapat membudidayakan 800.000 bibit paprika atau 550.000 bibit tomat dalam siklus 30 hari. Pabrik pembibitan tanaman lainnya yang dibangun mencakup area seluas 2.300 m² dan dapat menghasilkan 8-10 juta bibit per tahun. Pabrik perawatan bergerak untuk bibit cangkokan yang dikembangkan secara independen oleh Institut Pertanian Perkotaan, Akademi Ilmu Pertanian Tiongkok, dapat menyediakan platform perawatan dan domestikasi jalur perakitan untuk budidaya bibit cangkokan. Satu ruang kerja dapat menangani lebih dari 10.000 bibit cangkokan sekaligus. Di masa depan, keragaman varietas pemuliaan bibit di pabrik tanaman diharapkan akan semakin diperluas, dan tingkat otomatisasi serta kecerdasannya akan terus meningkat.

Tanaman penyembuhan portabel untuk bibit hasil cangkokan yang dikembangkan oleh Institut Pertanian Perkotaan, Akademi Ilmu Pertanian Tiongkok.

Pandangan

Sebagai pembawa baru pembibitan pabrik, pabrik tanaman memiliki keunggulan besar dan potensi komersialisasi dibandingkan dengan metode pembibitan tradisional dalam hal pengendalian lingkungan yang tepat, pemanfaatan sumber daya yang efisien, dan operasi yang terstandarisasi. Dengan mengurangi konsumsi sumber daya seperti benih, air, pupuk, energi, dan tenaga kerja dalam pembibitan, dan meningkatkan hasil dan kualitas bibit per satuan luas, biaya pembibitan di pabrik tanaman akan semakin berkurang, dan produk akan lebih kompetitif di pasar. Terdapat permintaan yang besar untuk bibit di Tiongkok. Selain produksi tanaman tradisional seperti sayuran, bibit bernilai tambah tinggi seperti bunga, obat herbal Tiongkok, dan pohon langka diharapkan dapat dibudidayakan di pabrik tanaman, dan manfaat ekonominya akan semakin meningkat. Pada saat yang sama, platform pembibitan industri perlu mempertimbangkan kompatibilitas dan fleksibilitas berbagai jenis pembibitan untuk memenuhi kebutuhan pasar pembibitan di berbagai musim.

Teori biologi tentang lingkungan pembibitan merupakan inti dari pengendalian lingkungan pabrik tanaman yang tepat. Penelitian mendalam tentang pengaturan bentuk tanaman bibit, fotosintesis, dan aktivitas fisiologis lainnya oleh faktor lingkungan seperti cahaya, suhu, kelembaban, dan CO2 akan membantu membangun model interaksi bibit-lingkungan, yang dapat mengurangi konsumsi energi produksi bibit dan meningkatkan kualitas serta produksi bibit. Kualitas memberikan dasar teoritis. Atas dasar ini, teknologi dan peralatan kontrol dengan cahaya sebagai inti dan dikombinasikan dengan faktor lingkungan lainnya, serta produksi bibit yang disesuaikan dengan tipe tanaman khusus, keseragaman tinggi, dan kualitas tinggi untuk memenuhi persyaratan budidaya kepadatan tinggi dan operasi mekanis di pabrik tanaman dapat dikembangkan. Pada akhirnya, hal ini memberikan dasar teknis untuk pembangunan sistem produksi bibit digital dan mewujudkan pembibitan bibit yang terstandarisasi, tanpa awak, dan digital di pabrik tanaman.

Penulis: Xu Yaliang, Liu Xinying, dll. 

Informasi kutipan:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Peralatan teknis utama dan industrialisasi pembibitan di pabrik tanaman [J]. Teknologi Rekayasa Pertanian, 2021,42(4):12-15.