خلاصة

في الوقت الراهن، نجح مصنع الشتلات في إنتاج شتلات خضراوات متنوعة، كالخيار والطماطم والفلفل والباذنجان والبطيخ، موفراً للمزارعين شتلات عالية الجودة بكميات وفيرة، مما أدى إلى تحسين الإنتاج بعد الزراعة. وقد باتت مصانع الشتلات وسيلةً أساسيةً لتوفير الشتلات لقطاع الخضراوات، وتلعب دوراً متزايد الأهمية في تعزيز الإصلاح الهيكلي لجانب العرض في هذا القطاع، بما يضمن توفير الخضراوات في المدن وإنتاج الخضراوات الطازجة.

تصميم نظام تربية الشتلات في المصانع النباتية والمعدات التقنية الرئيسية

يُعد نظام إنتاج الشتلات في المصانع النباتية، باعتباره النظام الزراعي الأكثر كفاءة في الوقت الراهن، نظاماً متكاملاً يجمع بين وسائل تقنية شاملة تشمل الإضاءة الاصطناعية، وتوفير المحاليل المغذية، والتحكم البيئي ثلاثي الأبعاد، والعمليات المساعدة الآلية، والإدارة الذكية للإنتاج، وغيرها، كما يدمج بين التكنولوجيا الحيوية وتكنولوجيا المعلومات والذكاء الاصطناعي. وتساهم الإنجازات الذكية وغيرها من الإنجازات التقنية المتقدمة في تعزيز التطور المستمر لهذا القطاع. 

نظام مصدر إضاءة اصطناعية بتقنية LED

يُعدّ إنشاء بيئة إضاءة اصطناعية من التقنيات الأساسية لنظام تربية الشتلات في المصانع النباتية، كما أنه المصدر الرئيسي لاستهلاك الطاقة في إنتاج الشتلات. تتميز بيئة الإضاءة في المصانع النباتية بمرونة عالية، حيث يمكن تنظيمها من جوانب متعددة كجودة الضوء وشدته وفترة الإضاءة. في الوقت نفسه، يمكن تحسين عوامل الإضاءة المختلفة ودمجها زمنيًا لتشكيل تركيبة إضاءة مثالية لزراعة الشتلات، مما يضمن بيئة إضاءة مناسبة للزراعة الاصطناعية. لذلك، وبناءً على خصائص احتياجات الإضاءة وأهداف الإنتاج لنمو الشتلات المختلفة، ومن خلال تحسين معايير تركيبة الإضاءة واستراتيجية إمدادها، تم تطوير مصدر إضاءة LED موفر للطاقة، مما يُحسّن بشكل كبير كفاءة تحويل الطاقة الضوئية في الشتلات، ويعزز تراكم الكتلة الحيوية للشتلات، ويرفع من جودة إنتاجها، مع تقليل استهلاك الطاقة وتكاليف الإنتاج. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ تنظيم بيئة الإضاءة وسيلة تقنية مهمة في عملية استئناس الشتلات ومعالجة الشتلات المطعمة.

نظام شتلات رأسي متعدد الطبقات قابل للفصل

تُجرى عملية تربية الشتلات في المشتل باستخدام رفوف ثلاثية الأبعاد متعددة الطبقات. وبفضل تصميم النظام المعياري، يُمكن تجميع نظام تربية الشتلات بسرعة. كما يُمكن تعديل المسافة بين الرفوف بمرونة لتلبية متطلبات المساحة اللازمة لتربية مختلف أنواع الشتلات، مما يُحسّن بشكل كبير من كفاءة استخدام المساحة. إضافةً إلى ذلك، يُتيح التصميم المنفصل لنظام أحواض البذور، ونظام الإضاءة، ونظام الريّ بالماء والأسمدة، إمكانية نقل أحواض البذور، مما يُسهّل نقلها إلى ورش العمل المختلفة، مثل ورش البذر والإنبات والتدجين، ويُقلّل من الجهد المبذول في مناولة صواني الشتلات.

نظام شتلات رأسي متعدد الطبقات قابل للفصل 

تعتمد أنظمة الري بالتسميد والماء بشكل أساسي على طرق الري بالتدفق والرش وغيرها، مع التحكم الدقيق في وقت وعدد مرات إمداد المحلول المغذي، لتحقيق إمداد منتظم واستخدام فعال للمياه والعناصر الغذائية المعدنية. وبالإضافة إلى تركيبة المحلول المغذي الخاصة بالشتلات، فإنها تلبي احتياجات نمو الشتلات وتطورها، وتضمن نموها السريع والصحي. علاوة على ذلك، ومن خلال نظام الكشف عن أيونات العناصر الغذائية عبر الإنترنت ونظام تعقيم المحلول المغذي، يمكن تجديد العناصر الغذائية في الوقت المناسب، مع تجنب تراكم الكائنات الدقيقة والمستقلبات الثانوية التي تؤثر على النمو الطبيعي للشتلات. 

نظام التحكم البيئي

يُعدّ التحكم البيئي الدقيق والفعّال أحد أهمّ ميزات نظام إكثار الشتلات في المصانع النباتية. عادةً ما يُصنع الهيكل الخارجي لهذه المصانع من مواد معتمة وعازلة للحرارة بدرجة عالية. وبناءً على ذلك، لا تتأثر مستويات الإضاءة ودرجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح وثاني أكسيد الكربون تقريبًا بالبيئة الخارجية. ومن خلال بناء نموذج ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) لتحسين تصميم قنوات التهوية، بالإضافة إلى استخدام أسلوب التحكم البيئي الدقيق، يُمكن تحقيق توزيع متجانس للعوامل البيئية، كدرجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح وثاني أكسيد الكربون، في مساحة الزراعة عالية الكثافة. ويتمّ تنظيم البيئة الذكيّ من خلال أجهزة استشعار موزّعة وتحكّم مباشر، كما يتمّ تنظيم بيئة الزراعة بأكملها في الوقت الفعليّ عبر الربط بين وحدة المراقبة ونظام التحكّم. علاوةً على ذلك، يُمكن تحقيق تبريد موفّر للطاقة وتقليل استهلاك الطاقة لأجهزة التكييف، وذلك باستخدام مصادر إضاءة مبرّدة بالماء ونظام تدوير المياه، بالإضافة إلى استخدام مصادر تبريد خارجية.

معدات التشغيل المساعدة الأوتوماتيكية

تتسم عملية إنتاج الشتلات في مصانع النباتات بالدقة والكثافة العالية والمساحة المحدودة، مما يجعل المعدات المساعدة الآلية ضرورية. ولا يقتصر دور هذه المعدات على تقليل استهلاك العمالة فحسب، بل يُسهم أيضًا في تحسين كفاءة استخدام مساحة الزراعة. وتشمل المعدات الآلية التي تم تطويرها حتى الآن آلة تغطية التربة بالبذور، وآلة البذر، وآلة التطعيم، وعربة النقل اللوجستية ذاتية القيادة (AGV)، وغيرها. وبفضل منصة الإدارة الذكية، يُمكن تحقيق التشغيل الآلي الكامل لعملية إنتاج الشتلات. إضافةً إلى ذلك، تلعب تقنية الرؤية الآلية دورًا متزايد الأهمية في هذه العملية، فهي لا تقتصر على مراقبة نمو الشتلات وإدارة الشتلات التجارية فحسب، بل تُجري أيضًا فحصًا آليًا للشتلات الضعيفة والميتة، حيث يقوم الروبوت بإزالة الشتلات وإعادة زراعتها.

مزايا تربية الشتلات في المصانع النباتية

يُمكّن المستوى العالي من التحكم البيئي من الإنتاج السنوي

نظراً لخصوصية تربية الشتلات، يُعدّ التحكم في بيئة زراعتها أمراً بالغ الأهمية. في ظل ظروف المصانع النباتية، تُضبط العوامل البيئية كالإضاءة ودرجة الحرارة والماء والهواء والأسمدة وثاني أكسيد الكربون بدقة عالية، مما يوفر أفضل بيئة نمو لتربية الشتلات، بغض النظر عن الفصول والمناطق. إضافةً إلى ذلك، تتطلب عملية التئام جروح التطعيم وتمايز الجذور في تربية الشتلات المطعمة والعقل تحكماً بيئياً دقيقاً، وتُعدّ المصانع النباتية بيئة مثالية لذلك. تتميز المصانع النباتية بمرونة عالية في ظروفها البيئية، مما يجعلها ذات أهمية بالغة لإنتاج شتلات الخضراوات في غير مواسم الزراعة أو في الظروف البيئية القاسية، كما تُوفر دعماً للشتلات لضمان إمداد دائم بالخضراوات. علاوةً على ذلك، لا تتقيد تربية الشتلات في المصانع النباتية بالمساحة، ويمكن إجراؤها في مواقعها في ضواحي المدن والأماكن العامة. تتميز المواصفات بالمرونة والقابلية للتغيير، مما يُتيح الإنتاج بكميات كبيرة وتوفير شتلات عالية الجودة بشكل دائم، ويُقدم دعماً هاماً لتطوير البستنة الحضرية. 

تقصير دورة التكاثر وتحسين جودة الشتلات

في ظل ظروف المصانع النباتية، وبفضل التحكم الدقيق في مختلف العوامل البيئية للنمو، يتم تقصير دورة إنتاج الشتلات بنسبة تتراوح بين 30% و50% مقارنةً بالطرق التقليدية. يُسهم تقصير دورة الإنتاج في زيادة إنتاجية الشتلات، ورفع دخل المنتجين، والحد من مخاطر التشغيل الناجمة عن تقلبات السوق. بالنسبة للمزارعين، يُساعد ذلك على التبكير في نقل الشتلات وزراعتها، وطرحها في السوق مبكرًا، وتعزيز قدرتها التنافسية. من جهة أخرى، تتميز الشتلات المنتجة في المصانع النباتية بنظافتها وقوتها، وتحسّن مؤشراتها المورفولوجية والجودة بشكل ملحوظ، كما يتحسن أداؤها الإنتاجي بعد الزراعة. وقد أظهرت الدراسات أن شتلات الطماطم والفلفل والخيار المنتجة في المصانع النباتية لا تُحسّن فقط مساحة الأوراق، وطول النبات، وقطر الساق، وقوة الجذور، وغيرها من المؤشرات، بل تُحسّن أيضًا قدرتها على التكيف، ومقاومتها للأمراض، وتمايز براعم الزهور بعد الزراعة. كما تتمتع بمزايا واضحة في الإنتاج والجوانب الأخرى. ارتفع عدد الأزهار المؤنثة في كل نبتة بنسبة 33.8%، وعدد الثمار بنسبة 37.3% بعد زراعة شتلات الخيار المُستنبتة في المشاتل. ومع استمرار تعميق البحث النظري في بيولوجيا بيئة نمو الشتلات، ستصبح المشاتل أكثر دقةً وتحكمًا في تشكيل مورفولوجيا الشتلات وتحسين وظائفها الفيزيولوجية.

 مقارنة حالة الشتلات المطعمة في البيوت الزجاجية ومزارع النباتات

الاستخدام الأمثل للموارد لتقليل تكاليف الشتلات

تعتمد مشاتل النباتات أساليب زراعة موحدة، ورقمنة، وصناعية، مما يضمن رقابة صارمة على كل مراحل إنتاج الشتلات، ويرفع كفاءة استخدام الموارد بشكل ملحوظ. تُعدّ البذور العنصر الرئيسي في تكلفة إنتاج الشتلات. ونظرًا لعدم انتظام عمليات الزراعة التقليدية وضعف التحكم في بيئة الشتلات، تظهر مشاكل مثل عدم الإنبات أو ضعف النمو، مما يؤدي إلى هدر كبير في جميع مراحل الإنتاج، بدءًا من البذور وصولًا إلى الشتلات التجارية. في بيئة مشاتل النباتات، ومن خلال المعالجة المسبقة للبذور، والزراعة الدقيقة، والتحكم الدقيق في بيئة الزراعة، تتحسن كفاءة استخدام البذور بشكل كبير، ويمكن تقليل الكمية المستخدمة بأكثر من 30%. كما تُعدّ المياه والأسمدة وغيرها من الموارد من العناصر الرئيسية في تكلفة إنتاج الشتلات بالطرق التقليدية، حيث يُعدّ هدر الموارد مشكلة خطيرة. في ظل ظروف مشاتل النباتات، ومن خلال تطبيق تقنية الري الدقيق، يمكن زيادة كفاءة استخدام المياه والأسمدة بأكثر من 70%. بالإضافة إلى ذلك، وبفضل صغر حجم هيكل مصنع النباتات نفسه وتوحيد التحكم البيئي، تتحسن كفاءة استخدام الطاقة وثاني أكسيد الكربون في عملية تكاثر الشتلات بشكل كبير.

بالمقارنة مع زراعة الشتلات التقليدية في الحقول المفتوحة والبيوت الزجاجية، فإن أبرز ما يميز تربية الشتلات في المصانع النباتية هو إمكانية تنفيذها بطريقة ثلاثية الأبعاد متعددة الطبقات. ففي هذه المصانع، يمكن توسيع نطاق تربية الشتلات من المستوى الأفقي إلى المستوى الرأسي، مما يُحسّن بشكل كبير كفاءة إنتاج الشتلات لكل وحدة أرض، ويرفع كفاءة استغلال المساحة بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، يمكن للوحدة القياسية لتربية الشتلات، التي طورتها إحدى الشركات المتخصصة في الزراعة الحيوية، أن تُنتج أكثر من 10,000 شتلة في دفعة واحدة، وذلك في مساحة 4.68 متر مربع، وهو ما يكفي لتلبية احتياجات إنتاج الخضراوات في مساحة 3.3 مو (2201.1 متر مربع). وفي ظل ظروف التربية ثلاثية الأبعاد متعددة الطبقات عالية الكثافة، يُمكن للمعدات المساعدة الآلية ونظام النقل اللوجستي الذكي أن يُحسّنا بشكل كبير كفاءة استخدام العمالة، ويُوفرا أكثر من 50% من تكاليفها.

تربية الشتلات ذات المقاومة العالية للمساعدة في الإنتاج الأخضر

تساهم بيئة الإنتاج النظيفة في مصنع النباتات في الحدّ بشكل كبير من انتشار الآفات والأمراض في بيئة التربية. وفي الوقت نفسه، من خلال تحسين تهيئة بيئة الزراعة، تتمتع الشتلات المنتجة بمقاومة أعلى، مما يقلل بشكل كبير من استخدام المبيدات الحشرية أثناء إكثار الشتلات وزراعتها. إضافةً إلى ذلك، بالنسبة لتربية الشتلات الخاصة، مثل الشتلات المطعمة والشتلات المُستنبتة من العقل، يمكن استخدام تدابير التحكم الصديقة للبيئة، كالإضاءة ودرجة الحرارة والري والتسميد، في مصنع النباتات، كبديل عن الاستخدام المكثف للهرمونات في العمليات التقليدية، لضمان سلامة الغذاء، والحد من التلوث البيئي، وتحقيق إنتاج مستدام للشتلات الخضراء.

تحليل تكلفة الإنتاج 

تتضمن طرق زيادة العائد الاقتصادي للشتلات في مزارع النباتات جانبين رئيسيين. أولهما، تحسين التصميم الهيكلي، وتوحيد العمليات، واستخدام المرافق والمعدات الذكية، مما يقلل من استهلاك البذور والكهرباء والعمالة في عملية إنتاج الشتلات، ويحسن كفاءة استخدام المياه والأسمدة والحرارة والطاقة. كما أن كفاءة استخدام الغاز وثاني أكسيد الكربون تخفض تكلفة إنتاج الشتلات. وثانيهما، التحكم الدقيق في البيئة وتحسين سير العمليات، مما يقلل من مدة إنتاج الشتلات، ويزيد من إنتاجية الشتلات السنوية لكل وحدة مساحة، وبالتالي يعزز القدرة التنافسية في السوق. 

مع تطور تكنولوجيا المصانع النباتية والتعمق المستمر في أبحاث علم الأحياء البيئية المتعلقة بزراعة الشتلات، أصبحت تكلفة إنتاج الشتلات في المصانع النباتية مماثلة تقريبًا لتكلفة الزراعة التقليدية في البيوت الزجاجية، مع جودة وقيمة سوقية أعلى للشتلات. فعلى سبيل المثال، تُشكل مواد الإنتاج نسبة كبيرة من التكلفة الإجمالية، تصل إلى حوالي 37%، وتشمل البذور، والمحلول المغذي، وصواني الشتلات، والركائز، وغيرها. أما استهلاك الطاقة الكهربائية فيُمثل حوالي 24% من التكلفة الإجمالية، ويشمل إضاءة النباتات، وتكييف الهواء، واستهلاك الطاقة لمضخات المحلول المغذي، وهو ما يُمثل الاتجاه الرئيسي للتحسين في المستقبل. إضافةً إلى ذلك، يتميز إنتاج المصانع النباتية بانخفاض نسبة العمالة. ومع الزيادة المستمرة في مستوى الأتمتة، ستنخفض تكلفة استهلاك العمالة بشكل أكبر. وفي المستقبل، يُمكن تعزيز الفوائد الاقتصادية لإنتاج الشتلات في المصانع النباتية من خلال تطوير محاصيل ذات قيمة مضافة عالية، وتطوير تقنيات زراعة صناعية لشتلات الأشجار الحرجية الثمينة.

تكلفة شتلات الخيار /%

حالة التصنيع

في السنوات الأخيرة، نجحت مؤسسات البحث العلمي، ممثلةً بمعهد بحوث الزراعة الحضرية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية، وشركات التكنولوجيا المتقدمة، في إنشاء مصانع لإنتاج الشتلات. يوفر هذا النظام خط إنتاج صناعيًا فعالًا للشتلات، بدءًا من البذرة وحتى الإنبات. ومن بين هذه المصانع، مصنع في شانشي تم إنشاؤه وتشغيله عام 2019، يمتد على مساحة 3500 متر مربع، ويستطيع إنتاج 800 ألف شتلة فلفل أو 550 ألف شتلة طماطم خلال دورة مدتها 30 يومًا. كما تم إنشاء مصنع آخر لإنتاج الشتلات يمتد على مساحة 2300 متر مربع، ويستطيع إنتاج ما بين 8 و10 ملايين شتلة سنويًا. أما محطة المعالجة المتنقلة للشتلات المطعمة، التي طورها معهد الزراعة الحضرية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية، فتُوفر منصة متكاملة لمعالجة الشتلات المطعمة وتدريبها على النمو. وتستطيع مساحة العمل الواحدة استيعاب أكثر من 10 آلاف شتلة مطعمة في وقت واحد. في المستقبل، من المتوقع أن يتوسع تنوع أصناف تربية الشتلات في مصانع النباتات بشكل أكبر، وأن يستمر مستوى الأتمتة والذكاء في التحسن.

نبات علاجي متنقل للشتلات المطعمة، تم تطويره بواسطة معهد الزراعة الحضرية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية

أوتلوك

باعتبارها وسيلة جديدة لإنتاج الشتلات في المصانع، تتمتع المصانع النباتية بمزايا هائلة وإمكانات تجارية كبيرة مقارنةً بأساليب إنتاج الشتلات التقليدية، وذلك من حيث التحكم الدقيق في البيئة، والاستخدام الأمثل للموارد، والعمليات الموحدة. ومن خلال تقليل استهلاك الموارد، كالبذور والماء والأسمدة والطاقة والعمالة، في تربية الشتلات، وتحسين إنتاجية وجودة الشتلات لكل وحدة مساحة، ستنخفض تكلفة تربية الشتلات في المصانع النباتية، وستصبح المنتجات أكثر تنافسية في السوق. يوجد طلب كبير على الشتلات في الصين. فبالإضافة إلى إنتاج المحاصيل التقليدية كالخضراوات، يُتوقع إنتاج شتلات ذات قيمة مضافة عالية، كالأزهار والأعشاب الطبية الصينية والأشجار النادرة، في المصانع النباتية، مما سيعزز الفوائد الاقتصادية. وفي الوقت نفسه، يجب أن تراعي منصة تربية الشتلات الصناعية التوافق والمرونة بين مختلف أساليب تربية الشتلات لتلبية احتياجات سوق تربية الشتلات في مختلف المواسم.

تُعدّ النظرية البيولوجية لبيئة تربية الشتلات أساسًا للتحكم الدقيق في بيئة المصانع النباتية. وسيُسهم البحث المعمّق في تنظيم شكل الشتلات وعملية التمثيل الضوئي وغيرها من الأنشطة الفسيولوجية بفعل العوامل البيئية كالضوء ودرجة الحرارة والرطوبة وثاني أكسيد الكربون في وضع نموذج تفاعلي بين الشتلات والبيئة، مما يُقلل من استهلاك الطاقة في إنتاج الشتلات ويُحسّن جودتها وإنتاجها. ويُوفّر هذا النموذج أساسًا نظريًا، يُمكن من خلاله تطوير تقنيات ومعدات تحكم تعتمد على الضوء كعنصر أساسي، بالاقتران مع العوامل البيئية الأخرى، لتخصيص إنتاج الشتلات بأنواع نباتية مُحدّدة، ذات تجانس وجودة عاليتين، لتلبية متطلبات الزراعة الكثيفة والتشغيل الآلي في المصانع النباتية. وفي نهاية المطاف، يُوفّر هذا أساسًا تقنيًا لبناء نظام إنتاج شتلات رقمي، ويُحقّق تربية شتلات مُوحّدة، آلية، ورقمية في المصانع النباتية.

المؤلف: Xu Yaliang، Liu Xinying، إلخ. 

معلومات الاقتباس:

شو ياليانغ، ليو شينينغ، يانغ تشيتشانغ. المعدات التقنية الرئيسية وتصنيع تربية الشتلات في المصانع النباتية [J]. هندسة التكنولوجيا الزراعية، 2021، 42(4): 12-15.