Teknolojia ya uhandisi wa kilimo cha bustani cha chafuImechapishwa saa 17:30 mnamo Oktoba 14, 2022 huko Beijing

Kwa ongezeko linaloendelea la idadi ya watu duniani, mahitaji ya watu ya chakula yanaongezeka siku hadi siku, na mahitaji ya juu yanawekwa mbele kwa ajili ya lishe na usalama wa chakula. Kulima mazao yenye mavuno mengi na ubora wa juu ni njia muhimu ya kutatua matatizo ya chakula. Hata hivyo, mbinu ya jadi ya ufugaji huchukua muda mrefu kulima aina bora, ambayo hupunguza maendeleo ya ufugaji. Kwa mazao ya kila mwaka yanayojichavusha yenyewe, inaweza kuchukua miaka 10-15 kutoka kwa mzazi wa awali hadi uzalishaji wa aina mpya. Kwa hivyo, ili kuharakisha maendeleo ya ufugaji wa mazao, ni muhimu kuboresha ufanisi wa ufugaji na kufupisha muda wa uzalishaji.

Uzalishaji wa haraka unamaanisha kuongeza kiwango cha ukuaji wa mimea, kuharakisha maua na matunda, na kufupisha mzunguko wa uzalishaji kwa kudhibiti hali ya mazingira katika chumba cha ukuaji wa mazingira kilichofungwa kikamilifu. Kiwanda cha mimea ni mfumo wa kilimo ambao unaweza kufikia uzalishaji wa mazao wenye ufanisi mkubwa kupitia udhibiti wa mazingira sahihi katika vituo, na ni mazingira bora kwa ajili ya uzalishaji wa haraka. Hali ya mazingira ya upandaji kama vile mwanga, halijoto, unyevunyevu na mkusanyiko wa CO2 kiwandani zinaweza kudhibitiwa kwa kiasi fulani, na haziathiriwi sana na hali ya hewa ya nje. Chini ya hali ya mazingira inayodhibitiwa, kiwango bora cha mwanga, muda wa mwanga na halijoto vinaweza kuharakisha michakato mbalimbali ya kisaikolojia ya mimea, hasa usanisinuru na maua, hivyo kufupisha muda wa uzalishaji wa ukuaji wa mazao. Kutumia teknolojia ya kiwanda cha mimea kudhibiti ukuaji na maendeleo ya mazao, kuvuna matunda mapema, mradi tu mbegu chache zenye uwezo wa kuota zinaweza kukidhi mahitaji ya uzalishaji.

Kipindi cha mwanga, kipengele kikuu cha mazingira kinachoathiri mzunguko wa ukuaji wa mazao

Mzunguko wa mwanga hurejelea ubadilishaji wa kipindi cha mwanga na kipindi cha giza kwa siku. Mzunguko wa mwanga ni jambo muhimu linaloathiri ukuaji, ukuaji, maua na matunda ya mazao. Kwa kuhisi mabadiliko ya mzunguko wa mwanga, mazao yanaweza kubadilika kutoka ukuaji wa mimea hadi ukuaji wa uzazi na maua kamili na matunda. Aina tofauti za mazao na jenotipu zina majibu tofauti ya kisaikolojia kwa mabadiliko ya kipindi cha mwanga. Mimea ya jua kali, mara tu muda wa jua unapozidi urefu muhimu wa jua, muda wa maua kwa kawaida huharakishwa na kuongeza muda wa kipindi cha mwanga, kama vile shayiri, ngano na shayiri. Mimea isiyo na umbo, bila kujali kipindi cha mwanga, itachanua, kama vile mchele, mahindi na tango. Mimea ya siku fupi, kama vile pamba, soya na mtama, inahitaji kipindi cha mwanga chini ya urefu muhimu wa jua ili kuchanua. Chini ya mazingira bandia ya mwanga wa saa 8 na joto la juu la 30℃, muda wa maua ya mchicha ni zaidi ya siku 40 mapema kuliko ule katika mazingira ya shambani. Chini ya matibabu ya mzunguko wa mwanga wa saa 16/8 (mwanga/giza), jenotipu zote saba za shayiri zilichanua mapema: Franklin (siku 36), Gairdner (siku 35), Gimmett (siku 33), Kamanda (siku 30), Kikosi cha Meli (siku 29), Baudin (siku 26) na Lockyer (siku 25).

Chini ya mazingira bandia, kipindi cha ukuaji wa ngano kinaweza kufupishwa kwa kutumia kilimo cha kiinitete ili kupata miche, na kisha kuimwagilia kwa saa 16, na vizazi 8 vinaweza kuzalishwa kila mwaka. Kipindi cha ukuaji wa njegere kilifupishwa kutoka siku 143 katika mazingira ya shambani hadi siku 67 katika chafu bandia yenye mwanga wa saa 16. Kwa kuongeza muda wa upigaji picha hadi saa 20 na kuichanganya na 21°C/16°C (mchana/usiku), kipindi cha ukuaji wa njegere kinaweza kufupishwa hadi siku 68, na kiwango cha kuweka mbegu ni 97.8%. Chini ya hali ya mazingira yaliyodhibitiwa, baada ya matibabu ya saa 20 ya kipindi cha upigaji picha, inachukua siku 32 kutoka kupanda hadi kutoa maua, na kipindi chote cha ukuaji ni siku 62-71, ambacho ni kifupi kuliko kile cha hali ya shambani kwa zaidi ya siku 30. Chini ya hali ya chafu bandia yenye kipindi cha upigaji picha cha saa 22, muda wa maua wa ngano, shayiri, rapa na kunde hufupishwa kwa wastani wa siku 22, 64, 73 na 33, mtawalia. Pamoja na mavuno ya mapema ya mbegu, viwango vya kuota kwa mbegu za mavuno ya mapema vinaweza kufikia wastani wa 92%, 98%, 89% na 94%, mtawalia, ambayo inaweza kukidhi mahitaji ya ufugaji kikamilifu. Aina za haraka zaidi zinaweza kutoa vizazi 6 (ngano) na vizazi 7 (ngano). Chini ya kipindi cha saa 22 cha upigaji picha, muda wa maua ya shayiri ulipunguzwa kwa siku 11, na siku 21 baada ya maua, angalau mbegu 5 zinazoweza kuota zinaweza kuhakikishwa, na vizazi vitano vinaweza kupandwa kila mwaka. Katika chafu bandia yenye mwanga wa saa 22, kipindi cha ukuaji wa dengu hufupishwa hadi siku 115, na zinaweza kuzaliana kwa vizazi 3-4 kwa mwaka. Chini ya hali ya mwanga unaoendelea wa saa 24 katika chafu bandia, mzunguko wa ukuaji wa karanga hupunguzwa kutoka siku 145 hadi siku 89, na unaweza kupandwa kwa vizazi 4 katika mwaka mmoja.

Ubora wa mwanga

Mwanga una jukumu muhimu katika ukuaji na ukuaji wa mimea. Mwanga unaweza kudhibiti maua kwa kuathiri vipokezi vingi vya mwanga. Uwiano wa mwanga mwekundu (R) na mwanga wa bluu (B) ni muhimu sana kwa maua ya mazao. Urefu wa mwanga mwekundu wa 600 ~ 700nm una kilele cha unyonyaji wa klorofili cha 660nm, ambacho kinaweza kukuza usanisinuru kwa ufanisi. Urefu wa mwanga wa bluu wa 400 ~ 500nm utaathiri ufototropismu wa mimea, ufunguzi wa matumbo na ukuaji wa miche. Katika ngano, uwiano wa mwanga mwekundu na mwanga wa bluu ni takriban 1, ambayo inaweza kusababisha maua mapema zaidi. Chini ya ubora wa mwanga wa R:B=4:1, kipindi cha ukuaji wa aina za soya za kati na za kuchelewa kukomaa kilifupishwa kutoka siku 120 hadi siku 63, na urefu wa mmea na majani ya lishe yalipunguzwa, lakini mavuno ya mbegu hayakuathiriwa, ambayo yangeweza kutosheleza angalau mbegu moja kwa kila mmea, na kiwango cha wastani cha kuota kwa mbegu ambazo hazijakomaa kilikuwa 81.7%. Chini ya hali ya mwanga wa saa 10 na nyongeza ya mwanga wa bluu, mimea ya soya ikawa mifupi na imara, ikachanua siku 23 baada ya kupanda, ikakomaa ndani ya siku 77, na ingeweza kuzaliana kwa vizazi 5 katika mwaka mmoja.

Uwiano wa mwanga mwekundu na mwanga mwekundu wa mbali (FR) pia huathiri maua ya mimea. Rangi nyeti kwa mwanga zipo katika aina mbili: unyonyaji wa mwanga mwekundu wa mbali (Pfr) na unyonyaji wa mwanga mwekundu (Pr). Kwa uwiano wa chini wa R:FR, rangi nyeti kwa mwanga hubadilishwa kutoka Pfr hadi Pr, ambayo husababisha maua ya mimea ya siku ndefu. Kutumia taa za LED kudhibiti R:FR(0.66~1.07) inayofaa kunaweza kuongeza urefu wa mmea, kukuza maua ya mimea ya siku ndefu (kama vile morning glory na snapdragon), na kuzuia maua ya mimea ya siku fupi (kama vile marigold). Wakati R:FR ni kubwa kuliko 3.1, muda wa maua ya dengu hucheleweshwa. Kupunguza R:FR hadi 1.9 kunaweza kupata athari bora ya maua, na inaweza kuchanua siku ya 31 baada ya kupanda. Athari ya mwanga mwekundu kwenye kizuizi cha maua husababishwa na rangi nyeti kwa mwanga Pr. Uchunguzi umebainisha kwamba wakati R:FR iko juu kuliko 3.5, muda wa maua wa mimea mitano ya kunde (njegere, kunde, maharagwe mapana, dengu na lupin) utacheleweshwa. Katika baadhi ya aina za jenomu za mchicha na mchele, mwanga mwekundu sana hutumika kuendeleza maua kwa siku 10 na siku 20 mtawalia.

Mbolea CO₂

CO₂ndio chanzo kikuu cha kaboni cha usanisinuru. Kiwango cha juu cha CO2₂kwa kawaida inaweza kukuza ukuaji na uzazi wa C3 ya mwaka, huku mkusanyiko mdogo wa CO2₂inaweza kupunguza ukuaji na mavuno ya uzazi kutokana na upungufu wa kaboni. Kwa mfano, ufanisi wa usanisinuru wa mimea ya C3, kama vile mchele na ngano, huongezeka kadri CO inavyoongezeka₂kiwango, na kusababisha ongezeko la majani na maua ya mapema. Ili kufikia athari chanya ya CO2₂kuongezeka kwa mkusanyiko, inaweza kuwa muhimu kuboresha usambazaji wa maji na virutubisho. Kwa hivyo, chini ya hali ya uwekezaji usio na kikomo, hydroponics inaweza kutoa kikamilifu uwezo wa ukuaji wa mimea. CO2 ya chini₂Mkusanyiko ulichelewesha muda wa maua wa Arabidopsis thaliana, huku CO2 ikiwa juu₂Mkusanyiko uliharakisha muda wa maua wa mchele, ukafupisha kipindi cha ukuaji wa mchele hadi miezi 3, na ukazaliana vizazi 4 kwa mwaka. Kwa kuongeza CO2₂hadi 785.7μmol/mol kwenye kisanduku cha ukuaji bandia, mzunguko wa uzalishaji wa aina ya soya 'Enrei' ulifupishwa hadi siku 70, na ungeweza kuzaliana vizazi 5 katika mwaka mmoja. Wakati CO2₂Kiwango cha mkusanyiko kiliongezeka hadi 550μmol/mol, maua ya Cajanus cajan yalicheleweshwa kwa siku 8~9, na matunda yaliyowekwa na kuiva pia yalicheleweshwa kwa siku 9. Cajanus cajan ilikusanya sukari isiyoyeyuka kwenye CO2 nyingi.₂mkusanyiko, ambao unaweza kuathiri upitishaji wa ishara za mimea na kuchelewesha maua. Zaidi ya hayo, katika chumba cha ukuaji chenye CO iliyoongezeka₂, idadi na ubora wa maua ya soya huongezeka, jambo linalofaa kwa mseto, na kiwango chake cha mseto ni cha juu zaidi kuliko kile cha soya zinazopandwa shambani.

Matarajio ya siku zijazo

Kilimo cha kisasa kinaweza kuharakisha mchakato wa uzalishaji wa mazao kwa njia ya ufugaji mbadala na ufugaji wa vituo. Hata hivyo, kuna mapungufu katika mbinu hizi, kama vile mahitaji makali ya kijiografia, usimamizi wa kazi ghali na hali ya asili isiyo imara, ambayo haiwezi kuhakikisha mavuno ya mbegu yenye mafanikio. Ufugaji wa vituo huathiriwa na hali ya hewa, na muda wa kuongeza uzalishaji ni mdogo. Hata hivyo, ufugaji wa alama za molekuli huharakisha tu uteuzi na uamuzi wa sifa lengwa za ufugaji. Kwa sasa, teknolojia ya uzalishaji wa haraka imetumika kwa Gramineae, Leguminosae, Cruciferae na mazao mengine. Hata hivyo, ufugaji wa haraka wa kiwanda cha mimea huondoa kabisa ushawishi wa hali ya hewa, na unaweza kudhibiti mazingira ya ukuaji kulingana na mahitaji ya ukuaji na maendeleo ya mimea. Kuchanganya teknolojia ya uzalishaji wa haraka wa kiwanda cha mimea na ufugaji wa jadi, ufugaji wa alama za molekuli na mbinu zingine za ufugaji kwa ufanisi, chini ya hali ya uzalishaji wa haraka, muda unaohitajika kupata mistari ya homozygous baada ya mseto unaweza kupunguzwa, na wakati huo huo, vizazi vya mwanzo vinaweza kuchaguliwa ili kufupisha muda unaohitajika ili kupata sifa bora na vizazi vya ufugaji.

Kikwazo kikuu cha teknolojia ya uzalishaji wa haraka wa mimea katika viwanda ni kwamba hali ya mazingira inayohitajika kwa ukuaji na ukuaji wa mazao tofauti ni tofauti kabisa, na inachukua muda mrefu kupata hali ya mazingira kwa ajili ya uzalishaji wa haraka wa mazao lengwa. Wakati huo huo, kwa sababu ya gharama kubwa ya ujenzi na uendeshaji wa kiwanda cha mimea, ni vigumu kufanya jaribio kubwa la uzalishaji wa nyongeza, ambalo mara nyingi husababisha mavuno machache ya mbegu, ambayo yanaweza kupunguza tathmini ya tabia ya shambani. Kwa uboreshaji wa taratibu na uboreshaji wa vifaa na teknolojia ya kiwanda cha mimea, gharama ya ujenzi na uendeshaji wa kiwanda cha mimea hupunguzwa polepole. Inawezekana kuboresha zaidi teknolojia ya uzalishaji wa haraka na kufupisha mzunguko wa uzalishaji kwa kuchanganya kwa ufanisi teknolojia ya uzalishaji wa haraka wa kiwanda cha mimea na mbinu zingine za uzalishaji.

MWISHO

Taarifa zilizotajwa

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Utafiti wa maendeleo ya teknolojia ya uzalishaji wa haraka wa kiwanda cha mimea [J]. Teknolojia ya Uhandisi wa Kilimo, 2022,42(22):46-49.