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

Kutokana na ongezeko endelevu la idadi ya watu duniani, mahitaji ya watu ya chakula yanaongezeka siku baada ya siku, na mahitaji ya juu yanawekwa 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.Walakini, njia ya ufugaji wa kitamaduni inachukua muda mrefu kukuza aina bora, ambayo inazuia maendeleo ya ufugaji.Kwa mazao ya kila mwaka ya kuchavusha yenyewe, inaweza kuchukua miaka 10 ~ 15 kutoka kwa mzazi wa kwanza kuvuka hadi uzalishaji wa aina mpya.Kwa hiyo, ili kuharakisha maendeleo ya uzalishaji wa mazao, ni haraka kuboresha ufanisi wa kuzaliana na kufupisha muda wa kizazi.

Uzazi wa haraka unamaanisha kuongeza kasi ya ukuaji wa mimea, kuharakisha maua na kuzaa matunda, na kufupisha mzunguko wa kuzaliana 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 kwa ufanisi wa hali ya juu kupitia udhibiti wa hali ya juu wa mazingira katika vituo, na ni mazingira bora ya kuzaliana kwa haraka.Hali ya mazingira ya upanzi kama vile mwanga, halijoto, unyevunyevu na mkusanyiko wa CO2 kiwandani zinaweza kudhibitiwa kwa kiasi, na haziathiriwi kidogo na hali ya hewa ya nje.Chini ya hali ya mazingira iliyodhibitiwa, kiwango bora cha mwanga, wakati wa mwanga na joto huweza kuharakisha michakato mbalimbali ya kisaikolojia ya mimea, hasa photosynthesis na maua, hivyo kufupisha wakati wa kizazi cha ukuaji wa mazao.Kwa kutumia teknolojia ya kiwanda cha mimea kudhibiti ukuaji na ukuzaji wa mazao, kuvuna matunda mapema, mradi tu mbegu chache zenye uwezo wa kuota zinaweza kukidhi mahitaji ya kuzaliana.

Photoperiod, sababu kuu ya mazingira inayoathiri mzunguko wa ukuaji wa mazao

Mzunguko wa mwanga hurejelea mpigo wa kipindi cha mwanga na kipindi cha giza kwa siku.Mzunguko wa mwanga ni jambo muhimu linaloathiri ukuaji, maendeleo, 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 genotypes zina majibu tofauti ya kisaikolojia kwa mabadiliko ya kipindi cha picha.Mimea ya muda mrefu ya jua, mara tu wakati wa jua unapozidi urefu muhimu wa jua, wakati wa maua kawaida huharakishwa na kuongeza muda wa kupiga picha, kama vile shayiri, ngano na shayiri.Mimea isiyo na upande wowote, bila kujali kipindi cha picha, itachanua, kama vile mchele, mahindi na tango.Mimea ya siku fupi, kama vile pamba, maharagwe ya soya na mtama, inahitaji muda wa kupiga picha chini ya urefu muhimu wa jua ili kuchanua.Chini ya hali ya mazingira ya bandia ya mwanga wa 8h na joto la juu la 30 ℃, wakati wa maua ya mchicha ni zaidi ya siku 40 mapema kuliko ile ya mazingira ya shamba.Chini ya matibabu ya mzunguko wa mwanga wa saa 16/8 (mwanga/giza), aina zote saba za shayiri zilichanua mapema: Franklin (siku 36), Gairdner (siku 35), Gimmett (siku 33), Kamanda (siku 30), Fleet (29). siku), Baudin (siku 26) na Lockyer (siku 25).

Chini ya mazingira ya bandia, kipindi cha ukuaji wa ngano kinaweza kufupishwa kwa kutumia utamaduni wa kiinitete kupata miche, na kisha kuwasha kwa masaa 16, na vizazi 8 vinaweza kuzalishwa kila mwaka.Kipindi cha ukuaji wa pea kilifupishwa kutoka siku 143 katika mazingira ya shamba hadi siku 67 katika chafu bandia na mwanga wa 16h.Kwa kuongeza muda wa photoperiod hadi 20h na kuichanganya na 21°C/16°C(mchana/usiku), kipindi cha ukuaji wa pea kinaweza kufupishwa hadi siku 68, na kiwango cha kuweka mbegu ni 97.8%.Chini ya hali ya mazingira kudhibitiwa, baada ya masaa 20 matibabu photoperiod, inachukua siku 32 kutoka kupanda kwa maua, na kipindi chote cha ukuaji ni siku 62-71, ambayo ni mfupi kuliko ile katika hali ya shamba kwa zaidi ya siku 30.Chini ya hali ya chafu ya bandia na picha ya 22h, wakati wa maua wa ngano, shayiri, ubakaji na chickpea hufupishwa na siku 22, 64, 73 na 33 kwa wastani, mtawaliwa.Ikichanganywa na mavuno ya mapema ya mbegu, viwango vya kuota kwa mbegu za mapema vinaweza kufikia 92%, 98%, 89% na 94% kwa wastani, mtawaliwa, ambayo inaweza kukidhi mahitaji ya kuzaliana.Aina za haraka sana zinaweza kuendelea kuzalisha vizazi 6 (ngano) na vizazi 7 (ngano).Chini ya hali ya upigaji picha wa saa 22, wakati wa maua wa shayiri ulipunguzwa kwa siku 11, na siku 21 baada ya maua, angalau mbegu 5 zinazofaa zinaweza kuhakikishiwa, na vizazi vitano vinaweza kuenezwa kila mwaka.Katika chafu ya bandia yenye mwanga wa saa 22, muda wa ukuaji wa dengu hupunguzwa hadi siku 115, na wanaweza kuzaliana kwa vizazi 3-4 kwa mwaka.Chini ya hali ya mwangaza unaoendelea wa saa 24 katika chafu ya bandia, mzunguko wa ukuaji wa karanga hupunguzwa kutoka siku 145 hadi siku 89, na inaweza kuenezwa kwa vizazi 4 kwa mwaka mmoja.

Ubora wa mwanga

Mwanga una jukumu muhimu katika ukuaji na maendeleo ya mimea.Nuru inaweza kudhibiti maua kwa kuathiri vipokea picha nyingi.Uwiano wa mwanga nyekundu (R) na mwanga wa bluu (B) ni muhimu sana kwa maua ya mazao.Urefu wa wimbi la mwanga mwekundu wa 600~700nm una kilele cha ufyonzaji wa klorofili cha 660nm, ambacho kinaweza kukuza usanisinuru.Urefu wa mwanga wa buluu wa 400~500nm utaathiri upigaji picha wa mimea, uwazi wa tumbo na ukuaji wa miche.Katika ngano, uwiano wa mwanga nyekundu kwa mwanga wa bluu ni karibu 1, ambayo inaweza kusababisha maua mapema.Chini ya ubora wa mwanga wa R:B=4:1, kipindi cha ukuaji wa aina za soya zinazokomaa kati na zilizochelewa kilifupishwa kutoka siku 120 hadi siku 63, na urefu wa mmea na majani ya lishe yalipunguzwa, lakini mavuno ya mbegu hayakuathiriwa. , ambayo inaweza kutosheleza angalau mbegu moja kwa kila mmea, na wastani wa kiwango cha uotaji wa mbegu ambazo hazijakomaa ulikuwa 81.7%.Chini ya hali ya mwanga wa 10h na nyongeza ya mwanga wa bluu, mimea ya soya ikawa fupi na yenye nguvu, ilichanua siku 23 baada ya kupanda, kukomaa ndani ya siku 77, na inaweza kuzaliana kwa vizazi 5 kwa mwaka mmoja.

Uwiano wa mwanga mwekundu kwa taa nyekundu ya mbali (FR) pia huathiri maua ya mimea.Rangi asili za kupiga picha zipo katika aina mbili: ufyonzaji wa mwanga mwekundu sana (Pfr) na ufyonzaji wa mwanga mwekundu (Pr).Kwa uwiano wa chini wa R: FR, rangi ya rangi ya photosensitive inabadilishwa kutoka Pfr hadi Pr, ambayo inaongoza kwa 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 nyingi (kama vile asubuhi na snapdragon), na kuzuia maua ya siku fupi (kama vile marigold). )Wakati R:FR ni kubwa kuliko 3.1, wakati wa maua wa dengu huchelewa.Kupunguza R:FR hadi 1.9 kunaweza kupata matokeo bora zaidi ya maua, na kunaweza kuchanua siku ya 31 baada ya kupanda.Athari za mwanga mwekundu kwenye uzuiaji wa maua hupatanishwa na rangi ya picha Pr.Uchunguzi umeonyesha kuwa wakati R:FR inapokuwa juu kuliko 3.5, wakati wa maua wa mimea mitano ya kunde (mbaazi, chickpea, maharagwe mapana, dengu na lupin) utachelewa.Katika baadhi ya aina za mchicha na mchele, mwanga-nyekundu sana hutumiwa kuendeleza maua kwa siku 10 na siku 20 mtawalia.

Mbolea CO₂

CO₂ndio chanzo kikuu cha kaboni cha photosynthesis.Mkusanyiko wa juu wa CO₂inaweza kukuza ukuaji na uzazi wa C3 ya mwaka, wakati ukolezi mdogo wa CO₂inaweza kupunguza ukuaji na mavuno ya uzazi kutokana na kizuizi cha kaboni.Kwa mfano, ufanisi wa usanisinuru wa mimea ya C3, kama vile mchele na ngano, huongezeka kwa kuongezeka kwa CO.₂kiwango, na kusababisha kuongezeka kwa majani na maua mapema.Ili kutambua athari chanya ya CO₂kuongezeka kwa mkusanyiko, inaweza kuwa muhimu kuongeza usambazaji wa maji na virutubishi.Kwa hiyo, chini ya hali ya uwekezaji usio na kikomo, hydroponics inaweza kutolewa kikamilifu uwezo wa ukuaji wa mimea.Kiwango cha chini cha CO₂mkusanyiko ulichelewesha wakati wa maua ya Arabidopsis thaliana, wakati CO ya juu₂mkusanyiko uliharakisha wakati wa maua ya mchele, ulifupisha muda wa ukuaji wa mchele hadi miezi 3, na kueneza vizazi 4 kwa mwaka.Kwa kuongeza CO₂hadi 785.7μmol/mol katika kisanduku cha ukuaji wa bandia, mzunguko wa kuzaliana wa aina ya soya 'Enrei' ulifupishwa hadi siku 70, na inaweza kuzaliana vizazi 5 kwa mwaka mmoja.Wakati CO₂mkusanyiko uliongezeka hadi 550μmol/mol, maua ya Cajanus cajan yalicheleweshwa kwa siku 8-9, na mpangilio wa matunda na wakati wa kukomaa pia ulicheleweshwa kwa siku 9.Cajanus cajan ilikusanya sukari isiyoyeyuka kwa kiwango cha juu cha CO₂mkusanyiko, ambayo inaweza kuathiri maambukizi ya ishara ya mimea na kuchelewesha maua.Kwa kuongeza, katika chumba cha ukuaji na CO iliyoongezeka₂, idadi na ubora wa maua ya soya huongezeka, ambayo yanafaa kwa mseto, na kiwango cha mseto wake ni cha juu zaidi kuliko cha soya inayokuzwa shambani.

Matarajio ya baadaye

Kilimo cha kisasa kinaweza kuharakisha mchakato wa kuzaliana kwa mazao kwa njia mbadala ya kuzaliana na ufugaji wa kituo.Hata hivyo, kuna baadhi ya mapungufu katika mbinu hizi, kama vile mahitaji madhubuti ya kijiografia, usimamizi ghali wa kazi na hali ya asili isiyo imara, ambayo haiwezi kuhakikisha mavuno ya mbegu yenye mafanikio.Ufugaji wa kituo huathiriwa na hali ya hewa, na muda wa kuongeza kizazi ni mdogo.Hata hivyo, ufugaji wa alama za molekuli huharakisha tu uteuzi na uamuzi wa sifa zinazolengwa za ufugaji.Kwa sasa, teknolojia ya ufugaji wa haraka imetumika kwa Gramineae, Leguminosae, Cruciferae na mazao mengine.Walakini, ufugaji wa kizazi cha haraka wa kiwanda huondoa kabisa athari za hali ya hewa, na inaweza kudhibiti mazingira ya ukuaji kulingana na mahitaji ya ukuaji na ukuzaji wa mmea.Kuchanganya teknolojia ya ufugaji wa haraka wa kiwanda cha mimea na ufugaji wa kitamaduni, ufugaji wa alama za Masi na njia zingine za kuzaliana kwa ufanisi, chini ya hali ya kuzaliana haraka, wakati unaohitajika kupata mistari ya homozygous baada ya mseto unaweza kupunguzwa, na wakati huo huo, vizazi vya mapema vinaweza kupunguzwa. iliyochaguliwa ili kufupisha muda unaohitajika kupata sifa bora na vizazi vya kuzaliana.

Kizuizi kikuu cha teknolojia ya uenezaji wa haraka wa mmea katika viwanda ni kwamba hali ya mazingira inayohitajika kwa ukuaji na ukuzaji wa mazao tofauti ni tofauti kabisa, na inachukua muda mrefu kupata hali ya mazingira ya kuzaliana kwa haraka kwa mazao lengwa.Wakati huo huo, kwa sababu ya gharama kubwa ya ujenzi na uendeshaji wa kiwanda cha mimea, ni vigumu kufanya majaribio makubwa ya kuongeza uzalishaji, ambayo mara nyingi husababisha mavuno machache ya mbegu, ambayo inaweza kupunguza tathmini ya tabia ya shamba ya ufuatiliaji.Kwa uboreshaji na uboreshaji wa taratibu wa vifaa na teknolojia ya kiwanda cha mimea, gharama ya ujenzi na uendeshaji wa kiwanda cha mimea hupunguzwa polepole.Inawezekana kuboresha zaidi teknolojia ya ufugaji wa haraka na kufupisha mzunguko wa kuzaliana kwa kuchanganya ipasavyo teknolojia ya uzalishaji wa haraka wa kiwanda cha mimea na mbinu zingine za kuzaliana.

MWISHO

Taarifa zilizotajwa

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