Вертикальные фермы с их беспочвенными средами, управляемыми компьютером, могут звучать как научная фантастика. Но, согласно новому исследованию, в котором излагаются радикальные способы положить еду на наши тарелки, существует растущее экологическое и экономическое обоснование для них.
Междисциплинарное исследование, объединяющее биологию и инженерию, устанавливает шаги для ускорения роста этой отрасли точного земледелия, включая использование аэропоники, в которой вместо почвы используются аэрозоли, обогащенные питательными веществами.
Проведенное Центром Джона Иннеса, Бристольским университетом и поставщиком аэропонных технологий LettUs Grow, исследование определяет будущие области исследований, необходимые для ускорения устойчивого роста вертикального земледелия с использованием аэропонных систем.
Доктор Энтони Додд, руководитель группы в Центре Джона Иннеса и старший автор исследования, говорит: «Привнося фундаментальные биологические идеи в контекст физики выращивания растений в аэрозоле, мы можем помочь вертикальным фермерский бизнес быстрее становится более продуктивным, производя более здоровую пищу с меньшим воздействием на окружающую среду».
Джек Фармер, главный научный сотрудник LettUs Grow и один из авторов исследования, добавляет: «Изменение климата только увеличит спрос на эту технологию. Вероятны прогнозируемые изменения региональных погодных условий и наличия воды. Вертикальное земледелие дает возможность выращивать ценные питательные культуры круглый год в условиях, устойчивых к изменению климата, что обеспечивает надежный источник дохода для производителей."
Вертикальное земледелие - это тип ведения сельского хозяйства в помещении, при котором сельскохозяйственные культуры выращиваются в штабелированных системах с тщательным контролем источников воды, освещения и питательных веществ.
Это часть быстро растущего сектора, поддерживаемого искусственным интеллектом, в котором машины обучаются справляться с повседневными садоводческими задачами. Согласно одному коммерческому прогнозу (Grand View Research, 2019), к 2025 году отрасль будет ежегодно расти на 21%.
Зеленые преимущества включают в себя лучшее использование пространства, поскольку вертикальные фермы могут быть размещены в городских районах, меньше продовольственных миль, изоляцию от патогенов, снижение деградации почвы, а также повторное улавливание и переработку питательных веществ и воды.
Вертикальные фермы также обеспечивают постоянство продукции, стабилизацию цен и выращивание в широтах, несовместимых с определенными культурами, например, в пустыне или Арктике.
Вертикальные системы позволяют нам расширить диапазон широт, на которых можно выращивать сельскохозяйственные культуры на планете, от пустынь Дубая до 4-часовых зимних дней в Исландии. На самом деле, если бы вы выращивали урожай на Марсе, вам пришлось бы использовать такую технологию, потому что там нет почвы», - говорит доктор Додд.
В исследовании, опубликованном в журнале New Phytologist, изложены семь шагов - стратегических областей будущих исследований, необходимых для повышения производительности и устойчивости аэропонных вертикальных ферм.
Они стремятся понять:
Почему аэропонное выращивание может быть более продуктивным, чем гидропоника или почвенное выращивание.
Взаимосвязь между аэропонным культивированием и 24-часовыми циркадными ритмами растений.
Развитие корней ряда сельскохозяйственных культур в аэропонных условиях.
Взаимосвязь между размером аэрозольных капель и осаждением и производительностью установки.
Как мы можем создать основу для сравнения технологий вертикального земледелия для различных культур.
Как аэропонные методы влияют на взаимодействие микробов с корнями растений.
Характер рециркуляции корневых экссудатов (жидкостей, выделяемых корнями растений) в составе питательных растворов закрытых аэропонных систем.
В отчете утверждается, что движущей силой технологических инноваций в вертикальных фермах является минимизация эксплуатационных расходов при максимальном повышении производительности, и что значительную роль играют инвестиции в фундаментальные биологические исследования.
Область исследований доктора Додда охватывает циркадные ритмы - биологические часы, которые согласовывают физиологию растений и молекулярные процессы с дневным циклом света и темноты. Недавно он получил годовую стипендию Королевского общества в рамках программы LettUs Grow.
Это включало объединение опыта доктора Додда в области циркадных ритмов и физиологии растений с работой команды биологов и инженеров LettUs Grow для разработки оптимальных режимов аэропонной культивации. Это ключевая область исследования, поскольку эти молекулярные внутренние таймеры будут работать по-разному в вертикальных фермах.
Аэропонные платформы часто используются для выращивания ценных культур, таких как салаты, пак-чой, травы, небольшие культуры капусты, побеги гороха и бобов. LettUs Grow также работает над режимами выращивания плодоносящих и укореняющихся культур, таких как клубника и морковь, а также над аэропонным размножением деревьев как для плодовых, так и для лесных хозяйств.
Исследователи Центра Джона Иннеса вывели линию брокколи, адаптированную для выращивания в помещении для крупного супермаркета, и одной из целей исследования будет проверка того, как мы можем генетически настроить больше культур для выращивания в контролируемом пространстве вертикальных ферм..
Бетани Элдридж, исследователь из Бристольского университета, изучающий взаимодействие корней и окружающей среды, и первый автор исследования добавляет: «Учитывая, что 80% сельскохозяйственных земель во всем мире подвержены умеренной или сильной эрозии, способность расти выращивание сельскохозяйственных культур в беспочвенной системе с минимальным количеством удобрений и пестицидов имеет преимущество, поскольку дает возможность выращивать сельскохозяйственные культуры в районах, подверженных эрозии почвы или другим экологическим проблемам, таким как цветение водорослей в местных водоемах, которое могло быть вызвано традиционным почвенным сельским хозяйством.."
Лилли Мандзони, руководитель отдела исследований и разработок в LettUs Grow и один из авторов исследования, говорит: «Эта статья уникальна, потому что она шире, чем типичная исследовательская работа по растениям, она сочетает в себе опыт инженеров, ученых-аэрозолей, биологи растений и садоводы. Прелесть сельского хозяйства в контролируемой среде и аэропоники заключается в том, что они действительно междисциплинарны».
Исследование «Истоки аэропоники в закрытых помещениях» опубликовано в журнале New Phytologist.