Вертикальные фермы и аэропоника — фермерство будущего

Вертикальные фермы с отсутствием зависимости от почвы, управляемой компьютером средой могут звучать как научно-фантастические. Но есть новые экологические и экономические причины для них, согласно новому исследованию, в котором изложены радикальные способы получения еды.

Междисциплинарное исследование, объединяющее биологию и инженерию, делает шаги для ускорения роста отрасли точного земледелия, включая использование аэропоники, в которой вместо почвы используются обогащенные питательными веществами аэрозоли.

В исследовании, проведенном Центром Джона Иннеса, Бристольским университетом и поставщиком технологий для аэропоники LettUs Grow, определены области будущих изысканий, необходимые для ускорения устойчивого роста вертикального земледелия с использованием аэропонных систем.

Д-р Энтони Додд, руководитель группы в Центре Джона Иннеса и старший автор исследования, говорит:

«Приводя фундаментальные биологические знания в контексте физики выращивания растений в аэрозоле, мы можем помочь вертикальному фермерскому бизнесу стать более продуктивным быстрее, при этом 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. Прогнозируемые изменения региональных погодных условий и наличия воды, скорее всего, скоро повлияют на производительность сельского хозяйства. Вертикальное земледелие дает возможность выращивать ценные питательные культуры не зависимо от климатических условий в течение всего года, обеспечивая надежный источник дохода для производителей».

Вертикальное земледелие — это вид сельского хозяйства в помещениях, где культуры выращиваются в сложенных системах с тщательным контролем источников воды, освещения и питательных веществ.

Это часть быстро растущего сектора, поддерживаемого искусственным интеллектом, в котором машины учат выполнять повседневные садоводческие задачи. Согласно одному коммерческому прогнозу, отрасль вырастит на 21% к 2025 году (Grand View Research, 2019).

Экологические выгоды включают лучшее использование пространства, потому что вертикальные фермы могут быть размещены в городских районах, уменьшиться логистика «от поля до прилавка», сократиться воздействие патогенных микроорганизмов, появиться возможность аннулировать деградацию почвы и использование воды.

Вертикальные фермы также обеспечивают необходимую продукцию, стабилизируют цены и дают возможность выращивать культуры не совместимые с определенными широтами. Например, в пустыне или в Арктике.

«Вертикальные системы позволяют нам расширить широту, на которой можно выращивать сельскохозяйственные культуры на планете, от пустынь Дубая до 4-часовых зимних дней в Исландии. Фактически, если бы вы выращивали зерновые на Марсе, вам нужно было бы использовать этот вид технологии, потому что для него не требуется земля», — говорит доктор Додд.

В исследовании, которое публикуется в журнале New Phytologist , изложены семь шагов — стратегические области будущих исследований, необходимые для повышения продуктивности и устойчивости вертикальных ферм.

Они стремятся понять:

• Почему аэропонное культивирование может быть более продуктивным, чем гидропонное или почвенное.
• Взаимосвязь между аэропонным культивированием и 24-часовыми циркадными ритмами растений.
• Корневое развитие ряда сельскохозяйственных культур в аэропонных условиях.
• Взаимосвязь между размером капель аэрозоля и производительностью растений.
• Как создать основу для сравнения технологий вертикального земледелия для целого ряда сельскохозяйственных культур.
• Как аэропонные методы влияют на микробные взаимодействия с корнями растений.
• Характер рециркуляции корневых экссудатов (жидкости, выделяемые корнями растений) в питательных растворах закрытых аэропонных систем.

В докладе утверждается, что движущей силой технологических инноваций в вертикальных фермерских хозяйствах является минимизация эксплуатационных расходов при максимизации производительности — и что инвестиции в фундаментальные биологические исследования играют значительную роль.

Область исследований доктора Додда охватывает циркадианные ритмы — биологические часы, которые выстраивают физиологию растений и молекулярные процессы в соответствии с дневным циклом света и темноты. Недавно он завершил годичную программу стипендий Королевского общества по изучению промышленности с помощью LettUs Grow.

Это включало в себя объединение опыта Доктора Додда в области циркадных ритмов и физиологии растений с работой команды биологов и инженеров LettUs Grow для разработки оптимальных режимов аэропонного выращивания. Это ключевая область исследований, так как эти молекулярные внутренние таймеры будут работать по-разному в вертикальных фермах.

Аэропонические платформы часто используются для выращивания ценных культур, таких как салаты, травы, мелкие капустные культуры, горох и бобовые. LettUs Grow также работают над схемами роста для плодоношения и укоренения сельскохозяйственных культур, таких как клубника и морковь, а также для выращивания плодовых деревьев.

Исследователи из Центра Джона Иннеса создали линию брокколи, адаптированной для выращивания в помещении 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, изучающая взаимодействие корней и окружающей среды и первого автора исследования, добавляет: «Учитывая, что 80% сельскохозяйственных земель в мире, как сообщается, имеют умеренную или сильную эрозию, способность выращивать сельскохозяйственные культуры в безземельной системе выгодно. Это также позволит использовать минимальное количество удобрений и пестицидов».

Лилли Мандзони, руководитель отдела исследований и разработок в LettUs Grow и один из авторов исследования говорит:

«Эта статья уникальна, потому что она шире, чем обычная статья по исследованию растений, она объединяет в себе опыт инженеров, специалистов по аэрозолям, биологов растений и садоводов. Удивительным моментом в контролируемой среде сельского хозяйства и аэропоники является то, что она действительно междисциплинарна».

Источник: Центр Джона Иннеса; фото: pinterest.com