חקירת סביבות גידול תת-קרקעיות: מדריך מקיף

ככל שאוכלוסיית העולם ממשיכה לגדול ושינויי האקלים מתעצמים, הצורך בשיטות ייצור מזון בנות-קיימא ויעילות הופך קריטי יותר ויותר. החקלאות המסורתית מתמודדת עם אתגרים רבים, כולל מחסור בקרקע, מחסור במים, הידרדרות קרקעות ופגיעות לאירועי מזג אוויר קיצוניים. בתגובה, צצות גישות חדשניות, ואחת המסקרנות שבהן היא סביבות גידול תת-קרקעיות.

מדריך מקיף זה בוחן את הפוטנציאל של חללים תת-קרקעיים למטרות חקלאיות, תוך בחינת היתרונות, האתגרים, הטכנולוגיות והיישומים הגלובליים של תחום מתפתח זה. נצלול לסוגים השונים של סביבות גידול תת-קרקעיות, לטכנולוגיות המפתח המאפשרות אותן, ולהשפעה הפוטנציאלית שיכולה להיות להן על ביטחון תזונתי וקיימות סביבתית.

מהן סביבות גידול תת-קרקעיות?

סביבות גידול תת-קרקעיות, הידועות גם כחקלאות תת-אדמתית, כוללות גידול יבולים בחללים סגורים או סגורים למחצה הממוקמים מתחת לפני כדור הארץ. סביבות אלה יכולות לנוע בין מכרות ומערות שהוסבו לייעודן החדש לבין מתקנים תת-קרקעיים שנבנו במיוחד. המאפיין המרכזי הוא שהן מציעות סביבה מבוקרת ומוגנת, המוגנת מתנאי מזג אוויר חיצוניים, מזיקים ומזהמים.

בניגוד לחקלאות מסורתית, גידול תת-קרקעי נשען במידה רבה על טכנולוגיות חקלאות בסביבה מבוקרת (CEA). זה כולל שליטה מדויקת על טמפרטורה, לחות, תאורה ואספקת חומרי הזנה. על ידי ויסות גורמים אלה, המגדלים יכולים לייעל את צמיחת הצמחים, להגדיל את היבולים ולהפחית את צריכת המשאבים.

יתרונות של סביבות גידול תת-קרקעיות

גידול תת-קרקעי מציע שפע של יתרונות פוטנציאליים בהשוואה לחקלאות מסורתית:

ייצור כל השנה: סביבות תת-קרקעיות מבודדות משינויים עונתיים, ומאפשרות ייצור יבולים רציף ללא קשר לאקלים. הדבר בעל ערך במיוחד באזורים עם חורפים קשים או אירועי מזג אוויר קיצוניים.
צריכת מים מופחתת: מערכות במעגל סגור בחוות תת-קרקעיות יכולות להפחית משמעותית את השימוש במים. המים ממוחזרים ונעשה בהם שימוש חוזר, מה שממזער בזבוז ומשמר משאב יקר זה. דוגמאות כוללות הידרופוניקה ואירופוניקה, המשתמשות בכמות מים נמוכה משמעותית מחקלאות מסורתית מבוססת קרקע.
חיסול חומרי הדברה וקוטלי עשבים: הסביבה המבוקרת מפחיתה את הסיכון למתקפות מזיקים וצמיחת עשבים שוטים, ומבטלת את הצורך בחומרי הדברה וקוטלי עשבים מזיקים. התוצאה היא מוצרי מזון בריאים ובטוחים יותר.
שימור קרקע: גידול תת-קרקעי מנצל חללים שלעיתים קרובות אינם מתאימים למטרות אחרות, כגון מכרות נטושים או מרתפים עירוניים. זה מפנה קרקע יקרת ערך על פני השטח לשימושים אחרים, כגון דיור או שימור.
הפחתת עלויות הובלה: חוות תת-קרקעיות יכולות להיות ממוקמות קרוב למרכזים עירוניים, מה שמפחית את מרחקי ההובלה ואת העלויות והפליטות הנלוות. זה משפר את הביטחון התזונתי ומפחית את טביעת הרגל הפחמנית של שרשרת אספקת המזון. דמיינו חווה תת-קרקעית מתחת לעיר צפופה כמו טוקיו או לונדון.
הסתגלות לשינויי אקלים: סביבות תת-קרקעיות מציעות חיץ מפני השפעות שינויי האקלים, כגון אירועי מזג אוויר קיצוניים, בצורות ותנודות טמפרטורה. זה הופך אותן לאופציה עמידה להבטחת ביטחון תזונתי בעולם משתנה.
ביטחון תזונתי משופר: על ידי אספקת מקור מזון אמין ומבוקר, גידול תת-קרקעי יכול לתרום לשיפור הביטחון התזונתי, במיוחד באזורים עם קרקע חקלאית מוגבלת או תנאים סביבתיים מאתגרים.

אתגרים של סביבות גידול תת-קרקעיות

בעוד שגידול תת-קרקעי מציע יתרונות רבים, הוא מציב גם מספר אתגרים:

השקעה ראשונית גבוהה: הקמת חווה תת-קרקעית דורשת השקעה משמעותית מראש בתשתיות, ציוד וטכנולוגיה. זה יכול להוות חסם כניסה לחקלאים בקנה מידה קטן או ליזמים. הן הסבת מכרה קיים והן בניית מבנה תת-קרקעי חדש כרוכות בעלויות ניכרות.
צריכת אנרגיה: גידול תת-קרקעי נשען במידה רבה על תאורה מלאכותית ומערכות בקרת אקלים, שיכולות לצרוך כמות משמעותית של אנרגיה. השימוש במקורות אנרגיה מתחדשת, כגון שמש או גיאותרמית, חיוני למזעור ההשפעה הסביבתית.
מומחיות טכנית: הפעלת חווה תת-קרקעית דורשת ידע ומיומנויות מיוחדים בתחומים כמו חקלאות בסביבה מבוקרת, הידרופוניקה ותאורת לד. כוח אדם מיומן חיוני להפעלה מוצלחת.
אוורור ואיכות אוויר: שמירה על אוורור ואיכות אוויר נאותים חיונית לבריאות הצמחים ולבטיחות האדם בסביבות תת-קרקעיות. נדרשות מערכות אוורור מתאימות להסרת לחות עודפת, פחמן דו-חמצני ומזהמים אחרים.
נגישות ולוגיסטיקה: הגישה למתקנים תת-קרקעיים וניהולם יכולים להיות מאתגרים, במיוחד במקומות מרוחקים או עמוק מתחת לאדמה. נדרשות מערכות לוגיסטיקה ותחבורה יעילות כדי להעביר יבולים ואספקה אל החווה וממנה.
השפעה פסיכולוגית: לעבודה בסביבה סגורה ומלאכותית יכולות להיות השפעות פסיכולוגיות על העובדים. מתן הדמיות של אור טבעי ושילוב אלמנטים של עיצוב ביופילי יכולים לסייע בהפחתת השפעות אלה.

טכנולוגיות מפתח לגידול תת-קרקעי

מספר טכנולוגיות מפתח חיוניות להפעלה מוצלחת של סביבות גידול תת-קרקעיות:

תאורת לד: דיודות פולטות אור (LEDs) הן מקור האור העיקרי בחוות תת-קרקעיות. נורות לד יעילות אנרגטית, בעלות אורך חיים ארוך, וניתן להתאימן אישית כדי לספק את ספקטרום האור הספציפי הנדרש לצמיחה מיטבית של צמחים. המחקר נמשך לייעול מתכוני לד עבור יבולים שונים.
הידרופוניקה ואירופוניקה: טכניקות גידול ללא קרקע אלה נמצאות בשימוש נרחב בגידול תת-קרקעי. הידרופוניקה כוללת גידול צמחים בתמיסות מים עשירות בחומרי הזנה, בעוד שאירופוניקה כוללת תליית שורשי צמחים באוויר וריסוסם בתמיסות הזנה. שתי השיטות מפחיתות את צריכת המים ומגבירות את יעילות ספיגת חומרי ההזנה.
מערכות בקרת אקלים: מערכות בקרת אקלים מתוחכמות מווסתות את הטמפרטורה, הלחות ורמות הפחמן הדו-חמצני בסביבות תת-קרקעיות. מערכות אלו מבטיחות תנאי גידול מיטביים לצמחים ומונעות הצטברות של לחות עודפת או מזהמים.
חיישנים ואוטומציה: חיישנים מנטרים פרמטרים סביבתיים שונים, כגון טמפרטורה, לחות, עוצמת אור ורמות חומרי הזנה. נתונים אלה משמשים לאוטומציה של מערכות הבקרה ולייעול תנאי הגידול. אוטומציה יכולה גם להפחית את עלויות העבודה ולשפר את היעילות.
מקורות אנרגיה מתחדשת: שימוש במקורות אנרגיה מתחדשת, כגון שמש או גיאותרמית, חיוני להפחתת ההשפעה הסביבתית של גידול תת-קרקעי. ניתן להשתמש באנרגיה גיאותרמית לחימום וקירור, בעוד שאנרגיית שמש יכולה להפעיל תאורת לד וציוד אחר.
מערכות מיחזור מים: מערכות מיחזור מים במעגל סגור לוכדות ועושות שימוש חוזר במים, ממזערות את צריכת המים ומפחיתות את טביעת הרגל הסביבתית. מערכות אלו כוללות לעיתים קרובות תהליכי סינון ועיקור להסרת מזהמים ופתוגנים.

יישומים גלובליים של גידול תת-קרקעי

גידול תת-קרקעי נחקר ומיושם במקומות שונים ברחבי העולם, כל אחד עם יישומים ואתגרים ייחודיים:

מכרות שהוסבו: מכרות נטושים מוסבים לחוות תת-קרקעיות במספר מדינות. לדוגמה, בבריטניה, Growing Underground הפכה מקלט נ"מ לשעבר ממלחמת העולם השנייה לחווה הידרופונית המייצרת ירקות עליים. פרויקטים דומים מתבצעים בארה"ב ובקנדה, החוקרים את הפוטנציאל של מכרות נטושים למטרות חקלאיות.
מרתפים עירוניים: מרתפים וחללים תת-קרקעיים עירוניים מנוצלים לחקלאות אנכית בערים צפופות. ביפן, Pasona O2 יצרה חווה תת-קרקעית במרתף המטה שלה בטוקיו, המדגימה את הפוטנציאל של חקלאות עירונית. בפריז, Cycloponics מגדלת תוצרת אורגנית בחניונים תת-קרקעיים שהוסבו.
מנהרות תת-קרקעיות: מנהרות תת-קרקעיות נחקרות כאתרים פוטנציאליים לחוות תת-קרקעיות בקנה מידה גדול. בשוויץ, חוקרים בוחנים את ההיתכנות של שימוש בתשתיות מנהרות קיימות לייצור חקלאי. מנהרות אלו מציעות סביבה יציבה ומבוקרת עם תשתית זמינה.
חממות גיאותרמיות: שילוב של אנרגיה גיאותרמית עם טכנולוגיית חממות יכול ליצור סביבות גידול תת-קרקעיות יעילות ובנות-קיימא במיוחד. באיסלנד, חממות גיאותרמיות מנצלות אנרגיה גיאותרמית לחימום והפעלת פעילותן, ומייצרות מגוון יבולים כל השנה. מודל זה יכול להיות מותאם לסביבות תת-קרקעיות.
מתקני מחקר: מספר מתקני מחקר מוקדשים לחקר גידול תת-קרקעי ולפיתוח טכנולוגיות חדשות. המרכז לחקלאות בסביבה מבוקרת של אוניברסיטת אריזונה עורך מחקר על חקלאות אנכית תת-קרקעית, הבוחן את תנאי הגידול המיטביים עבור יבולים שונים. מחקר דומה מתבצע במדינות אחרות, כולל הולנד ודרום קוריאה.

מקרי בוחן: פעולות גידול תת-קרקעי מוצלחות

מספר פעולות גידול תת-קרקעי מוצלחות מדגימות את הפוטנציאל של גישה חדשנית זו:

Growing Underground (לונדון, בריטניה): ממוקמת 33 מטרים מתחת לרחובות לונדון במקלט נ"מ לשעבר, Growing Underground מייצרת ירקות עליים באמצעות הידרופוניקה ותאורת לד. החווה מספקת תוצרת למסעדות וסופרמרקטים מקומיים, מפחיתה את 'קילומטרי המזון' ומקדמת חקלאות בת-קיימא.
Pasona O2 (טוקיו, יפן): החווה התת-קרקעית של Pasona O2 בטוקיו מציגה את הפוטנציאל של חקלאות עירונית. החווה מגדלת מגוון יבולים, כולל אורז, ירקות ועשבי תיבול, באמצעות הידרופוניקה וטכנולוגיות סביבה מבוקרת. היא משמשת כפרויקט הדגמה ומרכז חינוכי.
Cycloponics (פריז, צרפת): Cycloponics הופכת חניונים תת-קרקעיים נטושים לחוות אורגניות. החווה מגדלת פטריות ויבולים אחרים באמצעות אקוופוניקה וטכניקות בנות-קיימא אחרות. היא מספקת תוצרת טרייה ומקומית לקהילה ויוצרת הזדמנויות תעסוקה.
Deep Greens (מונטריאול, קנדה): Deep Greens היא חווה עירונית המשתמשת בהידרופוניקה בחלל תת-קרקעי ממוחזר. הם מתמקדים באספקת תוצרת שגדלה מקומית למסעדות, חנויות מכולת וצרכנים באזור מונטריאול.

העתיד של הגידול התת-קרקעי

עתידו של הגידול התת-קרקעי נראה מבטיח, עם מאמצי מחקר ופיתוח מתמשכים המתמקדים בשיפור היעילות, הפחתת עלויות והרחבת מגוון היבולים שניתן לגדל מתחת לאדמה. ככל שהטכנולוגיה מתקדמת ומושגים יתרונות לגודל, הגידול התת-קרקעי צפוי להפוך למרכיב חשוב ובר-קיימא יותר ויותר במערכת המזון העולמית.

מספר מגמות מפתח מעצבות את עתיד הגידול התת-קרקעי:

אוטומציה מוגברת: אוטומציה תמלא תפקיד חשוב יותר ויותר בחוות תת-קרקעיות, ותפחית את עלויות העבודה ותשפר את היעילות. רובוטים ומערכות אוטומטיות ישמשו למשימות כמו שתילה, קציר וניטור בריאות הצמחים.
תאורת לד משופרת: מחקר בטכנולוגיית תאורת לד ימשיך לייעל את ספקטרום האור ולהפחית את צריכת האנרגיה. טכנולוגיות לד חדשות, כגון נקודות קוונטיות, נחקרות בשל הפוטנציאל שלהן לשפר את צמיחת הצמחים.
אופטימיזציה מבוססת נתונים: ניתוח נתונים ולמידת מכונה ישמשו לייעול תנאי הגידול ולשיפור היבולים. חיישנים יאספו כמויות עצומות של נתונים על פרמטרים סביבתיים ובריאות הצמחים, אשר ינותחו כדי לזהות דפוסים ולייעל אסטרטגיות גידול.
שילוב עם סביבות עירוניות: חוות תת-קרקעיות יהפכו משולבות יותר ויותר בסביבות עירוניות, ויספקו תוצרת טרייה ומקומית לתושבי הערים. זה יפחית את עלויות התחבורה והפליטות, ישפר את הביטחון התזונתי וייצור מקומות עבודה ירוקים.
הרחבה ליבולים חדשים: מחקרים מתבצעים להרחבת מגוון היבולים שניתן לגדל מתחת לאדמה. בעוד שירקות עליים ועשבי תיבול הם כיום היבולים הנפוצים ביותר, נעשים מאמצים לגדל פירות, ירקות ואפילו דגנים מתחת לאדמה.
פרקטיקות בנות-קיימא: התמקדות מתמשכת בקיימות, כולל מקורות אנרגיה מתחדשת, שימור מים והפחתת פסולת, תהיה חיונית למזעור ההשפעה הסביבתית של גידול תת-קרקעי.

סיכום

סביבות גידול תת-קרקעיות מציעות פתרון מבטיח לאתגרים העומדים בפני החקלאות המסורתית. על ידי מתן סביבה מבוקרת ומוגנת, חוות תת-קרקעיות יכולות לייצר יבולים כל השנה, להפחית את צריכת המים, לחסל חומרי הדברה ולשמר קרקע. בעוד שנותרו אתגרים, התקדמות טכנולוגית מתמשכת ומקרי בוחן מוצלחים מדגימים את הפוטנציאל של גידול תת-קרקעי לתרום לעתיד בר-קיימא ובטוח יותר מבחינה תזונתית.

ככל שאוכלוסיית העולם ממשיכה לגדול ושינויי האקלים מתעצמים, גישות חדשניות לייצור מזון יהיו חיוניות. גידול תת-קרקעי הוא גישה כזו הטומנת בחובה הבטחה משמעותית להבטחת אספקת מזון בת-קיימא ועמידה לדורות הבאים. על ידי אימוץ טכנולוגיה חדשנית זו, נוכל לסלול את הדרך לעולם בטוח יותר מבחינה תזונתית ובר-קיימא מבחינה סביבתית.

תובנות לפעולה: שקלו לתמוך בחוות תת-קרקעיות מקומיות או להשקיע במאמצי מחקר ופיתוח. למדו את עצמכם ואחרים על היתרונות של גידול תת-קרקעי והפוטנציאל שלו לשנות את מערכת המזון.

מקורות נוספים

Vertical Farm Daily: מספק חדשות ומידע על חקלאות אנכית וחקלאות בסביבה מבוקרת.
Association for Vertical Farming: ארגון גלובלי המקדם את התקדמות החקלאות האנכית.
Local Sustainable Agriculture Organizations: חפשו ארגונים מקומיים באזורכם התומכים ביוזמות חקלאות בת-קיימא.