Глубокое погружение: исследование передовых рубежей в области подземного растениеводства

По мере того как население планеты продолжает расти, а изменение климата всё больше угрожает традиционным методам ведения сельского хозяйства, поиск инновационных и устойчивых способов производства продуктов питания становится всё более актуальным. Одно из перспективных направлений исследований лежит у нас под ногами: подземное растениеводство. Эта статья погружается в мир исследований подземного растениеводства, рассматривая его потенциальные преимущества, проблемы, передовые технологии и глобальное применение для более безопасного и устойчивого продовольственного будущего.

Почему подземное растениеводство? Решение глобальных проблем

Подземное растениеводство, также известное как подземное фермерство или глубинное фермерство, предлагает несколько весомых преимуществ по сравнению с традиционным сельским хозяйством, особенно в условиях острых глобальных проблем:

• Оптимизация пространства: Разрастание городов и ограниченность пахотных земель являются серьезными препятствиями для производства продуктов питания. Подземные сооружения могут использовать пространства, непригодные для других целей, такие как заброшенные шахты, туннели и подвалы, максимизируя эффективность использования пространства.
• Климатическая устойчивость: Подземные среды обеспечивают стабильный и контролируемый климат, защищая урожай от экстремальных погодных явлений, таких как засухи, наводнения и колебания температуры. Это особенно важно в регионах, сталкивающихся с растущей изменчивостью климата.
• Экономия воды: Системы подземного растениеводства могут значительно сократить потребление воды за счет замкнутых систем орошения и уменьшения испарения. Это крайне важно в регионах с дефицитом воды.
• Контроль вредителей и болезней: Контролируемая среда подземных сооружений минимизирует риск появления вредителей и болезней, снижая потребность в пестицидах и гербицидах.
• Увеличение вегетационного периода: Подземные условия позволяют выращивать урожай круглый год, независимо от внешних погодных условий, обеспечивая постоянное снабжение продуктами питания.
• Снижение транспортных расходов: Подземные фермы могут располагаться ближе к городским центрам, что сокращает транспортные расходы и выбросы, связанные с доставкой продуктов питания.

Ключевые направления исследований в области подземного растениеводства

Исследования в области подземного растениеводства охватывают широкий спектр дисциплин, включая ботанику, инженерию, экологию и экономику. Некоторые из ключевых направлений исследований включают:

1. Оптимизация контроля окружающей среды

Поддержание оптимальных условий окружающей среды, таких как температура, влажность, освещение и циркуляция воздуха, имеет решающее значение для успешного подземного растениеводства. Исследования в этой области сосредоточены на:

• Системы освещения: Разработка энергоэффективных светодиодных систем освещения, адаптированных к конкретным потребностям различных культур. Ведутся исследования для определения оптимальных спектров света, интенсивности и фотопериода для максимизации роста растений и их питательной ценности. Например, исследователи в Японии экспериментируют с комбинациями красного и синего света для оптимизации роста салата в подземных сооружениях.
• Системы климат-контроля: Проектирование и внедрение систем климат-контроля, которые могут поддерживать стабильную температуру и влажность при минимальном потреблении энергии. Геотермальная энергия и рекуперация отработанного тепла рассматриваются как устойчивые источники энергии для подземного климат-контроля. В Хельсинки, Финляндия, подземный центр обработки данных использует отработанное тепло для обогрева теплиц, демонстрируя подход циркулярной экономики.
• Управление качеством воздуха: Обеспечение адекватной вентиляции и уровней CO2 для оптимального роста растений. Исследуется использование биофильтров для удаления загрязняющих веществ и улучшения качества воздуха в подземных средах.

2. Системы доставки питательных веществ

Эффективная доставка питательных веществ необходима для здорового роста растений в подземных условиях. Исследования сосредоточены на оптимизации гидропонных и аэропонных систем для подземного применения:

• Гидропоника: Разработка питательных растворов, адаптированных к конкретным потребностям различных культур, и оптимизация методов доставки питательных веществ для минимизации отходов и максимизации усвоения. Например, исследование в Ноттингемском университете в Великобритании изучает использование полезных микробов для улучшения усвоения питательных веществ в гидропонных системах.
• Аэропоника: Оптимизация аэропонных систем для эффективной доставки питательных веществ и оксигенации корней. Исследуется использование ультразвуковых туманообразователей для создания мелкодисперсного тумана из питательного раствора, что максимизирует усвоение питательных веществ и минимизирует потребление воды. Исследователи в Сингапуре являются пионерами в создании вертикальных аэропонных систем для подземного производства листовой зелени.
• Рециркуляция питательных веществ: Разработка замкнутых систем рециркуляции питательных веществ для минимизации отходов и снижения воздействия подземного фермерства на окружающую среду. Это включает в себя такие методы, как анаэробное сбраживание для извлечения питательных веществ из органических отходов.

3. Отбор и селекция культур

Выявление и селекция культур, хорошо приспособленных к условиям подземного выращивания, имеют решающее значение для максимизации урожайности и питательной ценности. Исследования в этой области сосредоточены на:

• Отбор культур: Выявление сортов культур, которые хорошо растут в условиях низкой освещенности и устойчивы к вредителям и болезням, распространенным в подземных сооружениях. Листовая зелень, травы и грибы часто хорошо подходят для подземного выращивания.
• Селекционные программы: Разработка новых сортов культур, специально адаптированных к условиям подземного выращивания. Это включает отбор по таким признакам, как теневыносливость, устойчивость к болезням и высокое содержание питательных веществ. Исследователи в Нидерландах разрабатывают сорта салата специально для систем вертикального фермерства.
• Оптимизация плотности посадки: Определение оптимальной плотности посадки для различных культур в подземных условиях для максимизации урожайности без ущерба для здоровья растений.

4. Автоматизация и робототехника

Автоматизация и робототехника могут значительно повысить эффективность и производительность операций подземного растениеводства. Исследования сосредоточены на разработке автоматизированных систем для:

• Посадка и сбор урожая: Разработка роботизированных систем для посадки, пересадки и сбора урожая, что снижает затраты на рабочую силу и повышает эффективность. Такие компании, как Iron Ox, разрабатывают роботов для автоматизации теплиц и вертикальных ферм.
• Мониторинг и контроль: Разработка сенсорных сетей и систем управления для мониторинга условий окружающей среды и автоматической корректировки освещения, температуры и доставки питательных веществ по мере необходимости. Это позволяет точно контролировать среду выращивания и оптимизировать использование ресурсов.
• Анализ данных: Использование аналитики данных для выявления тенденций и оптимизации методов выращивания. Это включает анализ данных с датчиков для раннего выявления потенциальных проблем и оптимизации распределения ресурсов.

5. Экономические и социальные аспекты

Исследования также изучают экономические и социальные последствия подземного растениеводства, включая:

• Анализ затрат и выгод: Оценка экономической целесообразности операций подземного растениеводства с учетом таких факторов, как затраты на строительство, эксплуатационные расходы и потенциальный доход.
• Анализ рынка: Определение потенциальных рынков сбыта для продукции, выращенной под землей, включая городских потребителей, рестораны и продуктовые магазины.
• Оценка социального воздействия: Оценка потенциальных социальных преимуществ подземного растениеводства, таких как создание рабочих мест, повышение продовольственной безопасности и снижение воздействия на окружающую среду.
• Политика и регулирование: Разработка политик и нормативных актов для поддержки развития подземного фермерства и обеспечения его безопасной и устойчивой работы.

Мировые примеры инициатив в области подземного растениеводства

Подземное растениеводство набирает популярность во всем мире, и различные инициативы демонстрируют его потенциал:

• Growing Underground (Лондон, Великобритания): Этот новаторский проект превращает заброшенные бомбоубежища времен Второй мировой войны в подземные фермы, где выращивают листовую зелень и травы для местных ресторанов и супермаркетов. Они используют гидропонные системы и светодиодное освещение для круглогодичного производства урожая.
• SubTropolis (Канзас-Сити, США): В этом огромном подземном промышленном парке расположены несколько предприятий, включая грибную ферму. Стабильная температура и влажность известняковой шахты создают идеальные условия для выращивания грибов.
• The Plant (Чикаго, США): Хотя The Plant не полностью находится под землей, это вертикальная ферма, расположенная в здании бывшего мясокомбината. Она включает аквапонику и другие устойчивые технологии для производства продуктов питания в городской среде, демонстрируя потенциал интеграции подземных и надземных методов ведения сельского хозяйства.
• Deep Farm Institute (Финляндия): Этот исследовательский институт занимается разработкой и продвижением устойчивых технологий подземного фермерства. Они проводят исследования по различным аспектам подземного растениеводства, включая освещение, климат-контроль и доставку питательных веществ.
• Заброшенные шахты (разные места): Растут усилия по перепрофилированию заброшенных шахт для подземного фермерства. Стабильная температура и влажность шахт создают идеальные условия для выращивания различных культур, и это также может помочь оживить бывшие шахтерские поселки. Например, в некоторых регионах Восточной Европы заброшенные соляные шахты исследуются на предмет потенциального выращивания грибов.

Проблемы и возможности

Хотя подземное растениеводство предлагает множество преимуществ, оно также сталкивается с рядом проблем:

• Высокие первоначальные инвестиции: Строительство подземных сооружений может быть дорогостоящим, требуя значительных первоначальных вложений в инфраструктуру, освещение и системы климат-контроля.
• Энергопотребление: Обеспечение искусственного освещения и климат-контроля может быть энергозатратным, что увеличивает эксплуатационные расходы и потенциально нивелирует некоторые экологические преимущества.
• Техническая сложность: Управление операциями подземного растениеводства требует специальных знаний и опыта в таких областях, как гидропоника, аэропоника и контроль окружающей среды.
• Общественное восприятие: Некоторые потребители могут с недоверием относиться к продуктам, выращенным под землей, считая их неестественными или вредными для здоровья.

Несмотря на эти проблемы, возможности для подземного растениеводства значительны. При дальнейших исследованиях и разработках, совершенствовании технологий и росте осведомленности общественности подземное растениеводство может сыграть решающую роль в обеспечении глобальной продовольственной безопасности и устойчивости.

Будущее подземного растениеводства

Будущее подземного растениеводства выглядит светлым, и появляются несколько многообещающих тенденций:

• Расширение автоматизации: Все более широкое внедрение автоматизации и робототехники позволит еще больше повысить эффективность и производительность операций подземного растениеводства, снижая затраты на рабочую силу и максимизируя урожайность.
• Передовые технологии освещения: Разработка более энергоэффективных и спектрально оптимизированных светодиодных систем освещения позволит еще больше сократить потребление энергии и улучшить рост растений.
• Интеграция с возобновляемыми источниками энергии: Интеграция подземных комплексов с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная и геотермальная, позволит еще больше снизить их воздействие на окружающую среду.
• Интеграция с вертикальным фермерством: Сочетание подземного растениеводства с методами вертикального фермерства позволит максимизировать эффективность использования пространства и создавать высокопроизводительные городские фермы.
• Инициативы на уровне сообществ: Развитие местных подземных ферм обеспечит доступ к свежим, здоровым продуктам питания и будет способствовать продвижению устойчивых продовольственных систем.

Практические рекомендации для заинтересованных сторон

Независимо от того, являетесь ли вы исследователем, предпринимателем, политиком или просто человеком, интересующимся устойчивым производством продуктов питания, вот несколько практических рекомендаций, которые стоит рассмотреть:

• Для исследователей: Сосредоточьтесь на разработке энергоэффективных систем освещения, оптимизации методов доставки питательных веществ и селекции культур, специально адаптированных к условиям подземного выращивания. Сотрудничайте с отраслевыми партнерами для внедрения результатов исследований в практическое применение.
• Для предпринимателей: Изучите потенциал подземного растениеводства в вашем регионе. Определите возможности использования заброшенных пространств, таких как шахты, туннели и подвалы, для производства продуктов питания. Сосредоточьтесь на производстве высокоценных культур, которые можно продавать напрямую потребителям или в местные рестораны и продуктовые магазины.
• Для политиков: Разрабатывайте политику и нормативные акты для поддержки развития подземного фермерства. Предоставляйте стимулы для предпринимателей и исследователей, инвестирующих в технологии подземного растениеводства. Повышайте осведомленность общественности о преимуществах продуктов, выращенных под землей.
• Для граждан: Поддерживайте местные подземные фермы, покупая их продукцию. Узнавайте сами и рассказывайте другим о преимуществах подземного растениеводства. Выступайте за политику, поддерживающую устойчивые продовольственные системы.

Заключение

Подземное растениеводство представляет собой многообещающий рубеж в устойчивом сельском хозяйстве, предлагая потенциал для решения критических проблем, связанных с продовольственной безопасностью, изменением климата и нехваткой ресурсов. Принимая во внимание исследования, инновации и сотрудничество, мы можем раскрыть весь потенциал подземного растениеводства и создать более устойчивую и жизнеспособную продовольственную систему будущего.

Исследование подземного растениеводства — это не просто выращивание культур в нетрадиционных пространствах; это переосмысление наших отношений с едой и окружающей средой. Это поиск инновационных решений для обеспечения устойчивого будущего для грядущих поколений. Углубляясь в возможности, которые лежат у нас под ногами, мы прокладываем путь к более безопасному и изобильному продовольственному будущему для всех.