Изучение подземных сред выращивания: подробное руководство

Поскольку глобальное население продолжает расти, а изменение климата усиливается, потребность в устойчивых и эффективных методах производства продуктов питания становится все более важной. Традиционное сельское хозяйство сталкивается с многочисленными проблемами, включая нехватку земли, дефицит воды, деградацию почвы и уязвимость к экстремальным погодным явлениям. В ответ появляются инновационные подходы, одним из самых интригующих из которых являются подземные среды выращивания.

В этом подробном руководстве рассматривается потенциал подземных пространств для сельскохозяйственных целей, изучаются преимущества, проблемы, технологии и глобальное применение этой развивающейся области. Мы углубимся в различные типы подземных сред выращивания, ключевые технологии, которые их обеспечивают, и потенциальное влияние, которое они могут оказать на продовольственную безопасность и экологическую устойчивость.

Что такое подземные среды выращивания?

Подземные среды выращивания, также известные как подземное сельское хозяйство, включают выращивание сельскохозяйственных культур в закрытых или полузакрытых пространствах, расположенных под поверхностью Земли. Эти среды могут варьироваться от переоборудованных шахт и пещер до специально построенных подземных сооружений. Ключевой характеристикой является то, что они предлагают контролируемую и защищенную среду, защищенную от внешних погодных условий, вредителей и загрязнителей.

В отличие от традиционного сельского хозяйства, подземное выращивание в значительной степени опирается на технологии сельского хозяйства с контролируемой средой (CEA). Это включает в себя точный контроль над температурой, влажностью, освещением и подачей питательных веществ. Манипулируя этими факторами, производители могут оптимизировать рост растений, увеличить урожайность и снизить потребление ресурсов.

Преимущества подземных сред выращивания

Подземное выращивание предлагает множество потенциальных преимуществ по сравнению с традиционным сельским хозяйством:

• Круглогодичное производство: Подземные среды изолированы от сезонных колебаний, что позволяет непрерывно производить урожай независимо от климата. Это особенно ценно в регионах с суровыми зимами или экстремальными погодными явлениями.
• Снижение потребления воды: Системы замкнутого цикла на подземных фермах могут значительно снизить потребление воды. Вода перерабатывается и повторно используется, сводя к минимуму отходы и сохраняя этот ценный ресурс. Примеры включают гидропонику и аэропонику, которые используют значительно меньше воды, чем традиционное сельское хозяйство на основе почвы.
• Исключение пестицидов и гербицидов: Контролируемая среда снижает риск заражения вредителями и роста сорняков, устраняя необходимость в использовании вредных пестицидов и гербицидов. Это приводит к более здоровым и безопасным продуктам питания.
• Сохранение земли: Подземное выращивание использует пространства, которые часто непригодны для других целей, такие как заброшенные шахты или городские подвалы. Это освобождает ценную наземную землю для других целей, таких как жилье или сохранение.
• Снижение транспортных расходов: Подземные фермы могут быть расположены близко к городским центрам, сокращая транспортные расстояния и связанные с этим затраты и выбросы. Это повышает продовольственную безопасность и снижает углеродный след цепочки поставок продуктов питания. Представьте себе подземную ферму под густонаселенным городом, таким как Токио или Лондон.
• Адаптация к изменению климата: Подземные среды предлагают защиту от последствий изменения климата, таких как экстремальные погодные явления, засухи и колебания температуры. Это делает их устойчивым вариантом для обеспечения продовольственной безопасности в меняющемся мире.
• Повышение продовольственной безопасности: Обеспечивая надежный и контролируемый источник пищи, подземное выращивание может способствовать повышению продовольственной безопасности, особенно в регионах с ограниченными сельскохозяйственными угодьями или сложными экологическими условиями.

Проблемы подземных сред выращивания

Хотя подземное выращивание предлагает многочисленные преимущества, оно также представляет несколько проблем:

• Высокие первоначальные инвестиции: Создание подземной фермы требует значительных первоначальных инвестиций в инфраструктуру, оборудование и технологии. Это может быть препятствием для входа для мелких фермеров или предпринимателей. Модернизация существующей шахты или строительство новой подземной структуры связаны со значительными затратами.
• Потребление энергии: Подземное выращивание в значительной степени зависит от искусственного освещения и систем климат-контроля, которые могут потреблять значительное количество энергии. Использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная или геотермальная, имеет решающее значение для минимизации воздействия на окружающую среду.
• Техническая экспертиза: Эксплуатация подземной фермы требует специальных знаний и навыков в таких областях, как сельское хозяйство с контролируемой средой, гидропоника и светодиодное освещение. Квалифицированная рабочая сила необходима для успешной работы.
• Вентиляция и качество воздуха: Поддержание адекватной вентиляции и качества воздуха имеет решающее значение для здоровья растений и безопасности человека в подземных средах. Необходимы надлежащие системы вентиляции для удаления избыточной влажности, углекислого газа и других загрязняющих веществ.
• Доступность и логистика: Доступ и управление подземными сооружениями могут быть сложными, особенно в отдаленных местах или глубоко под землей. Необходимы эффективные системы логистики и транспортировки для перемещения урожая и поставок на ферму и с нее.
• Психологическое воздействие: Работа в закрытой, искусственной среде может оказывать психологическое воздействие на работников. Обеспечение имитации естественного света и включение элементов биофильного дизайна могут помочь смягчить эти последствия.

Ключевые технологии для подземного выращивания

Несколько ключевых технологий необходимы для успешной эксплуатации подземных сред выращивания:

• Светодиодное освещение: Светодиоды (LED) являются основным источником света на подземных фермах. Светодиоды энергоэффективны, имеют длительный срок службы и могут быть настроены для обеспечения определенного спектра света, необходимого для оптимального роста растений. Продолжаются исследования по оптимизации светодиодных рецептов для различных культур.
• Гидропоника и аэропоника: Эти методы беспочвенного выращивания широко используются в подземном выращивании. Гидропоника включает выращивание растений в богатых питательными веществами водных растворах, в то время как аэропоника включает подвешивание корней растений в воздухе и опрыскивание их питательными растворами. Оба метода снижают потребление воды и повышают эффективность поглощения питательных веществ.
• Системы климат-контроля: Сложные системы климат-контроля регулируют температуру, влажность и уровень углекислого газа в подземных средах. Эти системы обеспечивают оптимальные условия для роста растений и предотвращают накопление избыточной влаги или загрязняющих веществ.
• Датчики и автоматизация: Датчики контролируют различные параметры окружающей среды, такие как температура, влажность, интенсивность света и уровень питательных веществ. Эти данные используются для автоматизации систем управления и оптимизации условий выращивания. Автоматизация также может снизить затраты на рабочую силу и повысить эффективность.
• Возобновляемые источники энергии: Использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная или геотермальная, имеет решающее значение для снижения воздействия подземного выращивания на окружающую среду. Геотермальная энергия может использоваться для отопления и охлаждения, а солнечная энергия может питать светодиодное освещение и другое оборудование.
• Системы рециркуляции воды: Системы замкнутого цикла рециркуляции воды захватывают и повторно используют воду, сводя к минимуму потребление воды и уменьшая воздействие на окружающую среду. Эти системы часто включают процессы фильтрации и стерилизации для удаления загрязняющих веществ и патогенов.

Глобальное применение подземного выращивания

Подземное выращивание исследуется и реализуется в различных местах по всему миру, каждое из которых имеет уникальное применение и проблемы:

• Переоборудованные шахты: Заброшенные шахты переоборудуются в подземные фермы в нескольких странах. Например, в Великобритании Growing Underground превратила бывший авиационный налет времен Второй мировой войны в гидропонную ферму, производящую листовую зелень. Аналогичные проекты реализуются в США и Канаде, изучается потенциал заброшенных шахт для сельскохозяйственных целей.
• Городские подвалы: Городские подвалы и подземные пространства используются для вертикального фермерства в густонаселенных городах. В Японии Pasona O2 создала подземную ферму в подвале своей токийской штаб-квартиры, демонстрируя потенциал городского сельского хозяйства. В Париже Cycloponics выращивает органическую продукцию в переоборудованных подземных гаражах.
• Подземные туннели: Подземные туннели изучаются как потенциальные места для крупномасштабных подземных ферм. В Швейцарии исследователи изучают возможность использования существующей туннельной инфраструктуры для сельскохозяйственного производства. Эти туннели предлагают стабильную и контролируемую среду с легкодоступной инфраструктурой.
• Геотермальные теплицы: Сочетание геотермальной энергии с технологией теплиц может создать высокоэффективные и устойчивые подземные среды выращивания. В Исландии геотермальные теплицы используют геотермальную энергию для отопления и питания своей деятельности, производя различные культуры круглый год. Эта модель может быть адаптирована для подземных сред.
• Исследовательские центры: Несколько исследовательских центров посвящены изучению подземного выращивания и разработке новых технологий. Центр сельского хозяйства с контролируемой средой Университета Аризоны проводит исследования по подземному вертикальному фермерству, изучая оптимальные условия выращивания для различных культур. Аналогичные исследования проводятся и в других странах, включая Нидерланды и Южную Корею.

Примеры успешных операций по подземному выращиванию

Несколько успешных операций по подземному выращиванию демонстрируют потенциал этого инновационного подхода:

• Growing Underground (Лондон, Великобритания): Расположенная на 33 метра ниже улиц Лондона в бывшем авиационном налете, Growing Underground производит листовую зелень с использованием гидропоники и светодиодного освещения. Ферма поставляет продукцию в местные рестораны и супермаркеты, сокращая расстояние доставки продуктов питания и продвигая устойчивое сельское хозяйство.
• Pasona O2 (Токио, Япония): Подземная ферма Pasona O2 в Токио демонстрирует потенциал городского сельского хозяйства. Ферма выращивает различные культуры, включая рис, овощи и травы, с использованием гидропоники и технологий контролируемой среды. Она служит демонстрационным проектом и образовательным центром.
• Cycloponics (Париж, Франция): Cycloponics превращает заброшенные подземные гаражи в органические фермы. Ферма выращивает грибы и другие культуры с использованием аквапоники и других устойчивых методов. Она предоставляет свежие местные продукты сообществу и создает возможности для трудоустройства.
• Deep Greens (Монреаль, Канада): Deep Greens - это городская ферма, использующая гидропонику в переработанном подземном пространстве. Они сосредоточены на поставке местной продукции в рестораны, продуктовые магазины и потребителям в районе Монреаля.

Будущее подземного выращивания

Будущее подземного выращивания выглядит многообещающим, при этом продолжающиеся исследования и разработки направлены на повышение эффективности, снижение затрат и расширение ассортимента культур, которые можно выращивать под землей. По мере развития технологий и достижения эффекта масштаба подземное выращивание, вероятно, станет все более жизнеспособным и важным компонентом глобальной продовольственной системы.

Несколько ключевых тенденций формируют будущее подземного выращивания:

• Повышенная автоматизация: Автоматизация будет играть все более важную роль на подземных фермах, снижая затраты на рабочую силу и повышая эффективность. Роботы и автоматизированные системы будут использоваться для таких задач, как посадка, сбор урожая и мониторинг здоровья растений.
• Улучшенное светодиодное освещение: Исследования в области технологии светодиодного освещения будут продолжать оптимизировать спектры света и снижать потребление энергии. Новые светодиодные технологии, такие как квантовые точки, изучаются на предмет их потенциала для улучшения роста растений.
• Оптимизация на основе данных: Аналитика данных и машинное обучение будут использоваться для оптимизации условий выращивания и повышения урожайности. Датчики будут собирать огромные объемы данных о параметрах окружающей среды и здоровье растений, которые будут анализироваться для выявления закономерностей и оптимизации стратегий выращивания.
• Интеграция с городской средой: Подземные фермы будут все больше интегрироваться в городскую среду, предоставляя свежие местные продукты жителям городов. Это снизит транспортные расходы и выбросы, повысит продовольственную безопасность и создаст экологичные рабочие места.
• Расширение на новые культуры: Ведутся исследования по расширению ассортимента культур, которые можно выращивать под землей. В то время как листовая зелень и травы в настоящее время являются наиболее распространенными культурами, прилагаются усилия для выращивания фруктов, овощей и даже зерна под землей.
• Устойчивые методы: Постоянное внимание к устойчивости, включая возобновляемые источники энергии, сохранение воды и сокращение отходов, будет иметь решающее значение для минимизации воздействия подземного выращивания на окружающую среду.

Заключение

Подземные среды выращивания предлагают многообещающее решение проблем, стоящих перед традиционным сельским хозяйством. Обеспечивая контролируемую и защищенную среду, подземные фермы могут производить урожай круглый год, сокращать потребление воды, устранять пестициды и сохранять землю. Хотя проблемы остаются, продолжающиеся технологические достижения и успешные примеры демонстрируют потенциал подземного выращивания для внесения вклада в более устойчивое и обеспеченное продовольствием будущее.

Поскольку глобальное население продолжает расти, а изменение климата усиливается, инновационные подходы к производству продуктов питания будут необходимы. Подземное выращивание - это один из таких подходов, который имеет значительный потенциал для обеспечения устойчивого и устойчивого к внешним воздействиям снабжения продовольствием для будущих поколений. Принимая эту инновационную технологию, мы можем проложить путь к более обеспеченному продовольствием и экологически устойчивому миру.

Практические рекомендации: Рассмотрите возможность поддержки местных подземных ферм или инвестирования в исследования и разработки. Просветите себя и других о преимуществах подземного выращивания и его потенциале для преобразования продовольственной системы.

Дополнительные ресурсы

• Vertical Farm Daily: Предоставляет новости и информацию о вертикальном фермерстве и сельском хозяйстве с контролируемой средой.
• Association for Vertical Farming: Глобальная организация, продвигающая развитие вертикального фермерства.
• Local Sustainable Agriculture Organizations: Найдите местные организации в вашем регионе, поддерживающие инициативы в области устойчивого сельского хозяйства.