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.