Исследования в области подземного выращивания: культивируя будущее производства продуктов питания

Поскольку мировое население продолжает расти, а пахотные земли становятся все более дефицитными, инновационные подходы к производству продуктов питания имеют первостепенное значение. Подземное выращивание, охватывающее подземные фермы, корневые погреба и другие связанные с этим методы, представляет собой убедительное решение для устойчивого и эффективного сельского хозяйства. В этой статье рассматривается развивающаяся область исследований в области подземного выращивания, исследуются ее потенциальные преимущества, проблемы и революционные инновации, формирующие ее будущее.

Перспективы подземного сельского хозяйства

Подземное выращивание предлагает множество преимуществ по сравнению с традиционными методами ведения сельского хозяйства, особенно в условиях изменения климата и ограниченности ресурсов.

Улучшенный контроль окружающей среды

Одним из наиболее значительных преимуществ является возможность осуществлять более строгий контроль над средой выращивания. Подземные пространства естественным образом предлагают:

• Стабильные температуры: Подземные температуры, как правило, более постоянны, чем температуры на поверхности, что снижает риск повреждения урожая от экстремальных погодных явлений, таких как заморозки или волны жары. Это особенно важно в регионах с нестабильным климатом. Например, корневые погреба в северных климатических зонах, таких как Исландия и Канада, веками использовались для хранения урожая в суровые зимы.
• Управление влажностью: Контролируемый уровень влажности может минимизировать риск грибковых заболеваний и оптимизировать рост растений. Современные подземные фермы часто используют сложные системы климат-контроля для точной настройки уровня влажности в соответствии с конкретными потребностями каждой культуры.
• Снижение вредителей и болезней: Изолированная среда минимизирует воздействие вредителей и болезней, что снижает потребность в пестицидах и гербицидах. Это приводит к более здоровым урожаям и меньшему воздействию на окружающую среду.

Оптимизированное использование ресурсов

Подземное выращивание может значительно повысить эффективность использования ресурсов:

• Снижение потребления воды: Замкнутые ирригационные системы могут рециркулировать воду, минимизируя ее потери и сохраняя драгоценные ресурсы, особенно в засушливых и полузасушливых регионах. Вертикальные фермы, часто расположенные под землей, могут сократить потребление воды до 95% по сравнению с традиционным сельским хозяйством.
• Энергоэффективность: Геотермальная энергия может использоваться для регулирования температуры, что снижает зависимость от ископаемого топлива и углеродный след производства продуктов питания. В таких странах, как Исландия, которая может похвастаться обильными геотермальными ресурсами, подземные фермы уже используют этот чистый источник энергии для обеспечения своей деятельности.
• Сохранение земель: Подземные фермы освобождают ценные поверхностные земли для других целей, таких как природоохранная деятельность, жилищное строительство или инфраструктура. Это особенно актуально в густонаселенных городских районах, где земля в дефиците.

Круглогодичное производство

В отличие от традиционного сельского хозяйства, которое часто ограничено сезонными рамками, подземное выращивание позволяет производить урожай круглый год. Это обеспечивает постоянные поставки свежих продуктов независимо от внешних погодных условий. Это особенно важно в регионах с коротким вегетационным периодом, таких как Скандинавия или Аляска, где доступ к свежим продуктам может быть ограничен в зимние месяцы.

Технологии подземного выращивания: разнообразный ландшафт

Область подземного выращивания охватывает ряд методов, каждый из которых имеет свои уникальные преимущества и области применения.

Подземные фермы

Это специально построенные объекты, расположенные под землей, часто в переоборудованных шахтах, туннелях или пещерах. Они используют методы сельского хозяйства в контролируемой среде (CEA) для оптимизации условий выращивания.

• Шахтные выработки: Заброшенные шахты предоставляют готовое и часто обширное подземное пространство, подходящее для крупномасштабного фермерства. Стабильные температуры и уровень влажности в шахтах делают их идеальными для выращивания различных культур. Например, в Великобритании были проекты по перепрофилированию заброшенных шахт в грибные фермы.
• Туннели и бункеры: Туннели и бункеры, первоначально построенные для транспортных или военных целей, могут быть приспособлены для подземного фермерства. Эти сооружения обеспечивают безопасную и контролируемую среду, защищая урожай от внешних угроз.
• Специально построенные объекты: Специально построенные подземные фермы спроектированы специально для сельскохозяйственного производства. Эти объекты часто включают в себя самые современные технологии, такие как светодиодное освещение, гидропоника и автоматизированные системы контроля окружающей среды.

Корневые погреба

Корневые погреба — это традиционный метод хранения собранного урожая в подземных помещениях для продления срока его годности. Этот метод основан на естественном регулировании температуры и влажности для сохранения продуктов без необходимости охлаждения.

• Традиционные корневые погреба: Обычно это простые сооружения, построенные в земле или на склоне холма. Они используют естественную изоляцию земли для поддержания прохладной и влажной среды. Корневые погреба использовались веками в различных культурах, обеспечивая жизненно важный источник пищи в зимние месяцы.
• Современные корневые погреба: Современные корневые погреба могут включать улучшенную изоляцию, вентиляцию и системы контроля влажности для дальнейшего повышения их эффективности.

Подземные теплицы

Теплицы, построенные ниже уровня земли, обеспечивают улучшенную изоляцию и стабильность температуры, продлевая вегетационный период и снижая потребление энергии. Эти сооружения могут быть особенно полезны в холодном климате.

• Валипини: Валипини, или подземная теплица, — это традиционная сельскохозяйственная техника, зародившаяся в Андах Южной Америки. Она использует естественное тепло земли для создания теплой и защищенной среды для выращивания сельскохозяйственных культур даже в высокогорных регионах с суровым климатом.
• Заглубленные теплицы: Эти сооружения частично или полностью заглублены в землю, обеспечивая отличную изоляцию и защиту от непогоды.

Ключевые направления исследований в области подземного выращивания

Постоянные исследования имеют решающее значение для оптимизации методов подземного выращивания и раскрытия их полного потенциала.

Оптимизация светодиодного освещения

Искусственное освещение необходимо для подземных ферм, так как естественный солнечный свет ограничен или отсутствует. Исследования сосредоточены на разработке энергоэффективных систем светодиодного освещения, которые обеспечивают оптимальный спектр и интенсивность света для различных культур.

• Спектральная настройка: Различные длины волн света по-разному влияют на рост и развитие растений. Исследования изучают оптимальные спектральные соотношения для максимизации урожайности, содержания питательных веществ и вкуса.
• Энергоэффективность: Разработка более энергоэффективных систем светодиодного освещения имеет решающее значение для снижения эксплуатационных расходов подземных ферм.
• Распределение света: Оптимизация распределения света в пространстве для выращивания гарантирует, что все растения получат достаточное освещение.

Управление питательными веществами и их доставка

Эффективное управление питательными веществами имеет решающее значение для максимизации урожайности и минимизации воздействия на окружающую среду. Исследования сосредоточены на разработке устойчивых и точных систем доставки питательных веществ.

• Гидропоника и аэропоника: Эти беспочвенные методы выращивания позволяют точно контролировать доставку питательных веществ, минимизируя отходы и максимизируя их усвоение.
• Органические питательные растворы: Исследования изучают использование органических питательных растворов, полученных из компоста, вермикомпоста и других устойчивых источников.
• Рециркуляция питательных веществ: Замкнутые системы рециркуляции питательных веществ могут минимизировать отходы питательных веществ и снизить потребность во внешних ресурсах.

Системы контроля окружающей среды

Сложные системы контроля окружающей среды необходимы для поддержания оптимальных условий выращивания на подземных фермах. Исследования сосредоточены на разработке более эффективных и устойчивых систем.

• Климатическое моделирование: Передовые климатические модели могут использоваться для прогнозирования условий окружающей среды в пространстве для выращивания и оптимизации стратегий контроля.
• Автоматизация и датчики: Автоматизированные системы и датчики могут отслеживать и регулировать параметры окружающей среды в режиме реального времени, обеспечивая оптимальные условия для выращивания.
• Интеграция геотермальной энергии: Интеграция геотермальной энергии в системы контроля окружающей среды может значительно снизить потребление энергии и углеродный след подземных ферм.

Оптимизация культур для подземных условий

Не все культуры одинаково хорошо подходят для подземного выращивания. Исследования сосредоточены на выявлении и выведении сортов, которые процветают в этих контролируемых средах.

• Требования к освещению: Выбор культур с низкими требованиями к освещению или выведение сортов, более толерантных к условиям низкой освещенности, имеет решающее значение для подземных ферм. Листовая зелень, травы и грибы часто хорошо подходят для подземного выращивания из-за их относительно низких требований к освещению.
• Ограничения по пространству: Методы вертикального фермерства часто используются на подземных фермах для максимального использования пространства. Важно выбирать культуры, которые хорошо подходят для вертикального роста.
• Устойчивость к болезням: Выбор устойчивых к болезням сортов необходим для минимизации риска потери урожая в контролируемой среде подземной фермы.

Проблемы и соображения

Несмотря на свой огромный потенциал, подземное выращивание сталкивается с рядом проблем, которые необходимо решить.

Первоначальные инвестиционные затраты

Первоначальные инвестиционные затраты на создание подземной фермы могут быть значительными, особенно для специально построенных объектов. Перепрофилирование существующих подземных пространств, таких как шахты или туннели, может помочь снизить эти затраты.

Энергопотребление

Хотя подземные фермы могут быть энергоэффективными по сравнению с традиционным сельским хозяйством, они все же требуют энергии для освещения, вентиляции и контроля окружающей среды. Использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная или геотермальная, может помочь минимизировать углеродный след.

Доступность и логистика

Доступ к подземным фермам может быть затруднен, особенно для крупномасштабных операций. Эффективные системы логистики и транспортировки необходимы для перемещения урожая и материалов на объект и с него.

Общественное восприятие и признание

Некоторые потребители могут с опаской относиться к продуктам, выращенным под землей, из-за опасений по поводу гигиены или безопасности. Просвещение общественности о преимуществах подземного выращивания и обеспечение высоких стандартов безопасности пищевых продуктов имеют решающее значение для получения признания потребителей.

Мировые примеры инициатив в области подземного выращивания

Инициативы в области подземного выращивания набирают обороты по всему миру, демонстрируя жизнеспособность этого инновационного подхода к производству продуктов питания.

• Growing Underground (Лондон, Великобритания): Расположенная в заброшенных бомбоубежищах времен Второй мировой войны под улицами Лондона, компания Growing Underground производит разнообразную листовую зелень и травы с использованием гидропонных технологий.
• Plant Chicago (Чикаго, США): Размещенная в бывшем мясокомбинате, компания Plant Chicago интегрирует аквапонику и другие устойчивые методы ведения сельского хозяйства для выращивания продуктов питания в городской среде. Хотя ферма и не является полностью подземной, она использует инфраструктуру здания для создания контролируемой среды выращивания.
• Deep Roots (Монреаль, Канада): Этот проект исследует потенциал использования заброшенных туннелей под центром Монреаля для городского фермерства.
• Подземные грибные фермы (разные места): Выращивание грибов особенно хорошо подходит для подземных условий из-за низких требований этой культуры к освещению. Многочисленные подземные грибные фермы работают по всему миру, часто в перепрофилированных шахтах или пещерах.

Будущее подземного выращивания

Подземное выращивание имеет огромные перспективы для будущего производства продуктов питания, предлагая устойчивое и эффективное решение проблем растущего мирового населения и меняющегося климата. По мере того как исследования продолжают развиваться, а технологии становятся более доступными, подземные фермы, вероятно, будут становиться все более распространенными, особенно в городских районах и регионах с ограниченными пахотными землями.

Потенциальное применение в освоении космоса

Технологии подземного выращивания также исследуются на предмет потенциального применения в освоении космоса. Контролируемая среда подземной фермы может обеспечить устойчивый источник пищи для астронавтов во время длительных миссий на Луну или Марс.

Практические рекомендации

Для частных лиц и организаций, заинтересованных в изучении подземного выращивания, рассмотрите следующее:

• Начинайте с малого: Поэкспериментируйте с корневыми погребами или небольшими подземными теплицами, чтобы получить опыт и понимание этих методов.
• Исследуйте местные ресурсы: Определите потенциальные подземные пространства в вашем районе, которые можно перепрофилировать для ведения сельского хозяйства, например, заброшенные шахты или туннели.
• Сотрудничайте с экспертами: Сотрудничайте с исследователями, инженерами-аграриями и другими специалистами для разработки и реализации проектов подземного выращивания.
• Выступайте за политическую поддержку: Поощряйте государственную политику, поддерживающую развитие устойчивого сельского хозяйства, включая подземное выращивание.

Заключение

Подземное выращивание — это больше, чем просто нишевая сельскохозяйственная технология; это представляет собой сдвиг парадигмы в нашем подходе к производству продуктов питания. Используя возможности контролируемых сред и оптимизируя использование ресурсов, подземные фермы могут способствовать созданию более устойчивого, жизнеспособного и продовольственно безопасного будущего для всех.