Сільське господарство в контрольованому середовищі: забезпечення продовольством майбутнього світу

Населення світу стрімко зростає, а разом з ним і попит на продукти харчування. Водночас традиційне сільське господарство стикається зі зростаючими викликами, пов'язаними зі зміною клімату, дефіцитом води, деградацією земель та збоями в ланцюгах постачання. Сільське господарство в контрольованому середовищі (CEA) пропонує перспективне розв'язання цих проблем, забезпечуючи більш стійкий та ефективний спосіб виробництва продуктів харчування на місцевому рівні, цілий рік, незалежно від зовнішніх умов навколишнього середовища.

Що таке сільське господарство в контрольованому середовищі (CEA)?

CEA — це сільськогосподарські практики, що проводяться в закритих спорудах, де такі фактори навколишнього середовища, як температура, вологість, світло та доставка поживних речовин, точно контролюються. Ці споруди можуть варіюватися від простих теплиць до високотехнологічних вертикальних ферм. Мета полягає в тому, щоб оптимізувати ріст рослин і максимізувати врожайність, мінімізуючи при цьому споживання ресурсів та вплив на навколишнє середовище. Системи CEA пропонують точний контроль над умовами вирощування, що призводить до прогнозованих врожаїв, зменшення споживання води та мінімального або повного уникнення використання пестицидів.

Типи систем CEA

CEA охоплює різноманітні технології та методи. Ось огляд деяких поширених систем:

Теплиці

Теплиці є найпоширенішою формою CEA. Вони використовують скляне або пластикове покриття для уловлювання сонячної енергії та створення теплішого, вологішого середовища для росту рослин. Сучасні теплиці часто включають передові технології, такі як автоматизований клімат-контроль, додаткове освітлення та гідропонні системи вирощування.

Приклад: Нідерланди є світовим лідером у тепличному господарстві, використовуючи передові технології для виробництва широкого асортименту культур, включаючи помідори, огірки, перець та квіти, навіть у північному кліматі.

Вертикальні ферми

Вертикальні ферми — це криті вирощувальні комплекси, де культури вирощуються в ярусах, що максимізує використання простору. Вони зазвичай використовують штучне освітлення, гідропоніку, аеропоніку або аквапоніку і часто розташовані в міських районах, поблизу споживачів.

Приклад: Plenty, американська компанія з вертикального фермерства, використовує передову робототехніку та ШІ для оптимізації умов вирощування та виробництва високоякісної листової зелені.

Гідропоніка

Гідропоніка — це безґрунтовий метод вирощування, при якому рослини вирощуються в багатих на поживні речовини водних розчинах. Існує кілька типів гідропонних систем, зокрема:

• Культура глибоких вод (DWC): Коріння рослин занурене в поживний розчин, який аерується для забезпечення киснем.
• Техніка живильного шару (NFT): Неглибокий потік поживного розчину безперервно омиває коріння рослин.
• Періодичне затоплення (Приплив і відплив): Рослини періодично затоплюються поживним розчином, який потім зливається назад у резервуар.

Приклад: Гідропонні ферми набирають популярності в посушливих регіонах, таких як Близький Схід, де дефіцит води є серйозною проблемою. Ці ферми можуть виробляти свіжу продукцію, використовуючи значно менше води, ніж традиційне сільське господарство.

Аеропоніка

Аеропоніка — це безґрунтовий метод вирощування, при якому коріння рослин підвішене в повітрі та періодично обприскується поживним розчином. Цей метод забезпечує відмінну оксигенацію коренів та ефективну доставку поживних речовин.

Приклад: Aerofarms, ще одна американська компанія з вертикального фермерства, використовує аеропоніку для вирощування листової зелені з мінімальним використанням води та без пестицидів.

Аквапоніка

Аквапоніка — це симбіотична система, що поєднує аквакультуру (вирощування риби) та гідропоніку. Відходи риб забезпечують поживні речовини для рослин, а рослини фільтрують воду, створюючи систему замкнутого циклу. Ця система мінімізує використання води та добрив.

Приклад: Системи аквапоніки впроваджуються в громадах по всьому світу, від міських шкіл в Австралії до сільських поселень в Африці, для забезпечення свіжими продуктами харчування та освітніх можливостей.

Переваги сільського господарства в контрольованому середовищі

CEA пропонує широкий спектр переваг у порівнянні з традиційним сільським господарством:

Підвищена врожайність

Системи CEA можуть давати значно вищі врожаї на одиницю площі, ніж традиційне фермерство. Це пов'язано з оптимізованими умовами вирощування, цілорічним виробництвом та можливістю вирощувати рослини щільніше одна до одної.

Зменшене споживання води

Гідропонні, аеропонні та аквапонні системи використовують значно менше води, ніж традиційні методи зрошення. Вода може бути перероблена в межах системи, що мінімізує її втрати.

Усунення або зменшення використання пестицидів та гербіцидів

Контрольоване середовище систем CEA зменшує потребу в пестицидах та гербіцидах. Це призводить до здоровішої, безпечнішої їжі та зменшує забруднення навколишнього середовища.

Цілорічне виробництво

CEA дозволяє цілорічне виробництво культур, незалежно від зовнішніх погодних умов. Це забезпечує постійне постачання свіжої продукції.

Зниження транспортних витрат та "продовольчих миль"

Об'єкти CEA можуть розташовуватися в міських районах, поблизу споживачів. Це зменшує транспортні витрати, споживання палива та викиди вуглецю, пов'язані з транспортуванням продуктів з віддалених ферм.

Покращення продовольчої безпеки

CEA може підвищити продовольчу безпеку, забезпечуючи надійне та стале джерело їжі, особливо в регіонах із суворим кліматом або обмеженою кількістю орних земель. Це особливо важливо в країнах, залежних від імпорту продовольства.

Створення робочих місць

CEA створює нові робочі місця в сільському господарстві, технологіях та суміжних галузях. Ці робочі місця часто вимагають спеціалізованих навичок і можуть сприяти економічному зростанню.

Оптимізація поживних речовин

CEA дозволяє точно контролювати доставку поживних речовин, гарантуючи, що рослини отримують оптимальну кількість нутрієнтів для росту та розвитку. Це може призвести до виробництва більш поживних та ароматних продуктів.

Виклики сільського господарства в контрольованому середовищі

Хоча CEA пропонує багато переваг, вона також стикається з кількома проблемами:

Високі початкові інвестиційні витрати

Створення об'єкта CEA може вимагати значних початкових інвестицій в інфраструктуру, обладнання та технології. Це може стати бар'єром для входу дрібних фермерів.

Споживання енергії

Системи CEA, особливо вертикальні ферми, можуть споживати значну кількість енергії для освітлення, опалення, охолодження та вентиляції. Це може збільшити експлуатаційні витрати та сприяти викидам парникових газів, якщо не використовуються відновлювані джерела енергії.

Технічна експертиза

Експлуатація об'єкта CEA вимагає спеціалізованих знань та навичок у галузі рослинництва, інженерії та технологій. Доступ до кваліфікованого персоналу може бути проблемою в деяких регіонах.

Управління шкідниками та хворобами

Хоча CEA зменшує потребу в пестицидах, спалахи шкідників та хвороб все ще можуть виникати в закритих середовищах. Профілактичні заходи та інтегровані стратегії боротьби зі шкідниками є надзвичайно важливими.

Обмежена різноманітність культур

Наразі CEA найкраще підходить для вирощування певних видів культур, таких як листова зелень, трави та ягоди. Розширення асортименту культур, які можна економічно вигідно вирощувати в системах CEA, є постійним викликом.

Доступ до ринку

Виробники CEA можуть стикатися з проблемами доступу до усталених ринків та конкуренції з традиційними фермерами. Побудова міцних відносин з роздрібними торговцями та споживачами є вирішальною для успіху.

Технології, що стимулюють інновації в CEA

Кілька технологій стимулюють інновації в секторі CEA:

LED-освітлення

LED-освітлення стає все більш популярним у CEA, оскільки воно є енергоефективним, довговічним і дозволяє точно контролювати спектр світла. Різні спектри світла можуть використовуватися для оптимізації росту та розвитку рослин.

Сенсори та автоматизація

Сенсори використовуються для моніторингу умов навколишнього середовища, таких як температура, вологість, світло та рівень поживних речовин. Системи автоматизації можуть потім використовуватися для автоматичного регулювання цих умов з метою оптимізації росту рослин.

Штучний інтелект (ШІ) та машинне навчання (МН)

ШІ та МН використовуються для аналізу даних з датчиків та оптимізації умов вирощування в режимі реального часу. Ці технології також можуть використовуватися для прогнозування врожайності, виявлення шкідників та хвороб, а також для покращення управління ресурсами.

Робототехніка

Робототехніка використовується для автоматизації таких завдань, як посадка, збір врожаю та пакування. Це може зменшити витрати на робочу силу та підвищити ефективність.

Системи клімат-контролю

Передові системи клімат-контролю використовуються для підтримки оптимальної температури, вологості та вентиляції в об'єктах CEA. Ці системи можуть бути інтегровані з датчиками та системами автоматизації для точного контролю.

Платформи для аналізу даних

Платформи для аналізу даних використовуються для збору, аналізу та візуалізації даних з об'єктів CEA. Ця інформація може бути використана для покращення прийняття рішень та оптимізації продуктивності.

Глобальні приклади успіху CEA

CEA успішно впроваджується в різних регіонах світу:

• Нідерланди: Світовий лідер у тепличному господарстві, що виробляє широкий асортимент культур як для внутрішнього споживання, так і на експорт.
• Сінгапур: Зіткнувшись з обмеженістю землі та ресурсів, Сінгапур активно інвестує у вертикальне фермерство та інші технології CEA для підвищення продовольчої безпеки.
• США: Компанії з вертикального фермерства, такі як Plenty та Aerofarms, використовують передові технології для виробництва високоякісної листової зелені в міських районах.
• Японія: Японія має довгу історію тепличного господарства і зараз впроваджує вертикальне фермерство для розв'язання проблем продовольчої безпеки.
• Об'єднані Арабські Емірати: ОАЕ інвестують в CEA, щоб подолати виклики суворого пустельного клімату та виробляти свіжу продукцію на місцевому рівні.
• Канада: З її довгими зимами, Канада використовує технології CEA для продовження вегетаційного періоду та покращення доступності продуктів харчування.

Майбутнє сільського господарства в контрольованому середовищі

CEA готова відігравати все більш важливу роль у світовому виробництві продуктів харчування в найближчі роки. Оскільки населення світу продовжує зростати, а зміна клімату посилюється, CEA пропонує стійкий та ефективний спосіб виробництва їжі на місцевому рівні, цілий рік, незалежно від зовнішніх умов навколишнього середовища.

Майбутні тенденції в CEA включають:

• Збільшення автоматизації та роботизації: Подальша автоматизація таких завдань, як посадка, збір врожаю та пакування, підвищить ефективність та зменшить витрати на робочу силу.
• Розробка нових сортів культур: Дослідники працюють над створенням нових сортів культур, спеціально адаптованих до умов CEA.
• Інтеграція з відновлюваними джерелами енергії: Об'єкти CEA все більше покладатимуться на відновлювані джерела енергії, такі як сонячна та вітрова, для зменшення свого вуглецевого сліду.
• Розширення на нові регіони та культури: CEA пошириться на нові регіони та буде використовуватися для вирощування ширшого асортименту культур, включаючи основні продукти харчування, такі як рис та пшениця.
• Розвиток систем замкнутого циклу: Об'єкти CEA все частіше впроваджуватимуть системи замкнутого циклу, що мінімізують відходи та переробляють ресурси.
• Посилення уваги до сталого розвитку: CEA продовжуватиме розвиватися, щоб стати більш стійким, зменшуючи свій вплив на навколишнє середовище та сприяючи збереженню ресурсів.

Висновок

Сільське господарство в контрольованому середовищі — це не просто тренд; це ключовий компонент сталого та безпечного продовольчого майбутнього. Завдяки інноваціям, подоланню викликів та сприянню співпраці ми можемо розкрити повний потенціал CEA, щоб нагодувати світ і захистити нашу планету. Глобальне застосування технологій CEA буде важливим для розв'язання проблем продовольчої безпеки та побудови більш стійкої та довговічної продовольчої системи для майбутніх поколінь. Від посушливих пустель до густонаселених міських центрів, CEA пропонує шлях до більш справедливого та екологічно свідомого продовольчого майбутнього. Це інвестиція в технології, інновації та, зрештою, у добробут нашої планети та її людей.

Для подальшого дослідження:

• Дізнайтеся більше про глобальні тенденції в Асоціації вертикального фермерства (AVF): https://vertical-farming.net/
• Ознайомтеся з дослідженнями Вагенінгенського університету та дослідницького центру (Нідерланди) щодо тепличних технологій: https://www.wur.nl/en.htm
• Дослідіть урядові ініціативи Сінгапуру, пов'язані з продовольчою безпекою та CEA: https://www.sfa.gov.sg/