Дослідження підземних умов вирощування: комплексний посібник

Оскільки світове населення продовжує зростати, а зміни клімату посилюються, потреба у сталих та ефективних методах виробництва продуктів харчування стає все більш нагальною. Традиційне сільське господарство стикається з численними викликами, включаючи дефіцит землі, нестачу води, деградацію ґрунтів та вразливість до екстремальних погодних умов. У відповідь з'являються інноваційні підходи, і одним з найцікавіших є підземні умови вирощування.

Цей комплексний посібник досліджує потенціал підземних просторів для сільськогосподарських цілей, розглядаючи переваги, виклики, технології та світові практики застосування цієї нової галузі. Ми заглибимося у різні типи підземних умов вирощування, ключові технології, що роблять їх можливими, та потенційний вплив, який вони можуть мати на продовольчу безпеку та екологічну стійкість.

Що таке підземні умови вирощування?

Підземні умови вирощування, також відомі як підземне землеробство, передбачають культивування рослин у закритих або напівзакритих просторах, розташованих під поверхнею Землі. Ці середовища можуть варіюватися від переобладнаних шахт і печер до спеціально побудованих підземних об'єктів. Ключовою характеристикою є те, що вони пропонують контрольоване та захищене середовище, ізольоване від зовнішніх погодних умов, шкідників та забруднювачів.

На відміну від традиційного фермерства, підземне вирощування значною мірою покладається на технології сільського господарства в контрольованому середовищі (CEA). Це включає точний контроль над температурою, вологістю, освітленням та доставкою поживних речовин. Маніпулюючи цими факторами, виробники можуть оптимізувати ріст рослин, збільшити врожайність та зменшити споживання ресурсів.

Переваги підземних умов вирощування

Підземне вирощування пропонує безліч потенційних переваг порівняно з традиційним сільським господарством:

• Цілорічне виробництво: Підземні середовища ізольовані від сезонних коливань, що дозволяє безперервно вирощувати врожай незалежно від клімату. Це особливо цінно в регіонах з суворими зимами або екстремальними погодними умовами.
• Зменшене споживання води: Системи замкнутого циклу на підземних фермах можуть значно зменшити використання води. Вода переробляється та використовується повторно, мінімізуючи відходи та зберігаючи цей дорогоцінний ресурс. Прикладами є гідропоніка та аеропоніка, які використовують значно менше води, ніж традиційне землеробство на основі ґрунту.
• Відмова від пестицидів та гербіцидів: Контрольоване середовище знижує ризик зараження шкідниками та росту бур'янів, усуваючи потребу у шкідливих пестицидах та гербіцидах. Це призводить до отримання більш здорових та безпечних продуктів харчування.
• Збереження землі: Підземне вирощування використовує простори, які часто непридатні для інших цілей, наприклад, покинуті шахти або міські підвали. Це звільняє цінну поверхневу землю для інших потреб, таких як житлове будівництво або природоохоронні заходи.
• Зниження транспортних витрат: Підземні ферми можуть розташовуватися поблизу міських центрів, зменшуючи відстані транспортування та пов'язані з цим витрати та викиди. Це підвищує продовольчу безпеку та зменшує вуглецевий слід ланцюга постачання продуктів харчування. Уявіть собі підземну ферму під густонаселеним містом, таким як Токіо чи Лондон.
• Адаптація до зміни клімату: Підземні середовища створюють буфер проти впливу зміни клімату, такого як екстремальні погодні умови, посухи та коливання температури. Це робить їх стійким варіантом для забезпечення продовольчої безпеки в мінливому світі.
• Підвищення продовольчої безпеки: Забезпечуючи надійне та контрольоване джерело їжі, підземне вирощування може сприяти підвищенню продовольчої безпеки, особливо в регіонах з обмеженими сільськогосподарськими угіддями або складними екологічними умовами.

Виклики підземних умов вирощування

Хоча підземне вирощування пропонує численні переваги, воно також має кілька викликів:

• Високі початкові інвестиції: Створення підземної ферми вимагає значних початкових інвестицій в інфраструктуру, обладнання та технології. Це може стати перешкодою для дрібних фермерів або підприємців. Як переобладнання існуючої шахти, так і будівництво нової підземної споруди пов'язані зі значними витратами.
• Споживання енергії: Підземне вирощування значною мірою залежить від штучного освітлення та систем клімат-контролю, які можуть споживати значну кількість енергії. Використання відновлюваних джерел енергії, таких як сонячна або геотермальна, є вирішальним для мінімізації впливу на навколишнє середовище.
• Технічна експертиза: Управління підземною фермою вимагає спеціалізованих знань та навичок у таких галузях, як сільське господарство в контрольованому середовищі, гідропоніка та світлодіодне освітлення. Для успішної роботи необхідна кваліфікована робоча сила.
• Вентиляція та якість повітря: Підтримка належної вентиляції та якості повітря є критично важливою для здоров'я рослин та безпеки людей у підземних умовах. Необхідні належні системи вентиляції для видалення надлишкової вологості, вуглекислого газу та інших забруднювачів.
• Доступність та логістика: Доступ до підземних об'єктів та управління ними може бути складним, особливо у віддалених місцях або глибоко під землею. Для переміщення врожаю та поставок на ферму та з неї потрібні ефективні системи логістики та транспорту.
• Психологічний вплив: Робота в закритому, штучному середовищі може мати психологічний вплив на працівників. Симуляція природного освітлення та включення елементів біофільного дизайну можуть допомогти пом'якшити ці ефекти.

Ключові технології для підземного вирощування

Кілька ключових технологій є важливими для успішної роботи підземних умов вирощування:

• Світлодіодне (LED) освітлення: Світлодіоди (LED) є основним джерелом світла на підземних фермах. Світлодіоди енергоефективні, мають тривалий термін служби та можуть бути налаштовані для забезпечення специфічного спектру світла, необхідного для оптимального росту рослин. Дослідження щодо оптимізації LED-рецептів для різних культур продовжуються.
• Гідропоніка та аеропоніка: Ці безґрунтові методи культивування широко використовуються в підземному вирощуванні. Гідропоніка передбачає вирощування рослин у поживних водних розчинах, тоді як аеропоніка — це підвішування коренів рослин у повітрі та обприскування їх поживними розчинами. Обидва методи зменшують споживання води та підвищують ефективність поглинання поживних речовин.
• Системи клімат-контролю: Сучасні системи клімат-контролю регулюють температуру, вологість та рівень вуглекислого газу в підземних середовищах. Ці системи забезпечують оптимальні умови для росту рослин та запобігають накопиченню надлишкової вологи або забруднювачів.
• Датчики та автоматизація: Датчики контролюють різні параметри навколишнього середовища, такі як температура, вологість, інтенсивність світла та рівень поживних речовин. Ці дані використовуються для автоматизації систем керування та оптимізації умов вирощування. Автоматизація також може зменшити витрати на робочу силу та підвищити ефективність.
• Відновлювані джерела енергії: Використання відновлюваних джерел енергії, таких як сонячна або геотермальна, є вирішальним для зменшення впливу підземного вирощування на навколишнє середовище. Геотермальну енергію можна використовувати для опалення та охолодження, тоді як сонячна енергія може живити світлодіодне освітлення та інше обладнання.
• Системи рециркуляції води: Системи рециркуляції води замкнутого циклу збирають та повторно використовують воду, мінімізуючи її споживання та зменшуючи екологічний слід. Ці системи часто включають процеси фільтрації та стерилізації для видалення забруднювачів та патогенів.

Світові приклади застосування підземного вирощування

Підземне вирощування досліджується та впроваджується в різних місцях по всьому світу, кожне з яких має унікальні сфери застосування та виклики:

• Переобладнані шахти: Покинуті шахти переобладнують під підземні ферми в кількох країнах. Наприклад, у Великобританії компанія Growing Underground перетворила колишнє бомбосховище часів Другої світової війни на гідропонну ферму, що виробляє листову зелень. Подібні проєкти реалізуються в США та Канаді, досліджуючи потенціал покинутих шахт для сільськогосподарських цілей.
• Міські підвали: Міські підвали та підземні простори використовуються для вертикального фермерства в густонаселених містах. В Японії компанія Pasona O2 створила підземну ферму в підвалі своєї штаб-квартири в Токіо, демонструючи потенціал міського сільського господарства. У Парижі Cycloponics вирощує органічну продукцію в переобладнаних підземних паркінгах.
• Підземні тунелі: Підземні тунелі розглядаються як потенційні місця для великомасштабних підземних ферм. У Швейцарії дослідники вивчають можливість використання існуючої інфраструктури тунелів для сільськогосподарського виробництва. Ці тунелі пропонують стабільне та контрольоване середовище з готовою інфраструктурою.
• Геотермальні теплиці: Поєднання геотермальної енергії з тепличними технологіями може створити високоефективні та сталі підземні умови для вирощування. В Ісландії геотермальні теплиці використовують геотермальну енергію для опалення та живлення своїх операцій, виробляючи різноманітні культури цілий рік. Цю модель можна адаптувати для підземних середовищ.
• Дослідницькі центри: Кілька дослідницьких центрів займаються вивченням підземного вирощування та розробкою нових технологій. Центр сільського господарства в контрольованому середовищі Університету Аризони проводить дослідження з підземного вертикального фермерства, вивчаючи оптимальні умови вирощування для різних культур. Подібні дослідження проводяться в інших країнах, включаючи Нідерланди та Південну Корею.

Тематичні дослідження: успішні проєкти підземного вирощування

Кілька успішних проєктів підземного вирощування демонструють потенціал цього інноваційного підходу:

• Growing Underground (Лондон, Велика Британія): Розташована на 33 метри під вулицями Лондона в колишньому бомбосховищі, Growing Underground виробляє листову зелень за допомогою гідропоніки та світлодіодного освітлення. Ферма постачає продукцію місцевим ресторанам та супермаркетам, скорочуючи «продовольчі милі» та сприяючи сталому сільському господарству.
• Pasona O2 (Токіо, Японія): Підземна ферма Pasona O2 в Токіо демонструє потенціал міського сільського господарства. Ферма вирощує різноманітні культури, включаючи рис, овочі та трави, використовуючи гідропоніку та технології контрольованого середовища. Вона слугує демонстраційним проєктом та освітнім центром.
• Cycloponics (Париж, Франція): Cycloponics перетворює покинуті підземні паркінги на органічні ферми. Ферма вирощує гриби та інші культури, використовуючи аквапоніку та інші стійкі методи. Вона забезпечує громаду свіжою місцевою продукцією та створює робочі місця.
• Deep Greens (Монреаль, Канада): Deep Greens — це міська ферма, що використовує гідропоніку в переробленому підземному просторі. Вони зосереджені на постачанні місцево вирощеної продукції ресторанам, продуктовим магазинам та споживачам у районі Монреаля.

Майбутнє підземного вирощування

Майбутнє підземного вирощування виглядає багатообіцяючим, з постійними дослідженнями та розробками, спрямованими на підвищення ефективності, зниження витрат та розширення асортименту культур, які можна вирощувати під землею. У міру розвитку технологій та досягнення ефекту масштабу, підземне вирощування, ймовірно, стане все більш життєздатним та важливим компонентом глобальної продовольчої системи.

Кілька ключових тенденцій формують майбутнє підземного вирощування:

• Збільшення автоматизації: Автоматизація відіграватиме все більшу роль на підземних фермах, зменшуючи витрати на робочу силу та підвищуючи ефективність. Роботи та автоматизовані системи будуть використовуватися для таких завдань, як посадка, збір врожаю та моніторинг здоров'я рослин.
• Покращене світлодіодне освітлення: Дослідження в галузі світлодіодних технологій освітлення продовжуватимуть оптимізувати світлові спектри та зменшувати споживання енергії. Нові світлодіодні технології, такі як квантові точки, досліджуються на предмет їхнього потенціалу для покращення росту рослин.
• Оптимізація на основі даних: Аналітика даних та машинне навчання будуть використовуватися для оптимізації умов вирощування та підвищення врожайності. Датчики збиратимуть величезні обсяги даних про параметри навколишнього середовища та здоров'я рослин, які будуть аналізуватися для виявлення закономірностей та оптимізації стратегій вирощування.
• Інтеграція з міським середовищем: Підземні ферми будуть все більше інтегруватися в міське середовище, забезпечуючи свіжою місцевою продукцією жителів міст. Це зменшить транспортні витрати та викиди, підвищить продовольчу безпеку та створить «зелені» робочі місця.
• Розширення асортименту культур: Проводяться дослідження для розширення асортименту культур, які можна вирощувати під землею. Хоча листова зелень та трави наразі є найпоширенішими культурами, докладаються зусилля для вирощування фруктів, овочів і навіть зернових під землею.
• Сталі практики: Постійна увага до сталості, включаючи відновлювані джерела енергії, збереження води та зменшення відходів, буде вирішальною для мінімізації впливу підземного вирощування на навколишнє середовище.

Висновок

Підземні умови вирощування пропонують багатообіцяюче вирішення проблем, з якими стикається традиційне сільське господарство. Забезпечуючи контрольоване та захищене середовище, підземні ферми можуть виробляти врожай цілий рік, зменшувати споживання води, відмовлятися від пестицидів та зберігати землю. Хоча виклики залишаються, постійні технологічні досягнення та успішні приклади демонструють потенціал підземного вирощування у сприянні більш сталому та продовольчо безпечному майбутньому.

Оскільки світове населення продовжує зростати, а зміни клімату посилюються, інноваційні підходи до виробництва продуктів харчування будуть вкрай необхідні. Підземне вирощування є одним з таких підходів, що має значний потенціал для забезпечення сталого та стійкого постачання продовольства для майбутніх поколінь. Застосовуючи цю інноваційну технологію, ми можемо прокласти шлях до більш продовольчо безпечного та екологічно сталого світу.

Практичні поради: Розгляньте можливість підтримки місцевих підземних ферм або інвестування в дослідження та розробки. Дізнавайтеся більше самі та розповідайте іншим про переваги підземного вирощування та його потенціал для трансформації продовольчої системи.

Додаткові ресурси

• Vertical Farm Daily: Надає новини та інформацію про вертикальне фермерство та сільське господарство в контрольованому середовищі.
• Association for Vertical Farming: Глобальна організація, що сприяє розвитку вертикального фермерства.
• Місцеві організації сталого сільського господарства: Шукайте місцеві організації у вашому регіоні, що підтримують ініціативи сталого сільського господарства.