探索地下种植环境：综合指南

随着全球人口持续增长和气候变化加剧，对可持续和高效的粮食生产方法的需求变得日益关键。传统农业面临诸多挑战，包括土地稀缺、水资源短缺、土壤退化以及对极端天气事件的脆弱性。作为回应，创新方法正在涌现，其中最引人入胜的就是地下种植环境。

本综合指南探讨了地下空间在农业方面的潜力，考察了这一不断发展的领域的优势、挑战、技术和全球应用。我们将深入研究各种类型的地下种植环境、支持它们的关键技术，以及它们对粮食安全和环境可持续性可能产生的影响。

什么是地下种植环境？

地下种植环境，也称为地下农业，涉及在位于地表以下的封闭或半封闭空间中种植作物。这些环境的范围可以从改造的矿山和洞穴到专门建造的地下设施。其关键特征是它们提供了一个受控和保护的环境，免受外部天气条件、害虫和污染物的侵害。

与传统农业不同，地下种植严重依赖受控环境农业 (CEA) 技术。这包括对温度、湿度、光照和养分输送的精确控制。通过控制这些因素，种植者可以优化植物生长、提高产量并减少资源消耗。

地下种植环境的优势

与传统农业相比，地下种植具有许多潜在优势：

• 全年生产：地下环境与季节性变化隔绝，允许持续的作物生产，无论气候如何。这在冬季严寒或极端天气事件的地区尤其有价值。
• 减少用水量：地下农场的闭环系统可以显著减少用水量。水被回收和再利用，最大限度地减少浪费，节约这种宝贵的资源。例如，水培和气培比传统的土壤农业使用更少的水。
• 消除杀虫剂和除草剂：受控环境降低了病虫害和杂草生长的风险，从而无需使用有害的杀虫剂和除草剂。这可以生产出更健康、更安全的食品。
• 土地保护：地下种植利用通常不适合其他用途的空间，例如废弃的矿山或城市地下室。这为其他用途（例如住房或保护）腾出了宝贵的地表土地。
• 降低运输成本：地下农场可以位于城市中心附近，减少运输距离以及相关的成本和排放。这提高了粮食安全，并减少了粮食供应链的碳足迹。想象一下位于东京或伦敦等人口稠密城市下方的地下农场。
• 气候变化适应：地下环境为应对气候变化的影响提供了缓冲，例如极端天气事件、干旱和气温波动。这使得它们成为确保在不断变化的世界中粮食安全的一种有韧性的选择。
• 增强粮食安全：通过提供可靠且受控的食物来源，地下种植可以促进增强粮食安全，特别是在农业用地有限或环境条件恶劣的地区。

地下种植环境的挑战

虽然地下种植具有诸多优势，但也带来了一些挑战：

• 高额初始投资：建立地下农场需要对基础设施、设备和技术进行大量的前期投资。这可能成为小型农民或企业家的进入壁垒。改造现有矿山或建造新的地下结构都需要巨大的成本。
• 能源消耗：地下种植严重依赖人造照明和气候控制系统，这可能会消耗大量的能源。使用可再生能源（如太阳能或地热能）对于最大限度地减少对环境的影响至关重要。
• 技术专长：运营地下农场需要在受控环境农业、水培和 LED 照明等领域具备专业知识和技能。熟练的劳动力对于成功运营至关重要。
• 通风和空气质量：保持足够的通风和空气质量对于地下环境中的植物健康和人类安全至关重要。需要适当的通风系统来去除多余的湿度、二氧化碳和其他污染物。
• 可访问性和物流：进入和管理地下设施可能具有挑战性，尤其是在偏远地区或地下深处。需要高效的物流和运输系统才能将作物和物资运入和运出农场。
• 心理影响：在封闭的人工环境中工作会对工人产生心理影响。提供自然光模拟并融入仿生设计元素可以帮助缓解这些影响。

地下种植的关键技术

几项关键技术对于地下种植环境的成功运营至关重要：

• LED 照明：发光二极管 (LED) 是地下农场的主要光源。LED 具有节能、寿命长的特点，并且可以定制以提供最佳植物生长所需的光谱。研究仍在继续，以优化不同作物的 LED 配方。
• 水培和气培：这些无土栽培技术广泛应用于地下种植。水培涉及在富含营养的水溶液中种植植物，而气培涉及将植物根悬浮在空气中并用营养液喷洒它们。这两种方法都减少了用水量并提高了养分吸收效率。
• 气候控制系统：先进的气候控制系统可调节地下环境中的温度、湿度和二氧化碳水平。这些系统确保了植物的最佳生长条件，并防止过多的水分或污染物积聚。
• 传感器和自动化：传感器监测各种环境参数，例如温度、湿度、光照强度和养分水平。这些数据用于自动化控制系统并优化生长条件。自动化还可以降低劳动力成本并提高效率。
• 可再生能源：利用可再生能源（如太阳能或地热能）对于减少地下种植对环境的影响至关重要。地热能可用于供暖和制冷，而太阳能可为 LED 照明和其他设备供电。
• 水循环系统：闭环水循环系统捕获和再利用水，最大限度地减少用水量并减少环境足迹。这些系统通常涉及过滤和灭菌过程以去除污染物和病原体。

地下种植的全球应用

世界各地正在探索和实施地下种植，每个地方都有独特的应用和挑战：

• 改造矿山：一些国家正在将废弃的矿山改造成地下农场。例如，在英国，Growing Underground 已将前二战时期的防空洞改造成水培农场，生产绿叶蔬菜。美国和加拿大也正在进行类似的项目，探索废弃矿山在农业方面的潜力。
• 城市地下室：城市地下室和地下空间正被用于人口稠密城市的垂直农业。在日本，Pasona O2 在其东京总部的地下室创建了一个地下农场，展示了城市农业的潜力。在巴黎，Cycloponics 正在改造地下停车场，种植有机农产品。
• 地下隧道：地下隧道正在被探索作为大型地下农场的潜在场所。在瑞士，研究人员正在研究利用现有隧道基础设施进行农业生产的可行性。这些隧道提供了一个稳定和受控的环境，并拥有现成的基础设施。
• 地热温室：将地热能与温室技术相结合可以创造高效且可持续的地下种植环境。在冰岛，地热温室利用地热能为其运营供暖和供电，全年生产各种作物。这种模式可以适用于地下环境。
• 研究机构：一些研究机构致力于研究地下种植和开发新技术。亚利桑那大学的受控环境农业中心正在研究地下垂直农业，探索各种作物的最佳生长条件。其他国家（包括荷兰和韩国）也在进行类似的研究。

案例研究：成功的地下种植运营

一些成功的地下种植运营展示了这种创新方法的潜力：

• Growing Underground (英国伦敦)：位于伦敦街道下方 33 米处的前防空洞中，Growing Underground 使用水培和 LED 照明生产绿叶蔬菜。该农场向当地餐馆和超市供货，减少了食物里程并促进了可持续农业。
• Pasona O2 (日本东京)：Pasona O2 在东京的地下农场展示了城市农业的潜力。该农场使用水培和受控环境技术种植各种作物，包括水稻、蔬菜和香草。它充当演示项目和教育中心。
• Cycloponics (法国巴黎)：Cycloponics 将废弃的地下停车场改造成有机农场。该农场使用鱼菜共生和其他可持续技术种植蘑菇和其他作物。它为社区提供新鲜的当地农产品，并创造就业机会。
• Deep Greens (加拿大蒙特利尔)：Deep Greens 是一家城市农场，使用水培技术在一个回收的地下空间。他们专注于向蒙特利尔地区的餐馆、杂货店和消费者提供当地种植的农产品。

地下种植的未来

地下种植的未来前景广阔，正在进行的研究和开发工作侧重于提高效率、降低成本以及扩大可以在地下种植的作物范围。随着技术的进步和规模经济的实现，地下种植很可能成为全球粮食系统中一个越来越可行和重要的组成部分。

有几个关键趋势正在塑造地下种植的未来：

• 增加自动化：自动化将在地下农场中发挥越来越重要的作用，从而降低劳动力成本并提高效率。机器人和自动化系统将用于种植、收获和监测植物健康等任务。
• 改进 LED 照明：对 LED 照明技术的研究将继续优化光谱并降低能源消耗。正在探索新的 LED 技术（如量子点）在增强植物生长方面的潜力。
• 数据驱动优化：数据分析和机器学习将用于优化生长条件并提高产量。传感器将收集大量关于环境参数和植物健康的数据，这些数据将被分析以识别模式并优化生长策略。
• 与城市环境的整合：地下农场将越来越多地融入城市环境，为城市居民提供新鲜的当地农产品。这将减少运输成本和排放，增强粮食安全，并创造绿色就业机会。
• 扩展到新作物：正在进行的研究旨在扩大可以在地下种植的作物范围。虽然绿叶蔬菜和香草是目前最常见的作物，但正在努力在地下种植水果、蔬菜甚至谷物。
• 可持续实践：持续关注可持续性，包括可再生能源、节水和废物减量，对于最大限度地减少地下种植对环境的影响至关重要。

结论

地下种植环境为传统农业面临的挑战提供了一个有前景的解决方案。通过提供受控和保护的环境，地下农场可以全年生产作物、减少用水量、消除农药并保护土地。虽然仍存在挑战，但正在进行的技术进步和成功的案例研究表明，地下种植有潜力为更可持续和粮食安全的未来做出贡献。

随着全球人口持续增长和气候变化加剧，粮食生产的创新方法将至关重要。地下种植就是这样一种方法，它在确保子孙后代可持续和有韧性的粮食供应方面具有重大前景。通过拥抱这项创新技术，我们可以为更粮食安全和环境可持续的世界铺平道路。

可操作的见解：考虑支持当地的地下农场或投资于研发工作。教育自己和他人了解地下种植的益处及其改变粮食系统的潜力。

其他资源

• 垂直农场日报：提供关于垂直农业和受控环境农业的新闻和信息。
• 垂直农业协会：一个促进垂直农业发展的全球性组织。
• 当地可持续农业组织：在您所在的地区搜索支持可持续农业倡议的当地组织。