Нові технології та новітні дослідження в галузі вертикального землеробства
Професор Тоєкі Кодзай і доктор Ері Хаясі дуже вплинули на розвиток і глобальне розуміння вертикального землеробства. Компанія Future Farming поставила їм чотири питання про їхню нову книгу «Досягнення в рослинництві: нові технології в закритому вертикальному сільському господарстві», опублікованій Берлі Доддс.
У книзі представлено огляд новітніх досліджень у галузі розробки та застосування установок штучного освітлення (ПФАЛ). У ньому оцінюється вплив міських вертикальних ферм на довкілля та способи оптимізації використання енергії та інших ресурсів, щоб мінімізувати цей вплив.
У книзі також розглядається застосування машинного зору, фенотипування рослин та спектральної візуалізації на заводах з вирощування рослин для моніторингу здоров'я та росту рослин. Існує кілька тематичних досліджень підприємств із Північної Америки, Європи та Азії з різними бізнес-моделями та технічними характеристиками для комерційного виробництва різних культур.
Які приклади важливих досягнень у таких закритих вертикальних фермах чи PFAL?
Одним із прикладів є різке покращення ефективності перетворення електрики у фотони та економічній ефективності білих світлодіодів, що охоплюють широкий діапазон хвильових діапазонів. Використовуючи W-LED, споживання електроенергії в приміщенні для вирощування було знижено майже вдвічі порівняно з люмінесцентними лампами, а спектральний розподіл (ультрафіолетовий, синій, зелений, червоний та далекий червоний) джерел світла можна було регулювати відповідно до цілей вирощування рослин.
Інший приклад – міждисциплінарні дослідження на заводах з виробництва рослин із штучним освітленням (ПФАЛ). Це дослідження почалося в кількох країнах вченими-природознавцями та соціологами, економістами, інженерами, адміністраторами, бізнесменами та політиками. Статті про PFAL включені до деяких додаткових книг для читання, які використовуються в освітніх цілях у школах. Кількість статей, опублікованих у тематичних журналах, зростає у геометричній прогресії з 2017 року.
А громадське визнання овочів, вирощених за допомогою PFAL (без пестицидів та гербіцидів та з ультраекономією води), місцевого виробництва для місцевого споживання, повільно, але неухильно переважає в Японії та обмежених регіонах Європи, Америки та Азії.
Що ви вважаєте найбільшою проблемою вертикального землеробства?
У книзі ми описали кілька методів та стратегій вирішення складних завдань. Деякі приклади:
- Автоматичне розміщення рослин для максимального збільшення відсотка світлової енергії, одержуваної листям, над світловою енергією, що випромінюється лампами, що зменшує площу вирощування, споживання електроенергії та робочий час для пересадки та збирання врожаю у PFAL.
- Оптимізація інтенсивності світла в залежності від стадії росту та сорту, його оптимального спектрального розподілу, циклу освітлення та напряму освітлення (вгору та вбік).
- Селекція, контроль навколишнього середовища та управління для максимізації індексу врожаю (ставлення товарної продукції до загальної маси рослин).
- Просторово (тривимірний) єдиний контроль факторів навколишнього середовища надземної та кореневої зони у рослинному співтоваристві для максимізації фотосинтезу та швидкості росту рослинної спільноти (середовище надземної та кореневої зони значно неоднорідне у густонаселеній рослинній спільноті, якщо її не контролювати).
- Виробництво всієї електроенергії, необхідної для роботи PFAL, за рахунок сонячної енергії або її еквівалента для мінімізації викидів CO 2 на кіловат-годину (кВтг) електроенергії та кг продукції.
- Проектування та управління автономними PFAL на основі LCA (оцінка життєвого циклу) та циклічної економіки щодо енергії, води, добрив, CO 2 та інших ресурсів, таких як площа вирощування, а також робочий час та час для вирощування.
- Впровадження фенотипування (вимірювань ознак рослин) та генеративного штучного інтелекту.
Якою мірою вертикальне землеробство конкуруватиме з відкритим вирощуванням, наприклад, фруктів та овочів і, можливо, великих культур, таких як зерно, соя чи кукурудза?
PFAL з використанням білих світлодіодів (W-LED), ймовірно, вперше було створено для комерційного виробництва у 2016 році. Таким чином, технологія W-LED PFAL має семирічну історію та знаходиться на початковій стадії.
Виробництво ягід, таких як полуниця та чорниця, у ПФАЛ буде широко комерціалізовано після того, як їхня селекція стане придатною для виробництва в ПФАЛ (ймовірно, приблизно до 2030 року). Ягоди ПФАЛ не конкурують з ягодами відкритого ґрунту, оскільки належать до різних класів/видів продукції для різних ринків.
Деяка частина лікарських рослин (трав), кочанів (наприклад, капусти) та коренеплодів (наприклад, моркви), а також декоративних рослин (наприклад, карликових орхідей, клумбових та кімнатних рослин) також буде комерціалізована після того, як їхня селекція стане придатною для використання у комерційних цілях. ПФАЛ.
Масові культури, такі як зерно, соя та кукурудза для відкритого вирощування, можна ефективно вирощувати в ПФАЛ, обробляючи їх у різних умовах довкілля 3-4 рази на рік. З іншого боку, вирощування масових культур як харчові та кормові культури головним чином для отримання калорій не виправдане. Не лише через комерційну нерентабельність, а й через величезну кількість теплової енергії, що виділяється при вирощуванні. Такі масові культури будуть комерціалізовані, якщо їх продаватимуть як продукти охорони здоров'я з деякими медичними функціями (а не як основні продукти харчування для отримання калорій).
Які важливі уроки ми зробили на сьогодні з діючих та закритих вертикальних ферм?
У багатьох випадках закриті PFAL могли б бути краще спроектовані та керуватися з точки зору санітарного контролю, аварійного управління при частковому або повному відключенні електроенергії та несправності основних блоків управління навколишнім середовищем, а також управління ризиками раптових змін попиту через соціальні та погодні проблеми.
Операційні PFAL, як правило, добре спроектовані та управляються з точки зору інструментів маркетингу та управління ризиками, постачання ресурсів та переробки відходів, а також моніторингу та контролю якості продукції з точки зору безпеки харчових продуктів, вимог споживачів та стійкого рослинництва.
Також читайте: