垂直农业正在欧洲蔓延,人们正在对各种新作物类型进行研究。 但仍有一些挑战需要克服。
空荡荡的办公楼里可以种植农作物,一层又一层地堆叠在一起。 或者在您附近的容器中,垂直农业提供了多种可能性。 您可以在任何您想要的地方种植农作物。 您不需要它的字段。 种植可持续、高效且完全受控。 不需要任何农药,没有营养物质排放,每公斤蔬菜的用水量仅为2至4升。 还有一个大问题:能源消耗。 我们仍在为此努力。
垂直农业在整个欧洲正在兴起。 它特别适合在空间有限的城市地区种植农作物。 它甚至可以保证不太适应传统农业的国家的粮食安全。 不过,尽管第一批农作物已经在一些国家上市,但垂直农场的产品要大量登上超市货架肯定还需要几年的时间。
饮食改变和需求增加
与养殖肉类一样,垂直农业通常被认为是应对未来粮食危机的关键解决方案。 但为什么我们需要垂直农场呢? 为什么我们不继续以老式的方式做事,就像我们过去一万年来一直在做的那样?
对食物的需求每年都在增加。 据联合国预测,到9.7年,世界人口将增至2050亿。所有这些人都需要食物。 但以传统方式种植农作物正成为一个日益严重的问题。 由于气候变化,生长条件正在发生变化,因此您无法再种植一些以前可以种植的作物。 极端天气事件和严重风暴每年都会毁坏更多的农作物。 在某些地方,土壤的营养成分不如以前。
除了必须满足未来对新鲜食品的需求之外,我们的饮食习惯也与一个世纪前有很大不同。 “我们不再吃季节性的食物。 冬天我们吃进口的沙拉和浆果,”欧洲最大的水培农场 Nordic Harvest 的首席执行官安德斯·黎曼 (Anders Riemann) 说道。
垂直农场的种植者穿着防护服,以防止不需要的细菌进入农场。 这样他们就可以避免使用农药。
来自北极的夏季收获
垂直农场几乎可以建在任何地方。 这意味着您不再需要从新西兰进口奇异果,而是可以在您自己地区的这样的农场中种植它们。 这样可以节省大量的二氧化碳排放。
我们如何运作?
“对我来说,完全控制是垂直农业的一大优势。 我们可以真正优化流程,并准确地知道我们想要种植的数量和质量。”瓦赫宁根大学研究中心园艺和产品生理学教授 Leo Marcelis 说道。
从供水到日光、温度以及矿物质和细菌的获取。 垂直农业是在极其受控的条件下进行的。 作物在室内种植,用 LED 灯代替阳光。 LED 灯泡体积小、耐用、经济高效,而且不散发任何热量。 当太阳在一天结束时落下时,这些灯可以根据需要发光。
农民可以操纵植物的昼夜节律来优化生长产量。 白天,植物在叶子中形成淀粉,淀粉分解成糖,并在夜间运输到植物的其他部分。 有些植物每天需要 12 小时以上的光照才能生长,而另一些则需要更少。 垂直农业可以让任何类型的植物获得最佳生长所需的日照量。
不同颜色光的生长
这些光的颜色对于优化生长产量尤其重要。 研究人员主要关注红光、蓝光和绿光对植物生长的影响。 红光对于光合作用非常有效,但植物也需要一些蓝光,这对于叶绿素的产生特别有用。 一段时间以来,研究人员试图减少绿光的使用,认为它无助于光合作用。
然而,犹他州立大学 2016 年的一项研究表明,绿光可以比红光或蓝光更有效地驱动下部叶片的光合作用。 农民可以使用不同的颜色组合来强调不同的特征。 通过正确的组合,农民可以种植比传统农业更有营养的植物。 这可能很有用,因为近几十年来大多数植物的营养价值都降低了。 另一种组合可用于提高生长速度,以便一次可以生产更多的食物。 从经济角度来看,这可能是可取的,因为垂直农业仍然是成本密集型的。
但这种方法如此受欢迎还有更多原因。 垂直农业不需要农药。 种植者可以在规定的时间范围内准确种植他们想要的作物数量并具有自己选择的特定质量。 天气或季节条件不再影响生产。 在较小的表面积上可以种植更多的食物。
没有田地的农业
如今的垂直农业主要有两种形式:水培法和气培法。 Leo Marcelis 表示,这两种技术都是很好的选择。 在水培法中,植物生长在架子上,其根部生长在充满营养的水中而不是土壤中。 它被认为是两个主要系统中最简单的一个。
Nordic Harvest 在哥本哈根附近有一个实验农场,种植不同类型的沙拉、羽衣甘蓝和菠菜。 该农场周围环绕着其他工业园区。 这是一座足球场大小的建筑。 到 2023 年,该公司希望扩大在奥斯陆的农场规模,随后在斯堪的纳维亚半岛和芬兰建立农场。
Riemann表示,Nordic Harvest目前的产能已经很引人注目:“我们每年生产约1000吨蔬菜。 丹麦市场每年约20,000吨。 6,000吨是常规种植的,其余的是进口的。” 蔬菜是绿叶蔬菜。 随着垂直农业的扩张,它将在粮食生产中占据更大的比例。 其他在垂直农场种植农作物的公司包括英国的 Jones Food Company、法国的 Hydropousse 和芬兰的 Robbes Lilla Trädgård。
气培作物的根长在空气中。 印度·兰利 (India Langley) 是室内农业技术提供商 LettUs Grow 的食品系统研究员和公关负责人,他解释了它的工作原理。 “你有一系列带有非常小孔的喷嘴,可以用它们雾化营养液。 该解决方案适用于自由悬挂作物的根部。”
气培法于 1990 世纪 XNUMX 年代诞生,当时 NASA 正在寻找在太空种植植物的方法。 据美国国家适当技术中心称,气培法是“迄今为止垂直农场最有效的植物育种系统”。
在气培系统中,根部很容易获得氧气。 该植物的生长速度高达水培系统的两倍,水培系统中植物会吸收水中的溶解氧。 由于其复杂性,它的使用仍然不如水培法那么多。 生产中使用的喷嘴很容易堵塞或破裂。 但 LettUs Grow 找到了解决这个问题的方法。
“我们已经完全拆除了洒水装置。 雾气是在完全平坦的表面上产生的,因此不会堵塞或损坏。 我们相信这个简单的解决方案将使我们能够将气培法推广到更大的规模,”兰利说。
LettUs Grow 生产适合集装箱的种植系统。 这些容器是可移动的,可以放置在任何有空间的地方。
一起养殖鱼类和植物
尽管水培和气培是垂直农业中的两种重要技术,但它们并不是唯一的技术。 还使用其他技术。 在欧洲,有几家公司使用鱼菜共生养殖方法。 与水培法类似,鱼菜共生植物的根部生长在水中。 只有那些根挂在鱼儿也游动的鱼缸里。 这些鱼产生非常有营养的废物,植物可以再次利用。
植物吸收营养,从而也为鱼净化了水。 马塞利斯表示,未来鱼菜共生只会占垂直农业市场的一小部分。 “最棒的是你可以利用鱼的废物作为植物的食物。 但要小心并确保保持植物系统处于最佳状态,”他谈到这项技术时说道。
新型蔬菜
Nordic Harvest 和 LettUs Grow 都首先开始尝试种植绿叶蔬菜,然后转向种植草本植物和微型蔬菜。 然后是西红柿和草莓。 兰利表示,多个垂直农场都遵循相同的发展阶段。 有充分的理由。 它们是脆弱的高价值作物,用途广泛,可以弥补生产成本。 它们生长速度快且体积小,这意味着可以同时种植许多植物。
随着生产规模的扩大,种植更多种类的农作物成为可能。 马塞利斯认为,几年后我们也许能够购买专门为垂直种植开发的新品种。 但开发新的作物配方并不是什么闲事。 培育出适合这种栽培方法的新型植物需要5-10年的时间。
理想的植物体小、根系短、生长快、易于收获、产量高。 除了生长品质之外,‘植物配方’也必须精心配制。 “最大的挑战是跟踪影响工厂的每个变量。 你需要正确的营养,并且必须确保植物在生长过程中持续获取营养。”黎曼说。
比较贵
但是,虽然理论上任何作物都可以垂直种植,但这在可预见的未来不会发生。 使用常规方法种植小麦和玉米等大宗作物的成本要低得多。 “我认为垂直农业目前特别适合生鲜农产品。 从技术上讲,我们可以种植任何作物,包括小麦。 但垂直农业也相对昂贵。 我认为目前种植这种价值相对较低的大宗产品不太现实。 即使现在,由于乌克兰战争,小麦价格仍在上涨,”马塞利斯说。
尽管如此,在新加坡和阿拉伯联合酋长国等国家,大约 90% 的食品都是进口的,以这种方式种植低价值的散装产品可以获得回报。 另一方面,在欧洲,从长远来看,垂直种植小麦可能是一种选择,但在未来五年内肯定不会。
高能耗
尽管垂直农业的前景一片光明,但也存在一个大问题。 它需要大量的能量,因此非常昂贵。 确切的能源消耗因农场、系统而异,并且取决于地点、季节和作物。 例如,希腊的一家公司在冬季生产一公斤生菜需要使用 2.87 千瓦时的能源,但在夏季仅使用 1.73 千瓦时的能源。 芬兰 iFarm 计算出,种植生菜 90 天每平方米的成本为 62.26 千瓦时。 对于草莓来说,每平方米 2 千瓦时。
与常规方法相比,额外的能源消耗在 14% 到 251% 之间,具体取决于温室和垂直农场的位置。
瓦赫宁根大学研究中心和代尔夫特理工大学进行了一项研究,比较了温室和垂直农场(在研究中称为植物工厂)。 这涉及分别位于荷兰、阿拉伯联合酋长国和瑞典的温室和垂直农场。 对于后一个国家,有和没有人造光的温室都包含在比较中。
“生产一公斤干重生菜需要在植物工厂输入 247 kWhe,而荷兰、阿拉伯联合酋长国和瑞典的温室分别需要 70、111、182 和 211 kWhe(有或没有额外的人工发电)照明),”参与这项研究的科学家们说道。
在恶劣的气候下,两种种植方法之间的能源消耗差异会减小。 在某些极端气候下,垂直农场可能是最节能的选择。 但即使在瑞典北部的北极地区和阿联酋的沙漠条件下,温室可能仍然是最具成本效益的种植方式。
优化
垂直农场可以通过优化生产在一定程度上克服高耗电量的问题。 通过优化调整 LED 照明和颜色,您可以影响生长时间和作物质量。 随着农场变得更加自动化,农场生产成本也可以降低。 机器人全天候(24/7)工作,在正确的时间施用养分、监测生长产量并在植物成熟时进行收割,这可能是一项昂贵的初始投资。
但随着时间的推移,机器人通过持续工作来弥补成本。 尽管对能源的需求很高,而且目前种植成本低廉的农作物种类有限,但垂直农业越来越受欢迎。 尽管您还需要一段时间才能从您所在地区的栽培容器中取出草莓。