垂直農業正在整個歐洲蔓延,並且正在對各種新作物類型進行研究。 但仍有挑戰需要克服。
空蕩蕩的辦公樓,莊稼可以層層疊疊地生長。 或者在您附近的容器中,垂直農業提供了許多可能性。 您可以在任何地方種植農作物。 你不需要它的字段。 種植可持續、高效且完全受控。 您不需要任何殺蟲劑,沒有營養物質排放,每公斤蔬菜的耗水量僅為 2 至 4 升。 還有一個很大的問題:能耗。 我們仍在為此努力。
垂直農業在整個歐洲都在興起。 它特別適合在空間非常寶貴的城市地區種植農作物。 它甚至可以保證不太適應傳統農業的國家的糧食安全。 但是,儘管第一批作物已經在一些國家上市銷售,但垂直農場的產品要大量上架超市貨架肯定還需要幾年時間。
改變飲食和增加需求
與養殖肉類一起,垂直農業通常被視為應對未來糧食危機的關鍵解決方案。 但是為什麼我們仍然需要垂直農場呢? 為什麼我們不像過去 10,000 年來一直在做的那樣,繼續使用老式的方法呢?
對食物的需求每年都在增加。 據聯合國預測,到 9.7 年世界人口將增長到 2050 億。所有這些人都需要食物。 但以傳統方式種植農作物正成為一個日益嚴重的問題。 由於氣候變化,生長條件正在發生變化,因此您無法再在過去可以種植的地方種植一些作物。 極端天氣事件和強風暴每年摧毀更多的農作物。 在某些地方,土壤的營養不如以前。
除了要滿足未來對新鮮食品的需求,我們的飲食習慣也與一個世紀前大不相同。 “我們不再吃季節性食物。 冬天我們吃進口的沙拉和漿果,”歐洲最大的水培農場 Nordic Harvest 的首席執行官 Anders Riemann 說。
垂直農場的種植者穿著防護服,以防止不需要的細菌進入農場。 這樣他們就可以避免使用殺蟲劑。
來自北極的夏季收穫
垂直農場幾乎可以在任何地方建造。 這意味著您不再需要從新西蘭進口奇異果,而是可以在您所在地區的這樣一個農場種植它們。 這節省了大量的二氧化碳排放量。
它如何運作?
“對我來說,完全控制是垂直農業的一大優勢。 我們可以真正優化這個過程,並確切地知道我們想要種植多少和質量如何,”瓦赫寧根大學和研究中心園藝和產品生理學教授 Leo Marcelis 說。
從供水到日光、溫度以及獲取礦物質和細菌。 垂直農業發生在極其受控的條件下。 農作物在室內種植,用 LED 燈代替陽光。 LED 燈泡體積小、耐用、具有成本效益,而且它們不會散發任何熱量。 當太陽在一天結束時落下時,這些燈可以根據需要發光。
農民可以操縱植物的晝夜節律來優化生長產量。 白天,植物在葉子中形成澱粉,澱粉在晚上分解成糖分並輸送到植物的其餘部分。 一些植物每天需要超過 12 小時的光照才能生長,而另一些則需要更少。 垂直農業允許任何類型的植物獲得最佳生長所需的日光量。
在不同顏色的光下生長
這些燈的顏色對於優化生長產量特別重要。 研究人員主要關注紅光、藍光和綠光對植物生長的影響。 紅光對光合作用非常有效,但植物也需要一些藍光,這對葉綠素的產生特別有用。 一段時間以來,研究人員試圖減少綠光的使用,認為它對光合作用沒有貢獻。
然而,猶他州立大學 2016 年的一項研究表明,綠光可以比紅光或藍光更有效地驅動光合作用降低葉子。 農民可以使用不同的顏色組合來強調不同的特徵。 通過正確的組合,農民可以種植比傳統農業更有營養的植物。 這可能很有用,因為近幾十年來大多數植物的營養都變得越來越差。 可以使用另一種組合來提高生長速度,以便一次可以生產更多的食物。 從經濟角度來看,這可能是可取的,因為垂直農業仍然是成本密集型的。
但這種方法如此受歡迎還有更多原因。 垂直農業不需要殺蟲劑。 種植者可以在規定的時間範圍內以自己選擇的特定質量種植他們想要的作物數量。 天氣或季節性條件不再影響生產。 可以在較小的表面積上種植更多的食物。
沒有田地的農業
今天的垂直農業主要有兩種形式:水培和氣培。 根據 Leo Marcelis 的說法,這兩種技術都是很好的選擇。 在水培法中,植物生長在架子上,根系在充滿營養的水中而不是土壤中。 它被認為是兩個主要係統中最簡單的。
Nordic Harvest 在哥本哈根附近有一個實驗農場,種植不同類型的沙拉、羽衣甘藍和菠菜。 該農場周圍環繞著其他工業園區。 這是一座足球場大小的建築。 2023 年,該公司希望在奧斯陸擴建農場,隨後在斯堪的納維亞和芬蘭擴建農場。
據Riemann介紹,Nordic Harvest目前的產能已經相當可觀:“我們每年生產約1000噸蔬菜。 丹麥市場每年約有 20,000 噸。 6,000 噸為常規種植,其餘為進口。” 蔬菜是綠葉蔬菜。 隨著垂直農業的擴張,它將在糧食生產中佔據更大的比例。 其他在垂直農場種植作物的公司包括英國的瓊斯食品公司、法國的 Hydropousse 和芬蘭的 Robbes Lilla Trädgård。
氣培法種植的作物在空氣中紮根。 India Langley 是室內農業技術提供商 LettUs Grow 的食品系統研究員和公關負責人,他解釋了它的工作原理。 “你有一系列帶有非常小孔的噴嘴,可以用來霧化營養液。 該解決方案適用於自由懸掛作物的根部。”
氣培法是在 1990 年代開發的,當時 NASA 正在尋找在太空種植植物的方法。 根據美國國家適用技術中心的說法,氣培法是“迄今為止垂直農場最有效的植物育種系統”。
在氣培系統中,根部很容易獲得氧氣。 這種植物的生長速度是水培系統的兩倍,在水培系統中植物會吸收水中的溶解氧。 由於其複雜性,它仍然沒有像水培法那樣廣泛使用。 生產中使用的噴嘴很容易堵塞或破裂。 但是 LettUs Grow 已經找到了解決問題的方法。
“我們已經完全拆除了噴頭。 霧是在一個完全平坦的表面上產生的,所以沒有東西可以堵塞或破裂。 我們相信這個簡單的解決方案將使我們能夠將氣培法推廣到更大的規模,”Langley 說。
LettUs Grow 生產適合運輸集裝箱的種植系統。 這些容器是可移動的,可以放置在任何有空間的地方。
一起養殖魚類和植物
儘管水培和氣培是垂直農業中的兩種重要技術,但它們並不是唯一的技術。 還使用了其他技術。 在歐洲,有幾家公司使用魚菜共生育種方法。 與水培法類似,魚菜共生植物的根在水中生長。 只有那些根掛在魚也游泳的魚缸裡。 這些魚產生非常有營養的廢物,植物可以再次利用。
植物吸收養分,從而也為魚清潔水。 Marcelis 認為,未來魚菜共生只會佔據垂直農業市場的一小部分。 “最棒的是你可以使用魚的排泄物作為植物的食物。 但要小心,確保你的植物系統保持最佳狀態,”他談到這項技術時說。
新型蔬菜
Nordic Harvest 和 LettUs Grow 都首先開始嘗試種植綠葉蔬菜,然後才改種香草和微型蔬菜。 然後跟隨西紅柿和草莓。 根據蘭利的說法,多個垂直農場遵循相同的發展階段。 有充分的理由。 它們是精緻、高價值的作物,被廣泛使用並且可以支付生產成本。 它們生長迅速且體積小,這意味著可以同時種植許多植物。
隨著生產規模的擴大,種植更多種類的作物成為可能。 Marcelis 認為,幾年後我們或許可以買到專門為垂直栽培開發的新品種。 但開發新的作物配方絕非閒事。 需要5-10年的時間才能培育出適合這種栽培方法的新型植物。
理想的植物體積小,根系短,生長快,易於收穫,產量高。 除了生長品質,“植物配方”也必須精心編寫。 “最大的挑戰是跟踪影響工廠的每個變量。 你需要正確的養分,而且你必須確保植物在生長過程中能夠持續獲取養分,”Riemann 說。
比較貴
但是,儘管理論上任何作物都可以垂直種植,但這在可預見的未來不會發生。 使用常規方法可以更便宜地種植小麥和玉米等大宗作物。 “我認為垂直農業目前特別適合新鮮農產品。 從技術上講,我們可以種植任何作物,包括小麥。 但垂直農業也相對昂貴。 我認為目前發展這種價值相對較低的大宗產品是不現實的。 即使是現在,由於烏克蘭的戰爭,小麥價格仍在上漲,”馬塞利斯說。
儘管如此,在新加坡和阿拉伯聯合酋長國等國家/地區,大約 90% 的食品都是進口的,以這種方式種植低價值散裝產品可以帶來回報。 另一方面,在歐洲,從長遠來看,垂直種植小麥可能是一種選擇,但在未來五年內肯定不是。
高能耗
儘管垂直農業的前景一片光明,但也存在一個大問題。 它需要大量能量,因此非常昂貴。 確切的能源消耗因農場而異,因係統而異,並取決於地點、季節和作物。 例如,希臘的一家公司在冬天使用 2.87 千瓦時的能源來生產一公斤生菜,但在夏天只需要 1.73 千瓦時。 芬蘭 iFarm 計算出,他們種植生菜 90 天的成本為每平方米 62.26 千瓦時。 對於草莓,每平方米 2 千瓦時。
與常規方法相比,額外的能源消耗在 14% 到 251% 之間,具體取決於溫室和垂直農場的位置。
瓦赫寧根大學與研究中心和代爾夫特理工大學進行了一項研究,他們比較了溫室和垂直農場,在研究中稱為植物工廠。 這涉及分別位於荷蘭、阿拉伯聯合酋長國和瑞典的溫室和垂直農場。 對於後一個國家,比較中包括有和沒有人造光的溫室。
“生產一公斤乾重生菜需要植物工廠輸入 247 kWhe,而荷蘭、阿拉伯聯合酋長國和瑞典的溫室分別需要 70、111、182 和 211 kWhe(有和沒有額外的人工照明),”研究中的科學家說。
在惡劣的氣候條件下,兩種種植方法之間的能源消耗差異會減小。 在某些極端氣候條件下,垂直農場可能是最節能的選擇。 但即使在瑞典北部的北極和阿聯酋的沙漠條件下,溫室可能仍然是最具成本效益的種植方式。
優化
垂直農場可以通過優化生產在一定程度上克服高耗電量的問題。 通過優化調整 LED 照明和顏色,您可以影響生長時間和作物質量。 隨著農場變得更加自動化,農場生產成本也可以降低。 全天候工作以在正確的時間施用養分、監測生長產量並在植物成熟時收穫的機器人可能是一項昂貴的初始投資。
但隨著時間的推移,機器人會通過不斷的工作來彌補成本。 儘管對能源的需求很高,而且目前可以種植的廉價作物種類有限,但垂直農業越來越受歡迎。 儘管您還需要一段時間才能從您所在地區的栽培容器中取出草莓。