Сельское хозяйство в контролируемой среде
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( ноябрь 2018 г. ) |
Сельское хозяйство в контролируемой среде ( CEA ), которое включает сельское хозяйство в закрытых помещениях (IA) и вертикальное земледелие , представляет собой технологический подход к производству продуктов питания. Целью CEA является обеспечение защиты от внешних факторов и поддержание оптимальных условий выращивания на протяжении всего развития культуры. Производство происходит в закрытом помещении, например в теплице или заводе по выращиванию растений . [1]
Растения часто выращивают в беспочвенной среде, чтобы обеспечить корневую зону необходимым количеством воды и питательных веществ , а также дополнительное освещение для обеспечения достаточного дневного света. CEA оптимизирует использование таких ресурсов, как вода, энергия, пространство, капитал и рабочая сила. Технологии CEA включают гидропонику , аэропонику , аквакультуру и аквапонику . [2]
Доступны различные методы выращивания продуктов питания в сельском хозяйстве с контролируемой средой. В настоящее время тепличная отрасль является крупнейшим компонентом отрасли CEA, но еще одним быстрорастущим сегментом является индустрия вертикального земледелия . Сельское хозяйство с контролируемой средой имеет возможность производить урожай круглый год с возможностью увеличения урожайности за счет регулирования количества углерода и питательных веществ, которые получают растения (Бенке и др.). [3]
Что касается городского сельского хозяйства , CEA может существовать внутри перепрофилированных построек, построенных специально для этого или в подвалах и подземных помещениях. [4] Эта тенденция все больше перерастает в альтернативные продовольственные сети, поскольку предприниматели и домохозяйства стремятся удовлетворить растущий спрос на свежие продукты питания. [5]
Техническая реализация
[ редактировать ]Контролируемые переменные:
Относящийся к окружающей среде:
- Температура (воздух, питательный раствор, корневая зона, лист)
- Относительная влажность (% относительной влажности)
- Углекислый газ (CO 2 )
- Свет (интенсивность, спектр, продолжительность и интервалы)
Культурный:
- Качество воды
- питательных веществ Концентрация (PPM азота, калия, фосфора и т. д.)
- Питательный pH (кислотность)
- Продолжительность и плотность посева
- Сорт
- Борьба с вредителями
Объекты CEA могут варьироваться от закрытых систем замкнутого цикла со 100% экологическим контролем до автоматизированных теплиц с компьютерным управлением поливом, освещением и вентиляцией. Низкотехнологичные решения, такие как колпаки или полиэтиленовая пленка для полевых культур и покрытые пластиком туннели, называются сельским хозяйством с модифицированной средой.
Методы CEA можно использовать для выращивания буквально любой культуры, хотя на самом деле культура должна быть экономически жизнеспособной, и это будет значительно варьироваться из-за цен на местном рынке и стоимости ресурсов. В настоящее время помидоры , листовая зелень и зелень являются наиболее экономически выгодными культурами. [6]
Мотивация
[ редактировать ]Культуры можно выращивать для пищевых, фармацевтических и нутрицевтических целей. Его также можно использовать для выращивания водорослей в пищу или для производства биотоплива.
Методы CEA могут повысить безопасность пищевых продуктов за счет устранения источников загрязнения, а также повысить безопасность поставок, поскольку на них не влияют условия внешней среды, и устраняют сезонность, создавая стабильные рыночные цены, что хорошо как для фермеров, так и для потребителей. Использование программного обеспечения для мониторинга и автоматизации может значительно сократить количество требуемого человеческого труда.
CEA используется в исследованиях, чтобы можно было изолировать конкретный аспект производства, в то время как все остальные переменные остаются неизменными. Например, использование тонированного парникового стекла можно сравнить с прозрачным стеклом при исследовании фотосинтеза. [7]
В статье, опубликованной в журнале Science Illustrated за февраль 2011 года , говорится: «В коммерческом сельском хозяйстве CEA может повысить эффективность, уменьшить количество вредителей и болезней, а также сэкономить ресурсы… Воспроизведение обычной фермы с компьютерами и светодиодными лампами обходится дорого, но оказывается экономически эффективным в в долгосрочной перспективе, производя в 20 раз больше высококачественной продукции, не содержащей пестицидов, чем участок почвы такого же размера. Четырнадцать тысяч квадратных футов тщательно контролируемых растений ежегодно производят 15 миллионов саженцев на фабриках, работающих на солнечной энергии. будет необходимо для удовлетворения растущего спроса городских жителей Китая на качественные фрукты и овощи». [8]
Преимущества CEA перед традиционным полевым земледелием: [9]
- Эффективность использования воды [10]
- Эффективность использования пространства
- Снижение требований к транспортировке
- Надежное круглогодичное производство.
- Защита от неблагоприятных погодных явлений
- Уменьшите сток удобрений
- Приятные условия работы
Воздействие городов
[ редактировать ]По результатам семинара Министерства сельского хозяйства США в 2018 году:
- сельское хозяйство в закрытых помещениях (IA) в городских и пригородных районах может выступать в качестве последовательного, местного и доступного производителя и дистрибьютора свежих продуктов. Если эти фермы будут расположены стратегически, такая возможность местного производства, переработки и распределения продуктов питания может оказаться особенно эффективной для городских районов, не имеющих надежного доступа к доступным и свежим продуктам. Такие фермы также могут иметь далеко идущие последствия для традиционно малообеспеченных сообществ, создавая возможности для обучения, трудоустройства и развития бизнеса в развивающемся секторе. [11]
Промышленность
[ редактировать ]По сообщениям, по состоянию на середину 2021 года по всему миру действовало 16,55 миллионов квадратных футов (380 акров / 154 га) закрытых ферм. В годовом отчете «Состояние внутреннего фермерства» предполагается, что к 2022 году эта площадь вырастет до 22 миллионов квадратных футов (505 акров / 204 га). [12] (Для сравнения, Министерство сельского хозяйства США сообщило о 915 миллионах акров (38 миллионов гектаров) сельскохозяйственных угодий только в Соединенных Штатах в 2012 году.) [13]
По состоянию на 2018 год в Соединенных Штатах существует около 40 закрытых вертикальных ферм, некоторые из которых производят продукцию, продаваемую на коммерческой основе, а другие еще не продаются потребителям. [14] Другой источник оценивает более 100 стартапов в 2018 году. [15] В Азии внедрение сельского хозяйства в закрытых помещениях было обусловлено потребительским спросом на качество. [16] Коалиция рециркуляционных ферм — это торговая организация США для гидропонных фермеров. [17]
Исследование закрытого земледелия в США в 2020 году [18] обнаружили, что внутреннее производство было:
- 26% листовая зелень ,
- 20% трав
- 16% микрозелени
- 10% помидоры
- 28% другое
Компания AeroFarms, основанная в 2011 году, в 2017 году привлекла 40 миллионов долларов и, как сообщается, в 2015 году открыла крупнейшую крытую ферму в мире в Ньюарке, штат Нью-Джерси; [19] к 2018 году была построена 10-я крытая ферма. [19] По состоянию на июнь 2023 года AeroFarms подала заявку на защиту от банкротства согласно главе 11, сославшись на «значительные препятствия в отрасли и рынке капитала». [20]
Экономика
[ редактировать ]Экономика закрытого земледелия была сложной из-за высоких капитальных вложений и эксплуатационных затрат на электроэнергию. [11] — особенно цены на электроэнергию — и в результате закрылось несколько стартапов. [21] Опрос, проведенный в США в 2018 году, показал, что только 51% операций по сельскому хозяйству в закрытых помещениях прибыльны. [22]
Исследование, проведенное в США в 2020 году, показало, что типичные сельскохозяйственные культуры, выращиваемые в закрытых помещениях, на фунт урожая потребляют от 0,47 долларов США (для листовой зелени) до 1,38 долларов США (для микрозелени ) в виде ресурсов (особенно семян, питательных веществ и питательных веществ), хотя помидоры были сообщается о затратах 0,06 доллара США за фунт. Затраты на рабочую силу на контейнерных фермах составили 2,35 доллара США за фунт. Однако в том же исследовании отмечается, что сельское хозяйство в закрытых помещениях приносит больше дохода на фунт, чем обычное сельское хозяйство в поле. [23]
В Азиатско-Тихоокеанском регионе, где растущий рост населения противоречит растущим потребностям в площадях для сельского хозяйства, чтобы прокормить население, ожидается, что совокупный годовой темп роста (CAGR) закрытого сельского хозяйства (CAGR) составит 29% по сравнению со значением в 2021 году в 0,77 миллиарда долларов США. до стоимости в 2026 году в 2,77 миллиарда долларов США. [12]
Достижения в области светодиодного освещения стали одним из наиболее важных достижений в повышении экономической жизнеспособности. [14] [12] Высокие финансовые затраты на инвестирование в CEA представляют собой проблему, которую можно преодолеть только посредством исследований и разработок по внедрению инновационных устойчивых методов. Производственный потенциал этих фермерских сетей оправдывает инвестиции в инфраструктуру и способствует достижению ЦУР 2030 года по борьбе с выбросами углекислого газа. [5]
Органическое сельское хозяйство
[ редактировать ]США В 2017 году Национальный совет по органическим стандартам проголосовал за разрешение маркировки продуктов, выращенных на гидропонике, как сертифицированных органических . [17]
См. также
[ редактировать ]- Интегрированное сельское хозяйство
- Центр сельского хозяйства с контролируемой средой (CEAC) при Университете Аризоны
- Вертикальное земледелие
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Набор инструментов для городского сельского хозяйства , Министерство сельского хозяйства США
- «Достижения в области автоматизации теплиц и сельского хозяйства с контролируемой средой: переход к растениеводству и городскому сельскому хозяйству» , январь 2018 г., Int J Agric & Biol Eng, Vol. 11 № 1, копия на сайте USDA.gov.
- «Внутреннее сельское хозяйство быстро набирает обороты» , 21 мая 2015 г., Новости овощеводов, получено 9 января 2022 г. (обширные данные).
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Тинг, КЦ; Лин, Т.; Дэвидсон, ПК (9 ноября 2016 г.). «Интегрированные городские сельскохозяйственные системы с контролируемой средой» . Светодиодное освещение для городского сельского хозяйства : 19–36. дои : 10.1007/978-981-10-1848-0_2 . ISBN 978-981-10-1846-6 .
- ^ «Центр сельского хозяйства с контролируемой средой» . Университет Аризоны . Проверено 16 августа 2015 г.
- ^ Бенке, Курт и Брюс Томкинс. 2017. «Будущие системы производства продуктов питания: вертикальное земледелие и сельское хозяйство с контролируемой средой». Устойчивое развитие: наука, практика и политика 13 (1): 13-26.
- ^ Янс-Сингх, М.; Фидлер, П.; Уорд, РМ; Чоудхари, Р. (январь 2019 г.). «Мониторинг эффективности подземной гидропонной фермы». Международная конференция по интеллектуальной инфраструктуре и строительству 2019 (ICSIC) . стр. 133–141. дои : 10.1680/icsic.64669.133 . ISBN 978-0-7277-6466-9 . S2CID 201596364 .
- ^ Перейти обратно: а б Вишневска-Палюшак, Иоанна; Палушак, Гжегож (май 2021 г.). «Реляционная модель городских и пригородных ферм (UPF): пример Великопольского воеводства, Польша» . Сельское хозяйство . 11 (5): 421. doi : 10.3390/aggricultural11050421 .
- ^ «Продовольственные культуры, выращенные под защитой и проданные» (PDF) . Перепись специальностей садоводства . Министерство сельского хозяйства США . Проверено 30 ноября 2021 г.
- ^ «Центр сельского хозяйства с контролируемой средой» . Биодинамика Гидропоника. Архивировано из оригинала 10 августа 2015 г. Проверено 18 августа 2015 г.
- ^ «ЦЭА» . Иллюстрированная наука . 01.02.2011. Архивировано из оригинала 31 августа 2015 г. Проверено 16 августа 2015 г.
- ^ «10 самых больших преимуществ вертикального земледелия» . hortidaily.com . Хорти-Дейли. 31 января 2020 г. Проверено 30 ноября 2021 г.
- ^ Никола, С.; Пиньята, Г.; Ферранте, А.; Булгари, Р.; Кочетта, Г.; Эртани, А. (2020). «Эффективность использования воды в тепличных системах и ее применение в садоводстве» (PDF) . Научный журнал «АгроЛайф» . 9 (1) . Проверено 30 ноября 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Отчет семинара: Потенциал исследований и разработок в области внутреннего сельского хозяйства и устойчивых городских экосистем, февраль 2019 г., Министерство сельского хозяйства США, Управление главного научного сотрудника, и Министерство энергетики США, Управление биоэнергетических технологий, Вашингтон, округ Колумбия, данные получены 7 января 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Agritech Tomorrow: «Вертикальное земледелие и будущее автоматизации в сельском хозяйстве», Hortibiz Daily World News, получено 9 января 2022 г.
- ^ «Количество ферм и сельскохозяйственных угодий, площади, владение и использование», из «Основных результатов сельскохозяйственной переписи 2012 года», ACH12-13, сентябрь 2014 г., Национальная служба сельскохозяйственной статистики Министерства сельского хозяйства США , получено 10 января 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Чарльз, Дэн. «Передовые технологии, которые изменят сельское хозяйство» . Агнеделя . Архивировано из оригинала 17 ноября 2018 г. Проверено 23 ноября 2018 г.
- ^ Клэй, Джейсон (06 апреля 2018 г.). «Будущее сельского хозяйства вертикальное?» . ГринБиз . Проверено 23 ноября 2018 г.
- ^ «Потребительский спрос на «чистые продукты питания» стимулирует азиатский рынок закрытого сельского хозяйства – последний отчет – AgFunderNews» . AgFunderNews . 18 января 2016 г. Проверено 24 ноября 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Гидропонные овощи вытесняют органические, и попытка запретить их терпит неудачу» . NPR.org . Проверено 24 ноября 2018 г.
- ^ «Опрос: расширение сельского хозяйства в помещении, добавление новых технологий в 2021.html» , 8 июня 2021 г., The Spoon, получено 9 января 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Растущая компания: AeroFarms привлекает внимание, расширяет свои фермерские территории — и, возможно, меняет мир — ROI-NJ» . РОЙ-Нью-Джерси . 11.06.2018. Архивировано из оригинала 23 ноября 2018 г. Проверено 23 ноября 2018 г.
- ^ Редминд, Кимберли. «Файлы AeroFarms из Ньюарка для защиты от банкротства в соответствии с главой 11» . НЖБИЗ . Проверено 3 июля 2023 г.
- ^ «Люди, затраты на электроэнергию удерживают сельское хозяйство в помещении на низком уровне» . Финансы и коммерция . Ассошиэйтед Пресс. 14 мая 2018 г. Проверено 23 ноября 2018 г.
- ^ Пресс-релиз Agrilyst: «Agrilyst публикует третий опрос о состоянии внутреннего земледелия; в отчете отмечается, что 51 процент респондентов в настоящее время управляют прибыльными закрытыми фермами». , 1 октября 2018 г., Produce Grower, данные получены 8 января 2022 г.
- ^ Опрос Artemis: State of Indoor Farming 2020 , 2020, ArtemisMag.com, получено 8 января 2022 г.
| Типы | |
|---|---|
| Подтипы | |
| Субстраты | |
| Аксессуары | |
| Связанные понятия | |
