Источник: phys.org
Чтобы обеспечить качественное питание для всех в нашем перенаселенном мире, необходимо внедрять инновации. Вертикальные фермерские системы, которые интенсивно выращивают растения в закрытых помещениях, могут стать частью решения этой проблемы. Однако, для масштабного использования таких систем необходимо преодолеть ключевые вызовы, особенно в отношении управления энергоемким и дорогостоящим освещением, необходимым для роста растений.
Сейчас ученые показывают, что, манипулируя светом в соответствии с потребностями конкретных культур, можно улучшить их рост и здоровье, одновременно снижая энергопотребление.
"Самое большое преимущество вертикальных ферм заключается в том, что здоровую пищу можно выращивать гораздо ближе к потребителям, даже в местах, где это обычно невозможно: в мегаполисах, пустынях или регионах, где в течение большой части года темно и холодно," сказал доктор Элиас Кайзер, первый автор статьи в Frontiers in Science. "Самый большой вызов - это затраты на электроэнергию."
Освещение как ключевая проблема
Многие вертикальные фермы используют постоянные условия окружающей среды, что требует значительных затрат электроэнергии. Впрочем, анализ ученых показал, что такие постоянные условия не всегда являются необходимыми. Использование динамического контроля среды может сделать вертикальные фермы экономически выгодными и способствовать выращиванию здоровых растений.
"Нас вдохновили ритмы, которые демонстрируют растения как в течение дня, так и в течение их развития. Это требует регулярной настройки среды для оптимального роста," сказал профессор Лео Марселис из Университета Вагенингена, соавтор исследования.
Оптимизация освещения
Поскольку функции растений в значительной степени зависят от условий окружающей среды, таких как изменения температуры, длина волн света и количество CO2, манипулирование этими факторами позволяет влиять на развитие растений. Освещение является критическим фактором, поскольку оно необходимо для фотосинтеза, а различные длины волн имеют разное влияние на разные культуры.
Ученые разработали модель для тестирования умного освещения, которое поддерживает фотосинтез растений в течение дня, одновременно снижая затраты на электроэнергию. Использование алгоритма оптимизации позволило снизить затраты на электроэнергию на 12% без потери способности растений к фиксации углерода, просто изменяя интенсивность света.
Семена будущего
Однако, перед тем как вертикальное фермерство сможет решить глобальную проблему питания, остаются другие важные вопросы.
"Многие из предложенных решений еще не были опробованы в больших масштабах, которые представляют вертикальные фермы, - они могли быть показаны на уровне отдельных растений, но не на уровне целых урожаев," заметил Кайзер.
Динамическое регулирование воздушного потока, температуры и CO2 в соответствии с потребностями растений может дополнительно снизить затраты на электроэнергию. Фермерам понадобятся соответствующие сенсоры и модели для мониторинга и регулирования среды, а также новые сорта, специально выведенные для вертикального фермерства.
В таких условиях можно сфокусироваться на улучшении питательного качества и вкусовых свойств растений, а не только на их выносливости или продолжительности хранения. Больше исследований необходимо для того, чтобы правильно настроить все эти переменные и достичь баланса между высоким качеством и урожайностью.
"На вертикальных фермах все условия выращивания можно точно контролировать, что является чрезвычайно важным для оптимизации урожайности, качества и эффективности использования ресурсов," отметил Марселис.
"Однако техническая возможность удерживать их постоянными не означает, что это лучшее решение. Когда динамический контроль среды станет нормой, энергопотребление и стоимость использованной энергии можно будет существенно снизить, что увеличит прибыльность и устойчивое развитие вертикальных ферм."
