Jak daleko może zajść rolnictwo wertykalne?

Jednak rolnictwo wertykalne we współczesnym znaczeniu szybko się rozprzestrzenia . Jednym z przykładów jest pionowo uprawiana marka truskawek Oishii z siedzibą w New Jersey. W 2021 roku kosz upragnionych japońskich truskawek Omakase kosztował 50 USD (44 GBP) w ekskluzywnym nowojorskim supermarkecie. Dla niektórych był to dowód na to, że z czasem rolnictwo wertykalne może konkurować i ostatecznie przewyższać tradycyjne rolnictwo pod względem jakości. Dla innych dziwaczna cena uwydatniła ogromne wyzwanie, jakim jest uczynienie farm wertykalnych opłacalnymi komercyjnie.

Chociaż technologia jest bardzo obiecująca, koszty zarówno pieniężne, jak i energetyczne są nadal wysokie. Oznacza to, że sałatki liściaste, mniejsze warzywa i owoce, takie jak pomidory i truskawki – wartościowe rośliny uprawne, które szybko rosną – stanowią mniej więcej granicę tego, co jest obecnie dostępne na rynku w gospodarstwach wertykalnych.

Ale gdzie dokładnie jest granica tego, co faktycznie możemy uprawiać na farmie wertykalnej? A gdybyśmy znaleźli sposób na przezwyciężenie problemów związanych z kosztami i zużyciem energii, jak wyglądałby świat, w którym cała nasza żywność jest uprawiana w takich gospodarstwach? Czy kiedykolwiek moglibyśmy przejść na rolnictwo całkowicie bezglebowe?

Hodowla w górę

Nie ma ścisłej definicji tego, czym jest pionowa farma, ale zazwyczaj składają się one z płytkich tac ustawionych w stos w budynku, oświetlonych oświetleniem LED na każdym poziomie. Wiele pionowych farm nie ma okien, a niektóre są nawet budowane pod ziemią .

Tego rodzaju farmy muszą dostarczać wszystko – wodę, składniki odżywcze, światło słoneczne i ewentualnie owady zapylające oraz zwalczanie szkodników. Inne mogą być budowane w ogromnych szklarniach – wykorzystując w pełni światło słoneczne i ciepło, ale nadal kontrolując inne wejścia, takie jak woda.

Podczas gdy czasami używana jest gleba, coraz częściej gospodarstwa pionowe stosują systemy hydroponiczne lub aeroponiczne, w których woda (w przypadku hydroponiki) lub para wodna (w przypadku aeroponiki) nasycona składnikami odżywczymi krąży bezpośrednio wokół korzeni rośliny.

„Wydajność wody i składników odżywczych jest naprawdę wysoka w hydroponice i aeroponice, ponieważ korzenie są w stanie uzyskać te składniki odżywcze i wodę znacznie szybciej” – mówi Laura Vickers, biolog roślin i szefowa Urban Farming Group na Harper Adams University w UK. „Nie ma materii organicznej, nie ma nic innego, z czym roślina mogłaby konkurować lub czerpać wodę”.

Oznacza to, że stosowanie farm wertykalnych może znacznie zmniejszyć zarówno wodę, jak i nawozy potrzebne do uprawy żywności. Tymczasem zamknięte, kontrolowane środowisko gospodarstw wertykalnych może pomóc w powstrzymaniu przedostawania się szkodników – co z kolei może zmniejszyć zapotrzebowanie na pestycydy .

Technologia może również umożliwić uprawę roślin w miejscach, w których konwencjonalne rolnictwo nie jest możliwe. Na przykład astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej uprawiają własną żywność w systemach bezglebowych pod oświetleniem LED – z kapustą, musztardą mizuna, sałatą i jarmużem wśród upraw w menu.

Mówiąc bardziej ogólnie, niewielka ilość ziemi potrzebnej na farmy wertykalne oznacza, że ​​żywność można uprawiać w pobliżu miast, mówi Natalia Falagan, inżynier z Cranfield University w Wielkiej Brytanii, co może przynieść ogromne korzyści. Krótsze łańcuchy dostaw mogłyby poprawić zarówno bezpieczeństwo żywnościowe, jak i jakość żywności, ponieważ im szybciej żywność do nas dociera, tym mniej jej składników odżywczych ulega pogorszeniu i mniej pojawia się niewidzialnych toksyn, takich jak mikotoksyny . Spowodowałoby to również znacznie mniej kilometrów żywności niż wiele importowanych alternatyw i pomogłoby zagwarantować pochodzenie upraw, mówi, jednocześnie zmniejszając obciążenie zasobów naturalnych, takich jak gleba, woda i atmosfera. Co więcej, dzięki zaawansowanej nauce o roślinach, uprawy można modyfikować tak, aby były zdrowsze i smaczniejsze – dodaje.

Posiadanie pionowych farm w środku miast może również pomóc nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób produkowana jest nasza żywność, mówi Falagan. Na przykład Pasona Urban Farm nie była tylko na pokaz — umożliwiała pracownikom biurowym zbieranie własnej żywności w pracy, co według firmy miało poprawić zarówno ich zdrowie psychiczne, jak i fizyczne. Falagan mówi, że bliższe powiązanie z tym, skąd pochodzi nasza żywność, może zachęcić konsumentów do większej ostrożności w kwestii marnowania żywności. „Jeśli ludzie wiedzą, ile kosztuje produkcja naszej żywności”, mówi, „to może dwa razy się zastanowią, zanim ją wyrzucą”.

Większość gospodarstw wertykalnych koncentruje się obecnie na uprawach o niskiej biomasie – takich jak zioła, sałatki oraz małe owoce i warzywa, które ważą mniej na porcję – ponieważ istnieje większy plon w stosunku do ilości ciepła, światła i wody, które należy dostarczyć. Mają też krótkie cykle życia, więc maksymalnie wykorzystaj przestrzeń, mówi Vickers. Liściasta zieleń będzie rosła szybko i będzie gotowa do zbioru w ciągu kilku dni lub tygodni, podczas gdy dynia będzie rosnąć miesiącami i musi wyleczyć się w świetle słonecznym .

Metaanaliza rolnictwa miejskiego w różnych środowiskach w 53 krajach wykazała, że ​​sałaty, jarmuż i brokuły szczególnie nadawały się do gospodarstw wertykalnych. Rośliny uprawne, takie jak szpinak, można wyhodować od nasion do zbiorów w 30 dni, co oznacza, że ​​rolnik wertykalny może mieć 12 zbiorów z tej samej tacy każdego roku. Co więcej, gdyby rolnik przerzucał uprawę z jednego rzędu tac do drugiego, mógłby mieć niemal nieprzerwane dostawy żywności ze swojego gospodarstwa przez cały rok – o czym tradycyjny rolnik może tylko pomarzyć.

Zagubione pszczoły

Sałatki i zioła nie muszą kwitnąć i być nawożone, co daje im kolejną przewagę nad innymi uprawami, jeśli chodzi o uprawę wertykalną. Większość owoców i warzyw wymaga zapylania, a tam, gdzie jest to potrzebne w gospodarstwach wertykalnych, musiałoby być wykonane sztucznie i kosztowo. ( Przeczytaj więcej o tym, jak ludzie hodują większą niż kiedykolwiek wcześniej różnorodność maleńkich owadów ).

Rolnicy już teraz często polegają na komercyjnych pszczołach, aby zachęcić do zapylania i zmaksymalizować owocowanie zarówno w uprawach wewnętrznych, jak i zewnętrznych. Na przykład przemysł migdałowy, którego 85% ma siedzibę w kalifornijskiej Dolinie Centralnej, zależy od miliardów pszczół miodnych, które każdego roku są wysyłane dziesiątki tysięcy mil do iz Florydy w celu zapylania kwiatów migdałów. Ule są przywożone ciężarówkami, a pszczoły są wypuszczane do każdego zagajnika przed przeniesieniem do następnej farmy. W Wielkiej Brytanii truskawki uprawiane w tunelach foliowych są również zapylane przez komercyjne pszczoły miodne – choć, co ciekawe, zapylanie przez dzikie pszczoły skutkuje większymi owocami .

Komercyjne zapylanie pszczół zostało już zastosowane w uprawach w pomieszczeniach , mówi Vickers. Jednak wykorzystywanie pszczół w pomieszczeniach stwarza problem – sztuczne oświetlenie może utrudniać pszczołom nawigację.

Ludziom farmy w pomieszczeniach często wydają się oświetlone neonowymi różami i fioletami. Dzieje się tak dlatego, że rośliny najlepiej rosną, gdy są wystawione na światło o długości fali głównie niebieskiej i czerwonej , które dla nas z daleka wygląda na różowe lub fioletowe. Ale widzenie pszczół bardzo różni się od naszego. Nie widzą koloru czerwonego , ale widzą w widmie ultrafioletowym (UV), którego ludzie nie widzą. Na zewnątrz płatki roślin odbijają promieniowanie UV, aby pomóc pszczołom w nawigacji do nich . Stawia to pszczoły w wyraźnie niekorzystnej sytuacji w gospodarstwach wertykalnych, w których obecnie nie stosuje się promieniowania UV. Dodanie go może sprawić, że farmy wewnętrzne będą jeszcze droższe, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że to samo światło jest całkowicie bezpłatne dla rolników zewnętrznych.

„Myślimy o rolnictwie wertykalnym z perspektywy rośliny” — mówi Vickers. „I nie myślimy o tym, co pszczoła widzi i jak znajduje rośliny. Pszczoły z trudem poruszają się pod obecnymi diodami LED”.

Ziarna pionowe

Inne uprawy, takie jak zboża, są zapylane przez wiatr, co można łatwo odtworzyć, tworząc przeciąg w pionowej farmie, mówi Vickers. Ale chociaż istnieje kilka przykładów gospodarstw wertykalnych eksperymentujących z uprawą zbóż , jest to nadal rzadkie. „Jęczmień lub pszenica, których uprawa zajmuje wiele miesięcy, nie są obecnie opłacalne” – mówi Vickers.

Powodem tak wysokich kosztów jest największa bariera w powszechnym stosowaniu farm wertykalnych – wymagają one ogromnych nakładów energii i infrastruktury. Chociaż możliwość uprawy roślin przez cały rok zwiększa wydajność farmy wertykalnej, wyzwaniem, przed którym stoją te farmy, jest ograniczenie zużycia energii, gdy alternatywą – uprawą na zewnątrz – jest dostęp do bezpłatnego światła słonecznego i wody deszczowej. Ta zależność od energii może również sprawić, że farmy wertykalne będą bardzo podatne na niestabilne ceny energii .

W wielu miejscach energia elektryczna wykorzystywana do zasilania farm wertykalnych nadal pochodzi z paliw kopalnych, co oznacza, że ​​ogólna emisja gazów cieplarnianych może być znacznie wyższa niż w przypadku rolnictwa na otwartym polu . Przejście na energię odnawialną jest oczywistym sposobem na zmniejszenie tego śladu węglowego , chociaż ponieważ większość odnawialnych źródeł energii wymaga ziemi , może to nieco zmniejszyć korzyści płynące z uprawy w pomieszczeniach.

Z botanicznego punktu widzenia jęczmień lub pszenica są całkiem możliwe w systemie rolnictwa pionowego ze względu na ich krótką strukturę korzeni, mówi Vickers, co jest ważne przy uprawie ich na tacach.

I chociaż jest mało prawdopodobne, że kiedykolwiek będziemy uprawiać wszystkie nasze zboża w gospodarstwach pionowych, w niektórych sytuacjach może się to okazać przydatne. W 2020 roku naukowcy zajmujący się rolnictwem z kilku amerykańskich uniwersytetów opublikowali artykuł, w którym argumentowali, że rolnictwo wertykalne może pewnego dnia odegrać rolę w zabezpieczaniu się przed przyszłymi nieoczekiwanymi zakłóceniami w łańcuchu dostaw. Ponieważ trwająca wojna na Ukrainie uwydatniła zależność świata od zbóż z Europy Wschodniej i zapoczątkowała poszukiwanie alternatywnych źródeł , może to być propozycja warta rozważenia.

Sady wewnętrzne

Ale Vickers mówi, że to w rzeczywistości rośliny drzewiaste, takie jak drzewa owocowe, naprawdę przetestowałyby granice tego, co można uprawiać w gospodarstwie wertykalnym, nie tylko dlatego, że wymagałyby znacznego wsparcia bez gleby. Jednak z botanicznego punktu widzenia nie ma powodu, dla którego sady wewnętrzne nie byłyby możliwe, mówi.

„Drzewo już jest rodzajem pionowej farmy” – mówi Mark Horler, przewodniczący brytyjskiej organizacji Urban AgriTech, która reprezentuje krajową społeczność zajmującą się rolnictwem w pomieszczeniach . „Drzewa pobierają wodę zawierającą składniki odżywcze i rozprowadzają ją po szeregu warstw, z których następnie wyrastają liście i owoce. Jak zwykle natura była tam pierwsza”.

Wraz z Kerstin Schreiber, geografem z McGill University, Horler jest współzałożycielem Soya Project , inicjatywy utworzonej w celu promowania korzyści płynących z rolnictwa pionowego. Obecnie bada potencjał uprawy sadzonek wierzby w pomieszczeniach w gospodarstwach pionowych, aby przyspieszyć ich wzrost przed sadzeniem na zewnątrz, a więc, miejmy nadzieję, zwiększyć ich przeżywalność. „Wskaźnik niepowodzeń w projektach ponownego zalesiania i zalesiania jest fenomenalny”, mówi, powołując się na to, jak wrażliwe są sadzonki na żywioły , gdy są bardzo małe (w jednym badaniu 83% przesadzonych drzew obumarło w ciągu 10 lat ). „Tylko naprawdę niewielka część przechodzi do ostatniej klasy”.

Ale mając przewagę, Horler ma nadzieję, że sadzonki będą miały większe szanse. I nie jest jedynym, który szuka pionowego rolnictwa, aby dać impuls drzewom. Zoe M Harris, naukowiec zajmujący się środowiskiem z University of Surrey w Wielkiej Brytanii, prowadzi podobny projekt, któremu niedawno przyznano 4 miliony funtów (4,8 miliona dolarów) z funduszy rządowych Wielkiej Brytanii , podczas gdy w Anglii rozpoczęto projekt rozmnażania sadzonek jabłoni w systemach aeroponicznych ostatni rok.  Wczesne próby projektu pionowej farmy w Szkocji pozwoliły wyhodować sadzonki drzew sześć razy szybciej niż jest to typowe dla tradycyjnego siewu na wolnym powietrzu.

Horler mówi, że nie widzi powodu, dla którego drzewa nie mogłyby być stale uprawiane w pomieszczeniach na żywność. Pionowy sad może jednak wyglądać nieco inaczej niż ten, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. „To, czego chciałbyś, to seria cienkich drzewek, które owocują naprawdę często, zamiast czekać na jedno drzewo, które wyda wszystkie owoce naraz” – mówi Horler. Większość jabłoni to już karłowate odmiany dzikich gatunków, więc dalsze ich karłowatość nie jest wykluczone.

W Azji karłowate drzewa mango są testowane, ponieważ mniejsza odmiana pomaga zbieraczom zbierać owoce. A w 2019 roku kolektyw naukowców był w stanie wyprodukować sadzonkę pomidora, która, jak mówi Horler, „prawie wygląda jak kiść winogron” – maleńka roślina była pokryta dojrzałymi pomidorami.

Uprawy karłowate sprawiają, że są one bardziej odpowiednie do rolnictwa pionowego, zgadza się Vickers. Ale odmiana, która najlepiej radzi sobie na zewnątrz, niekoniecznie będzie tą, która najlepiej radzi sobie w kontrolowanym środowisku, dodaje, więc przyćmienie uznanej odmiany może nie zawsze działać. Na przykład niektóre odmiany mogą najlepiej sprawdzać się na zewnątrz, ponieważ są odporne na wahania temperatury lub choroby, które mogą nie być tak ważnymi czynnikami w pomieszczeniach.

Drzewa uprawiane pionowo i rośliny uprawne, których dojrzewanie zajmuje więcej czasu, również mogą być trudne do utrzymania w stanie wolnym od chorób, mówi Vickers. Pomiędzy zbiorami ziół i sałatek rolnik wertykalny może sterylizować tace przed zasadzeniem następnej uprawy. Jednak na przykład drzewa mango mogą dojrzewać latami, w czasie których pleśń i bakterie mogą się rozwijać.

„Choroba ma swój czas życia, ponieważ – podobnie jak roślina – ma doskonałe środowisko, idealną temperaturę, idealną ilość tlenu, doskonałe składniki odżywcze i dostęp do wszystkich tych uroczych roślin” – mówi Vickers.

Jeśli jednak warunki są idealne, Horler mówi, że drzewo uprawiane pionowo może być w stanie zainwestować więcej w swoje owoce. “Zakład poświęci swoje zasoby na to, co uważa, że ​​może zrobić najlepiej” – mówi. „Jeśli jest testowany, włoży więcej wysiłku w ochronę przed trudniejszymi warunkami… [Ale] jeśli jest w idealnych warunkach i ma łatwe życie, wtedy wyhoduje dużo liści, kwiatów i owoców, nie będzie rosnąć te masywne systemy korzeniowe o długości kilku metrów”.

Nie ma zatem botanicznego powodu, dla którego cała nasza żywność nie mogłaby być uprawiana pionowo, ale naukowcy zajmujący się roślinami będą musieli rozwiązać niektóre długotrwałe problemy, zanim stanie się to rzeczywistością, mówi Vickers. I oczywiście urbaniści, dostawcy energii odnawialnej i sami rolnicy będą mieli ogromną rolę do odegrania.

Warto jednak zauważyć, że wiele korzyści i ograniczeń rolnictwa pionowego wyjaśnionych przez Vickersa i Horlera odnosi się do rolnictwa na dużą skalę w krajach rozwiniętych.

Drobni rolnicy wytwarzają 30-34% światowych dostaw żywności . Niektóre narody są w dużym stopniu uzależnione od rolnictwa na własne potrzeby i być może nierealne jest, aby to podstawowe zaopatrzenie w żywność zostało przekształcone przez rolnictwo wertykalne, które jest uzależnione od bezpiecznej energii elektrycznej.

Jednak zmniejszenie gruntów zajmowanych przez rolnictwo przemysłowe poprzez przekształcenie ich w gospodarstwa wertykalne mogłoby teoretycznie zwolnić przestrzeń, którą można by wykorzystać do odbudowy ekosystemów, a nawet zwrócić tym samym drobnym rolnikom lub wykorzystać na rolnictwo regeneracyjne, które zazwyczaj wymagają więcej miejsca.

Vickers mówi, że pionowe farmy mogą pewnego dnia pozwolić na „intelektualny łańcuch dostaw”, w którym cykle wzrostu roślin można przyspieszyć lub spowolnić, aby reagować na zmiany popytu. (Firma Vickers zwróciła się kiedyś do firmy zainteresowanej produkcją mieszanek sałatek na zamówienie dostosowanych do potrzeb żywieniowych klientów, ale mówi, że „założenie jest w tej chwili w powijakach”).

Dalsze eksperymentowanie z uprawami w gospodarstwach wertykalnych może również stworzyć inne możliwości doświadczania naszej żywności, takie jak zachęcanie roślin do tworzenia większej ilości związków smakowych, witamin lub przeciwutleniaczy . Falagan mówi, że można to zrobić poprzez stresowanie upraw, na przykład poprzez zmniejszenie ich wody lub wystawienie zebranej żywności na działanie pewnych gazów podczas przechowywania.

Ale chociaż te innowacje mogą znaleźć swoje miejsce w zrównoważonych metodach rolniczych w przyszłości, kiedy pieniądze są brane pod uwagę, trudno jest zobaczyć, że wszystkie z nich pojawią się wkrótce, mówi Vickers.

Na przykład eksperyment Pasona Urban Farm, który przejął biuro w wieżowcu w Tokio, już nie istnieje. Ryż został pokrojony, pomidory zebrane, a grzyby wyjęte z szuflad.

Na razie będziemy musieli zadowolić się sałatkami, drobnymi owocami i warzywami do czasu, gdy w naszych miastach wyrosną sady.