Canh tác thẳng đứng đang lan rộng khắp châu Âu và nghiên cứu đang được thực hiện trên tất cả các loại cây trồng mới. Nhưng vẫn còn những thách thức phải vượt qua.
Các tòa nhà văn phòng bỏ trống, nơi các loại cây trồng có thể phát triển xếp chồng lên nhau, hết lớp này đến lớp khác. Hoặc trong một thùng chứa ở khu vực lân cận của bạn, canh tác thẳng đứng mang lại nhiều khả năng. Bạn có thể trồng trọt bất cứ nơi nào bạn muốn. Bạn không cần các trường cho nó. Việc canh tác bền vững, hiệu quả và được kiểm soát hoàn toàn. Bạn không cần bất kỳ loại thuốc trừ sâu nào, không có khí thải dinh dưỡng và lượng nước tiêu thụ chỉ từ 2 đến 4 lít cho mỗi kg rau. Vẫn còn một vấn đề lớn: tiêu thụ năng lượng. Chúng tôi vẫn đang làm việc chăm chỉ về điều đó.
Canh tác thẳng đứng đang gia tăng trên khắp châu Âu. Nó đặc biệt thích hợp cho việc trồng trọt ở các khu vực đô thị nơi không gian ở mức cao. Nó thậm chí có thể đảm bảo an ninh lương thực ở các quốc gia ít thích nghi với nền nông nghiệp truyền thống. Nhưng mặc dù những vụ mùa đầu tiên đã được bán ở một số quốc gia, nhưng chắc chắn sẽ phải mất vài năm nữa các sản phẩm từ các trang trại thẳng đứng mới có thể ồ ạt lên kệ siêu thị.
Thay đổi chế độ ăn uống và tăng nhu cầu
Cùng với thịt nuôi cấy, canh tác theo chiều dọc thường được coi là giải pháp chính để chống lại các cuộc khủng hoảng lương thực trong tương lai. Nhưng tại sao chúng ta cần trang trại thẳng đứng? Tại sao chúng ta không tiếp tục làm theo cách cũ, như chúng ta đã làm trong 10,000 năm qua?
Nhu cầu về thực phẩm đang tăng lên hàng năm. Theo Liên Hợp Quốc, dân số thế giới sẽ tăng lên 9.7 tỷ người vào năm 2050. Tất cả những người này đều cần lương thực. Nhưng trồng trọt theo cách truyền thống đang trở thành một vấn đề ngày càng nghiêm trọng. Do biến đổi khí hậu, điều kiện trồng trọt đang thay đổi, do đó bạn không thể trồng một số loại cây trồng mà trước đây bạn có thể trồng được nữa. Các sự kiện thời tiết cực đoan và bão nghiêm trọng phá hủy nhiều mùa màng hơn mỗi năm. Và ở một số nơi đất ít dinh dưỡng hơn trước đây.
Cùng với việc phải đáp ứng nhu cầu về thực phẩm tươi sống trong tương lai, thói quen ăn uống của chúng ta cũng rất khác so với một thế kỷ trước. “Chúng tôi không còn ăn theo mùa. Giám đốc điều hành Anders Riemann của Nordic Harvest, trang trại thủy canh lớn nhất châu Âu, cho biết vào mùa đông, chúng tôi ăn salad và quả mọng nhập khẩu.
Những người trồng trọt trong trang trại thẳng đứng mặc quần áo bảo hộ để ngăn vi khuẩn không mong muốn xâm nhập vào trang trại. Bằng cách này họ có thể tránh được việc sử dụng thuốc trừ sâu.
Thu hoạch mùa hè từ Bắc Cực
Trang trại thẳng đứng có thể được xây dựng ở hầu hết mọi nơi. Điều đó có nghĩa là bạn không còn phải nhập khẩu kiwi từ New Zealand nữa mà có thể trồng chúng trong một trang trại như vậy ở khu vực của mình. Điều này giúp tiết kiệm một lượng lớn khí CO2 thải ra.
Học như thế nào?
“Đối với tôi, kiểm soát hoàn toàn là lợi thế lớn của canh tác thẳng đứng. Chúng tôi thực sự có thể tối ưu hóa quy trình và biết chính xác số lượng chúng tôi muốn phát triển và chất lượng ra sao,” Leo Marcelis, giáo sư Sinh lý học Sản phẩm và Làm vườn tại Đại học & Nghiên cứu Wageningen cho biết.
Từ nguồn cung cấp nước đến ánh sáng ban ngày, nhiệt độ, và khả năng tiếp cận khoáng chất và vi khuẩn. Canh tác thẳng đứng diễn ra trong các điều kiện được kiểm soát chặt chẽ. Cây trồng được trồng trong nhà, với đèn LED thay vì ánh sáng mặt trời. Bóng đèn LED nhỏ, bền, tiết kiệm chi phí và không tỏa nhiệt. Khi mặt trời lặn vào cuối ngày, những ánh sáng này có thể chiếu sáng bao lâu tùy thích.
Người nông dân có thể điều khiển nhịp điệu ngày đêm của cây trồng để tối ưu hóa năng suất tăng trưởng. Vào ban ngày, cây hình thành tinh bột trong lá, tinh bột này được phân hủy thành đường và được vận chuyển đến phần còn lại của cây vào ban đêm. Một số cây cần hơn 12 giờ ánh sáng mỗi ngày để phát triển, một số khác cần ít hơn. Canh tác thẳng đứng cho phép bất kỳ loại cây trồng nào nhận được lượng ánh sáng ban ngày cần thiết để phát triển tốt nhất.
Tăng trưởng với các màu sắc khác nhau của ánh sáng
Màu sắc của những ánh sáng này đặc biệt quan trọng để tối ưu hóa năng suất tăng trưởng. Các nhà nghiên cứu chủ yếu tập trung vào tác động của ánh sáng đỏ, xanh dương và xanh lá cây đối với sự phát triển của thực vật. Ánh sáng đỏ rất hiệu quả cho quá trình quang hợp, nhưng thực vật cũng cần một số ánh sáng xanh, đặc biệt hữu ích cho quá trình sản xuất chất diệp lục. Trong một thời gian, các nhà nghiên cứu đã tìm cách giảm việc sử dụng ánh sáng xanh vì tin rằng nó không góp phần vào quá trình quang hợp.
Tuy nhiên, một nghiên cứu năm 2016 từ Đại học bang Utah cho thấy ánh sáng xanh lá cây có thể thúc đẩy quá trình quang hợp ở những chiếc lá thấp hơn hiệu quả hơn so với ánh sáng đỏ hoặc xanh lam. Người nông dân có thể sử dụng các kết hợp màu sắc khác nhau để nhấn mạnh các đặc điểm khác nhau. Với sự kết hợp phù hợp, người nông dân có thể trồng những loại cây giàu dinh dưỡng hơn nhiều so với cách canh tác thông thường. Điều này có thể hữu ích vì hầu hết các loại thực vật đã trở nên ít dinh dưỡng hơn trong những thập kỷ gần đây. Một sự kết hợp khác có thể được sử dụng để tăng tốc độ tăng trưởng để có thể sản xuất nhiều thực phẩm hơn cùng một lúc. Từ quan điểm kinh tế, điều đó có thể là mong muốn, vì canh tác thẳng đứng vẫn còn tốn nhiều chi phí.
Nhưng có nhiều lý do tại sao phương pháp này rất phổ biến. Canh tác thẳng đứng không cần thuốc trừ sâu. Người trồng trọt có thể trồng chính xác số lượng cây trồng mà họ muốn, trong khung thời gian đã định và với chất lượng cụ thể do chính họ lựa chọn. Thời tiết hoặc điều kiện theo mùa không còn ảnh hưởng đến sản xuất. Nhiều thực phẩm hơn có thể được trồng trên một diện tích bề mặt nhỏ hơn.
Nông nghiệp không ruộng
Canh tác thẳng đứng ngày nay chủ yếu có hai hình thức: thủy canh và khí canh. Theo Leo Marcelis, cả hai kỹ thuật đều là những lựa chọn thay thế tuyệt vời. Trong thủy canh, cây mọc trên giá với rễ của chúng trong nước chứa đầy chất dinh dưỡng thay vì đất. Nó được coi là dễ nhất trong hai hệ thống chính.
Nordic Harvest có một trang trại thử nghiệm gần Copenhagen, nơi nó trồng các loại xà lách, cải xoăn và rau bina khác nhau. Trang trại được bao quanh bởi các khu công nghiệp khác. Đó là một tòa nhà có kích thước bằng một sân bóng đá. Vào năm 2023, công ty muốn mở rộng với một trang trại ở Oslo, tiếp theo là các trang trại ở Scandinavia và Phần Lan.
Theo Riemann, năng lực sản xuất hiện tại của Nordic Harvest đã rất đáng chú ý: “Chúng tôi sản xuất khoảng 1000 tấn rau hàng năm. Thị trường Đan Mạch bao gồm khoảng 20,000 tấn mỗi năm. 6,000 tấn được trồng thông thường và phần còn lại được nhập khẩu.” Các loại rau là rau lá xanh. Khi canh tác thẳng đứng mở rộng, nó sẽ chiếm một tỷ lệ lớn hơn trong sản xuất lương thực. Các công ty khác trồng trọt trong các trang trại thẳng đứng là Công ty Thực phẩm Jones ở Anh, Hydropousse ở Pháp và Robbes Lilla Trädgård ở Phần Lan.
Cây trồng khí canh có rễ trong không khí. India Langley, nhà nghiên cứu hệ thống thực phẩm và trưởng nhóm PR tại nhà cung cấp công nghệ canh tác trong nhà LettUs Grow, giải thích cách thức hoạt động của nó. “Bạn có một loạt vòi phun với các lỗ rất nhỏ để phun dung dịch dinh dưỡng. Giải pháp đó được áp dụng cho rễ của các loại cây trồng treo tự do.”
Khí canh được phát triển vào những năm 1990 khi NASA đang tìm cách trồng cây trong không gian. Theo Trung tâm Công nghệ Thích hợp Quốc gia Hoa Kỳ, khí canh là “hệ thống nhân giống cây trồng hiệu quả nhất cho các trang trại thẳng đứng”.
Trong một hệ thống khí canh, rễ dễ dàng tiếp cận với oxy. Tốc độ tăng trưởng của cây gấp đôi so với hệ thống thủy canh, nơi cây sẽ hấp thụ oxy hòa tan trong nước. Nó vẫn không được sử dụng nhiều như thủy canh, do tính phức tạp của nó. Các vòi được sử dụng trong sản xuất có thể dễ dàng bị tắc hoặc vỡ. Nhưng LettUs Grow đã tìm ra giải pháp cho vấn đề.
“Chúng tôi đã loại bỏ hoàn toàn các vòi phun nước. Sương mù được tạo ra trên một bề mặt hoàn toàn bằng phẳng, vì vậy không có gì bị tắc hoặc vỡ. Chúng tôi tin rằng giải pháp đơn giản này sẽ cho phép chúng tôi đưa khí canh lên quy mô lớn hơn nhiều,” Langley nói.
LettUs Grow sản xuất các hệ thống phát triển phù hợp với thùng vận chuyển. Những container này có thể di động và có thể được đặt ở bất cứ đâu có không gian.
Nuôi cá và trồng cây cùng nhau
Mặc dù thủy canh và khí canh là hai kỹ thuật quan trọng trong canh tác thẳng đứng, nhưng chúng không phải là kỹ thuật duy nhất. Các kỹ thuật khác cũng được sử dụng. Ở châu Âu, một số công ty sử dụng phương pháp nhân giống aquaponic. Tương tự như thủy canh, cây aquaponic được trồng bằng rễ trong nước. Chỉ những rễ đó treo trong bể mà cá cũng bơi. Những con cá này tạo ra các chất thải rất bổ dưỡng mà cây trồng có thể sử dụng lại.
Thực vật hấp thụ các chất dinh dưỡng và do đó cũng làm sạch nước cho cá. Theo Marcelis, aquaponics sẽ chỉ chiếm một phần nhỏ trong thị trường canh tác thẳng đứng trong tương lai. “Điều tuyệt vời là bạn sử dụng chất thải từ cá làm thức ăn cho cây trồng. Nhưng hãy cẩn thận và đảm bảo rằng bạn giữ cho hệ thống cây trồng ở mức tối ưu,” ông nói về kỹ thuật này.
Các loại rau mới
Cả Nordic Harvest và LettUs Grow lần đầu tiên bắt đầu thử nghiệm trồng các loại rau lá xanh trước khi chuyển sang các loại thảo mộc và rau vi lượng. Sau đó làm theo cà chua và dâu tây. Theo Langley, nhiều trang trại thẳng đứng có cùng giai đoạn phát triển. Vì những lý do chính đáng. Chúng là những cây trồng tinh tế, có giá trị cao, được sử dụng rộng rãi và có thể trang trải chi phí sản xuất. Chúng cũng phát triển nhanh chóng và có kích thước nhỏ nên có thể trồng nhiều cây cùng một lúc.
Khi quy mô sản xuất tăng lên, có thể trồng nhiều loại cây trồng hơn. Marcelis nghĩ rằng trong một vài năm nữa chúng ta có thể mua những giống mới được phát triển đặc biệt để canh tác thẳng đứng. Nhưng việc phát triển các công thức cây trồng mới không phải là chuyện dễ dàng. Phải mất 5-10 năm mới trồng được loại cây phù hợp với phương thức canh tác này.
Một loại cây lý tưởng là cây nhỏ với bộ rễ ngắn, phát triển nhanh, dễ thu hoạch và cho năng suất cao. Ngoài các phẩm chất tăng trưởng, 'công thức thực vật' cũng phải được soạn thảo cẩn thận. “Thách thức lớn nhất là theo dõi mọi biến số ảnh hưởng đến nhà máy. Riemann nói: “Bạn cần các chất dinh dưỡng phù hợp và bạn phải đảm bảo rằng cây trồng được tiếp cận liên tục với các chất dinh dưỡng trong quá trình tăng trưởng”.
Tương đối đắt
Nhưng trong khi về mặt lý thuyết, bất kỳ loại cây trồng nào cũng có thể được trồng theo chiều dọc, thì điều này sẽ không xảy ra trong tương lai gần. Các loại cây trồng số lượng lớn như lúa mì và ngô có thể được trồng rẻ hơn nhiều bằng các phương pháp thông thường. “Tôi nghĩ canh tác thẳng đứng hiện nay đặc biệt phù hợp với sản phẩm tươi sống. Về mặt kỹ thuật, chúng tôi có thể trồng bất kỳ loại cây trồng nào, kể cả lúa mì. Nhưng canh tác thẳng đứng cũng tương đối đắt. Tôi nghĩ rằng việc phát triển loại sản phẩm hàng loạt với giá trị tương đối thấp là không thực tế vào lúc này. Ngay cả bây giờ giá lúa mì đang tăng vì chiến tranh ở Ukraine,” Marcelis nói.
Tuy nhiên, ở những nơi như Singapore và các quốc gia như Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất, nơi có khoảng 90% thực phẩm được nhập khẩu, việc phát triển các sản phẩm số lượng lớn có giá trị thấp theo cách này có thể mang lại kết quả. Mặt khác, ở châu Âu, trồng lúa mì theo chiều dọc có thể là một lựa chọn trong dài hạn, nhưng chắc chắn không phải trong XNUMX năm tới.
Tiêu thụ năng lượng cao
Mặc dù tương lai có vẻ tươi sáng cho canh tác thẳng đứng, nhưng có một vấn đề lớn. Nó đòi hỏi rất nhiều năng lượng và do đó rất tốn kém. Mức tiêu thụ năng lượng chính xác khác nhau giữa các trang trại, từ hệ thống này sang hệ thống khác và phụ thuộc vào vị trí, mùa và vụ mùa. Ví dụ, một công ty ở Hy Lạp sử dụng 2.87 kWh năng lượng vào mùa đông để sản xuất một kg rau diếp, nhưng chỉ 1.73 kWh vào mùa hè. iFarm của Phần Lan tính toán rằng việc trồng rau diếp của họ trong 90 ngày tiêu tốn 62.26 kWh trên mỗi m2. Đối với dâu tây, đó là 117.10 kWh mỗi m2.
Mức tiêu thụ năng lượng bổ sung so với các phương pháp thông thường là từ 14 đến 251 phần trăm, tùy thuộc vào vị trí của nhà kính và trang trại thẳng đứng.
Đại học & Nghiên cứu Wageningen và Đại học Công nghệ Delft đã tiến hành một nghiên cứu trong đó họ so sánh nhà kính và trang trại thẳng đứng, trong nghiên cứu này được gọi là nhà máy thực vật. Điều này liên quan đến các nhà kính và trang trại thẳng đứng ở Hà Lan, Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất và Thụy Điển. Đối với quốc gia thứ hai, cả nhà kính có và không có ánh sáng nhân tạo đều được đưa vào so sánh.
“Việc sản xuất một kg rau diếp trọng lượng khô cần đầu vào là 247 kWhe trong nhà máy của nhà máy, so với 70, 111, 182 và 211 kWhe trong các nhà kính ở Hà Lan, Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất và Thụy Điển tương ứng (có và không có nhân tạo bổ sung). ánh sáng), ”các nhà khoa học trong nghiên cứu cho biết.
Ở những vùng khí hậu khắc nghiệt, sự khác biệt về mức tiêu thụ năng lượng giữa hai phương pháp trồng trọt giảm đi. Trang trại thẳng đứng có thể là sự lựa chọn tiết kiệm năng lượng nhất ở một số vùng khí hậu khắc nghiệt. Nhưng ngay cả ở vùng bắc cực của Thụy Điển và trong điều kiện sa mạc của Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất, nhà kính vẫn có thể là cách hiệu quả nhất về chi phí để phát triển.
Tối ưu hóa
Các trang trại thẳng đứng có thể khắc phục vấn đề tiêu thụ điện cao ở một mức độ nào đó bằng cách tối ưu hóa sản xuất. Bằng cách điều chỉnh ánh sáng LED và màu sắc một cách tối ưu, bạn có thể tác động đến cả thời gian sinh trưởng và chất lượng cây trồng. Chi phí sản xuất trang trại cũng có thể giảm khi trang trại trở nên tự động hơn. Robot hoạt động 24/7 để cung cấp chất dinh dưỡng vào đúng thời điểm, theo dõi năng suất tăng trưởng và thu hoạch khi cây trưởng thành có thể là một khoản đầu tư ban đầu tốn kém.
Nhưng theo thời gian, robot bù đắp chi phí thông qua công việc liên tục của chúng. Bất chấp nhu cầu cao về năng lượng và số lượng cây trồng đủ rẻ để trồng hiện nay, canh tác thẳng đứng đang trở nên phổ biến. Mặc dù sẽ mất một lúc trước khi bạn cũng có thể lấy được dâu tây từ thùng trồng trọt trong khu vực của mình.
Một nguồn: https://innovationorigins.com