ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ФЕРМЫ

АННОТАЦИЯ

Данная статья рассматривает технологию вертикальной фермы на основе гидропоники, особенности предприятия, построенного по данной технологии. Изучены гидропонный и аэропонный способы полива.

Ключевые слова: вертикальные фермы, экология, экологические проблемы.

Общая численность население Земли стремительно приближается к 8 миллиардам, а вместе с этим продолжает расти спрос на продукты питания. Кроме населения вместе с глобальным потеплением увеличивается непредсказуемость таких погодных бедствий, как дожди, засухи, ураганы, цунами и т.д. Всё это ведет к деградации урожайности. Многолетнее повсеместное пользование пестицидами также отразилось на сегодняшней ситуации: в США, к примеру, почти 3 тонны верхнего слоя почвы с каждого акра земли в год становятся непригодными для выращивания! Если такая прогрессия сохранится, к 2070 году весь верхний слой почвы исчезнет.

Следующей острой проблемой является токсичность продуктов питания в результате использования в сельском хозяйстве химических препаратов. В частности, применение пестицидов позволяет предотвратить масштабные потери урожая вследствие погодных бедствий, а также помогает выращивать сорта в неподходящих для них условиях. Потребность в этом возникает из того простого факта, что не все страны в силу своих климатических зон способны снабдить население необходимыми человеку культурами. Тем не менее, пестициды являются одной из главных причин смерти в результате пищевого отравления, особенно в странах с низким и средним уровнем доходов.

Одна из инноваций, являющихся решением вышеупомянутых проблем – вертикальные фермы на основе гидропоники.

Вертикальная ферма – это здание или его часть (крыша, фасад, атриум), в котором за счет ярусного расположения плоскостей для выращивания, при небольшой плоскости основания и достаточной высоте, становится возможным размещение целого агропромышленного комплекса. Внушительное количество ресурсов и земли, необходимые для традиционного сельского хозяйства, могут быть заменены одной вертикальной конструкцией. В основе гидропонного метода выращивания лежит постоянная циркуляции богатого минеральными веществами раствора по вышеописанным башням - гидропонным установкам, на каждом ярусе которых располагаются несколько отверстий с выращиваемыми культурами.

Методы полива растений в вертикальных фермах могу быть различными, но, как правило, используются два способа.

Гидропонный способ полива культур предусматривает нахождение корней растения в субстрате, пропитанном питательным раствором. В качество примеров субстрата, который является биологически и химически инертной массой, как правило, рассматриваются кокосовое волокно, пемза, торф, сельскохозяйственный перлит. Питательный раствор направлен на снабжение корневой системы растения такими веществами как сера, азот, кремний, фосфор, марганец, магний, кальций, железо, цинк, медь, калий, молибден.

Аэропонный способ подразумевает расположение корней растения в воздушной среде, при нём питательные вещества к корням доставляются в виде аэрозоля. Корни растения должны находиться почти или полностью в замкнутом пространстве, а растения - иметь опоры. Этот способ характеризуется отсутствием контакта растения с растением, что предотвращает распространение болезней.

Вертикальные фермы обладают рядом преимуществ:

1. Рациональное использование площади. К примеру, городская площадь в 1,5 гектара способна производить такое количество продовольствия, для которого понадобилось бы около 500 гектаров земли при классическом способе выращивания. Этого хватит, чтобы накормить десятки тысяч жителей.
2. Качество продукта. Вертикальные фермы стремятся сократить потребление человеком вредных для здоровья продуктов, таких как пестициды.
3. Контролируемая среда. Климатические изменения и вредители не являются проблемой, так как предотвращаются контролируемой средой.
4. Легкий доступ к корням. Лечение больного растения происходит преимущественно через взаимодействие с его корневой системой. Конструкция гидропонной установки позволяется легко достать растение и получить доступ к корням для устранения болезни.
5. Вклад в защиту окружающей среды. Снижение негативного влияния на окружающую среду, сокращение эрозии почвы, уменьшение загрязнения и нерационального использования водных ресурсов планеты посредством контролируемого орошения сельскохозяйственных культур. В дополнение стоит упомянуть возможность повторного использования удобрения.
6. Автономность. Альтернативой электросети могут служить солнечные панели и ветрогенераторы, входящие в комплекс фермы. Стеклянные панели со слоем оксида титана служат надежной защитой растения от загрязняющих веществ. При необходимости есть возможность использования искусственного освещения.
7. Интеллектуальный контроль. Управление интенсивностью разбрызгивания, мощностью освещения и температурой осуществляется через автоматизированные системы. Возможность настройки условий отдельно для каждого вида растения.
8. Применение в биоэнергетике. Вертикальные фермы также могут быть использованы для выработки энергии: негодный в пищу органический продукт при помощи ферментализаторов метана (метантенков) превращают в биологическое топливо.

Кроме преимуществ у вертикального способа выращивания культур также выделяют и недостатки:

1. Высокая стоимость. Основные недостатки такой инновационной технологии, как вертикальные фермы, носят экономический характер. Стоимость строительства здания и его технологическое оборудование, а также затраты на энергию в случае самостоятельных ресурсов предприятия, как солнечные панели и т.д.
2. Зависимость от электроэнергии. Ввиду большой зависимости гидропонной системы от электричества, перепады в его подаче могут стать серьезной проблемой при культивации. Кроме того, это сказывается на конечной цене продукта так как потребление электроэнергии во время выращивания исчисляется сотнями киловатт-часов.
3. Соблюдение технологий. Передозировка удобрений, неправильный рН – показатель кислотности вод, слишком или недостаточно интенсивное освещение и многое другое, причиной чего может стать человеческий фактор, пагубно скажется на здоровье культур.
4. Зависимость от температурного режима. В результате отсутствия защиты корней в виде почвы или субстрата (в случае аэропонного способа полива), растения, выращенные на гидропонике очень требовательны к температуре окружающей среды.
5. Эпидемии. В случае заражения, заболевание, появившееся только на одном растении, может быстро распространиться по всей рассаде через раствор питательных веществ, в котором в той или иной мере находятся корни всех растений.

Увеличение населения планеты, потребностей человека, а также экологические проблемы сделали концепцию умной вертикальной фермы реальностью. Использование зеленой технологии вертикальных ферм потребует значительных инвестиций, в то же время, позволив решить такие острые проблемы, как нехватка и истощение плодородных земель, возможность выращивания безвредных для здоровья человека продуктов и в таких климатических зонах, в которых выращивание подобных культур до этого не представлялось возможным.

Список литературы:

1. Direccion de Produccion Agricola. Hydroponic vegetable production / Dep. of Agriculture, Forestry and Fisheries. [South Africa, 2011], URL: https://www.nda.agric.za/docs/Brochures/prodGuideHydroVeg.pdf
2. C. Banerjee, L. Adenaeuer. Up, up and away! The economics of vertical farming // Journal of Agricultural Studies. 2014. Vol 2. №.1. P.40-60.
3. Libia I., Trejo-Tellez C., Fernando C. Gomez-Merino. Hydroponics — A Standard Methodology for Plant Biological Researches / ISBN: 978. 953-51-0386-8.
4. Х. П. Эскобар, А. А. Сандоваль, П. М. Биензи, Х.Д. Саласар. Здание вертикальных ферм в умных городах // Системные технологии. – 2020. №34. – С. 73-76.