چگونه کشاورزی‌های فناورانه می‌تواند تولید غذا را متحول کند؟

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل ازسای تک دیلی ، کشاورزی عمودی با بهینه سازی رشد گیاهان از طریق کنترل محیطی پویا، به ویژه روشنایی هوشمند که با هزینه‌های برق و نیاز‌های گیاهان تنظیم می‌شود، نویدبخش انقلابی در نحوه تولید غذا در محیط‌های شهری و دارای شرایط اقلیمی دشوار است. محققان بر قابلیت این سیستم‌ها برای افزایش کیفیت و پایداری مواد غذایی و در عین حال کاهش مصرف انرژی تاکید می‌کنند.

راهکار‌های نوآورانه برای کشاورزی پایدار 

در دنیایی که هر روز بر جمعیت آن افزوده می‌شود، برای اطمینان از اینکه همه مردم غذای کافی دریافت می‌کنند، رویکرد‌های نوآورانه تولید غذا ضروری به نظر می‌رسد.

کشاورزی عمودی، با روش رشد زیاد گیاهان در فضای سرپوشیده، گزینه مناسبی است، اما مانع اصلی برای پذیرش گسترده آن، هزینه‌های بالا و نیاز‌های انرژی نور مورد نیاز برای رشد گیاه است.

اکنون دانشمندان دریافته اند که تنظیم نور برای تامین نیاز‌های منحصر به فرد هر محصول می‌تواند رشد قوی‌تر و سالم تری را تقویت کند و به طور همزمان مصرف انرژی را کاهش دهد.

دکتر «الیاس کایزر» «Elias Kaiser»، مجری این تحقیقات گفت: «بزرگترین مزیت سیستم‌های کشاورزی عمودی این است که می‌توان غذای سالم را در نزدیک‌ترین مکان به مصرف کننده تولید کرد: در شهر‌های بزرگ، در بیابان‌ها و مکان‌هایی که در زمان‌های طولانی از سال سرد و تاریک هستند. اما بزرگترین چالش هزینه‌های مرتبط با استفاده از برق است.»

کارایی انرژی در کشاورزی عمودی

بسیاری از سیستم‌های کشاورزی عمودی با استفاده از شرایط محیطی ثابت اجرا می‌شوند که برای تعمیر و نگهداری به برق گران قیمت زیادی نیاز دارند.

بررسی‌های دانشمندان نشان می‌دهد این شرایط سخت غیر ضروری هستند: آنها پیشنهاد می‌کنند با استفاده از کنترل محیطی پویا می‌توانیم به کشاورزی عمودی دست یابیم که مقرون به صرفه‌تر است و گیاهان سالم تری پرورش می‌دهد.

پروفسور «لئو مارسلیس» «Leo Marcelis» از دانشگاه واخنینگن در هلند و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: «انگیزه ما برای این کار، ریتم‌هایی بود که گیاهان به طور روزانه و همچنین در مقیاس‌های زمانی رشد از خود نشان می‌دهند؛ شرایطی که نیازمند تنظیم منظم محیط رشد برای هدایت رشد مطلوب گیاه است. ما راهبردی را ترسیم می‌کنیم که از دانش فیزیولوژی گیاهی، روش‌های جدید سنجش و مدل سازی و گونه‌های جدیدی از گیاه که به طور خاص برای سیستم‌های کشاورزی عمودی پرورش داده شده‌اند، استفاده می‌کند.

بهره مندی از فناوری برای رشد گیاهان 

از آنجا که عملکرد‌های زیست شناختی گیاهان به شدت تحت تاثیر شرایط محیطی مانند تغییرات دما، طول موج نور و مقدار CO۲ در جو است، دستکاری محیط به سیستم کشاورزی عمودی اجازه می‌دهد تا رشد گیاه را دستکاری کند. روشنایی یک متغیر مهم است. همه گیاهان برای فتوسنتز به آن نیاز دارند و طول موج‌های مختلف نور اثرات متفاوتی روی گیاهان مختلف دارد. این متغیر همچنین به ویژه نسبت به قیمت گذاری برق حساس است، بنابراین فرصت‌هایی را برای افزایش بهره وری ارائه می‌دهد.

مارسلیس اظهار داشت: «نوسانات قیمت برق را می‌توان به نفع سیستم‌های کشاورزی عمودی، با استفاده از برق بیشتر در زمانی که ارزان‌تر است، مورد استفاده قرار داد.»

مجریان این پژوهش مدلی برای آزمایش روشنایی هوشمند ایجاد کردند که هدف آن ثابت نگه داشتن توانایی گیاهان در فتوسنتز در طول یک روز و در عین حال کاهش هزینه‌های برق است. آنها دریافتند که یک الگوریتم بهینه سازی می‌تواند فقط با تغییر شدت نور، هزینه‌های برق را تا ۱۲ درصد کاهش دهد، بدون آنکه تثبیت کربن در گیاهان به خطر بیفتد.

آنها سپس تاثیر شدت نور متفاوت بر رشد گیاهان برگی مانند اسفناج که اغلب در مزارع عمودی رشد می‌کنند را بررسی کرده و هیچ اثر منفی مشاهده نکردند. این امر به جای یک الگوی قابل پیش بینی و منظم، حتی زمانی که گیاهان در معرض تغییر نامنظم شدت نور قرار داشتند، صدق می‌کرد.

آماده سازی برای کشاورزی آینده 

البته هنوز مسائل مهم دیگر باقی مانده است که قبل از اینکه کشاورزی عمودی بتواند به تغذیه جهان کمک کند، باید حل شوند.

کایزر هشدار داد: «بسیاری از راه حل‌های پیشنهادی، هنوز در مقیاس‌های بزرگ تری که مزارع عمودی نشان می‌دهند آزمایش نشده اند - ممکن است راهکاری در سطح تک بوته اثر خود را نشان داده باشد، اما در سطح توده‌های کامل محصول هنوز تاثیرش مشخص نشده است.»

تنظیم دینامیکی میزان جریان هوا، دما و CO۲ با توجه به نیاز گیاهان می‌تواند به طور بالقوه فرصت‌هایی را برای به حداقل رساندن هزینه‌های برق ارائه دهد.

کشاورزان به حسگر‌ها و مدل‌های مناسب برای کمک به نظارت و تنظیم محیط و همچنین ارقام جدیدی که برای کشاورزی عمودی پرورش داده می‌شوند، نیاز دارند. این ارقام می‌توانند از پتانسیل تولید محلی در شرایط سرپوشیده برای تمرکز بر مواد مغذی و کیفیت حسی بهتر، به جای استحکام یا ماندگاری استفاده کنند.

با این حال تحقیقات بیشتری برای سنجش همه این متغیر‌ها و ایجاد تعادل مناسب بین محصولات با کیفیت بالا و محصولات پرمحصول مورد نیاز است.

مارسلیس گفت: در یک مزرعه عمودی می‌توان تمام شرایط رشد را به طور دقیق کنترل کرد، که برای بهینه سازی عملکرد، کیفیت، کارایی و استفاده از منابع، بسیار مهم است.

با این حال، امکان فنی ثابت نگه داشتن آنها به این معنی نیست که ثابت نگه داشتن آنها بهترین راه حل است. هنگامی که کنترل محیطی پویا برقرار شد، هم مصرف انرژی و هم هزینه‌های انرژی مصرف شده را می‌توان به میزان قابل توجهی کاهش و سودآوری و پایداری مزارع عمودی را افزایش داد.

نتایج این تحقیقات در نشریه Frontiers in Science منتشر شده است.