Динамический контроль среды для повышения эффективности вертикальных ферм

Вертикальное земледелие — это практика выращивания растений в вертикально расположенных слоях внутри здания. Это позволяет выращивать овощи близко к потребителям, например, рядом с супермаркетом. Поскольку условия на вертикальной ферме полностью контролируемы, урожай можно выращивать даже в экстремальных условиях, таких как пустыни или холодные, тёмные регионы.

Однако перед масштабным внедрением вертикального земледелия необходимо решить ряд проблем, включая высокое энергопотребление. Более разумное использование искусственного освещения может привести к значительной экономии, как показало исследование Вагенингенского университета. Кроме того, это улучшает здоровье растений.

На вертикальной ферме можно контролировать каждую деталь условий выращивания. Это важно для высокой урожайности, хорошего качества и эффективного использования ресурсов, таких как вода и питательные вещества. Создание оптимальных условий требует высоких затрат энергии. Кроме того, постоянство условий среды — характерная черта многих вертикальных систем.

Например, лампы для роста растений дают одинаковое количество света каждый день, а термостат всегда настроен на одну температуру. Исследователи пришли к выводу, что это часто не нужно.

«Более динамичный подход может значительно снизить энергозатраты, в то время как развитие растений останется таким же или даже улучшится», — говорит Лео Марселис из Вагенингенского университета.

Переменный «световой план»

По мнению исследователей, освещение играет ключевую роль: растениям нужен свет для фотосинтеза, а разные длины световых волн, которые мы воспринимаем как цвета, по-разному влияют на рост. «Поскольку растениям не всегда нужен одинаковый свет для оптимального развития, динамический контроль среды лучше отвечает их специфическим потребностям в разное время. Это приводит к лучшему росту и качеству растений», — говорит Марселис.

Это также позволяет гибко реагировать на колебания цен на электроэнергию, используя больше электричества при низких тарифах, что снижает затраты. Динамический контроль среды повышает эффективность вертикального земледелия, увеличивая вероятность того, что этот метод станет жизнеспособной альтернативой тепличному хозяйству в будущем.

Разработка модели

Исследователи разработали модель, используя знания физиологии растений, новые сенсоры и методы моделирования. Также использовались виды растений, специально выращиваемые для вертикальных ферм. Компьютерная модель была разработана для поддержания постоянного фотосинтеза растений в течение дня при одновременной минимизации затрат на электроэнергию. Только за счёт изменения интенсивности света в течение дня можно сократить расходы на 12%, как показало исследование.

Учёные также изучили влияние переменной интенсивности света на рост листовых овощей, таких как шпинат, которые часто выращиваются в вертикальных системах. Они не обнаружили негативных эффектов, даже когда растения подвергались нерегулярно меняющейся интенсивности света вместо фиксированного режима.

Возможности для тепличного хозяйства

Факторы роста, такие как интенсивность света и температура, также можно динамически контролировать в традиционных теплицах, где всё чаще используются возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая. Непостоянная доступность этих источников вызывает большие колебания в предложении и цене на электроэнергию. И теплицы, и вертикальные системы могут извлечь выгоду, реагируя на эти колебания.

Разработка новых сортов

Новые сорта, разработанные специально для вертикальных систем, могут помочь сделать вертикальное земледелие более рентабельным. Эти сорта могут быть адаптированы к условиям контролируемой среды. Более того, это даёт возможность, в большей степени, чем с существующими сортами, сосредоточиться на улучшении вкуса и питательной ценности, а не на твёрдости и сроке хранения, что часто было в фокусе до сих пор.

Прежде чем вертикальное земледелие сможет полностью внести вклад в производство продуктов питания, необходимо также устранить другие ключевые препятствия, говорят исследователи. Многие из предлагаемых решений ещё не прошли широкого тестирования. Кроме того, фермерам, использующим вертикальные системы, нужны хорошие датчики и модели для оптимального контроля факторов среды.

«Если мы будем динамически контролировать факторы среды на вертикальных фермах, мы сможем снизить как энергопотребление, так и затраты. Это, в свою очередь, повысит рентабельность и устойчивость этих ферм», — заключает Марселис.