Czy uprawa roślin może odbywać się „bez grzebania” w glebie? Czy rośliny uprawne mogą rosnąć w zamkniętych pomieszczeniach, do których nie dociera słońce, a emitowane jest sztuczne światło? Okazuje się, że tak. Ten sposób produkcji realizowany jest w tzw. wertykalnych (pionowych) fermach, które mogą funkcjonować praktycznie wszędzie, zarówno w miastach, obszarach wiejskich, jak i innych miejscach.
Uprawa roślin w pomieszczeniu
W koncepcji wertykalnych farm uprawa roślin (głównie warzyw i owoców, ale również ziół, grzybów i kwiatów) ma miejsce w zamkniętych szczelnie pomieszczeniach odciętych od wpływu warunków zewnętrznych. W uprawie stosuje się techniki hydroponiczne, aeroponiczne i aquaponiczne, które zastępują glebę. Uprawa hydroponiczna polega na uprawie roślin w wodzie z dodatkiem substancji odżywczych, bez użycia tradycyjnego podłoża organicznego (ziemi). Ziemię zastępuje się materiałem mineralnym, który jest chemicznie obojętny. W uprawie aeroponicznej również nie wykorzystuje się gleby, natomiast korzenie pobierają wszelkie środki odżywcze oraz tlen z miejsca, w którym się znajdują. Korzenie roślin znajdują się w naczyniu wewnętrznym wykonanym z tworzywa sztucznego wypełnionym np. keramzytem. Aquaponika jest systemem łączącym konwencjonalną akwakulturę (hodowla zwierząt wodnych, takich jak ślimaki, ryby, raki czy krewetki w zbiornikach) z hydroponiką (uprawa roślin w wodzie) w symbiotycznym środowisku. Odpady wytwarzane przez ryby, ślimaki itp. są wykorzystywane jako źródło składników odżywczych dla roślin, co pozwala na utrzymanie zdrowego środowiska dla wspomnianych stworzeń.
W pionowych farmach rośliny uprawiane są w pojemnikach umieszczonych jeden nad drugim lub pionowo obok siebie. Wariantów rozmieszczenia roślin jest wiele. W ten sposób przestrzeń pomieszczenia jest w pełni wykorzystana. Dzięki umieszczeniu upraw w zamkniętych pomieszczeniach, farmy wertykalne nie są uzależnione od pogody w wyniku czego można uprawiać rośliny przez cały rok. Środowisko, w którym żyją rośliny jest w pełni kontrolowane pod względem temperatury i wilgotności powietrza, CO2 oraz światła. Źródłem światła są najczęściej lampy LED, które wyróżnia niskie zużycie energii. Zapewniając odpowiednie warunki klimatyczne w pomieszczeniach praktycznie do zera redukuje się ryzyko występowania chorób oraz szkodników. Znika też problem z chwastami. Stąd też nie ma potrzeby stosowania pestycydów bądź jeśli już potrzeba to stosuje się je w ograniczonych ilościach. Niektóre uprawy w farmach wertykalnych mają certyfikat rolnictwa ekologicznego.
Dzięki temu, że rośliny nie muszą walczyć z przeciwieństwami natury, szybciej rosną, a ich okres wegetacji jest krótszy. Stąd też niektóre warzywa mogą być zbierane już po 2–3 tygodniach od wysiania nasion.
Gdzie mogą powstać farmy wertykalne?
Przyszłościowa wizja farm wertykalnych to budynki wysokościowe, a nawet drapacze chmur, które mogą być pobudowane na terenie miast. Niemniej realizacja takich projektów okazuje się bardzo kosztowna. Pionowe uprawy mogą być prowadzone w nieużywanych halach, magazynach, garażach, nieczynnych kopalniach i opuszczonych schronach, a nawet w kontenerach transportowych. Innym rozwiązaniem są budynki szklarniowe, w których rośliny są ulokowane na wielopoziomowych półkach lub pionowych wieżach. Uprawy w szklarniach mogą otrzymywać światło słoneczne jednakże ich wzrost będzie uzależniony od warunków klimatycznych na zewnątrz szklarni.
Podstawową zaletą jest to, że wertykalne farmy nie zajmują znacznych powierzchni, które są potrzebne w klasycznych uprawach w gospodarstwie. Jak podają założyciele jednej z farm pionowych w USA o nazwie Plenty na powierzchni 0,8 ha są w stanie wyhodować tyle samo owoców i warzyw, co klasyczne gospodarstwo o powierzchni 290 hektarów.
Automatyka, robotyka i cyfryzacja w uprawach pionowych
Chociaż uprawa pionowa eliminuje potrzebę posiadania dużych połaci ziemi, zwiększa zapotrzebowanie na wykwalifikowaną siłę roboczą, taką jak rolnicy, menedżerowie, sprzedawcy, inżynierowie i naukowcy. Praca ludzi staje się łatwiejsza dzięki automatyzacji i robotyzacji oraz cyfryzacji procesów zachodzących w wertykalnej farmie. Automaty okazują się przydatne podczas umieszczania nasion w podłożach startowych, przenoszeniu sadzonek na pionowe grządki jak również w podlewaniu, nawożeniu, regulacji oświetlenia i temperatury w pomieszczeniu. Ważną rolę w uprawach pionowych spełniają systemy wizyjne ze sztuczną inteligencją do monitorowania wzrostu i zdrowia upraw. W przypadku wykrycia jakichkolwiek nieprawidłowości system monitorujący uprawy wysyła alerty powiadamiające kluczowych pracowników o problemie, aby mogli oni podjąć odpowiednie działania.
Duże farmy wertykalne to miejsca do zastosowania robotów. Mogą one zbierać plony jak również być wykorzystane do sadzenia roślin.
Zalety i wady wertykalnych farm
Uprawiane w wertykalnych farmach warzywa, owoce i inne płody rolne, umieszczone w miastach lub w ich pobliżu, mogą być błyskawicznie dostarczone do sklepów, co skraca czas dostawy do klientów. Dzięki temu transport płodów rolnych do odbiorcy jest krótszy, a tym samym tańszy. Istotną zaletą wertykalnych upraw jest jednak oszczędność miejsca oraz duża wydajność produkcji ze stosunkowo niewielkiej powierzchni. Niemniej nie wszystkie rośliny na dużą skalę (zboża, kukurydza, buraki cukrowe) mogą być uprawiane w farmach wertykalnych. Stąd też farmy wertykalne raczej mogą być pewnym uzupełnieniem, a nie pełną alternatywą dla konwencjonalnego rolnictwa.
Największą wadą pionowych upraw jest dość duże zapotrzebowanie na energię. Wysokie koszty energii elektrycznej, przekładające się na wysokie ceny uprawianych w ten sposób płodów rolnych, były najczęstszym powodem niepowodzeń powstałych farm wertykalnych oraz ich bankructw.
Niemniej w USA funkcjonuje już ponad 2000 farm wertykalnych. W 2018 r. wartość rynkową amerykańskiego rolnictwa wertykalnego oszacowano na około 226 mln USD. W 2026 r. wartość ta ma osiągnąć poziom około 1,4 miliarda USD. W Europie w 2020 r. rynek ten był wart ponad 850 mln USD.
Jak wynika z badań przeprowadzonych w 2018 r. przez OneFarm, holenderską firmę zajmującą się uprawą pionową, farmy wertykalne zasilane energią odnawialną mogą być wariantem o zdecydowanie niższych emisjach gazów cieplarnianych niż uprawy konwencjonalne, co wpisuje się w założenia Zielonego Ładu. Na niższy ślad węglowy wpływa fakt, że produkty z farm wertykalnych do klienta przebywają mniejszą drogę niż płody z klasycznych upraw. Jak się okazuje nawet 60% emisji gazów cieplarnianych z sektora rolnego jest związane z transportem.
Autor: dr inż. Jacek Szkudlarski, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
