Краткий ответ
Вертикальное земледелие — это выращивание культур на ярусах, расположенных друг над другом, обычно в помещении, с использованием беспочвенных методов, таких как гидропоника или аэропоника, LED-освещения и регулирования температуры, влажности и питания. Это одна из форм сельского хозяйства в контролируемой среде. Она требует очень мало земли и воды и позволяет вести производство круглый год, но нуждается в значительных затратах электроэнергии и инвестициях, поэтому подходит для быстрорастущих культур с высокой стоимостью продукции, таких как листовая зелень и пряные травы.
Что такое вертикальное земледелие?
Вертикальное земледелие — это выращивание культур на ярусах, расположенных друг над другом, обычно в помещении, с использованием беспочвенных методов, таких как гидропоника или аэропоника, при регулировании растениеводом освещения, температуры, влажности, CO₂ и питания. Вместо размещения культур по всей площади поля вертикальная ферма многократно увеличивает площадь выращивания за счёт роста вверх, занимая небольшой участок.
Кратко определение вертикального земледелия охватывает две взаимосвязанные идеи: размещение растений по вертикали и управление средой выращивания. Вертикальные фермы в помещениях, использующие только искусственное освещение, также называют фабриками растений. Вертикальное земледелие — одно из направлений сельского хозяйства в контролируемой среде (CEA), более широкой группы методов выращивания в помещениях и регулируемых условиях, которая также включает теплицы и камеры выращивания. В этой статье рассматриваются принцип работы вертикальных ферм, их основные типы, реальные преимущества и недостатки, а также условия, в которых они целесообразны.
Как работает вертикальное земледелие?
Типичная вертикальная ферма в помещении объединяет шесть систем:
- Проращивание. Семена проращивают в рассадных пробках или лотках в рассадной зоне при контролируемом освещении и влажности, часто в течение одной–трёх недель.
- Конструкции для выращивания. Рассаду переносят на многоярусные стеллажи, башни или А-образные конструкции, где растения растут до сбора урожая.
- Беспочвенная корневая зона. Корни находятся в питательном растворе, тонком питательном слое, тумане или инертном субстрате и получают воду и минеральные элементы напрямую.
- Освещение. LED-светильники над каждым ярусом обеспечивают свет для фотосинтеза по заданному суточному графику. Фермы в теплицах используют солнечный свет и досветку.
- Управление микроклиматом. Кондиционеры, осушители и вентиляторы поддерживают температуру, влажность и движение воздуха в заданных пределах; также возможна подача CO₂.
- Мониторинг и управление. Датчики отслеживают EC, pH, температуру, влажность и уровень воды, а контроллер регулирует работу оборудования и подаёт аварийные сигналы.
Поскольку все факторы контролируются, вертикальная ферма может круглый год собирать урожай одной и той же культуры в один и тот же день каждой недели. Полный перечень оборудования приведён в нашем руководстве по оборудованию для вертикального земледелия.
Какие существуют виды вертикального земледелия?
Методы вертикального земледелия обычно классифицируют по способу питания корней и типу используемого здания.
По способу выращивания
| Метод | Как питаются корни | Преимущества | Ограничения |
|---|---|---|---|
| Гидропонное вертикальное земледелие | Корни в проточном или неподвижном питательном растворе (NFT, прилив-отлив, глубоководная культура) | Проверенный, простой и широко применяемый метод | Заполненные водой системы создают большую нагрузку на верхние ярусы стеллажей |
| Аэропонное вертикальное земледелие | Корни свободно висят в воздухе и орошаются мелкодисперсным питательным раствором | Высокая обеспеченность корней кислородом, малый объём воды | Форсунки засоряются; при отказе насосов растения быстро страдают |
| Аквапонное вертикальное земледелие | Продукты жизнедеятельности рыб, преобразованные бактериями, питают растения | Совместное выращивание рыбы и растений | Более сложные биологические процессы; настройка занимает больше времени |
| Выращивание в субстрате | Капельное орошение кокосового субстрата, минеральной ваты или аналогичных материалов | Подходит для клубники и плодоносящих культур | Больше работ с субстратом и отходов |
В нашей статье «Аэропоника и гидропоника» подробно сравниваются два наиболее распространённых метода, а статья «Что такое гидропоника» раскрывает основы беспочвенного выращивания.
По типу здания
- Специально построенные или переоборудованные здания: склады или производственные здания, оснащённые стеллажами, — классический вариант размещения вертикальной фермы. При проектировании таких ферм основное внимание уделяют теплоизоляции, движению воздуха и организации рабочих процессов.
- Грузовые контейнеры: компактные автономные модули; см. наше руководство по фермам в грузовых контейнерах.
- Теплицы с вертикальными системами: башни или А-образные конструкции с солнечным освещением; такой вариант иногда называют вертикальным земледелием в открытых или полуоткрытых условиях.
- Установки для дома и торговли: гроубоксы-шкафы и башни для кухонь, учебных классов и магазинов.
Каковы преимущества вертикального земледелия?
- Высокая урожайность с квадратного метра земли. Размещение в несколько ярусов и круглогодичное выращивание многократно увеличивают объём продукции с небольшой площади.
- Круглогодичные поставки независимо от погоды. Засуха, заморозки, бури и смена сезонов не прерывают производство.
- Низкое потребление воды. В рециркуляционных системах вода расходуется главным образом за счёт поглощения растениями, а конденсат из осушителей часто можно использовать повторно.
- Минимальное применение пестицидов или полный отказ от них. Герметичное помещение при соблюдении гигиены препятствует проникновению большинства вредителей.
- Местное производство. Фермы можно размещать в городах или рядом с ними, сокращая время перевозки, повышая свежесть продукции и продлевая срок её хранения.
- Стабильность. Контролируемые условия обеспечивают однородность размеров и вкуса продукции и предсказуемые сроки получения урожая, что ценят розничные сети и рестораны.
Каковы недостатки вертикального земледелия?
Недостатки вертикального земледелия в основном связаны с энергией и финансами:
- Высокое потребление электроэнергии. Замена солнечного света LED-освещением и отвод выделяющегося тепла требуют много электроэнергии. Согласно одной оценке на основе данных переписи, приведённой NCAT ATTRA, вертикальные фермы расходуют в несколько раз больше электроэнергии на килограмм продукции, чем теплицы.
- Высокие первоначальные затраты. Стеллажи, освещение, системы отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC), а также системы управления требуют значительных инвестиций ещё до первого урожая.
- Ограниченный выбор культур. Листовая зелень, пряные травы и микрозелень хорошо подходят; выращивание основных продовольственных культур, например зерновых, экономически невыгодно, а высокорослых плодоносящих культур — затруднительно.
- Опыление. Таким культурам, как клубника, в помещении необходимо ручное или механическое опыление либо опыление насекомыми.
- Квалификация и надёжность. Отказ насоса, электроснабжения или системы HVAC может повредить растения за считаные часы, поэтому важны обученный персонал и резервные системы.
Когда спрашивают, чем плохо вертикальное земледелие, обычно имеют в виду эти факторы, а также громкие неудачи некоторых крупных компаний, которые расширяли производство быстрее, чем росли их продажи. Сама модель не является нежизнеспособной; она чувствительна к ценам на электроэнергию и продукцию, а также к качеству реализации.
Плюсы и минусы вертикального земледелия: краткий обзор
| Параметр | Вертикальная ферма | Теплица | Открытый грунт |
|---|---|---|---|
| Использование земли на kg | Очень низкие | Низкие | Высокая плотность |
| Расход воды на kg | Очень низкий при рециркуляции | От низкой до умеренной | Высокая плотность |
| Энергопотребление на kg | Высокое (освещение и охлаждение) | От низкого до умеренного (отопление в холодном климате) | Низкое на самой площадке |
| Погодные риски | Очень низкие | Умеренная | Высокая плотность |
| Потребность в пестицидах | Очень низкие | От низкой до умеренной | Варьируется, часто выше |
| Капитальные затраты на m² | Высокая плотность | Умеренная | Низкие |
| Ассортимент культур | Узкий | Широкий | Самый широкий |
Как вертикальное земледелие способствует устойчивому развитию?
Вертикальное земледелие помогает окружающей среде главным образом благодаря экономии земли и воды, сокращению применения пестицидов и цепочек поставок. Будет ли оно более устойчивым в целом, во многом зависит от источника электроэнергии. Ферма, работающая на возобновляемой энергии или использующая сбросное тепло и электроэнергию в часы низкой нагрузки, оказывает гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем ферма, подключённая к сети с высокой долей ископаемого топлива в генерации. Если зелень иначе пришлось бы перевозить на большие расстояния грузовиками или самолётами, местное производство в помещении также может сократить пищевые отходы благодаря более длительному сроку хранения.
Какие есть примеры вертикального земледелия?
Проекты вертикальных ферм имеют множество форм. Распространённые примеры:
- Городские фермы в складских зданиях, которые поставляют супермаркетам и дистрибьюторам для общественного питания упакованную салатную зелень и пряные травы, часто собранные в день доставки.
- Контейнерные фермы на удалённых объектах, например в посёлках при горнодобывающих предприятиях, на островах, военных базах или в северных населённых пунктах, куда иначе свежую продукцию приходится доставлять самолётами или судами.
- Фермы при ресторанах и отелях — один контейнер или помещение для выращивания, снабжающее одну кухню пряными травами и специальными видами зелени.
- Вертикальные системы в теплицах, в которых клубнику или салат размещают ярусами на башнях или А-образных конструкциях при солнечном освещении, чтобы увеличить выход продукции с квадратного метра.
- Исследовательские и учебные установки в университетах и школах, используемые для испытаний культур и обучения.
- Контейнеры для выращивания корма в животноводческих хозяйствах, в которых в засушливых регионах проращивают ячмень или пшеницу для получения свежего корма.
С какими трудностями сталкиваются проекты вертикальных ферм?
Помимо энергопотребления, наиболее распространённые трудности вертикального земледелия носят практический характер. Мощность осушения часто недостаточна, что приводит к болезням и краевому ожогу листьев. Затраты труда на посев, пересадку, сбор урожая и очистку выше, чем предполагается во многих планах. На отпускные цены салата влияет конкуренция с производителями открытого грунта и теплиц, поэтому фермам необходимо явное преимущество в свежести, качестве или местных поставках. Наконец, с первого дня нужны письменные процедуры обеспечения безопасности пищевой продукции, санитарии и качества воды.
Почему вертикальное земледелие стало экономичнее?
Несколько тенденций позволили снизить затраты примерно за последнее десятилетие. LED-фитолампы стали намного эффективнее и дешевле, поэтому на единицу света требуется меньше электроэнергии и выделяется меньше тепла, которое нужно отводить. Датчики, контроллеры и дистанционный мониторинг стали недорогими. Растениеводы освоили более эффективные световые режимы и графики выращивания, повысив урожайность. Модульные системы заводского изготовления, такие как контейнерные фермы и стеллажи по готовым проектам, также сократили сроки проектирования и монтажа. Цены на энергию по-прежнему во многом определяют результат, но технологический разрыв сократился.
Какие культуры лучше всего растут на вертикальных фермах?
Листовые культуры, такие как салат, шпинат и капуста кейл, наиболее распространены, поскольку быстро растут, остаются компактными и требуют относительно мало света. За ними следуют пряные травы, например базилик и мята, микрозелень и некоторые сорта клубники. Культуры выбирают за короткий цикл, высокую стоимость килограмма продукции и небольшую высоту. Проращивание и качество рассады имеют большое значение на вертикальных фермах: однородная рассада равномерно заполняет стеллажи и делает сбор урожая предсказуемым.
Можно ли заниматься вертикальным земледелием дома?
Да, в небольшом масштабе. Домашнее вертикальное земледелие обычно подразумевает многоярусный гроубокс-шкаф, настольную башню или небольшой стеллаж с LED-освещением для пряных трав и салатной зелени. Типичный пример — домашняя многоярусная вертикальная гидропонная система. Выращивание дома в помещении позволяет освоить основы управления питанием и освещением, хотя его экономический смысл связан с удобством и свежестью, а не с прибылью. Ознакомьтесь с нашим ассортиментом умных гроубоксов-шкафов и домашних систем.
С чего начинаются коммерческие проекты вертикальных ферм?
Коммерческий проект вертикальной фермы обычно начинается с подтверждённого покупателя и пилотной установки, например одного контейнера или небольшого помещения для выращивания. Затем, когда урожайность и цены подтверждены на практике, производство расширяют до масштаба здания. Полный процесс планирования описан в статье «Как открыть вертикальную ферму». Mars Vertical Farm имеет более 20 лет производственного опыта и создаёт контейнерные фабрики растений и фабрики растений в помещениях, например вертикальную фабрику растений для помещения с индивидуальной конфигурацией. Свяжитесь с нами и сообщите данные о культуре и площадке, чтобы получить предложение по компоновке.
