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垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!

点击数:110      更新时间:2020-10-10

什么是垂直农业?


垂直农业是一种完全受控的作物生产方式,能控制环境的温度,光照,气体和湿度,以在有限的空间内最大化作物产量。同时也能够规避风雨和气候变化。通常用很少的土壤和水,使用精确配比的营养液支持植物生长。垂直农业在包括城市在内的耕地稀缺的地区,是一种十分高效的食物生产方法,利用垂直堆叠的方式生产农作物,只占用很少的面积,也可以在建筑、集装箱等多种工业空间进行生产。 


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图1)





垂直农业能解决什么问题?


我们先来看一组数据:全球农业生产占用了人类70%用水,每年消耗320万吨农药和2亿吨化肥,与此同时,与40年前相比,全球耕地却减少了30%……去年 Biological Conservation 上发表了一篇很有影响力的研究,该研究表明,全球昆虫中40%的物种正在减少,许多物种将在几十年内灭绝,而导致这一物种危急的主因是农业生产导致的昆虫栖息地流失,特别是化肥和农药的过度使用,更是加剧了这一危机。


农业生产的可持续性性,成了全球关注的焦点问题。那么什么样的农业才是可持续的?又如何发展可持续农业呢?


垂直农业可能是未来的一个重要方向,垂直农场最明显的优势在于——资源与空间、时间的充分利用。垂直农业节水、不用担心病虫灾害和自然灾害,一年365天可以收获,同时可以大大提高相同面积土地的作物生产力。有研究者这样描述垂直农业:作物产量提高390倍、用水却比一般种植少95%,无需太阳光、没有土壤、不使用农药,不会引发农业污染。


垂直农业若能普及,两类区域将受益匪浅。一类是类似日本、新加坡这样人口密集,但土地资源极其缺乏的地方。当然,在这些地方,垂直农业已经生根发芽,日本的植物工厂、新加坡的城市农业,都是特定模式的垂直农业体系,或另一个名称;另一类区域则是类似像中东和非洲这些高度缺水、干旱的地区,以及俄罗斯这些常年高冷、不适合种植蔬菜的地区,垂直农业结合室内种植,可以突破自然环境的不足。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图2)





垂直农业有哪些优势?


垂直农业相比于传统大田,优势有许多。


全年可不间断生产,一年四季都能随心所欲地安排生产计划,所有产品都是“应季”作物。


单位产量高。垂直农场技术能够合理达到更短的生长周期和更快的收获,这意味着每年可以在比传统农场小得多的空间内种植更多的食物。垂直农场单位面积的粮食产量可达到传统农场的350倍以上。


质量产量稳定。工业化的生产使得收获的作物更加均一,更符合市场标准,减少“残次品”导致的浪费。


减少肥料用量。垂直农业能够将用水量减少95%的同时,可以通过严控制,防风雨,防传染,来减少对化学农药的需求。


缩短供应链。这意味着在城市生产的作物直接销售,减去了很多运输距离和时间,既能够保证食物新鲜,又减少了供应链浪费。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图3)


以下13种创新技术及其应用代表了垂直农业领域值得关注的最新进展:


1.水培法——无需土壤的植物生长方法


水培法是一种在水基营养丰富的溶液中种植植物的方法,在垂直农业中得到广泛使用。这种方法的基本前提是允许植物根与营养液直接接触,同时也可以获得氧气,有效杜绝土壤中的细菌和有害物质,从而实现真正的绿色食品生产。


由于植物的根部浸没在营养液中,通过传感器可以轻松实现植物生长与营养液中营养成份的监测,由于水培法植物根系较小,从而生长更丰富。它比开放式农业用水少70%。最大的优点是它可以随处堆叠。都市农业的最佳实践之一。在快速城市化的世界中,水培系统可以集成到任何空间中。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图4)


2.气雾栽培——没有土壤和很少水的植物栽培


气雾栽培是一种新型的栽培方式,它是利用喷雾装置将营养液雾化为小雾滴状,直接喷射到植物根系以提供植物生长所需的水分和养分的一种无土栽培技术。气雾栽培技术最早是美国NASA在20世纪90年代发明,以寻找有效的太空植物种植技术。后来这种技术被称为“Aeroponics”,意思是“生长在没有土壤和很少水的空气/雾环境中的植物”。


气雾栽培技术主要是将作物悬挂在一个密闭的栽培装置(槽、箱或床)中,而根系裸露在栽培装置内部,营养液通过喷雾装置雾化后喷射到根系表面,减少栽培植物硝酸盐含量。


这种技术使作物产量成倍增长,它是不用土壤或基质来栽培植物的一项农业高新技术,其因以人工创造作物根系环境取代了土壤环境,可有效解决传统土壤栽培中难以解决的水分、空气、养分供应的矛盾,使作物根系处于最适宜的环境条件下,从而发挥作物的增长潜力,使植物生长量、生物量得到大大提高。


气雾栽培除了加快植物生长速度,使农业生产上栽培的瓜果蔬菜生长发育进程加快外,在垂直农业技术中,气雾栽培是最节水、节肥的一种栽培技术,可以减少或者避免化学农药的使用,是其它任何技术无法比拟的,只要有电有水有光照的地方就可以进行气雾栽培,做到最大化的实施立体种植,而且没有任何土壤或其它污染所致的污垢发生,可完全做到工厂式的洁净化生产。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图5)


3.鱼菜共生—一种整合植物和鱼类养殖的生态系统  


鱼菜共生(Aquaponics)是一种新型的复合耕作体系,鱼菜共生系统很像水培系统,但更优化。它把水产养殖(Aquaculture)与水耕栽培(Hydroponics)这两种原本完全不同的农耕技术,通过巧妙的生态设计,达到科学的协同共生,从而实现养鱼不换水而无水质忧患,种菜不施肥而正常成长的生态共生效应。


在传统的水产养殖中,随着鱼的排泄物积累,水体的氨氮增加,毒性逐步增大。而在鱼菜共生系统中,水产养殖的水被输送到水培栽培系统,由细菌将水中的氨氮分解成亚硝酸盐然后被硝化细菌分解成硝酸盐,硝酸盐可以直接被植物作为营养吸收利用。鱼菜共生让动物、植物、微生物三者之间达到一种和谐的生态平衡关系,是可持续循环型零排放的低碳生产模式,也是有效解决农业生态危机的有效方法,鱼菜共生系统简化了生产和经济问题,可以使生产效率最大化。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图6)


4.Lokal——自给自足的小型家庭蔬菜系统


2017年9月,宜家创新实验室Space10提出了使用水培农业系统的Lokal的想法。通过营养液替代土壤,用LED灯取代太阳光,让人们可以在室内无阳光或土壤的地方种植并收获作物。这项创新可以真正帮助人们在自己的家中种植新鲜食物。


据SPACE 10介绍,该系统可以使植物生长速度比传统种植方法快三倍,用水量减少90%。用过传感器,用户在手机上就可以随时掌握作物的生长状态。从长远来看,宜家希望利用机器学习来收集和分析人们使用Lokal的数据。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图7)


5.AeroFarms——智能垂直农业创新  


成立于2004年的美国垂直农场AeroFarms是室内农业领域的领导者,通过使用LED照明、气雾栽培技术和气候控制等最新技术,可以在没有阳光、土壤和农药的环境下种植蔬菜。这种高度精细化管理可以控制植物的产量、形状、质地、颜色、风味及营养成分。目前公司已经可以种植250多个蔬菜品种。


AeroFarms从田间采集完全相同的种子,并会监控作物的整个生长过程,确保可以不间断地供给作物生长发育所需要的一切营养。与传统农场相比,AeroFarms每平方英尺的作物产量要高出390倍。


通过传感器,该公司可以实现作物生长全流程的智能化数字管理,可以缩短作物收获期,并提高食品质量,并减少对环境的影响,使作物的生长与收获更加可控高效。该公司已经在世界各地建造了多个农场,包括2016年在美国纽瓦克市建立的世界上最大的垂直农场。该农场面积为69000平方英尺,每年可以生产200万磅的蔬菜和香料,并比普通田地里种植的作物节约95%的水。AeroFarms公司已累计融资1.38亿美元。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图8)


6.Plantscapers——为住户提供食物的建筑


瑞典食品科技公司Plantagon提出一种创新的解决方案,直接让办公空间和建筑物为人们提供食物。为此,Plantagon购买了名为Åke Olsson的农民发明的垂直温室的专利,该专利使用一种架式运输系统,逐渐将种植箱从垂直温室的地板移动到天花板,而不需要人工照明。


Plantagon将该专利融入到办公楼中,该建筑将被命名为World Food Building,目标是每年生产至少550吨蔬菜,预计可以为近5000人提供日常所需。为了保持低成本,该建筑将采用高度自动化技术来维护和收获。此外,阳光、温度、营养以及空气质量等都将通过自主系统进行监控。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图9)


7.VertiCrop——城市可持续农业技术  


总部位于加拿大温哥华的VertiCrop公司推出了一项用于城市的农业种植技术专利,在2009年被时代杂志评为世界上最伟大的发明之一。


该技术基于水培技术,通过输运系统移动特制的悬浮托盘,为植物提供最佳的人工光和自然光。


该设计使作物能够在受控和封闭环境中健康生长,完全不需要除草剂和杀虫剂,且产量为普通农田作物产量的20倍,只需土壤耕作所需的8%的水。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图10)


8.模块化农场——在世界任何地方生产新鲜植物


模块化农场系统是加拿大公司ModularFarms的一项重大创新。它是一个完全室内的垂直农业系统,能够在任何气候和任何地方生产健康和新鲜的植物。


该模块化农场是一个基于城市农场理念的定制设计,提供可用于各种目的的模块,用户可以根据农业需求定制系统并扩展其功能。


模块化农场系统专注于农民的投资回报和植物健康,该系统是集装箱农场的完美配对,也是垂直农业的试验性技术。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图11)


9.立方农业系统——下一代可持续农业系统


加拿大公司Cubic Farms的CEO Dave Dinesen曾在TED演讲中指出,公司是下一代一致性、可预测的和有利可图的农场产品开发商。


公司开发的立方农业系统通过输送机旋转法、自动营养输送系统和LED照明进行工作,为绿色植物创造最佳的生长环境,用水量仅为传统农业的1/26。


该公司的技术完全消除了普通农业的风险,通过控制投入实现标准化产出。农场生产出的产品在大小、味道和颜色上都非常一致,还可以提供更长的保质期和更高的营养成分。这也意味着稳定且更可预测的收入。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图12)


10.ZipGrow——现代农民的垂直耕作


美国公司ZipGrow把垂直农业与无土栽培相结合。其垂直种植塔的工作原理,是利用传统的水培技术结合垂直重力供给系统,实现有限空间的利用最大化,增加单位面积的效益。


ZipGrow公司基本上彻底改变了垂直农业产业,包括系统控制、垂直平面生长技术和高科技工作流程设计。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图13)


11.Bowery——世界上技术最先进的商业室内农场


美国室内养殖公司Bowery开发的技术先进的农业系统BoweryOS,可以控制作物的全室内生长过程而不使用杀虫剂,产量是传统种植方式的30倍以上,可以种植100多种草本植物和绿叶蔬菜。


该技术将自动生成植物的理想条件,同时收集生长数据,并为植物提供精准的光照强度和时间、营养和纯净水。通过自动灌溉系统可以测量和维持蔬菜生长所需水量的最佳水平,比传统农业节省95%的用水。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图14)


12.Skyfarm - 风力垂直农场塔


英国建筑公司Rogers Stirk Harbour + Partners在2014年世界建筑节期间提出了一个名为Skyfarm的概念。意图打造一个双曲面塔,采用不同的耕作技术,包括鱼菜共生和传统的土壤种植方法,适合在高密度城市地区或土地供应较少的地方生产作物。


这座多层建筑采用竹子制作一个坚固的圆形框架,同时最大限度地将阳光照射到农场。通过循环系统支持作物和鱼类的生长,其中来自鱼类的养分被输送到作物,而作物为鱼类提供经过过滤的水。


塔的底部设计有一个大型透明水箱,用于养殖鲈鱼、罗非鱼和澳洲肺鱼等鱼类。塔的中间,通过水培法种植植物。再往上,植物通过气雾和无土生长,塔顶由水箱和涡轮机组成。该塔旨在为城市居民全年提供保持期短的农作物产品,是农业可持续解决方案的一个典型案例。


垂直农业领域的13种前沿种菜模式,值得了解!(图15)


13.Sky Greens——世界上第一个液压垂直农场


新加坡公司Sky Greens开发了革命性的垂直农业系统,该系统也是世界上第一个低碳水力驱动的农场。蔬菜种植在货架上,可以全天候不停地旋转。


在该农场,底部的植物吸收水,而顶部的植物获得阳光,整个过程不断循环。与传统的耕作技术相比,这种方法最大限度地减少了水、土地和能源的消耗。


此外,与传统农场相比,该系统的产量可提高10倍。虽然该系统目前用于种植亚洲蔬菜,但也可用于种植各种水果和其他蔬菜。


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文章源 |农业物联网公众号

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