Биологические инновационные технологии – ключ к прибыльному и устойчивому вертикальному земледелию

Быстрый рост городов и застройка пригородных территорий по всей планете создает серьезные проблемы в области продовольственной безопасности. По оценкам Бюро переписи населения США, в 2015 году 80% американцев жили в городах.

Считается, что вертикальное сельское хозяйство является наиболее перспективным подходом к снабжению городских жителей овощами, зеленью, ягодами. Устройство ферм таково, что на небольшой площадке, можно вырастить большое количество продукции. Установки позволяют использовать практически всё пространство помещения.

Скептики отмечают, что аграриям предстоит пройти долгий путь, чтобы «фабрики растений» смогли достичь больших масштабов и стать одним из основных источником питания миллионов людей. Вертикальное сельское хозяйство было признано в конце 90-х годов. Предполагалось развивать идею «фермы в небоскрёбе». В теплицах можно оптимизировать условия окружающей среды, питание растений и освещение.

Выращивание сельскохозяйственных культур на многоуровневых установках с использованием гидропоники – это концепция, которая привлекла инвесторов во всем мире. Мы все видим преимущества выращивания наших продуктов питания на местном уровне – в транспортных контейнерах, на складах и, возможно, даже в небоскребах.

Технология позволяет сократить потребность в трансконтинентальных перевозках, создать рабочие места и ограничить интенсивное использование пестицидов и химикатов, которые попадают не только в продукты, но и загрязняют почву, грунтовые воды, воздух.

Основным препятствием для бурного развития вертикального земледелия является экономическая неустойчивость. Это связано с расходами на электроэнергию. Теплицы оборудованы искусственным освещением. Может ли продукция, которая выращена на вертикальной гидропонике, реализовываться по доступной цене?

Несмотря на значительные технологические достижения, автоматизацию производства, использование возобновляемых источников энергии, вертикальное сельское хозяйство всё ещё является затратным производством.

Требуются инновации, чтобы достичь «переломного момента» в данном направлении, чтобы выращивание овощей, трав и ягод было долгосрочным проектом, который обеспечит продовольственную безопасность населения.

Делать больше с меньшими затратами

Как вертикальные фермы могут потреблять меньше энергии и производить больше продуктов?

В Чикаго, биотехнологическая компания BYAS, работает над простым, но элегантным решением: выращивание за меньшее время. Исследования проводились 2 года. В результате был создан биостимулятор для улучшения роста растений. Его основу составляет вытяжка из водорослей. Он сокращает время между посадкой и сбором урожая.

Для экспериментов использовали гидропонную технологию. На системе выращивали красный и зелёный листовой салат. При введении биостимулятора период вегетации растений сокращалась на 6 дней, если брать для сравнения культивирование зелени при традиционном земледелии.

Это означает, что на выращивание зелени будет затрачено меньше ресурсов, электричества, воды, расходы на рабочую силу. Снижение расходов отразится на стоимости продукта.

Учёные применили результаты исследования для растений, которые выращиваются на гидропонике и аэропонике. Команда уже разработала препарат на экстракте спирулины (сине-зеленых водорослей) и альтернативных белков, который запатентовала для рынков пищевых продуктов.

Началось изучение фикоцианина. Это белково-пигментный комплекс, который действует, как ключевой регулятор фотосинтеза в сине-зеленых водорослях. Выяснилось, что данное вещество играть аналогичную роль в росте наземных, культурных растений.

Серия экспериментов показала, что богатый фикоцианинами экстракт спирулины работает в качестве биостимулятора в гидропонике. Он улучшает рост растений, повышает урожайность и качество салата.

При этом время вегетации сокращается на треть, по сравнению с контрольными группами, которые имели срок вегетации 21 день.

• Экспериментальные группы производили на 12,5% больше салата и были на 22% лучше в фотосинтезе, чем контрольные посадки.
• Обработанный салат был более крепким; наблюдалось среднее увеличение длины листьев на 2,6 см и диаметра базального стебля на 2,2 см.
• Продукт сохранял свежесть дольше на 2-3 дня после сбора урожая.
• Отмечалась более насыщенный зелёный цвет листьев, на 75%.
• Дегустаторы определили более выразительный, ароматный вкус продукта.
• Стебли и листья обработанного салата имели твёрдую текстуру.

Используя методы аналитической химии, команда также изучила содержание питательных веществ в листовых овощах. Определяли уровень флавоноидов-антиоксидантов в контрольной и экспериментальной группах. Их результаты показали, что экспериментальные группы были более богаты питательными веществами, где один флавоноид, кверцетин, имел среднее увеличение на 30%.

Что это значит?

Учёные института BYAS работали над сокращением времени выращивания салата на гидропонике, с использованием биостимулятора, чтобы дать вертикальным фермерам новый путь для снижения затрат энергии. Они добились успеха, а также обнаружили, что биопрепараты на основе экстракта спирулины улучшили цвет, энергию, содержание питательных веществ и сохранность продукта.

Эти результаты помогут перевести вертикальное сельское хозяйство на новый уровень, повысить его эффективность и прибыльность, что обеспечит пониженные цены на овощи.

Но, пожалуй, самым захватывающим аспектом разработки природных биостимуляторов специально для ферм на гидропонике является возможность, расширить сектор внутреннего производства.

Можно выращивать пропашные культуры, такие как пшеница, соя, кукуруза, обеспечивая не только лучшие и более безопасные поставки продовольствия для городского населения, но и защиту окружающей среды.