Сити-фарминг: движение по вертикали | Статья о современных тенденциях в сельском хозяйстве | Применение LED фитоламп в городских фермах
8 499 938 45 10
Материалы
Профили
Поддержка
Вход / Регистрация
Купить

Сити-фарминг: движение по вертикали

Не только город наступает на деревню: деревня в ответ наступает на город. Современная тенденция в аграрном бизнесе: городские фермы. Сегодня этот тренд быстро набирает обороты. Что будет завтра?

1.jpg
Рис 1. Тот самый Гакстгаузен.


В 40-х гг девятнадцатого века известный прусский экономист, специалист в области аграрных вопросов Август Гакстгаузен по приглашению русского посла в Берлине Мейендорфа и за счет русского правительства в течение 6 месяцев исколесил вдоль и поперек европейскую часть империи, изучая то, как в России поставлено сельское хозяйство.

По окончании своей командировки Гакстгаузен оформил свои выводы в виде книги, где написал следующее: “Если вам подарят поместье в России при условии, чтоб вы вели в нем хозяйство так же, как на ферме в Центральной Европе, лучше всего будет отказаться от подарка…”   [August von Haxthausen, Studien uber die innern Zuslande Russlands (Hannover 1847)].

И это он еще за Урал не заезжал.

Ввиду климатических особенностей России, выращивание абсолютного большинства сельскохозяйственных культур в открытом грунте на 7/10 территории страны либо невозможно, либо невыгодно. Отдельные регионы-счастливчики могут похвастаться вполне приличными урожаями, если, конечно, не знать об урожаях в странах, которым с климатом повезло больше. Да, есть чернозем, но это менее 5% от территории страны.

Короче говоря, растениеводство в наших краях всегда было уделом смелых и оптимистичных. И, хотя стране нашей уже более тысячи лет, смелые и оптимистичные не переводятся. Это можно легко увидеть на карте: вокруг любого из российских городов раскинулись огромные дачные угодья. Мы все еще верим в успех )))

Тем не менее, в большинстве регионов страны стоит проблема эффективного выращивания растений в закрытых помещениях при искусственном освещении. Такие помещения можно и даже нужно размещать не за тридевять земель от рынка потребления, а непосредственно внутри этого рынка: в пределах городской черты.

Эта модная тенденция, зародившаяся (опять-таки) не у нас, а на куда более теплом Западе несколько лет назад, называется urban-farming или city-farming. Второе название, похоже, приживается лучше. Вот о сити-фарминге мы и поговорим.

0.jpg
Рис 2. Примерно так будут выглядеть русские просторы в 22 веке


Отступление первое: Неолитическая революция

Статуэтка пивовара из Египта.jpgЧеловечество современного вида зародилось где-то на равнинах Восточной Африки около 300 тыс лет назад и с того времени начало неторопливо расселяться по планете. Людей было мало, места было много, еды хватало. Если начинал ощущаться недостаток в живности или съедобных корнеплодах и ягодах, достаточно было перекочевать на десяток-другой километров - и снова ешь от пуза. 

А ввиду того, что расселение шло вдоль береговой линии, периодически предки попадали в настоящий природный супермаркет: изобилие ракушек, рыбы, крабов и гребешка позволяло развиваться физически и ментально, не слишком заботясь о дне грядущем. Говорят, именно такой период жизни человечества, где-то в районе современного Персидского залива, был настолько благополучным, что остался в коллективной памяти нашего вида как легенда об Эдеме и райских кущах.

Но рано или поздно все заканчивается. Население планеты росло и охота-собирательство уже не давало былого профита. В конце Верхнего палеолита случилось даже массовое вымирание людей от недостатка пищи - одно из тех событий, которые резко сокращают генетическое разнообразие популяции и называются генетиками “бутылочным горлышком”. Мы просто съели всех зверей вокруг: мамонтов, бизонов, оленей и даже пещерных львов и медведей.

Пора было что-то придумывать, и примерно 10 тысяч лет назад было придумано скотоводство. Поначалу пастушеское, и много позже - кочевое. Это отодвинуло угрозу голодной смерти на некоторое время, но не устранило ее полностью. Так однажды у кого-то из наших предков, живших на Ближнем Востоке, родилась идея набрать дикого зерна и специально посеять его рядом с домом. Первыми культурами, которые мы стали возделывать, вероятно, были дикие ячмень и пшеница.

И тем не менее, современные исследования показывают, что делать из зерна хлеб люди стали далеко не сразу. На это потребовалась примерно тысяча лет, в течение которой первые хлебопашцы растили зерно и делали из него… пиво. Так что первые растения человек стал культивировать для получения алкоголя.

Рис 3. Фигурка древнеегипетского пивовара


Два пути для агробизнеса будущего

Как накормить 10 млрд. человек? Уже сегодня практически все пригодные для сельского хозяйства земли введены в оборот: около 26% всей суши находятся под пастбищами и 10% - под пашней, и резерва практически нет. А еще нам потребуется вода, удобрения и химикаты. Вопрос с водой для полива является сложным в большинстве стран мира.

Что мы будем делать, когда нас станет 20 миллиардов? Сейчас основное направление задают крупнейшие мировые агрохолдинги: Cargill, Monsanto, Syngenta, DuPont и прочие. Их путь - использование современных интенсивных технологий. Например, на сайте Сингенты есть баннер, на котором написано: ежегодно из-за опустынивания и засоления планета теряет 10-12 миллионов гектаров пашни. Компания предлагает решать эту проблему путем использования гербицидов, инсектицидов, регуляторов роста и пр., а также путем генной модификации известных и генного конструирования новых сельскохозяйственных культур. Прочие гиганты агробизнеса идут практически той же дорогой.

поле-с-пашней.jpg
Рис 4.  Уже сегодня практически вся пригодная к распашке земля задействована в производстве еды


Эта дорога - не без ухабов и ям, уже сейчас есть большое мировое движение агроскептиков, которые говорят о преимуществах фермерской модели агробизнеса, предлагают вернуться к увеличению доли малых хозяйств, к отказу от неконтролируемой генной инженерии и от использования огромного количества химии. Есть и факты прямого ущерба от деятельности агрохолдингов для экологии и здоровья населения. Однако, ближайшее будущее, видимо, за этой формой сельского хозяйства, которая является развитием традиционного сельского хозяйства.


Отступление второе: Что не так с традиционным сельским хозяйством?

изменение климата на планете

Мы, живущие в городах, часто испытываем тягу к простой сельской жизни. Не надолго, только по выходным. Но идея дышать свежим воздухом, есть овощи и фрукты, сорванные со своей грядки, запечь на углях своей, родной, картошечки многим кажется привлекательной. Пасторальная картина существования в гармонии с природой. Простая крестьянская жизнь… Однако, нет ничего в перечне видов деятельности человека, что наносило бы больший ущерб природе, не было бы более враждебно окружающей среде, чем сельское хозяйство.

Про скотоводство поговорим в другой раз, сосредоточимся на земледелии. Все шло относительно гладко, пока людям хватало тех грядок, которые они разбивали рядом с жилищем или на опушках лесов. Но население продолжало расти, и человек взялся за топор и мотыгу, открыв для себя два новых вида деятельности: сведение лесов и ирригацию.

Расчистка площадей под посевы первоначально осуществлялась подсечно-огневым способом. Лес выжигался и раскорчевывался, площадка распахивалась и несколько лет давала урожаи. По мере истощения почвы существующие поля забрасывались, люди жгли следующий кусок леса и уходили, оставляя после себя длинный след запустыненых, заболоченных земель. Технология работала примерно до середины средневековья, когда постепенно стало внедряться трехполье, но к этому времени реликтовые леса Европы уже были уничтожены. Известно, например, что во времена правления Ивана Грозного вокруг Москвы лес был полностью сведен в радиусе примерно трехсот верст. А жителям елизаветинской Британии поговорка, что “белка может пересечь Англию из конца в конец, не спускаясь на землю” была уже совершенно непонятна, так как к Новому времени лесов в Англии уже не было. Природный ландшафт Европы был изменен до неузнаваемости, континент практически полностью лишился лесов и связанной с ними экологической системы.

В других местах для организации полей осуществлялись ирригационные работы. Китайская история утверждает, что впервые люди смогли прокопать целое искусственное русло для Янцзы еще 4 тысячи лет назад, полностью изменив ландшафт огромной территории страны. Огромные по размаху ирригационные работы проводились в Средней Азии. Менялся температурный режим почв, менялся влагообмен, ускорялся процесс испарения, появлялись пыльные бури, земли засолялись и теряли плодородный слой. Все это привело к тому, что спустя несколько веков эксплуатации на месте цветущих садов и богатых степей, которые существовали еще во времена правления македонских диадохов, появились полупустыни и пустыни.

Точно таким же путем прошли цивилизации Центральной Америки, от анасази до майя. Традиционное сельское хозяйство не только не было жизнью в гармонии с природой, оно наносило природе большой и, как показывает история, часто невосполнимый ущерб.

Рис 5. Сельское хозяйство - один из главных факторов разрушения экологии планеты

Агрохолдинги и бескрайние поля - это хорошо, но население будет расти и дальше. Планета не резиновая, рано или поздно свободная земля закончится. В отдаленном будущем начнется процесс ре-урбанизации (или де-рурализации): население из пригородов будет вытесняться обратно в города, а место коттеджных поселков снова займут поля. И даже этого хватать нам не будет. Что дальше?

Ответом на этот вопрос является новая концепция ведения сельского хозяйства в городских условиях - сити-фарминг.

Вертикальные поля

Не исключено, что через сотню-другую лет идея о том. что можно было вырубать лес, осушать озера, поворачивать реки, распахивать степь - и все это только для того, чтобы вырастить себе пищу, будет казаться варварской. Уже сегодня бурными темпами развивается то, что в обиходе стало называться “умным земледелием”.

Сити-фарминг.jpg
Рис 6. Эко-деревня ReGen Village компании Tesla в г. Алмере, США. Внутри организован замкнутый цикл жизнеобеспечения с полной переработкой отходов


Это комплексное явление, включающее в себя создание вертикальных ферм, биопонику - выращивание не на минеральных, а на органических удобрениях, современную быструю селекцию, замкнутые циклы и переработку органики, производство персональной (то есть, рассчитанной на конкретного человека) пищи. На все это в мире выделяются уже довольно крупные средства, и Россия, к счастью, не исключение. Такие технологии развиваются и у нас. 


Отступление третье, заключительное: и на Марсе будут яблони цвести...

Марсианин-с-картошкой.jpg...ну, или картошка. Человечество рвется в космос, где темно и холодно. По самым оптимистичным расчетам, мы будем жить на ближайших к нам планетах уже до конца этого века. Причем, это будут полноценные поселения с числом жителей примерно как сейчас на полярных станциях, а может быть, и больше. Сотни людей будут жить в искусственной среде под герметичными куполами, без естественного солнечного света.

Вопрос обеспечения будущих поселений на Луне и на Марсе встанет во весь рост, ведь транспортировка тысяч тонн еды станет если не сложной технической проблемой, то уж точно настоящей финансовой катастрофой: если условия жизни на чужой планете еще можно сравнить с полярными, то сложность и стоимость логистики грузов различаются на три порядка.

Придется новым марсианам и лунянам становиться полноценными колониями, то есть - производить еду на месте. И тут наработанные технологии сити-фарминга могут сыграть одну из главных ролей.

Рис 7. Мэтт Деймон в роли астронавта-агронома в фильме "Марсианин". Освещение, как мы видим, обычное дневное. Косячок...


Первым и очень важным преимуществом сити-фарминга является возможность применять эти технологии в регионах, где традиционное земледелие невозможно вообще: северные территории с Заполярьем, пустынные и полупустынные регионы. Главное, чтобы потребители, вода и энергия находились рядом.

Уже сейчас повсеместно создаются компании, которые развивают технологии урбан-фарминга, в том числе появляются они и в России. При их создании широко применяется роботизация, ведь организовать автоматическое обслуживание вертикальной фермы существенно проще, чем автоматизировать обычное поле.

Одной из наиболее важных задач, которые придется решать при создании городских ферм, это освещение. Ввиду того, что растения высаживаются в вертикальные многоярусные фермы, которые располагаются внутри закрытых помещений с искусственным микроклиматом, речь идет уже не о досветке, а о полноценном искусственном круглосуточном освещении.

Мы уже знаем, что каждый вид растений имеет свои потребности в определенном спектральном составе освещения и определенной плотности фотонного потока, причем в зависимости от фазы развития эти потребности меняются. Таким образом, освещать городские фермы будет существенно сложнее, чем старые дедовские теплицы, которые до сих пор доминируют в сельском хозяйстве.

Применяемые сегодня металлогалогеновые и натриевые лампы для этой задачи не годятся по двум причинам: а) спектр излучения этих ламп не слишком подходит для растений, он часто недостаточен в определенных диапазонах и избыточен в других, также им совершенно невозможно управлять и б) эти лампы недостаточно энергоэффективны.

Когда речь идет о крупных производствах, каждый потребленный ватт, которые не был преобразован в полезный фотонный поток, а рассеялся в виде избыточного тепла в окружающее пространство - это колоссальные убытки для городской фермы. А представьте себе космическую ферму будущего. Тут каждый недополученный килограмм пищи и каждый растраченный попусту киловатт энергии может поставить вопрос о выживании колонии!


space-latucce.jpg
Рис 8. В 2015 году американские астронавты вырастили на МКС салат-латук. И, похоже, немедленно его съели.

Еще одна проблема традиционных технологий освещения состоит в том, что они неплохо работают при плоскостном горизонтальном расположении грядок, как это делается в обычных теплицах. Достаточно повесить над грядками один мощный источник света, и задача освещения решена. Но в вертикальной ферме так не получится, радо использовать много относительно маломощных (чтобы не сжечь урожай и чтобы не освещать разные виды растений одним спектром) источников света, собранных в группы по виду выращиваемой культуры

Из технологий, которые используются сегодня, только светодиодная имеет наилучшие показатели энергоэффективности и качества спектрального состава освещения. Кроме того, спектром светодиодных сборок достаточно легко управлять.

Выпускаемый в России “умный фитосветильник” Aurora M50 может быть примером преимущества LED-технологий перед ДНаТ-ДНаЗ, ДРИ-МГЛ. люминесцентным и прочим традиционным освещением. Компактный корпус позволяет легко разместить светильники в междуярусном пространстве вертикальной фермы, сами же светильники, будучи по Wi-Fi подключены к Интернет и взаимодействующие с сервером, позволяют гибко настраивать группы, обеспечивая освещение на разных полках в любой конфигурации. Можно даже не группировать растения по видам в пределах одного стеллажа, а разместить в разных зонах и на разных уровнях вертикальной фермы, а потом обеспечить растениям одинаковые условия освещения программным способом.

робот-агроном.jpg
Рис 9. Вертикальные поля, где роботы-агрономы занимаются традиционным крестьянским трудом. Остается только понять, чем займутся оставшиеся без работы люди?

Будущее сельского хозяйства принадлежит роботизированным агрофермам, расположенным вблизи рынков сбыта, и у сити-фарминга есть очевидные перспективы. А будущее самого городского фермерства во многом зависит от развития технологий искусственного освещения. И тут российская компания Aurora Innovations находится на самом передовом крае исследований. 

Мы уже сегодня производим фитосветильники, которые идеально вписываются в концепцию вертикальной фермы, а также разрабатываем программы для автоматического выращивания различных сельскохозяйственных культур.

9 Февраля 2019

Возврат к списку