کشاورزی عمودی چیست؟ کشاورزی آینده با فناوری‌های نوین

افزایش جمعیت کره زمین و کاهش زمین‌های قابل کشت به سبب تغییرات آب و هوایی، استفاده از روش‌های نوین کشاورزی را به یک ضرورت مهم و اجتناب‌ناپذیر تبدیل کرده است. بر کسی پوشیده نیست که آینده کشاورزی نگران‌کننده است و نیاز به تغییر دارد. به طور کلی، جمعیت حدود ۱ درصد در سال رشد می‌کند و با گذشت زمان، تغذیه این جمعیت رو به رشد مطمئناً یک چالش خواهد بود. علاوه بر این، شیوه‌های کشاورزی فعلی به‌طور باورنکردنی برای کره زمین مضر هستند. کشاورزی به عنوان یک عامل محرک تغییرات آب و هوایی، جنگل زدایی و تخریب خاک مطرح شده است. 

پس باید راه‌های بهتری برای تولید غذا برای نسل‌های آینده پیدا کنیم. خوشبختانه، فناوری‌های جدید در حوزه کشاورزی، مانند کشاورزی عمودی، راهی عالی برای مقابله با این چالش‌ها و تولید مواد غذایی مورد نیاز برای نسل‌های آینده ارائه می‌دهد. کشاورزان با استفاده از لایه‌هایی که به صورت عمودی روی هم چیده شده‌اند، می‌توانند غذای بسیار بیشتری را در همان مقدار زمین (یا حتی کمتر) تولید کنند. در ادامه به بررسی این تکنیک مدرن، نحوه استفاده و مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت.

کشاورزی عمودی چیست؟

کشاورزی عمودی یک تکنیک جدید کشاورزی است که در آن گیاهان بدون نیاز به خاک و سطح زیاد، بر روی ستون‌های عمودی کاشته شه و پرورش می‌یابند، بنابراین هم به سطح خیلی کمتری نیاز دارند و و هم از نور خورشید نهایت استفاده را می‌برند. در این سیستم، بستری برای کشت وجود ندارد. نشاهای سالم و قوی بر روی محفظه‌های تعبیه شده روی سیستم و ریشه‌های گیاهان در معرض محلول‌های غذایی در حال جریان قرار می‌گیرند. محلول‌های غذایی شامل مواد مغذی مورد نیاز گیاه هستند که در داخل مخزنی هم ارتفاع با ستون کشت قرار دارند و به وسیله جاذبه به سمت پایین جریان یافته و در مسیر خود به ریشه گیاهان برخورد می‌کنند.

 به طور معمول، کشاورزان در کشت عمودی از روش‌های کشت بدون خاک مانند هیدروپونیک یا ایروپونیک و آکواپونیک استفاده می‌کنند. این فرآیندهای کشت که در محیط داخلی صورت می‌گیرد، از فناوری کشاورزی محیطی کنترل‌شده (CEA) استفاده می‌کنند که در آن عوامل مختلف به دقت تنظیم می‌شوند تا شرایط رشد بهینه را برای گیاه فراهم کنند. این دقت باعث می‌شود که محصولات در مقایسه با روش‌های سنتی کشاورزی مبتنی بر خاک، رشد موثرتری داشته باشند.

کشت عمودی روشی کارآمد به خصوص برای سبزیجات برگ‌دار است. انواع سبزیجات مثل کاهو، گوجه، فلفل، خیار، اسفناج، جعفری، گشنیز، کلم و … در این سیستم قابل کشت هستند. از طرف دیگر تحقیقات حاکی از افزایش ۴۵ درصدی تراکم مواد مغذی برتر مثل آنتی اکسیدان ها و فلاونوئیدها در محصولات کشت شده در کشت عمودی است که به نوبه خود می‌تواند یک مکانیسم دفاعی طبیعی بسیار قوی برابر برخی عوامل بیماری‌زا باشد.

بررسی مزایای کشاورزی عمودی

کشاورزی عمودی مزایای زیادی دارد، مدلی با فضای بسیار کمتر، حداکثر خروجی و کمترین تاثیر زیست محیطی که امکان فراهم کردن آن در کشاورزی سنتی وجود ندارد. در زیر به به بررسی مهم‌ترین مزایای کشاورزی عمودی اشاره خواهیم کرد:

• امکان کشاورزی با حداقل منابع طبیعی و در تمام فصول سال
• استفاده حداکثری از فضای عمودی در کنار افقی
• استفاده کامل از نور خورشید
• صرفه‌جویی ۹۰ درصدی در مصرف آب 
• صرفه‌جویی ۸۰ درصدی در مصرف انرژی برق و سوخت به سبب کاهش فضا 
• کنترل بهینه تمامی شرایط مورد نیاز محیطی مثل نور، دما، رطوبت و آب
• کنترل آفات و بیماری های گیاهی و ممانعت از ورود عوامل آن به داخل سیستم
• عدم نیاز به استفاده از سموم و قارچ کش های شیمیایی 
• عدم وجود علف‌های هرز در سیستم کشاورزی عمودی و عدم رقابت با گیاه
• پرورش گیاهان سالم‌تر و درشت‌تر به سبب حذف عوامل تنش‌زا و مواد شیمیایی

معایب کشاورزی عمودی

هرچند کشاورزی عمودی نویدبخش تولید مواد غذایی کارآمد است، مجموعه‌ای از چالش‌ها و ملاحظات منحصربه‌فرد را به همراه دارد و درک این عوامل برای افرادی که به دنبال سرمایه‌گذاری یا توسعه یک عملیات کشاورزی عمودی است، بسیار مهم است. در این بخش، معایب و چالش‌هایی را که می‌توانند بر قابلیت‌های کشاورزی عمودی تأثیر بگذارند، بررسی خواهیم کرد: 

مصرف انرژی: مصرف انرژی زیاد در مزارع کشت عمودی هم یک نقطه ضعف اقتصادی و هم زیست محیطی است. کشاورزی عمودی به شدت به روشنایی مصنوعی و سیستم‌های کنترل آب و هوا متکی است که منجر به مصرف بالای انرژی می‌شود. اطمینان از اینکه این سیستم‌ها از نظر انرژی کارآمد هستند و جستجو برای منابع انرژی تجدیدپذیر، گام‌های اساسی برای به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی و کاهش هزینه‌های عملیاتی است. 

 وابستگی تکنولوژیکی بالا: کشاورزی عمودی به شدت به فناوری وابسته است که کشاورزان را ملزم به سرمایه‌گذاری هنگفت در فناوری‌ها و تجهیزات متنوع برای نظارت بر رطوبت، روشنایی، دما و سایر پارامترها می‌کند. در عین حال خرابی هر یک از تجهیزات می‌تواند کل فرآیند کشت را مختل کند و در نتیجه تولید را به حداقل برساند. 

نیاز تخصص فنی: موفقیت در کشت عمودی به دانش و مهارت‌های تخصصی در حوزه‌هایی مانند باغبانی، مهندسی و کنترل محیطی نیاز دارد. پرورش‌دهندگان و اپراتورها باید برای مدیریت و نگهداری سیستم‌های پیچیده مورد استفاده در کشاورزی عمودی آموزش ببینند. دسترسی به تخصص فنی برای اطمینان از کارایی و بهره‌وری مزارع عمودی بسیار مهم است. 

انتخاب محصول: همه محصولات برای کشاورزی عمودی مناسب نیستند. محصولاتی چون سبزی‌های برگ‌دار و میوه‌های کوچک مانند گوجه فرنگی و توت فرنگی که دارای چرخه رشد کوتاه‌تری و قیمت بازار بالاتری هستند، برای کشت عمودی مناسب‌ترند. به عنوان مثال، بلوغ سبزیجات ریشه‌دار به زمان بیشتری نیاز دارد، بنابراین سودآور نیستند. همچنین غلات مانند گندم و ذرت آنقدر بلندند که نمی‌توانند روی هم چیده شوند، بنابراین هزینه آن‌ها بسیار بیشتر از جایگزین‌های معمولی است. 

کاهش گرده افشانی: عدم گرده افشانی طبیعی، یکی دیگر از معایب کشت عمودی است. هرچند کشاورزی عمودی می‌تواند از ورود نامطلوب آفات جلوگیری کند، اما مانع گرده افشانی طبیعی توسط زنبورها، پروانه‌ها، سوسک‌ها، پرندگان و سایر گرده افشان‌ها می‌شود. در اینجا، کشاورزان باید به سراغ گرده‌افشانی بروند که می‌تواند پرهزینه و دردسرساز باشد.

 روش های اجرای کشاورزی عمودی

کشت عمودی به روش‌های مختلفی صورت می‌گیرد. سیستم‌های هیدروپونیک، آکواپونیک و آئروپونیک رایج‌ترین سازه‌های سیستمی هستند که در مزارع کشت عمودی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر راجع به هرکدام از این روش‌ها به اختصار توضیح می‌دهیم:

روش هیدروپونیک (Hydroponics)

در کشت هیدروپونیک، گیاهان در محلول آبی غنی از مواد مغذی رشد می‌کنند. روش هیدروپونیک به سبب کارایی و تطبیق‌پذیری، محبوب‌ترین روش کشاورزی عمودی است. همچنین هزینه‌های اولیه فناوری در آن کمتر از اکثر سیستم‌های دیگر است. این روش مواد مغذی و مواد معدنی موجود در خاک را که برای گیاهان مفید هستند جدا و مستقیماً به آب اضافه می‌کند و نیاز به خاک را به طور کامل از بین می‌برد. هیدروپونیک معمولاً از یک محیط رشد بدون خاک برای حمایت از ریشه گیاه در حین رشد استفاده می‌کند – معمولاً چیزی مانند ورمیکولیت، پرلیت، پیت ماس ​​یا پشم سنگ. 

آکواپونیک (Aquaponics) و کشاورزی عمودی

پرورش آکواپونیک شبیه به هیدروپونیک است، با این تفاوت که از آب مخازن ماهی برای حمایت از پرورش گیاهان استفاده می‌کند. آب مخازن حاوی ضایعات ماهی غنی از مواد مغذی است که قبل از استفاده توسط گیاهان فیلتر می‌شود. سپس آب اکسیژن رسانی و مجدد به مخزن ماهی فرستاده می‌شود. اصولاً هم پرورش ماهی و هم محصول با این روش وجود دارد و هر سیستم به نفع دیگری است. یک سیستم آکواپونیک فوق‌العاده برای کاهش مصرف آب بسیاری کارآمد است، در این سیستم حدود ۱/۶ آب در مقایسه با کشاورزی سنتی می‌تواند تا هشت برابر بیشتر غذا در هر هکتار تولید کند.

کشاورزی عمودی به روش ایروپونیک (Aeroponics)

این تکنیک شکل پیشرفته‌ای از هیدروپونیک است که به جای آب از مه‌های غنی از مواد مغذی استفاده می‌کند. برخلاف دو سیستم قبلی، این سیستم هیچ وسیله رشدی ندارد. کشت‌دهنده‌ها بذرها را در تکه‌های فوم پر شده در گلدان‌های کوچک می‌کارند، در حالی‌که تاج گیاه در معرض نور باقی می‌ماند، ریشه‌ها از اسپری دوره‌ای آب غنی از مواد مغذی یا غبار ریز و پرفشار تغذیه می‌شوند. آزمایش‌های ناسا بر روی کشت محصولات در فضا، الهام‌بخش این روش بود. آئروپونیک همچنین باعث رشد سریع‌تر گیاه می‌شود و از نظر مصرف آب بسیار کارآمد است.

نقش فناوری در کشاورزی عمودی

کشاورزی عمودی به دلیل پتانسیل آن برای ایجاد تحول در تولید مواد غذایی پایدار توجه زیادی را به خود جلب کرده است. ادغام فناوری‌های نوظهور در این سیستم‌ها، کارایی و بهره‌وری آن را افزایش داده و آن‌ را به یک راهکار امیدوار کننده برای تولید مواد غذایی در آینده تبدیل کرده است. کشاورزی عمودی با بهره‌گیری از قدرت فناوری، نوید ارائه محصولات تازه و مغذی را در تمام طول سال، بدون توجه به شرایط آب و هوایی یا محدودیت‌های جغرافیایی می‌دهد. برخی از نقش‌های مهم فناوری در این نوع کشت عبارت‌اند از:

اتوماسیون و سنسورهای هوشمند

 مدیریت منابع به میزان قابل‌توجهی بهبود یافته، زیرا این فناوری‌ها، کنترل دقیق و بهینه‌سازی مصرف آب و انرژی را امکان‌پذیر می‌کنند. سنسورهای هوشمند اطلاعات سریعی راجع به سطح آب و مواد مغذی ارائه می‎دهند و به کشاورزان این امکان را می‌دهند که آبیاری و کوددهی را بر این اساس تنظیم کنند و ضایعات را به حداقل برسانند.

اتوماسیون و سنسورهای هوشمند عملیات در مزارع کشت عمودی را تسهیل می‌کنند و با انجام دقیق و سریع وظایفی مانند آبیاری، کشت بذر، نشاء و برداشت، هزینه‌های نیروی کار و خطاهای انسانی را به حداقل می‌رساند. علاوه بر این امکان نظارت مداوم بر سلامت و رشد محصول، کنترل دما، رطوبت، نور، CO2، pH و سطوح مواد مغذی محیط رشد و تشخیص و درمان زودهنگام بیماری‌ها یا کمبود مواد مغذی را فراهم می‌کنند.

نورپردازی LED و فوتوبیولوژی

فناوری مهم دیگری که بر کشاورزی عمودی تاثیر می‌گذارد، نورپردازی LED و فوتوبیولوژی است. چراغ‌های ال‌ای‌دی کم‌مصرف، ماندگار و قابل تنظیم هستند و با استفاده از آن‌ها می‌توان شدت، طیف و مدت نور را با توجه به نیازهای محصولات مختلف و مراحل رشد تنظیم کرد. فوتوبیولوژی علم چگونگی تاثیر نور بر فیزیولوژی و متابولیسم گیاه است و می‌تواند دستور‌العمل‌های نورپردازی را طراحی کنند که طعم، رنگ، بافت و ارزش غذایی محصولات را افزایش دهد. 

بیوتکنولوژی و ویرایش ژن در کشاورزی عمودی

فناوری بعدی که بر کشاورزی عمودی تأثیر می‌گذارد، بیوتکنولوژی و ویرایش ژن است. بیوتکنولوژی و ویرایش ژن با توسعه گونه‌های جدیدی از محصولات می‌توانند آن‌‌ها را برای کشت در داخل خانه مناسب‌تر کنند. از طرفی به رفع چالش‌های جهانی مانند امنیت غذایی، تغییرات آب و هوا و سلامت رسیدگی می‌کند.

استفاده از پهپادهای کشاورزی

و در نهایت فناوری بعدی، استفاده از پهپادهای کشاورزی است. پهپادهای کشاورزی مزایای بیشماری را برای صنعت کشاورزی به همراه دارد. پهپادها با خودکار کردن بسیاری از کارهای وقت‌گیر و ارائه داده‌های دقیق و سریع، به تخصیص سریع‌تر منابع کمک می‌کنند. از پهپاد کشاورزی می‌تون برای سمپاشی، آبیاری، نقشه‌برداری، کنترل و نظارت بر فرآیند کشت و زرع و جمع‌آوری داده‌ در کشاورزی عمودی استفاده کرد. با خرید پهپاد کشاورزی می‌توان در زمان صرفه‌جویی کرد و هزینه‌های انسانی و اثرات زیست محیطی عملیات کشاورزی را به شکل قابل‌توجهی کاهش داد. 

سخن آخر درباره کشاورزی عمودی

کشاورزی عمودی راهکاری کارآمد برای بسیاری از چالش‌های پیش روی کشاورزی سنتی است و این پتانسیل را دارد که بدون تأثیرات زیست‌محیطی، غذای بیشتری برای جمعیت در حال رشد تولید کند. مزارع کشت عمودی با کنترل شرایط محیطی و به‌کارگیری فناوری‌های نوآورانه، می‌توانند بازدهی بالایی در مناطق کوچک داشته باشد. با این حال، کشاورزی عمودی نیز با مجموعه‌ای از چالش‌ها همراه است. این روش نیاز به برنامه‌ریزی استراتژیک، دسترسی موثر به بازار و شیوه‌های کارآمد برای ایجاد تعادل بین بهره‌وری و مسائل مربوط به محیط زیست و اقتصاد دارد.

 با این حال علی‌رغم این چالش‌ها، مزایای بالقوه کشاورزی عمودی قانع‌کننده است و پتانسیل ایجاد یک مسیر متحول‌کننده رو به جلو برای کشاورزی آینده را دارد. همانطور که ما به نوآوری و اصلاح سیستم‌های خود ادامه می‌دهیم، کشاورزی عمودی آماده ایفای نقش مهمی در آینده کشاورزی پایدار است و تضمین می‌کند که می‌توانیم نسل‌های آینده را تغذیه و در عین حال از سیاره خود محافظت کنیم.