Sachin G. Chavan (1,2,*) , Zhong-Hua Chen (1,3), Oula Ghannoum (1) , Christopher I. Cazzonelli (1) i David T. Tissue 1,2)
1. Krajowe Centrum Uprawy Roślin Chronionych, Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney
University, Locked Bag 1797, Penrith, NSW 2751, Australia; z.chen@westernsydney.edu.au (Z.-HC); o.ghannoum@westernsydney.edu.au (OG); c.cazzonelli@westernsydney.edu.au (CIC); d.tissue@westernsydney.edu.au (DTT)
2. Globalne Centrum Innowacji Lądowych, Hawkesbury Campus, Western Sydney University,
Richmond, Nowa Południowa Walia 2753, Australia
3. School of Science, Western Sydney University, Penrith, NSW 2751, Australia
* Korespondencja: s.chavan@westernsydney.edu.au; Tel.: +61-2-4570-1913
Abstrakcyjny: Chronione uprawy oferują sposób na zwiększenie produkcji żywności w obliczu zmian klimatycznych
i dostarczać zdrową żywność w sposób zrównoważony przy mniejszych zasobach. Jednak, aby ten sposób gospodarowania
opłacalne ekonomicznie, musimy rozważyć stan upraw chronionych w kontekście dostępnych
technologii i odpowiednich docelowych upraw ogrodniczych. Ta recenzja przedstawia istniejące możliwości
i wyzwania, którym muszą sprostać trwające badania i innowacje w tym ekscytującym, ale
złożone pole w Australii. Gospodarstwa domowe są ogólnie podzielone na następujące trzy
poziomy zaawansowania technologicznego: low-, medium i high-tech z odpowiednimi wyzwaniami
które wymagają innowacyjnych rozwiązań. Ponadto ograniczenia wzrostu roślin w pomieszczeniach i chronione
systemy upraw (np. wysokie koszty energii) ograniczyły stosowanie rolnictwa w pomieszczeniach do stosunkowo
kilka upraw o wysokiej wartości. Dlatego musimy opracować nowe odmiany upraw nadające się do uprawy w pomieszczeniach
które mogą różnić się od wymaganych do produkcji w otwartym polu. Dodatkowo uprawa pod osłoną
wymaga wysokich kosztów rozruchu, kosztownej wykwalifikowanej siły roboczej, dużego zużycia energii i znacznego szkodnika
oraz zarządzanie chorobami i kontrola jakości. Ogólnie rzecz biorąc, uprawy chronione oferują obiecujące rozwiązania
dla bezpieczeństwa żywnościowego, przy jednoczesnym zmniejszeniu śladu węglowego produkcji żywności. Jednak do użytku w pomieszczeniach
produkcja roślinna ma znaczący pozytywny wpływ na globalne bezpieczeństwo żywnościowe i żywieniowe
bezpieczeństwa, ekonomiczna produkcja różnorodnych upraw będzie miała zasadnicze znaczenie.
Słowa kluczowe: uprawy chronione; farma pionowa; kultura bezglebowa; wydajność upraw; rolnictwo w pomieszczeniach;
bezpieczeństwo żywieniowe; zrównoważony rozwój zasobów
1. Wstęp
Oczekuje się, że globalna populacja osiągnie prawie 10 miliardów w 2050 r., przy czym przewiduje się, że większość wzrostu nastąpi w dużych ośrodkach miejskich na całym świecie [1,2]. Wraz ze wzrostem populacji produkcja żywności musi wzrastać i zaspokajać potrzeby żywieniowe i zdrowotne, jednocześnie osiągając Cele Zrównoważonego Rozwoju ONZ (UN SDGs) [3,4]. Zmniejszająca się ilość gruntów ornych i negatywny wpływ zmian klimatycznych na rolnictwo stanowią dodatkowe wyzwania, które zmuszają innowacje w przyszłych systemach produkcji żywności do zaspokojenia rosnącego popytu w nadchodzących dziesięcioleciach. Na przykład australijskie gospodarstwa rolne są często narażone na zmienność klimatu i są podatne na długoterminowe skutki zmiany klimatu. Niedawne susze we wschodniej Australii w latach 2018-19 i 2019-20 negatywnie wpłynęły na przedsiębiorstwa rolne, zwiększając w ten sposób pojawiające się skutki zmian klimatycznych dla australijskiego rolnictwa [5].
Uprawy chronione, zwane również uprawami w pomieszczeniach [6] – począwszy od tuneli foliowych o niskiej technologii, przez średnio zaawansowane technologicznie, częściowo kontrolowane szklarnie, aż po zaawansowane technologicznie „inteligentne” szklarnie i gospodarstwa domowe – mogą pomóc w zwiększeniu globalnego bezpieczeństwa żywnościowego w XXI w. wiek. Jednak podczas gdy wizja samowystarczalnej metropolii jest atrakcyjna jako sposób na sprostanie współczesnym wyzwaniom, wprowadzenie rolnictwa wewnętrznego nie odpowiadało
ekscytacja i optymizm jej zwolenników. Uprawy chronione i hodowla w pomieszczeniach wymagają większego wykorzystania technologii i automatyzacji w celu optymalizacji wykorzystania gruntów, oferując w ten sposób ekscytujące rozwiązania poprawiające przyszłą produkcję żywności [7]. Na całym świecie rozwój rolnictwa miejskiego [8,9] często następował po chronicznych i/lub ostrych kryzysach, takich jak ograniczenia światła i przestrzeni w Holandii; upadek przemysłu motoryzacyjnego w Detroit; krach na rynku nieruchomości na wschodnim wybrzeżu USA; i blokada kubańskiego kryzysu rakietowego. Inny
bodźce pojawiły się w postaci dostępnych rynków, tj. chronionych upraw rozpowszechnionych w Hiszpanii [10] ze względu na łatwy dostęp tego kraju do rynków Europy Północnej. Wraz z istniejącymi wyzwaniami, trwająca pandemia COVID-19 może zapewnić wymagany impuls do przekształcenia rolnictwa miejskiego [11].
Jeśli rolnictwo miejskie ma odegrać znaczącą rolę w poprawie bezpieczeństwa żywnościowego i żywienia ludzi, musi być skalowane globalnie, tak aby było w stanie wytwarzać szeroką gamę produktów w sposób bardziej efektywny energetycznie, zasobooszczędnie i kosztowo niż jest obecnie możliwe. Istnieją ogromne możliwości poprawy wydajności i jakości upraw dzięki połączeniu postępów w zakresie kontroli środowiska, zwalczania szkodników, fenomiki i automatyzacji
z wysiłkami hodowlanymi ukierunkowanymi na cechy, które poprawiają architekturę roślin, jakość plonów (smak i odżywianie) oraz plony. W gospodarstwach kontrolowanych przez środowisko można uprawiać większą różnorodność obecnych i powstających upraw w porównaniu z tradycyjnymi rodzajami upraw, a także rośliny lecznicze [12,13].
Nieuchronną potrzebę poprawy bezpieczeństwa żywnościowego w miastach i zmniejszenia śladu węglowego żywności można rozwiązać dzięki innowacjom w sektorach rolno-spożywczym, takim jak uprawy chronione i uprawy pionowe w pomieszczeniach. Obejmują one niskotechnologiczne tunele foliowe z minimalną kontrolą środowiska, średnio zaawansowane, częściowo kontrolowane pod względem środowiskowym szklarnie, aż po zaawansowane technologicznie szklarnie i pionowe obiekty rolnicze z najnowocześniejszymi technologiami. Uprawy chronione są najszybciej rozwijającym się sektorem produkcji żywności w Australii pod względem skali produkcji i wpływu ekonomicznego [12]. Australijski przemysł upraw chronionych składa się z obiektów high-tech (17%), szklarni (20%) i hydroponicznych/substratowych systemów produkcji roślinnej (52%), co wskazuje na potrzebę i możliwość rozwoju sektora rolno-spożywczego. W niniejszym przeglądzie omawiamy stan upraw chronionych w kontekście dostępnych technologii i odpowiadających im docelowych upraw ogrodniczych, nakreślając możliwości i wyzwania, którym należy sprostać, prowadząc badania prowadzone w Australii.
2. Obecne techniki i technologie w uprawach chronionych
W 2019 r. całkowita powierzchnia ziemi przeznaczona pod uprawy chronione – co w szerokim zakresie obejmuje:
uprawy pod wszystkimi rodzajami zakryć – oszacowano na 5,630,000 14 500,000 ha (ha) na świecie [10]. Całkowitą powierzchnię warzyw i ziół uprawianych w szklarniach (konstrukcjach stałych) szacuje się na około 90 15,16 ha na całym świecie, przy czym 1300% tych upraw uprawia się w szklarniach, a 14% w szklarniach z tworzyw sztucznych [5]. Szacuje się, że powierzchnia szklarni w Australii wynosi około 17 ha, przy czym szklarnie high-tech (około 83 pojedynczych firm, każda zajmująca mniej niż 17 ha) stanowią 80% tej powierzchni, a szklarnie low-tech/medium-tech stanowią 20% [16] ]. Globalnie szklarnie i szklarnie z tworzyw sztucznych stanowią odpowiednio około XNUMX% i XNUMX% wszystkich produkowanych szklarni [XNUMX].
Uprawy chronione to najszybciej rozwijający się sektor produkcji żywności w Australii, wyceniany na około 1.5 miliarda dolarów rocznie przy bramie farmy w 2017 r. Szacuje się, że około 30% wszystkich australijskich rolników uprawia rośliny w jakiejś formie systemu upraw chronionych i że uprawy pod osłonami stanowią około 20% ogólnej wartości produkcji warzyw i kwiatów [18]. W Australii szacowany obszar produkcji warzyw szklarniowych jest najwyższy w Australii Południowej (580 ha), następnie w Nowej Południowej Walii (500 ha) i Wiktorii (200 ha), podczas gdy Queensland, Australia Zachodnia i Tasmania mają po <50 ha [17] ].
Na podstawie Australian Horticulture Statistics Handbook (2014–2015) i rozmów z przemysłem oszacowano wartość brutto produkcji (GVP) owoców, warzyw i kwiatów na rok 2017. Wśród wdrożonych systemów uprawy rośliny uprawiane w hydroponice/substracie systemy produkcyjne oparte na glebie (52%) zostały ocenione najwyżej, a następnie te uprawiane w systemach fertygacji gleby (35%), z kombinacją fertygacji gleby i systemów opartych na hydroponice/substracie (11%) oraz przy użyciu hydroponiki/odżywki technika filmowa (NFT) (2%) (Rysunek 1A). Podobnie wśród typów ochronnych, rośliny uprawiane pod osłonami foliowymi/szklanymi (63%) miały najwyższy GVP, a następnie te uprawiane pod osłonami foliowymi (23%), gradowymi/zacieniającymi (8%) i kombinowanymi pod osłonami foliowymi/gradowymi/zacieniającymi. okładki (6%) (ryc. 1B) [17]. W Australii statystyki GVP określonych produktów ogrodnictwa szklarniowego nie są łatwo dostępne [15].
Rysunek 1. Całkowita produkcja wartości brutto (GVP) upraw pod osłonami (2017) według systemu uprawy (A) i ochrony (B). Produkcja oparta na hydroponice/substracie obejmuje bezglebowy wzrost roślin przy użyciu obojętnego podłoża, takiego jak wełna mineralna. Produkcja oparta na glebie/fertygacie polega na uprawie roślin z wykorzystaniem gleby z fertygacją (połączenie nawozu i wody). Technika hydroponiki/filmu odżywczego (NFT) polega na krążeniu płytkiego strumienia wody zawierającej rozpuszczone składniki odżywcze, który przechodzi przez korzenie roślin w wodoszczelnych kanałach. „Poli” odnosi się do poliwęglanu.
Pokrycia gradowe/zacieniające, zwykle z siatki lub tkaniny, chronią uprawy przed gradem i blokują część nadmiernego światła. $ odnosi się do AUD.
Wśród obiektów o kontrolowanym środowisku w Stanach Zjednoczonych szklarnie ze szkła lub poliwęglanu (poli) (47%) są bardziej powszechne niż kryte farmy pionowe (30%), plastikowe obręcze o niskiej technologii (12%), farmy kontenerowe (7%). ) oraz wewnętrzne systemy hodowli głębinowych (4%). Wśród systemów upraw hydroponika (49%) jest bardziej powszechna niż systemy glebowe (24%), akwaponiczne (15%), aeroponika (6%) i hybrydowe (aeroponika, hydroponika, gleba) (6%) [19,20].
Australia ma bardzo niewiele rozwiniętych zaawansowanych farm wertykalnych, głównie ze względu na fakt, że ma niewiele gęsto zaludnionych miast. Jednak Australia ma około 1000 ha powierzchni szklarniowej [16,17], a eksport świeżych warzyw i owoców znacznie wzrósł w latach 2006-2016 do Australii [16] wraz ze wzrostem upraw pod osłonami. Chociaż Australia zrobiła świetny start w rolnictwie wewnętrznym, a sektor ma ogromny potencjał wzrostu, wymaga czasu, aby dojrzeć i dalej się rozwijać, aby stać się kluczowym graczem na skalę globalną. Obecnie komercyjnie zorientowane obiekty gospodarstwa rolnego można podzielić na trzy poziomy zaawansowania technologicznego: niski, średni i zaawansowany technologicznie. Każdy z nich został omówiony bardziej szczegółowo w kolejnych sekcjach.
2.1. Nowe technologie dla tuneli foliowych Low-Tech
Niskotechnologiczne obiekty szklarniowe, które w największym stopniu przyczyniają się do upraw chronionych, mają kilka ograniczeń, które wymagają rozwiązań technologicznych, które pomogą w ich przekształceniu w rentowne obiekty średniej lub zaawansowanej technologii, produkujące wysokiej jakości uprawy przy minimalnych zasobach. Niskotechnologiczne tunele foliowe odpowiadają za 80–90% produkcji upraw szklarniowych na świecie [20] oraz w Australii [17]. Biorąc pod uwagę duży udział niskotechnicznych tuneli foliowych w uprawach chronionych oraz ich niski poziom klimatu, fertygacji i zwalczania szkodników, ważne jest sprostanie powiązanym wyzwaniom w celu zwiększenia wydajności produkcyjnej i ekonomicznej dla hodowców.
Poziom low-tech obejmuje różne rodzaje tuneli foliowych, które mogą obejmować prowizoryczne konstrukcje metalowe z osłonami z tworzywa sztucznego po stałe konstrukcje budowane specjalnie. Ogólnie rzecz biorąc, nie są one kontrolowane poza możliwością podniesienia plastikowej osłony, gdy na zewnątrz robi się zbyt gorąco lub mętnie. Te plastikowe osłony chronią plony przed gradem, deszczem i chłodem oraz w pewnym stopniu wydłużają okres wegetacji. Te tanie konstrukcje oferują:
realny zwrot z inwestycji w uprawy warzyw, takie jak sałata, fasola, pomidory, ogórek, kapusta i cukinia. Rolnictwo w tych tunelach foliowych odbywa się w glebie, podczas gdy bardziej zaawansowane operacje mogą wykorzystywać duże doniczki i nawadnianie kroplowe w przypadku pomidorów, jagód, bakłażanów lub papryki. Jednakże, chociaż uprawa chroniona o niskiej technologii ma sens dla małych hodowców, takie techniki mają kilka wad. Ich brak kontroli środowiskowej wpływa na spójność wielkości i jakości produktu, a tym samym zmniejsza
dostęp do rynku tych produktów dla wymagających klientów, takich jak supermarkety i restauracje. Biorąc pod uwagę, że rośliny są na ogół sadzone w glebie, rolnicy ci są również narażeni na liczne szkodniki i choroby przenoszone przez glebę (np. uporczywą inwazję nicieni). Partnerzy przemysłowi i naukowi potrzebują innowacji w dostarczaniu rozwiązań w zakresie projektowania obiektów i systemów zarządzania uprawami, a także inteligentnych systemów handlowych w celu eksportu produktów
i utrzymywać stały łańcuch dostaw. Zachęty i wsparcie ze strony instytucji finansujących i innowacji technologicznych (np. kontrola biologiczna, częściowa automatyzacja nawadniania i kontroli temperatury) ze strony uniwersytetów i firm mogą pomóc hodowcom w przejściu na bardziej zaawansowane technologicznie systemy upraw.
2.2. Modernizacja szklarni średniej technologii dzięki innowacjom i nowym technologiom
Uprawy chronione średnimi technologiami to szeroka kategoria obejmująca szklarnie i szklarnie o kontrolowanym środowisku. Ta część sektora upraw chronionych wymaga znacznych ulepszeń technologicznych, jeśli ma konkurować z produkcją żywności na dużą skalę w gospodarstwach wykorzystujących tunele foliowe o niskiej technologii i wysokiej jakości produkty z zaawansowanych technologicznie szklarni. Kontrola środowiska w szklarniach o średniej technologii jest zwykle częściowa lub intensywna, a temperaturę niektórych szklarni można kontrolować ręcznie, otwierając dach, podczas gdy
bardziej zaawansowane obiekty posiadają agregaty chłodnicze i grzewcze. Bada się wykorzystanie paneli słonecznych i inteligentnych folii w celu zmniejszenia kosztów energii i śladu węglowego w szklarniach średniej technologii [21–23].
Podczas gdy wiele szklarni jest nadal wykonanych z okładzin z PCV lub szkła, na te konstrukcje można zastosować inteligentne folie lub można je włączyć do projektu szklarni w celu zwiększenia efektywności energetycznej. Ogólnie rzecz biorąc, wysokiej klasy szklarnie wykorzystują podłoża uprawowe, takie jak bloki Rockwool ze starannie skalibrowanymi płynnymi nawozami na różnych etapach wzrostu, aby zmaksymalizować plony. Nawożenie CO2 jest czasami stosowane w szklarniach średniej technologii w celu zwiększenia plonów i jakości. Sektor upraw chronionych średniozaawansowanych technologicznie skorzysta na partnerstwie przemysłowo-uniwersyteckim w celu opracowania zaawansowanych rozwiązań naukowych i technologicznych, w tym nowych genotypów upraw o wysokiej wydajności i jakości, zintegrowanej kontroli szkodników, w pełni zautomatyzowanej fertygacji i kontroli klimatu w szklarniach oraz pomocy robotów w zarządzaniu uprawami i żniwa.
2.3. Innowacje nauki i technologii dla szklarni high-tech
Zaawansowane technologicznie szklarnie mogą wykorzystywać najnowsze osiągnięcia technologiczne w zakresie fizjologii upraw, fertygacji, recyklingu i oświetlenia. Na przykład w szklarniach komercyjnych na dużą skalę można zastosować technologię „inteligentnego szkła”, systemy fotowoltaiczne (PV) i dodatkowe oświetlenie, takie jak panele LED, aby poprawić jakość upraw i plony. Producenci coraz częściej automatyzują również krytyczne i/lub pracochłonne obszary, takie jak monitorowanie upraw, zapylanie i zbiory.
Rozwój sztucznej inteligencji (AI) i uczenia maszynowego (MI) otworzył nowe wymiary dla szklarni high-tech [24–28]. Sztuczna inteligencja to zestaw zakodowanych komputerowo reguł i modeli statystycznych wyszkolonych do rozpoznawania wzorców w dużych zbiorach danych i wykonywania zadań ogólnie związanych z ludzką inteligencją. Sztuczna inteligencja wykorzystywana w rozpoznawaniu obrazów jest wykorzystywana do monitorowania zdrowia upraw i rozpoznawania oznak choroby, umożliwiając szybsze i bardziej świadome podejmowanie decyzji dotyczących zarządzania uprawami i zbiorami — co w dzisiejszych czasach można osiągnąć
przez ramiona robota, a nie ludzką pracę. Internet-of-Things (IoT) oferuje rozwiązania automatyzacji, które można dostosować specjalnie do zastosowań szklarniowych [29]. W ten sposób sztuczna inteligencja i IoT mogą znacząco przyczynić się do obszaru nowoczesnego rolnictwa poprzez kontrolowanie i automatyzację działalności rolniczej [30].
Badania i rozwój w dziedzinie robotów rolniczych znacznie się rozwinęły w ostatniej dekadzie [31–33]. Autonomiczny system zbioru plonów papryki, który zbliża się do komercyjnej opłacalności, został zademonstrowany ze wskaźnikiem powodzenia zbiorów na poziomie 76.5% [31] w Australii. Prototypy robotów do obcinania liści pomidora, zbierania papryki (papryki) i zapylania upraw pomidora [34,35, XNUMX] zostały opracowane w Europie i Izraelu i mogą zostać skomercjalizowane w niedalekiej przyszłości.
Co więcej, systemy oprogramowania do zarządzania pracą dla wielkoskalowych, zaawansowanych technologicznie szklarni znacznie zoptymalizują wydajność pracowników, poprawiając perspektywy ekonomiczne tych przedsiębiorstw. Rewolucja informatyczna i inżynieryjna będzie nadal wzmacniać uprawy chronione i uprawy w pomieszczeniach, umożliwiając hodowcom monitorowanie i zarządzanie uprawami z komputerów i urządzeń mobilnych, które mogą być nawet wykorzystywane do prowadzenia krytycznych upraw i
decyzje rynkowe. Zaawansowane technologicznie szklarnie mają największy potencjał, by przynieść korzyści australijskiemu sektorowi upraw chronionych, stąd trwające badania i innowacje w tych obiektach prawdopodobnie przełożą się na dobrze zainwestowany czas i pieniądze.
2.4. Rozwijanie pionowych farm dla przyszłych potrzeb
W ostatnich latach na całym świecie zaobserwowano gwałtowny rozwój „wertykalnego rolnictwa” w pomieszczeniach, zwłaszcza w krajach o dużej populacji i niewystarczających terenach [36,37]. Rolnictwo wertykalne ma wartość 6 miliardów dolarów, ale pozostaje niewielką częścią wartego wiele bilionów dolarów światowego rynku rolnego [38]. Istnieją różne iteracje uprawy pionowej, ale wszystkie wykorzystują pionowo ułożone bezglebowe lub hydroponiczne półki uprawne w całkowicie zamkniętym i kontrolowanym środowisku, co pozwala na wysoki stopień automatyzacji, kontroli i spójności [39]. Jednak rolnictwo wertykalne ogranicza się do upraw o wysokiej wartości i krótkim cyklu życia ze względu na wysokie koszty energii, mimo że oferuje niezrównaną wydajność na metr kwadratowy oraz wysoki poziom wydajności wody i składników odżywczych.
Technologiczny wymiar rolnictwa wertykalnego – aw szczególności pojawienie się „inteligentnych” szklarni – prawdopodobnie przyciągnie hodowców chętnych do pracy z pojawiającymi się technologiami komputerowymi i big data, takimi jak sztuczna inteligencja i Internet rzeczy (IoT) [40]. Obecnie wszystkie formy hodowli w pomieszczeniach są energochłonne i pracochłonne, chociaż istnieje pole do dużego postępu zarówno w zakresie automatyzacji, jak i technologii energooszczędnych. Już teraz najbardziej zaawansowane formy rolnictwa w pomieszczeniach dostarczają własną energię na miejscu i są niezależne od ogólnej sieci energetycznej. Ogrody na dachach mogą obejmować zarówno proste projekty na dachach budynków miejskich, jak i korporacyjne dachy budynków na budynkach komunalnych w Nowym Jorku i Paryżu. Pionowe rolnictwo w pomieszczeniach ma świetlaną przyszłość, szczególnie w następstwie pandemii COVID-19 i jest dobrze przygotowane do zwiększenia swojego udziału w światowym rynku żywności ze względu na jego
wysoce wydajny system produkcji, redukcja kosztów łańcucha dostaw i logistyki, potencjał automatyzacji (minimalizacja obsługi) oraz łatwy dostęp zarówno do siły roboczej, jak i konsumentów.
3. Uprawy docelowe w uprawach chronionych
Obecnie liczba upraw nadających się do uprawy w pomieszczeniach jest ograniczona ze względu na ograniczenia upraw do wzrostu w pomieszczeniach, a także ograniczenia upraw chronionych, takie jak wysokie koszty energii (do oświetlenia, ogrzewania, chłodzenia i obsługi różnych zautomatyzowanych systemów), co pozwala na stosowanie określonych upraw o wysokiej wartości [ 41–43]. Jednak ekonomiczna produkcja różnorodnych upraw jadalnych jest niezbędna, jeśli uprawy chronione mają mieć znaczący wpływ na
globalne bezpieczeństwo żywnościowe [12,13,44]. Odmiany roślin uprawnych do uprawy warzyw pod osłonami znacznie różnią się od odmian upraw polowych, które są hodowane pod kątem tolerancji na szeroki zakres warunków środowiskowych, co niekoniecznie jest wymagane w uprawach pod osłonami. Rozwój odpowiednich odmian będzie wymagał optymalizacji kilku cech (takich jak samozapylenie, nieokreślony wzrost, mocne korzenie), które różnią się od cech postrzeganych jako
pożądane w uprawach polowych (ryc. 2) (zaczerpnięte z [13]).
Rysunek 2. Pożądane cechy dla upraw owocujących uprawianych w pomieszczeniu w warunkach środowiska kontrolowanego w porównaniu z uprawami uprawianymi na zewnątrz w warunkach polowych.
Obecnie owoce i warzywa najlepiej przystosowane do uprawy w pomieszczeniach to:
• Te, które rosną na winoroślach lub krzewach (pomidor, truskawka, malina, jagoda, ogórek, papryka, winogrono, kiwi);
• Wysokowartościowe uprawy specjalistyczne (chmiel, wanilia, szafran, kawa);
• Rośliny lecznicze i kosmetyczne (wodorosty, Echinacea);
• Małe drzewka (wiśnie, czekolada, mango, migdały) to inne realne opcje [13].
W kolejnych sekcjach bardziej szczegółowo omawiamy obecne istniejące uprawy oraz rozwój nowych odmian do uprawy w pomieszczeniach.
3.1. Istniejące rośliny uprawiane w obiektach o niskiej, średniej i wysokiej technologii
Systemy uprawy chronionej o niskiej i średniej technologii produkują głównie pomidory, ogórki, cukinie, paprykę, bakłażany, sałatę, azjatycką zieleninę i zioła. Pod względem powierzchni, ilości produkowanych owoców i liczby przedsiębiorstw najważniejszą rośliną ogrodniczą uprawianą w szklarniach jest pomidor, a następnie papryka i sałata [15,45].
W Australii rozwój obiektów o kontrolowanym środowisku na dużą skalę ograniczał się przede wszystkim do tych zbudowanych do uprawy pomidorów [15]. Szacowany GVP owoców, warzyw i kwiatów na 2017 r. na polu i w obiektach upraw chronionych wskazuje na dominację pomidora w australijskim sektorze upraw chronionych.
Ogólny szacowany GVP w 2017 r. w odniesieniu do uprawy polowej i pod osłonami był najwyższy dla pomidora (24%), następnie truskawek (17%), owoców letnich (13%), kwiatów (9%), borówki (7%), ogórek (7%) i papryka (6%), przy czym azjatyckie warzywa, zioła, bakłażany, wiśnie i jagody stanowią mniej niż 6% (Rysunek 3A).
Rysunek 3. Szacowana wartość brutto produkcji (GVP) dla ogólnej połączonej produkcji warzyw polowej i upraw chronionych (A) oraz przypisany GVP upraw uprawianych pod uprawami chronionymi w 2017 r. (B) dla Australii.
Wśród nich GVP roślin uprawianych w systemach upraw chronionych był najwyższy dla pomidora (40%), co prowadziło do znacznej marży w stosunku do innych upraw, w tym kwiatów (11%), truskawek (10%), owoców letnich (8%). ) i jagody (8%), przy czym każda z pozostałych upraw stanowi mniej niż 5% (Rysunek 3B). Jednak australijski rynek krajowy został nasycony pomidorami szklarniowymi, co opuszcza przemysł upraw chronionych
z dwiema opcjami: zwiększenie sprzedaży tych upraw na rynkach międzynarodowych; i/lub zachęcenie niektórych obecnych hodowców szklarniowych w kraju do przejścia na produkcję innych upraw o wysokiej wartości. Udział poszczególnych upraw pod osłonami był najwyższy dla jagód (85%) i pomidora (80%), następnie kwiatów (60%), ogórka (50%), wiśni i warzyw azjatyckich (po 40%), truskawek i letnich
owoce (po 30%), jagody i zioła (po 25%), wreszcie papryka i bakłażan po 20% [17]. Obecnie energochłonne i pracochłonne rolnictwo w pomieszczeniach ogranicza się do upraw o wysokiej wartości, które można produkować w krótkim okresie przy niskim nakładzie energii [46,47]
W „fabrykach” roślin dominują obecnie rośliny liściaste i zioła, ze względu na krótkie okresy wegetacji tych roślin (ponieważ owoce i nasiona nie są wymagane) i wysoką wartość [7], ponieważ takie uprawy wymagają stosunkowo mniej światła fotosyntezy [48] oraz ponieważ większość wyprodukowanej biomasy roślinnej może być zebrana [46,49]. Istnieje ogromny potencjał poprawy plonów i jakości upraw w gospodarstwach miejskich [12].
3.2. Ankieta branżowa: gdzie leżą zainteresowania uczestników?
Identyfikacja kluczowych tematów badawczych ma zasadnicze znaczenie dla poprawy efektywności badań finansowanych ze środków publicznych i prywatnych dla przyszłości upraw chronionych. Na przykład, Future Food Systems Co-operative Research Center (FFSCRC), zainicjowane przez Stowarzyszenie Rolników Nowej Południowej Walii (NSW Farmers), Uniwersytet Nowej Południowej Walii (UNSW) i Food Innovation Australia Ltd. (FIAL), składa się z konsorcjum ponad 60 fundacji
przemysł, rząd i uczestnicy badań. Jej programy badawcze i zdolności mają na celu wspieranie uczestników w optymalizacji produktywności regionalnych i podmiejskich systemów żywnościowych, przenoszeniu nowych produktów z prototypu na rynek i wdrażaniu szybkich łańcuchów dostaw z ochroną pochodzenia od gospodarstwa do konsumenta. W tym celu FFSRC zapewnia środowisko badawcze oparte na współpracy, mające na celu poprawę upraw chronionych, aby zwiększyć naszą zdolność do eksportu najwyższej jakości produktów ogrodniczych i pomóc Australii stać się liderem w dziedzinie nauki i technologii w sektorze upraw chronionych.
Uczestnicy zostali przebadani w celu zidentyfikowania upraw docelowych do uprawy w pomieszczeniach. Wśród uczestników, którzy zidentyfikowali uprawy docelowe, największe było zainteresowanie świeżymi warzywami (29%), a następnie uprawami owoców (22%); konopie lecznicze, inne zioła lecznicze i uprawy specjalistyczne (13%); gatunki rodzime/rodzime (10%); grzyby/grzyby (10%); oraz zielone warzywa liściaste (3%) (Rysunek 4).
Rysunek 4. Klasyfikacja upraw produkowanych obecnie przez uczestników FFSCRC w obiektach upraw chronionych i stąd prawdopodobne zainteresowanie uczestników znalezieniem rozwiązań pozwalających na bardziej produktywną uprawę tych upraw pod osłonami.
Ankieta została oparta na informacjach o uczestnikach dostępnych online; zdobycie bardziej szczegółowych informacji będzie kluczowe dla zrozumienia i spełnienia specyficznych wymagań uczestników.
3.3. Hodowla nowych odmian dla obiektów o kontrolowanym środowisku
Technologie hodowlane dostępne do ulepszania warzyw i innych roślin uprawnych szybko się rozwijają [50]. W uprawach chronionych, w dynamicznym sektorze gospodarki z szybkimi zmianami trendów rynkowych i preferencji konsumentów, wybór odpowiedniej odmiany ma kluczowe znaczenie [44,51]. Istnieje wiele badań oceniających przystosowanie upraw o wysokiej wartości, takich jak pomidor i bakłażan, do produkcji szklarniowej [52,53]. Nowe technologie hodowlane [50] ułatwiły rozwój nowych odmian o pożądanych cechach, a niektóre firmy rozpoczęły projektowanie roślin do wzrostu w kontrolowanym środowisku przy oświetleniu LED [20]. Jednak odmiany hodowano głównie w celu maksymalizacji plonów w bardzo zmiennych warunkach polowych [46]. Cechy upraw, takie jak tolerancja na suszę, upał i mróz – które są pożądane w uprawach polowych, ale zwykle powodują obniżenie plonów – na ogół nie są potrzebne w
rolnictwo w pomieszczeniach.
Kluczowe cechy, które można wykorzystać w celu dostosowania upraw o wyższej wartości do uprawy w pomieszczeniach, obejmują krótkie cykle życia, ciągłe kwitnienie, niski stosunek korzeni do pędów, lepszą wydajność przy niskim nakładzie energii fotosyntetycznej oraz pożądane cechy konsumentów, w tym smak, kolor, teksturę i specyficzną zawartość składników odżywczych [12,13]. Dodatkowo hodowla specjalnie pod kątem wyższej jakości da bardzo pożądane produkty o wysokiej wartości rynkowej. Widmem światła, temperaturą, wilgotnością i dostarczaniem składników odżywczych można zarządzać tak, aby zmienić akumulację związków docelowych w liściach i owocach [54,55] i zwiększyć wartość odżywczą upraw, w tym białka (ilość i jakość), witaminy A, C oraz E, karotenoidy, flawonoidy, minerały, glikozydy i antocyjany [12]. Na przykład, naturalnie występujące mutacje (u winorośli) i edycja genów (u kiwi) zostały wykorzystane do modyfikacji architektury roślin, co będzie przydatne do uprawy w pomieszczeniach na ograniczonych przestrzeniach. W niedawnym badaniu rośliny pomidora i wiśni zostały zaprojektowane przy użyciu CRISPR-Cas9, aby połączyć następujące trzy pożądane cechy: fenotyp karłowaty, zwarty pokrój wzrostu i przedwczesne kwitnienie. Przydatność otrzymanych „edytowanych” odmian pomidorów do stosowania w systemach upraw w pomieszczeniach została zweryfikowana za pomocą prób polowych i komercyjnych w gospodarstwach pionowych [56].
W przeglądzie hodowli molekularnej w celu stworzenia zoptymalizowanych upraw omówiono wartość dodaną produktów rolnych poprzez rozwijanie upraw rolniczych przynoszących korzyści zdrowotne i jako jadalnych leków [46]. Główne podejścia do rozwoju upraw rolniczych przynoszących korzyści zdrowotne zostały zidentyfikowane jako akumulacja dużych ilości pożądanego wewnętrznego składnika odżywczego lub redukcja niepożądanych związków oraz akumulacja cennych związków, które
nie są normalnie produkowane w uprawie.
4. Wyzwania i możliwości w uprawach chronionych i uprawach wewnętrznych
Zaawansowane uprawy chronione i gospodarstwa domowe mają stosunkowo niewielki wpływ na środowisko. Chociaż uprawa roślin pod osłonami jest bardziej energochłonna niż wiele innych metod uprawy, zdolność do łagodzenia wpływu pogody, zapewnienia identyfikowalności i uprawy żywności lepszej jakości promuje stałą dostawę produktów wysokiej jakości, przyciągając zyski, które znacznie przewyższają dodatkowe koszty produkcji [18]. Kluczowe wyzwania w uprawach chronionych obejmują:
• Wysokie koszty kapitałowe ze względu na wysokie ceny gruntów na obszarach śródmiejskich i podmiejskich;
• Wysokie zużycie energii;
• Popyt na wykwalifikowaną siłę roboczą;
• Zarządzanie chorobami bez kontroli chemicznych; oraz
• Opracowanie wskaźników jakości odżywczej — w celu określenia i poświadczania aspektów jakościowych produktów — dla upraw uprawianych w pomieszczeniach.
W następnej sekcji omówimy niektóre wyzwania i możliwości związane z uprawami chronionymi.
4.1. Optymalne warunki dla wysokiej produktywności i efektywnego wykorzystania zasobów
Lepsze zrozumienie wymagań upraw na różnych etapach wzrostu iw różnych warunkach oświetleniowych jest niezbędne, jeśli hodowcy mają utrzymać opłacalną produkcję roślinną w kontrolowanych środowiskach. Efektywne zarządzanie środowiskiem szklarniowym, w tym jego elementami klimatycznymi i odżywczymi oraz warunkami strukturalnymi i mechanicznymi, może znacząco podnieść jakość i plony owoców [57]. Czynniki środowiska wzrostu mogą wpływać na wzrost roślin, tempo ewapotranspiracji i cykle fizjologiczne. Wśród czynników klimatycznych promieniowanie słoneczne jest najważniejsze, ponieważ fotosynteza wymaga światła, a plony są wprost proporcjonalne do poziomu światła słonecznego aż do punktów nasycenia światłem dla fotosyntezy. Często precyzyjna kontrola środowiska wymaga dużych nakładów energetycznych, co zmniejsza opłacalność rolnictwa o kontrolowanym środowisku. Energia wymagana do ogrzewania i chłodzenia szklarni pozostaje głównym problemem i celem dla tych, którzy chcą obniżyć koszty energii [6]. Materiały do szklenia i innowacyjne technologie szkła, takie jak Smart Glass [58], oferują obiecujące możliwości obniżenia kosztów związanych z utrzymywaniem temperatury w szklarni i kontrolowaniem zmiennych środowiskowych. W dzisiejszych czasach innowacyjne technologie szklarskie i efektywne systemy chłodzenia są wprowadzane do upraw chronionych w obiektach szklarniowych. Materiały do oszklenia mają potencjał do zmniejszenia
zużycie energii elektrycznej, poprzez pochłanianie nadmiaru promieniowania słonecznego i przekierowywanie energii świetlnej do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą ogniw fotowoltaicznych [59,60].
Jednak materiały okrywowe wpływają na mikroklimat szklarni [61,62], w tym na światło [63], dlatego ważne jest, aby ocenić wpływ nowych materiałów glazurujących na wzrost i fizjologię roślin, wykorzystanie zasobów, plon i jakość plonów w środowiskach, w których czynniki takie jak CO2, temperatura, składniki odżywcze i nawadnianie są rygorystycznie kontrolowane. Na przykład pod kątem uprawy papryki (Capsicum annuum) testowano półprzezroczyste fotowoltaiki organiczne (OPV) oparte na mieszance regioregularnego poli(3-heksylotiofenu) (P3HT) i estru metylowego kwasu fenylo-C61-masłowego (PCBM). W cieniu OPV rośliny papryki wyprodukowały o 20.2% więcej masy owoców, a rośliny zacienione były o 21.8% wyższe pod koniec sezonu wegetacyjnego [64]. W innym badaniu zmniejszenie PAR spowodowane elastycznymi panelami fotowoltaicznymi na dachu nie wpłynęło na plon, morfologię roślin, liczbę kwiatów na gałęzi, kolor owoców, jędrność i pH [65].
Ultra-niskorefleksyjna folia „inteligentnego szkła”, Solar Gard™ ULR-80 [58], jest obecnie testowana w produkcji szklarniowej. Celem jest wykorzystanie potencjału materiałów szklarskich o regulowanej przepuszczalności światła i zmniejszenie wysokich kosztów energii związanych z operacjami w zaawansowanych technologicznie obiektach ogrodnictwa szklarniowego. Folia Smart Glass (SG) jest nakładana na standardowe szkło w poszczególnych zatokach szklarniowych w zakładach uprawiających rośliny warzywne z wykorzystaniem komercyjnych praktyk uprawy pionowej i zarządzania [66,67, 42]. Próby z bakłażanem w SG wykazały wyższą wydajność energetyczną i fertygację [58], ale także zmniejszony plon bakłażana, ze względu na wysoki wskaźnik aborcji kwiatów i/lub owoców w wyniku fotosyntezy ograniczonej światłem [XNUMX]. Zastosowana folia SG może wymagać modyfikacji w celu wygenerowania optymalnych warunków oświetleniowych i zminimalizowania ograniczeń światła w przypadku owoców o wysokiej zawartości węgla, takich jak bakłażan.
Zastosowanie nowatorskich, energooszczędnych materiałów szklarskich, takich jak szkło inteligentne, zapewnia doskonałą możliwość obniżenia kosztów energetycznych operacji szklarniowych i optymalizacji warunków oświetleniowych w uprawie docelowych upraw. Inteligentne folie osłonowe, takie jak folie rolnicze emitujące światło luminescencyjne (LLEAF) mają potencjał, aby wzmocnić, a także kontrolować wzrost wegetatywny i rozwój reprodukcyjny w uprawach chronionych za pomocą średniej technologii. LLEAF
Panele można testować na różnych roślinach kwitnących i niekwitnących, aby określić, czy przyczyniają się do zwiększenia wzrostu wegetatywnego i reprodukcyjnego (poprzez zmianę procesów fizjologicznych, które stanowią podstawę wzrostu roślin oraz produktywności i jakości upraw).
4.2. Zarządzanie szkodnikami i chorobami
Chociaż kontrolowane obiekty upraw chronionych mogą minimalizować szkodniki i choroby, po wprowadzeniu ich kontrola jest niezwykle trudna i kosztowna bez użycia toksycznych syntetycznych chemikaliów. Pionowe rolnictwo w pomieszczeniach pozwala na ścisłe monitorowanie upraw pod kątem oznak szkodników lub chorób, ręcznie i/lub automatycznie (przy użyciu technologii wykrywania), a przyjęcie nowych technologii robotycznych i/lub procedur teledetekcji ułatwi
wczesne wykrywanie ognisk i usuwanie chorych i/lub porażonych roślin [7].
Nowatorskie metody zintegrowanej ochrony przed szkodnikami (IPM) [68] będą wymagane do skutecznego zwalczania szkodników w szklarniach. Odpowiednie strategie zarządzania (kulturowe, fizyczne, mechaniczne, biologiczne i chemiczne), wraz z dobrymi praktykami kulturowymi, zaawansowanymi technikami monitorowania i precyzyjną identyfikacją mogą poprawić produkcję warzyw przy jednoczesnym zminimalizowaniu zależności od stosowania pestycydów. Zintegrowane podejście do zarządzania chorobami obejmuje stosowanie odpornych odmian uprawnych, warunki sanitarne, zdrowe praktyki kulturowe oraz właściwe stosowanie pestycydów [44]. Opracowanie nowatorskich strategii IPM może zminimalizować koszty pracy i potrzebę stosowania chemicznych pestycydów. Weźmy na przykład wykorzystanie nowych, hodowanych komercyjnie, naturalnie pożytecznych owadów (np. pryszczarka, siekaczówka itp.) do zwalczania szkodników upraw i zmniejszenia zależności od kontroli chemicznej. Testowanie różnych nowych IPM
Strategie, oddzielnie i w połączeniu, pomogą w opracowaniu zaleceń dla hodowców dla poszczególnych upraw i obiektów.
4.3. Jakość upraw i wartości odżywcze
Uprawy chronione zapewniają hodowcom i partnerom przemysłowym wysokie plony i wysokiej jakości produkty przez cały rok [69]. Uprawa owoców i warzyw premium wymaga jednak wysokowydajnych badań parametrów żywieniowych i jakościowych [70]. Podstawowe parametry jakości owoców to zawartość wilgoci, pH, całkowita rozpuszczalna sucha masa, popiół, barwa owoców, kwas askorbinowy i kwasowość miareczkowa oraz zaawansowane parametry odżywcze, w tym cukry, tłuszcze, białko, witaminy i przeciwutleniacze; Pomiary jędrności i utraty wody mają również kluczowe znaczenie dla określenia wskaźników jakości [66]. Co więcej, wysokoprzepustowe testy jakości plonów można by włączyć do zautomatyzowanego systemu operacji szklarniowych. Badania przesiewowe dostępnych genotypów upraw pod kątem parametrów jakościowych zapewnią hodowcom i konsumentom nowe, wartościowe, bogate w składniki odżywcze odmiany owoców i warzyw. Strategie agronomiczne, w tym środowisko wzrostu i praktyki zarządzania uprawami, będą musiały zostać zoptymalizowane, aby zwiększyć produkcję i gęstość składników odżywczych roślin w tych uprawach o wysokiej wartości.
4.4. Zatrudnienie i dostępność wykwalifikowanej siły roboczej
Zapotrzebowanie na siłę roboczą w branży upraw chronionych rośnie (>5% rocznie) i szacuje się, że ponad 10,000 XNUMX osób w całej Australii jest obecnie zatrudnionych bezpośrednio przez przemysł. Pomimo wysokiego poziomu automatyzacji uprawy chronione na dużą skalę wymagają znacznej siły roboczej, zwłaszcza w zakresie zakładania upraw, konserwacji upraw, zapylania mechanicznego i zbioru produktów. Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem
w przypadku wysoko wykwalifikowanych hodowców podaż odpowiednio wykwalifikowanych pracowników pozostaje niska [18,71]. Wykwalifikowana siła robocza będzie również potrzebna do rozwoju miejskiego rolnictwa pionowego, które wygeneruje nowe kariery dla technologów, kierowników projektów, pracowników utrzymania ruchu oraz personelu marketingu i handlu detalicznego [7]. Stworzenie wielofunkcyjnych, zaawansowanych obiektów na skalę komercyjną zapewniłoby możliwość odpowiedzi na pytania badawcze, wspierając w ten sposób cel, jakim jest maksymalizacja wydajności w różnorodnych uprawach, zapewniając jednocześnie edukację i szkolenie w zakresie umiejętności, które mogą być bardzo pożądane w przyszłym sektorze upraw chronionych.
5. Wnioski
W zaawansowanych technologicznie szklarniach z inteligentną technologią istnieje ogromny potencjał poprawy rentowności poprzez automatyzację krytycznych i/lub pracochłonnych obszarów, takich jak monitorowanie upraw, zapylanie i zbiory. Rozwój sztucznej inteligencji, robotyki i ML otwierają nowe wymiary upraw chronionych. Farmy wertykalne stanowią niewielką część światowego rynku rolnego i mimo że są bardzo energochłonne, rolnictwo wertykalne oferuje niezrównaną wydajność przy wysokim poziomie wydajności wody i składników odżywczych. Ekonomiczna produkcja różnorodnych upraw jest niezbędna, jeśli produkcja upraw chronionych ma mieć znaczący pozytywny wpływ na globalne bezpieczeństwo żywnościowe. Systemy upraw chronionych o niskiej i średniej technologii produkują głównie uprawy pomidorów, ogórków, cukinii, papryki, bakłażana i sałaty, a także azjatyckie warzywa i zioła.
Rozwój zakładów o kontrolowanym środowisku na dużą skalę w Australii ograniczył się przede wszystkim do uprawy pomidorów. Opracowanie odpowiednich odmian będzie wymagało optymalizacji kilku kluczowych cech, które różnią się od tych uważanych za pożądane w uprawach polowych. Kluczowe cechy, na które można dążyć do uprawy w pomieszczeniach, to skrócony cykl życia upraw, ciągłe kwitnienie, niski stosunek korzeni do pędów, zwiększona wydajność w warunkach niskiej fotosyntezy
nakład energetyczny i pożądane cechy konsumentów, takie jak smak, kolor, konsystencja i zawartość określonych składników odżywczych.
Ponadto hodowla specjalnie pod kątem upraw o wyższej jakości i większej gęstości odżywczej da pożądane produkty ogrodnicze (i potencjalnie lecznicze) o doskonałej wartości rynkowej. Rentowność i trwałość upraw chronionych zależy od opracowania rozwiązań podstawowych wyzwań, w tym kosztów początkowych, zużycia energii, wykwalifikowanej siły roboczej, zwalczania szkodników i opracowywania wskaźników jakości.
Nowatorskie materiały do oszklenia i postęp technologiczny, który jest obecnie badany lub testowany, oferują rozwiązania, które odpowiadają na jedno z najpilniejszych wyzwań związanych z uprawą chronioną. Te postępy mogą potencjalnie zapewnić niezbędny impuls, aby pomóc chronionemu sektorowi upraw przejść na zrównoważony i opłacalny poziom efektywności energetycznej oraz spełnić rosnące wymagania dotyczące bezpieczeństwa żywnościowego, przy jednoczesnym zachowaniu jakości upraw i wartości odżywczych.
treści i minimalizowanie szkodliwego wpływu na środowisko.
Wkład autora: SGC napisał recenzję z wkładem i korektą dostarczonymi przez DTT, Z.-HC, OG i CIC. Wszyscy autorzy przeczytali i zgodzili się na opublikowaną wersję manuskryptu.
Finansowanie: Przegląd został oparty na raporcie zleconym i sfinansowanym przez Centrum Badań Kooperacyjnych Systemów Przyszłości, które wspiera branżową współpracę między przemysłem, badaczami i społecznością. Otrzymaliśmy również wsparcie finansowe z projektów Horticulture Innovation Australia (numer grantu VG16070 dla DTT, Z.-HC, OG, CIC; numer grantu VG17003 dla DTT, Z.-HC; numer grantu LP18000 dla Z.-HC) oraz projekt CRC P2 -013 (DTT, Z.-HC, OG, CIC).
Oświadczenie instytucjonalnej komisji rewizyjnej: Nie dotyczy.
Oświadczenie o świadomej zgodzie: Nie dotyczy.
Oświadczenie o dostępności danych: Nie dotyczy.
Konflikt interesów: Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Referencje
1. Departament Spraw Gospodarczych i Społecznych ONZ. Dostępne online: https://www.un.org/development/desa/en/news/population/2018-revision-of-world-urbanization-prospects.html (dostęp 13 kwietnia 2022 r.).
2. Departament Spraw Gospodarczych i Społecznych ONZ. Dostępne online: https://www.un.org/development/desa/publications/world-population-prospects-2019-highlights.html (dostęp 13 kwietnia 2022 r.).
3. Binny, CW; Lee, MK; Maycock, B.; Torheim, LE; Nanishi, K.; Duong, DTT Zmiany klimatyczne, zaopatrzenie w żywność i wytyczne dietetyczne. Annu. Rev. Zdrowie publiczne 2021, 42, 233–255. [CrossRef] [PubMed] 4. Valin, H.; Piaski, RD; Van Der Mensbrugghe, D.; Nelsona, GC; Ahammad, H.; Blanc, E.; Bodirski, B.; Fujimori, S.; Hasegawa, T.; Havlik, P.; i in. Przyszłość popytu na żywność: Zrozumienie różnic w globalnych modelach ekonomicznych. Rolnictwo. Ekon. 2014, 45, 51–67. [CrossRef] 5. Hughes, N.; Lu, M.; Ying Soh, W.; Lawson, K. Symulacja wpływu zmian klimatycznych na rentowność gospodarstw australijskich. W dokumencie roboczym ABARES; Rząd Australii: Canberra, Australia, 2021. [CrossRef] 6. Rabin, B.; Chen, Z.-H.; Sethuvenkatraman, S. Uprawy chronione w ciepłym klimacie: przegląd metod kontroli wilgotności i chłodzenia. Energie 2019, 12, 2737. [CrossRef] 7. Benke, K.; Tomkins, B. Przyszłe systemy produkcji żywności: rolnictwo pionowe i rolnictwo w środowisku kontrolowanym. Podtrzymywać. Nauka. Ćwicz. Polityka 2017, 13, 13–26. [CrossRef] 8. Mougeot, LJA Rozwój lepszych miast: rolnictwo miejskie na rzecz zrównoważonego rozwoju; IDRC: Ottawa, ON, Kanada, 2006; ISBN 978-1-55250-226-6.
9. Pearson, LJ; Pearson L.; Pearson, CJ Zrównoważone rolnictwo miejskie: przegląd i możliwości. wewn. J. Rolnictwo. Podtrzymywać. 2010, 8, 7-19. [CrossRef] 10. Tout, D. Przemysł ogrodniczy prowincji Almería, Hiszpania. geograficzny J. 1990, 156, 304-312. [CrossRef] 11. Henry, R. Innowacje w rolnictwie i dostawach żywności w odpowiedzi na pandemię COVID-19. Mol. Roślina 2020, 13, 1095-1097. [CrossRef] 12. O'Sullivan, C.; Bonnett, G.; McIntyre, C.; Hochman Z.; Wasson, A. Strategie poprawy produktywności, różnorodności produktów i rentowności rolnictwa miejskiego. Rolnictwo. Syst. 2019, 174, 133–144. [CrossRef] 13. O'Sullivan, Kalifornia; McIntyre'a, CL; Suche, IB; Hani SM; Hochman Z.; Bonnett, GD Pionowe gospodarstwa rolne przynoszą owoce. Nat. Biotechnologia. 2020, 38, 160-162. [CrossRef] 14. Cuesta Roble Releases. Globalne statystyki cieplarniane. 2019. Dostępne online: https://www.producegrower.com/article/cuestaroble-2019-global-greenhouse-statistics/ (dostęp 13 kwietnia 2022).
15. Hadley, D. Potencjał przemysłu ogrodniczego w kontrolowanym środowisku w NSW; Uniwersytet Nowej Anglii: Armidale, Australia, 2017; p. 25.
16. Mapa warzyw świata. 2018. Dostępne online: https://research.rabobank.com/far/en/sectors/regional-food-agri/world_ vegetable_map_2018.html (dostęp 13 kwietnia 2022 r.).
17. Graeme Smith Consulting — ogólne informacje branżowe. Dostępne online: https://www.graemesmithconsulting.com/index. php/information/general-industry-information (dostęp 13 kwietnia 2022 r.).
18. Davis, J. Uprawa upraw chronionych w Australii do 2030 r.; Uprawy chronione Australia: Perth, Australia, 2020; p. 15.
19. Agrilyst. Stan rolnictwa w pomieszczeniach; Agrilyst: Brooklyn, Nowy Jork, USA, 2017.
20. Rolnictwo bezglebowe w pomieszczeniach: Faza I: Badanie przemysłu i wpływu kontrolowanego środowiska Rolnictwo|Publikacje|WWF.
Dostępne online: https://www.worldwildlife.org/publications/indoor-soilless-farming-phase-i-examining-the-industry-andimpacts-of-control-environment-agriculture (dostęp 13 kwietnia 2022 r.). Zbiory 2022, 2 184
21. Emmott, CJM; Röhr, JA; Campoy-Quiles, M.; Kirchartz, T.; Urbina, A.; Ekins-Daukes, NJ; Nelson, J. Organiczne ogniwa fotowoltaiczne
szklarnie: wyjątkowa aplikacja dla półprzezroczystego PV? Środowisko energetyczne. Nauka. 2015, 8, 1317-1328. [CrossRef] 22. Marucci, A.; Zambon, I.; Colantoni, A.; Monarca, D. Połączenie celów rolniczych i energetycznych: Ocena prototypu fotowoltaicznego tunelu szklarniowego. Odnowić. Podtrzymywać. Energy Rev. 2018, 82, 1178-1186. [CrossRef] 23. Torrellas, M.; Anton, A.; Lopez, JC; Baeza, EJ; Parra, JP; Muñoz, P.; Montero, JI LCA uprawy pomidora w wielotunelowej szklarni w Almerii. wewn. J. Ocena cyklu życia. 2012, 17, 863-875. [CrossRef] 24. Caponetto, R.; Fortuna, L.; Nunnari, G.; Occhipinti, L.; Xibilia, MG Soft computing do kontroli klimatu w szklarniach. IEEE Trans. Rozmyty Syst. 2000, 8, 753-760. [CrossRef] 25. Guo, D.; Juan, J.; Chang, L.; Zhang, J.; Huang, D. Dyskryminacja stanu wody strefy korzeniowej roślin w produkcji szklarniowej na podstawie fenotypowania i technik uczenia maszynowego. Nauka. Rep. 2017, 7, 8303. [CrossRef] 26. Hassabis, D. Sztuczna inteligencja: Mecz szachowy stulecia. Natura 2017, 544, 413–414. [CrossRef] 27. Hemming, S.; de Zwart, F.; Elings, A.; Righini, I.; Petropoulou, A. Zdalne sterowanie produkcją warzyw szklarniowych za pomocą sztucznej inteligencji — klimat szklarniowy, nawadnianie i uprawa roślin. Sensors 2019, 19, 1807. [CrossRef] [PubMed] 28. Taki, M.; Abdanan Mehdizadeh, S.; Rohani, A.; Rahnama, M.; Rahmati-Joneidabad, M. Stosowane uczenie maszynowe w symulacji szklarni; nowa aplikacja i analiza. Inf. Przetwórstwo Rolne. 2018, 5, 253–268. [CrossRef] 29. Szamsziri, RR; Hameed, IA; Thorp, KR; Balasundram, SK; Shafian S.; Fatemieh, M.; Sułtan M.; Mahns, B.; Samiei, S. Automatyka szklarniowa wykorzystująca czujniki bezprzewodowe i instrumenty IoT zintegrowane ze sztuczną inteligencją; IntechOpen: Rijeka, Chorwacja, 2021; ISBN 978-1-83968-076-2.
30. Subeesz, A.; Mehta, CR Automatyzacja i cyfryzacja rolnictwa z wykorzystaniem sztucznej inteligencji i internetu rzeczy. Art. Intel. Rolnictwo. 2021, 5, 278–291. [CrossRef] 31. Lehnert, C.; McCool, C.; Sa, I.; Perez, T. Robot do zbioru słodkiej papryki do upraw chronionych. arXiv 2018, arXiv:1810.11920.
32. Lehnert, C.; McCool, C.; Corke, P.; Sa, I.; Stachniss, C.; Henten, EJV; Nieto, J. Wydanie specjalne dotyczące robotyki rolniczej. J. Robot polowy. 2020, 37, 5-6. [CrossRef] 33. Szamsziri, R.; Weltzien, C.; Hameed, IA; Yule, IJ; Grift, TE; Balasundram, SK; Pitonakova, L.; Ahmad, D.; Chowdhary, G. Badania i rozwój w robotyce rolniczej: perspektywa rolnictwa cyfrowego. wewn. J. Rolnictwo. Biol. inż. 2018, 11, 1–14. [CrossRef] 34. Balendonck, J. Robot Sweeper zbiera pierwsze papryki. Zielony. wewn. Mag. Zielony. Rosnąć. 2017, 6, 37.
35. Yuan, T.; Zhang S.; Sheng, X.; Wang, D.; Gong, Y.; Li, W. Autonomiczny robot zapylający do hormonalnej kuracji kwiatu pomidora w szklarni. In Proceedings of the 2016 3.rd International Conference on Systems and Informatics (ICSAI), Szanghaj, Chiny, 19–21 listopada 2016; s. 108–113.
36. Meharg, AA Perspektywa: Rolnictwo miejskie wymaga monitorowania. Natura 2016, 531, S60. [CrossRef] [PubMed] 37. Thomaier, S.; Spect, K.; Henckel, D.; Dierich, A.; Siebert R.; Freisinger, UB; Sawicka, M. Uprawianie gospodarstw wi na budynkach miejskich: Aktualna praktyka i specyficzne nowości w rolnictwie zerowym (ZFarming). Odnowić. Rolnictwo. System Żywności. 2015, 30, 43–54. [CrossRef] 38. Ghannoum, O. Zielone pędy zdrowienia. Otwarte Forum. 2020. Dostępne online: https://www.openforum.com.au/the-greenshoots-of-recovery/ (dostęp 13 kwietnia 2022).
39. Despommier, D. Rolnictwo miasta: Powstanie miejskich wertykalnych farm. Trendy Biotechnologia. 2013, 31, 388–389. [CrossRef] 40. Yang, J.; Liu, M.; Lu, J.; Miao, Y.; Hossain, MA; Alhamid, MF Botaniczny internet rzeczy: w kierunku inteligentnego rolnictwa w pomieszczeniach przez
łączenie ludzi, roślin, danych i chmur. Tłum. Sieć Zał. 2018, 23, 188–202. [CrossRef] 41. Samaranajake, P.; Liang, W.; Chen, Z.-H.; Tkanka, D.; Lan, Y.-C. Zrównoważone uprawy chronione: studium przypadku sezonowego wpływu na zużycie energii w szklarni podczas produkcji papryki. Energie 2020, 13, 4468. [CrossRef] 42. Lin, T.; Goldsworthy, M.; Chavan, S.; Liang, W.; Maier, C.; Ghannoum, O.; Cazzonellego, CI; Tkanka, DT; Lan, Y.-C.;
Sethuvenkatraman, S.; i in. Nowatorski materiał pokryciowy poprawia energię chłodzenia i wydajność fertygacji w produkcji bakłażana szklarniowego. Energia 2022, 251, 123871. [CrossRef] 43. Samaranayake, P.; Maier, C.; Chavan, S.; Liang, W.; Chen, Z.-H.; Tkanka, DT; Lan, Y.-C. Minimalizacja energii w chronionym obiekcie upraw za pomocą wielotemperaturowych punktów akwizycji i kontroli ustawień wentylacji. Energie 2021, 14, 6014. [CrossRef] 44. FAO. Dobre praktyki rolnicze dla upraw warzyw szklarniowych: zasady dla obszarów o klimacie śródziemnomorskim; papier do produkcji i ochrony roślin FAO; FAO: Rzym, Włochy, 2013; ISBN 978-92-5-107649-1.
45. Hort Innovation Protected Cropping — przegląd badań i identyfikacja luk w zakresie badań i rozwoju w zakresie warzyw (VG16083). Dostępne online: https://www.horticulture.com.au/growers/help-your-business-grow/research-reports-publications-factsheets-and-more/project-reports/vg16083-1/vg16083/ (dostęp na 13 kwietnia 2022).
46. Hiwasa-Tanase, K.; Ezura, H. Hodowla molekularna w celu stworzenia zoptymalizowanych upraw: od manipulacji genetycznych po potencjalne zastosowania w fabrykach roślin. Przód. Roślina Sci. 2016, 7, 539. [CrossRef] 47. Kozai, T. Dlaczego oświetlenie LED dla rolnictwa miejskiego? W oświetleniu LED dla rolnictwa miejskiego; Kozai T., Fujiwara K., Runkle ES, wyd.; Springer: Singapur, 2016; s. 3-18. ISBN 978-981-10-1848-0.
48. Kwon, S.; Lim, J. Poprawa efektywności energetycznej fabryk roślinnych poprzez pomiar potencjału bioelektrycznego roślin. w informatyce w sterowaniu, automatyce i robotyce; Tan, H., wyd.; Springer: Berlin/Heidelberg, Niemcy, 2011; s. 641–648.
49. Cocetta, G.; Casciani, D.; Bulgari, R.; Musante, F.; Kołton A.; Rossi, M.; Ferrante, A. Efektywność wykorzystania światła w produkcji warzyw
w środowiskach chronionych i wewnętrznych. Eur. Fiz. J. Plus 2017, 132, 43. [CrossRef] Uprawy 2022, 2 185
50. Jones, M. Nowe technologie hodowlane i możliwości dla australijskiego przemysłu warzywnego; Horticulture Innovation Australia Limited: Sydney, Australia, 2016.
51. Tüzel, Y.; Leonardi, C. Uprawa chroniona w regionie śródziemnomorskim: Trendy i potrzeby. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Derg. 2009, 46, 215–223.
52. Bergougnoux, V. Historia pomidora: od udomowienia do biofarmacji. Biotechnologia. Adv. 2014, 32, 170-189. [CrossRef] [PubMed] 53. Taher, D.; Solberg, SO; Prohens, J.; Chou, Y.; Rakha, M.; Wu, T. Zbiór bakłażanów w światowym centrum warzyw: Pochodzenie, skład, rozpowszechnianie nasion i wykorzystanie w hodowli. Z przodu. Roślina Sci. 2017, 8, 1484. [CrossRef] [PubMed] 54. Hasana, MM; Bashir, T.; Ghosh, R.; Lee, SK; Bae, H. Przegląd wpływu diod LED na produkcję związków bioaktywnych i jakość upraw. Cząsteczki 2017, 22, 1420. [Odn.] 55. Piovene, C.; Orsini, F.; Bosi S.; Sanoubar R.; Bregola, V.; Dinelli, G.; Gianquinto, G. Optymalny stosunek koloru czerwonego do niebieskiego w oświetleniu ledowym dla nutraceutyków w ogrodnictwie wewnętrznym. Sci. Hortyczny. 2015, 193, 202-208. [Odn.] 56. Kwon, C.-T.; Heo, J.; Cytryna, ZH; Kapua, Y.; Huttona, SF; Van Eck, J.; Park, SJ; Lippman, ZB Szybka personalizacja upraw owoców psiankowatych dla rolnictwa miejskiego. Nat. Biotechnologia. 2020, 38, 182-188. [Odn.] 57. Szamsziri, RR; Jones, ŚJ; Thorp, KR; Ahmad, D.; Człowiek, HC; Taheri, S. Przegląd optymalnej temperatury, wilgotności i niedoboru ciśnienia pary do oceny i kontroli mikroklimatu w szklarniowej uprawie pomidora: przegląd. Int. Agrofia. 2018, 32, 287-302. [Odn.] 58. Chavan, SG; Maier, C.; Alagoz, Y.; Filipa, JC; Warren, CR; Lin, H.; Jia, B.; Loik, ja; Cazzonellego, CI; Chen, ZH; i in. Ograniczona fotosynteza pod wpływem energooszczędnego filmu zmniejsza plon bakłażana. Bezpieczeństwo Energii Żywności. 2020, 9, e245. [Odn.] 59. Timmermans, GH; Duma, RF; Lin, J.; Debije, MG Podwójne „inteligentne” okno luminescencyjne reagujące na ciepło i elektryczność. Zał. Sci. 2020, 10, 1421. [Odn.] 60. Yin, R.; Xu, P.; Shen, p. Studium przypadku: Oszczędność energii dzięki słonecznej folii okiennej w dwóch budynkach komercyjnych w Szanghaju. Budowanie energii. 2012, 45, 132-140. [Odn.] 61. Kim, HK; Lee, S.-Y.; Kwon, JK; Kim, Y.-H. Ocena wpływu materiałów osłonowych na mikroklimat szklarni i wydajność cieplną. Agronomia 2022, 12, 143. [Odn.] 62. On, X.; Maier, C.; Chavan, SG; Zhao, CC; Alagoz, Y.; Cazzonelli, C.; Ghannoum, O.; Tkanka, DT; Chen, Z.-H. Zmieniające światło materiały osłonowe i zrównoważona produkcja warzyw w szklarniach: przegląd. Regulamin Wzrostu Roślin. 2021, 95, 1-17. [Odn.] 63. Timmermans, GH; Hemming, S.; Baeza, E.; Thor, EAJV; Schenninga, APHJ; Debije, MG Zaawansowane materiały optyczne do kontroli światła słonecznego w szklarniach. Adv. Opt. Matko. 2020, 8, 2000738. [Odn.] 64. Zisis, C.; Pechlivani, EM; Tsimikli, S.; Mekeridis, E.; Laskarakis, A.; Logothetidis, S. Fotowoltaika organiczna na dachach szklarni: Wpływ na wzrost roślin. Matko. Dzisiaj proc. 2019, 19, 65-72. [Odn.] 65. Aroca-Delgado, R.; Pérez-Alonso, J.; Callejón-Ferre, Á.-J.; Diaz-Pérez, M. Morfologia, plon i jakość uprawy pomidorów szklarniowych z elastycznymi panelami fotowoltaicznymi (Almería-Hiszpania). Sci. Hortyczny. 2019, 257, 108768. [Odn.] 66. On, X.; Chavan, SG; Hamoui, Z.; Maier, C.; Ghannoum, O.; Chen, Z.-H.; Tkanka, DT; Cazzonelli, CI Inteligentna folia szklana redukuje kwas askorbinowy w odmianach owoców papryki czerwonej i pomarańczowej bez wpływu na trwałość. Rośliny 2022, 11, 985. [Odn.] 67. Zhao, C.; Chavan, S.; On, X.; Zhou, M.; Cazzonellego, CI; Chen, Z.-H.; Tkanka, DT; Ghannoum, O. Inteligentne szkło wpływa na wrażliwość aparatów szparkowych papryki szklarniowej poprzez zmianę światła. J. Exp. Nerw. 2021, 72, 3235-3248. [Odn.] 68. Pilkington, LJ; Messelink, G.; van Lenteren, JC; Le Mottee, K. „Chroniona kontrola biologiczna” — Biologiczne zwalczanie szkodników w przemyśle szklarniowym. Biol. Kontrola 2010, 52, 216–220. [Odn.] 69. Sonneveld, C.; Voogt, W. Odżywianie roślin w przyszłej produkcji szklarniowej. W żywieniu roślin upraw szklarniowych; C. Sonneveld, W. Voogt, wyd.; Springer: Dordrecht, Holandia, 2009; s. 393-403.
70. Treftz, C.; Omaye, ST Analiza składników pokarmowych glebowych i bezglebowych truskawek i malin uprawianych w szklarni. Żywność Nutr. Nauka. 2015, 6, 805-815. [CrossRef] 71. Oferowanie możliwości dalszej edukacji członkom branży warzywnej. AUSVEG. 2020. Dostępne online: https://ausveg.com.au/
artykuły/oferta-dalsza-edukacja-opportunities-to-veg-industry-members/ (dostęp 13 kwietnia 2022 r.).