Чтобы собирать томаты за полярным кругом и есть землянику прямо с грядки, жителям Арктики не нужно ждать глобального потепления. Выращивать растения в любой точке мира помогут сити-фермы или, как их еще называют, вертикальные теплицы.
Что это за чудо техники, как свет может «программировать» растения и с каких пор они не боятся холода, порталу наука.рф рассказал заведующий кафедрой физиологии растений РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева, руководитель проекта «Умная сити-ферма», реализуемого в Научном центре мирового уровня «Агротехнологии будущего», профессор Иван Тараканов.
Сити-фермами называют многоярусные теплицы, в которых выращивают растения в помещении — под искусственным светом. Причем это могут быть и огромные городские фермы на нескольких гектаров, и небольшие модули, которые занимают не больше квадратного метра — такие теплицы можно установить даже у себя в квартире.
Созревание здесь идет быстрее, чем на обычных грядках — за год с одной теплицы удается собирать урожай до 12 раз! На вертикальных фермах выращивают салатные культуры, ягоды и специальные сорта овощей, в частности, карликовые томаты.
«Это компактные растения, как правило скороспелые, быстро накапливающие биомассу. Они отличаются высокими вкусовыми качествами. Сейчас начинает развиваться селекция, направленная специально на выведение сортов и гибридов для выращивания в этих условиях», — отметил Иван Тараканов.
В вертикальных теплицах высаживают и микрозелень — побеги растений. По словам ученого, это очень популярное направление. Дело в том, что за такими культурами просто следить, при этом они очень полезны. Так, у молодых проростков (подсолнечника, базилика, амаранта, гороха и т. д.) очень высокое содержание витаминов, физиологически активных соединений и ферментов.
На сити-фермах флоре не страшны болезни и вредители, ведь они растут почти в стерильных условиях. Поэтому селекционеры могут направить все силы не на выведение «выносливых» растений, а на выращивание сортов с полезными для человека свойствами: тех, что быстро наращивают биомассу и синтезируют важные витамины, физиологически активные вещества и антиоксиданты, что сегодня очень актуально.
Для чего в России развивать это направление? У нас в стране есть отдаленные территории, куда привезти те же томаты довольно трудно. Особенно остро стоит эта проблема в северных широтах, за полярным кругом.
По мнению исследователей, в таких местах сити-фермы могут повысить уровень жизни. Появившись в небольших северных городах, поселках вахтовиков на буровых или нефтяных приисках, в воинских гарнизонах, на метеостанциях, они разнообразят рацион местных жителей.
«Здесь используются унифицированные технологии — небольшая сити-ферма обеспечит необходимой салатно-зеленной продукцией население небольшого поселка. Причем это может быть автономная система», — подчеркнул Иван Тараканов.
В перспективе арктическая сити-ферма — это как стационарное сооружение, например, размещенное в бывших производственных цехах, так и система, «запакованная» в специальные контейнеры — их можно установить на морских судах, которые курсируют по Северному морскому пути.
Ученый уточнил, что первые такие системы появятся на севере в течение ближайших лет. У современных технологий невероятный потенциал, добавил он. Кто бы мог подумать, что в будущем даже Арктика может стать новым аграрным районом, «новой целиной».
Ученые прошли долгий путь, чтобы заговорить об «озеленении» севера с помощью сити-ферм. О выращивании растений в тепличных условиях, под искусственным светом, начал говорить еще Климент Тимирязев — он доказывал эффективность этого подхода с помощью опытов.
Технологии для создания знакомых нам сити-ферм начали активно развиваться во второй половине прошлого века. Иван Тараканов рассказал, что в то время первыми о вертикальных теплицах задумались ученые Юго-Восточной Азии. Из-за ограниченности площадей было намного выгоднее высаживать грядки друг над другом и в итоге превращать один квадратный метр земли в десять.
Постепенно технология разошлась по всему миру и быстро прижилась в развитых странах. Сегодня ею пользуются жители Японии, Китая, США, ОАЭ, многих европейских стран. И этот рынок постоянно растет — все больше людей хотят иметь свежие фрукты и овощи под рукой. Сити-фермы можно разместить повсюду: на складе бывшей фабрике, в многоквартирном доме и даже в офисе.
В нашей стране технология появилась в 2010-е годы. Сейчас сити-фермы есть как в регионах (например, в Новосибирске, в Брянске), так и в столице. В Москве работает уже более десятка вертикальных ферм. Каждый год они производят свыше 280 тонн продукции. Интересно, что среди этих ферм и одна из крупнейших не только в России, но и в Европе — она находится около станции метро Домодедовская.
Более того, некоторые горожане устраивают у себя сити-фермы прямо в подъездах. В столице такую можно встретить в одном из многоквартирных домов на улице Островитянова.
Если за домашней сити-фермой уследит даже любитель, то с фермой, где растения выращивают в промышленных масштабах, одному садоводу уже не справиться. Поэтому на ней обычно работает большой коллектив специалистов, а помогает им искусственный интеллект.
Как рассказал Иван Тараканов, на промышленных сити-фермах есть самые разные приборы и датчики. В их числе камеры, тепловизоры — с их помощью измеряют температуру листьев, чтобы оценить скорость испарения воды. Если датчик показывает, что температура падает, значит, жидкость активно испаряется, и специалистам нужно учесть этот момент в работе системы полива и поддержания микроклимата.
«Мы планируем, что через какое-то время появятся полностью автономные сити-фермы. Они будут управляться системой искусственного интеллекта, который на основе анализа больших данных при сборе информации, поступающей с различных датчиков, сможет следить за производственными мощностями и корректировать их работу. Он станет регулировать параметры микроклимата, оптимизировать процесс нарастания биомассы, добиваться синтеза в ней важных функциональных соединений», — поделился планами биолог.
Впрочем, роботы не смогут полностью заменить людей — даже на автоматизированной сити-ферме будет работать множество специалистов в самых разных сферах: агрономы, биологи, инженеры, программисты, специалисты по робототехнике. Кроме того, уже появляется и новая профессия — сити-фермер. Она включена в «Атлас профессий будущего».
В итоге именно человек будет принимать все ключевые решения на производстве, и ему откроются новые возможности. Например, специалисты смогут работать удаленно, контролируя все процессы с помощью тех же смартфонов. Это станет отправной точкой для повышения эффективности труда и облегчения его условий, убежден Иван Тараканов.
Еще одна особенность и одновременно преимущество сити-ферм в том, что на них растения можно по-настоящему «программировать». Ученые могут ускорить или замедлить рост, добавить в них больше витаминов или других полезных веществ. И все это — с помощью света.
Способ выращивания растений в закрытых системах с использованием искусственного освещения называется светокультурой. Они не «видят» солнца, но его заменяют светодиодные светильники, а при правильном подборе спектрального состава света овощи, зелень и фрукты могут стать только полезнее. Правда, для этого нужно найти правильный подход к их выращиванию, разработать световые «рецепты» с учетом биологических особенностей растений.
Сегодня в России влияние света на флору, наряду с исследователями из других центров, изучают ученые Тимирязевской академии. Они исследуют, как оптическое излучение действует на нее и ищут наиболее удачные и безопасные решения для «программирования» роста и развития растений на сити-фермах.
«Под влиянием измененного спектрального состава света возможно изменение процессов жизнедеятельности, в частности, метаболизма растений. Также иногда возникают новые соединения, причем не все из них могут быть безопасны или желательны для человека. Мы в академии занимаемся изучением и этих вопросов. Потому что проблема безопасности продукции для нас стоит на первом месте», — подчеркнул собеседник портала наука.рф.
Чтобы выстроить правильный световой режим, ученые используют светодиоды. Они не обжигают листья и помогают экономить энергию, так как потребляют в два раза меньше энергии, чем, к примеру, натриевые лампы высокого давления.
Правильное освещение позволяет повысить эффективность выращивания растений, причем не только традиционных культур защищенного грунта, но и, например, лекарственных растений. Так, в солодке одно из ключевых соединений– глицирризин. И, как обнаружили исследователи, если это растение вырастить с добавлением в спектр оптического излучения ультрафиолетового света, то содержание глицирризина в нем удвоится. Это активное вещество обладает антибактериальными и противовоспалительными свойствами. Его применяют в медицине, в частности, для лечения заболеваний дыхательных путей и устранения бактериальной инфекции.
Другое полезное растение, которое можно высадить на вертикальной ферме, — это стевия, из нее получают сахарозаменитель стевиозид. Интересно, что его экстракт примерно в 300 раз слаще сахарозы, и при этом безвреден для людей с сахарным диабетом. А на сити-фермах под искусственным освещением стевию можно выращивать гораздо эффективнее и быстрее, чем в других условиях.
Сити-фермы — это уникальное явление. Они полезны как для отдельных людей и их семей, так и для целых стран. Ведь для городских жителей сити-фермы станут приятным домашним атрибутом, благодаря которому на столе всегда будут свежие овощи и травы. А для производства в масштабах страны — возможностью усовершенствовать сельское хозяйство и развить его на самых неожиданных территориях, таких как тундра или пустыни.
Источник
