Sachin G. Chavan (1,2,*), Zhong-Hua Chen (1,3), Oula Ghannoum (1), Christopher I. Cazzonelli (1) in David T. Tissue 1,2)
1. Nacionalni center za zaščiteno pridelavo zelenjave, Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney
Univerza, Locked Bag 1797, Penrith, NSW 2751, Avstralija; 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. Global Center for Land Based Innovation, Hawkesbury Campus, Western Sydney University,
Richmond, NSW 2753, Avstralija
3. Šola znanosti, Univerza Western Sydney, Penrith, NSW 2751, Avstralija
* Korespondenca: s.chavan@westernsydney.edu.au; Tel.: +61-2-4570-1913
Minimalizem: Zaščitena pridelava ponuja način za spodbujanje proizvodnje hrane glede na podnebne spremembe
in zagotavljati zdravo hrano trajnostno z manj viri. Vendar, da bi ta način kmetovanja
ekonomsko upravičena, moramo razmisliti o statusu zaščitenega pridelka v kontekstu razpoložljivega
tehnologije in ustrezne ciljne vrtnarske kulture. Ta pregled opisuje obstoječe priložnosti
in izzive, ki jih je treba obravnavati s stalnimi raziskavami in inovacijami v tem vznemirljivem vendar
kompleksno polje v Avstraliji. Notranji kmetijski objekti so na splošno razvrščeni v naslednje tri kategorije
stopnje tehnološkega napredka: nizko-, srednje- in visokotehnološki z ustreznimi izzivi
ki zahtevajo inovativne rešitve. Poleg tega so omejitve rasti rastlin v zaprtih prostorih in zaščitene
sistemi pridelave (npr. visoki stroški energije) so uporabo kmetovanja v zaprtih prostorih omejili na relativno
malo pridelkov visoke vrednosti. Zato moramo razviti nove kultivarje poljščin, primerne za gojenje v zaprtih prostorih
ki se lahko razlikujejo od tistih, potrebnih za pridelavo na prostem. Poleg tega zaščitena pridelava
zahteva visoke zagonske stroške, drago kvalificirano delovno silo, visoko porabo energije in veliko škodljivcev
ter obvladovanje bolezni in nadzor kakovosti. Na splošno nudi zaščitena pridelava obetavne rešitve
za prehransko varnost, hkrati pa zmanjšati ogljični odtis proizvodnje hrane. Vendar za notranjo
rastlinska pridelava bistvenega pozitivnega vpliva na svetovno prehransko varnost in prehrano
varnosti, bo gospodarna pridelava raznolikih pridelkov bistvena.
Ključne besede: zaščitena pridelava; vertikalna kmetija; kultura brez tal; uspešnost pridelka; poljedelstvo v zaprtih prostorih;
prehranska varnost; trajnost virov
1. Predstavitev
Svetovno prebivalstvo naj bi leta 10 doseglo skoraj 2050 milijard, pri čemer naj bi se večina rasti zgodila v velikih urbanih središčih po vsem svetu [1,2]. Z naraščanjem prebivalstva se mora proizvodnja hrane povečati in zadostiti prehranskim in zdravstvenim potrebam, hkrati pa doseči cilje trajnostnega razvoja Združenih narodov (ZN SDGs) [3,4]. Zmanjševanje obdelovalnih površin in škodljivi vplivi podnebnih sprememb na kmetijstvo predstavljajo dodatne izzive, ki silijo inovacije v prihodnjih sistemih pridelave hrane, da bi zadovoljili vse večje povpraševanje v naslednjih nekaj desetletjih. Avstralske kmetije so na primer pogosto izpostavljene podnebnim spremembam in so dovzetne za dolgoročne vplive podnebnih sprememb. Nedavne suše v vzhodni Avstraliji v letih 2018–19 in 2019–20 so negativno vplivale na kmetijska podjetja in s tem povečale nastajajoče učinke podnebnih sprememb na avstralsko kmetijstvo [5].
Zaščiteno pridelavo, znano tudi kot kmetovanje v zaprtih prostorih [6] – od nizkotehnoloških politunelov do srednjetehnoloških, delno okoljsko nadzorovanih rastlinjakov, do visokotehnoloških „pametnih“ rastlinjakov in notranjih kmetij – bi lahko pomagalo povečati svetovno prehransko varnost v 21. stoletja. Medtem ko je vizija samovzdržne metropole privlačna kot način za spopadanje s sodobnimi izzivi, se uporaba kmetovanja v zaprtih prostorih ni ujemala z
navdušenje in optimizem njegovih zagovornikov. Zaščitena pridelava in kmetovanje v zaprtih prostorih vključujeta večjo uporabo tehnologije in avtomatizacije za optimizacijo rabe zemlje, s čimer ponujata vznemirljive rešitve za izboljšanje prihodnje proizvodnje hrane [7]. Po vsem svetu se je razvoj urbanega kmetijstva [8,9, XNUMX] pogosto zgodil po kroničnih in/ali akutnih krizah, kot so svetlobne in prostorske omejitve na Nizozemskem; propad avtomobilske industrije v Detroitu; zlom trga nepremičnin na vzhodni obali ZDA; in blokada kubanske raketne krize. drugo
spodbude so prišle v obliki razpoložljivih trgov, tj. v Španiji [10] se je zaradi lahkega dostopa države do severnoevropskih trgov razširila zaščitena pridelava. Skupaj z obstoječimi izzivi bi sedanja pandemija COVID-19 lahko zagotovila potrebno spodbudo za preoblikovanje urbanega kmetijstva [11].
Če naj bo urbano kmetijstvo imelo pomembno vlogo pri izboljšanju varnosti preskrbe s hrano in prehrane ljudi, ga je treba razširiti na svetovni ravni, tako da bo lahko pridelovalo široko paleto proizvodov na energetsko, virno in stroškovno učinkovitejši način kot je trenutno možno. Obstaja ogromno priložnosti za izboljšanje produktivnosti in kakovosti pridelka z združevanjem napredka v nadzoru okolja, zatiranju škodljivcev, fenomenologiji in avtomatizaciji
z žlahtniteljskimi prizadevanji, usmerjenimi v lastnosti, ki izboljšujejo arhitekturo rastlin, kakovost pridelka (okus in hranilna vrednost) in donos. Večjo raznolikost sedanjih in nastajajočih pridelkov v primerjavi s tradicionalnimi vrstami pridelkov, kot tudi zdravilne rastline, je mogoče gojiti na okoljsko nadzorovanih kmetijah [12,13].
Neposredno potrebo po izboljšanju prehranske varnosti v mestih in zmanjšanju ogljičnega odtisa hrane je mogoče rešiti z inovacijami v agroživilskih sektorjih, kot sta zaščitena pridelava in vertikalno kmetovanje v zaprtih prostorih. Te segajo od nizkotehnoloških poli-tunelov z minimalnim okoljskim nadzorom, srednje tehnoloških, delno okoljsko nadzorovanih rastlinjakov do visokotehnoloških rastlinjakov in vertikalnih kmetijskih objektov z najsodobnejšo tehnologijo. Zaščitena pridelava je najhitreje rastoči sektor za proizvodnjo hrane v Avstraliji, kar zadeva obseg proizvodnje in gospodarski učinek [12]. Avstralsko industrijo zaščitenih pridelkov sestavljajo visokotehnološki objekti (17 %), rastlinjaki (20 %) in sistemi pridelave pridelkov na osnovi hidroponike/substrata (52 %), kar kaže na potrebo in priložnost za razvoj agroživilskega sektorja. V tem pregledu razpravljamo o statusu zaščitenega pridelka v kontekstu razpoložljivih tehnologij in ustreznih ciljnih hortikulturnih pridelkov, ter opisujemo priložnosti in izzive, ki jih je treba obravnavati s tekočimi raziskavami v Avstraliji.
2. Sodobne tehnike in tehnologije zaščitene pridelave
Leta 2019 je skupna površina zemljišča, namenjena zaščitenim pridelavam, kar na splošno vključuje
gojenje poljščin pod vsemi vrstami pokrovov - je bilo ocenjeno na 5,630,000 hektarjev (ha) na svetovni ravni [14]. Skupna površina zelenjave in zelišč, pridelanih v rastlinjakih (stalnih zgradbah), je ocenjena na približno 500,000 ha po vsem svetu, pri čemer se 10 % teh pridelkov goji v rastlinjakih in 90 % v plastičnih rastlinjakih [15,16, 1300]. Avstralska površina rastlinjakov je ocenjena na približno 14 ha, pri čemer visokotehnološki rastlinjaki (približno 5 posameznih podjetij, od katerih vsako zaseda manj kot 17 ha) predstavljajo 83 % tega območja, nizkotehnološki/srednje tehnološki rastlinjaki pa 17 % [80]. ]. V svetovnem merilu plastični rastlinjaki in rastlinjaki predstavljajo približno 20 % oziroma 16 % vseh proizvedenih rastlinjakov [XNUMX].
Zaščiteno pridelavo je najhitreje rastoči sektor za proizvodnjo hrane v Avstraliji, ocenjen na približno 1.5 milijarde USD na leto na začetku kmetije leta 2017. Ocenjuje se, da približno 30 % vseh avstralskih kmetov prideluje pridelke v neki obliki zaščitenega sistema pridelka in pridelki, pridelani pod pokrovom, predstavljajo okoli 20 % celotne vrednosti pridelave zelenjave in cvetja [18]. V Avstraliji je ocenjena površina pridelave zelenjave v rastlinjakih največja v Južni Avstraliji (580 ha), sledita ji Novi Južni Wales (500 ha) in Viktorija (200 ha), medtem ko Queensland, Zahodna Avstralija in Tasmanija predstavljajo < 50 ha vsaka [17]. ].
Na podlagi avstralskega statističnega priročnika vrtnarstva (2014–2015) in pogovorov z industrijo je bila bruto vrednost proizvodnje (GVP) sadja, zelenjave in cvetja ocenjena za leto 2017. Med uporabljenimi sistemi gojenja so pridelki, gojeni v hidroponiki/substratu. Najvišje so bili ocenjeni proizvodni sistemi (52 %), sledili so tisti, pridelani v sistemih gnojenja tal (35 %), s kombinacijo gnojenja tal in sistemov na osnovi hidroponike/substrata (11 %) ter z uporabo hidroponike/hranil filmsko tehniko (NFT) (2 %) (slika 1A). Podobno so imeli med zaščitnimi vrstami najvišji GVP pridelki, gojeni pod poli/steklenimi zaščitami (63 %), sledili so jim tisti, pridelani pod poli-zaščitami (23 %), zaščitami proti toči/sencam (8 %) in kombinirani poli/toča/senca. pokrovi (6 %) (slika 1B) [17]. Znotraj Avstralije statistični podatki za GVP določenih vrtnarskih proizvodov v rastlinjakih niso na voljo [15].
Slika 1. Skupna bruto pridelava (BVP) posevkov v zaščitenem posevku (2017) po sistemu pridelave (A) in varstvu (B). Proizvodnja na osnovi hidroponike/substrata vključuje rast rastlin brez zemlje z uporabo inertnega medija, kot je kamena volna. Pridelava na podlagi tal/gnojenja vključuje rast rastlin z uporabo tal s fertirigacijo (kombinirana uporaba gnojila in vode). Tehnika hidroponike/hranilnega filma (NFT) vključuje kroženje plitvega toka vode, ki vsebuje raztopljena hranila, ki teče čez korenine rastlin v neprepustnih kanalih. 'Poli' se nanaša na polikarbonat.
Zaščita proti toči/senčenje, običajno iz mreže ali blaga, ščiti pridelke pred točo in blokira del prekomerne svetlobe. $ se nanaša na AUD.
Med objekti z nadzorovanim okoljem v Združenih državah so stekleni ali polikarbonatni (poli) rastlinjaki (47 %) bolj pogosti kot notranje navpične kmetije (30 %), nizkotehnološke plastične hiše z obroči (12 %), kontejnerske kmetije (7 % ) in notranji globokomorski sistemi kulture (4 %). Med gojitvenimi sistemi je hidroponika (49 %) pogostejša od talnih (24 %), akvaponskih (15 %), aeroponskih (6 %) in hibridnih (aeroponika, hidroponika, zemlja) sistemov (6 %) [19,20].
Avstralija ima zelo malo vzpostavljenih naprednih vertikalnih kmetij, predvsem zaradi dejstva, da ima malo gosto poseljenih mest. Vendar pa ima Avstralija okoli 1000 ha površine rastlinjakov [16,17, 2006] in izvoz sveže zelenjave in sadja se je od leta 2016 do leta 16 za Avstralijo znatno povečal [XNUMX] s povečanjem gojenja pod pokrovom. Čeprav je Avstralija odlično začela kmetovanje v zaprtih prostorih in ima sektor ogromen potencial rasti, potrebuje čas za zorenje in nadaljnji razvoj, da postane ključni akter v svetovnem merilu. Trenutno lahko komercialno usmerjene kmetijske objekte v zaprtih prostorih razvrstimo v naslednje tri stopnje tehnološkega napredka: nizko, srednje in visoko tehnološko. Vsak je podrobneje obravnavan v naslednjih razdelkih.
2.1. Nove tehnologije za nizkotehnološke poli-tunele
Nizkotehnološki objekti v rastlinjakih, ki največ prispevajo k zaščitenemu pridelku, imajo več omejitev, ki zahtevajo tehnološke rešitve za pomoč pri njihovem prehodu v donosne srednje ali visoko tehnološke objekte, ki proizvajajo visokokakovostne pridelke z minimalnimi viri. Nizkotehnološki poli-tuneli predstavljajo 80–90 % svetovne pridelave pridelkov v rastlinjakih [20] in v Avstraliji [17]. Glede na velik delež nizkotehnoloških politunelov v zaščitenem pridelku in njihove nizke ravni podnebja, gnojenja in zatiranja škodljivcev je pomembno obravnavati povezane izzive, da bi povečali proizvodnjo in gospodarske donose pridelovalcem.
Nizkotehnološka raven zajema različne vrste politunelov, ki lahko segajo od improviziranih kovinskih konstrukcij s plastično prevleko do trajnih namensko zgrajenih struktur. Na splošno jih ni mogoče nadzorovati, razen da lahko dvignejo plastično prevleko, ko zunaj postane prevroče ali oblačno. Ti plastični pokrovi ščitijo pridelek pred točo, dežjem in mrazom ter do neke mere podaljšajo rastno dobo. Te poceni strukture ponujajo a
izvedljiva donosnost naložb v zelenjavne pridelke, kot so solata, fižol, paradižnik, kumare, zelje in bučke. Kmetovanje v teh poli-tunelih se izvaja v zemlji, medtem ko lahko naprednejši postopki uporabljajo velike lonce in kapljično namakanje za paradižnike, borovnice, jajčevce ali papriko. Čeprav je nizkotehnološko zaščiteno pridelovanje smiselno za male pridelovalce, imajo takšne tehnike več pomanjkljivosti. Njihovo pomanjkanje okoljskega nadzora vpliva na doslednost velikosti in kakovosti izdelka in zato zmanjšuje
dostop teh izdelkov do trga za zahtevne stranke, kot so supermarketi in restavracije. Glede na to, da je pridelek običajno posajen v zemljo, se ti kmetje soočajo tudi s številnimi škodljivci in boleznimi, ki se prenašajo iz zemlje (npr. trdovratne ogorčice). Industrijski in raziskovalni partnerji potrebujejo inovacije pri zagotavljanju rešitev za načrtovanje objektov in sisteme upravljanja s pridelki ter sisteme pametnega trgovanja za izvoz proizvodov
in vzdrževati stalno dobavno verigo. Spodbude in podpora organov financiranja ter tehnološke inovacije (npr. biološki nadzor, delna avtomatizacija namakanja in nadzor temperature) univerz in podjetij bi lahko pridelovalcem pomagale pri prehodu na naprednejše tehnološke sisteme pridelave.
2.2. Nadgradnja srednje tehnoloških rastlinjakov z inovacijami in novimi tehnologijami
Srednje tehnološko zaščiteno pridelavo je široka kategorija, ki zajema rastlinjake in steklenjake z nadzorovanim okoljem. Ta del sektorja zaščitenih pridelkov zahteva znatne tehnološke nadgradnje, če želi konkurirati obsežni proizvodnji hrane na kmetijah, ki uporabljajo nizkotehnološke poli-tunele in visokokakovostne proizvode iz visokotehnoloških rastlinjakov. Nadzor okolja v srednje tehnoloških rastlinjakih je običajno delen ali intenziven in temperaturo nekaterih rastlinjakov je mogoče nadzorovati z ročnim odpiranjem strehe, medtem ko
naprednejši objekti imajo hladilne in grelne enote. Uporaba sončnih kolektorjev in pametnih filmov se preiskuje za zmanjšanje stroškov energije in ogljičnih odtisov v srednje tehnoloških rastlinjakih [21–23].
Medtem ko je veliko rastlinjakov še vedno narejenih iz PVC ali steklenih oblog, se lahko na te strukture nanese pametna folija ali vključi v zasnovo rastlinjaka za povečanje energetske učinkovitosti. Na splošno visokokakovostni rastlinjaki uporabljajo rastne medije, kot so bloki Rockwool, s skrbno kalibriranimi tekočimi gnojili v različnih stopnjah rasti, da povečajo donos pridelka. Gnojenje s CO2 se včasih uporablja v srednje tehnoloških rastlinjakih za povečanje donosa in kakovosti. Srednjetehnološki sektor zaščitenih pridelkov bo imel koristi od partnerstev med industrijo in univerzo za ustvarjanje naprednih znanstvenih in tehnoloških rešitev, vključno z novimi genotipi pridelkov z visokim donosom in kakovostjo, integriranim zatiranjem škodljivcev, popolnoma avtomatizirano fertirigacijo in nadzorom klime v rastlinjakih ter robotsko pomočjo pri upravljanju pridelkov. in žetev.
2.3. Inovacije znanosti in tehnologije za visokotehnološke rastlinjake
Visokotehnološki rastlinjaki lahko vključujejo najnovejši tehnološki napredek v fiziologiji pridelka, gnojenju, recikliranju in razsvetljavi. V velikih komercialnih rastlinjakih je na primer mogoče uporabiti tehnologijo „pametnega stekla“, solarne fotonapetostne (PV) sisteme in dodatno razsvetljavo, kot so LED plošče, za izboljšanje kakovosti pridelka in donosa. Proizvajalci vse bolj avtomatizirajo tudi kritična in/ali delovno intenzivna področja, kot so spremljanje pridelka, opraševanje in žetev.
Razvoj umetne inteligence (AI) in strojnega učenja (MI) je odprl nove razsežnosti za visokotehnološke rastlinjake [24–28]. Umetna inteligenca je niz računalniško kodiranih pravil in statističnih modelov, usposobljenih za zaznavanje vzorcev v velikih podatkih in izvajanje nalog, ki so na splošno povezane s človeško inteligenco. Umetna inteligenca, ki se uporablja pri prepoznavanju slik, se uporablja za spremljanje zdravja pridelkov in prepoznavanje znakov bolezni, kar omogoča hitrejše in bolje obveščeno sprejemanje odločitev za upravljanje s pridelki in žetvijo – kar je danes mogoče doseči
z robotskimi rokami in ne s človeškim delom. Internet stvari (IoT) ponuja rešitve za avtomatizacijo, ki jih je mogoče prilagoditi posebej za aplikacije v rastlinjakih [29]. Tako lahko AI in IoT pomembno prispevata na področju sodobnega kmetijstva z nadzorom in avtomatizacijo kmetijskih dejavnosti [30].
Raziskave in razvoj na področju kmetijskih robotov so v zadnjem desetletju občutno narasli [31–33]. Avtonomni sistem spravila pridelka paprike, ki se približuje komercialni sposobnosti preživetja, je bil dokazan s stopnjo uspešnosti spravila 76.5 % [31] v Avstraliji. V Evropi in Izraelu so razvili prototipe robotov za odstranjevanje listov paradižnikov, obiranje paprike in opraševanje paradižnikov [34,35, XNUMX], ki bi jih lahko komercializirali v bližnji prihodnosti.
Poleg tega bodo sistemi programske opreme za upravljanje dela za obsežne visokotehnološke rastlinjake znatno optimizirali učinkovitost delavcev in tako izboljšali gospodarske možnosti teh podjetij. Revolucija IT in inženiringa bosta še naprej opolnomočila zaščiteno pridelavo in kmetovanje v zaprtih prostorih, kar bo pridelovalcem omogočilo spremljanje in upravljanje njihovih pridelkov iz računalnikov in mobilnih naprav, ki jih je mogoče uporabiti celo za kritično kmetovanje in
tržne odločitve. Visokotehnološki rastlinjaki imajo največjo možnost, da koristijo avstralskemu sektorju zaščitenih pridelkov, zato bodo nenehne raziskave in inovacije v teh objektih verjetno pomenile dobro vložen čas in denar.
2.4. Razvoj vertikalnih kmetij za prihodnje potrebe
V zadnjih letih je bil po vsem svetu priča hitremu razvoju notranjega "vertikalnega kmetovanja", zlasti v državah z velikim številom prebivalcev in nezadostno zemljo [36,37]. Vertikalno kmetovanje predstavlja vrednost 6 milijard USD, vendar ostaja majhen del več bilijonov dolarjev vrednega svetovnega kmetijskega trga [38]. Obstajajo različne ponovitve vertikalnega kmetovanja, vendar vse uporabljajo navpično zložene brezzemeljske ali hidroponične rastoče police v popolnoma zaprtem in nadzorovanem okolju, kar omogoča visoko stopnjo avtomatizacije, nadzora in doslednosti [39]. Vendar pa je vertikalno kmetovanje zaradi visokih stroškov energije še vedno omejeno na pridelke z visoko vrednostjo in kratkim življenjskim ciklom, kljub temu, da ponuja neprimerljivo produktivnost na kvadratni meter ter visoko raven učinkovitosti vode in hranil.
Tehnološka razsežnost vertikalnega kmetovanja – in zlasti pojav „pametnih“ rastlinjakov – bo verjetno pritegnila pridelovalce, ki želijo delati z nastajajočimi računalniškimi in velikimi podatkovnimi tehnologijami, kot sta AI in internet stvari (IoT) [40]. Trenutno so vse oblike kmetovanja v zaprtih prostorih energetsko in delovno intenzivne, čeprav obstaja prostor za velik napredek na področju avtomatizacije in tehnologij za energetsko učinkovitost. Najnaprednejše oblike kmetijstva v zaprtih prostorih že dobavljajo lastno energijo na lokaciji in so neodvisne od splošnega komunalnega omrežja. Vrtovi na strehah lahko segajo od preprostih zasnov na vrhu mestnih stavb do korporativnih strešnih podjetij na občinskih stavbah v New Yorku in Parizu. Vertikalno kmetovanje v zaprtih prostorih ima svetlo prihodnost, zlasti po pandemiji COVID-19, in je v dobrem položaju, da poveča svoj delež na svetovnem trgu hrane zaradi
visoko učinkovit proizvodni sistem, znižanje dobavne verige in logističnih stroškov, možnost avtomatizacije (minimiziranje rokovanja) in enostaven dostop do delovne sile in potrošnikov.
3. Ciljne kulture v zaščiteni pridelavi
Trenutno je število pridelkov, primernih za gojenje v zaprtih prostorih, omejeno zaradi omejitev pridelkov za gojenje v zaprtih prostorih, pa tudi zaradi omejitev zaščitenih pridelkov, kot so visoki stroški energije (za razsvetljavo, ogrevanje, hlajenje in delovanje različnih avtomatiziranih sistemov), kar omogoča posebne pridelke visoke vrednosti [ 41–43]. Vendar pa je gospodarna pridelava raznolike palete užitnih pridelkov bistvenega pomena, če želimo, da ima zaščitena pridelava pomemben vpliv na
globalna prehranska varnost [12,13,44]. Sorte poljščin za gojenje zaščitenih zelenjadnic se bistveno razlikujejo od tistih za pridelavo na prostem, ki so vzgojene zaradi tolerantnosti na širok spekter okoljskih pogojev, kar pri zaščiteni pridelavi ni nujno potrebno. Razvoj primernih kultivarjev bo zahteval optimizacijo več lastnosti (kot so samooprašitev, nedoločena rast, močne korenine), ki se razlikujejo od lastnosti, obravnavanih kot
zaželena v posevkih na prostem (slika 2) (povzeto iz [13]).
Slika 2. Zaželene lastnosti za pridelke, ki se gojijo v zaprtih prostorih v pogojih nadzorovanega okolja, v primerjavi s pridelki, ki se gojijo na prostem v poljskih razmerah.
Trenutno sadje in zelenjava, ki sta najbolj prilagojena za gojenje v zaprtih prostorih, vključujeta:
• Tiste, ki rastejo na trtah ali grmovju (paradižnik, jagoda, malina, borovnica, kumara, paprika, grozdje, kivi);
• visokovredne specializirane rastline (hmelj, vanilija, žafran, kava);
• zdravilne in kozmetične rastline (morske alge, ehinaceja);
• Majhna drevesa (češnje, čokolada, mango, mandlji) so druge izvedljive možnosti [13].
V naslednjih razdelkih podrobneje razpravljamo o trenutnih obstoječih posevkih in razvoju novih kultivarjev za gojenje v zaprtih prostorih.
3.1. Obstoječi pridelki, pridelani v nizko, srednje in visoko tehnoloških obratih
Nizko in srednje tehnološko zaščiteni sistemi pridelujejo predvsem paradižnik, kumare, bučke, papriko, jajčevce, solato, azijsko zelenjavo in zelišča. Paradižnik je po površini, količini pridelanega sadja in številu podjetij najpomembnejša zelenjavna rastlina, pridelana v rastlinjakih, sledita mu paprika in solata [15,45].
V Avstraliji je bil razvoj obsežnih objektov z nadzorovanim okoljem omejen predvsem na tiste, ki so zgrajeni za gojenje paradižnikov [15]. Ocenjena GVP sadja, zelenjave in cvetja za leto 2017 na polju in v objektih za zaščiteno pridelavo kaže na prevlado paradižnika v avstralskem sektorju zaščitene pridelave.
Skupna ocenjena GVP za leto 2017 glede na polje in nepokrito pridelavo hortikulturnih pridelkov je bila najvišja pri paradižniku (24 %), sledijo jagode (17 %), sadje (13 %), rože (9 %), borovnice. (7 %), kumare (7 %) in paprike (6 %), pri čemer azijska zelenjava, zelišča, jajčevci, češnje in jagodičevje predstavljajo manj kot 6 % (slika 3A).
Slika 3. Ocenjena bruto vrednost pridelave (BVP) za skupno kombinirano pridelavo zelenjave na polju in v zaščitenem nasadu (A) in pripisana bruto vrednost pridelave poljščin, pridelanih v zaščitenem nasadu v letu 2017 (B) za Avstralijo.
Med temi je bil GVP pridelkov, pridelanih v zaščitenih sistemih pridelave, najvišji za paradižnik (40 %), ki je bil precejšen v primerjavi z drugimi pridelki, vključno s cvetjem (11 %), jagodami (10 %) in poletnim sadjem (8 %). ) in jagodičja (8 %), pri čemer vsaka od preostalih poljščin predstavlja manj kot 5 % (slika 3B). Vendar pa je avstralski domači trg nasičen s paradižniki v rastlinjakih, ki zapuščajo industrijo zaščitenih pridelkov.
z dvema možnostma: povečati prodajo teh pridelkov na mednarodnih trgih; in/ali spodbuditi nekatere obstoječe pridelovalce rastlinjakov v državi, da preidejo na proizvodnjo drugih poljščin visoke vrednosti. Delež zaščitenih posameznih posevkov je bil največji pri jagodičevju (85 %) in paradižniku (80 %), sledijo rože (60 %), kumare (50 %), češnje in azijska zelenjava (po 40 %), jagode in poletje.
sadje (vsaka 30 %), borovnice in zelišča (vsaka 25 %) ter končno paprika in jajčevci po 20 % [17]. Trenutno je energetsko in delovno intenzivno kmetovanje v zaprtih prostorih omejeno na pridelke visoke vrednosti, ki jih je mogoče pridelati kratkoročno z nizkim vložkom energije [46,47].
V rastlinskih 'tovarnah' so prevladujoči pridelki, ki se trenutno gojijo, listnata zelenjava in zelišča, zaradi kratkih rastnih obdobij teh pridelkov (ker plodovi in semena niso potrebni) in visoke vrednosti [7], dejstva, da taki pridelki potrebujejo relativno manj svetlobe za fotosintezo [48] in ker je večino proizvedene rastlinske biomase mogoče pobrati [46,49]. Obstaja velik potencial za izboljšanje donosov in kakovosti pridelkov, pridelanih na mestnih kmetijah [12].
3.2. Raziskava industrije: kje so interesi udeležencev?
Določitev ključnih raziskovalnih tem je bistvenega pomena za izboljšanje učinkovitosti javno in zasebno financiranih raziskav za prihodnost zaščitenega pridelave. Na primer, Future Food Systems Co-operative Research Center (FFSCRC), ki so ga ustanovili Združenje kmetov Novega Južnega Walesa (NSW Farmers), Univerza Novega Južnega Walesa (UNSW) in Food Innovation Australia Ltd. (FIAL), sestavlja konzorcij več kot 60 ustanovitev
industrija, vlada in udeleženci v raziskavah. Njeni raziskovalni programi in programi zmogljivosti so namenjeni podpori udeležencem pri optimizaciji produktivnosti regionalnih in periurbanih prehranskih sistemov, prenašanju novih izdelkov od prototipa do trga in izvajanju hitrih dobavnih verig, zaščitenih glede porekla, od kmetije do potrošnika. V ta namen FFSRC zagotavlja sodelovalno raziskovalno okolje, katerega cilj je izboljšati zaščiteno pridelavo, da bi povečali našo zmogljivost za izvoz vrhunske vrtnarske pridelave in pomagali Avstraliji, da postane vodilna v znanosti in tehnologiji za sektor zaščitenih pridelkov.
Udeleženci so bili anketirani, da bi identificirali ciljne pridelke za gojenje v zaprtih prostorih. Med sodelujočimi, ki so opredelili ciljne kulture, je bilo zanimanje največje za svežo zelenjavo (29 %), sledi zanimanje za sadne kulture (22 %); zdravilna konoplja, druga zdravilna zelišča in specializirane rastline (13 %); domorodne/avtohtone vrste (10 %); gobe/glivice (10%); in listnato zelenjavo (3 %) (slika 4).
Slika 4. Razvrstitev poljščin, ki jih trenutno pridelujejo udeleženci FFSCRC v zaščitenih obratih za pridelavo, in s tem verjetno zanimanje udeležencev za iskanje rešitev za bolj produktivno pridelavo teh poljščin pod pokrovom.
Anketa je temeljila na informacijah o sodelujočih, dostopnih na spletu; pridobivanje podrobnejših informacij bo ključnega pomena za razumevanje in izpolnjevanje specifičnih zahtev udeležencev.
3.3. Žlahtnjenje novih kultivarjev za objekte z nadzorovanim okoljem
Tehnologije žlahtnjenja, ki so na voljo za izboljšanje zelenjadnic in drugih poljščin, hitro napredujejo [50]. V zaščitenem pridelavi, dinamičnem gospodarskem sektorju s hitrimi spremembami tržnih trendov in preferenc potrošnikov, je izbira prave sorte ključnega pomena [44,51, 52,53]. Obstaja veliko študij, ki ocenjujejo prilagajanje poljščin visoke vrednosti, kot sta paradižnik in jajčevec, za pridelavo v rastlinjakih [50, 20]. Nove tehnologije žlahtnjenja [46] so olajšale razvoj novih kultivarjev z želenimi lastnostmi, nekatera podjetja pa so začela oblikovati rastline za rast v nadzorovanih okoljih pod LED lučmi [XNUMX]. Vendar so bile kultivarje vzrejene predvsem za povečanje donosa v zelo spremenljivih poljskih pogojih [XNUMX]. Lastnosti pridelka, kot so toleranca na sušo, vročino in zmrzal – ki so zaželene pri posevkih, gojenih na polju, vendar običajno povzročijo škodo pridelku – na splošno niso potrebne v
zaprto kmetijstvo.
Ključne lastnosti, na katere je mogoče ciljati za prilagoditev pridelkov z višjo vrednostjo gojenju v zaprtih prostorih, vključujejo kratke življenjske cikle, neprekinjeno cvetenje, nizko razmerje med koreninami in poganjki, izboljšano delovanje pri nizkem vnosu fotosintetske energije in zaželene potrošniške lastnosti, vključno z okusom, barvo, teksturo in specifično vsebnostjo hranil [12,13]. Poleg tega bo vzreja posebej za višjo kakovost proizvedla zelo zaželene izdelke z visoko tržno vrednostjo. Svetlobni spekter, temperaturo, vlago in oskrbo s hranili je mogoče upravljati tako, da se spremeni kopičenje ciljnih spojin v listih in plodovih [54,55] in poveča hranilna vrednost pridelkov, vključno z beljakovinami (količina in kakovost), vitamini A, C in E, karotenoidi, flavonoidi, minerali, glikozidi in antociani [12]. Na primer, naravne mutacije (v vinski trti) in urejanje genov (v kiviju) so bile uporabljene za spreminjanje rastlinske arhitekture, ki bo uporabna za gojenje v zaprtih prostorih. V nedavni študiji so bile rastline paradižnika in češnje oblikovane z uporabo CRISPR–Cas9, da bi združile naslednje tri zaželene lastnosti: pritlikavi fenotip, navado kompaktne rasti in zgodnje cvetenje. Primernost dobljenih „urejenih“ sort paradižnika za uporabo v sistemih kmetovanja v zaprtih prostorih je bila potrjena s poskusi na terenu in komercialnih vertikalnih kmetijah [56].
Pregled molekularnega žlahtnjenja za ustvarjanje optimiziranih pridelkov je razpravljal o dodani vrednosti kmetijskih proizvodov z razvojem kmetijskih pridelkov s koristmi za zdravje in kot užitna zdravila [46]. Glavni pristopi za razvoj kmetijskih pridelkov s koristmi za zdravje so bili opredeljeni kot kopičenje velikih količin zaželenega intrinzičnega hranila ali zmanjšanje nezaželenih spojin in kopičenje dragocenih spojin, ki
se običajno ne proizvajajo v pridelku.
4. Izzivi in priložnosti v zaščiteni pridelavi in kmetovanju v zaprtih prostorih
Napredni objekti za zaščiteno pridelavo in kmetovanje v zaprtih prostorih imajo razmeroma majhen vpliv na okolje. Medtem ko je gojenje pridelkov pod pokrovom energetsko intenzivnejše od številnih drugih načinov kmetovanja, zmožnost ublažitve vremenskih vplivov, zagotavljanja sledljivosti in pridelave bolj kakovostne hrane spodbuja dosledno dostavo kakovostnih proizvodov, kar pritegne donose, ki daleč odtehtajo dodatne proizvodne stroške [18]. Ključni izzivi pri zaščitenem pridelku vključujejo:
• visoki kapitalski stroški zaradi visokih cen zemljišč v mestnih in primestnih območjih;
• Visoka poraba energije;
• povpraševanje po kvalificirani delovni sili;
• Obvladovanje bolezni brez kemičnih kontrol; in
• Razvoj indeksov prehranske kakovosti – za opredelitev in potrjevanje vidikov kakovosti pridelka – za pridelke, gojene v zaprtih prostorih.
V naslednjem razdelku razpravljamo o nekaterih izzivih in priložnostih, povezanih z zaščiteno pridelavo.
4.1. Optimalni pogoji za visoko produktivnost in učinkovito uporabo virov
Boljše razumevanje potreb pridelkov v različnih stopnjah rasti in pod različnimi svetlobnimi pogoji je bistvenega pomena, če želijo pridelovalci vzdrževati stroškovno učinkovito pridelavo pridelkov v nadzorovanih okoljih. Učinkovito upravljanje okolja v rastlinjaku, vključno s podnebnimi in prehranskimi elementi ter strukturnimi in mehanskimi pogoji, lahko znatno poveča kakovost sadja in donos [57]. Dejavniki rastnega okolja lahko vplivajo na rast rastlin, stopnje evapotranspiracije in fiziološke cikle. Med podnebnimi dejavniki je sončno sevanje najpomembnejše, saj fotosinteza zahteva svetlobo, pridelek pa je neposredno sorazmeren z ravnmi sončne svetlobe do točk nasičenja s svetlobo za fotosintezo. Pogosto natančen nadzor okolja zahteva visoke izdatke za energijo, kar zmanjšuje donosnost kmetijstva z nadzorovanim okoljem. Energija, potrebna za ogrevanje in hlajenje rastlinjakov, ostaja glavna skrb in cilj tistih, ki želijo zmanjšati stroške energije [6]. Materiali za zasteklitev in inovativne tehnologije stekla, kot je Smart Glass [58], ponujajo obetavne priložnosti za zmanjšanje stroškov, povezanih z vzdrževanjem temperature v rastlinjaku in nadzorom okoljskih spremenljivk. Dandanes se inovativne tehnologije stekla in učinkoviti hladilni sistemi vključujejo v zaščitene pridelke v rastlinjakih. Materiali za zasteklitev lahko zmanjšajo
porabo električne energije z absorbiranjem odvečnega sončnega sevanja in preusmeritvijo svetlobne energije za proizvodnjo električne energije s pomočjo fotovoltaičnih celic [59,60].
Vendar pokrivni materiali vplivajo na mikroklimo rastlinjakov [61,62, 63], vključno s svetlobo [2], zato je pomembno oceniti vpliv novih materialov za zasteklitev na rast in fiziologijo rastlin, uporabo virov, pridelek in kakovost v okoljih, v katerih dejavnikih kot so CO3, temperatura, hranila in namakanje so strogo nadzorovani. Na primer, polprozorne organske fotovoltaike (OPV), ki temeljijo na mešanici regioregularnega poli(3-heksiltiofena) (P61HT) in metil estra fenil-C20.2-maslene kisline (PCBM), so testirali za gojenje rastlin popra (Capsicum annuum). V senci OPV so rastline paprike obrodile 21.8 % več plodov, rastline v senci pa so bile ob koncu vegetacijske sezone višje za 64 % [65]. V drugi študiji zmanjšanje PAR, ki ga povzročajo fleksibilni fotovoltaični paneli na strehi, ni vplivalo na pridelek, morfologijo rastline, število cvetov na vejo, barvo plodov, trdnost in pH [XNUMX].
Film iz 'pametnega stekla' z ultra nizko odbojnostjo, Solar Gard™ ULR-80 [58], se trenutno preizkuša v rastlinjakih. Cilj je uresničiti potencial materialov za zasteklitev z nastavljivo prepustnostjo svetlobe in zmanjšati visoke stroške energije, povezane z delovanjem v visokotehnoloških vrtnarskih objektih v rastlinjakih. Film pametnega stekla (SG) se nanese na standardno steklo posameznih odprtin rastlinjakov v obratih za pridelavo zelenjave, ki uporabljajo komercialne prakse vertikalne pridelave in upravljanja [66,67]. Preskusi jajčevcev pod SG so pokazali višjo energijsko in gnojilno učinkovitost [42], a tudi zmanjšan pridelek jajčevcev zaradi visokih stopenj odpadanja cvetov in/ali plodov kot posledice svetlobno omejene fotosinteze [58]. Uporabljeno folijo SG bo morda treba spremeniti, da se ustvarijo optimalni svetlobni pogoji in zmanjšajo svetlobne omejitve za sadje z visokim ponorom ogljika, kot je jajčevec.
Uporaba novih energijsko varčnih materialov za zasteklitev, kot je pametno steklo, nudi odlično priložnost za zmanjšanje stroškov energije pri delovanju rastlinjakov in optimizacijo svetlobnih pogojev za gojenje ciljnih poljščin. Pametne pokrivne folije, kot so kmetijske folije, ki oddajajo luminescentno svetlobo (LLEAF), imajo potencial za izboljšanje in nadzor vegetativne rasti in reproduktivnega razvoja pri srednje tehnoloških zaščitenih posevkih. LLEAF
plošče bi lahko testirali na različnih cvetočih in necvetočih pridelkih, da bi ugotovili, ali pomagajo povečati vegetativno in reproduktivno rast (s spreminjanjem fizioloških procesov, ki podpirajo rast rastlin ter produktivnost in kakovost pridelka).
4.2. Zatiranje škodljivcev in bolezni
Čeprav lahko objekti za nadzorovano zaščiteno pridelavo zmanjšajo škodljivce in bolezni, jih je, ko so enkrat vneseni, izjemno težko in drago nadzorovati brez uporabe strupenih sintetičnih kemikalij. Navpično kmetovanje v zaprtih prostorih omogoča ročno in/ali samodejno (z uporabo tehnologij zaznavanja) natančno spremljanje pridelkov glede znakov škodljivcev ali bolezni, sprejetje nastajajočih robotskih tehnologij in/ali postopkov daljinskega zaznavanja pa bo olajšalo
zgodnje odkrivanje izbruhov in odstranjevanje obolelih in/ali napadenih rastlin [7].
Za učinkovito zatiranje škodljivcev v rastlinjakih bodo potrebne nove metode integriranega zatiranja škodljivcev (IPM) [68]. Ustrezne strategije upravljanja (kulturne, fizične, mehanske, biološke in kemične) skupaj z dobrimi kulturnimi praksami, naprednimi tehnikami spremljanja in natančnim določanjem lahko izboljšajo pridelavo zelenjave, hkrati pa zmanjšajo odvisnost od uporabe pesticidov. Celostni pristop k obvladovanju bolezni vključuje uporabo odpornih kultivarjev, sanitarne pogoje, dobre kulturne prakse in ustrezno uporabo pesticidov [44]. Razvoj novih strategij IPM lahko zmanjša stroške dela in potrebo po uporabi kemičnih pesticidov. Vzemimo za primer uporabo novih, komercialno vzrejenih, naravno koristnih hroščev (npr. listne uši, zelene čipke itd.) za zatiranje škodljivcev pridelkov in zmanjšanje odvisnosti od kemičnega nadzora. Testiranje različnih novih IPM
strategije, ločeno in v kombinaciji, bodo pomagale pri razvoju specifičnih priporočil za pridelke in objekte za pridelovalce.
4.3. Kakovost pridelka in hranilne vrednosti
Zaščitena pridelava zagotavlja pridelovalcem in industrijskim partnerjem visoke pridelke in visoko kakovostne pridelke skozi vse leto [69]. Pridelovanje vrhunskega sadja in zelenjave pa zahteva visoko zmogljivo testiranje hranilnih in kakovostnih parametrov [70]. Osnovni parametri kakovosti sadja vključujejo vsebnost vlage, pH, skupne topne suhe snovi, pepel, barvo sadja, askorbinsko kislino in titrirano kislost ter napredne prehranske parametre, vključno s sladkorji, maščobami, beljakovinami, vitamini in antioksidanti; Meritve trdnosti in izgube vode so prav tako ključne za določanje indeksov kakovosti [66]. Poleg tega bi bilo mogoče visoko zmogljivo testiranje kakovosti rastlinskih pridelkov vključiti v avtomatiziran sistem obratovanja rastlinjakov. Preverjanje razpoložljivih genotipov pridelkov glede parametrov kakovosti bo zagotovilo nove sorte sadja in zelenjave visoke vrednosti, bogate s hranili, za pridelovalce in potrošnike. Agronomske strategije, vključno z rastnim okoljem in praksami upravljanja s pridelki, bo treba optimizirati, da bi povečali pridelavo in gostoto rastlinskih hranil teh visokovrednih pridelkov.
4.4. Zaposlitev in dostopnost kvalificirane delovne sile
Potrebe po delovni sili za industrijo zaščitenih pridelkov se povečujejo (>5 % na leto) in ocenjuje se, da je trenutno več kot 10,000 ljudi po vsej Avstraliji neposredno zaposlenih v industriji. Kljub visoki stopnji avtomatizacije obsežna zaščitena pridelava zahteva veliko delovne sile, zlasti za vzpostavitev posevka, vzdrževanje posevka, mehansko opraševanje in spravilo pridelkov. Z naraščajočim povpraševanjem
za visokokvalificirane pridelovalce ostaja ponudba ustrezno kvalificiranih delavcev majhna [18,71]. Kvalificirana delovna sila bo potrebna tudi za razvoj urbanega vertikalnega kmetovanja, ki bo ustvarilo nove poklice za tehnologe, vodje projektov, vzdrževalce ter tržno in maloprodajno osebje [7]. Vzpostavitev večnamenskih naprednih objektov v komercialnem obsegu bi zagotovila priložnost za obravnavo raziskovalnih vprašanj, s čimer bi pospešila cilj maksimiranja produktivnosti pri različnih pridelkih, hkrati pa zagotovila izobraževanje in usposabljanje v veščinah, po katerih bo verjetno veliko povpraševanje v prihodnjem sektorju zaščitenih pridelkov.
5. Sklepi
V visokotehnoloških rastlinjakih s pametno tehnologijo obstaja velik potencial za izboljšanje donosnosti z avtomatizacijo kritičnih in/ali delovno intenzivnih področij, kot so spremljanje pridelka, opraševanje in žetev. Razvoj umetne inteligence, robotike in strojnega učenja odpirajo nove razsežnosti zaščitenega pridelka. Vertikalne kmetije predstavljajo majhen del svetovnega kmetijskega trga in kljub temu, da so visoko energetsko intenzivne, ponujajo neprekosljivo produktivnost z visoko ravnjo učinkovitosti vode in hranil. Gospodarna pridelava raznolikih poljščin je bistvenega pomena, če želimo, da pridelava zaščitenih poljščin pomembno pozitivno vpliva na globalno prehransko varnost. Sistemi zaščitenih posevkov z nizko in srednjo tehnologijo proizvajajo predvsem pridelke paradižnika, kumar, bučk, paprike, jajčevcev in solate, skupaj z azijskimi zelenicami in zelišči.
Razvoj obsežnih objektov z nadzorovanim okoljem v Avstraliji je bil omejen predvsem na gojenje paradižnikov. Za razvoj ustreznih kultivarjev bo potrebno optimizirati več ključnih lastnosti, ki se razlikujejo od tistih, ki veljajo za zaželene pri posevkih na prostem. Ključne lastnosti, ki jih je mogoče usmeriti v kmetijstvo v zaprtih prostorih, vključujejo skrajšani življenjski cikel pridelka, neprekinjeno cvetenje, nizko razmerje med koreninami in poganjki, večjo učinkovitost pri nizki fotosintezi
vnos energije in zaželene potrošnikove lastnosti, kot so okus, barva, tekstura in vsebnost specifičnih hranil.
Poleg tega bo žlahtnjenje posebej za kakovostnejše, prehransko gostejše pridelke proizvedlo zaželene vrtnarske (in potencialno medicinske) proizvode z odlično tržno vrednostjo. Dobičkonosnost in trajnost zaščitenega pridelka sta odvisni od razvoja rešitev za glavne izzive, vključno z začetnimi stroški, porabo energije, kvalificirano delovno silo, zatiranjem škodljivcev in razvojem indeksa kakovosti.
Novi materiali za zasteklitev in tehnološki napredek, ki se trenutno raziskuje ali preizkuša, ponuja rešitve za reševanje enega najbolj perečih izzivov zaščitenih pridelkov. Ti napredki bi potencialno lahko zagotovili potrebno spodbudo za pomoč sektorju zaščitenih pridelkov pri prehodu na trajnostno in stroškovno učinkovito raven energetske učinkovitosti ter izpolnjevanju naraščajočih zahtev po varnosti preskrbe s hrano, hkrati pa ohranili kakovost pridelka in hranilno vrednost.
vsebino in zmanjšanje škodljivih vplivov na okolje.
Avtorski prispevki: SGC napisal recenzijo s prispevki in popravkom DTT, Z.-HC, OG in CIC. Vsi avtorji so prebrali in se strinjali z objavljeno različico rokopisa.
Financiranje: Pregled je temeljil na poročilu, ki ga je naročilo in financiralo Kooperativno raziskovalno središče Future Food Systems, ki podpira sodelovanje med industrijo, raziskovalci in skupnostjo, ki ga vodi industrija. Prejeli smo tudi finančno podporo projektov Horticulture Innovation Australia (številka donacije VG16070 za DTT, Z.-HC, OG, CIC; številka donacije VG17003 za DTT, Z.-HC; številka donacije LP18000 za Z.-HC) in CRC projekt P2 -013 (DTT, Z.-HC, OG, CIC).
Izjava institucionalnega revizijskega odbora: Se ne uporablja.
Izjava o informirani privolitvi: Se ne uporablja.
Izjava o razpoložljivosti podatkov: Se ne uporablja.
Konflikti interesov: Avtorji ne izražajo navzkrižja interesov.
Reference
1. Oddelek Združenih narodov za gospodarske in socialne zadeve. Dostopno na spletu: https://www.un.org/development/desa/en/news/population/2018-revision-of-world-urbanization-prospects.html (dostopano 13. aprila 2022).
2. Oddelek Združenih narodov za gospodarske in socialne zadeve. Dostopno na spletu: https://www.un.org/development/desa/publications/world-population-prospects-2019-highlights.html (dostop 13. aprila 2022).
3. Binns, CW; Lee, MK; Maycock, B.; Torheim, LE; Nanishi, K.; Duong, DTT Podnebne spremembe, preskrba s hrano in prehranske smernice. Annu. Javno zdravje 2021, 42, 233–255. [CrossRef] [PubMed] 4. Valin, H.; Sands, RD; Van Der Mensbrugghe, D.; Nelson, GC; Ahammad, H.; Blanc, E.; Bodirsky, B.; Fujimori, S.; Hasegawa, T.; Havlik, P.; et al. Prihodnost povpraševanja po hrani: Razumevanje razlik v globalnih gospodarskih modelih. Agric. Econ. 2014, 45, 51–67. [CrossRef] 5. Hughes, N.; Lu, M.; Ying Soh, W.; Lawson, K. Simulacija učinkov podnebnih sprememb na donosnost avstralskih kmetij. V delovnem dokumentu ABARES; Avstralska vlada: Canberra, Avstralija, 2021. [CrossRef] 6. Rabbi, B.; Chen, Z.-H.; Sethuvenkatraman, S. Zaščiteno pridelavo v toplih podnebjih: Pregled nadzora vlažnosti in hlajenja METOD. Energije 2019, 12, 2737. [CrossRef] 7. Benke, K.; Tomkins, B. Prihodnji sistemi pridelave hrane: vertikalno kmetovanje in kmetijstvo v nadzorovanem okolju. Vzdrži. Sci. Prakt. Politika 2017, 13, 13–26. [CrossRef] 8. Mougeot, LJA Rastoča boljša mesta: urbano kmetijstvo za trajnostni razvoj; IDRC: Ottawa, ON, Kanada, 2006; ISBN 978-1-55250-226-6.
9. Pearson, LJ; Pearson, L.; Pearson, CJ Trajnostno urbano kmetijstvo: Pregled stanja in priložnosti. Int. J. Agric. Vzdrži. 2010, 8, 7–19. [CrossRef] 10. Tout, D. Hortikulturna industrija province Almería, Španija. geogr. J. 1990, 156, 304–312. [CrossRef] 11. Henry, R. Inovacije v kmetijstvu in preskrbi s hrano kot odgovor na pandemijo COVID-19. Mol. Plant 2020, 13, 1095–1097. [CrossRef] 12. O'Sullivan, C.; Bonnett, G.; McIntyre, C.; Hohman, Z.; Wasson, A. Strategije za izboljšanje produktivnosti, raznolikosti izdelkov in dobičkonosnosti mestnega kmetijstva. Agric. Syst. 2019, 174, 133–144. [CrossRef] 13. O'Sullivan, CA; McIntyre, CL; Suho, IB; Hani, SM; Hohman, Z.; Bonnett, GD Vertikalne kmetije obrodijo sadove. Nat. Biotehnologija. 2020, 38, 160–162. [CrossRef] 14. Cuesta Roble Releases. Globalna statistika rastlinjakov. 2019. Dostopno na spletu: https://www.producegrower.com/article/cuestaroble-2019-global-greenhouse-statistics/ (dostopano 13. aprila 2022).
15. Hadley, D. Potencial vrtnarske industrije v nadzorovanem okolju v NSW; Univerza v Novi Angliji: Armidale, Avstralija, 2017; str. 25.
16. Zemljevid svetovne zelenjave. 2018. Dostopno na spletu: https://research.rabobank.com/far/en/sectors/regional-food-agri/world_ vegetable_map_2018.html (dostop 13. 2022. XNUMX).
17. Graeme Smith Consulting—Splošne informacije o industriji. Dostopno na spletu: https://www.graemesmithconsulting.com/index. php/information/general-industry-information (dostopano 13. aprila 2022).
18. Davis, J. Gojenje zaščitenih pridelkov v Avstraliji do leta 2030; Protected Cropping Australia: Perth, Avstralija, 2020; str. 15.
19. Kmetinar. Stanje kmetovanja v zaprtih prostorih; Agrilyst: Brooklyn, NY, ZDA, 2017.
20. Kmetovanje brez zemlje v zaprtih prostorih: I. faza: Preučevanje industrije in vplivov kmetijstva v nadzorovanem okolju|Publikacije|WWF.
Dostopno na spletu: https://www.worldwildlife.org/publications/indoor-soilless-farming-phase-i-examining-the-industry-andimpacts-of-controlled-environment-agriculture (dostopano 13. aprila 2022). Pridelki 2022, 2 184
21. Emmott, CJM; Röhr, JA; Campoy-Quiles, M.; Kirchartz, T.; Urbina, A.; Ekins-Daukes, NJ; Nelson, J. Organska fotovoltaika
rastlinjaki: Edinstvena aplikacija za polprosojne PV? Energijsko okolje. Sci. 2015, 8, 1317–1328. [CrossRef] 22. Marucci, A.; Zambon, I.; Colantoni, A.; Monarca, D. Kombinacija kmetijskih in energetskih namenov: Ocena prototipa fotonapetostnega toplogrednega tunela. Obnovi. Vzdrži. Energy Rev. 2018, 82, 1178–1186. [CrossRef] 23. Torrellas, M.; Antón, A.; López, JC; Baeza, EJ; Parra, JP; Muñoz, P.; Montero, JI LCA pridelka paradižnika v rastlinjaku z več tuneli v Almeriji. Int. J. Ocena življenjskega cikla. 2012, 17, 863–875. [CrossRef] 24. Caponetto, R.; Fortuna, L.; Nunnari, G.; Occhipinti, L.; Xibilia, MG Mehko računalništvo za nadzor klime v rastlinjaku. IEEE Trans. mehka sist. 2000, 8, 753–760. [CrossRef] 25. Guo, D.; Juan, J.; Chang, L.; Zhang, J.; Huang, D. Diskriminacija stanja vode v coni rastlinskih korenin v rastlinjakih na podlagi fenotipizacije in tehnik strojnega učenja. Sci. Rep. 2017, 7, 8303. [CrossRef] 26. Hassabis, D. Umetna inteligenca: Šahovska tekma stoletja. Narava 2017, 544, 413–414. [CrossRef] 27. Hemming, S.; de Zwart, F.; Elings, A.; Righini, I.; Petropoulou, A. Daljinski nadzor pridelave zelenjave v rastlinjakih z umetno inteligenco – klima v rastlinjaku, namakanje in pridelava pridelkov. Senzorji 2019, 19, 1807. [CrossRef] [PubMed] 28. Taki, M.; Abdanan Mehdizadeh, S.; Rohani, A.; Rahnama, M.; Rahmati-Joneidabad, M. Uporabljeno strojno učenje v simulaciji rastlinjakov; nova aplikacija in analiza. Inf. Predelava Agric. 2018, 5, 253–268. [CrossRef] 29. Shamshiri, RR; Hameed, IA; Thorp, KR; Balasundram, SK; Šafian, S.; Fatemieh, M.; Sultan, M.; Mahns, B.; Samiei, S. Avtomatizacija rastlinjakov z uporabo brezžičnih senzorjev in instrumentov interneta stvari, integriranih z umetno inteligenco; IntechOpen: Rijeka, Hrvaška, 2021; ISBN 978-1-83968-076-2.
30. Subeesh, A.; Mehta, CR Avtomatizacija in digitalizacija kmetijstva z uporabo umetne inteligence in interneta stvari. Artif. Intell. Agric. 2021, 5, 278–291. [CrossRef] 31. Lehnert, C.; McCool, C.; Sa, I.; Perez, T. Robot za žetev sladke paprike za zaščitena okolja pridelave. arXiv 2018, arXiv:1810.11920.
32. Lehnert, C.; McCool, C.; Corke, P.; Sa, I.; Stachniss, C.; Henten, EJV; Nieto, J. Posebna številka kmetijske robotike. J. Field Robot. 2020, 37, 5–6. [CrossRef] 33. Shamshiri, R.; Weltzien, C.; Hameed, IA; Yule, IJ; Grift, TE; Balasundram, SK; Pitonakova, L.; Ahmad, D.; Chowdhary, G. Raziskave in razvoj kmetijske robotike: perspektiva digitalnega kmetovanja. Int. J. Agric. Biol. inž. 2018, 11, 1–14. [CrossRef] 34. Balendonck, J. Robot pometač pobira prve paprike. Greenh. Int. mag. Greenh. Rasti. 2017, 6, 37.
35. Yuan, T.; Zhang, S.; Sheng, X.; Wang, D.; Gong, Y.; Li, W. Avtonomni robot za opraševanje za hormonsko obdelavo cvetov paradižnika v rastlinjaku. V zborniku 2016. mednarodne konference o sistemih in informatiki (ICSAI) 3, Šanghaj, Kitajska, 19.–21. november 2016; strani 108–113.
36. Meharg, AA Perspektiva: Mestno kmetijstvo potrebuje spremljanje. Narava 2016, 531, S60. [CrossRef] [PubMed] 37. Thomaier, S.; Specht, K.; Henckel, D.; Dierich, A.; Siebert, R.; Freisinger, UB; Sawicka, M. Kmetovanje v in na mestnih zgradbah: Trenutna praksa in specifične novosti kmetovanja brez površine (ZFarming). Obnovi. Agric. Food Syst. 2015, 30, 43–54. [CrossRef] 38. Ghannoum, O. Zeleni poganjki okrevanja. Odprti forum. 2020. Dostopno na spletu: https://www.openforum.com.au/the-greenshoots-of-recovery/ (dostopano 13. aprila 2022).
39. Despommier, D. Kmetovanje v mestu: vzpon urbanih vertikalnih kmetij. Biotehnološki trendi. 2013, 31, 388–389. [CrossRef] 40. Yang, J.; Liu, M.; Lu, J.; Miao, Y.; Hossain, MA; Alhamid, MF Botanični internet stvari: Na poti k pametnemu kmetovanju v zaprtih prostorih
povezovanje ljudi, rastlin, podatkov in oblakov. mob. Netw. Appl. 2018, 23, 188–202. [CrossRef] 41. Samaranayake, P.; Liang, W.; Chen, Z.-H.; Tkivo, D.; Lan, Y.-C. Trajnostno zaščiteno pridelavo: študija primera sezonskih vplivov na porabo toplogredne energije med proizvodnjo paprike. Energije 2020, 13, 4468. [CrossRef] 42. Lin, T.; Goldsworthy, M.; Chavan, S.; Liang, W.; Maier, C.; Ghannoum, O.; Cazzonelli, CI; Tkivo, DT; Lan, Y.-C.;
Sethuvenkatraman, S.; et al. Nov pokrivni material izboljša hladilno energijo in učinkovitost gnojenja za pridelavo jajčevcev v rastlinjakih. Energy 2022, 251, 123871. [CrossRef] 43. Samaranayake, P.; Maier, C.; Chavan, S.; Liang, W.; Chen, Z.-H.; Tkivo, DT; Lan, Y.-C. Zmanjšanje porabe energije v zaščitenem obratu za pridelovanje z uporabo točk za zajemanje več temperatur in nadzorom nastavitev prezračevanja. Energije 2021, 14, 6014. [CrossRef] 44. FAO. Dobre kmetijske prakse za pridelke zelenjave v rastlinjakih: Načela za sredozemska podnebna območja; Papir FAO o pridelavi in varstvu rastlin; FAO: Rim, Italija, 2013; ISBN 978-92-5-107649-1.
45. Hort Innovation Protected Cropping—Review of Research and Identification of R&R Gaps for Leviated Vegetables (VG16083). Dostopno na spletu: https://www.horticulture.com.au/growers/help-your-business-grow/research-reports-publications-factsheets-and-more/project-reports/vg16083-1/vg16083/ (dostopano dne 13. april 2022).
46. Hiwasa-Tanase, K.; Ezura, H. Molekularno žlahtnjenje za ustvarjanje optimiziranih pridelkov: od genetske manipulacije do možnih aplikacij v rastlinskih tovarnah. Spredaj. Plant Sci. 2016, 7, 539. [CrossRef] 47. Kozai, T. Zakaj LED razsvetljava za urbano kmetijstvo? V LED osvetlitvi za urbano kmetijstvo; Kozai, T., Fujiwara, K., Runkle, ES, ur.; Springer: Singapur, 2016; strani 3–18. ISBN 978-981-10-1848-0.
48. Kwon, S.; Lim, J. Izboljšanje energetske učinkovitosti v rastlinskih tovarnah z merjenjem bioelektričnega potenciala rastlin. Informatika v vodenju, avtomatizaciji in robotiki; Tan, H., ur.; Springer: Berlin/Heidelberg, Nemčija, 2011; strani 641–648.
49. Cocetta, G.; Casciani, D.; Bulgari, R.; Musante, F.; Kołton, A.; Rossi, M.; Ferrante, A. Učinkovitost rabe svetlobe za pridelavo zelenjave
v zaščitenih in zaprtih prostorih. EUR. Phys. J. Plus 2017, 132, 43. [CrossRef] Pridelki 2022, 2 185
50. Jones, M. Nove tehnologije žlahtnjenja in priložnosti za avstralsko zelenjavno industrijo; Horticulture Innovation Australia Limited: Sydney, Avstralija, 2016.
51. Tüzel, Y.; Leonardi, C. Zaščitena pridelava v sredozemski regiji: Trendi in potrebe. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Derg. 2009, 46, 215–223.
52. Bergougnoux, V. Zgodovina paradižnika: od udomačevanja do biofarmacije. Biotehnologija. Adv. 2014, 32, 170–189. [CrossRef] [PubMed] 53. Taher, D.; Solberg, S.Ø.; Prohens, J.; Chou, Y.; Rakha, M.; Wu, T. Zbirka jajčevcev v svetovnem zelenjavnem centru: izvor, sestava, razširjanje semen in uporaba v žlahtnjenju. Spredaj. Plant Sci. 2017, 8, 1484. [CrossRef] [PubMed] 54. Hasan, MM; Bashir, T.; Ghosh, R.; Lee, SK; Bae, H. Pregled učinkov LED na proizvodnjo bioaktivnih spojin in kakovost pridelka. Molecules 2017, 22, 1420. [CrossRef] 55. Piovene, C.; Orsini, F.; Bosi, S.; Sanoubar, R.; Bregola, V.; Dinelli, G.; Gianquinto, G. Optimalno razmerje med rdečo in modro v led osvetlitvi za notranjo nutracevtsko vrtnarjenje. Sci. Hortic. 2015, 193, 202–208. [CrossRef] 56. Kwon, C.-T.; Heo, J.; Lemmon, ZH; Capua, Y.; Hutton, SF; Van Eck, J.; Park, SJ; Lippman, ZB Hitra prilagoditev sadnih posevkov solanaceae za urbano kmetijstvo. Nat. Biotehnologija. 2020, 38, 182–188. [CrossRef] 57. Shamshiri, RR; Jones, JW; Thorp, KR; Ahmad, D.; Man, HC; Taheri, S. Pregled optimalne temperature, vlažnosti in primanjkljaja parnega tlaka za oceno in nadzor mikroklime pri gojenju paradižnika v rastlinjaku: pregled. Int. Agrophys. 2018, 32, 287–302. [CrossRef] 58. Chavan, SG; Maier, C.; Alagoz, Y.; Filipe, JC; Warren, CR; Lin, H.; Jia, B.; Loik, ME; Cazzonelli, CI; Chen, ZH; et al. Svetlobno omejena fotosinteza pod energetsko varčnim filmom zmanjša pridelek jajčevcev. Food Energy Secur. 2020, 9, e245. [CrossRef] 59. Timmermans, GH; Douma, RF; Lin, J.; Debije, MG Dvojno toplotno/električno odzivno luminiscenčno "pametno" okno. Appl Sci. 2020, 10, 1421. [CrossRef] 60. Yin, R.; Xu, P.; Shen, P. Študija primera: prihranek energije s solarno okensko folijo v dveh poslovnih stavbah v Šanghaju. Energy Build. 2012, 45, 132–140. [CrossRef] 61. Kim, H.-K.; Lee, S.-Y.; Kwon, J.-K.; Kim, Y.-H. Vrednotenje učinka pokrivnih materialov na mikroklimo v rastlinjaku in toplotno učinkovitost. Agronomija 2022, 12, 143. [CrossRef] 62. On, X.; Maier, C.; Chavan, SG; Zhao, C.-C.; Alagoz, Y.; Cazzonelli, C.; Ghannoum, O.; Tkivo, DT; Chen, Z.-H. Pokrivni materiali, ki spreminjajo svetlobo, in trajnostna pridelava zelenjave v rastlinjakih: pregled. Regulacija rasti rastlin. 2021, 95, 1–17. [CrossRef] 63. Timmermans, GH; Hemming, S.; Baeza, E.; Thoor, EAJV; Schenning, APHJ; Debije, MG Napredni optični materiali za nadzor sončne svetlobe v rastlinjakih. Adv. Odločite se Mater. 2020, 8, 2000738. [CrossRef] 64. Zisis, C.; Pechlivani, EM; Cimikli, S.; Mekeridis, E.; Laskarakis, A.; Logothetidis, S. Organska fotovoltaika na strehah rastlinjakov: Učinki na rast rastlin. Mater. Danes Proc. 2019, 19, 65–72. [CrossRef] 65. Aroca-Delgado, R.; Pérez-Alonso, J.; Callejón-Ferre, Á.-J.; Díaz-Pérez, M. Morfologija, pridelek in kakovost pridelave paradižnika v rastlinjaku s fleksibilnimi fotovoltaičnimi strešnimi ploščami (Almería-Španija). Sci. Hortic. 2019, 257, 108768. [CrossRef] 66. On, X.; Chavan, SG; Hamoui, Z.; Maier, C.; Ghannoum, O.; Chen, Z.-H.; Tkivo, DT; Cazzonelli, CI Pametna steklena folija je zmanjšala količino askorbinske kisline v kultivarjih sadja rdeče in oranžne paprike, ne da bi to vplivalo na rok trajanja. Rastline 2022, 11, 985. [CrossRef] 67. Zhao, C.; Chavan, S.; On, X.; Zhou, M.; Cazzonelli, CI; Chen, Z.-H.; Tkivo, DT; Ghannoum, O. Pametno steklo s spremenjeno svetlobo vpliva na občutljivost stomatov rastlinjakov. J. Exp. bot. 2021, 72, 3235–3248. [CrossRef] 68. Pilkington, LJ; Messelink, G.; van Lenteren, JC; Le Mottee, K. "Zaščiteno biološko zatiranje"—Biološko zatiranje škodljivcev v industriji rastlinjakov. Biol. Nadzor 2010, 52, 216–220. [CrossRef] 69. Sonneveld, C.; Voogt, W. Prehrana rastlin v bodoči pridelavi v rastlinjaku. V Prehrana rastlin rastlinjakov; Sonneveld, C., Voogt, W., ur.; Springer: Dordrecht, Nizozemska, 2009; str. 393-403.
70. Treftz, C.; Omaye, ST Analiza hranil v tleh in jagodah in malinah brez zemlje, gojenih v rastlinjaku. Hrana Nutr. Sci. 2015, 6, 805–815. [CrossRef] 71. Ponudba možnosti nadaljnjega izobraževanja članom zelenjavne industrije. AUSVEG. 2020. Dostopno na spletu: https://ausveg.com.au/
articles/offering-further-education-opportunities-to-veg-industry-members/ (dostopano 13. aprila 2022).