Sachin G. Chavan (1,2,*) , Zhong-Hua Chen (1,3), Oula Ghannoum (1) , Christopher I. Cazzonelli (1) και David T. Tissue 1,2)
1. Εθνικό Κέντρο Προστατευόμενης Καλλιέργειας Λαχανικών, Ινστιτούτο Περιβάλλοντος Hawkesbury, Δυτικό Σίδνεϊ
University, Locked Bag 1797, Penrith, NSW 2751, Αυστραλία; 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. Παγκόσμιο Κέντρο για την Καινοτομία στη Γη, Πανεπιστημιούπολη Hawkesbury, Πανεπιστήμιο του Δυτικού Σίδνεϊ,
Richmond, NSW 2753, Αυστραλία
3. School of Science, Western Sydney University, Penrith, NSW 2751, Αυστραλία
* Αλληλογραφία: s.chavan@westernsydney.edu.au; Τηλ.: +61-2-4570-1913
Περίληψη: Η προστατευμένη καλλιέργεια προσφέρει έναν τρόπο ενίσχυσης της παραγωγής τροφίμων ενόψει της κλιματικής αλλαγής
και να παρέχει υγιεινά τρόφιμα με βιώσιμο τρόπο με λιγότερους πόρους. Ωστόσο, για να γίνει αυτός ο τρόπος καλλιέργειας
οικονομικά βιώσιμη, πρέπει να εξετάσουμε το καθεστώς της προστατευόμενης καλλιέργειας στο πλαίσιο των διαθέσιμων
τεχνολογίες και αντίστοιχες κηπευτικές καλλιέργειες-στόχους. Αυτή η ανασκόπηση περιγράφει τις υπάρχουσες ευκαιρίες
και προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν με τη συνεχή έρευνα και την καινοτομία σε αυτό το συναρπαστικό αλλά
σύνθετο πεδίο στην Αυστραλία. Οι εγκαταστάσεις εσωτερικού αγροκτήματος κατηγοριοποιούνται ευρέως στις ακόλουθες τρεις
επίπεδα τεχνολογικής προόδου: χαμηλής, μέσης και υψηλής τεχνολογίας με αντίστοιχες προκλήσεις
που απαιτούν καινοτόμες λύσεις. Επιπλέον, περιορισμοί στην ανάπτυξη φυτών εσωτερικού χώρου και προστατεύονται
συστήματα καλλιέργειας (π.χ. υψηλό ενεργειακό κόστος) έχουν περιορίσει τη χρήση της εσωτερικής γεωργίας σε σχετικά
λίγες καλλιέργειες υψηλής αξίας. Ως εκ τούτου, πρέπει να αναπτύξουμε νέες ποικιλίες καλλιέργειας κατάλληλες για εσωτερική γεωργία
που μπορεί να διαφέρουν από εκείνα που απαιτούνται για την παραγωγή ανοιχτού πεδίου. Επιπλέον, προστατευμένη καλλιέργεια
απαιτεί υψηλό κόστος εκκίνησης, ακριβό εξειδικευμένο εργατικό δυναμικό, υψηλή κατανάλωση ενέργειας και σημαντικό παράσιτο
διαχείριση ασθενειών και ποιοτικός έλεγχος. Συνολικά, η προστατευμένη καλλιέργεια προσφέρει πολλά υποσχόμενες λύσεις
για την επισιτιστική ασφάλεια, με ταυτόχρονη μείωση του αποτυπώματος άνθρακα της παραγωγής τροφίμων. Ωστόσο, για εσωτερικούς χώρους
η παραγωγή καλλιεργειών να έχει ουσιαστικό θετικό αντίκτυπο στην παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια και τη διατροφή
ασφάλεια, η οικονομική παραγωγή διαφορετικών καλλιεργειών θα είναι απαραίτητη.
Λέξεις-κλειδιά: προστατευμένη καλλιέργεια. κάθετη φάρμα? καλλιέργεια χωρίς έδαφος. απόδοση των καλλιεργειών? γεωργία εσωτερικών χώρων?
την ασφάλεια των τροφίμων; βιωσιμότητα των πόρων
1. Εισαγωγή
Ο παγκόσμιος πληθυσμός αναμένεται να φτάσει σχεδόν τα 10 δισεκατομμύρια το 2050, με την πλειονότητα της ανάπτυξης να προβλέπεται να σημειωθεί στα μεγάλα αστικά κέντρα σε όλο τον κόσμο [1,2]. Καθώς ο πληθυσμός αυξάνεται, η παραγωγή τροφίμων πρέπει να αυξάνεται και να καλύπτει τις ανάγκες διατροφής και υγείας, ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνονται οι Στόχοι Βιώσιμης Ανάπτυξης των Ηνωμένων Εθνών (ΟΗΕ SDGs) [3,4]. Η μείωση της καλλιεργήσιμης γης και οι αρνητικές επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στη γεωργία θέτουν πρόσθετες προκλήσεις που αναγκάζουν τις καινοτομίες στα μελλοντικά συστήματα παραγωγής τροφίμων να ανταποκριθούν στην αυξανόμενη ζήτηση τις επόμενες δεκαετίες. Για παράδειγμα, οι αυστραλιανές εκμεταλλεύσεις εκτίθενται συχνά στη μεταβλητότητα του κλίματος και είναι επιρρεπείς σε μακροπρόθεσμες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής. Οι πρόσφατες ξηρασίες στην ανατολική Αυστραλία το 2018-19 και το 2019-20 επηρέασαν δυσμενώς τις αγροτικές επιχειρήσεις, προσθέτοντας έτσι στις αναδυόμενες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στην αυστραλιανή γεωργία [5].
Η προστατευμένη καλλιέργεια, γνωστή και ως εσωτερική γεωργία [6] —από πολυσήραγγα χαμηλής τεχνολογίας έως θερμοκήπια μεσαίας τεχνολογίας, μερικώς ελεγχόμενα από το περιβάλλον, έως «έξυπνα» θερμοκήπια και φάρμες εσωτερικών χώρων υψηλής τεχνολογίας—θα μπορούσε να συμβάλει στην ενίσχυση της παγκόσμιας επισιτιστικής ασφάλειας στην 21η αιώνας. Ωστόσο, ενώ το όραμα μιας αυτοβιώσιμης μητρόπολης είναι ελκυστικό ως τρόπος αντιμετώπισης των σύγχρονων προκλήσεων, η υιοθέτηση της εσωτερικής γεωργίας δεν ταιριάζει με την
ενθουσιασμό και αισιοδοξία των υποστηρικτών του. Οι προστατευμένες καλλιέργειες και οι εσωτερικές καλλιέργειες περιλαμβάνουν μεγαλύτερη χρήση τεχνολογίας και αυτοματισμού για τη βελτιστοποίηση της χρήσης της γης, προσφέροντας έτσι συναρπαστικές λύσεις για τη βελτίωση της μελλοντικής παραγωγής τροφίμων [7]. Σε όλο τον κόσμο, η ανάπτυξη της αστικής γεωργίας [8,9] έχει συμβεί συχνά μετά από χρόνιες ή/και οξείες κρίσεις, όπως οι περιορισμοί φωτός και χώρου στην Ολλανδία. η κατάρρευση της αυτοκινητοβιομηχανίας στο Ντιτρόιτ. το κραχ της αγοράς ακινήτων στην ανατολική ακτή των ΗΠΑ. και τον αποκλεισμό της κουβανικής πυραυλικής κρίσης. Αλλα
Οι ωθήσεις έχουν έρθει με τη μορφή διαθέσιμων αγορών, δηλαδή, οι προστατευμένες καλλιέργειες πολλαπλασιάστηκαν στην Ισπανία [10] λόγω της εύκολης πρόσβασης της χώρας στις αγορές της Βόρειας Ευρώπης. Μαζί με τις υπάρχουσες προκλήσεις, η συνεχιζόμενη πανδημία COVID-19 θα μπορούσε να δώσει την απαιτούμενη ώθηση για τον μετασχηματισμό της αστικής γεωργίας [11].
Εάν η αστική γεωργία πρόκειται να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στη βελτίωση της επισιτιστικής ασφάλειας και της ανθρώπινης διατροφής, πρέπει να κλιμακωθεί σε παγκόσμιο επίπεδο, ώστε να έχει την ικανότητα να αναπτύξει ένα ευρύ φάσμα προϊόντων με πιο ενεργειακό, πόρους και οικονομικά αποδοτικότερο τρόπο από είναι επί του παρόντος δυνατή. Υπάρχουν τεράστιες ευκαιρίες για τη βελτίωση της παραγωγικότητας και της ποιότητας των καλλιεργειών συνδυάζοντας τις εξελίξεις στους περιβαλλοντικούς ελέγχους, τη διαχείριση παρασίτων, τη φαινομενική και την αυτοματοποίηση
με προσπάθειες αναπαραγωγής που στοχεύουν σε χαρακτηριστικά που βελτιώνουν την αρχιτεκτονική των φυτών, την ποιότητα της καλλιέργειας (γεύση και θρέψη) και την απόδοση. Μια μεγαλύτερη ποικιλία τρεχουσών και αναδυόμενων καλλιεργειών σε σχέση με τους παραδοσιακούς τύπους καλλιεργειών, καθώς και τα φαρμακευτικά φυτά, μπορούν να καλλιεργηθούν σε περιβαλλοντικά ελεγχόμενες φάρμες [12,13].
Η επικείμενη ανάγκη βελτίωσης της επισιτιστικής ασφάλειας των πόλεων και μείωσης του αποτυπώματος άνθρακα των τροφίμων μπορεί να αντιμετωπιστεί με καινοτομίες στους τομείς των αγροδιατροφικών προϊόντων, όπως οι προστατευμένες καλλιέργειες και η κάθετη καλλιέργεια σε εσωτερικούς χώρους. Αυτά κυμαίνονται από πολυ-σήραγγα χαμηλής τεχνολογίας με ελάχιστο περιβαλλοντικό έλεγχο, θερμοκήπια μέσης τεχνολογίας, μερικώς ελεγχόμενα από το περιβάλλον έως θερμοκήπια υψηλής τεχνολογίας και κάθετες εγκαταστάσεις καλλιέργειας με τεχνολογίες αιχμής. Η προστατευόμενη καλλιέργεια είναι ο ταχύτερα αναπτυσσόμενος τομέας παραγωγής τροφίμων στην Αυστραλία, όσον αφορά την κλίμακα παραγωγής και τον οικονομικό αντίκτυπο [12]. Η αυστραλιανή βιομηχανία προστατευόμενων καλλιεργειών αποτελείται από εγκαταστάσεις υψηλής τεχνολογίας (17%), θερμοκήπια (20%) και συστήματα φυτικής παραγωγής με υδροπονία/υπόστρωμα (52%), υποδεικνύοντας την ανάγκη και την ευκαιρία ανάπτυξης του αγροδιατροφικού τομέα. Σε αυτήν την ανασκόπηση, συζητάμε την κατάσταση της προστατευόμενης καλλιέργειας στο πλαίσιο των διαθέσιμων τεχνολογιών και των αντίστοιχων στοχευόμενων κηπευτικών καλλιεργειών, περιγράφοντας τις ευκαιρίες και τις προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν από τη συνεχιζόμενη έρευνα στην Αυστραλία.
2. Τρέχουσες τεχνικές και τεχνολογίες στην προστατευόμενη καλλιέργεια
Το 2019, η συνολική έκταση γης που αφιερώνεται σε προστατευόμενες καλλιέργειες—η οποία, σε γενικές γραμμές, περιλαμβάνει
καλλιεργώντας καλλιέργειες κάτω από όλους τους τύπους κάλυψης—υπολογίστηκε σε 5,630,000 εκτάρια (ha) παγκοσμίως [14]. Η συνολική έκταση λαχανικών και βοτάνων που καλλιεργούνται σε θερμοκήπια (μόνιμες κατασκευές) έχει υπολογιστεί ότι είναι περίπου 500,000 εκτάρια παγκοσμίως, με το 10% αυτών των καλλιεργειών να καλλιεργούνται σε θερμοκήπια και το 90% σε πλαστικά θερμοκήπια [15,16]. Η περιοχή θερμοκηπίου της Αυστραλίας εκτιμάται ότι είναι περίπου 1300 εκτάρια, με θερμοκήπια υψηλής τεχνολογίας (περίπου 14 μεμονωμένες επιχειρήσεις, η καθεμία που καταλαμβάνει λιγότερο από 5 εκτάρια) να αντιπροσωπεύουν το 17% αυτής της έκτασης και τα θερμοκήπια χαμηλής τεχνολογίας/μέσης τεχνολογίας να αντιπροσωπεύουν το 83% [17. ]. Σε παγκόσμιο επίπεδο, τα πλαστικά θερμοκήπια και τα θερμοκήπια αποτελούν περίπου το 80% και το 20%, αντίστοιχα, του συνόλου των θερμοκηπίων που παράγονται [16].
Η προστατευόμενη καλλιέργεια είναι ο ταχύτερα αναπτυσσόμενος τομέας παραγωγής τροφίμων στην Αυστραλία, με αξία περίπου 1.5 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως στην πύλη του αγροκτήματος το 2017. Υπολογίζεται ότι περίπου το 30% όλων των Αυστραλών αγροτών καλλιεργούν καλλιέργειες με κάποια μορφή προστατευμένου συστήματος καλλιέργειας και ότι οι καλλιέργειες που καλλιεργούνται υπό κάλυψη αποτελούν περίπου το 20% της συνολικής αξίας της παραγωγής λαχανικών και λουλουδιών [18]. Στην Αυστραλία, η εκτιμώμενη περιοχή παραγωγής λαχανικών θερμοκηπίου είναι η υψηλότερη για τη Νότια Αυστραλία (580 εκτάρια), ακολουθούμενη από τη Νέα Νότια Ουαλία (500 εκτάρια) και τη Βικτώρια (200 εκτάρια), ενώ το Κουίνσλαντ, η Δυτική Αυστραλία και η Τασμανία αντιπροσωπεύουν <50 εκτάρια έκαστη [17 ].
Με βάση το εγχειρίδιο Australian Horticulture Statistics Handbook (2014–2015) και τις συζητήσεις με τη βιομηχανία, εκτιμήθηκε η ακαθάριστη αξία παραγωγής (GVP) φρούτων, λαχανικών και λουλουδιών για το 2017. Μεταξύ των αναπτυσσόμενων συστημάτων που χρησιμοποιήθηκαν, οι καλλιέργειες που καλλιεργούνται σε υδροπονία/υπόστρωμα Τα συστήματα παραγωγής με βάση (52%) αποτιμήθηκαν τα υψηλότερα, ακολουθούμενα από εκείνα που καλλιεργήθηκαν με συστήματα εδαφολίπανσης (35%), με συνδυασμό συστημάτων υδρολύπανσης εδάφους και συστημάτων υδροπονίας/υποστρώματος (11%) και με χρήση υδροπονικής/θρεπτικής ουσίας τεχνική φιλμ (NFT) (2%) (Εικόνα 1Α). Ομοίως, μεταξύ των τύπων προστασίας, οι καλλιέργειες που καλλιεργήθηκαν με πολυ/γυάλινες επικαλύψεις (63%) είχαν το υψηλότερο GVP, ακολουθούμενες από αυτές που καλλιεργήθηκαν κάτω από πολυκαλύμματα (23%), χαλάζι/σκιερά καλύμματα (8%) και συνδυασμένα πολυ/χαλάζια/σκιά καλύπτει (6%) (Εικόνα 1Β) [17]. Στην Αυστραλία, τα στατιστικά στοιχεία για τα GVP συγκεκριμένων προϊόντων κηπευτικών θερμοκηπίων δεν είναι άμεσα διαθέσιμα [15].
Εικόνα 1. Συνολική παραγωγή ακαθάριστης αξίας (GVP) καλλιεργειών υπό προστατευόμενη καλλιέργεια (2017) με σύστημα καλλιέργειας (Α) και προστασία (Β). Η υδροπονία/παραγωγή με βάση το υπόστρωμα περιλαμβάνει ανάπτυξη φυτών χωρίς έδαφος χρησιμοποιώντας ένα αδρανές μέσο όπως ο πετροβάμβακας. Η παραγωγή με βάση το έδαφος/λίπασμα περιλαμβάνει ανάπτυξη φυτών με χρήση εδάφους με λίπανση (συνδυασμένη εφαρμογή λιπάσματος και νερού). Η τεχνική υδροπονικής/θρεπτικής μεμβράνης (NFT) συνεπάγεται την κυκλοφορία ενός ρηχού ρεύματος νερού που περιέχει διαλυμένα θρεπτικά συστατικά που διέρχεται από τις ρίζες των φυτών σε στεγανά κανάλια. Το «Poly» αναφέρεται σε πολυανθρακικό.
Τα καλύμματα από χαλάζι/σκιά, συνήθως από πλέγμα ή ύφασμα, προστατεύουν τις καλλιέργειες από το χαλάζι και εμποδίζουν ένα ποσοστό υπερβολικού φωτός. Το $ αναφέρεται στο AUD.
Μεταξύ των εγκαταστάσεων ελεγχόμενου περιβάλλοντος στις Ηνωμένες Πολιτείες, τα θερμοκήπια από γυαλί ή πολυανθρακικό (47%) είναι πιο κοινά από τα κάθετα αγροκτήματα εσωτερικού χώρου (30%), τα πλαστικά σπιτάκια χαμηλής τεχνολογίας (12%), τα αγροκτήματα εμπορευματοκιβωτίων (7% ) και εσωτερικά συστήματα καλλιέργειας βαθέων υδάτων (4%). Μεταξύ των συστημάτων καλλιέργειας, η υδροπονία (49%) είναι πιο κοινή από τα συστήματα με βάση το έδαφος (24%), τα υδροπονικά (15%), τα αεροπονικά (6%) και τα υβριδικά (αεροπονία, υδροπονία, εδάφη) (6%) [19,20].
Η Αυστραλία έχει πολύ λίγα εγκατεστημένα προηγμένα κάθετα αγροκτήματα, κυρίως λόγω του γεγονότος ότι έχει λίγες πυκνοκατοικημένες πόλεις. Ωστόσο, η Αυστραλία έχει περίπου 1000 εκτάρια θερμοκηπίου [16,17] και οι εξαγωγές νωπών λαχανικών και φρούτων αυξήθηκαν σημαντικά από το 2006 έως το 2016 για την Αυστραλία [16] με αυξανόμενη καλλιέργειες υπό κάλυψη. Αν και η Αυστραλία έχει κάνει μια εξαιρετική αρχή στη γεωργία εσωτερικού χώρου και ο τομέας έχει τεράστιες δυνατότητες ανάπτυξης, απαιτεί χρόνο για να ωριμάσει και περαιτέρω ανάπτυξη για να γίνει βασικός παίκτης σε παγκόσμια κλίμακα. Επί του παρόντος, οι εμπορικά προσανατολισμένες εγκαταστάσεις εσωτερικού αγροκτήματος μπορούν να κατηγοριοποιηθούν στα ακόλουθα τρία επίπεδα τεχνολογικής προόδου: χαμηλής, μεσαίας και υψηλής τεχνολογίας. Το καθένα συζητείται με περισσότερες λεπτομέρειες στις επόμενες ενότητες.
2.1. Νέες Τεχνολογίες για Πολυ-Σήραγγες χαμηλής τεχνολογίας
Οι εγκαταστάσεις θερμοκηπίου χαμηλής τεχνολογίας που συμβάλλουν περισσότερο στην προστατευμένη καλλιέργεια έχουν αρκετούς περιορισμούς που απαιτούν τεχνολογικές λύσεις για να βοηθήσουν στη μετάβασή τους σε κερδοφόρες εγκαταστάσεις μέσης ή υψηλής τεχνολογίας που παράγουν καλλιέργειες υψηλής ποιότητας με ελάχιστους πόρους. Οι πολυ-τούνελ χαμηλής τεχνολογίας αντιπροσωπεύουν το 80-90% της παραγωγής θερμοκηπιακών καλλιεργειών παγκοσμίως [20] και στην Αυστραλία [17]. Λαμβάνοντας υπόψη το μεγάλο ποσοστό πολυσηράγγων χαμηλής τεχνολογίας σε προστατευμένες καλλιέργειες και τα χαμηλά επίπεδα κλίματος, λίπανσης και ελέγχου παρασίτων, είναι σημαντικό να αντιμετωπιστούν οι σχετικές προκλήσεις προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή και η οικονομική απόδοση στους καλλιεργητές.
Το επίπεδο χαμηλής τεχνολογίας περιλαμβάνει διάφορους τύπους πολυ-σηράγγων που μπορεί να κυμαίνονται από αυτοσχέδιες μεταλλικές κατασκευές με πλαστικά καλύμματα έως μόνιμες κατασκευές ειδικά σχεδιασμένες. Γενικά, δεν ελέγχονται πέρα από την ικανότητα ανύψωσης του πλαστικού καλύμματος όταν γίνεται πολύ ζεστό ή θολό έξω. Αυτά τα πλαστικά καλύμματα προστατεύουν την καλλιέργεια από το χαλάζι, τη βροχή και το κρύο και παρατείνουν την καλλιεργητική περίοδο σε κάποιο βαθμό. Αυτές οι φτηνές κατασκευές προσφέρουν α
βιώσιμη απόδοση για επενδύσεις σε καλλιέργειες λαχανικών όπως μαρούλι, φασόλια, ντομάτες, αγγούρι, λάχανο και κολοκυθάκια. Η καλλιέργεια σε αυτές τις πολυ-σήραγγα εκτελείται στο έδαφος, ενώ για πιο προηγμένες εργασίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν μεγάλες γλάστρες και στάγδην άρδευση για ντομάτες, βατόμουρα, μελιτζάνες ή πιπεριές. Ωστόσο, ενώ η προστατευμένη καλλιέργεια χαμηλής τεχνολογίας έχει νόημα για τους μικρούς καλλιεργητές, τέτοιες τεχνικές υποφέρουν από αρκετές ελλείψεις. Η έλλειψη περιβαλλοντικού ελέγχου τους επηρεάζει τη συνέπεια του μεγέθους και της ποιότητας του προϊόντος και επομένως μειώνει
την πρόσβαση στην αγορά αυτών των προϊόντων για απαιτητικούς πελάτες όπως σούπερ μάρκετ και εστιατόρια. Δεδομένου ότι η καλλιέργεια φυτεύεται γενικά στο έδαφος, αυτοί οι αγρότες αντιμετωπίζουν επίσης πολυάριθμα παράσιτα και ασθένειες που μεταδίδονται στο έδαφος (π.χ. επίμονη προσβολή από νηματώδεις). Οι εταίροι της βιομηχανίας και της έρευνας απαιτούν καινοτομίες στην παροχή λύσεων σε συστήματα σχεδιασμού εγκαταστάσεων και διαχείρισης καλλιεργειών, καθώς και έξυπνα συστήματα συναλλαγών για εξαγωγή προϊόντων
και να διατηρεί μια σταθερή αλυσίδα εφοδιασμού. Τα κίνητρα και η υποστήριξη από φορείς χρηματοδότησης και τεχνολογικές καινοτομίες (π.χ. βιολογικός έλεγχος, μερικός αυτοματισμός στην άρδευση και έλεγχος θερμοκρασίας) από πανεπιστήμια και εταιρείες θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους καλλιεργητές να μεταβούν σε πιο προηγμένα τεχνολογικά συστήματα καλλιέργειας.
2.2. Αναβάθμιση θερμοκηπίων μεσαίας τεχνολογίας με καινοτομίες και νέες τεχνολογίες
Οι προστατευόμενες καλλιέργειες μέσης τεχνολογίας είναι μια ευρεία κατηγορία που περιλαμβάνει θερμοκήπια και θερμοκήπια ελεγχόμενου περιβάλλοντος. Αυτό το τμήμα του τομέα της προστατευόμενης καλλιέργειας απαιτεί σημαντικές τεχνολογικές αναβαθμίσεις για να ανταγωνιστεί την παραγωγή τροφίμων μεγάλης κλίμακας σε αγροκτήματα που χρησιμοποιούν πολυσήραγγα χαμηλής τεχνολογίας και προϊόντα υψηλής ποιότητας από θερμοκήπια υψηλής τεχνολογίας. Ο περιβαλλοντικός έλεγχος στα θερμοκήπια μέσης τεχνολογίας είναι συνήθως μερικός ή εντατικός και η θερμοκρασία ορισμένων θερμοκηπίων μπορεί να ελεγχθεί με το χειροκίνητο άνοιγμα της οροφής, ενώ
Οι πιο προηγμένες εγκαταστάσεις διαθέτουν μονάδες ψύξης και θέρμανσης. Η χρήση ηλιακών συλλεκτών και έξυπνων μεμβρανών διερευνάται για τη μείωση του ενεργειακού κόστους και των αποτυπωμάτων άνθρακα σε θερμοκήπια μέσης τεχνολογίας [21-23].
Ενώ πολλά θερμοκήπια εξακολουθούν να είναι κατασκευασμένα από PVC ή γυάλινη επένδυση, οι έξυπνες μεμβράνες μπορούν να εφαρμοστούν σε αυτές τις δομές ή μπορούν να ενσωματωθούν στο σχεδιασμό του θερμοκηπίου για αύξηση της ενεργειακής απόδοσης. Γενικά, τα θερμοκήπια υψηλής ποιότητας χρησιμοποιούν μέσα καλλιέργειας, όπως μπλοκ Rockwool με προσεκτικά βαθμονομημένες αποδείξεις υγρών λιπασμάτων σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης για να μεγιστοποιήσουν τις αποδόσεις των καλλιεργειών. Η λίπανση με CO2 χρησιμοποιείται μερικές φορές σε θερμοκήπια μέσης τεχνολογίας για την ενίσχυση της απόδοσης και της ποιότητας. Ο τομέας των προστατευόμενων καλλιεργειών μεσαίας τεχνολογίας θα επωφεληθεί από συνεργασίες βιομηχανίας-πανεπιστημίου για τη δημιουργία προηγμένων επιστημονικών και τεχνολογικών λύσεων, συμπεριλαμβανομένων νέων γονότυπων καλλιεργειών με υψηλή απόδοση και ποιότητα, ολοκληρωμένη διαχείριση παρασίτων, πλήρως αυτοματοποιημένη λίπανση και έλεγχος του κλίματος θερμοκηπίου και ρομποτική βοήθεια στη διαχείριση καλλιεργειών και συγκομιδή.
2.3. Καινοτομίες Επιστήμης και Τεχνολογίας για Θερμοκήπια υψηλής τεχνολογίας
Τα θερμοκήπια υψηλής τεχνολογίας μπορούν να ενσωματώσουν τις πιο πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις στη φυσιολογία των καλλιεργειών, τη λίπανση, την ανακύκλωση και τον φωτισμό. Σε εμπορικά θερμοκήπια μεγάλης κλίμακας, για παράδειγμα, η τεχνολογία «έξυπνου γυαλιού», τα ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα (PV) και ο συμπληρωματικός φωτισμός, όπως τα πάνελ LED, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της ποιότητας και της απόδοσης των καλλιεργειών. Οι παραγωγοί αυτοματοποιούν επίσης όλο και περισσότερο κρίσιμες ή/και περιοχές έντασης εργασίας, όπως η παρακολούθηση των καλλιεργειών, η επικονίαση και η συγκομιδή.
Η ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης (AI) και της μηχανικής μάθησης (MI) έχει ανοίξει νέες διαστάσεις για τα θερμοκήπια υψηλής τεχνολογίας [24-28]. Η τεχνητή νοημοσύνη είναι ένα σύνολο κανόνων και στατιστικών μοντέλων κωδικοποιημένων από υπολογιστή που έχουν εκπαιδευτεί να διακρίνουν μοτίβα σε μεγάλα δεδομένα και να εκτελούν εργασίες που γενικά σχετίζονται με την ανθρώπινη νοημοσύνη. Η τεχνητή νοημοσύνη που χρησιμοποιείται στην αναγνώριση εικόνων χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της υγείας των καλλιεργειών και την αναγνώριση σημείων ασθένειας, επιτρέποντας ταχύτερη, καλύτερα ενημερωμένη λήψη αποφάσεων για τη διαχείριση και τη συγκομιδή των καλλιεργειών, κάτι που σήμερα μπορεί να επιτευχθεί
με όπλα ρομπότ παρά με ανθρώπινη εργασία. Το Internet-of-Things (IoT) προσφέρει λύσεις για αυτοματισμό που μπορούν να προσαρμοστούν ειδικά για εφαρμογές θερμοκηπίου [29]. Έτσι, η τεχνητή νοημοσύνη και το IoT μπορούν να συμβάλουν σημαντικά στον τομέα της σύγχρονης γεωργίας ελέγχοντας και αυτοματοποιώντας τις γεωργικές δραστηριότητες [30].
Η έρευνα και η ανάπτυξη στον τομέα των γεωργικών ρομπότ έχει αυξηθεί σημαντικά την τελευταία δεκαετία [31-33]. Ένα αυτόνομο σύστημα συγκομιδής για την πιπεριά που προσεγγίζει την εμπορική βιωσιμότητα επιδείχθηκε με ποσοστό επιτυχίας συγκομιδής 76.5% [31] στην Αυστραλία. Πρωτότυπα ρομπότ για την αφαίρεση των φύλλων φυτών τομάτας, τη συγκομιδή της πιπεριάς και την επικονίαση των καλλιεργειών τομάτας [34,35] έχουν αναπτυχθεί στην Ευρώπη και το Ισραήλ και θα μπορούσαν να διατεθούν στο εμπόριο στο εγγύς μέλλον.
Επιπλέον, τα συστήματα λογισμικού διαχείρισης εργασίας για θερμοκήπια υψηλής τεχνολογίας μεγάλης κλίμακας θα βελτιστοποιήσουν σημαντικά την αποδοτικότητα των εργαζομένων, βελτιώνοντας τις οικονομικές προοπτικές αυτών των επιχειρήσεων. Η επανάσταση της πληροφορικής και της μηχανικής θα συνεχίσει να ενισχύει τις προστατευμένες καλλιέργειες και τη γεωργία σε εσωτερικούς χώρους, επιτρέποντας στους καλλιεργητές να παρακολουθούν και να διαχειρίζονται τις καλλιέργειές τους από υπολογιστές και κινητές συσκευές, οι οποίες μπορούν ακόμη και να χρησιμοποιηθούν για κρίσιμη γεωργία και
αποφάσεις της αγοράς. Τα θερμοκήπια υψηλής τεχνολογίας έχουν τις υψηλότερες δυνατότητες να ωφελήσουν τον προστατευόμενο καλλιεργητικό τομέα της Αυστραλίας, επομένως η συνεχής έρευνα και καινοτομία σε αυτές τις εγκαταστάσεις είναι πιθανό να μεταφραστεί σε χρόνο και χρήμα που θα επενδυθούν καλά.
2.4. Ανάπτυξη κάθετων αγροκτημάτων για μελλοντικές ανάγκες
Τα τελευταία χρόνια, έχει παρατηρηθεί μια ταχεία ανάπτυξη της «κάθετης γεωργίας» σε εσωτερικούς χώρους σε όλο τον κόσμο, ειδικά σε χώρες με μεγάλο πληθυσμό και ανεπαρκή γη [36,37]. Η κάθετη γεωργία αντιπροσωπεύει αξία 6 δισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ, αλλά παραμένει ένα μικρό κλάσμα της παγκόσμιας αγροτικής αγοράς πολλών τρισεκατομμυρίων δολαρίων [38]. Υπάρχουν διάφορες επαναλήψεις κάθετης καλλιέργειας, αλλά όλες χρησιμοποιούν κατακόρυφα στοιβαγμένα ράφια χωρίς έδαφος ή υδροπονική καλλιέργεια σε ένα πλήρως κλειστό και ελεγχόμενο περιβάλλον, το οποίο επιτρέπει υψηλό βαθμό αυτοματισμού, ελέγχου και συνέπειας [39]. Ωστόσο, η κάθετη γεωργία παραμένει περιορισμένη σε καλλιέργειες υψηλής αξίας και βραχείας διάρκειας ζωής λόγω του υψηλού ενεργειακού κόστους παρά το γεγονός ότι προσφέρει απαράμιλλη παραγωγικότητα ανά τετραγωνικό μέτρο και υψηλά επίπεδα απόδοσης νερού και θρεπτικών συστατικών.
Η τεχνολογική διάσταση της κάθετης γεωργίας —και ειδικότερα, η έλευση των «έξυπνων» θερμοκηπίων—είναι πιθανό να προσελκύσει καλλιεργητές που θέλουν να εργαστούν με αναδυόμενες τεχνολογίες υπολογιστών και μεγάλων δεδομένων όπως η τεχνητή νοημοσύνη και το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT) [40]. Επί του παρόντος, όλες οι μορφές καλλιέργειας σε εσωτερικούς χώρους είναι έντασης ενέργειας και εργασίας, αν και υπάρχουν περιθώρια για μεγάλη πρόοδο τόσο στον αυτοματισμό όσο και στις τεχνολογίες ενεργειακής απόδοσης. Ήδη, οι πιο προηγμένες μορφές γεωργίας εσωτερικών χώρων παρέχουν τη δική τους ενέργεια επί τόπου και είναι ανεξάρτητες από το γενικό δίκτυο κοινής ωφέλειας. Οι κήποι στον τελευταίο όροφο μπορούν να ποικίλλουν από απλά σχέδια πάνω σε κτίρια της πόλης έως τις εταιρικές επιχειρήσεις σε στέγες σε δημοτικά κτίρια στη Νέα Υόρκη και το Παρίσι. Η κάθετη γεωργία σε εσωτερικούς χώρους έχει ένα λαμπρό μέλλον, ειδικά στον απόηχο της πανδημίας COVID-19 και είναι σε καλή θέση να αυξήσει το μερίδιό της στην παγκόσμια αγορά τροφίμων, λόγω της
σύστημα παραγωγής υψηλής απόδοσης, μειώσεις στην αλυσίδα εφοδιασμού και στο κόστος logistics, δυνατότητα αυτοματοποίησης (ελαχιστοποίηση του χειρισμού) και εύκολη πρόσβαση τόσο στο εργατικό δυναμικό όσο και στους καταναλωτές.
3. Καλλιέργειες στόχου σε προστατευμένη καλλιέργεια
Επί του παρόντος, οι καλλιέργειες κατάλληλες για εσωτερική γεωργία είναι περιορισμένοι σε αριθμό λόγω των περιορισμών της καλλιέργειας για ανάπτυξη σε εσωτερικούς χώρους καθώς και των προστατευμένων περιορισμών καλλιέργειας όπως το υψηλό ενεργειακό κόστος (για φωτισμό, θέρμανση, ψύξη και λειτουργία διαφόρων αυτοματοποιημένων συστημάτων) που επιτρέπει συγκεκριμένες καλλιέργειες υψηλής αξίας [ 41–43]. Ωστόσο, η οικονομική παραγωγή μιας ποικιλίας βρώσιμων καλλιεργειών είναι απαραίτητη εάν η προστατευμένη καλλιέργεια πρόκειται να έχει σημαντικό αντίκτυπο στην
παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια [12,13,44]. Οι ποικιλίες καλλιεργειών για προστατευόμενη καλλιέργεια λαχανικών διαφέρουν σημαντικά από εκείνες της παραγωγής ανοιχτού αγρού που εκτρέφονται για ανοχή σε ένα ευρύ φάσμα περιβαλλοντικών συνθηκών, κάτι που δεν απαιτείται απαραιτήτως στην προστατευμένη καλλιέργεια. Η ανάπτυξη κατάλληλων ποικιλιών θα απαιτήσει τη βελτιστοποίηση πολλών χαρακτηριστικών (όπως αυτογονιμοποίηση, ακαθόριστη ανάπτυξη, γερές ρίζες) που διαφέρουν από τα χαρακτηριστικά που θεωρούνται ως
επιθυμητό σε υπαίθριες καλλιέργειες (Εικόνα 2) (Εγκρίθηκε από [13]).
Εικόνα 2. Επιθυμητά χαρακτηριστικά για καρποφόρες καλλιέργειες που καλλιεργούνται σε εσωτερικούς χώρους υπό ελεγχόμενες συνθήκες περιβάλλοντος σε σχέση με καλλιέργειες που καλλιεργούνται σε εξωτερικούς χώρους υπό συνθήκες αγρού.
Επί του παρόντος, τα φρούτα και τα λαχανικά που είναι καλύτερα προσαρμοσμένα για εσωτερική καλλιέργεια περιλαμβάνουν:
• Αυτά που φυτρώνουν σε αμπέλια ή θάμνους (ντομάτα, φράουλα, βατόμουρο, βατόμουρο, αγγούρι, πιπεριά, σταφύλι, ακτινίδιο).
• Ειδικές καλλιέργειες υψηλής αξίας (λυκίσκος, βανίλια, σαφράν, καφές).
• Φαρμακευτικές και καλλυντικές καλλιέργειες (φύκια, Echinacea).
• Τα μικρά δέντρα (κερασιές, σοκολάτα, μάνγκο, αμυγδαλιές) είναι άλλες βιώσιμες επιλογές [13].
Στις επόμενες ενότητες, θα συζητήσουμε τις τρέχουσες υπάρχουσες καλλιέργειες και την ανάπτυξη νέων ποικιλιών για τη γεωργία εσωτερικού χώρου με περισσότερες λεπτομέρειες.
3.1. Υπάρχουσες καλλιέργειες που καλλιεργούνται σε εγκαταστάσεις χαμηλής, μέσης και υψηλής τεχνολογίας
Τα συστήματα προστατευμένης καλλιέργειας χαμηλής και μέσης τεχνολογίας παράγουν κυρίως ντομάτα, αγγούρι, κολοκυθάκια, πιπεριά, μελιτζάνες, μαρούλια, ασιατικά χόρτα και βότανα. Όσον αφορά την έκταση, την ποσότητα των παραγόμενων φρούτων και τον αριθμό των επιχειρήσεων, η ντομάτα είναι η σημαντικότερη καλλιέργεια κηπευτικών λαχανικών που παράγεται σε θερμοκήπια, ακολουθούμενη από την πιπεριά και το μαρούλι [15,45].
Στην Αυστραλία, η ανάπτυξη εγκαταστάσεων ελεγχόμενου περιβάλλοντος μεγάλης κλίμακας έχει περιοριστεί κυρίως σε εκείνες που κατασκευάζονται για την καλλιέργεια τομάτας [15]. Το εκτιμώμενο GVP φρούτων, λαχανικών και λουλουδιών για το 2017, στο χωράφι και σε προστατευόμενες εγκαταστάσεις καλλιέργειας, καταδεικνύει την κυριαρχία της ντομάτας στον αυστραλιανό τομέα προστατευόμενων καλλιεργειών.
Το συνολικό εκτιμώμενο GVP για το 2017 όσον αφορά την παραγωγή αγροτεμαχίων και την υποκαλυπτική παραγωγή κηπευτικών ήταν το υψηλότερο για την ντομάτα (24%), ακολουθούμενη από τη φράουλα (17%), τα καλοκαιρινά φρούτα (13%), τα λουλούδια (9%), το μύρτιλο (7%), αγγούρι (7%) και πιπεριά (6%), με ασιατικά λαχανικά, βότανα, μελιτζάνες, κεράσι και μούρα το καθένα να αντιπροσωπεύει λιγότερο από 6% (Εικόνα 3Α).
Εικόνα 3. Εκτιμώμενη ακαθάριστη αξία παραγωγής (GVP) για τη συνολική συνδυασμένη παραγωγή λαχανικών και προστατευμένης καλλιέργειας (A) και τεκμαρτό GVP καλλιεργειών που καλλιεργήθηκαν υπό προστατευόμενες καλλιέργειες το 2017 (B) για την Αυστραλία.
Μεταξύ αυτών, το GVP των καλλιεργειών που καλλιεργήθηκαν σε συστήματα προστατευμένης καλλιέργειας ήταν το υψηλότερο για την ντομάτα (40%), η οποία προηγήθηκε με σημαντικό περιθώριο σε σχέση με άλλες καλλιέργειες, συμπεριλαμβανομένων των λουλουδιών (11%), της φράουλας (10%), των καλοκαιρινών φρούτων (8% ) και τα μούρα (8%), με καθεμία από τις υπόλοιπες καλλιέργειες να αντιπροσωπεύει λιγότερο από 5% (Εικόνα 3Β). Ωστόσο, η εγχώρια αγορά της Αυστραλίας έχει κορεστεί από ντομάτες θερμοκηπίου, γεγονός που εγκαταλείπει την προστατευόμενη βιομηχανία καλλιέργειας
με τις ακόλουθες δύο επιλογές: αύξηση των πωλήσεων αυτών των καλλιεργειών στις διεθνείς αγορές. ή/και να ενθαρρύνει ορισμένους από τους υπάρχοντες καλλιεργητές θερμοκηπίου της χώρας να μεταβούν στην παραγωγή άλλων καλλιεργειών υψηλής αξίας. Το υψηλότερο ποσοστό των μεμονωμένων καλλιεργειών που καλλιεργήθηκαν υπό προστασία ήταν για τα μούρα (85%) και την ντομάτα (80%), ακολουθούμενα από τα λουλούδια (60%), το αγγούρι (50%), το κεράσι και τα ασιατικά λαχανικά (κάθε 40%), τη φράουλα και το καλοκαίρι
φρούτα (κάθε 30%), βατόμουρο και βότανα (το καθένα 25%), και τέλος, πιπεριά και μελιτζάνες, με 20% το καθένα [17]. Επί του παρόντος, η εσωτερική γεωργία έντασης ενέργειας και εργασίας περιορίζεται σε καλλιέργειες υψηλής αξίας που μπορούν να παραχθούν βραχυπρόθεσμα με χαμηλή εισροή ενέργειας [46,47]
Στα φυτικά «εργοστάσια», οι κυρίαρχες καλλιέργειες που καλλιεργούνται επί του παρόντος είναι τα φυλλώδη χόρτα και τα βότανα, λόγω της μικρής περιόδου ανάπτυξης αυτών των καλλιεργειών (επειδή δεν απαιτούνται φρούτα και σπόροι) και της υψηλής αξίας [7], του γεγονότος ότι τέτοιες καλλιέργειες απαιτούν σχετικά λιγότερο φως για τη φωτοσύνθεση [48] και επειδή το μεγαλύτερο μέρος της φυτικής βιομάζας που παράγεται μπορεί να συλλεχθεί [46,49]. Υπάρχουν μεγάλες δυνατότητες βελτίωσης των αποδόσεων και της ποιότητας των καλλιεργειών που καλλιεργούνται σε αστικά αγροκτήματα [12].
3.2. Έρευνα κλάδου: Πού βρίσκονται τα ενδιαφέροντα των συμμετεχόντων;
Ο προσδιορισμός βασικών ερευνητικών θεμάτων είναι απαραίτητος για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της δημόσιας και ιδιωτικής χρηματοδοτούμενης έρευνας για το μέλλον των προστατευόμενων καλλιεργειών. Για παράδειγμα, το Future Food Systems Co-operative Research Center (FFSCRC), που ξεκίνησε από την Ένωση Αγροτών της Νέας Νότιας Ουαλίας (NSW Farmers), το Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW) και την Food Innovation Australia Ltd. (FIAL), αποτελείται από μια κοινοπραξία από περισσότερα από 60 ιδρύματα
βιομηχανία, κυβέρνηση και συμμετέχοντες στην έρευνα. Τα προγράμματα έρευνας και ικανοτήτων της στοχεύουν να υποστηρίξουν τους συμμετέχοντες στη βελτιστοποίηση της παραγωγικότητας των περιφερειακών και περιαστικών συστημάτων τροφίμων, μεταφέροντας νέα προϊόντα από το πρωτότυπο στην αγορά και εφαρμόζοντας γρήγορες, προστατευμένες από την προέλευση αλυσίδες εφοδιασμού από το αγρόκτημα στον καταναλωτή. Για τον σκοπό αυτό, το FFSRC παρέχει ένα συνεργατικό ερευνητικό περιβάλλον με στόχο τη βελτίωση της προστατευόμενης καλλιέργειας, προκειμένου να ενισχύσουμε την ικανότητά μας να εξάγουμε κηπευτικά προϊόντα κορυφαίας ποιότητας και να βοηθήσουμε την Αυστραλία να γίνει ηγέτης στην επιστήμη και την τεχνολογία για τον τομέα των προστατευόμενων καλλιεργειών.
Οι συμμετέχοντες ερωτήθηκαν για να προσδιορίσουν τις καλλιέργειες-στόχους για τη γεωργία εσωτερικού χώρου. Μεταξύ των συμμετεχόντων που προσδιόρισαν καλλιέργειες-στόχους, το ενδιαφέρον για τα φρέσκα λαχανικά (29%) ήταν μεγαλύτερο, ενώ ακολουθήθηκε από το ενδιαφέρον για τις καλλιέργειες φρούτων (22%). φαρμακευτική κάνναβη, άλλα φαρμακευτικά βότανα και εξειδικευμένες καλλιέργειες (13%). αυτοφυή/αυτόχθονα είδη (10%). μανιτάρια/μύκητες (10%); και φυλλώδη πράσινα (3%) (Εικόνα 4).
Εικόνα 4. Ταξινόμηση των καλλιεργειών που παράγονται επί του παρόντος από τους συμμετέχοντες στο FFSCRC σε προστατευμένες εγκαταστάσεις καλλιέργειας και, ως εκ τούτου, το πιθανό ενδιαφέρον των συμμετεχόντων να βρουν λύσεις για την καλλιέργεια αυτών των καλλιεργειών πιο παραγωγικά υπό κάλυψη.
Η έρευνα βασίστηκε σε πληροφορίες σχετικά με τους συμμετέχοντες που είναι διαθέσιμες στο διαδίκτυο. Η απόκτηση πιο λεπτομερών πληροφοριών θα είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση και την ικανοποίηση των ειδικών απαιτήσεων των συμμετεχόντων.
3.3. Εκτροφή νέων ποικιλιών για εγκαταστάσεις ελεγχόμενου περιβάλλοντος
Οι διαθέσιμες τεχνολογίες αναπαραγωγής για τη βελτίωση των φυτών λαχανικών και άλλων καλλιεργειών προχωρούν με ταχείς ρυθμούς [50]. Στην προστατευόμενη καλλιέργεια, έναν δυναμικό οικονομικό τομέα με γρήγορες αλλαγές στις τάσεις της αγοράς και στις προτιμήσεις των καταναλωτών, η επιλογή της σωστής ποικιλίας είναι κρίσιμης σημασίας [44,51]. Υπάρχουν πολλές μελέτες που αξιολογούν την προσαρμογή καλλιεργειών υψηλής αξίας όπως η ντομάτα και η μελιτζάνα για παραγωγή θερμοκηπίου [52,53]. Οι νέες τεχνολογίες αναπαραγωγής [50] έχουν διευκολύνει την ανάπτυξη νέων ποικιλιών με επιθυμητά χαρακτηριστικά και ορισμένες εταιρείες έχουν αρχίσει να σχεδιάζουν φυτά για ανάπτυξη σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα κάτω από φώτα LED [20]. Ωστόσο, οι ποικιλίες έχουν εκτραφεί κυρίως για να μεγιστοποιήσουν την απόδοση κάτω από εξαιρετικά μεταβλητές συνθήκες αγρού [46]. Χαρακτηριστικά των καλλιεργειών όπως η ανοχή στην ξηρασία, τη ζέστη και τον παγετό - που είναι επιθυμητά σε καλλιέργειες που καλλιεργούνται στο χωράφι, αλλά συνήθως επιφέρουν κυρώσεις απόδοσης - γενικά δεν χρειάζονται
γεωργία εσωτερικού χώρου.
Τα βασικά χαρακτηριστικά που μπορούν να στοχευθούν για την προσαρμογή των καλλιέργειες υψηλότερης αξίας στη γεωργία εσωτερικών χώρων περιλαμβάνουν σύντομους κύκλους ζωής, συνεχή ανθοφορία, χαμηλή αναλογία ρίζας προς βλαστό, βελτιωμένη απόδοση υπό χαμηλή εισροή φωτοσυνθετικής ενέργειας και επιθυμητά χαρακτηριστικά των καταναλωτών, όπως γεύση, χρώμα, υφή και ειδική περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά [12,13]. Επιπλέον, η εκτροφή ειδικά για υψηλότερη ποιότητα θα παράγει εξαιρετικά επιθυμητά προϊόντα με υψηλή αγοραία αξία. Το φάσμα φωτός, η θερμοκρασία, η υγρασία και η παροχή θρεπτικών ουσιών μπορούν να αντιμετωπιστούν έτσι ώστε να αλλοιωθεί η συσσώρευση στοχευόμενων ενώσεων στα φύλλα και τα φρούτα [54,55] και να αυξηθεί η θρεπτική αξία των καλλιεργειών, συμπεριλαμβανομένων των πρωτεϊνών (ποσότητα και ποιότητα), βιταμίνες A, C και Ε, καροτενοειδή, φλαβονοειδή, μέταλλα, γλυκοσίδες και ανθοκυανίνες [12]. Για παράδειγμα, φυσικές μεταλλάξεις (στο αμπέλι) και η επεξεργασία γονιδίων (στο ακτινίδιο) έχουν χρησιμοποιηθεί για την τροποποίηση της αρχιτεκτονικής των φυτών, η οποία θα είναι χρήσιμη για εσωτερική καλλιέργεια σε περιορισμένους χώρους. Σε μια πρόσφατη μελέτη, τα φυτά ντομάτας και κερασιού κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας CRISPR–Cas9 για να συνδυάσουν τα ακόλουθα τρία επιθυμητά χαρακτηριστικά: φαινότυπο νάνου, συμπαγή ανάπτυξη και πρώιμη ανθοφορία. Η καταλληλότητα των «επεξεργασμένων» ποικιλιών τομάτας που προέκυψαν για χρήση σε συστήματα εσωτερικών εκμεταλλεύσεων επικυρώθηκε χρησιμοποιώντας δοκιμές αγρού και εμπορικής κάθετης εκμετάλλευσης [56].
Μια ανασκόπηση της μοριακής αναπαραγωγής για τη δημιουργία βελτιστοποιημένων καλλιεργειών συζήτησε την προστιθέμενη αξία των γεωργικών προϊόντων με την ανάπτυξη γεωργικών καλλιεργειών με οφέλη για την υγεία και ως βρώσιμα φάρμακα [46]. Οι κύριες προσεγγίσεις για την ανάπτυξη γεωργικών καλλιεργειών με οφέλη για την υγεία προσδιορίστηκαν ως η συσσώρευση μεγάλων ποσοτήτων ενός επιθυμητού εγγενούς θρεπτικού συστατικού ή η μείωση σε ανεπιθύμητες ενώσεις και η συσσώρευση πολύτιμων ενώσεων που
δεν παράγονται συνήθως στην καλλιέργεια.
4. Προκλήσεις και Ευκαιρίες στις Προστατευόμενες Καλλιέργειες και στην Εσωτερική Καλλιέργεια
Οι προηγμένες εγκαταστάσεις προστατευμένης καλλιέργειας και εσωτερικής καλλιέργειας έχουν σχετικά μικρό περιβαλλοντικό αντίκτυπο. Ενώ η καλλιέργεια υπό κάλυψη είναι πιο ενεργοβόρα από πολλές άλλες μεθόδους καλλιέργειας, η ικανότητα μετριασμού των επιπτώσεων του καιρού, η εξασφάλιση της ιχνηλασιμότητας και η καλλιέργεια τροφίμων καλύτερης ποιότητας προωθούν τη συνεπή παράδοση ποιοτικών προϊόντων, προσελκύοντας αποδόσεις που υπερβαίνουν κατά πολύ το πρόσθετο κόστος παραγωγής [18]. Οι βασικές προκλήσεις στην προστατευμένη καλλιέργεια περιλαμβάνουν:
• Υψηλό κεφαλαιουχικό κόστος, λόγω των υψηλών τιμών της γης σε αστικές και περιαστικές περιοχές.
• Υψηλή κατανάλωση ενέργειας.
• Ζήτηση για εξειδικευμένο εργατικό δυναμικό.
• Διαχείριση ασθενειών χωρίς χημικούς ελέγχους. και
• Ανάπτυξη δεικτών διατροφικής ποιότητας—για τον καθορισμό και την πιστοποίηση ποιοτικών πτυχών του προϊόντος—για καλλιέργειες που καλλιεργούνται σε εσωτερικούς χώρους.
Στην επόμενη ενότητα, θα συζητήσουμε μερικές από τις προκλήσεις και τις ευκαιρίες που σχετίζονται με την προστατευμένη καλλιέργεια.
4.1. Βέλτιστες συνθήκες για υψηλή παραγωγικότητα και αποτελεσματική χρήση πόρων
Η καλύτερη κατανόηση των απαιτήσεων των καλλιεργειών σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης και υπό διάφορες συνθήκες φωτός είναι απαραίτητη εάν οι καλλιεργητές επιθυμούν να διατηρήσουν την αποδοτική από πλευράς κόστους παραγωγή καλλιεργειών σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα. Η αποτελεσματική διαχείριση του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου, συμπεριλαμβανομένων των κλιματικών και θρεπτικών στοιχείων του, και των δομικών καθώς και των μηχανικών συνθηκών, μπορεί να αυξήσει σημαντικά την ποιότητα και τις αποδόσεις των καρπών [57]. Οι παράγοντες του περιβάλλοντος ανάπτυξης μπορούν να επηρεάσουν την ανάπτυξη των φυτών, τους ρυθμούς εξατμισοδιαπνοής και τους φυσιολογικούς κύκλους. Μεταξύ των κλιματικών παραγόντων, η ηλιακή ακτινοβολία είναι η πιο σημαντική, καθώς η φωτοσύνθεση απαιτεί φως και η απόδοση της καλλιέργειας είναι ευθέως ανάλογη με τα επίπεδα ηλιακού φωτός μέχρι τα σημεία κορεσμού φωτός για τη φωτοσύνθεση. Συχνά, ο ακριβής περιβαλλοντικός έλεγχος απαιτεί υψηλή ενεργειακή δαπάνη, μειώνοντας την κερδοφορία της γεωργίας ελεγχόμενου περιβάλλοντος. Η ενέργεια που απαιτείται για τη θέρμανση και την ψύξη του θερμοκηπίου παραμένει μείζον μέλημα και στόχος για όσους επιδιώκουν τη μείωση του ενεργειακού κόστους [6]. Τα υλικά υαλοπινάκων και οι καινοτόμες τεχνολογίες γυαλιού όπως το Smart Glass [58] προσφέρουν ελπιδοφόρες ευκαιρίες για τη μείωση του κόστους που σχετίζεται με τη διατήρηση της θερμοκρασίας του θερμοκηπίου και τον έλεγχο των περιβαλλοντικών μεταβλητών. Σήμερα, καινοτόμες τεχνολογίες γυαλιού και αποτελεσματικά συστήματα ψύξης ενσωματώνονται στην προστατευμένη καλλιέργεια σε εγκαταστάσεις θερμοκηπίου. Τα υλικά υαλοπινάκων έχουν τη δυνατότητα μείωσης
κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, απορροφώντας την περίσσεια ηλιακή ακτινοβολία και ανακατευθύνοντας τη φωτεινή ενέργεια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας φωτοβολταϊκά στοιχεία [59,60].
Ωστόσο, τα υλικά κάλυψης επηρεάζουν τα μικροκλίματα του θερμοκηπίου [61,62] συμπεριλαμβανομένου του φωτός [63] και επομένως είναι σημαντικό να εκτιμηθεί ο αντίκτυπος των νέων υλικών υαλοπινάκων στην ανάπτυξη και τη φυσιολογία των φυτών, τη χρήση των πόρων, την απόδοση της καλλιέργειας και την ποιότητα σε περιβάλλοντα στα οποία παράγοντες όπως το CO2, η θερμοκρασία, τα θρεπτικά συστατικά και η άρδευση ελέγχονται αυστηρά. Για παράδειγμα, ημιδιαφανή Οργανικά Φωτοβολταϊκά (OPVs) που βασίζονται στο μείγμα τοπικού κανονικού πολυ(3-εξυλοθειοφαίνιο) (P3HT) και μεθυλεστέρα φαινυλ-C61-βουτυρικού οξέος (PCBM) δοκιμάστηκαν για την καλλιέργεια φυτών πιπεριάς (Capsicum annuum). Κάτω από τη σκιά των OPV, τα φυτά πιπεριάς παρήγαγαν 20.2% περισσότερη μάζα καρπού και τα σκιασμένα φυτά ήταν 21.8% ψηλότερα στο τέλος της καλλιεργητικής περιόδου [64]. Σε άλλη μελέτη, η μείωση του PAR που προκαλείται από εύκαμπτα φωτοβολταϊκά πάνελ στην οροφή δεν επηρέασε την απόδοση, τη μορφολογία των φυτών, τον αριθμό των λουλουδιών ανά κλαδί, το χρώμα των καρπών, τη σταθερότητα και το pH [65].
Ένα φιλμ «έξυπνου γυαλιού» εξαιρετικά χαμηλής ανάκλασης, το Solar Gard™ ULR-80 [58], δοκιμάζεται επί του παρόντος στην παραγωγή θερμοκηπίου. Ο στόχος είναι να αξιοποιηθούν οι δυνατότητες των υλικών υαλοπινάκων με ρυθμιζόμενη διαπερατότητα φωτός και να μειωθεί το υψηλό ενεργειακό κόστος που σχετίζεται με τις εργασίες σε εγκαταστάσεις κηπευτικών θερμοκηπίων υψηλής τεχνολογίας. Το φιλμ έξυπνου γυαλιού (SG) εφαρμόζεται στο τυποποιημένο γυαλί μεμονωμένων κόλπων θερμοκηπίων σε εγκαταστάσεις που καλλιεργούν κηπευτικά χρησιμοποιώντας εμπορικές πρακτικές κάθετης καλλιέργειας και διαχείρισης [66,67]. Οι δοκιμές μελιτζάνας υπό SG έδειξαν υψηλότερη ενεργειακή απόδοση και απόδοση λίπανσης [42], αλλά και μειωμένη απόδοση μελιτζάνας, λόγω των υψηλών ποσοστών αποβολής λουλουδιών ή/και φρούτων ως συνέπεια της φωτοσύνθεσης περιορισμένης από το φως [58]. Το φιλμ SG που χρησιμοποιείται μπορεί να χρειάζεται τροποποίηση για να δημιουργήσει βέλτιστες συνθήκες φωτός και να ελαχιστοποιήσει τους περιορισμούς φωτός για φρούτα με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, όπως η μελιτζάνα.
Η χρήση νέων υλικών υαλοπινάκων εξοικονόμησης ενέργειας, όπως το έξυπνο γυαλί, παρέχει μια εξαιρετική ευκαιρία για τη μείωση του ενεργειακού κόστους των εργασιών του θερμοκηπίου και τη βελτιστοποίηση των συνθηκών φωτός για την καλλιέργεια των στοχευόμενων καλλιεργειών. Οι έξυπνες μεμβράνες κάλυψης, όπως οι γεωργικές μεμβράνες που εκπέμπουν φως φωταύγειας (LLEAF) έχουν τη δυνατότητα να ενισχύσουν καθώς και να ελέγξουν τη βλαστική ανάπτυξη και την αναπαραγωγική ανάπτυξη σε προστατευμένες καλλιέργειες μεσαίας τεχνολογίας. ΦΥΛΛΟ
Τα πάνελ θα μπορούσαν να δοκιμαστούν σε μια ποικιλία ανθοφόρων και μη ανθοφόρων καλλιεργειών για να καθοριστεί εάν συμβάλλουν στην αύξηση της βλαστικής και αναπαραγωγικής ανάπτυξης (με την αλλαγή των φυσιολογικών διεργασιών που στηρίζουν την ανάπτυξη των φυτών και την παραγωγικότητα και την ποιότητα των καλλιεργειών).
4.2. Διαχείριση παρασίτων και ασθενειών
Αν και οι ελεγχόμενες προστατευόμενες εγκαταστάσεις καλλιέργειας μπορούν να ελαχιστοποιήσουν τα παράσιτα και τις ασθένειες, αφού εισαχθούν, είναι εξαιρετικά δύσκολο και δαπανηρό να ελεγχθούν χωρίς τη χρήση τοξικών συνθετικών χημικών ουσιών. Η κάθετη καλλιέργεια σε εσωτερικούς χώρους επιτρέπει τη στενή παρακολούθηση των καλλιεργειών για σημάδια παρασίτων ή ασθενειών, χειροκίνητα ή/και αυτόματα (χρησιμοποιώντας τεχνολογίες ανίχνευσης) και η υιοθέτηση αναδυόμενων ρομποτικών τεχνολογιών ή/και διαδικασιών τηλεπισκόπησης θα διευκολύνει
η έγκαιρη ανίχνευση εστιών και η απομάκρυνση νοσούντων ή/και προσβεβλημένων φυτών [7].
Θα απαιτηθούν νέες μέθοδοι ολοκληρωμένης διαχείρισης παρασίτων (IPM) [68] για την αποτελεσματική διαχείριση των παρασίτων στα θερμοκήπια. Οι κατάλληλες στρατηγικές διαχείρισης (πολιτιστικές, φυσικές, μηχανικές, βιολογικές και χημικές), μαζί με καλές πολιτιστικές πρακτικές, προηγμένες τεχνικές παρακολούθησης και ακριβή εντοπισμό μπορούν να βελτιώσουν την παραγωγή λαχανικών ελαχιστοποιώντας την εξάρτηση από τις εφαρμογές φυτοφαρμάκων. Μια ολοκληρωμένη προσέγγιση στη διαχείριση ασθενειών περιλαμβάνει τη χρήση ανθεκτικών ποικιλιών, την υγιεινή, τις υγιείς πολιτιστικές πρακτικές και την κατάλληλη χρήση φυτοφαρμάκων [44]. Η ανάπτυξη νέων στρατηγικών IPM μπορεί να ελαχιστοποιήσει το κόστος εργασίας και την ανάγκη εφαρμογής χημικών φυτοφαρμάκων. Πάρτε, για παράδειγμα, τη χρήση νέων, εμπορικά εκτρεφόμενων, φυσικά ωφέλιμων ζωυφίων (π.χ. σκνίπες αφίδων, πράσινες κορδέλες κ.λπ.) για τη διαχείριση των παρασίτων των καλλιεργειών και τη μείωση της εξάρτησης από τη χημική καταπολέμηση. Δοκιμή διαφόρων νέων IPM
στρατηγικές, μεμονωμένα και σε συνδυασμό, θα βοηθήσουν στην ανάπτυξη συστάσεων για τις καλλιέργειες και τις εγκαταστάσεις για τους καλλιεργητές.
4.3. Ποιότητα καλλιέργειας και θρεπτικές αξίες
Η προστατευμένη καλλιέργεια παρέχει στους καλλιεργητές και στους συνεργάτες της βιομηχανίας υψηλές αποδόσεις και προϊόντα υψηλής ποιότητας όλο το χρόνο [69]. Ωστόσο, η καλλιέργεια φρούτων και λαχανικών υψηλής ποιότητας απαιτεί τη δοκιμή υψηλής απόδοσης των διατροφικών και ποιοτικών παραμέτρων [70]. Οι βασικές παράμετροι ποιότητας των φρούτων περιλαμβάνουν περιεκτικότητα σε υγρασία, pH, ολικά διαλυτά στερεά, τέφρα, χρώμα φρούτων, ασκορβικό οξύ και τιτλοποιήσιμη οξύτητα και προηγμένες διατροφικές παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένων σακχάρων, λιπών, πρωτεϊνών, βιταμινών και αντιοξειδωτικών. Οι μετρήσεις σκληρότητας και απώλειας νερού είναι επίσης κρίσιμες για τον καθορισμό των δεικτών ποιότητας [66]. Επιπλέον, η ποιοτική δοκιμή υψηλής απόδοσης των καλλιεργειών θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε ένα αυτοματοποιημένο σύστημα λειτουργίας θερμοκηπίου. Ο έλεγχος των διαθέσιμων γονότυπων καλλιεργειών για παραμέτρους ποιότητας θα προσφέρει νέες υψηλής αξίας, πλούσιες σε θρεπτικά συστατικά ποικιλίες φρούτων και λαχανικών για τους καλλιεργητές και τους καταναλωτές. Οι γεωπονικές στρατηγικές, συμπεριλαμβανομένων του περιβάλλοντος ανάπτυξης και των πρακτικών διαχείρισης των καλλιεργειών, θα πρέπει να βελτιστοποιηθούν για να ενισχυθεί η παραγωγή και η πυκνότητα των θρεπτικών συστατικών των φυτών αυτών των καλλιεργειών υψηλής αξίας.
4.4. Απασχόληση και διαθεσιμότητα ειδικευμένου εργατικού δυναμικού
Οι απαιτήσεις σε εργατικό δυναμικό για τον κλάδο των προστατευόμενων καλλιεργειών διευρύνονται (>5% ετησίως) και εκτιμάται ότι πάνω από 10,000 άτομα σε όλη την Αυστραλία απασχολούνται σήμερα απευθείας από τη βιομηχανία. Παρά τα υψηλά επίπεδα αυτοματισμού, η προστατευμένη καλλιέργεια μεγάλης κλίμακας απαιτεί σημαντικό εργατικό δυναμικό, ειδικά για την εγκατάσταση καλλιεργειών, τη συντήρηση των καλλιεργειών, τη μηχανική επικονίαση και τη συγκομιδή των προϊόντων. Με την αυξανόμενη ζήτηση
για τους καλλιεργητές υψηλής ειδίκευσης, η προσφορά εργαζομένων με κατάλληλα προσόντα παραμένει χαμηλή [18,71]. Θα απαιτηθεί επίσης εξειδικευμένο εργατικό δυναμικό για την ανάπτυξη της αστικής κάθετης γεωργίας, η οποία θα δημιουργήσει νέες σταδιοδρομίες για τεχνολόγους, διαχειριστές έργων, εργάτες συντήρησης και προσωπικό μάρκετινγκ και λιανικής [7]. Η δημιουργία προηγμένων εγκαταστάσεων εμπορικής κλίμακας πολλαπλών χρήσεων θα παρείχε την ευκαιρία να αντιμετωπιστούν ερευνητικά ερωτήματα, προωθώντας έτσι τον στόχο της μεγιστοποίησης της παραγωγικότητας σε μια ποικιλία καλλιεργειών, παρέχοντας παράλληλα εκπαίδευση και κατάρτιση σε δεξιότητες που ενδέχεται να έχουν υψηλή ζήτηση στον μελλοντικό τομέα των προστατευόμενων καλλιεργειών.
5. Συμπεράσματα
Σε θερμοκήπια υψηλής τεχνολογίας με έξυπνη τεχνολογία, υπάρχει μεγάλη δυνατότητα βελτίωσης της κερδοφορίας με την αυτοματοποίηση κρίσιμων ή/και περιοχών έντασης εργασίας, όπως η παρακολούθηση των καλλιεργειών, η επικονίαση και η συγκομιδή. Η ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης, της ρομποτικής και της ML ανοίγουν νέες διαστάσεις για την προστατευμένη καλλιέργεια. Οι κάθετες εκμεταλλεύσεις αποτελούν ένα μικρό κλάσμα της παγκόσμιας γεωργικής αγοράς και, παρόλο που είναι υψηλής έντασης ενέργειας, η κάθετη γεωργία προσφέρει απαράμιλλη παραγωγικότητα με υψηλά επίπεδα απόδοσης νερού και θρεπτικών συστατικών. Η οικονομική παραγωγή διαφορετικών καλλιεργειών είναι απαραίτητη εάν η προστατευόμενη καλλιέργεια καλλιεργειών θέλει να έχει σημαντικό θετικό αντίκτυπο στην παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια. Τα συστήματα προστατευμένης καλλιέργειας χαμηλής και μέσης τεχνολογίας παράγουν κυρίως καλλιέργειες ντομάτας, αγγουριού, κολοκυθιού, πιπεριάς, μελιτζάνας και μαρουλιού, μαζί με ασιατικά χόρτα και βότανα.
Η ανάπτυξη μεγάλης κλίμακας ελεγχόμενου περιβάλλοντος εγκαταστάσεων στην Αυστραλία έχει περιοριστεί κυρίως στην καλλιέργεια τομάτας. Η ανάπτυξη κατάλληλων ποικιλιών θα απαιτήσει τη βελτιστοποίηση πολλών βασικών χαρακτηριστικών που διαφέρουν από εκείνα που θεωρούνται επιθυμητά σε καλλιέργειες εξωτερικού χώρου. Τα βασικά χαρακτηριστικά που μπορούν να στοχευθούν για τη γεωργία εσωτερικών χώρων περιλαμβάνουν μειωμένο κύκλο ζωής της καλλιέργειας, συνεχή ανθοφορία, χαμηλή αναλογία ρίζας προς βλαστό, αυξημένη απόδοση υπό χαμηλή φωτοσύνθεση
εισροή ενέργειας και επιθυμητά χαρακτηριστικά του καταναλωτή, όπως η γεύση, το χρώμα, η υφή και τα συγκεκριμένα θρεπτικά συστατικά.
Επιπλέον, η αναπαραγωγή ειδικά για καλλιέργειες υψηλότερης ποιότητας, διατροφικά πιο πυκνές θα παράγει επιθυμητά κηπευτικά (και ενδεχομένως φαρμακευτικά) προϊόντα με εξαιρετική αξία στην αγορά. Η κερδοφορία και η βιωσιμότητα της προστατευόμενης καλλιέργειας εξαρτάται από την ανάπτυξη λύσεων σε πρωταρχικές προκλήσεις, όπως το κόστος εκκίνησης, η κατανάλωση ενέργειας, το εξειδικευμένο εργατικό δυναμικό, η διαχείριση παρασίτων και η ανάπτυξη του δείκτη ποιότητας.
Τα νέα υλικά υαλοπινάκων και οι τεχνολογικές εξελίξεις που ερευνώνται ή δοκιμάζονται επί του παρόντος προσφέρουν λύσεις για την αντιμετώπιση μιας από τις πιο πιεστικές προκλήσεις της προστατευόμενης καλλιέργειας. Αυτές οι εξελίξεις θα μπορούσαν, ενδεχομένως, να δώσουν την απαραίτητη ώθηση για να βοηθήσουν τον τομέα της προστατευόμενης καλλιέργειας να μεταβεί σε ένα βιώσιμο και οικονομικά αποδοτικό επίπεδο ενεργειακής απόδοσης και να ικανοποιήσει τις αυξανόμενες απαιτήσεις για επισιτιστική ασφάλεια, διατηρώντας παράλληλα την ποιότητα και τη θρεπτική αξία των καλλιεργειών.
περιεχόμενο και ελαχιστοποίηση των επιβλαβών περιβαλλοντικών επιπτώσεων.
Συνεισφορές συγγραφέα: SGC έγραψε την κριτική με τα στοιχεία και την αναθεώρηση που παρέχονται από τους DTT, Z.-HC, OG και CIC Όλοι οι συγγραφείς έχουν διαβάσει και έχουν συμφωνήσει με τη δημοσιευμένη έκδοση του χειρογράφου.
Χρηματοδότηση: Η ανασκόπηση βασίστηκε σε μια έκθεση που ανατέθηκε και χρηματοδοτήθηκε από το Future Food Systems Cooperative Research Centre, το οποίο υποστηρίζει συνεργασίες που ηγούνται από τη βιομηχανία μεταξύ της βιομηχανίας, των ερευνητών και της κοινότητας. Λάβαμε επίσης οικονομική υποστήριξη από έργα Horticulture Innovation Australia (αριθμός επιχορήγησης VG16070 σε DTT, Z.-HC, OG, CIC; αριθμός επιχορήγησης VG17003 σε DTT, Z.-HC; αριθμός επιχορήγησης LP18000 σε Z.-HC) και έργο CRC P2 -013 (DTT, Z.-HC, OG, CIC).
Δήλωση του Συμβουλίου Θεσμικής Αναθεώρησης: Δεν εφαρμόζεται.
Δήλωση ενημερωμένης συναίνεσης: Δεν εφαρμόζεται.
Δήλωση διαθεσιμότητας δεδομένων: Δεν εφαρμόζεται.
Σύγκρουση συμφερόντων: Οι συγγραφείς δεν δηλώνουν σύγκρουση συμφερόντων.
αναφορές
1. Τμήμα Οικονομικών και Κοινωνικών Υποθέσεων των Ηνωμένων Εθνών. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: https://www.un.org/development/desa/en/ news/population/2018-revision-of-world-urbanization-prospects.html (πρόσβαση στις 13 Απριλίου 2022).
2. Τμήμα Οικονομικών και Κοινωνικών Υποθέσεων των Ηνωμένων Εθνών. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: https://www.un.org/development/desa/ publications/world-population-prospects-2019-highlights.html (πρόσβαση στις 13 Απριλίου 2022).
3. Binns, CW; Lee, MK; Maycock, Β.; Torheim, LE; Nanishi, Κ.; Duong, DTT Κατευθυντήριες οδηγίες για την αλλαγή του κλίματος, την προσφορά τροφίμων και τη διατροφή. Annu. Rev. Public Health 2021, 42, 233–255. [CrossRef] [PubMed] 4. Valin, Η.; Sands, RD; Van Der Mensbrugghe, D.; Nelson, GC; Ahammad, Η.; Blanc, Ε.; Bodirsky, Β.; Fujimori, S.; Hasegawa, Τ.; Havlik, Ρ.; et al. Το μέλλον της ζήτησης τροφίμων: Κατανόηση των διαφορών στα παγκόσμια οικονομικά μοντέλα. Αγρ. Οικον. 2014, 45, 51–67. [CrossRef] 5. Hughes, N.; Lu, Μ.; Ying Soh, W.; Lawson, K. Προσομοίωση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στην κερδοφορία των αυστραλιανών αγροκτημάτων. Στο έγγραφο εργασίας ABARES; Κυβέρνηση της Αυστραλίας: Καμπέρα, Αυστραλία, 2021. [CrossRef] 6. Rabbi, B.; Chen, Ζ.-Η.; Sethuvenkatraman, S. Προστατευμένη καλλιέργεια σε θερμά κλίματα: Ανασκόπηση των μεθόδων ελέγχου υγρασίας και ψύξης. Energies 2019, 12, 2737. [CrossRef] 7. Benke, K.; Tomkins, B. Future Food-production systems: Vertical farming and controlled-vironment agriculture. Υποστηρίζω. Sci. Πρακτική. Πολιτική 2017, 13, 13–26. [CrossRef] 8. Mougeot, LJA Growing Better Cities: Urban Agriculture for Sustainable Development; IDRC: Οττάβα, ON, Καναδάς, 2006; ISBN 978-1-55250-226-6.
9. Pearson, LJ; Pearson, L.; Pearson, CJ Αειφόρος αστική γεωργία: Απολογισμός και ευκαιρίες. Int. J. Agric. Υποστηρίζω. 2010, 8, 7–19. [CrossRef] 10. Tout, D. Η βιομηχανία κηπευτικών της επαρχίας Αλμερία, Ισπανία. Γεωγρ. J. 1990, 156, 304–312. [CrossRef] 11. Henry, R. Καινοτομίες στη γεωργία και στον εφοδιασμό τροφίμων ως απάντηση στην πανδημία COVID-19. ΜοΙ. Plant 2020, 13, 1095–1097. [CrossRef] 12. O'Sullivan, C.; Bonnett, G.; McIntyre, C.; Hochman, Ζ.; Wasson, A. Στρατηγικές για τη βελτίωση της παραγωγικότητας, της ποικιλομορφίας των προϊόντων και της κερδοφορίας της αστικής γεωργίας. Αγρ. Συστ. 2019, 174, 133–144. [CrossRef] 13. O'Sullivan, CA; McIntyre, CL; Dry, IB; Hani, SM; Hochman, Ζ.; Τα αγροκτήματα Bonnett, GD Vertical αποδίδουν καρπούς. Nat. Biotechnol. 2020, 38, 160–162. [CrossRef] 14. Ο Cuesta Roble κυκλοφορεί. Παγκόσμιες στατιστικές θερμοκηπίου. 2019. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: https://www.producegrower.com/article/cuestaroble-2019-global-greenhouse-statistics/ (πρόσβαση στις 13 Απριλίου 2022).
15. Hadley, D. Controlled Environment Horticulture Industry Potential in NSW; University of New England: Armidale, Αυστραλία, 2017; Π. 25.
16. Παγκόσμιος Χάρτης Λαχανικών. 2018. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: https://research.rabobank.com/far/en/sectors/regional-food-agri/world_ vegetable_map_2018.html (πρόσβαση στις 13 Απριλίου 2022).
17. Graeme Smith Consulting—Γενικές πληροφορίες βιομηχανίας. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: https://www.graemesmithconsulting.com/index. php/information/general-industry-information (πρόσβαση στις 13 Απριλίου 2022).
18. Davis, J. Growing Protected Cropping στην Αυστραλία έως το 2030. Προστατευμένη Καλλιέργεια Αυστραλία: Περθ, Αυστραλία, 2020; Π. 15.
19. Γεωπόνος. State of Indoor Farming; Agrilyst: Μπρούκλιν, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ, 2017.
20. Εσωτερική Ακτοκαλλιέργεια: Φάση Ι: Εξέταση της Βιομηχανίας και των Επιπτώσεων του Ελεγχόμενου Περιβάλλοντος Γεωργία|Εκδόσεις|WWF.
Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: https://www.worldwildlife.org/publications/indoor-soilless-farming-phase-i-examining-the-industry-andimpacts-of-controlled-environment-agriculture (πρόσβαση στις 13 Απριλίου 2022). Καλλιέργειες 2022, 2 184
21. Emmott, CJM; Röhr, JA; Campoy-Quiles, Μ.; Kirchartz, Τ.; Urbina, Α.; Ekins-Daukes, NJ; Nelson, J. Organic photovoltaic
θερμοκήπια: Μια μοναδική εφαρμογή για ημιδιαφανή Φ/Β; Ενεργειακό Περιβάλλον. Sci. 2015, 8, 1317–1328. [CrossRef] 22. Marucci, Α.; Zambon, Ι.; Colantoni, Α.; Monarca, D. Συνδυασμός γεωργικών και ενεργειακών σκοπών: Αξιολόγηση πρωτότυπου φωτοβολταϊκού τούνελ θερμοκηπίου. Ανανεώνω. Υποστηρίζω. Energy Rev. 2018, 82, 1178–1186. [CrossRef] 23. Torrellas, M.; Antón, Α.; López, JC; Baeza, EJ; Parra, JP; Muñoz, Ρ.; Montero, JI LCA μιας καλλιέργειας ντομάτας σε θερμοκήπιο πολλαπλών σηράγγων στην Αλμερία. Int. J. Αξιολόγηση Κύκλου Ζωής. 2012, 17, 863–875. [CrossRef] 24. Caponetto, R.; Fortuna, L.; Nunnari, G.; Occhipinti, L.; Xibilia, MG Soft computing για τον έλεγχο του κλίματος θερμοκηπίου. IEEE Trans. Fuzzy Syst. 2000, 8, 753-760. [CrossRef] 25. Guo, D.; Juan, J.; Chang, L.; Zhang, J.; Huang, D. Διάκριση της κατάστασης του νερού της ριζικής ζώνης των φυτών στην παραγωγή θερμοκηπίου με βάση τις τεχνικές φαινοτύπου και μηχανικής μάθησης. Sci. Απ. 2017, 7, 8303. [CrossRef] 26. Χασάμπης, Δ. Τεχνητή νοημοσύνη: Σκακιστικός αγώνας του αιώνα. Nature 2017, 544, 413–414. [CrossRef] 27. Hemming, S.; de Zwart, F.; Elings, Α.; Righini, Ι.; Πετροπούλου, Α. Τηλεχειρισμός θερμοκηπιακής παραγωγής λαχανικών με τεχνητή νοημοσύνη — Κλίμα θερμοκηπίου, άρδευση και φυτική παραγωγή. Sensors 2019, 19, 1807. [CrossRef] [PubMed] 28. Taki, M.; Abdanan Mehdizadeh, S.; Rohani, Α.; Rahnama, Μ.; Rahmati-Joneidabad, M. Εφαρμοσμένη μηχανική μάθηση στην προσομοίωση θερμοκηπίου. νέα εφαρμογή και ανάλυση. Inf. Μεταποίησης Αγρ. 2018, 5, 253–268. [CrossRef] 29. Shamshiri, RR; Hameed, IA; Thorp, KR; Balasundram, SK; Shafian, S.; Fatemieh, Μ.; Sultan, Μ.; Mahns, Β.; Samiei, S. Αυτοματισμός θερμοκηπίου με χρήση ασύρματων αισθητήρων και οργάνων IoT ενσωματωμένα με τεχνητή νοημοσύνη. IntechOpen: Ριέκα, Κροατία, 2021; ISBN 978-1-83968-076-2.
30. Subeesh, Α.; Mehta, CR Αυτοματοποίηση και ψηφιοποίηση της γεωργίας με χρήση τεχνητής νοημοσύνης και Διαδικτύου των πραγμάτων. Artif. Intell. Αγρ. 2021, 5, 278–291. [CrossRef] 31. Lehnert, C.; McCool, C.; Sa, I.; Perez, T. Ένα ρομπότ συγκομιδής γλυκιάς πιπεριάς για προστατευμένα περιβάλλοντα καλλιέργειας. arXiv 2018, arXiv:1810.11920.
32. Lehnert, C.; McCool, C.; Corke, Ρ.; Sa, I.; Stachniss, C.; Henten, EJV; Nieto, J. Ειδικό τεύχος για τη γεωργική ρομποτική. J. Ρομπότ πεδίου. 2020, 37, 5–6. [CrossRef] 33. Shamshiri, R.; Weltzien, C.; Hameed, IA; Yule, IJ; Grift, TE; Balasundram, SK; Pitonakova, L.; Ahmad, D.; Chowdhary, G. Έρευνα και ανάπτυξη στη γεωργική ρομποτική: Μια προοπτική της ψηφιακής γεωργίας. Int. J. Agric. Biol. Eng. 2018, 11, 1–14. [CrossRef] 34. Balendonck, J. Sweeper ρομπότ μαζεύει τις πρώτες πιπεριές. Greenh. Int. Mag. Greenh. Καλλιεργώ. 2017, 6, 37.
35. Yuan, Τ.; Zhang, S.; Sheng, X.; Wang, D.; Gong, Υ.; Li, W. Ένα αυτόνομο ρομπότ επικονίασης για ορμονική επεξεργασία λουλουδιών ντομάτας σε θερμοκήπιο. In Proceedings of the 2016 3rd International Conference on Systems and Informatics (ICSAI), Σαγκάη, Κίνα, 19–21 Νοεμβρίου 2016; σελ. 108–113.
36. Meharg, AA Προοπτική: Παρακολούθηση των αναγκών της γεωργίας πόλεων. Nature 2016, 531, S60. [CrossRef] [PubMed] 37. Thomaier, S.; Specht, Κ.; Henckel, D.; Dierich, Α.; Siebert, R.; Freisinger, UB; Sawicka, M. Farming in and on αστικά κτίρια: Παρούσα πρακτική και ειδικές καινοτομίες της γεωργίας μηδενικής έκτασης (ZFarming). Ανανεώνω. Αγρ. Food Syst. 2015, 30, 43–54. [CrossRef] 38. Ghannoum, O. The Green Shoots of Recovery. Openforum. 2020. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: https://www.openforum.com.au/the-greenshoots-of-recovery/ (πρόσβαση στις 13 Απριλίου 2022).
39. Despommier, D. Farming up the city: The rise of urban vertical farms. Trends Biotechnol. 2013, 31, 388–389. [CrossRef] 40. Yang, J.; Liu, Μ.; Lu, J.; Miao, Υ.; Hossain, MA; Alhamid, MF Botanical internet of things: Toward smart indoor farming by
συνδέοντας ανθρώπους, εγκαταστάσεις, δεδομένα και σύννεφα. Οχλος. Netw. Appl. 2018, 23, 188–202. [CrossRef] 41. Samaranayake, P.; Liang, W.; Chen, Ζ.-Η.; Tissue, D.; Lan, Y.-C. Αειφόρος προστατευόμενη καλλιέργεια: Μια μελέτη περίπτωσης των εποχιακών επιπτώσεων στην κατανάλωση ενέργειας του θερμοκηπίου κατά την παραγωγή πιπεριάς. Energies 2020, 13, 4468. [CrossRef] 42. Lin, T.; Goldsworthy, Μ.; Chavan, S.; Liang, W.; Maier, C.; Ghannoum, Ο.; Cazzonelli, CI; Tissue, DT; Lan, Y.-C.;
Sethuvenkatraman, S.; et al. Ένα νέο υλικό κάλυψης βελτιώνει την ενέργεια ψύξης και την αποτελεσματικότητα της λίπανσης για την παραγωγή μελιτζάνας σε θερμοκήπιο. Energy 2022, 251, 123871. [CrossRef] 43. Samaranayake, P.; Maier, C.; Chavan, S.; Liang, W.; Chen, Ζ.-Η.; Tissue, DT; Lan, Y.-C. Ελαχιστοποίηση ενέργειας σε προστατευμένη εγκατάσταση καλλιέργειας με χρήση σημείων λήψης πολλών θερμοκρασιών και έλεγχος των ρυθμίσεων εξαερισμού. Energies 2021, 14, 6014. [CrossRef] 44. FAO. Καλές Γεωργικές Πρακτικές για Θερμοκηπιακές Καλλιέργειες Λαχανικών: Αρχές για Μεσογειακές Κλιματικές Περιοχές; Έγγραφο Φυτικής Παραγωγής και Προστασίας του FAO. FAO: Ρώμη, Ιταλία, 2013; ISBN 978-92-5-107649-1.
45. Hort Innovation Protected Cropping — Ανασκόπηση της έρευνας και εντοπισμός κενών Ε&Α για λαχανικά με εισφορές (VG16083). Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: https://www.horticulture.com.au/growers/help-your-business-grow/research-reports-publications-factsheets-and-more/project-reports/vg16083-1/vg16083/ (πρόσβαση στο 13 Απριλίου 2022).
46. Hiwasa-Tanase, Κ.; Ezura, H. Μοριακή αναπαραγωγή για τη δημιουργία βελτιστοποιημένων καλλιεργειών: Από το γενετικό χειρισμό έως τις πιθανές εφαρμογές σε εργοστάσια φυτών. Εμπρός. Plant Sci. 2016, 7, 539. [CrossRef] 47. Kozai, T. Γιατί φωτισμός LED για την αστική γεωργία; Στο φωτισμό LED για την αστική γεωργία. Kozai, Τ., Fujiwara, Κ., Runkle, ES, Eds.; Springer: Σιγκαπούρη, 2016; σελ. 3–18. ISBN 978-981-10-1848-0.
48. Kwon, S.; Lim, J. Βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης σε εργοστάσια φυτών μέσω της μέτρησης του βιοηλεκτρικού δυναμικού των φυτών. Στην Πληροφορική στον Έλεγχο, τον Αυτοματισμό και τη Ρομποτική. Tan, Η., Εκδ.; Springer: Βερολίνο/Χαϊδελβέργη, Γερμανία, 2011; σελ. 641–648.
49. Cocetta, G.; Casciani, D.; Bulgari, R.; Musante, F.; Kołton, Α.; Rossi, Μ.; Ferrante, A. Αποδοτικότητα χρήσης φωτός για την παραγωγή λαχανικών
σε προστατευμένα και εσωτερικά περιβάλλοντα. Ευρώ. Phys. J. Plus 2017, 132, 43. [CrossRef] Crops 2022, 2 185
50. Jones, M. New Breeding Technologies and Opportunities for the Australian Vegetable Industry; Horticulture Innovation Australia Limited: Σίδνεϊ, Αυστραλία, 2016.
51. Tüzel, Υ.; Leonardi, C. Προστατευόμενη καλλιέργεια στην περιοχή της Μεσογείου: Τάσεις και ανάγκες. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Derg. 2009, 46, 215–223.
52. Bergougnoux, V. Η ιστορία της ντομάτας: Από την εξημέρωση στη βιοφαρμακευτική παραγωγή. Biotechnol. Adv. 2014, 32, 170–189. [CrossRef] [PubMed] 53. Taher, D.; Solberg, S.Ø.; Prohens, J.; Chou, Υ.; Rakha, Μ.; Γου, Τ. Παγκόσμιο κέντρο λαχανικών συλλογή μελιτζάνας: Προέλευση, σύνθεση, διάδοση σπόρων και χρήση στην αναπαραγωγή. Εμπρός. Plant Sci. 2017, 8, 1484. [CrossRef] [PubMed] 54. Hasan, MM; Bashir, Τ.; Ghosh, R.; Lee, SK; Μπάε, Χ. Μια επισκόπηση των επιδράσεων των LED στην παραγωγή βιοδραστικών ενώσεων και στην ποιότητα της καλλιέργειας. Molecules 2017, 22, 1420. [CrossRef] 55. Piovene, C.; Orsini, F.; Bosi, S.; Sanoubar, R.; Bregola, V.; Dinelli, G.; Τζιανκουίντο, Γ. Βέλτιστη αναλογία κόκκινου:μπλε σε φωτισμό led για διατροφική φυτοκομία εσωτερικών χώρων. Sci. Hortic. 2015, 193, 202–208. [CrossRef] 56. Kwon, C.-T.; Heo, J.; Lemmon, ZH; Capua, Υ.; Hutton, SF; Van Eck, J.; Park, SJ; Lippman, ZB Ταχεία προσαρμογή των καρπών solanaceae για την αστική γεωργία. Nat. Biotechnol. 2020, 38, 182–188. [CrossRef] 57. Shamshiri, RR; Jones, JW; Thorp, KR; Ahmad, D.; Man, HC; Ταχέρη, Σ. Ανασκόπηση του ελλείμματος της βέλτιστης θερμοκρασίας, υγρασίας και πίεσης ατμών για αξιολόγηση και έλεγχο μικροκλίματος στην καλλιέργεια τομάτας σε θερμοκήπιο: Μια ανασκόπηση. Int. Agrophys. 2018, 32, 287–302. [CrossRef] 58. Chavan, SG; Maier, C.; Alagoz, Υ.; Filipe, JC; Warren, CR; Lin, Η.; Jia, Β.; Λόικ, ΕΓΩ; Cazzonelli, CI; Chen, ZH; et al. Η φωτοσύνθεση με περιορισμένο φως κάτω από φιλμ εξοικονόμησης ενέργειας μειώνει την απόδοση της μελιτζάνας. Food Energy Secur. 2020, 9, e245. [CrossRef] 59. Timmermans, GH; Ντούμα, RF; Lin, J.; Debije, MG Διπλό «έξυπνο» φωταύγειας ανταποκρινόμενο σε θερμική/ηλεκτρική ενέργεια. Εφαρμογή Sci. 2020, 10, 1421. [CrossRef] 60. Yin, R.; Xu, Ρ.; Σεν, Π. Μελέτη περίπτωσης: Εξοικονόμηση ενέργειας από φιλμ ηλιακών παραθύρων σε δύο εμπορικά κτίρια στη Σαγκάη. Ενεργειακή κατασκευή. 2012, 45, 132–140. [CrossRef] 61. Kim, Η.-Κ.; Lee, S.-Y.; Kwon, J.-K.; Kim, Y.-H. Αξιολόγηση της επίδρασης των υλικών κάλυψης στο μικροκλίμα του θερμοκηπίου και στη θερμική απόδοση. Agronomy 2022, 12, 143. [CrossRef] 62. Αυτός, Χ.; Maier, C.; Chavan, SG; Zhao, C.-C.; Alagoz, Υ.; Cazzonelli, C.; Ghannoum, Ο.; Tissue, DT; Chen, Ζ.-Η. Υλικά κάλυψης που μεταβάλλουν το φως και βιώσιμη παραγωγή λαχανικών στο θερμοκήπιο: μια ανασκόπηση. Κανονισμός ανάπτυξης φυτών. 2021, 95, 1–17. [CrossRef] 63. Timmermans, GH; Hemming, S.; Baeza, Ε.; Thor, EAJV; Schenning, APHJ; Debije, MG Προηγμένα οπτικά υλικά για τον έλεγχο του ηλιακού φωτός σε θερμοκήπια. Adv. Opt. Μητήρ. 2020, 8, 2000738. [CrossRef] 64. Zisis, C.; Πεχλιβάνη, Ε.Μ. Τσιμικλή, Σ.; Μεκερίδης, Ε.; Λασκαράκης, Α.; Λογοθετίδης, Σ. Οργανικά φωτοβολταϊκά σε στέγες θερμοκηπίων: Επιδράσεις στην ανάπτυξη των φυτών. Μητήρ. Σήμερα Proc. 2019, 19, 65–72. [CrossRef] 65. Aroca-Delgado, R.; Pérez-Alonso, J.; Callejón-Ferre, Á.-J.; Díaz-Pérez, M. Μορφολογία, απόδοση και ποιότητα θερμοκηπιακής καλλιέργειας τομάτας με εύκαμπτα φωτοβολταϊκά πάνελ ταράτσας (Αλμερία-Ισπανία). Sci. Hortic. 2019, 257, 108768. [CrossRef] 66. Αυτός, Χ.; Chavan, SG; Hamoui, Ζ.; Maier, C.; Ghannoum, Ο.; Chen, Ζ.-Η.; Tissue, DT; Cazzonelli, CI Έξυπνη γυάλινη μεμβράνη μείωσε το ασκορβικό οξύ σε ποικιλίες κόκκινης και πορτοκαλί πιπεριάς χωρίς να επηρεάζει τη διάρκεια ζωής. Φυτά 2022, 11, 985. [CrossRef] 67. Zhao, C.; Chavan, S.; Αυτός, Χ.; Zhou, Μ.; Cazzonelli, CI; Chen, Ζ.-Η.; Tissue, DT; Γκανούμ, Ο. Το έξυπνο γυαλί επηρεάζει την στοματική ευαισθησία της πιπεριάς θερμοκηπίου μέσω του αλλοιωμένου φωτός. J. Exp. Μποτ. 2021, 72, 3235–3248. [CrossRef] 68. Pilkington, LJ; Messelink, G.; van Lenteren, JC; Le Mottee, Κ. «Προστατευόμενος βιολογικός έλεγχος» — Βιολογική διαχείριση παρασίτων στη βιομηχανία θερμοκηπίου. Biol. Έλεγχος 2010, 52, 216–220. [CrossRef] 69. Sonneveld, C.; Voogt, W. Διατροφή φυτών στη μελλοντική παραγωγή θερμοκηπίου. Στη Διατροφή Φυτών Θερμοκηπιακών Καλλιεργειών; Sonneveld, C., Voogt, W., Eds.; Springer: Dordrecht, Ολλανδία, 2009; σελ. 393-403.
70. Treftz, C.; Omaye, ST Ανάλυση θρεπτικών ουσιών εδάφους και φραουλών και σμέουρων χωρίς έδαφος που καλλιεργούνται σε θερμοκήπιο. Food Nutr. Sci. 2015, 6, 805–815. [CrossRef] 71. Προσφορά ευκαιριών περαιτέρω εκπαίδευσης σε μέλη της βιομηχανίας λαχανικών. AUSVEG. 2020. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: https://ausveg.com.au/
άρθρα/προσφορά-περαιτέρω-εκπαίδευσης-ευκαιριών-σε-βεγ-βιομηχανία-μέλη/ (πρόσβαση στις 13 Απριλίου 2022).