Các nhà khoa học khám phá cách canh tác thẳng đứng trong nhà có thể giúp đáp ứng nhu cầu thực phẩm trong tương lai
bởi Frontiers
Kiểm soát môi trường năng động có thể chuyển đổi các hệ thống canh tác thẳng đứng. Tín dụng: Kaiser và cộng sự/Frontiers
Để đảm bảo mọi người đều ăn uống đầy đủ trong thế giới đông đúc của chúng ta, chúng ta cần phải đổi mới. Các hệ thống canh tác thẳng đứng, trồng cây thâm canh trong môi trường trong nhà, có thể là một phần của câu trả lời—nhưng để sử dụng chúng trên quy mô lớn, chúng ta cần khắc phục các vấn đề chính, đặc biệt là việc quản lý ánh sáng tốn kém, tốn nhiều năng lượng mà cây cần để phát triển.
Giờ đây, các nhà khoa học chỉ ra cách điều chỉnh ánh sáng theo nhu cầu của từng loại cây trồng cụ thể có thể giúp chúng phát triển khỏe mạnh hơn đồng thời giảm thiểu mức sử dụng năng lượng.
"Lợi ích lớn nhất của các hệ thống canh tác thẳng đứng là thực phẩm lành mạnh có thể được trồng gần hơn nhiều với người tiêu dùng ở những nơi mà điều này không thể thực hiện được: ở các thành phố lớn, ở sa mạc và ở những nơi lạnh giá và tối tăm trong phần lớn thời gian trong năm", Tiến sĩ Elias Kaiser, tác giả đầu tiên của bài báo trên Frontiers in Science, cho biết. "Thách thức lớn nhất là chi phí liên quan đến việc sử dụng điện".
Làm sáng tỏ vấn đề
Nhiều hệ thống canh tác thẳng đứng được vận hành bằng các điều kiện môi trường liên tục, đòi hỏi rất nhiều điện đắt tiền để bảo trì. Phân tích của các nhà khoa học cho thấy những điều kiện khắt khe này là không cần thiết: họ cho rằng bằng cách sử dụng kiểm soát môi trường động, chúng ta có thể đạt được canh tác thẳng đứng tiết kiệm chi phí hơn và nuôi trồng cây khỏe mạnh hơn.
"Chúng tôi lấy động lực từ nhịp điệu mà cây thể hiện theo ngày cũng như theo thang thời gian phát triển, đòi hỏi môi trường phát triển của chúng phải được điều chỉnh thường xuyên để điều khiển sự phát triển của chúng một cách hoàn hảo", Giáo sư Leo Marcelis của Đại học Wageningen, tác giả chính cho biết.
"Chúng tôi phác thảo một chiến lược sử dụng kiến thức về sinh lý thực vật, các kỹ thuật cảm biến và mô hình mới, cũng như các giống mới được lai tạo đặc biệt cho các hệ thống canh tác thẳng đứng".
Vì các chức năng sinh học của thực vật chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các điều kiện môi trường như thay đổi nhiệt độ, bước sóng ánh sáng và lượng CO2 trong khí quyển, nên việc điều chỉnh môi trường cho phép hệ thống canh tác thẳng đứng điều chỉnh sự phát triển của cây.
Ánh sáng là một biến số quan trọng; tất cả các loại cây đều cần nó để quang hợp, và các bước sóng ánh sáng khác nhau có tác động khác nhau đến các loại cây khác nhau. Biến này cũng đặc biệt nhạy cảm với giá điện, do đó tạo cơ hội để tăng hiệu quả.
Marcelis giải thích "Có thể tận dụng sự biến động giá điện để tạo lợi thế cho các hệ thống canh tác thẳng đứng, bằng cách sử dụng nhiều điện hơn khi giá rẻ hơn".
Các tác giả đã tạo ra một mô hình để thử nghiệm hệ thống chiếu sáng thông minh nhằm mục đích duy trì khả năng quang hợp của cây ổn định trong suốt cả ngày, đồng thời vẫn giảm chi phí điện. Họ phát hiện ra rằng một thuật toán tối ưu hóa có thể cắt giảm chi phí điện 12% mà không ảnh hưởng đến quá trình cố định carbon của cây, chỉ bằng cách thay đổi cường độ ánh sáng.
Sau đó, họ kiểm tra xem cường độ ánh sáng thay đổi có ảnh hưởng đến sự phát triển của các loại cây lá như rau bina thường được trồng trong các trang trại thẳng đứng hay không và thấy rằng không có tác động tiêu cực nào. Điều này vẫn đúng ngay cả khi cây phải chịu cường độ ánh sáng thay đổi không đều, thay vì theo một mô hình đều đặn, có thể dự đoán được.
Hạt giống của tương lai
Vẫn còn những vấn đề quan trọng khác cần được giải quyết trước khi canh tác thẳng đứng có thể giúp nuôi sống thế giới.
"Nhiều giải pháp được đề xuất chưa được thử nghiệm ở quy mô lớn hơn mà các trang trại thẳng đứng đại diện—chúng có thể đã được trình bày ở cấp độ một cây, nhưng chưa được trình bày ở cấp độ toàn bộ cánh đồng", Kaiser cảnh báo.
Việc điều chỉnh lưu lượng không khí, nhiệt độ và CO2 theo nhu cầu của cây trồng có thể mang lại cơ hội giảm thiểu chi phí điện. Người nông dân sẽ cần các cảm biến và mô hình phù hợp để giúp họ theo dõi và điều chỉnh môi trường, cũng như các giống cây trồng mới được lai tạo để canh tác thẳng đứng.
Các giống cây trồng này có thể tận dụng tiềm năng sản xuất tại địa phương trong điều kiện được bảo vệ để tập trung vào dinh dưỡng và chất lượng cảm quan tốt hơn, thay vì độ bền hoặc thời hạn sử dụng. Cần phải nghiên cứu thêm để hiệu chỉnh tất cả các biến số này và tạo ra sự cân bằng phù hợp giữa cây trồng chất lượng cao và năng suất cao.
Marcelis cho biết "Trong một trang trại thẳng đứng, mọi điều kiện tăng trưởng đều có thể được kiểm soát chính xác, điều này rất quan trọng để tối ưu hóa năng suất, chất lượng và hiệu quả sử dụng tài nguyên".
"Tuy nhiên, khả năng kỹ thuật để giữ chúng không đổi không có nghĩa là giữ chúng không đổi là giải pháp tốt nhất. Khi kiểm soát môi trường năng động đã được thiết lập, cả mức sử dụng năng lượng và chi phí năng lượng đã sử dụng đều có thể giảm đáng kể, tăng lợi nhuận và tính bền vững của các trang trại thẳng đứng."
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
