Vertikální zemědělství

Salát pěstovaný ve vnitřním vertikálním zemědělském systému

Vertikální zemědělství je způsob pěstování plodin ve svisle naskládaných vrstvách. Často zahrnuje zemědělství s řízeným prostředím, jehož cílem je optimalizovat růst rostlin, a bezolovnaté zemědělské techniky, jako jsou hydroponie, aquaponie a aeroponie. Některé běžné možnosti struktur pro umístění vertikálních zemědělských systémů zahrnují budovy, přepravní kontejnery, tunely a opuštěné důlní šachty. V přítomnosti je na celém světě provozováno zhruba 30 hektarů vertikální zemědělské půdy.

Moderní koncept vertikálního zemědělství navrhl v roce 1999 Dickson Despommier, profesor veřejného a environmentálního zdraví (Public and Environmental Health) na Kolumbijské univerzitě. Despommier a jeho studenti přišli s návrhem mrakodrapové farmy, která by mohla uživit 50 000 lidí. Ačkoli design ještě nebyl postaven, úspěšně popularizoval myšlenku vertikálního zemědělství. Současné provozování vertikálních farem ve spojení s dalšími nejmodernějšími technologiemi, jako jsou např. speciálně upravená LED světla, vedou k více než desetinásobku výnosu plodiny, než jaký by se dosáhl tradičními způsoby hospodaření.  Existují různé způsoby implementace vertikálních zemědělských systémů, což můžeme vidět když se podíváme do různých míst po celém světě, jako například: Paignton, Izrael Singapur, Chicago, Mnichov, Londýn, Japonsko a Lincolnshire.

Hlavní výhodou využití vertikálních zemědělských technologií je zvýšená produkce plodiny, která souvisí s tím že, na jednu plodinu je potřeba méně prostoru, než je tomu v klasickém zemědělství. Další výhodou je zvýšená schopnost pěstovat větší škálu plodin najednou, protože plodiny nesdílejí stejné pozemky během pěstování. Plodiny jsou navíc odolné vůči narušení počasím z důvodu jejich umístění ve vnitřních prostorech, což znamená méně ztrát plodin při extrémních nebo neočekávaných výkyvech v počasí. V neposlední řadě, díky užití menší plochy pro pěstování, vertikální zemědělství méně ohrožuje původním rostliny a zvířata v krajině, což vede k další ochraně místní fauny a flóry.

Vertikální zemědělství má ale také různá negativa. Například ekonomicky má tento způsob zemědělství vysoké počáteční náklady ve srovnání s tradičními farmami. Ve Victorii v Austrálii by „hypotetická 10stupňová vertikální farma“ stála více než 850krát více na metr krychlový orné půdy než tradiční farma na venkově ve Victorii. Vertikální farmy také čelí velkým energetickým nárokům díky použití doplňkového světla, jako jsou LED. Kromě toho, pokud se ke splnění těchto energetických požadavků použije neobnovitelná energie, vertikální farmy by teoreticky mohly způsobit větší znečištění než tradiční farmy nebo skleníky.

Druhy vertikálního zemědělství

Vnitřní hydroponická vertikální farma Morušovníku, Japonsko

Hydroponie

Hydroponie označuje techniku pěstování rostlin bez půdy. V hydroponických systémech jsou kořeny rostlin ponořeny do kapalných roztoků obsahujících makroživiny, jako je dusík, fosfor, síra, draslík, vápník a hořčík, stejně jako i stopové prvky, včetně železa, chloru, manganu, boru, zinku, mědi, a molybdenu. Kromě toho se jako náhražky půdy používají také inertní (chemicky neaktivní) média, jako je štěrk, písek a piliny, které umožňují přirozenější zakořenění.

Mezi výhody hydroponie patří schopnost zvýšit výnos na plochu a snížit spotřebu vody. Studie ukázala, že ve srovnání s konvenčním zemědělstvím by hydroponické zemědělství mohlo zvýšit výtěžek salátu zhruba na 11násobek a vyžadovat 13krát méně vody. Díky těmto výhodám je hydroponie převládajícím systémem pěstování používaným ve vertikálním zemědělství.

Aquaponie se sumci

Aquaponie

Termín aquaponie je vytvořen kombinací dvou slov: akvakultura, která označuje chov ryb, a hydroponie - technika pěstování rostlin bez půdy. Aquaponie posouvá hydroponii o krok dále tím, že integruje produkci suchozemských rostlin s produkcí vodních organismů do systému uzavřené smyčky, který napodobuje samotnou přírodu. Odpadní voda bohatá na živiny z akvária se filtruje pro odstraňování pevných látek a poté vede k biofiltru, kde se toxický amoniak přeměňuje na výživný dusičnan. Při vstřebávání živin pak rostliny čistí odpadní vodu, která se recykluje zpět do akvária. Rostliny navíc spotřebovávají oxid uhličitý produkovaný rybami a voda v akváriích získává teplo a pomáhá skleníku udržovat teplotu v noci, aby šetřila energii. Jelikož se ale většina komerčních vertikálních zemědělských systémů zaměřuje na produkci několika rychle rostoucích zeleninových plodin, není aquaponika, jejíž součástí je také akvakulturní složka, v současné době tak široce využívána jako konvenční hydroponie.

Aeroponie

Aeroponicky pěstovaná pažitka

Vynález aeroponie byl motivován iniciativou NASA k nalezení efektivního způsobu pěstování rostlin ve vesmíru již v 90. letech. Na rozdíl od konvenční hydroponie a aquaponie nevyžaduje aeroponie pro pěstování rostlin žádné kapalné nebo pevné médium. Místo toho se kapalný roztok s živinami zamlžuje ve vzduchových komorách, kde jsou rostliny suspendovány. Aeroponie je zdaleka nejudržitelnější způsob pěstování bez půdy protože využívá až o 90% méně vody než nejúčinnější konvenční hydroponické systémy a nevyžaduje výměnu růstového média. Absence růstového média navíc umožňuje aeroponickým systémům přizpůsobit svoji konstrukci, což dále šetří energii, protože gravitace automaticky odvádí přebytečnou kapalinu, zatímco běžné horizontální hydroponické systémy často vyžadují vodní čerpadla pro řízení přebytečného roztoku. V současné době nejsou aeroponické systémy široce používány ve vertikálním zemědělství, ale začínají přitahovat významnou pozornost.

Zemědělství v kontrolovaném prostředí

Zemědělství v kontrolovaném prostředí (CEA - Controlled Environment Agriculture) je modifikace přírodního prostředí za účelem zvýšení výnosu plodin nebo prodloužení vegetačního období. Systémy CEA jsou obvykle umístěny v uzavřených strukturách, jako jsou skleníky nebo budovy, kde lze ovlivnit faktory prostředí, jako je vzduch, teplota, světlo, voda, vlhkost, oxid uhličitý a výživa rostlin. Ve vertikálních zemědělských systémech se CEA často používá ve spojení s bezolovnatými zemědělskými technikami, jako jsou hydroponie, aquaponie i aeroponie.