Sachin G. Chavan (1,2,*), Zhong-Hua Chen (1,3), Oula Ghannoum (1), Christopher I. Cazzonelli (1) és David T. Tissue 1,2)
1. Nemzeti Zöldségvédelmi Termesztési Központ, Hawkesbury Institute for the Environment, Nyugat-Sydney
University, Locked Bag 1797, Penrith, NSW 2751, Ausztrália; 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 Egyetem,
Richmond, NSW 2753, Ausztrália
3. School of Science, Western Sydney University, Penrith, NSW 2751, Ausztrália
* Levelezés: s.chavan@westernsydney.edu.au; Tel.: +61-2-4570-1913
Absztrakt: A védett növénytermesztés módot kínál az élelmiszertermelés megerősítésére az éghajlatváltozással szemben
és kevesebb erőforrással fenntarthatóan szállítani az egészséges élelmiszert. Ahhoz azonban, hogy ez a gazdálkodási mód
gazdaságilag életképes, a védett növénytermesztés állapotát a rendelkezésre álló keretek között kell mérlegelnünk
technológiák és a megfelelő kertészeti célnövények. Ez az áttekintés felvázolja a meglévő lehetőségeket
és kihívások, amelyekkel a folyamatos kutatással és innovációval kell foglalkozni ebben az izgalmas, de
összetett mező Ausztráliában. A beltéri farm létesítmények nagyjából a következő három kategóriába sorolhatók
a technológiai fejlődés szintjei: alacsony, közepes és high-tech, megfelelő kihívásokkal
amelyek innovatív megoldásokat igényelnek. Továbbá a beltéri növények növekedésének korlátozásai és védettek
a növénytermesztési rendszerek (pl. a magas energiaköltségek) viszonylagosan korlátozták a beltéri mezőgazdaság alkalmazását
kevés, nagy értékű termény. Ezért új, beltéri gazdálkodásra alkalmas növényfajtákat kell kifejlesztenünk
amelyek eltérhetnek a szabadföldi termeléshez szükségesektől. Ezen kívül védett termés
magas indítási költségeket, drága szakképzett munkaerőt, magas energiafogyasztást és jelentős kártevőt igényel
valamint a betegségkezelés és a minőség-ellenőrzés. Összességében a védett növénytermesztés ígéretes megoldásokat kínál
az élelmiszer-biztonság érdekében, miközben csökkenti az élelmiszertermelés szénlábnyomát. Azonban beltérre
a növénytermesztés jelentős pozitív hatással lesz a globális élelmezésbiztonságra és táplálkozásra
a biztonság érdekében elengedhetetlen lesz a változatos növények gazdaságos előállítása.
Kulcsszavak: védett növénytermesztés; függőleges farm; talaj nélküli kultúra; termésteljesítmény; beltéri mezőgazdaság;
élelmiszerbiztonság; az erőforrások fenntarthatósága
1. Bevezetés
A világ népessége 10-re várhatóan eléri majd a 2050 milliárd főt, és a növekedés nagy része a világ nagy városi központjaiban fog bekövetkezni [1,2]. A népesség növekedésével az élelmiszertermelésnek növekednie kell, és meg kell felelnie a táplálkozási és egészségügyi szükségleteknek, ugyanakkor el kell érnie az Egyesült Nemzetek Fenntartható Fejlődési Céljait (UN SDG) [3,4]. A termőföldek csökkenése és az éghajlatváltozás mezőgazdaságra gyakorolt kedvezőtlen hatásai további kihívásokat jelentenek, amelyek arra kényszerítik a jövő élelmiszertermelési rendszereinek innovációit, hogy megfeleljenek a növekvő keresletnek a következő néhány évtizedben. Például az ausztrál gazdaságok gyakran ki vannak téve az éghajlat változékonyságának, és érzékenyek a hosszú távú éghajlatváltozás hatásaira. A közelmúltban Ausztrália keleti részén 2018–19-ben és 2019–20-ban tapasztalt aszályok kedvezőtlenül érintették a mezőgazdasági vállalkozásokat, és ezzel tovább fokozták az éghajlatváltozásnak az ausztrál mezőgazdaságra gyakorolt hatásait [5].
A védett növénytermesztés, más néven beltéri gazdálkodás [6] – az alacsony technológiájú polialagúttól a közepes technológiájú, részben környezetileg ellenőrzött üvegházakig, a csúcstechnológiás „intelligens” üvegházakig és beltéri gazdaságokig – hozzájárulhat a globális élelmezésbiztonság fokozásához a 21. század. Míg azonban az önfenntartó metropolisz víziója vonzó a kortárs kihívások kezelésében, a beltéri gazdálkodás elterjedése nem felel meg a
támogatóinak izgalma és optimizmusa. A védett növénytermesztés és a beltéri gazdálkodás magában foglalja a technológia és az automatizálás nagyobb mértékű használatát a földhasználat optimalizálása érdekében, ezáltal izgalmas megoldásokat kínálva a jövő élelmiszertermelésének javítására [7]. Világszerte a városi mezőgazdaság fejlődése [8,9] gyakran krónikus és/vagy akut válságok után következett be, például Hollandiában a fény- és térkorlátok miatt; az autóipar összeomlása Detroitban; az ingatlanpiac összeomlása az Egyesült Államok keleti partján; és a kubai rakétaválság blokád. Egyéb
lendületet a rendelkezésre álló piacok jelentenek, azaz a védett növénytermesztés elterjedt Spanyolországban [10], mivel az ország könnyen hozzáfér az észak-európai piacokhoz. A jelenlegi kihívásokkal együtt a folyamatban lévő COVID-19 világjárvány megadhatja a szükséges lendületet a városi mezőgazdaság átalakításához [11].
Ha azt akarjuk, hogy a városi mezőgazdaság jelentős szerepet játsszon az élelmezésbiztonság és az emberi táplálkozás javításában, globális szinten kell méretezni, hogy képes legyen a termékek széles skáláját energia-, erőforrás- és költséghatékonyabb módon termeszteni, mint jelenleg lehetséges. Óriási lehetőségek rejlenek a termés termelékenységének és minőségének javítására a környezetvédelmi ellenőrzések, a kártevők elleni védekezés, a fenomika és az automatizálás terén elért előrelépések párosításával
olyan nemesítési erőfeszítésekkel, amelyek olyan tulajdonságokat céloznak meg, amelyek javítják a növény felépítését, a termésminőséget (íz és tápanyag) és a termést. A hagyományos növényfajtákhoz képest a jelenlegi és feltörekvő növények, valamint a gyógynövények nagyobb változatossága termeszthető a környezetileg ellenőrzött gazdaságokban [12,13].
A városi élelmezésbiztonság javításának és az élelmiszerek szén-dioxid-kibocsátásának csökkentésének küszöbön álló igénye megoldható az agrár-élelmiszeripari ágazat innovációival, mint például a védett növénytermesztés és a vertikális beltéri gazdálkodás. Ezek az alacsony technológiájú polialagutaktól, minimális környezetvédelemmel, a közepes technológiájú, részben környezetileg ellenőrzött üvegházaktól a csúcstechnológiás üvegházakig és a legmodernebb technológiát alkalmazó vertikális mezőgazdasági létesítményekig terjednek. A védett növénytermesztés a leggyorsabban növekvő élelmiszer-termelő ágazat Ausztráliában a termelés mértékét és a gazdasági hatást tekintve [12]. Az ausztrál védett növénytermesztési ipar csúcstechnológiás létesítményekből (17%), üvegházakból (20%) és hidroponikus/szubsztrát alapú növénytermesztési rendszerekből (52%) áll, jelezve az agrár-élelmiszeripari ágazat fejlesztésének szükségességét és lehetőségét. Ebben az áttekintésben a védett növénytermesztés helyzetét tárgyaljuk a rendelkezésre álló technológiák és a megfelelő kertészeti célnövények összefüggésében, felvázolva azokat a lehetőségeket és kihívásokat, amelyekkel az Ausztráliában folyó kutatás során foglalkozni kell.
2. A védett növénytermesztés jelenlegi technikái és technológiái
2019-ben a védett növénytermesztésre szánt teljes földterület – amely nagyjából
mindenféle burkolat alatt termesztett növényeket – 5,630,000 14 500,000 hektárra (ha) becsülték világszerte [10]. Az üvegházakban (állandó építményekben) termesztett zöldségek és fűszernövények teljes területét világszerte körülbelül 90 15,16 ha-ra becsülték, e növények 1300%-át üvegházakban, 14%-át műanyag üvegházakban termesztik [5]. Ausztrália üvegházi területét körülbelül 17 hektárra becsülik, a csúcstechnológiás üvegházak (körülbelül 83 egyéni vállalkozás, amelyek mindegyike kevesebb, mint 17 ha) adják ennek a területnek 80%-át, az alacsony technológiájú/közepes technológiájú üvegházak pedig 20%-át [16] ]. Globálisan a műanyag üvegházak az üvegházak XNUMX%-át, illetve XNUMX%-át teszik ki az üvegházaknak [XNUMX].
A védett növénytermesztés a leggyorsabban növekvő élelmiszer-termelő ágazat Ausztráliában, 1.5-ben évi 2017 milliárd dollár értékben. Becslések szerint az összes ausztrál gazdálkodó körülbelül 30%-a termeszt növényeket valamilyen védett növénytermesztési rendszerben, és hogy a fedés alatt termesztett növények a zöldség- és virágtermesztés összértékének mintegy 20%-át teszik ki [18]. Ausztráliában a becsült üvegházhatású zöldségtermesztési terület Dél-Ausztráliában a legmagasabb (580 ha), ezt követi Új-Dél-Wales (500 ha) és Victoria (200 ha), míg Queensland, Nyugat-Ausztrália és Tasmania egyenként 50 ha-nál kevesebbet tesz ki [17 ].
Az Australian Horticulture Statistics Handbook (2014–2015) és az iparral folytatott megbeszélések alapján a gyümölcsök, zöldségek és virágok bruttó termelési értékét (GVP) becsülték meg 2017-re. Az alkalmazott termesztőrendszerek közül a hidroponikus/szubsztrát- a legmagasabbra a alapú termesztési rendszereket értékelték (52%), ezt követik a talajtrágyázással termesztettek (35%), a talajtrágyázás és a hidroponikus/szubsztrát alapú rendszerek kombinációjával (11%), valamint a hidroponikus/tápanyag felhasználásával. filmtechnika (NFT) (2%) (1A. ábra). Hasonlóképpen, a védelmi típusok közül a poli/üveg burkolat alatt termesztett növényeknél (63%) volt a legmagasabb a GVP, ezt követik a poliborítás (23%), jégeső/árnyékoló (8%) és a kombinált poli/jégeső/árnyékoló alatt termesztettek. borítók (6%) (1B. ábra) [17]. Ausztráliában az egyes üvegházhatású kertészeti termékek GVP-ire vonatkozó statisztikák nem állnak rendelkezésre könnyen [15].
ábra 1. Védett növénykultúrák teljes bruttó értékű termelése (GVP) (2017) termesztési rendszer (A) és védelem (B) szerint. A hidroponikus/szubsztrát alapú termelés talaj nélküli növénynövekedést jelent inert közeg, például kőzetgyapot felhasználásával. A talaj/trágya alapú termelés a talaj trágyázással (műtrágya és víz kombinált kijuttatása) történő növénynövekedést foglal magában. A hidroponikus/tápanyagfilm-technika (NFT) azt jelenti, hogy oldott tápanyagokat tartalmazó sekély vízáramot keringetnek, amely vízzáró csatornákban halad át a növények gyökerein. A „poli” polikarbonátra utal.
A jégeső/árnyékoló burkolatok, általában hálóból vagy szövetből, megvédik a növényeket a jégesőtől, és megakadályozzák a túlzott fény mennyiségét. A $ AUD-ra utal.
Az Egyesült Államokban az ellenőrzött környezetű létesítmények közül az üveg- vagy polikarbonát (poli) üvegházak (47%) gyakoribbak, mint a beltéri vertikális farmok (30%), az alacsony technológiájú műanyag karikás házak (12%) és a konténerfarmok (7%). ) és beltéri mélytengeri tenyésztési rendszerek (4%). A termesztési rendszerek közül a hidroponikus (49%) gyakoribb, mint a talajalapú (24%), az akvaponikus (15%), az aeroponikus (6%) és a hibrid (aeroponika, hidroponika, talaj) rendszerek (6%) [19,20].
Ausztráliában nagyon kevés fejlett vertikális farm van, főként annak a ténynek köszönhetően, hogy kevés sűrűn lakott város van. Ausztrália azonban körülbelül 1000 hektár üvegházi területtel rendelkezik [16,17, 2006], és a friss zöldségek és gyümölcsök exportja 2016-ról 16-ra jelentősen nőtt Ausztráliában [XNUMX], a növekvő fedő alatti termesztéssel. Noha Ausztrália nagyszerűen kezdett a beltéri gazdálkodásban, és az ágazat hatalmas növekedési potenciállal rendelkezik, időre van szükség az éréshez és a további fejlődéshez, hogy globális szinten kulcsszereplővé váljon. Jelenleg a kereskedelmi célú beltéri mezőgazdasági létesítmények a következő három technológiai fejlettségi szintre oszthatók: alacsony, közepes és high-tech. Mindegyiket részletesebben tárgyaljuk a következő szakaszokban.
2.1. Új technológiák alacsony technológiájú polialagutak számára
A védett növénytermesztéshez leginkább hozzájáruló, alacsony technológiájú üvegházi létesítmények számos korláttal rendelkeznek, amelyek technológiai megoldásokat igényelnek, hogy segítsék áttérni a jövedelmező közepes vagy csúcstechnológiás létesítményekbe, amelyek minimális erőforrásokkal kiváló minőségű növényeket termelnek. Az alacsony technológiájú polialagutak adják az üvegházhatást okozó növénytermesztés 80–90%-át világszerte [20] és Ausztráliában [17]. Figyelembe véve az alacsony technológiájú polialagút nagy arányát a védett növénytermesztésben, valamint alacsony klíma-, trágyázási és kártevő-szabályozási szintjüket, fontos kezelni a kapcsolódó kihívásokat a termelők termelési és gazdasági megtérülésének növelése érdekében.
Az alacsony technológiai szint a poli-alagutak különféle típusait öleli fel, amelyek a rögtönzött, műanyag burkolatú fémszerkezetektől a célirányosan épített állandó szerkezetekig terjedhetnek. Általában nem szabályozhatók azon túl, hogy fel tudják emelni a műanyag burkolatot, ha túl meleg vagy felhős lesz a levegő. Ezek a műanyag burkolatok védik a termést a jégesőtől, esőtől és hideg időjárástól, és bizonyos mértékig meghosszabbítják a tenyészidőszakot. Ezek az olcsó szerkezetek a
életképes megtérülés a zöldségnövényekbe, mint például a saláta, a bab, a paradicsom, az uborka, a káposzta és a cukkini. Ezekben a polialagutakban a gazdálkodást a talajban végzik, míg a fejlettebb műveletek nagy edényeket és csepegtető öntözést használhatnak paradicsom, áfonya, padlizsán vagy paprika esetében. Míg azonban az alacsony technológiájú védett növénytermesztésnek van értelme a kistermelők számára, ezeknek a technikáknak számos hiányossága van. A környezeti kontroll hiánya befolyásolja a termék méretének és minőségének konzisztenciáját, ezért csökkenti
e termékek piacra jutása az igényes vásárlók, például szupermarketek és éttermek számára. Tekintettel arra, hogy a növényt általában a talajba ültetik, ezek a gazdálkodók számos kártevővel és talaj által terjesztett betegséggel is szembesülnek (pl. tartós fonálféreg-fertőzés). Az ipari és kutatási partnereknek innovációkra van szükségük a létesítménytervezési és terménygazdálkodási rendszerekre, valamint az intelligens kereskedelmi rendszerekre vonatkozó megoldások biztosítására a termékek exportálásához
és fenntartani az állandó ellátási láncot. A finanszírozó szervezetek ösztönzői és támogatása, valamint az egyetemek és vállalatok technológiai innovációi (pl. biológiai szabályozás, öntözés részleges automatizálása és hőmérsékletszabályozás) segíthetik a termelőket a fejlettebb technológiai növénytermesztési rendszerekre való átállásban.
2.2. Közepes technológiájú üvegházak korszerűsítése innovációkkal és új technológiákkal
A közepes technológiájú védett növénytermesztés egy széles kategória, amely az ellenőrzött környezetű üvegházakat és üvegházakat foglalja magában. A védett növénytermesztési ágazat ezen része jelentős technológiai korszerűsítést igényel, ha fel akarja venni a versenyt a nagyüzemi élelmiszer-termeléssel az alacsony technológiájú polialagutakat és a high-tech üvegházakból származó kiváló minőségű termékeket telepítő gazdaságokban. A közepes technológiájú üvegházakban a környezetvédelem általában részleges vagy intenzív, és egyes üvegházak hőmérséklete a tető kézi nyitásával szabályozható.
a fejlettebb létesítmények hűtő- és fűtőegységekkel rendelkeznek. Napelemek és intelligens fóliák használatát vizsgálják az energiaköltségek és a szénlábnyom csökkentése érdekében a közepes technológiájú üvegházakban [21–23].
Míg sok üvegház még mindig PVC-ből vagy üvegből készült, az energiahatékonyság növelése érdekében intelligens fóliák alkalmazhatók ezekre a szerkezetekre, vagy beépíthetők az üvegházak tervezésébe. Általában a csúcskategóriás üvegházakban termesztési tápközeget használnak, például Rockwool blokkokat gondosan kalibrált folyékony műtrágya-bevételekkel a különböző növekedési szakaszokban, hogy maximalizálják a terméshozamot. A CO2-műtrágyázást néha közepes technológiájú üvegházakban alkalmazzák a hozam és a minőség javítása érdekében. A közepes technológiájú védett növénytermesztési ágazat hasznot húz majd az ipari és egyetemi partnerségekből a fejlett tudományos és technológiai megoldások létrehozása érdekében, beleértve a magas hozamú és minőségű új növényi genotípusokat, az integrált kártevő-szabályozást, a teljesen automatizált trágyázást és az üvegházhatást okozó klímaszabályozást, valamint robotizált segítségnyújtást a növénygazdálkodásban. és betakarítás.
2.3. Tudományos és technológiai innovációk csúcstechnológiás üvegházakhoz
A csúcstechnológiás üvegházak beépíthetik a legújabb technológiai vívmányokat a termésfiziológia, a trágyázás, az újrahasznosítás és a világítás terén. A nagyméretű kereskedelmi üvegházakban például az „intelligens üveg” technológiát, a napelemes fotovoltaikus (PV) rendszereket és a kiegészítő világítást, például LED-paneleket lehet használni a termés minőségének és hozamának javítására. A termelők egyre inkább automatizálják a kritikus és/vagy munkaigényes területeket, például a termésfelügyeletet, a beporzást és a betakarítást.
A mesterséges intelligencia (AI) és a gépi tanulás (MI) fejlődése új dimenziókat nyitott a csúcstechnológiás üvegházak előtt [24–28]. A mesterséges intelligencia számítógéppel kódolt szabályok és statisztikai modellek összessége, amelyek a nagy adatok mintáinak felismerésére és az általában az emberi intelligenciával kapcsolatos feladatok végrehajtására vannak kiképezve. A képfelismerésre használt mesterséges intelligencia a termény egészségi állapotának nyomon követésére és a betegségek jeleinek felismerésére szolgál, lehetővé téve a gyorsabb, jobban megalapozott döntéshozatalt a terménygazdálkodás és a betakarítás terén – ami manapság már megvalósítható.
inkább robotkarral, mint emberi munkával. Az Internet-of-Things (IoT) olyan automatizálási megoldásokat kínál, amelyek kifejezetten üvegházhatású alkalmazásokhoz szabhatók [29]. Így a mesterséges intelligencia és az IoT jelentősen hozzájárulhat a modern mezőgazdasághoz a gazdálkodási tevékenységek ellenőrzésével és automatizálásával [30].
A mezőgazdasági robotok területén végzett kutatás és fejlesztés jelentősen bővült az elmúlt évtizedben [31–33]. Ausztráliában egy autonóm paprika betakarítási rendszert mutattak be, amely megközelíti a kereskedelmi életképességet, és a betakarítás sikeressége 76.5% [31]. A paradicsom növények leveleinek eltávolítására, a paprika (kaliforniai paprika) betakarítására és a paradicsom beporzására [34,35] szolgáló robotok prototípusait fejlesztették ki Európában és Izraelben, és a közeljövőben kereskedelmi forgalomba kerülhetnek.
Ezen túlmenően a nagyméretű, csúcstechnológiás üvegházakhoz készült munkaerő-menedzsment szoftverrendszerek jelentősen optimalizálják a dolgozók hatékonyságát, javítva e vállalkozások gazdasági kilátásait. Az informatikai és mérnöki forradalom továbbra is felhatalmazza a védett növénytermesztést és a beltéri gazdálkodást, lehetővé téve a termelők számára, hogy számítógépről és mobil eszközökről nyomon kövessék és kezeljék terményeiket, amelyek akár kritikus gazdálkodásra és gazdálkodásra is felhasználhatók.
piaci döntéseket. A csúcstechnológiás üvegházakban rejlik a legnagyobb potenciál az ausztrál védett növénytermesztési ágazat javára, ezért az ilyen létesítményekkel kapcsolatos folyamatos kutatás és innováció valószínűleg jól befektetett időt és pénzt eredményez.
2.4. Vertikális farmok fejlesztése a jövőbeni igényekhez
Az elmúlt években a beltéri „vertikális gazdálkodás” gyors fejlődésének volt tanúja a világon, különösen azokban az országokban, ahol nagy a lakosságszám és nem elegendő a föld [36,37]. A vertikális gazdálkodás értéke 6 milliárd USD, de továbbra is csak kis töredéke a több billió dolláros globális mezőgazdasági piacnak [38]. A vertikális gazdálkodásnak számos iterációja létezik, de mindegyik függőlegesen egymásra helyezett talaj nélküli vagy hidroponikus termesztőpolcokat használ teljesen zárt és ellenőrzött környezetben, ami nagyfokú automatizálást, vezérlést és konzisztenciát tesz lehetővé [39]. A vertikális gazdálkodás azonban továbbra is a nagy értékű és rövid életciklusú növényekre korlátozódik a magas energiaköltségek miatt, annak ellenére, hogy páratlan négyzetméterenkénti termelékenységet, valamint magas víz- és tápanyag-hatékonyságot kínál.
A vertikális gazdálkodás technológiai dimenziója – és különösen az „intelligens” üvegházak megjelenése – valószínűleg vonzza a termelőket, akik szívesen dolgoznának az olyan feltörekvő számítógépes és nagyadat-technológiákkal, mint a mesterséges intelligencia és a dolgok internete (IoT) [40]. Jelenleg a beltéri gazdálkodás minden formája energia- és munkaigényes, bár mind az automatizálási, mind az energiahatékonysági technológiák terén van még lehetőség a fejlődésre. A beltéri mezőgazdaság legfejlettebb formái már most is a helyszínen látják el saját energiájukat, és függetlenek az általános közműhálózattól. A tetőtéri kertek a városi épületek tetején lévő egyszerű tervektől a New York-i és Párizsi önkormányzati épületek tetőtéri nagyvállalataiig terjedhetnek. A beltéri vertikális gazdálkodás fényes jövő előtt áll, különösen a COVID-19 világjárvány nyomán, és jó helyzetben van ahhoz, hogy növelje részesedését a globális élelmiszerpiacon, köszönhetően
rendkívül hatékony termelési rendszer, az ellátási lánc és a logisztikai költségek csökkentése, az automatizálás lehetősége (minimalizálja a kezelést), valamint a munkaerőhöz és a fogyasztókhoz való könnyű hozzáférés.
3. Célnövények védett termesztésben
Jelenleg a beltéri mezőgazdaságra alkalmas növények száma korlátozott a beltéri termesztésre vonatkozó korlátozások, valamint a védett termesztési korlátok miatt, mint például a magas energiaköltségek (a világítás, a fűtés, a hűtés és a különféle automatizált rendszerek működtetése), ami lehetővé teszi bizonyos nagy értékű növények termesztését. 41–43]. Mindazonáltal az ehető növények változatos skálájának gazdaságos előállítása elengedhetetlen ahhoz, hogy a védett növénytermesztés jelentős hatást gyakoroljon
globális élelmezésbiztonság [12,13,44]. A védett zöldségtermesztésre szánt kultúrnövények jelentősen eltérnek a szabadföldi termesztésű fajtáktól, amelyeket a környezeti feltételek széles skálájának tűrésére nemesítenek, ami a védett növénytermesztésben nem feltétlenül szükséges. A megfelelő fajták kifejlesztéséhez több olyan tulajdonság optimalizálására lesz szükség (például önbeporzás, határozatlan növekedés, robusztus gyökerek), amelyek eltérnek az ún.
szabadföldi kultúrákban kívánatos (2. ábra) (Átvétel: [13]).
Ábra 2. A beltéren, ellenőrzött környezeti feltételek mellett termesztett termőnövények kívánatos tulajdonságai a szabadban, szabadban termesztett növényekhez képest.
Jelenleg a beltéri gazdálkodásra leginkább alkalmas gyümölcsök és zöldségek a következők:
• Szőlőn vagy bokrokon termők (paradicsom, eper, málna, áfonya, uborka, paprika, szőlő, kivi);
• Nagy értékű szaknövények (komló, vanília, sáfrány, kávé);
• Gyógyászati és kozmetikai növények (tengeri moszat, Echinacea);
• A kis fák (cseresznye, csokoládé, mangó, mandula) további életképes lehetőségek [13].
A következő részekben részletesebben tárgyaljuk a jelenlegi, meglévő növényeket és új fajták fejlesztését a beltéri gazdálkodáshoz.
3.1. Meglévő, alacsony, közepes és csúcstechnológiás létesítményekben termesztett növények
Az alacsony és közepes technológiájú védett növénytermesztési rendszerek főként paradicsomot, uborkát, cukkinit, paprika, padlizsán, saláta, ázsiai zöldeket és fűszernövényeket termelnek. Területét, a megtermelt gyümölcs mennyiségét és a vállalkozások számát tekintve a paradicsom a legfontosabb üvegházban termesztett kertészeti zöldségnövény, ezt követi a paprika és a saláta [15,45].
Ausztráliában a nagyméretű, ellenőrzött környezetű létesítmények fejlesztése elsősorban a paradicsomtermesztésre épített létesítményekre korlátozódott [15]. A 2017-es gyümölcsök, zöldségek és virágok becsült GVP-je a szántóföldön és a védett termesztési létesítményekben a paradicsom dominanciáját mutatja az ausztrál védett növénytermesztési ágazatban.
A kertészeti növények szántóföldi és fedett termesztésére vonatkozó összesített becsült GVP 2017-ben a paradicsom (24%) volt a legmagasabb, ezt követi az eper (17%), a nyári gyümölcsök (13%), a virágok (9%), az áfonya. (7%), uborka (7%) és paprika (6%), az ázsiai zöldségek, fűszernövények, padlizsán, cseresznye és bogyós gyümölcsök mindegyike kevesebb mint 6%-ot tesz ki (3A. ábra).
ábra 3. A termelés becsült bruttó értéke (GVP) a teljes kombinált szántóföldi és védett növénytermesztésre (A) és a védett növénykultúrák 2017-ben termesztett növények imputált GVP-je (B) Ausztráliában.
Ezek közül a védett növénytermesztési rendszerben termesztett növények GVP-je a paradicsomnál volt a legmagasabb (40%), ami jelentős különbséggel vezetett a többi növényhez képest, beleértve a virágokat (11%), az epret (10%), a nyári gyümölcsöket (8%). ) és bogyós gyümölcsök (8%), a többi növény mindegyike kevesebb mint 5%-ot tesz ki (3B. ábra). Az ausztrál belföldi piacot azonban telítették az üvegházhatást okozó paradicsomok, amelyek elhagyják a védett növénytermesztést
a következő két lehetőséggel: e növények értékesítésének növelése a nemzetközi piacokon; és/vagy az ország néhány meglévő üvegháztermelőjének ösztönzése arra, hogy térjenek át más nagy értékű növények termesztésére. A védettség alatt termesztett egyedi növények aránya a bogyós gyümölcsöknél (85%) és a paradicsomnál (80%) volt a legmagasabb, ezt követi a virág (60%), az uborka (50%), a cseresznye és az ázsiai zöldségfélék (egyenként 40%), az eper és a nyári.
gyümölcsök (mindegyik 30%), áfonya és fűszernövények (mindegyik 25%), végül pedig paprika és padlizsán, egyenként 20%-kal [17]. Jelenleg az energia- és munkaigényes beltéri gazdálkodás a nagy értékű növényekre korlátozódik, amelyek rövid távon alacsony energiaráfordítás mellett termelhetők [46,47]
A növényi „gyárakban” jelenleg a levélzöldek és a fűszernövények a domináns termények, mivel ezeknek a növényeknek rövid tenyészideje (mivel gyümölcsök és magvak nem szükséges) és magas értéke [7], valamint az a tény, hogy az ilyen növények viszonylag kevesebb fényt igényelnek. a fotoszintézishez [48] és mivel a megtermelt növényi biomassza nagy része betakarítható [46,49]. Nagy lehetőség rejlik a városi gazdaságokban termesztett növények hozamának és minőségének javítására [12].
3.2. Iparági felmérés: Hol vannak a résztvevők érdeklődési körei?
A kulcsfontosságú kutatási témák meghatározása elengedhetetlen az állami és magánfinanszírozású kutatások hatékonyságának javításához a védett növénytermesztés jövőjét illetően. Például a Future Food Systems Co-operative Research Center (FFSCRC), amelyet a New South Wales Farmers Association (NSW Farmers), a University of New South Wales (UNSW) és az Food Innovation Australia Ltd. (FIAL) kezdeményezett, egy konzorciumból áll. több mint 60 alapító
az ipar, a kormány és a kutatás résztvevői. Kutatási és képességprogramjai célja, hogy támogassák a résztvevőket a regionális és városkörnyéki élelmiszer-rendszerek termelékenységének optimalizálásában, új termékek prototípustól piacra vitelében, valamint gyors, eredetvédett ellátási láncok megvalósításában a gazdaságtól a fogyasztóig. Ebből a célból az FFSRC együttműködésen alapuló kutatási környezetet biztosít a védett növénytermesztés javítására, hogy növeljük kapacitásunkat a kiváló minőségű kertészeti termékek exportálására, és segítse Ausztráliát, hogy vezető szerepet töltsön be a tudomány és technológia terén a védett növénytermesztési ágazatban.
A résztvevőket megkérdezték, hogy meghatározzák a beltéri mezőgazdaság célnövényeit. A célnövényeket azonosító résztvevők közül a friss zöldségek iránt volt a legnagyobb érdeklődés (29%), ezt követte a gyümölcsök iránti érdeklődés (22%); gyógykannabisz, egyéb gyógynövények és speciális növények (13%); őshonos/őshonos fajok (10%); gombák/gombák (10%); és leveles zöldek (3%) (4. ábra).
ábra 4. Az FFSCRC résztvevői által jelenleg védett termesztési létesítményekben termelt növények osztályozása, és így a résztvevők valószínű érdeklődése az iránt, hogy megoldásokat találjanak ezeknek a növényeknek a tető alatti termesztésére.
A felmérés a résztvevőkről online elérhető információkon alapult; a részletesebb információk megszerzése kulcsfontosságú lesz a résztvevők sajátos követelményeinek megértéséhez és teljesítéséhez.
3.3. Új fajták nemesítése ellenőrzött környezettel rendelkező létesítményekhez
A zöldség- és egyéb kultúrnövények javítására rendelkezésre álló nemesítési technológiák rohamosan fejlődnek [50]. A védett növénytermesztésben, egy dinamikus gazdasági szektorban, ahol a piaci trendek és a fogyasztói preferenciák gyorsan változnak, a megfelelő fajta kiválasztása kritikus [44,51]. Számos tanulmány vizsgálja a nagy értékű növények, például a paradicsom és a padlizsán üvegházi termesztésre való adaptálását [52,53]. Az új nemesítési technológiák [50] elősegítették a kívánt tulajdonságokkal rendelkező új fajták kifejlesztését, és néhány vállalat elkezdett olyan növényeket tervezni, amelyek ellenőrzött környezetben, LED-lámpák mellett növekedhetnek [20]. A fajtákat azonban többnyire azért nemesítették, hogy maximalizálják a hozamot erősen változó szántóföldi körülmények között [46]. Az olyan terméstulajdonságokra, mint a szárazság-, hő- és fagytűrés – amelyek kívánatosak a szántóföldi kultúrákban, de általában hozambüntetéssel járnak – általában nincs szükség
beltéri mezőgazdaság.
A nagyobb értékű növények beltéri mezőgazdasághoz való adaptálására alkalmas kulcsfontosságú tulajdonságok közé tartozik a rövid életciklus, a folyamatos virágzás, az alacsony gyökér-hajtás arány, a jobb teljesítmény alacsony fotoszintetikus energiabevitel mellett, valamint a kívánatos fogyasztói tulajdonságok, mint például az íz, a szín, állag és fajlagos tápanyagtartalom [12,13]. Ezen túlmenően, a kifejezetten a magasabb minőség érdekében történő tenyésztés rendkívül kívánatos, magas piaci értékű termékeket eredményez. A fényspektrum, a hőmérséklet, a páratartalom és a tápanyagellátás úgy szabályozható, hogy megváltozzon a célvegyületek felhalmozódása a levelekben és gyümölcsökben [54,55], és nőjön a növények tápértéke, beleértve a fehérjéket (mennyiség és minőség), az A- és C-vitaminokat. és E, karotinoidok, flavonoidok, ásványi anyagok, glikozidok és antocianinok [12]. Például a természetben előforduló mutációkat (szőlőben) és génszerkesztést (kiviben) alkalmaztak a növényi architektúra módosítására, ami hasznos lesz a szűk helyeken történő beltéri termesztéshez. Egy közelmúltbeli tanulmányban paradicsom- és cseresznyenövényeket terveztek a CRISPR–Cas9 segítségével, hogy egyesítsék a következő három kívánatos tulajdonságot: törpe fenotípus, kompakt növekedési szokás és korai virágzás. Az így kapott „szerkesztett” paradicsomfajták beltéri gazdálkodási rendszerekben való felhasználásra való alkalmasságát szántóföldi és kereskedelmi vertikális farmon végzett kísérletekkel validálták [56].
Az optimalizált termények létrehozására irányuló molekuláris nemesítés áttekintése a mezőgazdasági termékek hozzáadott értékét tárgyalta azáltal, hogy olyan mezőgazdasági terményeket fejlesztenek ki, amelyek egészségügyi előnyökkel járnak, és ehető gyógyszerekként [46]. Az egészségügyi előnyökkel járó mezőgazdasági növények fejlesztésének fő megközelítései a kívánatos belső tápanyagok nagy mennyiségének felhalmozódása vagy a nemkívánatos vegyületek csökkentése, valamint az értékes vegyületek felhalmozódása,
általában nem termelődnek a termésben.
4. Kihívások és lehetőségek a védett növénytermesztésben és a beltéri gazdálkodásban
A fejlett védett növénytermesztési és beltéri gazdálkodási létesítmények viszonylag csekély környezetterheléssel bírnak. Míg a fedett növénytermesztés energiaigényesebb, mint sok más gazdálkodási módszer, az időjárási hatások mérséklésének, a nyomon követhetőség biztosításának és a jobb minőségű élelmiszerek termesztésének képessége elősegíti a minőségi termékek következetes szállítását, és olyan megtérülést vonz, amely messze meghaladja a további termelési költségeket. [18]. A védett növénytermesztés fő kihívásai a következők:
• Magas tőkeköltségek a belvárosi és városkörnyéki területek magas telekárai miatt;
• Magas energiafogyasztás;
• Szakképzett munkaerő iránti kereslet;
• Betegségkezelés kémiai védekezés nélkül; és
• Táplálkozási minőségi indexek kidolgozása – a termés minőségi szempontjainak meghatározására és tanúsítására – zárt térben termesztett növényekre.
A következő részben a védett növénytermesztéssel kapcsolatos kihívásokat és lehetőségeket tárgyaljuk.
4.1. Optimális feltételek a nagy termelékenységhez és a hatékony erőforrás-felhasználáshoz
A különböző növekedési szakaszokban és különböző fényviszonyok melletti növényszükségletek jobb megértése elengedhetetlen ahhoz, hogy a termelők költséghatékony növénytermesztést tarthassanak fenn ellenőrzött környezetben. Az üvegházi környezet hatékony kezelése, beleértve annak éghajlati és táplálkozási elemeit, valamint a szerkezeti és mechanikai feltételeket, jelentősen javíthatja a gyümölcs minőségét és a terméshozamot [57]. A növekedési környezeti tényezők befolyásolhatják a növények növekedését, a párolgási sebességet és a fiziológiai ciklusokat. Az éghajlati tényezők közül a napsugárzás a legfontosabb, mivel a fotoszintézishez fény szükséges, a terméshozam pedig egyenesen arányos a napfény szintjével egészen a fotoszintézis fénytelítettségi pontjáig. A precíz környezetszabályozás gyakran magas energiaráfordítást igényel, ami csökkenti az ellenőrzött környezetű mezőgazdaság jövedelmezőségét. Az üvegházhatást okozó fűtéshez és hűtéshez szükséges energia továbbra is komoly gondot és célt jelent az energiaköltségek csökkentésére törekvők számára [6]. Az üvegezési anyagok és az innovatív üvegtechnológiák, mint például a Smart Glass [58] ígéretes lehetőségeket kínálnak az üvegházi hőmérséklet fenntartásával és a környezeti változók szabályozásával kapcsolatos költségek csökkentésére. Napjainkban innovatív üvegtechnológiákat és hatékony hűtési rendszereket építenek be az üvegházi létesítmények védett növénytermesztésébe. Az üvegezési anyagok csökkenthetik
villamosenergia-fogyasztás a felesleges napsugárzás elnyelésével és a fényenergiának a fotovoltaikus cellák segítségével történő villamosenergia-termelésre való átirányításával [59,60].
A burkolóanyagok azonban befolyásolják az üvegházhatást okozó mikroklímát [61,62], beleértve a fényt is [63], ezért fontos felmérni az új üvegezőanyagok hatását a növények növekedésére és fiziológiájára, az erőforrás-felhasználásra, a terméshozamra és a minőségre olyan környezetben, ahol a tényezők mint például a CO2, a hőmérséklet, a tápanyagok és az öntözés szigorúan ellenőrzött. Például a regioreguláris poli(3-hexil-tiofén) (P3HT) és a fenil-C61-vajsav-metil-észter (PCBM) keverékén alapuló, félig átlátszó szerves fotovoltaikákat (OPV) tesztelték paprikanövények (Capsicum annuum) termesztésére. Az OPV-k árnyékában a paprikanövények 20.2%-kal több termést adtak, az árnyékolt növények pedig 21.8%-kal voltak magasabbak a tenyészidőszak végén [64]. Egy másik tanulmányban a tetőn lévő rugalmas fotovoltaikus panelek által okozott PAR csökkenés nem befolyásolta a termést, a növény morfológiáját, az ágonkénti virágok számát, a gyümölcs színét, szilárdságát és pH-ját [65].
Az ultra alacsony fényvisszaverő képességű „okosüveg” filmet, a Solar Gard™ ULR-80-at [58] jelenleg üvegházi gyártásban tesztelik. A cél az állítható fényáteresztő képességű üvegezési anyagokban rejlő lehetőségek kiaknázása és a csúcstechnológiás üvegházhatású kertészeti létesítményekben végzett műveletekkel járó magas energiaköltségek csökkentése. Intelligens üveg (SG) fóliát hordnak fel az egyes üvegházi öblök szabványos üvegeire olyan létesítményekben, ahol zöldségnövényeket termesztenek kereskedelmi vertikális termesztési és kezelési gyakorlatot alkalmazva [66,67]. Az SG alatt végzett padlizsánkísérletek magasabb energia- és trágyázási hatékonyságot mutattak [42], de csökkentették a padlizsánhozamot is, mivel a fénykorlátos fotoszintézis következtében magas a virágok és/vagy gyümölcsök vetélése [58]. Előfordulhat, hogy a használt SG-fóliát módosítani kell, hogy optimális fényviszonyokat hozzon létre, és minimalizálja a fénykorlátozást a magas széntartalmú gyümölcsök, például a padlizsán esetében.
Az újszerű energiatakarékos üvegezési anyagok, mint például az intelligens üveg használata kiváló lehetőséget kínál az üvegházi üzemeltetés energiaköltségének csökkentésére és a célnövények termesztésének fényviszonyok optimalizálására. Az intelligens fedőfóliák, mint például a lumineszcens fényt kibocsátó mezőgazdasági fóliák (LLEAF), képesek fokozni és szabályozni a vegetatív növekedést és a szaporodási fejlődést a közepes technológiájú védett növénytermesztésben. LLEAF
a paneleket különféle virágzó és nem virágzó kultúrnövényeken lehet tesztelni annak megállapítására, hogy hozzájárulnak-e a vegetatív és szaporodási növekedés fokozásához (azáltal, hogy megváltoztatják a növények növekedését, valamint a terméshozamot és minőséget megalapozó élettani folyamatokat).
4.2. Kártevő- és betegségvédelem
Bár az ellenőrzött védett növénytermesztési létesítmények minimálisra csökkenthetik a kártevőket és a betegségeket, a behurcolást követően rendkívül nehéz és költséges védekezésük mérgező szintetikus vegyszerek használata nélkül. A vertikális beltéri gazdálkodás lehetővé teszi a növények kézi és/vagy automatikus (érzékelési technológiákkal) nyomon követését a kártevőkre vagy betegségekre utaló jelek tekintetében, és a kialakulóban lévő robottechnológiák és/vagy távérzékelési eljárások alkalmazása megkönnyíti
a kitörések korai felismerése és a beteg és/vagy fertőzött növények eltávolítása [7].
Új integrált növényvédelmi (IPM) módszerekre [68] lesz szükség az üvegházakban a kártevők hatékony kezeléséhez. A megfelelő (kulturális, fizikai, mechanikai, biológiai és kémiai) kezelési stratégiák, valamint a helyes kulturális gyakorlatok, a fejlett megfigyelési technikák és a pontos azonosítás javíthatják a zöldségtermesztést, miközben minimálisra csökkentik a peszticidek alkalmazásától való függést. A betegségkezelés integrált megközelítése magában foglalja a rezisztens fajták használatát, a higiéniai feltételeket, a megfelelő tenyésztési gyakorlatokat és a peszticidek megfelelő használatát [44]. Az új IPM-stratégiák kidolgozása minimalizálhatja a munkaerőköltségeket és a vegyi peszticidek alkalmazásának szükségességét. Vegyük például az új, kereskedelemben tenyésztett, természetesen hasznos bogarak (pl. levéltetvek, zöld csipkefélék stb.) használatát a növényi kártevők kezelésére és a vegyszeres védekezéstől való függőség csökkentésére. Különféle új IPM tesztelése
a stratégiák, elszigetelten és kombinálva, segíteni fognak a termény- és létesítményspecifikus ajánlások kidolgozásában a termelők számára.
4.3. Termésminőség és tápértékek
A védett növénytermesztés egész évben magas hozamot és jó minőségű termést biztosít a termelőknek és az ipari partnereknek [69]. A prémium minőségű gyümölcsök és zöldségek termesztése azonban megköveteli a táplálkozási és minőségi paraméterek nagy áteresztőképességű vizsgálatát [70]. Az alapvető gyümölcsminőségi paraméterek közé tartozik a nedvességtartalom, a pH, az összes oldható szárazanyag, a hamu, a gyümölcs színe, az aszkorbinsav és a titrálható savasság, valamint a fejlett táplálkozási paraméterek, beleértve a cukrokat, zsírokat, fehérjéket, vitaminokat és antioxidánsokat; a szilárdság és a vízveszteség mérése szintén kulcsfontosságú a minőségi indexek meghatározásához [66]. Ezenkívül a növényi termékek nagy áteresztőképességű minőségellenőrzését be lehetne építeni egy automatizált üvegház-műveleti rendszerbe. A rendelkezésre álló növényi genotípusok minőségi paramétereinek szűrése új, nagy értékű, tápanyagban gazdag gyümölcs- és zöldségfajtákat biztosít a termelők és a fogyasztók számára. Optimalizálni kell az agronómiai stratégiákat, beleértve a növekedési környezetet és a termésgazdálkodási gyakorlatokat is, hogy javítsák ezeknek a nagy értékű növényeknek a termelését és a növényi tápanyag-sűrűséget.
4.4. Foglalkoztatás és szakképzett munkaerő rendelkezésre állása
A védett növénytermesztési ágazat munkaerőigénye egyre bővül (évente > 5%), és a becslések szerint Ausztrália-szerte jelenleg több mint 10,000 XNUMX embert foglalkoztat közvetlenül az ipar. Magas szintű automatizálása ellenére a nagyüzemi védett növénytermesztés jelentős munkaerőt igényel, különösen a növénytermesztéshez, a növényfenntartáshoz, a gépi beporzáshoz és a termés betakarításához. A növekvő kereslet mellett
a magasan képzett termelők esetében a megfelelően képzett munkaerő kínálata továbbra is alacsony [18,71]. Szakképzett munkaerőre lesz szükség a városi vertikális gazdálkodás fejlesztéséhez is, ami új karriert teremt technológusok, projektmenedzserek, karbantartók, valamint marketing és kiskereskedelmi alkalmazottak számára [7]. A többcélú, kereskedelmi léptékű fejlett létesítmények létrehozása lehetőséget adna a kutatási kérdések megválaszolására, ezáltal elősegítve a termőképesség maximalizálásának célját a sokféle növényi kultúrában, miközben oktatást és képzést biztosítana a jövőben a védett növénytermesztési ágazatban valószínűleg nagy kereslet iránti igények terén.
5. Következtetések
Az intelligens technológiát alkalmazó csúcstechnológiás üvegházakban nagy lehetőség rejlik a jövedelmezőség javítására a kritikus és/vagy munkaigényes területek, például a termésfelügyelet, a beporzás és a betakarítás automatizálásával. A mesterséges intelligencia, a robotika és az ML fejlődése új dimenziókat nyit a védett növénytermesztésben. A vertikális gazdaságok a globális mezőgazdasági piac kis részét teszik ki, és annak ellenére, hogy rendkívül energiaigényesek, a vertikális gazdálkodás páratlan termelékenységet kínál magas víz- és tápanyag-hatékonyság mellett. A változatos növények gazdaságos előállítása elengedhetetlen ahhoz, hogy a védett növénytermesztés jelentős pozitív hatást gyakoroljon a globális élelmezésbiztonságra. Az alacsony és közepes technológiájú védett növénytermesztési rendszerek főként paradicsom, uborka, cukkini, paprika, padlizsán és saláta termést termelnek, valamint ázsiai zöldeket és fűszernövényeket.
Ausztráliában a nagyszabású, ellenőrzött környezetű létesítmények fejlesztése elsősorban a paradicsom termesztésére korlátozódott. A megfelelő fajták kifejlesztéséhez számos olyan kulcsfontosságú tulajdonság optimalizálására lesz szükség, amelyek eltérnek a szabadföldi növényekben kívánatosnak tartott tulajdonságoktól. A beltéri mezőgazdaságban megcélozható kulcsfontosságú tulajdonságok közé tartozik a csökkent terméséletciklus, a folyamatos virágzás, az alacsony gyökér-hajtás arány, megnövekedett teljesítmény alacsony fotoszintetikus mellett.
energiabevitel, és a kívánatos fogyasztói tulajdonságok, mint például íz, szín, állag és specifikus tápanyagtartalom.
Ezen túlmenően, ha kifejezetten jobb minőségű, tápanyag-sűrűbb növényekre nemesítenek, kívánatos kertészeti (és potenciálisan gyógyászati) termékek születnek, amelyek kiváló piaci értéket képviselnek. A védett növénytermesztés jövedelmezősége és fenntarthatósága azon múlik, hogy milyen megoldásokat kell kidolgozni az elsődleges kihívásokra, ideértve az indulási költségeket, az energiafogyasztást, a szakképzett munkaerőt, a kártevők elleni védekezést és a minőségi indexek fejlesztését.
A jelenleg kutatott vagy kipróbált új üvegezési anyagok és technológiai fejlesztések megoldást kínálnak az egyik legsürgetőbb védett növénytermesztési kihívásra. Ezek a fejlesztések potenciálisan megadhatják a szükséges lökést ahhoz, hogy segítsék a védett növénytermesztési ágazatot az energiahatékonyság fenntartható és költséghatékony szintjére való átállásban, és megfeleljenek az élelmezésbiztonsággal kapcsolatos növekvő igényeknek, miközben megőrzik a termés minőségét és tápanyagtartalmát.
tartalmat, valamint a káros környezeti hatások minimalizálását.
A szerző közreműködése: SGC írta a recenziót a DTT, a Z.-HC, az OG és a CIC közreműködésével és átdolgozásával. Minden szerző elolvasta és elfogadta a kézirat közzétett változatát.
Finanszírozás: A felülvizsgálat a Future Food Systems Cooperative Research Centre megbízásából és finanszírozásával készült jelentésen alapult, amely támogatja az ipar, a kutatók és a közösség közötti ipar által irányított együttműködéseket. Pénzügyi támogatást kaptunk még a Horticulture Innovation Australia projektektől (VG16070 támogatási szám a DTT-hez, Z.-HC, OG, CIC; VG17003 támogatási szám a DTT-hez, Z.-HC; LP18000 támogatási szám a Z.-HC-hez) és a CRC P2 projekttől. -013 (DTT, Z.-HC, OG, CIC).
Az intézményi felülvizsgálati bizottság nyilatkozata: Nem alkalmazható.
Tájékozott beleegyező nyilatkozat: Nem alkalmazható.
Adatelérhetőségi nyilatkozat: Nem alkalmazható.
Összeférhetetlenség: A szerzők nem jeleznek összeférhetetlenséget.
Referenciák
1. Egyesült Nemzetek Gazdasági és Szociális Ügyek Minisztériuma. Elérhető online: https://www.un.org/development/desa/en/ news/population/2018-revision-of-world-urbanization-prospects.html (Hozzáférés: 13. április 2022.).
2. Egyesült Nemzetek Gazdasági és Szociális Ügyek Minisztériuma. Elérhető online: https://www.un.org/development/desa/publications/world-population-prospects-2019-highlights.html (Hozzáférés: 13. április 2022.).
3. Binns, CW; Lee, MK; Maycock, B.; Torheim, LE; Nanishi, K.; Duong, DTT Klímaváltozás, élelmiszer-ellátás és étrendi irányelvek. Annu. Rev. Public Health 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. Az élelmiszerkereslet jövője: A globális gazdasági modellek különbségeinek megértése. Agric. Econ. 2014, 45, 51–67. [CrossRef] 5. Hughes, N.; Lu, M.; Ying Soh, W.; Lawson, K. Az éghajlatváltozás hatásainak szimulálása az ausztrál gazdaságok jövedelmezőségére. In ABARES Working Paper; Ausztrália kormánya: Canberra, Ausztrália, 2021. [CrossRef] 6. Rabbi, B.; Chen, Z.-H.; Sethuvenkatraman, S. Védett termesztés meleg éghajlaton: A páratartalom szabályozási és hűtési MÓDSZEREK áttekintése. Energiák 2019, 12, 2737. [CrossRef] 7. Benke, K.; Tomkins, B. Future Food-production systems: Vertikális gazdálkodás és szabályozott környezetű mezőgazdaság. Fenntartani. Sci. Gyakorlat. Házirend 2017, 13, 13–26. [CrossRef] 8. Mougeot, LJA Growing Better Cities: Urban Agriculture for Sustainable Development; IDRC: Ottawa, ON, Kanada, 2006; ISBN 978-1-55250-226-6.
9. Pearson, LJ; Pearson, L.; Pearson, CJ Fenntartható városi mezőgazdaság: leltár és lehetőségek. Int. J. Agric. Fenntartani. 2010, 8, 7–19. [CrossRef] 10. Tout, D. Almería tartomány kertészeti ágazata, Spanyolország. Földrajzi címszó J. 1990, 156, 304–312. [CrossRef] 11. Henry, R. Innovációk a mezőgazdaságban és az élelmiszer-ellátásban válaszul a COVID-19 világjárványra. Mol. Üzem 2020, 13, 1095–1097. [CrossRef] 12. O'Sullivan, C.; Bonnett, G.; McIntyre, C.; Hochman, Z.; Wasson, A. Stratégiák a városi mezőgazdaság termelékenységének, termékdiverzitásának és jövedelmezőségének javítására. Agric. Syst. 2019, 174, 133–144. [CrossRef] 13. O'Sullivan, CA; McIntyre, CL; Száraz, IB; Hani, SM; Hochman, Z.; Bonnett, GD A függőleges farmok gyümölcsöt hoznak. Nat. Biotechnol. 2020, 38, 160–162. [CrossRef] 14. Cuesta Roble kiadások. Globális üvegház-statisztika. 2019. Elérhető online: https://www.producerower.com/article/cuestaroble-2019-global-greenhouse-statistics/ (Hozzáférés: 13. április 2022.).
15. Hadley, D. Ellenőrzött környezetű kertészeti iparági potenciál NSW-ben; New England Egyetem: Armidale, Ausztrália, 2017; p. 25.
16. Zöldségvilágtérkép. 2018. Elérhető online: https://research.rabobank.com/far/en/sectors/regional-food-agri/world_ vegetable_map_2018.html (Hozzáférés: 13. április 2022.).
17. Graeme Smith Consulting – Általános iparági információk. Elérhető online: https://www.graemesmithconsulting.com/index. php/information/general-industry-information (Hozzáférés: 13. április 2022.).
18. Davis, J. Védett növénytermesztés termesztése Ausztráliában 2030-ig; Védett növénytermesztés Ausztrália: Perth, Ausztrália, 2020; p. 15.
19. Agrilyst. A beltéri gazdálkodás állapota; Agrilyst: Brooklyn, NY, USA, 2017.
20. Beltéri talajmentes gazdálkodás: I. fázis: Az ellenőrzött környezetű mezőgazdaság iparának és hatásainak vizsgálata|Kiadványok|WWF.
Elérhető online: https://www.worldwildlife.org/publications/indoor-soilless-farming-phase-i-examining-the-industry-andimpacts-of-controlled-environment-agriculture (Hozzáférés: 13. április 2022.). Termények 2022, 2 184
21. Emmott, CJM; Röhr, JA; Campoy-Quiles, M.; Kirchartz, T.; Urbina, A.; Ekins-Daukes, NJ; Nelson, J. Szerves fotovoltaikus
üvegházak: Egyedülálló alkalmazás a félig átlátszó napelemekhez? Energy Environ. Sci. 2015, 8, 1317–1328. [CrossRef] 22. Marucci, A.; Zambon, I.; Colantoni, A.; Monarca, D. Mezőgazdasági és energetikai célok kombinációja: A fotovoltaikus üvegházhatású alagút prototípusának értékelése. Megújítás. Fenntartani. Energy Rev. 2018, 82, 1178–1186. [CrossRef] 23. Torrellas, M.; Antón, A.; López, JC; Baeza, EJ; Parra, JP; Muñoz, P.; Montero, egy paradicsomtermés JI LCA egy több alagútból álló üvegházban Almeriában. Int. J. Életciklus-értékelés. 2012, 17, 863–875. [CrossRef] 24. Caponetto, R.; Fortuna, L.; Nunnari, G.; Occhipinti, L.; Xibilia, MG Soft számítástechnika üvegházi klímaszabályozáshoz. IEEE Trans. Fuzzy Syst. 2000, 8, 753–760. [CrossRef] 25. Guo, D.; Juan, J.; Chang, L.; Zhang, J.; Huang, D. A növény gyökérzónájának vízállapotának megkülönböztetése az üvegházi termelésben fenotipizálás és gépi tanulási technikák alapján. Sci. Rep. 2017, 7, 8303. [CrossRef] 26. Hassabis, D. Mesterséges intelligencia: Az évszázad sakkmérkőzése. Természet 2017, 544, 413–414. [CrossRef] 27. Hemming, S.; de Zwart, F.; Elings, A.; Righini, I.; Petropoulou, A. Üvegházi zöldségtermesztés távvezérlése mesterséges intelligenciával – Üvegházi klíma, öntözés és növénytermesztés. Érzékelők 2019, 19, 1807. [CrossRef] [PubMed] 28. Taki, M.; Abdanan Mehdizadeh, S.; Rohani, A.; Rahnama, M.; Rahmati-Joneidabad, M. Alkalmazott gépi tanulás üvegházhatású szimulációban; új alkalmazás és elemzés. Inf. Mezőgazdasági feldolgozás. 2018, 5, 253–268. [CrossRef] 29. Shamshiri, RR; Hameed, IA; Thorp, KR; Balasundram, SK; Shafian, S.; Fatemieh, M.; Sultan, M.; Mahns, B.; Samiei, S. Üvegház-automatizálás vezeték nélküli érzékelőkkel és mesterséges intelligenciával integrált IoT-eszközökkel; IntechOpen: Fiume, Horvátország, 2021; ISBN 978-1-83968-076-2.
30. Subeesh, A.; Mehta, CR A mezőgazdaság automatizálása és digitalizálása mesterséges intelligencia és a dolgok internete segítségével. Artif. Intell. Agric. 2021, 5, 278–291. [CrossRef] 31. Lehnert, C.; McCool, C.; Sa, I.; Perez, T. Paprika begyűjtő robot védett növénytermesztési környezetekhez. arXiv 2018, arXiv:1810.11920.
32. Lehnert, C.; McCool, C.; Corke, P.; Sa, I.; Stachniss, C.; Henten, EJV; Nieto, J. Különszám a mezőgazdasági robotikáról. 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. Kutatás és fejlesztés a mezőgazdasági robotikában: A digitális gazdálkodás perspektívája. Int. J. Agric. Biol. Eng. 2018, 11, 1–14. [CrossRef] 34. Balendonck, J. Sweeper robot szedi az első paprikát. Greenh. Int. Mag. Greenh. Nő. 2017, 6., 37.
35. Yuan, T.; Zhang, S.; Sheng, X.; Wang, D.; Gong, Y.; Li, W. Egy autonóm beporzó robot üvegházi paradicsomvirág hormonkezelésére. In Proceedings of the 2016 3rd International Conference on Systems and Informatics (ICSAI), Sanghaj, Kína, 19. november 21–2016.; 108–113.
36. Meharg, AA Perspektíva: A városi gazdálkodásnak monitorozásra van szüksége. Természet 2016, 531, S60. [CrossRef] [PubMed] 37. Thomaier, S.; Specht, K.; Henckel, D.; Dierich, A.; Siebert, R.; Freisinger, UB; Sawicka, M. Gazdálkodás városi épületekben és épületeken: A nullaterületű gazdálkodás jelenlegi gyakorlata és sajátos újdonságai (ZFarming). Megújítás. Agric. Food Syst. 2015, 30, 43–54. [CrossRef] 38. Ghannoum, O. A gyógyulás zöld hajtásai. Openforum. 2020. Elérhető online: https://www.openforum.com.au/the-greenshoots-of-recovery/ (Hozzáférés: 13. április 2022.).
39. Despommier, D. Farming up the city: A városi vertikális farmok térnyerése. Trends Biotechnol. 2013, 31, 388–389. [CrossRef] 40. Yang, J.; Liu, M.; Lu, J.; Miao, Y.; Hossain, MA; Alhamid, MF A dolgok botanikai internete: Az intelligens beltéri gazdálkodás felé
emberek, üzemek, adatok és felhők összekapcsolása. Csőcselék. Netw. Appl. 2018, 23, 188–202. [CrossRef] 41. Samaranayake, P.; Liang, W.; Chen, Z.-H.; Tissue, D.; Lan, Y.-C. Fenntartható védett növénytermesztés: Esettanulmány az üvegházhatást okozó energiafogyasztásra gyakorolt szezonális hatásokról a paprikatermesztés során. Energies 2020, 13, 4468. [CrossRef] 42. Lin, T.; Goldsworthy, M.; Chavan, S.; Liang, W.; Maier, C.; Ghannoum, O.; Cazzonelli, CI; Szövet, DT; Lan, Y.-C.;
Sethuvenkatraman, S.; et al. Az újszerű fedőanyag javítja a hűtési energiát és a trágyázási hatékonyságot az üvegházi padlizsántermesztéshez. Energy 2022, 251, 123871. [CrossRef] 43. Samaranayake, P.; Maier, C.; Chavan, S.; Liang, W.; Chen, Z.-H.; Szövet, DT; Lan, Y.-C. Energiaminimalizálás védett termesztési létesítményben több hőmérsékletű felvételi pontok és a szellőztetési beállítások szabályozása segítségével. Energiák 2021, 14, 6014. [CrossRef] 44. FAO. Jó mezőgazdasági gyakorlatok üvegházhatást okozó zöldségnövényekre: A mediterrán éghajlati övezetekre vonatkozó alapelvek; FAO növénytermesztési és -védelmi papír; FAO: Róma, Olaszország, 2013; ISBN 978-92-5-107649-1.
45. Hort Innovation Protected Cropping – A kutatás áttekintése és a kivetett zöldségek K+F hiányosságainak azonosítása (VG16083). Elérhető online: https://www.horticulture.com.au/growers/help-your-business-grow/research-reports-publications-factsheets-and-more/project-reports/vg16083-1/vg16083/ (elérhető: 13. április 2022.).
46. Hiwasa-Tanase, K.; Ezura, H. Molekuláris nemesítés optimalizált termények létrehozására: A génmanipulációtól a növénygyárakban való lehetséges alkalmazásokig. Elülső. Plant Sci. 2016, 7, 539. [CrossRef] 47. Kozai, T. Miért jó a LED világítás a városi mezőgazdaságban? LED-es világításban a városi mezőgazdaság számára; Kozai, T., Fujiwara, K., Runkle, ES, szerk.; Springer: Szingapúr, 2016; 3–18. ISBN 978-981-10-1848-0.
48. Kwon, S.; Lim, J. Energiahatékonyság javítása növénygyárakban az üzemi bioelektromos potenciál mérésén keresztül. Informatikában az irányítás, az automatizálás és a robotika területén; Tan, H., szerk.; Springer: Berlin/Heidelberg, Németország, 2011; 641–648.
49. Cocetta, G.; Casciani, D.; Bulgari, R.; Musante, F.; Kołton, A.; Rossi, M.; Ferrante, A. Könnyű felhasználás hatékonysága zöldségtermesztésben
védett és beltéri környezetben. Eur. Phys. J. Plus 2017, 132, 43. [CrossRef] Crops 2022, 2 185
50. Jones, M. Új tenyésztési technológiák és lehetőségek az ausztrál zöldségipar számára; Horticulture Innovation Australia Limited: Sydney, Ausztrália, 2016.
51. Tüzel, Y.; Leonardi, C. Védett termesztés a mediterrán régióban: Trendek és szükségletek. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Derg. 2009, 46, 215–223.
52. Bergougnoux, V. A paradicsom története: A háziasítástól a biofarmozásig. Biotechnol. Adv. 2014, 32, 170-189. [CrossRef] [PubMed] 53. Taher, D.; Solberg, S.Ø.; Prohens, J.; Chou, Y.; Rakha, M.; Wu, T. Világzöldségközpont padlizsángyűjtemény: Származása, összetétele, magvak elterjedése és hasznosítása a nemesítésben. Elülső. Plant Sci. 2017, 8, 1484. [CrossRef] [PubMed] 54. Hasan, MM; Bashir, T.; Ghosh, R.; Lee, SK; Bae, H. Áttekintés a LED-ek bioaktív vegyületek előállítására és a termésminőségre gyakorolt hatásáról. Molekulák 2017, 22, 1420. [CrossRef] 55. Piovene, C.; Orsini, F.; Bosi, S.; Sanoubar, R.; Bregola, V.; Dinelli, G.; Gianquinto, G. Optimális piros:kék arány a led világításban a beltéri kertészetben. 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 A Solanaceae gyümölcstermesztések gyors testreszabása a városi mezőgazdasághoz. Nat. Biotechnol. 2020, 38, 182-188. [CrossRef] 57. Shamshiri, RR; Jones, JW; Thorp, KR; Ahmad, D.; Man, HC; Taheri, S. Az optimális hőmérséklet, páratartalom és gőznyomás hiányának áttekintése a mikroklíma értékeléséhez és ellenőrzéséhez a paradicsom üvegházi termesztésében: áttekintés. INT. Agrophys. 2018, 32, 287-302. [CrossRef] 58. Chavan, SG; Maier, C.; Alagoz, Y.; Filipe, JC; Warren, CR; Lin, H.; Jia, B.; Loik, ÉN; Cazzonelli, CI; Chen, ZH; et al. Az energiatakarékos film alatti fénykorlátos fotoszintézis csökkenti a padlizsánhozamot. Food Energy Secur. 2020, 9, e245. [CrossRef] 59. Timmermans, GH; Douma, RF; Lin, J.; Debije, MG Kettős, hőre/elektromosra reagáló lumineszcens "okos" ablak. App. Sci. 2020, 10, 1421. [CrossRef] 60. Yin, R.; Xu, P.; Shen, P. Esettanulmány: Energiamegtakarítás napelemes ablakfóliával két sanghaji kereskedelmi épületben. Energy Build. 2012, 45, 132-140. [CrossRef] 61. Kim, H.-K.; Lee, S.-Y.; Kwon, J.-K.; Kim, Y.-H. Takaróanyagok üvegházi mikroklímára és hőteljesítményre gyakorolt hatásának értékelése. Agronómia 2022, 12, 143. [CrossRef] 62. Ő, X.; Maier, C.; Chavan, SG; Zhao, C.-C.; Alagoz, Y.; Cazzonelli, C.; Ghannoum, O.; Szövet, DT; Chen, Z.-H. Fénymódosító fedőanyagok és fenntartható zöldségházi termesztés: áttekintés. Növénynövekedési Szab. 2021, 95, 1-17. [CrossRef] 63. Timmermans, GH; Hemming, S.; Baeza, E.; Thoor, EAJV; Schenning, APHJ; Debije, MG Fejlett optikai anyagok a napfény szabályozására üvegházakban. Adv. Opt. Mater. 2020, 8, 2000738. [CrossRef] 64. Zisis, C.; Pechlivani, EM; Tsimikli, S.; Mekeridis, E.; Laskarakis, A.; Logothetidis, S. Szerves fotovoltaik az üvegházak tetején: Hatások a növények növekedésére. Mater. Ma Proc. 2019, 19, 65-72. [CrossRef] 65. Aroca-Delgado, R.; Pérez-Alonso, J.; Callejón-Ferre, Á.-J.; Díaz-Pérez, M. Az üvegházi paradicsomtermesztés morfológiája, hozama és minősége rugalmas fotovoltaikus tetőpanelekkel (Almería-Spanyolország). Sci. Hortic. 2019, 257, 108768. [CrossRef] 66. Ő, X.; Chavan, SG; Hamoui, Z.; Maier, C.; Ghannoum, O.; Chen, Z.-H.; Szövet, DT; Cazzonelli, CI Intelligens üvegfólia csökkenti az aszkorbinsavat a piros és narancssárga paprika gyümölcsfajtákban, anélkül, hogy befolyásolná az eltarthatóságot. Növények 2022, 11, 985. [CrossRef] 67. Zhao, C.; Chavan, S.; Ő, X.; Zhou, M.; Cazzonelli, CI; Chen, Z.-H.; Szövet, DT; Ghannoum, O. Az intelligens üveg a megváltozott fény hatására befolyásolja az üvegházi paprika sztómaérzékenységét. J. Exp. Bot. 2021, 72, 3235-3248. [CrossRef] 68. Pilkington, LJ; Messelink, G.; van Lenteren, JC; Le Mottee, K. „Védett biológiai védekezés” – Biológiai növényvédelem az üvegházhatású iparban. Biol. Kontroll 2010, 52, 216–220. [CrossRef] 69. Sonneveld, C.; Voogt, W. Növénytáplálás a jövőbeni üvegházi termelésben. In Plant Nutrition of Greenhouse Crops; Sonneveld, C., Voogt, W., szerk.; Springer: Dordrecht, Hollandia, 2009; pp. 393-403.
70. Treftz, C.; Omaye, ST Üvegházban termesztett talaj és talaj nélküli eper és málna tápanyagelemzése. Food Nutr. Sci. 2015, 6, 805–815. [CrossRef] 71. Továbbképzési lehetőségeket kínálunk a vegaipar tagjainak. AUSVEG. 2020. Elérhető online: https://ausveg.com.au/
cikkek/továbbképzési lehetőségeket kínál a vegetáriánus-tagoknak/ (Hozzáférés: 13. április 2022.).