کشاورزی عمودی: تفاوت میان نسخه‌ها

منظور از '''زراعت عمودی''' یا '''کشاورزی عمودی''' {{به انگلیسی|Vertical farming}} کشت گیاهان در طبقه‌هایبنابره‌های عمودی روی هم است.<ref name=":110">{{Cite web|url=https://attra.ncat.org/attra-pub/download.php?id=512|title=Vertical Farming|last=Birkby|first=Jeff|date=January 2016|website=ATTRA Sustainable Agriculture Program|access-date=October 28, 2019}}</ref> این نوعگونه کشت اغلببیشتر شامل [[کشاورزی در محیط کنترل شدهکنترل‌شده]] است که هدف آن بهینه‌سازی رشد گیاهان و تکنیک‌هایفنون کشاورزی بدون خاک، مانند [[آب‌کشت|هیدروپونیک]]، [[آکواپونیک]] و [[هواکشت|ایروپونیک]] است.<ref name=":110"/> برخی از گزینه‌های معمول سازه‌ها برای استقرار سیستم‌هایسامانه‌های کشاورزی عمودی شامل ساختمان‌ها، [[کانتینر|کانتینرهای ترابری]]، تونل‌ها و چاه‌های معدن رها شده‌است. در سال ۲۰۲۰، معادل حدود ۳۰ هکتار زمین کشاورزی عمودی عملیاتی در جهان وجود دارد.<ref name="Terazono">{{cite news|last=Terazono|first=Emiko|date=31 October 2020|title=Vertical farming: hope or hype?|url=https://www.ft.com/content/0e3aafca-2170-4552-9ade-68177784446e|work=Financial Times|access-date=7 November 2020}}</ref> مفهوم مدرن کشاورزی عمودی در سال ۱۹۹۹ توسط [[دیکسون دسپومیر]]، استاد بهداشت عمومی و محیط زیست در دانشگاه کلمبیا ارائه شد.<ref name=":82">{{Cite web|url=https://www.mailman.columbia.edu/people/our-faculty/ddd1|title=Dickson Despommier {{!}} Columbia University Mailman School of Public Health|website=www.mailman.columbia.edu|access-date=2019-11-04}}</ref> دسپومیر و شاگردانش طرحی از یک مزرعه آسمان خراش را ارائه دادند که می‌تواند ۵۰ هزار نفر را تغذیه کند.<ref name=":62">{{Cite web|url=https://psmag.com/environment/farming-in-high-rises-raises-hopes-3705|title=Going Up? Vertical Farming in High-Rises Raises Hopes|last=Cooper|first=Arnie|website=Pacific Standard|language=en|access-date=2019-11-04}}</ref> اگرچه این طرح هنوز ساخته نشده‌است، اما ایده کشاورزی عمودی را با موفقیت رواج داد.<ref name=":62"/>

فناوری‌های کشاورزی عمودی در مقایسه با مزارع سنتی با چالش‌های اقتصادی و هزینه‌های شروعآغاز زیادبسیار مواجه هستند. در [[ویکتوریا (استرالیا)|ویکتوریا، استرالیا]]، هزینه «یک مزرعه عمودی ۱۰ طبقهبنابره فرضی» ۸۵۰ برابر بیشتر از یک مزرعه سنتی در روستای ویکتوریا به ازای هر متر مربع زمین قابل کشت هزینه دارد.<ref name=":105">{{Cite journal|last=Benke|first=Kurt|last2=Tomkins|first2=Bruce|date=2017-01-01|title=Future food-production systems: vertical farming and controlled-environment agriculture|journal=Sustainability: Science, Practice and Policy|volume=13|issue=1|pages=13–26|doi=10.1080/15487733.2017.1394054|doi-access=free}}</ref> مزارع عمودی نیز به دلیل استفاده ازبه‌کارگیری نور مکمل مانند [[لامپ ال‌ئی‌دی|LED]] با تقاضای انرژی زیادیبسیاری روبرو هستند. به علاوه، اگر از [[منابع تجدیدناپذیر|انرژی تجدیدناپذیر]] برای تأمین این نیازهای انرژی استفاده شود، مزارع عمودی می‌توانند آلودگی بیشتری نسبت به مزارع سنتی یا [[گلخانه]]‌ها ایجاد کنند.

نیازهای زمین‌های زراعی سنتی بسیار زیاد و تهاجمی است تا برای نسل‌های آینده [[پایایی|پایدار]] بماند. با رشد جمعیت سریع، انتظار می‌رود که زمین‌های قابل کشت به ازای هر نفر در سال ۲۰۵۰ در مقایسه با ۱۹۷۰ در حدود ۶۶٪ کاهش یابد.<ref name=":105"/> کشاورزی عمودی، در بعضیبرخی موارد، اجازه تولید بیش از ده برابر محصول در هر هکتار را نسبت به روش‌های سنتی می‌دهد.<ref name=":92">{{Cite web|url=https://www.statista.com/statistics/752128/average-yield-for-indoor-and-outdoor-farming-worldwide-by-crop-type/|title=Indoor farming and outdoor farming average yield per acre worldwide 2015|website=Statista|language=en|access-date=2019-11-07}}</ref> برخلاف کشاورزی سنتی در مناطق غیر گرمسیری،غیرگرمسیری، از طریق کشاورزی در محیط داخلی می‌توان در تمامهمه طول سال محصولاتی را تولید کرد. کشاورزی تمامهمه فصلی، بهره‌وری از سطح زیر کشت را با ضریب ۴ تا ۶، بسته به محصول، چند برابر می‌کند. با محصولاتی مانند توت فرنگی، این فاکتور ممکن است به ۳۰ برسد.<ref name=":222">{{Cite web|url=http://www.verticalfarm.com/?page_id=36|title=Rationale for Vertical Farms|website=www.verticalfarm.com|access-date=2019-11-07}}</ref>

کشاورزی عمودی به دلیل استفاده ازبه‌کارگیری بخشهای زراعی جدا، امکان تولید انواعگونه‌های بیشتری از محصولات قابل برداشت را نیز فراهم می‌کند. برخلاف یک مزرعه سنتی که در آن یک نوعگونه محصول در هر فصل برداشت می‌شود، مزارع عمودی اجازه می‌دهند تعدادشمار زیادیبسیاری از محصولات مختلف به‌طور همزمان و به دلیل زمین‌های جداگانه خود، رشد و برداشت شوند.<ref name=":11">{{Cite web|url=http://www.joaat.com/uploadfile/2015/0907/20150907104134985.pdf|title=Opportunities and Challenges in Sustainability of Vertical Eco Farming A Review|last=Sarkar|first=Amaresh|date=December 2015|website=Journal of Advanced Agricultural Technologies|access-date=October 28, 2019}}</ref>

مسئله شرایط نامساعد جوی به ویژه برای مناطق قطب شمال و نیمه قطب شمال مانند [[آلاسکا]] و [[شمال کانادا]] که کشاورزی سنتی تقریباً غیرممکن است، بسیار مهم است. نداشتن [[امنیت غذایی]] یک مشکل طولانی مدت در جوامع دور افتاده شمالی بوده‌است، جایی که محصولات تازه باید از فواصل بسیار دوری حمل شوند که این امر منجر به افزایش زیادبسیار هزینه‌ها و تغذیه نامناسب می‌شود.<ref>{{Cite news|url=https://www.cbc.ca/news/health/food-insecurity-1.4122103|title=Food insecurity in Nunavut 'should be considered a national crisis,' expert says|date=May 19, 2017|work=CBC|access-date=November 8, 2019}}</ref>

[[پرونده:Indoor Hydroponics of Morus, Japan (38459770052).jpg|بندانگشتی|320x320پیکسل|پرورش [[توت]] به روش [[آب‌کشت|آب کشت]] در داخل فضای بسته در [[ژاپن]].]]

مزارع عمودی باید از چالش مالی هزینه‌های بزرگ راه اندازی عبور کنند. هزینه‌های اولیه ساختمان می‌تواند بیش از ۱۰۰ میلیون دلار برای یک مزرعه عمودی ۶۰ هکتاری باشد.''<ref>{{Cite web|url=http://www.omafra.gov.on.ca/english/crops/facts/greenbus.htm|archive-url=https://web.archive.org/web/20051024230113/http://www.omafra.gov.on.ca/english/crops/facts/greenbus.htm|url-status=dead|archive-date=2005-10-24|title=Starting a Commercial Greenhouse Business|date=2005-10-24|access-date=2019-11-08}}</ref>'' هزینه‌های خرید یا اجاره زمین‌های شهری می‌تواند زیادبسیار باشد، در نتیجه هزینه‌های راه اندازی بسیار بالاتر - و در نتیجه زمان سربسر شدن هزینه‌ها طولانی‌تر - از یک مزرعه سنتی در مناطق روستایی است.

مخالفان کشاورزی عمودی بیشتر سودآوری بالقوه کشاورزی عمودی را زیر سؤال می‌برند. برای اینکه مزارع عمودی از نظر اقتصادی موفق باشند، باید محصولات با ارزش بالا کشت شود زیرا مزارع سنتی محصولات کم ارزش مانند گندم را با هزینه‌های کمتری نسبت به یک مزرعه عمودی تهیه می‌کنند.<ref name=":105"/> لوئیس آلبرایت، استاد مهندسی زیست و محیط زیست در کُرنل اظهار داشت که یک قرص نان که از گندم کشت شده در یک مزرعه عمودی تهیه شود، ۲۷ دلار آمریکا هزینه خواهد داشت.<ref name=":242">{{Cite web|url=https://news.cornell.edu/stories/2014/02/indoor-urban-farms-called-wasteful-pie-sky|title=Indoor urban farms called wasteful, 'pie in the sky'|website=Cornell Chronicle|language=en|access-date=2019-11-08}}</ref> با این حال، طبقبنابر گزارش دفتر آمار کار ایالات متحده، متوسط قیمت قرص نان در سپتامبر ۲۰۱۹ برابر ۱٫۲۹۶ دلار آمریکا هزینه داشته‌است، که به وضوح نشان می‌دهد چگونه محصولات رشد یافتهرشدیافته در مزارع عمودی در مقایسه با محصولاتی که در مزارع سنتی در فضای باز رشد می‌کنند، غیر رقابتیغیررقابتی خواهند بود.<ref>{{Cite web|url=https://data.bls.gov/cgi-bin/dbdown?REQUEST_ERROR_MESSAGE|title=Notice: Data not available: U.S. Bureau of Labor Statistics|website=data.bls.gov|access-date=2019-11-08}}</ref> برای اینکه مزرعه‌های عمودی سودآور باشند باید هزینه‌های بهره‌برداری از این مزارع کاهش یابد. توسعه دهندگان سیستمسامانه TerraFarm تولید شده از کانتینرهای حمل و نقل ۴۰ فوتی دست دوم، ادعا کردند که سیستمسامانه آنهاآن‌ها «با کشاورزی سنتی و فضای باز به برابری هزینه دست یافته‌است».''<ref name=":232">{{Cite web|last=Gitig|first=Diana|date=2017-12-16|title=Local Roots: Farm-in-a-box coming to a distribution center near you|url=https://arstechnica.com/science/2017/12/local-roots-farm-in-a-box-coming-to-a-distribution-center-near-you/|access-date=2019-11-01|website=Ars Technica|language=en-us}}</ref>''

یک مزرعه فرضی ۱۰ طبقهبنابره گندم عمودی می‌تواند تا ۱۹۴۰ تن گندم در هر هکتار در مقایسه با میانگین جهانی ۳٫۲ تن گندم در هکتار تولید کند (راندمان ۶۰۰ برابر). روش‌های فعلیکنونی به مصرف انرژی زیادبسیار برای روشنایی، [[دما]] ، کنترل [[رطوبت]]، ورودی [[دی‌اکسید کربن]] و [[کود]] نیاز دارند و در نتیجه نویسندگان نتیجه گرفتند «بعید است از نظر اقتصادی با قیمت‌های فعلیکنونی بازار قابل رقابت باشد».<ref>{{cite journal|last1=Asseng|first1=Senthold|last2=Guarin|first2=Jose R.|last3=Raman|first3=Mahadev|last4=Monje|first4=Oscar|last5=Kiss|first5=Gregory|last6=Despommier|first6=Dickson D.|last7=Meggers|first7=Forrest M.|last8=Gauthier|first8=Paul P. G.|date=11 August 2020|title=Wheat yield potential in controlled-environment vertical farms|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=117|issue=32|pages=19131–19135|doi=10.1073/pnas.2002655117|doi-access=free}}</ref>

طبقبنابر گزارشی از ''[[فایننشال تایمز|Financial Times]]'' در سال ۲۰۲۰، اکثربیشتر شرکت‌های کشاورزی عمودی به جز تعدادیشماری از شرکت‌های ژاپنی، سودآور نبوده‌اند.<ref name="Terazono"/>

{{multiple image|width=250|direction=horizontal|image1=Посещение городской вертикальной фермы «РусЭко» (С. Собянин; ноябрь 2019) · 7.jpg|caption1=|image2=Посещение городской вертикальной фермы «РусЭко» (С. Собянин; ноябрь 2019) · 8.jpg|caption2=|footer=مزرعه عمودی در [[مسکو]].<ref>{{cite web |title=Сергей Собянин: В Москве появился уникальный агрокомплекс |url=https://www.mos.ru/mayor/themes/7299/6082050/ |website= Mos.ru |access-date=31 May 2020 |language=ru |date=14 November 2019}}</ref>|align=|total_width=|alt1=}}در طول فصل رشد، خورشید در یک سطح عمودی با یک زاویه شدید می‌درخشد به طوری که نسبت به زمانی که گیاهان در زمین صاف کاشته می‌شوند، نور کمتری در دسترس گیاهان است؛ بنابراین، نور مکمل مورد نیاز است. ''بروس باگبی'' ادعا کرد که تقاضای برق در کشاورزی عمودی با مزرعه‌های سنتی که در آن فقط از نور طبیعی استفاده می‌کنند، غیرقابل رقابت است.<ref name="Nelson">{{cite web|url=http://www.nbcnews.com/id/21154137|title=Could vertical farming be the future? Nelson, B. (2008).|last=Nelson|first=Bryn|date=2007-12-12|publisher=NBC News|access-date=2010-11-10}}</ref><ref>{{cite news|url=http://news.nationalgeographic.com/news/2009/06/090630-farm-towers-locally-grown.html|title=High-Rise Farms: The Future of Food?|last=Roach|first=J.|date=June 30, 2009|publisher=National Geographic News}}</ref> ''جورج مونبیوت'' نویسنده محیط زیست محاسبه کرد که هزینه تأمین نور مکمل کافی برای رشد غلات برای یک قرص نان در حدود ۱۵ دلار خواهد بود.<ref>{{Cite web|url=https://www.monbiot.com/2010/08/16/towering-lunacy/|title=Towering Lunacy|website=George Monbiot|language=en-US|access-date=2019-11-08}}</ref> مقاله ای در ''[[اکونومیست]]'' استدلال کرد که «حتی اگر محصولاتی که در یک آسمان خراش شیشه ای رشد می‌کنند، در طول روز نور آفتاب بگیرند، کافی نخواهد بود» و «هزینه تأمین انرژی چراغ‌های مصنوعی، کشاورزی داخلی را گران می‌کند».<ref>{{Cite news|url=https://www.economist.com/technology-quarterly/2010/12/11/does-it-really-stack-up|title=Does it really stack up?|date=2010-12-11|work=The Economist|access-date=2019-11-08|issn=0013-0613}}</ref> علاوه بر این، محققان تشخیص دادند که اگر فقط از [[پانل خورشیدی|صفحات خورشیدی]] برای تأمین انرژی مصرفی یک مزرعه عمودی استفاده شود، "مساحت صفحات خورشیدی مورد نیاز باید بیست برابر بیشتر از سطح قابل کشت در یک طبقهبنابره داخلی مزرعه چند طبقهبنابره باشد”، که انجام آن با مزارع عمودی بزرگتر سخت خواهد بود.<ref name=":105"/> یک مزرعه هیدروپونیک برای تولید کاهو در آریزونا به ۱۵۰۰۰ کیلوژول انرژی به ازای هر کیلو [[کاهو|کاهوی]] تولیدی احتیاج دارد.<ref name=":25">{{Cite journal|last=Stoessel|first=Franziska|last2=Juraske|first2=Ronnie|last3=Pfister|first3=Stephan|last4=Hellweg|first4=Stefanie|date=2012-03-20|title=Life Cycle Inventory and Carbon and Water FoodPrint of Fruits and Vegetables: Application to a Swiss Retailer|journal=Environmental Science & Technology|volume=46|issue=6|pages=3253–3262|bibcode=2012EnST...46.3253S|doi=10.1021/es2030577|issn=0013-936X|pmc=3394405|pmid=22309056}}</ref> برای مقایسه، یک مزرعه کاهو در فضای باز در آریزونا فقط به ۱۱۰۰ کیلوژول انرژی در هر کیلو کاهو پرورش یافته احتیاج دارد.

همان‌طور که کتاب «مزرعه عمودی» دکتر دیکسون دسپومیر یک محیط کنترل شده را پیشنهاد می‌کند، هزینه‌های گرمایش و سرمایش شبیه هر ساختمان چند طبقهبنابره دیگر است.<ref>{{Cite book|title=The vertical farm: feeding the world in the 21st century|last=Despommier, Dickson D.|date=2011|publisher=Picador|isbn=978-0-312-61069-2|oclc=827058703}}</ref> سیستم‌هایسامانه‌های لوله‌کشی و آسانسور برای توزیع مواد مغذی و آب ضروری هستند. در شمال قاره ایالات متحده، هزینه گرمایش سوخت‌های فسیلی می‌تواند بیش از ۲۰۰۰۰۰ دلار در هر هکتار باشد. یک تحقیق انجام شده در سال ۲۰۱۵، پرورش کاهو در [[آریزونا]] با استفاده ازبه‌کارگیری روش‌های مرسوم کشاورزی و یک مزرعه [[آب‌کشت|هیدروپونیک]] را مقایسه کرده‌است. آنهاآن‌ها تشخیص دادند که گرمایش و سرمایش، بیش از ۸۰٪ انرژی مصرفی در مزرعه هیدروپونیک را تشکیل می‌دهد، و به ازای هر کیلو کاهوی تولیدی، گرمایش و سرمایش به ۷۴۰۰ کیلوژول انرژی نیاز دارد.<ref name=":25"/> طبقبنابر همین مطالعه، کل انرژی مصرفی مزرعه هیدروپونیک ۹۰۰۰۰ کیلوژول برای هر کیلو کاهو است. اگر به مصرف انرژی توجه نشود، مزارع عمودی ممکن است جایگزین ناپایداری برای کشاورزی سنتی باشند.<ref name=":25"/>

تعدادیشماری از چالش‌های مرتبط باهم، به همراه برخی راه حل‌های بالقوه وجود دارد:

* انتشار کربن: یک مزرعه عمودی به منبع CO₂ احتیاج دارد که اگر در نزدیکی نیروگاه‌های برق ساخته شود، به احتمال زیادبسیار می‌توان از احتراق حاصل استفاده کرد. در غیر اینصورت جذب CO₂ ممکن است متوقف شود. در [[گلخانه]]‌ها معمولاً سطح [[دی‌اکسید کربن|دی اکسیدکربن]] را به ۳ تا ۴ برابر مقدار [[اتمسفر]] افزایش می‌دهند. این افزایش CO₂ باعث افزایش [[فتوسنتز]] با نرخ‌های مختلف می‌شود، به‌طور متوسط ۵۰٪، که این امر نه تنها به باردهی بیشتر منجر می‌شود بلکه به بلوغ سریعتر گیاه، کوچک شدن منافذ و انعطاف‌پذیری بیشتر در برابر تنش آبیاری کمک می‌کند (هم آبیاری زیادبسیار و هم آبیاری کم). مزارع عمودی نیازی به‌طور جداگانه ندارند، گیاهان بالغ تر می‌توانند به گلخانه سنتی منتقل شوند، فضا آزاد شود و انعطاف‌پذیری هزینه افزایش یابد.

* خسارت به محصول: بعضیبرخی از گلخانه‌ها سوخت‌های فسیلی را صرفاً برای تولید CO₂ می‌سوزانند، مانند کوره‌ها که حاوی آلاینده‌هایی مانند [[گوگرد دی‌اکسید|دی‌اکسید گوگرد]] و [[اتیلن]] است. این آلاینده‌ها می‌توانند به‌طور قابل توجهی به گیاهان آسیب برسانند، بنابراین فیلتراسیون گاز یکی از اجزای سیستم‌هایسامانه‌های تولید بالا است.