Sachin G. Chavan (1,2,*), Zhong-Hua Chen (1,3), Oula Ghannoum (1), Christopher I. Cazzonelli (1) ו-David T. Tissue 1,2)
1. המרכז הלאומי לגידול ירקות מוגן, מכון הוקסברי לאיכות הסביבה, מערב סידני
אוניברסיטה, תיק נעול 1797, Penrith, NSW 2751, אוסטרליה; 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. המרכז העולמי לחדשנות מבוססת קרקע, קמפוס הוקסברי, אוניברסיטת מערב סידני,
ריצ'מונד, NSW 2753, אוסטרליה
3. בית הספר למדעים, אוניברסיטת ווסטרן סידני, Penrith, NSW 2751, אוסטרליה
* התכתבות: s.chavan@westernsydney.edu.au; טל': +61-2-4570-1913
תַקצִיר: גידולים מוגנים מציעים דרך לחזק את ייצור המזון מול שינויי האקלים
ולספק מזון בריא באופן בר קיימא עם פחות משאבים. עם זאת, לעשות את זה דרך החקלאות
כדאיות כלכלית, עלינו לשקול את מעמדו של גידולים מוגנים בהקשר של זמין
טכנולוגיות וגידולי יעד מקבילים לגננות. סקירה זו מתארת הזדמנויות קיימות
ואתגרים שיש להתמודד איתם על ידי מחקר וחדשנות מתמשכים באבל המרגש הזה
תחום מורכב באוסטרליה. מתקני חווה מקורה מסווגים באופן נרחב לשלושה הבאים
רמות של קדמה טכנולוגית: נמוכה, בינונית והיי-טק עם אתגרים מתאימים
שדורשים פתרונות חדשניים. יתר על כן, מגבלות על גידול צמחים מקורה ומוגנים
מערכות חיתוך (למשל, עלויות אנרגיה גבוהות) הגבילו את השימוש בחקלאות מקורה ליחסית
מעט יבולים בעלי ערך גבוה. לפיכך, עלינו לפתח זני יבול חדשים המתאימים לחקלאות מקורה
שעשויים להיות שונים מאלה הנדרשים לייצור בשטח פתוח. בנוסף, חיתוך מוגן
דורש עלויות הקמה גבוהות, כוח עבודה מיומן יקר, צריכת אנרגיה גבוהה ומזיק משמעותי
וניהול מחלות ובקרת איכות. בסך הכל, חיתוך מוגן מציע פתרונות מבטיחים
לביטחון תזונתי, תוך הפחתת טביעת הרגל הפחמנית של ייצור מזון. עם זאת, עבור מקורה
לייצור גידולים יש השפעה חיובית משמעותית על ביטחון המזון והתזונה העולמית
ביטחון, ייצור חסכוני של גידולים מגוונים יהיה חיוני.
מילות מפתח: חיתוך מוגן; חווה אנכית; תרבות נטולת אדמה; ביצועי יבול; חקלאות מקורה;
ביטחון תזונתי; קיימות משאבים
1. מבוא
האוכלוסייה העולמית צפויה להגיע לכמעט 10 מיליארד בשנת 2050, כאשר מרבית הגידול צפוי להתרחש במרכזים עירוניים גדולים ברחבי העולם [1,2]. ככל שהאוכלוסייה גדלה, ייצור המזון חייב לגדול ולעמוד בצרכי התזונה והבריאות תוך השגת יעדי הפיתוח בר-קיימא של האו"ם (SDGs של האו"ם) [3,4]. הירידה בשטחי העיבוד וההשפעות השליליות של שינויי האקלים על החקלאות מציבים אתגרים נוספים המחייבים חידושים במערכות ייצור מזון עתידיות כדי לעמוד בביקוש הגובר בעשורים הקרובים. לדוגמה, חוות אוסטרליה חשופות לעתים קרובות לשונות אקלים ורגישות להשפעות של שינויי אקלים ארוכי טווח. הבצורות האחרונות ברחבי מזרח אוסטרליה בשנים 2018–19 ו-2019–20 השפיעו לרעה על עסקי החווה, ובכך הוסיפו להשפעות המתעוררות של שינויי האקלים על החקלאות האוסטרלית [5].
גידולים מוגנים, המכונה גם חקלאות מקורה [6] - החל מפולי מנהרות בטכנולוגיה נמוכה ועד לחממות בינוניות, בשליטה סביבתית חלקית, לחממות 'חכמות' היי-טק וחוות מקורה - עשוי לעזור לשפר את ביטחון המזון העולמי ב-21. מֵאָה. עם זאת, בעוד שהחזון של מטרופולין בר-קיימא מושך כדרך להתמודדות עם אתגרים עכשוויים, הפריצה של חקלאות מקורה לא תאמה את
התרגשות ואופטימיות של תומכיו. גידולים מוגנים וחקלאות מקורה כרוכים בשימוש רב יותר בטכנולוגיה ובאוטומציה כדי לייעל את השימוש בקרקע, ובכך מציעים פתרונות מרגשים לשיפור ייצור מזון עתידי [7]. ברחבי העולם, התפתחותה של חקלאות עירונית [8,9] התרחשה לעתים קרובות לאחר משברים כרוניים ו/או חריפים, כמו מגבלות אור ומרחב בהולנד; קריסת תעשיית הרכב בדטרויט; התרסקות שוק הנדל"ן בחוף המזרחי של ארה"ב; ומצור משבר הטילים בקובה. אַחֵר
התמריצים הגיעו בצורה של שווקים זמינים, כלומר, גידולים מוגנים שהתרבו בספרד [10] בגלל הגישה הנוחה של המדינה לשווקים בצפון אירופה. יחד עם האתגרים הקיימים, מגיפת COVID-19 המתמשכת יכולה לספק את הדחף הנדרש לשינוי החקלאות העירונית [11].
אם חקלאות עירונית אמורה למלא תפקיד משמעותי בשיפור ביטחון המזון והתזונה האנושית, יש להרחיב אותה ברחבי העולם כך שתהיה לה יכולת לגדל מגוון רחב של מוצרים בצורה יעילה יותר באנרגיה, במשאבים ובעלות. כרגע אפשרי. קיימות הזדמנויות עצומות לשיפור פרודוקטיביות ואיכות היבול על ידי שילוב התקדמות בבקרות סביבתיות, ניהול מזיקים, תופעות ואוטומציה
עם מאמצי רבייה המכוונים לתכונות המשפרות את ארכיטקטורת הצמח, איכות היבול (טעם ותזונה) ויבול. ניתן לגדל מגוון גדול יותר של גידולים נוכחיים ומתפתחים ביחס לסוגי גידולים מסורתיים, כמו גם צמחי מרפא, במשקים בשליטה סביבתית [12,13].
הצורך הממשמש ובא לשפר את בטחון המזון העירוני ולהפחית את טביעת הרגל הפחמנית של מזון יכול להיות מטופל על ידי חידושים במגזרי המזון החקלאי, כגון גידולים מוגנים וחקלאות מקורה אנכית. אלה נעים בין מנהרות פולי-לאו-טק עם שליטה סביבתית מינימלית, חממות בינוניות, בשליטה סביבתית חלקית ועד חממות היי-טק ומתקני חקלאות אנכיים עם טכנולוגיות חדישות. גידול מוגן הוא המגזר המייצר מזון בצמיחה המהירה ביותר באוסטרליה, מבחינת היקף הייצור וההשפעה הכלכלית [12]. תעשיית הגידולים המוגנים באוסטרליה מורכבת ממתקני היי-טק (17%), חממות (20%) ומערכות ייצור גידולים הידרופוניים/מבוססים (52%), מה שמצביע על הצורך וההזדמנות לפתח את מגזר המזון החקלאי. בסקירה זו, אנו דנים במצב של גידולים מוגנים בהקשר של טכנולוגיות זמינות וגידולי יעד תואמים לגננות, תוך תיאור ההזדמנויות והאתגרים שיש לטפל בהם במחקר מתמשך באוסטרליה.
2. טכניקות וטכנולוגיות עדכניות בגידול מוגן
בשנת 2019, שטח הקרקע הכולל המוקדש לגידולים מוגנים - אשר, באופן כללי, כולל
גידול יבולים תחת כל סוגי הכיסויים - נאמד ב-5,630,000 הקטרים (הא) ברחבי העולם [14]. השטח הכולל של ירקות ועשבי תיבול הגדלים בחממות (מבנים קבועים) נאמד בכ-500,000 דונם ברחבי העולם, כאשר 10% מהגידולים הללו גדלים בחממות ו-90% בחממות פלסטיק [15,16]. שטח החממה של אוסטרליה מוערך בכ-1300 דונם, כאשר חממות היי-טק (כ-14 עסקים בודדים, כל אחד מהם תופס פחות מ-5 דונם) מהוות 17% משטח זה, וחממות לואו-טק/מדיום-טק מהוות 83% [17 ]. בעולם, חממות וחממות פלסטיק מהוות כ-80% ו-20%, בהתאמה, מסך החממות המיוצרות [16].
גידולים מוגנים הוא מגזר ייצור המזון הצומח ביותר באוסטרליה, מוערך בכ-1.5 מיליארד דולר בשנה בשער החווה בשנת 2017. ההערכה היא שכ-30% מכל החקלאים האוסטרליים מגדלים יבולים בצורה כלשהי של מערכת גידולים מוגנת, וכן שגידולים שגדלים בכיסוי מהווים כ-20% מהערך הכולל של ייצור ירקות ופרחים [18]. באוסטרליה, שטח ייצור ירקות החממה המשוער הוא הגבוה ביותר עבור דרום אוסטרליה (580 דונם), ואחריה ניו סאות' ויילס (500 דונם) וויקטוריה (200 דונם), בעוד קווינסלנד, מערב אוסטרליה וטסמניה מהוות פחות מ-50 דונם כל אחת [17 ].
בהתבסס על מדריך סטטיסטיקת הגננות האוסטרלית (2014–2015) ודיונים עם התעשייה, הערך הגולמי של הייצור (GVP) של פירות, ירקות ופרחים נאמד לשנת 2017. בין מערכות הגידול שנפרסו, גידולים שגדלו בהידרופוני/מצע- מערכות ייצור מבוססות (52%) זכו להערכה הגבוהה ביותר, ואחריהן אלו שגודלו תחת מערכות הפריית קרקע (35%), עם שילוב של הפריית קרקע ומערכות הידרופוניות/מבוססות מצע (11%), ושימוש בחומר הידרופוני/תזונתי טכניקת הסרט (NFT) (2%) (איור 1A). באופן דומה, מבין סוגי ההגנה, לגידולים שגדלו תחת כיסויי פולי/זכוכית (63%) היה ה-GVP הגבוה ביותר, ואחריהם לאלו שגדלו תחת כיסויי פולי (23%), כיסויי ברד/צל (8%) ומשולבים פולי/ברד/צל. כריכות (6%) (איור 1B) [17]. בתוך אוסטרליה, נתונים סטטיסטיים עבור GVPs של מוצרי גננות חממה ספציפיים אינם זמינים בקלות [15].
איור 1. סך ייצור ערך גולמי (GVP) של גידולים תחת גידול מוגן (2017) לפי מערכת גידול (A) והגנה (B). הייצור מבוסס הידרופוניקה/מצע כולל גידול צמחים ללא אדמה תוך שימוש במדיום אינרטי כגון צמר סלעים. ייצור מבוסס אדמה/דשון כולל גידול צמחים באמצעות אדמה עם דישון (יישום משולב של דשן ומים). טכניקת הסרטים הידרופוניים/תזונתיים (NFT) כוללת זרימת זרם מים רדוד המכיל חומרים מזינים מומסים העובר על פני שורשי הצמחים בתעלות אטומות למים. 'פולי' מתייחס לפוליקרבונט.
כיסויי ברד/צל, בדרך כלל מרשת או בד, מגנים על יבולים מפני ברד וחוסמים חלק מהאור המופרז. $ מתייחס ל-AUD.
בין מתקני הסביבה המבוקרת בארה"ב, חממות זכוכית או פוליקרבונט (פולי) (47%) נפוצות יותר מחוות אנכיות מקורות (30%), בתי חישוקי פלסטיק נמוכים (12%), חוות מכולות (7% ) ומערכות תרבית מים עמוקים מקורה (4%). בין מערכות הגידול, הידרופוניקה (49%) שכיחה יותר ממערכות מבוססות קרקע (24%), אקוופוניות (15%), אירופוניות (6%) והיברידיות (אירופוניקה, הידרופוניקה, קרקע) (6%) [19,20].
באוסטרליה יש מעט מאוד חוות אנכיות מתקדמות שהוקמו, בעיקר בשל העובדה שיש לה מעט ערים מאוכלסות בצפיפות. עם זאת, לאוסטרליה יש שטח חממה של כ-1000 דונם [16,17] והיצוא של ירקות ופירות טריים גדל באופן ניכר מ-2006 ל-2016 עבור אוסטרליה [16] עם הגדלת היבול התת-כיסוי. למרות שאוסטרליה עשתה התחלה מצוינת בחקלאות מקורה ולמגזר יש פוטנציאל צמיחה עצום, זה דורש זמן להתבגרות והתפתחות נוספת כדי להפוך לשחקן מפתח בקנה מידה עולמי. נכון לעכשיו, ניתן לסווג מתקני חווה מקורה בעלי אוריינטציה מסחרית לשלוש רמות הקידמה הטכנולוגיות הבאות: נמוכה, בינונית והיי-טק. כל אחד מהם נדון בפירוט רב יותר בסעיפים הבאים.
2.1. טכנולוגיות חדשות עבור Low-Tech Poly-Tunnels
למתקני חממה לואו-טק התורמים הכי הרבה לגידול מוגן יש מספר מגבלות המחייבות פתרונות טכנולוגיים כדי לסייע במעברם למתקנים בינוניים או היי-טק רווחיים המייצרים יבולים באיכות גבוהה עם משאבים מינימליים. מנהרות פולי בטכנולוגיה נמוכה מהוות 80-90% מייצור גידולי החממה בעולם [20] ובאוסטרליה [17]. בהתחשב בחלק הגדול של מנהרות פולי-טק בגידול מוגן וברמות הנמוכות של אקלים, דישון והדברת מזיקים, חשוב להתמודד עם האתגרים הנלווים על מנת להגדיל את הייצור והתשואה הכלכלית למגדלים.
רמת ה-low-tech כוללת סוגים שונים של מנהרות פולי שיכולות לנוע ממבני מתכת מאולתרים עם כיסויי פלסטיק ועד למבנים ייעודיים קבועים. בדרך כלל, הם אינם נשלטים מעבר ליכולת להרים את כיסוי הפלסטיק כאשר בחוץ נעשה חם מדי או מעונן. כיסויי פלסטיק אלו מגנים על היבול מפני ברד, גשם ומזג אוויר קר ומאריכים את עונת הגידול במידה מסוימת. מבנים זולים אלה מציעים א
תשואה ראויה להשקעה בגידולי ירקות כגון חסה, שעועית, עגבניות, מלפפון, כרוב וקישואים. החקלאות בפולי-מנהרות אלו מתבצעת באדמה, בעוד שפעולות מתקדמות יותר יכולות להשתמש בעציצים גדולים והשקיה בטפטוף לעגבניות, אוכמניות, חצילים או פלפלים. עם זאת, בעוד שגידול מוגן בטכנולוגיה נמוכה הגיוני עבור מגדלים קטנים, טכניקות כאלה סובלות מכמה חסרונות. חוסר השליטה הסביבתית שלהם משפיע על עקביות הגודל והאיכות של המוצר ולכן מפחית
הגישה לשוק של מוצרים אלה עבור לקוחות תובעניים כגון סופרמרקטים ומסעדות. בהתחשב בעובדה שהיבול נטוע בדרך כלל באדמה, חקלאים אלו מתמודדים גם עם מחלות מזיקים וקרקעות רבות (למשל, נגיעות נמטודות מתמשכות). שותפי תעשייה ומחקר דורשים חידושים באספקת פתרונות במערכות תכנון מתקנים וניהול יבול, כמו גם מערכות מסחר חכמות לייצוא תוצרת
ולשמור על שרשרת אספקה קבועה. תמריצים ותמיכה מגופי מימון וחידושים טכנולוגיים (למשל, בקרה ביולוגית, אוטומציה חלקית בהשקיה ובקרת טמפרטורה) מאוניברסיטאות וחברות יכולים לעזור למגדלים לעבור למערכות גידול טכנולוגיות מתקדמות יותר.
2.2. שדרוג חממות מדיום-טק עם חידושים וטכנולוגיות חדשות
גידולים מוגנים בטכנולוגיה בינונית היא קטגוריה רחבה הכוללת חממות וחממות בסביבה מבוקרת. חלק זה של מגזר הגידולים המוגנים דורש שדרוגים טכנולוגיים משמעותיים כדי להתחרות עם ייצור מזון בקנה מידה גדול בחוות הפרוסות מנהרות פולי טכנולוגיה לואו-טק ותוצרת איכותית מחממות היי-טק. הבקרה הסביבתית בחממות טכנולוגיות בינוניות היא לרוב חלקית או אינטנסיבית וניתן לשלוט בטמפרטורה של חלק מהחממות על ידי פתיחה ידנית של הגג, בעוד
למתקנים מתקדמים יותר יש יחידות קירור וחימום. השימוש בפאנלים סולאריים ובסרטים חכמים נחקר כדי להפחית את עלות האנרגיה וטביעות הפחמן בחממות בינוניות [21-23].
בעוד שחממות רבות עדיין עשויות מחיפויי PVC או זכוכית, ניתן ליישם סרטים חכמים על מבנים אלה או לשלב אותם בתכנון החממה כדי להגביר את היעילות האנרגטית. בדרך כלל, חממות יוקרתיות משתמשות באמצעי גידול כגון בלוקי Rockwool עם קבלות דשן נוזלי מכוילות בקפידה בשלבי גידול שונים כדי למקסם את תפוקת היבול. דישון CO2 משמש לעתים בחממה טכנולוגית בינונית כדי להגביר את התפוקה והאיכות. מגזר הגידולים המוגנים בטכנולוגיה בינונית ייהנה משותפויות תעשייתיות-אוניברסיטאות ליצירת פתרונות מדעיים וטכנולוגיים מתקדמים, לרבות גנוטיפים חדשים של גידולים עם יבול ואיכות גבוהים, ניהול מזיקים משולב, דישון אוטומטי לחלוטין ובקרת אקלים בחממה, וסיוע רובוטי בניהול יבולים. וקציר.
2.3. חידושי מדע וטכנולוגיה עבור חממות היי-טק
חממות היי-טק יכולות לשלב את ההתקדמות הטכנולוגית העדכנית ביותר בפיזיולוגיה של היבול, דישון, מיחזור ותאורה. בחממות מסחריות בקנה מידה גדול, למשל, ניתן להשתמש בטכנולוגיית 'זכוכית חכמה', מערכות פוטו-וולטאיות סולאריות ותאורה משלימה, כגון לוחות LED, כדי לשפר את איכות היבול והתשואות. היצרנים גם עושים יותר ויותר אוטומציה של אזורים קריטיים ו/או עתירי עבודה כמו ניטור יבולים, האבקה וקציר.
הפיתוח של בינה מלאכותית (AI) ולמידת מכונה (MI) פתחה מימדים חדשים עבור חממות היי-טק [24–28]. בינה מלאכותית היא קבוצה של כללים מקודדים במחשב ומודלים סטטיסטיים שהוכשרו להבחין בדפוסים בביג דאטה ולבצע משימות הקשורות בדרך כלל לאינטליגנציה אנושית. בינה מלאכותית המשמשת בזיהוי תמונות משמשת לניטור בריאות היבול ולזיהוי סימני מחלה, מה שמאפשר קבלת החלטות מהירה ומושכלת יותר עבור ניהול יבולים וקציר - מה שניתן לבצע בימים אלה
על ידי זרועות רובוט ולא על ידי עבודה אנושית. Internet-of-Things (IoT) מציעה פתרונות לאוטומציה הניתנים להתאמה אישית במיוחד עבור יישומי חממה [29]. לפיכך, AI ו-IoT יכולים לתרום באופן משמעותי בתחום החקלאות המודרנית על ידי שליטה ואוטומציה של פעילויות חקלאות [30].
המחקר והפיתוח בתחום הרובוטים החקלאיים צמחו באופן משמעותי בעשור האחרון [31–33]. מערכת קציר יבולים אוטונומית לפלפלים המתקרבת לכדאיות מסחרית הוכחה עם שיעור הצלחה בקציר של 76.5% [31] באוסטרליה. אבות טיפוס של רובוטים להסרת עלים של צמחי עגבניות, קצירת פלפלים (פלפלים) וגידולי עגבניות [34,35] פותחו באירופה ובישראל, ועשויים להיות ממוסחרים בעתיד הקרוב.
יתרה מכך, מערכות תוכנה לניהול עבודה עבור חממות היי-טק בקנה מידה גדול ייעלו את היעילות של העובדים באופן משמעותי, וישפרו את הסיכויים הכלכליים של עסקים אלו. מהפכת ה-IT וההנדסה תמשיך להעצים גידולים מוגנים וחקלאות מקורה, ותאפשר למגדלים לנטר ולנהל את היבולים שלהם ממחשבים ומכשירים ניידים, שיכולים לשמש אפילו לייצור חקלאות קריטית ו
החלטות שוק. לחממות היי-טק יש את הפוטנציאל הגבוה ביותר להועיל למגזר הגידולים המוגנים באוסטרליה, ומכאן שמחקר וחדשנות מתמשכים במתקנים אלו יתורגמו לזמן וכסף שהושקעו היטב.
2.4. פיתוח חוות אנכיות לצרכים עתידיים
בשנים האחרונות נצפתה התפתחות מהירה ב"חקלאות אנכית" מקורה ברחבי העולם, במיוחד במדינות עם אוכלוסיות גדולות ושטחים לא מספיקים [36,37]. חקלאות אנכית מייצגת שווי של 6 מיליארד דולר, אך היא נותרה חלק קטן משוק החקלאות העולמי בשווי טריליוני דולרים [38]. קיימות איטרציות שונות של חקלאות אנכית, אך כולן משתמשות במדפי גידול נטולי אדמה או הידרופוניים מוערמים אנכית בסביבה סגורה ומבוקרת לחלוטין, המאפשרת רמה גבוהה של אוטומציה, בקרה ועקביות [39]. עם זאת, חקלאות אנכית נותרת מוגבלת לגידולים בעלי ערך גבוה ומחזור חיים קצר בשל עלויות האנרגיה הגבוהות, למרות שהיא מציעה פרודוקטיביות ללא תחרות למ"ר ורמות גבוהות של יעילות מים וחומרי תזונה.
הממד הטכנולוגי של חקלאות אנכית - ובמיוחד הופעתן של חממות 'חכמות' - עשוי למשוך מגדלים להוטים לעבוד עם טכנולוגיות מתפתחות של מחשבים וביג-דאטה כגון AI ו-Internet of Things (IoT) [40]. נכון לעכשיו, כל צורות החקלאות הפנימיות הן עתירות אנרגיה ועבודה, אם כי יש מקום להתקדמות רבה הן בטכנולוגיות אוטומציה והן בטכנולוגיות יעילות אנרגטית. כבר עכשיו, הצורות המתקדמות ביותר של חקלאות מקורה מספקות אנרגיה משלהן באתר ואינן תלויות ברשת השירות הכללית. גינות גג יכולות לנוע מעיצובים פשוטים על גבי בנייני עיר ועד למפעלי גג ארגוניים בבנייני עירייה בניו יורק ובפריז. לחקלאות אנכית מקורה יש עתיד מזהיר, במיוחד בעקבות מגיפת COVID-19 והיא ממוקמת היטב להגדיל את חלקה בשוק המזון העולמי, בשל
מערכת ייצור יעילה ביותר, הפחתת עלויות שרשרת האספקה והלוגיסטיקה, פוטנציאל לאוטומציה (מזעור הטיפול) וגישה נוחה הן לעבודה והן לצרכנים.
3. יעדי גידולים בחיתוך מוגן
כיום, גידולים המתאימים לחקלאות מקורה מוגבלים במספרם בשל מגבלות היבול לגידול בתוך הבית וכן מגבלות גידול מוגן כגון עלות אנרגיה גבוהה (להארה, חימום, קירור והפעלת מערכות אוטומטיות שונות) המאפשרות גידולים ספציפיים בעלי ערך גבוה [ 41–43]. עם זאת, ייצור חסכוני של מגוון מגוון של גידולי מאכל חיוני אם לגידול מוגן תהיה השפעה משמעותית על
ביטחון תזונתי גלובלי [12,13,44]. זני יבול לגידול ירקות מוגנים שונים באופן משמעותי מאלו של ייצור שדה פתוח, שגדלו לסבילות למגוון רחב של תנאים סביבתיים, מה שלא בהכרח נדרש בגידול מוגן. הפיתוח של זנים מתאימים ידרוש אופטימיזציה של מספר תכונות (כגון האבקה עצמית, צמיחה בלתי מוגדרת, שורשים חזקים) השונות מהתכונות הנראות כ.
רצוי בגידולי חוץ (איור 2) (אומץ מ-[13]).
האיור 2. תכונות רצויות לגידולי פרי הגדלים בבית בתנאי סביבה מבוקרים ביחס לגידולים הגדלים בחוץ בתנאי שדה.
נכון לעכשיו, הפירות והירקות המותאמים בצורה הטובה ביותר לחקלאות מקורה כוללים:
• כאלה שגדלים על גפנים או שיחים (עגבנייה, תות, פטל, אוכמניות, מלפפון, פלפל, ענבים, קיווי);
• גידולים מומחים בעלי ערך גבוה (כשות, וניל, זעפרן, קפה);
• גידולים רפואיים וקוסמטיים (אצות ים, אכינצאה);
• עצים קטנים (דובדבנים, שוקולד, מנגו, שקדים) הם אפשרויות קיימות אחרות [13].
בסעיפים הבאים, נדון ביתר פירוט בגידולים קיימים ופיתוח זנים חדשים לחקלאות מקורה.
3.1. גידולים קיימים הגדלים במתקנים נמוכים, בינוניים והי-טק
מערכות גידול מוגנות בטכנולוגיה נמוכה ובינונית מייצרות בעיקר עגבניות, מלפפון, קישואים, פלפלים, חצילים, חסה, ירקות אסייתיים ועשבי תיבול. מבחינת שטח, כמות הפירות המיוצרים ומספר העסקים, העגבניה היא גידול הירקות הגננתי החשוב ביותר המיוצר בחממות, ואחריו פלפל וחסה [15,45].
באוסטרליה, הפיתוח של מתקני סביבה מבוקר בקנה מידה גדול הוגבל בעיקר לאלה שנבנו לגידול עגבניות [15]. ה-GVP המשוער של פירות, ירקות ופרחים לשנת 2017, בשטח ובמתקני גידולים מוגנים, מדגים את הדומיננטיות של העגבניות במגזר הגידול המוגן באוסטרליה.
ה-GVP הכולל המשוער לשנת 2017 בהתייחס לייצור השדה והתת-כיסוי של גידולי גננות היה הגבוה ביותר עבור עגבניות (24%), ואחריו תות שדה (17%), פירות קיץ (13%), פרחים (9%), אוכמניות. (7%), מלפפון (7%) ופפלית (6%), כאשר ירקות אסייתיים, עשבי תיבול, חצילים, דובדבנים ופירות יער מהווים כל אחד פחות מ-6% (איור 3א).
איור 3. ערך ברוטו משוער של ייצור (GVP) עבור ייצור ירקות שדה וגידולים מוגנים הכוללים (A) ו-GVP זקוף של יבולים שטופחו תחת גידול מוגן בשנת 2017 (B) עבור אוסטרליה.
בין אלה, ה-GVP של גידולים שגדלו במערכות גידול מוגנות היה הגבוה ביותר עבור עגבניות (40%), שהובילו בפער משמעותי ביחס לגידולים אחרים כולל פרחים (11%), תות שדה (10%), פירות קיץ (8% ) ופירות יער (8%), כאשר כל אחד מהגידולים הנותרים מהווה פחות מ-5% (איור 3B). עם זאת, השוק המקומי האוסטרלי היה רווי עגבניות חממה, שעוזבות את תעשיית הגידולים המוגנים
עם שתי האפשרויות הבאות: הגדלת המכירות של גידולים אלו בשווקים בינלאומיים; ו/או לעודד חלק מגדלי החממות הקיימים בארץ לעבור לייצור גידולים בעלי ערך גבוה אחרים. שיעור הגידולים הבודדים שטופחו בהגנה היה הגבוה ביותר עבור פירות יער (85%) ועגבניות (80%), ואחריו פרחים (60%), מלפפון (50%), דובדבן וירקות אסייתיים (כל אחד 40%), תות וקיץ.
פירות (כל אחד 30%), אוכמניות ועשבי תיבול (כל אחד 25%), ולבסוף, פלפלים וחצילים, ב-20% כל אחד [17]. נכון לעכשיו, חקלאות מקורה עתירת אנרגיה ועבודה מוגבלת לגידולים בעלי ערך גבוה שניתן לייצר בטווח הקצר עם צריכת אנרגיה נמוכה [46,47]
ב'מפעלים' של צמחים, הגידולים השולטים הגדלים כיום הם עלים ועשבי תיבול, בשל תקופות הגידול הקצרות של גידולים אלו (מכיוון שאין צורך בפירות וזרעים) וערך גבוה [7], העובדה שגידולים כאלה דורשים פחות אור יחסית. לפוטוסינתזה [48] ובגלל שניתן לקצור את רוב הביומסה הצמחית המופקת [46,49]. קיים פוטנציאל גדול לשיפור היבול ואיכות הגידולים הגדלים בחוות עירוניות [12].
3.2. סקר תעשייה: היכן טמונים האינטרסים של המשתתפים?
זיהוי נושאי מחקר מרכזיים חיוני לשיפור היעילות של מחקר במימון ציבורי ופרטי לעתיד של גידולים מוגנים. לדוגמה, מרכז המחקר השיתופי של מערכות מזון עתידיות (FFSCRC), ביוזמת איגוד החקלאים של ניו סאות' ויילס (NSW Farmers), אוניברסיטת ניו סאות' ויילס (UNSW) ו-Food Innovation Australia Ltd. (FIAL), מורכב מקונסורציום של יותר מ-60 מייסדים
משתתפי תעשייה, ממשלה ומחקר. תוכניות המחקר והיכולות שלה שואפות לתמוך במשתתפים באופטימיזציה של הפרודוקטיביות של מערכות מזון אזוריות וסביב-עירוניות, העברת מוצרים חדשים מאב טיפוס לשוק ויישום שרשרת אספקה מהירות ומוגנת מקור מחווה לצרכן. לשם כך, ה-FFSRC מספק סביבת מחקר שיתופית שמטרתה לשפר גידולים מוגנים על מנת להגביר את היכולת שלנו לייצא תוצרת גננות איכותית ולעזור לאוסטרליה להפוך למובילה במדע ובטכנולוגיה עבור מגזר הגידולים המוגנים.
המשתתפים נסקרו כדי לזהות גידולי יעד לחקלאות מקורה. מבין המשתתפים שזיהו גידולי יעד, העניין בירקות טריים (29%) היה הגדול ביותר, ואחריו העניין בגידולי פירות (22%); קנאביס רפואי, צמחי מרפא אחרים וגידולים מיוחדים (13%); מינים מקומיים/ילידים (10%); פטריות/פטריות (10%); ועלים ירוקים (3%) (איור 4).
איור 4. סיווג הגידולים המיוצרים כיום על ידי משתתפי FFSCRC במתקני גידול מוגנים ומכאן, של העניין הסביר של המשתתפים במציאת פתרונות לגידול גידולים אלה בצורה פרודוקטיבית יותר בכיסוי.
הסקר התבסס על מידע על המשתתפים הזמין באינטרנט; רכישת מידע מפורט יותר תהיה חיונית להבנה ולעמידה בדרישות הספציפיות של המשתתפים.
3.3. גידול זנים חדשים למתקני סביבה מבוקרת
טכנולוגיות הרבייה הזמינות לשיפור צמחי ירקות וצמחי יבול אחרים מתקדמות במהירות [50]. בגידול מוגן, מגזר כלכלי דינמי עם שינויים מהירים במגמות השוק ובהעדפות הצרכנים, בחירת הזן הנכון היא קריטית [44,51]. ישנם מחקרים רבים שמעריכים התאמת יבולים בעלי ערך גבוה כגון עגבנייה וחצילים לייצור חממה [52,53]. טכנולוגיות גידול חדשות [50] הקימו את הפיתוח של זנים חדשים בעלי תכונות רצויות, וחברות מסוימות החלו לתכנן צמחים לגידול בסביבות מבוקרות תחת נורות LED [20]. עם זאת, זנים גדלו בעיקר כדי למקסם את התשואה בתנאי שדה משתנים מאוד [46]. תכונות יבול כגון סובלנות לבצורת, חום וכפור - הרצויות בגידולי שדה, אך בדרך כלל נושאות עונשי יבול - אינן נחוצות בדרך כלל ב
חקלאות מקורה.
תכונות מפתח שניתן למקד אליהן להתאמת יבולים בעלי ערך גבוה יותר לחקלאות מקורה כוללות מחזורי חיים קצרים, פריחה מתמשכת, יחס נמוך בין שורש ליצר, ביצועים משופרים בצריכת אנרגיה פוטוסינתטית נמוכה ותכונות צרכניות רצויות כולל טעם, צבע, מרקם ותכולת תזונה ספציפית [12,13]. בנוסף, גידול במיוחד לאיכות גבוהה יותר תפיק מוצרים נחשקים מאוד עם ערך שוק גבוה. ניתן לנהל ספקטרום אור, טמפרטורה, לחות ואספקת חומרי הזנה כדי לשנות את הצטברות תרכובות המטרה בעלים ובפירות [54,55] ולהגדיל את הערך התזונתי של גידולים, כולל חלבונים (כמות ואיכות), ויטמינים A, C ו-E, קרוטנואידים, פלבנואידים, מינרלים, גליקוזידים ואנתוציאנינים [12]. לדוגמה, מוטציות המתרחשות באופן טבעי (בגפן) ועריכת גנים (בקיווי) שימשו כדי לשנות את ארכיטקטורת הצמח, שתהיה שימושית לגידול פנימי במקומות מוגבלים. במחקר שנערך לאחרונה, צמחי עגבניות ודובדבנים הונדסו באמצעות CRISPR-Cas9 כדי לשלב את שלוש התכונות הרצויות הבאות: פנוטיפ ננסי, הרגל צמיחה קומפקטי ופריחה מוקדמת. התאמתם של זני העגבניות ה"ערוכים" שהתקבלו לשימוש במערכות חקלאות מקורה אומתה באמצעות ניסויים בשטח ובניסויים מסחריים בחווה אנכית [56].
סקירה של גידול מולקולרי ליצירת גידולים אופטימליים דנה בערך המוסף של מוצרים חקלאיים על ידי פיתוח גידולים חקלאיים בעלי יתרונות בריאותיים וכתרופות אכילה [46]. הגישות העיקריות לפיתוח גידולים חקלאיים בעלי תועלת בריאותית זוהו כהצטברות של כמויות גדולות של חומר תזונתי פנימי רצוי או הפחתה בתרכובות לא רצויות, והצטברות של תרכובות בעלות ערך
אינם מיוצרים בדרך כלל בגידול.
4. אתגרים והזדמנויות בגידול מוגן וחקלאות מקורה
למתקנים מתקדמים לגידולים מוגנים וחקלאות מקורה יש השפעה סביבתית קטנה יחסית. בעוד שגידול יבולים בכיסוי הוא עתיר אנרגיה יותר משיטות חקלאיות רבות אחרות, היכולת למתן את השפעות מזג האוויר, להבטיח מעקב ולגדל מזון באיכות טובה יותר מקדמת אספקה עקבית של תוצרת איכותית, ומושכת תשואות שעולות בהרבה על עלויות הייצור הנוספות. [18]. אתגרים מרכזיים בגידול מוגן כוללים:
• עלויות הון גבוהות, עקב מחירי קרקע גבוהים באזורים פנים-עירוניים וסביב-עירוניים;
• צריכת אנרגיה גבוהה;
• ביקוש לכוח אדם מיומן;
• ניהול מחלות ללא בקרות כימיות; ו
• פיתוח מדדי איכות תזונתיים - כדי להגדיר ולאשר היבטי איכות של התוצרת - לגידולים הגדלים בבית.
בחלק הבא, נדון בכמה מהאתגרים וההזדמנויות הקשורים לגידול מוגן.
4.1. תנאים אופטימליים לפרודוקטיביות גבוהה ושימוש יעיל במשאבים
הבנה רבה יותר של דרישות היבול בשלבי גידול שונים ובתנאי אור שונים חיונית אם המגדלים רוצים לשמור על ייצור יבולים חסכוני בסביבות מבוקרות. ניהול יעיל של סביבת החממה, כולל המרכיבים האקלימיים והתזונתיים שלה, ותנאים מבניים כמו גם מכניים, יכולים להגביר את איכות הפרי ואת התפוקה באופן משמעותי [57]. גורמי סביבת הצמיחה יכולים להשפיע על צמיחת הצמח, קצב האידוי והמחזורים הפיזיולוגיים. מבין גורמי האקלים, קרינת השמש היא החשובה ביותר שכן פוטוסינתזה דורשת אור, ותפוקת היבול עומדת ביחס ישר לרמות אור השמש עד לנקודות הרוויה של האור לצורך פוטוסינתזה. לעתים קרובות, בקרה סביבתית מדויקת דורשת הוצאת אנרגיה גבוהה, ומפחיתה את הרווחיות של חקלאות בסביבה מבוקרת. האנרגיה הדרושה לחימום וקירור חממה נותרה דאגה עיקרית ויעד עבור אלה המבקשים להפחית את עלויות האנרגיה [6]. חומרי זיגוג וטכנולוגיות זכוכית חדשניות כגון Smart Glass [58] מציעים הזדמנויות מבטיחות להפחתת העלות הכרוכה בשמירה על טמפרטורת החממה ושליטה במשתנים סביבתיים. כיום, טכנולוגיות זכוכית חדשניות ומערכות קירור יעילות משולבות בגידול מוגן במתקני חממה. לחומרי זיגוג יש פוטנציאל להפחית
צריכת חשמל, על ידי קליטת קרינת שמש עודפת והפניית אנרגיית האור לייצור חשמל באמצעות תאים פוטו-וולטאיים [59,60].
עם זאת, חומרי הכיסוי משפיעים על מיקרו אקלים החממה [61,62] כולל אור [63] ולכן חשוב להעריך את ההשפעה של חומרי זיגוג חדשניים על צמיחת צמחים ופיזיולוגיה, שימוש במשאבים, תפוקת יבול ואיכות בסביבות שבהן גורמים כגון CO2, טמפרטורה, חומרים מזינים והשקיה נשלטים בקפדנות. לדוגמה, אורגני פוטו-וולטאים שקופים למחצה (OPV) המבוססים על תערובת של פולי(3-hexylthiophene regioregular) (P3HT) ו-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) נבדקו לטיפוח צמחי פלפל (Capsicum annuum). בצל של OPVs, צמחי הפלפל הפיקו 20.2% יותר מסת פרי וצמחים מוצלים היו גבוהים ב-21.8% בסוף עונת הגידול [64]. במחקר אחר, ההפחתה ב-PAR שנגרמה על ידי לוחות פוטו-וולטאיים גמישים על הגג לא השפיעה על התפוקה, המורפולוגיה של הצמח, מספר הפרחים לענף, צבע הפרי, המוצקות וה-pH [65].
סרט 'זכוכית חכמה' בעלת רפלקציה נמוכה במיוחד, Solar Gard™ ULR-80 [58], נבדק כעת בייצור חממה. המטרה היא לממש את הפוטנציאל של חומרי זיגוג עם העברת אור מתכווננת ולהפחית את עלות האנרגיה הגבוהה הכרוכה בפעילות במתקני גננות חממה הייטק. סרט זכוכית חכמה (SG) מוחל על הזכוכית הסטנדרטית של מפרצי חממה בודדים במתקנים המגדלים גידולי ירקות תוך שימוש בשיטות טיפוח וניהול אנכיות מסחריות [66,67]. ניסויי חצילים תחת SG הראו יעילות גבוהה יותר של אנרגיה ופריון [42], אך גם מופחתת תפוקת חצילים, עקב שיעור גבוה של הפלות פרחים ו/או פירות כתוצאה מפוטוסינתזה מוגבלת באור [58]. הסרט SG המשמש עשוי להזדקק לשינוי כדי ליצור תנאי אור אופטימליים ולמזער את מגבלות האור עבור פירות עתירי כיור פחמן כגון חצילים.
השימוש בחומרי זיגוג חדשניים חוסכי אנרגיה, כגון זכוכית חכמה, מספק הזדמנות מצוינת להפחית את עלות האנרגיה של פעולות חממה ולייעל את תנאי האור לגידול גידולי מטרה. סרטי כיסוי חכמים כגון סרטים חקלאיים פולטי אור זוהר (LLEAF) הם בעלי פוטנציאל לשפר וגם לשלוט בצמיחה וגטטיבית והתפתחות רבייה בגידולים מוגנים בטכנולוגיה בינונית. LLEAF
ניתן לבדוק לוחות על מגוון גידולים פורחים ולא פורחים כדי לקבוע אם הם עוזרים להגביר את הצמיחה הצומחית והרבייה (על ידי שינוי תהליכים פיזיולוגיים העומדים בבסיס צמיחת הצמח ותפוקה ואיכות היבול).
4.2. טיפול במזיקים ומחלות
למרות שמתקני גידול מוגנים מבוקרים עשויים למזער מזיקים ומחלות, לאחר שהוצגו, הם קשים מאוד ויקרים לשליטה ללא שימוש בכימיקלים סינתטיים רעילים. חקלאות מקורה אנכית מאפשרת ניטור צמוד של יבולים לסימני מזיקים או מחלות, באופן ידני ו/או אוטומטי (באמצעות טכנולוגיות חישה) ואימוץ טכנולוגיות רובוטיות מתפתחות ו/או נהלי חישה מרחוק יאפשרו
גילוי מוקדם של התפרצויות והסרה של צמחים חולים ו/או נגועים [7].
יידרשו שיטות חדשניות לניהול מזיקים משולב (IPM) [68] לניהול יעיל של מזיקים בחממות. אסטרטגיות ניהול מתאימות (תרבותיות, פיזיות, מכניות, ביולוגיות וכימיות), יחד עם שיטות תרבות טובות, טכניקות ניטור מתקדמות וזיהוי מדויק יכולים לשפר את ייצור הירקות תוך צמצום ההסתמכות על יישומי הדברה. גישה משולבת לניהול מחלות כרוכה בשימוש בזנים עמידים, תברואה, שיטות תרבות תקינות ושימוש מתאים בחומרי הדברה [44]. פיתוח אסטרטגיות IPM חדשניות יכול למזער את עלויות העבודה ואת הצורך ליישם חומרי הדברה כימיים. קחו, למשל, את השימוש בחרקים חדשים, מגודלים מסחרית, מועילים באופן טבעי (למשל, כנימה, כנימה ירוקה, וכו') כדי לנהל מזיקים יבולים ולהפחית את ההסתמכות על הדברה כימית. בדיקת IPM חדשים שונים
אסטרטגיות, בבידוד ובשילוב, יסייעו בפיתוח המלצות ספציפיות ליבול ולמתקנים למגדלים.
4.3. איכות היבול וערכים תזונתיים
גידול מוגן מספק למגדלים ולשותפי התעשייה תנובה גבוהה ותוצרת איכותית לאורך כל השנה [69]. עם זאת, טיפוח פירות וירקות מובחרים מצריך בדיקת תפוקה גבוהה של פרמטרים תזונתיים ואיכותיים [70]. פרמטרים בסיסיים של איכות הפרי כוללים תכולת לחות, pH, סך מוצקים מסיסים, אפר, צבע פרי, חומצה אסקורבית וחומציות ניתנת לטיטרציה, ופרמטרים תזונתיים מתקדמים הכוללים סוכרים, שומנים, חלבון, ויטמינים ונוגדי חמצון; מדידות מוצקות ואובדן מים הן גם חיוניות להגדרת מדדי איכות [66]. יתרה מכך, ניתן לשלב את בדיקת איכות התפוקה הגבוהה של תוצרת גידולים במערכת הפעלה אוטומטית של חממה. סינון גנוטיפים של גידולים זמינים לפרמטרי איכות תספק זנים חדשים בעלי ערך גבוה ועשירים בחומרי הזנה של פירות וירקות למגדלים ולצרכנים. יש לבצע אופטימיזציה של אסטרטגיות אגרונומיות, כולל סביבת צמיחה ושיטות ניהול יבולים, כדי לשפר את הייצור וצפיפות הצמחים של גידולים בעלי ערך גבוה אלה.
4.4. תעסוקה וזמינות עבודה מיומנת
דרישות העבודה לתעשיית הגידולים המוגנים מתרחבות (>5% בשנה) וההערכה היא שיותר מ-10,000 אנשים ברחבי אוסטרליה מועסקים כיום ישירות על ידי התעשייה. למרות רמות האוטומציה הגבוהות שלו, גידול מוגן בקנה מידה גדול דורש כוח עבודה משמעותי, במיוחד להקמת גידולים, תחזוקת גידולים, האבקה מכנית וקציר תוצרת. עם הביקוש הגובר
עבור מגדלים בעלי כישורים גבוהים, ההיצע של עובדים מיומנים מתאימים נותר נמוך [18,71]. כמו כן, יידרש כוח אדם מיומן לפיתוח חקלאות אנכית עירונית, שתיצור קריירות חדשות לטכנולוגים, מנהלי פרויקטים, עובדי תחזוקה וצוותי שיווק וקמעונאות [7]. הקמת מתקנים מתקדמים בקנה מידה מסחרי רב תכליתי תספק הזדמנות להתייחס לשאלות מחקר, ובכך תקדם את המטרה של מקסום התפוקה במגוון גידולים תוך מתן חינוך והכשרה במיומנויות שצפויות להיות מבוקשות מאוד במגזר הגידולים המוגנים העתידיים.
5. מסקנות
בחממות היי-טק עם טכנולוגיה חכמה, קיים פוטנציאל גדול לשיפור הרווחיות על ידי אוטומציה של אזורים קריטיים ו/או עתירי עבודה כמו ניטור יבולים, האבקה וקציר. הפיתוח של AI, רובוטיקה ו-ML פותחים מימדים חדשים לגידול מוגן. חוות אנכיות מהוות חלק קטן מהשוק החקלאי העולמי, ולמרות היותה עתירת אנרגיה, חקלאות אנכית מציעה פרודוקטיביות ללא תחרות עם רמות גבוהות של יעילות מים וחומרים מזינים. הייצור החסכוני של גידולים מגוונים חיוני אם ייצור גידולים מוגנים אמור להשפיע לטובה משמעותית על ביטחון המזון העולמי. מערכות גידול מוגנות בטכנולוגיה נמוכה ובינונית מייצרות בעיקר גידולי עגבניות, מלפפון, קישואים, פלפלים, חצילים וחסה, יחד עם ירקות ועשבי תיבול אסייתיים.
הפיתוח של מתקני סביבה מבוקרת בקנה מידה גדול באוסטרליה הוגבל בעיקר לגידול עגבניות. פיתוח זנים מתאימים ידרוש אופטימיזציה של מספר תכונות מפתח השונות מאלה הנחשבות לרצויות בגידולי חוץ. תכונות מפתח שניתן למקד לחקלאות מקורה כוללות מחזור חיי יבול מופחת, פריחה מתמשכת, יחס נמוך בין שורש ליורה, ביצועים מוגברים בפוטוסינתזה נמוכה
הזנת אנרגיה ותכונות צרכניות רצויות, כגון טעם, צבע, מרקם ותכולת רכיבים תזונתיים ספציפיים.
בנוסף, גידול במיוחד עבור יבולים איכותיים יותר וצפופים יותר מבחינה תזונתית תניב מוצרי גננות (ואפשריים רפואיים) רצויים בעלי ערך שוק מצוין. הרווחיות והקיימות של גידולים מוגנים תלויים בפיתוח פתרונות לאתגרים עיקריים, לרבות עלויות התחלה, צריכת אנרגיה, כוח אדם מיומן, הדברה ופיתוח מדדי איכות.
חומרי זיגוג חדשניים והתקדמות טכנולוגית שנחקרים או נבדקים כעת מציעים פתרונות להתמודדות עם אחד האתגרים הדחופים ביותר של גידולי גידול מוגנים. התקדמות אלו עשויות לספק את הדחיפה הדרושה כדי לסייע לתחום הגידולים המוגנים לעבור לרמה בת-קיימא וחסכונית של יעילות אנרגטית ולמלא את הדרישות ההולכות וגוברות לביטחון תזונתי, תוך שמירה על איכות היבול והתזונתי.
תוכן, ומזעור השפעות סביבתיות מזיקות.
תרומות מחבר: SGC כתב את הביקורת עם קלט ועדכון שסופקו על ידי DTT, Z.-HC, OG ו-CIC כל המחברים קראו והסכימו לגרסה שפורסמה של כתב היד.
מימון: הסקירה התבססה על דו"ח שהוזמן וממומן על ידי מרכז המחקר השיתופי למערכות מזון עתיד, התומך בשיתופי פעולה בהובלת התעשייה בין התעשייה, החוקרים והקהילה. קיבלנו גם תמיכה כספית מפרויקטים של Horticulture Innovation Australia (מענק מספר VG16070 ל-DTT, Z.-HC, OG, CIC; מענק מספר VG17003 ל-DTT, Z.-HC; מענק מספר LP18000 ל-Z.-HC) ופרויקט CRC P2 -013 (DTT, Z.-HC, OG, CIC).
הצהרת ועדת הביקורת המוסדית: לא ישים.
הצהרת הסכמה מדעת: לא ישים.
הצהרת זמינות נתונים: לא ישים.
ניגוד עניינים: המחברים אינם מכריזים על ניגוד עניינים.
הפניות
1. המחלקה לעניינים כלכליים וחברתיים של האומות המאוחדות. זמין באינטרנט: https://www.un.org/development/desa/en/ news/population/2018-revision-of-world-urbanization-prospects.html (נגישה ב-13 באפריל 2022).
2. המחלקה לעניינים כלכליים וחברתיים של האומות המאוחדות. זמין באינטרנט: https://www.un.org/development/desa/ publications/world-population-prospects-2019-highlights.html (נגישה ב-13 באפריל 2022).
3. בינס, CW; לי, חבר כנסת; מייקוק, ב.; טורהיים, LE; ננישי, ק.; Duong, DTT שינויי אקלים, אספקת מזון והנחיות תזונתיות. אננו. כומר בריאות הציבור 2021, 42, 233–255. [CrossRef] [PubMed] 4. Valin, H.; חולות, ר"ד; Van Der Mensbrugghe, D.; נלסון, GC; אחמד, ח; בלאן, ע.; בודירסקי, ב.; Fujimori, S.; Hasegawa, T.; האבליק, פ.; et al. עתיד הביקוש למזון: הבנת ההבדלים במודלים כלכליים גלובליים. Agric. כלכלה. 2014, 45, 51–67. [CrossRef] 5. יוז, נ.; לו, מ.; Ying Soh, W.; Lawson, K. הדמיית ההשפעות של שינויי אקלים על הרווחיות של חוות אוסטרליה. ב-ABARES Working Paper; ממשלת אוסטרליה: קנברה, אוסטרליה, 2021. [CrossRef] 6. Rabbi, B.; חן, ז'-ח; Sethuvenkatraman, S. גידול מוגן באקלים חם: סקירה של שיטות בקרת לחות וקירור. אנרגיות 2019, 12, 2737. [CrossRef] 7. Benke, K.; Tomkins, B. עתיד מערכות ייצור מזון: חקלאות אנכית וחקלאות סביבה מבוקרת. לִתְמוֹך. Sci. תרגול. מדיניות 2017, 13, 13–26. [CrossRef] 8. Mougeot, LJA Growing Better Cities: חקלאות עירונית לפיתוח בר קיימא; IDRC: אוטווה, ON, קנדה, 2006; ISBN 978-1-55250-226-6.
9. פירסון, LJ; פירסון, ל.; פירסון, CJ חקלאות עירונית בת קיימא: סקר והזדמנויות. Int. J. Agric. לִתְמוֹך. 2010, 8, 7–19. [CrossRef] 10. Tout, D. תעשיית הגננות של מחוז אלמריה, ספרד. Geogr. י' 1990, 156, 304–312. [CrossRef] 11. Henry, R. Innovations בחקלאות ואספקת מזון בתגובה למגיפת COVID-19. מול. צמח 2020, 13, 1095–1097. [CrossRef] 12. O'Sullivan, C.; בונט, ג.; מקינטייר, סי; הוכמן, ז; ואסון, א. אסטרטגיות לשיפור הפריון, מגוון המוצרים והרווחיות של החקלאות העירונית. Agric. סיסט. 2019, 174, 133–144. [CrossRef] 13. O'Salivan, CA; מקינטייר, CL; יבש, IB; חני, SM; הוכמן, ז; בונט, GD חוות אנכיות נושאות פרי. נאט. ביוטכנולוגיה. 2020, 38, 160–162. [CrossRef] 14. Cuesta Roble משחרר. סטטיסטיקת חממה עולמית. 2019. זמין באינטרנט: https://www.producegrower.com/article/cuestaroble-2019-global-greenhouse-statistics/ (נגישה ב-13 באפריל 2022).
15. Hadley, D. פוטנציאל תעשיית הגננות בסביבה מבוקרת ב- NSW; אוניברסיטת ניו אינגלנד: ארמידיל, אוסטרליה, 2017; ע. 25.
16. מפת הירקות העולמית. 2018. זמין באינטרנט: https://research.rabobank.com/far/en/sectors/regional-food-agri/world_ vegetable_map_2018.html (נגישה ב-13 באפריל 2022).
17. ייעוץ גריים סמית' - מידע כללי על התעשייה. זמין באינטרנט: https://www.graemesmithconsulting.com/index. php/information/general-industry-information (נגישה ב-13 באפריל 2022).
18. Davis, J. Growing Protected Cropping באוסטרליה עד 2030; חיתוך מוגן אוסטרליה: פרת', אוסטרליה, 2020; ע. 15.
19. אגריליסט. מצב חקלאות מקורה; Agrilyst: ברוקלין, ניו יורק, ארה"ב, 2017.
20. חקלאות מקורה ללא אדמה: שלב א': בחינת התעשייה וההשפעות של חקלאות סביבה מבוקרת|פרסומים|WWF.
זמין באינטרנט: https://www.worldwildlife.org/publications/indoor-soilless-farming-phase-i-examining-the-industry-andimpacts-of-controlled-environment-agriculture (נגישה ב-13 באפריל 2022). יבולים 2022, 2 184
21. אמוט, CJM; Röhr, JA; Campoy-Quiles, M.; קירכרץ, ט.; אורבינה, א.; Ekins-Daukes, NJ; Nelson, J. אורגני פוטו וולטאי
חממות: אפליקציה ייחודית ל-PV חצי שקוף? סביבת אנרגיה. Sci. 2015, 8, 1317–1328. [CrossRef] 22. Marucci, A.; זמבון, I.; קולנטוני, א.; Monarca, D. שילוב של מטרות חקלאיות ואנרגיה: הערכה של אב טיפוס של מנהרת חממה פוטו-וולטאית. לְחַדֵשׁ. לִתְמוֹך. Energy Rev. 2018, 82, 1178–1186. [CrossRef] 23. Torrelas, M.; אנטון, א.; לופז, JC; Baeza, EJ; פארה, JP; מוניוז, פ.; Montero, JI LCA של גידול עגבניות בחממה מרובת מנהרות באלמריה. Int. J. הערכת מחזור חיים. 2012, 17, 863–875. [CrossRef] 24. Caponetto, R.; פורטונה, ל.; נונארי, ג.; אוצ'יפנטי, ל. Xibilia, MG מחשוב רך לבקרת אקלים בחממה. IEEE טרנס. מטושטשת סיסט. 2000, 8, 753–760. [CrossRef] 25. Guo, D.; חואן, ג'; צ'אנג, ל.; ג'אנג, ג'. Huang, D. אפליה של מצב המים של אזור שורש הצמח בייצור חממה על בסיס טכניקות פנוטייפ ולמידת מכונה. Sci. Rep. 2017, 7, 8303. [CrossRef] 26. Hassabis, D. Intelligence Artificial: Chess Match of the Century. טבע 2017, 544, 413–414. [CrossRef] 27. Hemming, S.; דה שחור, פ.; אלינגס, א.; ריג'יני, I.; Petropoulou, A. שליטה מרחוק על ייצור ירקות חממה עם בינה מלאכותית - אקלים חממה, השקיה וייצור יבולים. חיישנים 2019, 19, 1807. [CrossRef] [PubMed] 28. Taki, M.; עבדנאן מהדיזאדה, ש.; רוחאני, א.; רחנמה, מ.; Rahmati-Joneidabad, M. Applied Machine Learning בסימולציית חממה; יישום וניתוח חדשים. אינפ. עיבוד Agric. 2018, 5, 253–268. [CrossRef] 29. Shamshiri, RR; חאמד, ע"א; Thorp, KR; Balasundram, SK; שאפיאן, ש.; פאטמיה, מ.; סולטן, מ.; מחנס, ב.; Samiei, S. חממה אוטומציה באמצעות חיישנים אלחוטיים ומכשירי IoT משולבים עם בינה מלאכותית; IntechOpen: רייקה, קרואטיה, 2021; ISBN 978-1-83968-076-2.
30. סובעש, א.; Mehta, CR אוטומציה ודיגיטציה של חקלאות באמצעות בינה מלאכותית ואינטרנט של דברים. Artif. אינטל. Agric. 2021, 5, 278–291. [CrossRef] 31. Lehnert, C.; מק'קול, סי; סא, אני.; Perez, T. רובוט לקציר פלפלים מתוקים לסביבות גידול מוגנות. arXiv 2018, arXiv:1810.11920.
32. להנרט, ג.; מק'קול, סי; קורק, פ.; סא, אני.; סטכניס, סי; Henten, EJV; נייטו, ג'יי גיליון מיוחד על רובוטיקה חקלאית. ג'יי רובוט שדה. 2020, 37, 5–6. [CrossRef] 33. שמשירי, ר.; ולצין, ג.; חאמד, ע"א; Yule, IJ; Grift, TE; Balasundram, SK; פיטונאקובה, ל. אחמד, ד.; Chowdhary, G. מחקר ופיתוח ברובוטיקה חקלאית: פרספקטיבה של חקלאות דיגיטלית. Int. J. Agric. ביול. Eng. 2018, 11, 1–14. [CrossRef] 34. Balendonck, J. Sweeper רובוט קוטף את הפלפלים הראשונים. גרין. Int. מג. גרין. לגדול. 2017, 6, 37.
35. יואן, ט.; ג'אנג, ש.; שנג, X.; וואנג, ד.; גונג, י.; Li, W. רובוט האבקה אוטונומי לטיפול הורמונלי של פרח עגבנייה בחממה. בהליכי הכנס הבינלאומי השלישי לשנת 2016 למערכות ואינפורמטיקה (ICSAI), שנחאי, סין, 3–19 בנובמבר 21; עמ' 2016–108.
36. מהרג, א.א. פרספקטיבה: חקלאות עירונית זקוקה לניטור. טבע 2016, 531, S60. [CrossRef] [PubMed] 37. Thomaier, S.; שפכט, ק.; הנקל, ד.; דיריך, א.; זיברט, ר.; פרייזינגר, UB; Sawicka, M. חקלאות במבנים עירוניים ועליהם: פרקטיקה נוכחית וחידושים ספציפיים של חקלאות אפס אקר (ZFarming). לְחַדֵשׁ. Agric. Food System. 2015, 30, 43–54. [CrossRef] 38. Ghannoum, O. The Green Shoots of Recovery. פורום פתוח. 2020. זמין באינטרנט: https://www.openforum.com.au/the-greenshoots-of-recovery/ (נגישה ב-13 באפריל 2022).
39. Despommier, D. Farming up the city: the rise של חוות אנכיות עירוניות. טרנדים ביוטכנולוגיה. 2013, 31, 388–389. [CrossRef] 40. Yang, J.; ליו, מ.; לו, ג'; מיאו, י.; חוסיין, מ.א.; Alhamid, MF האינטרנט הבוטני של הדברים: לקראת חקלאות פנימית חכמה על ידי
חיבור בין אנשים, מפעל, נתונים ועננים. הָמוֹן. רשת יישום 2018, 23, 188–202. [CrossRef] 41. Samaranayake, P.; ליאנג, ו.; חן, ז'-ח; רקמה, ד.; לאן, י.-סי. גידול מוגן בר-קיימא: מחקר מקרה של השפעות עונתיות על צריכת אנרגיה בחממה במהלך ייצור פלפל. אנרגיות 2020, 13, 4468. [CrossRef] 42. Lin, T.; גולדסוורת'י, מ.; חוון, ש; ליאנג, ו.; מאייר, סי; גנום, או.; Cazzonelli, CI; רקמה, DT; לאן, י.-צ.;
Sethuvenkatraman, S.; et al. חומר כיסוי חדשני משפר את אנרגיית הקירור ויעילות ההפריה לייצור חציל חממה. Energy 2022, 251, 123871. [CrossRef] 43. Samaranayake, P.; מאייר, סי; חואן, ש; ליאנג, ו.; חן, ז'-ח; רקמה, DT; לאן, י.-סי. מזעור אנרגיה במתקן חיתוך מוגן באמצעות נקודות רכישה מרובות טמפרטורות ושליטה בהגדרות האוורור. אנרגיות 2021, 14, 6014. [CrossRef] 44. FAO. שיטות חקלאות טובות לגידולי ירקות חממה: עקרונות לאזורי אקלים ים תיכוניים; נייר ייצור והגנה על צמחים של FAO; FAO: רומא, איטליה, 2013; ISBN 978-92-5-107649-1.
45. Hort Innovation Protected Cropping - סקירת מחקר וזיהוי פערי מו"פ עבור ירקות בעלות (VG16083). זמין באינטרנט: https://www.horticulture.com.au/growers/help-your-business-grow/research-reports-publications-factsheets-and-more/project-reports/vg16083-1/vg16083/ (נגישה ב- 13 באפריל 2022).
46. Hiwasa-Tanase, K.; Ezura, H. גידול מולקולרי ליצירת יבולים אופטימליים: ממניפולציה גנטית ועד יישומים פוטנציאליים במפעלי צמחים. חֲזִית. Plant Sci. 2016, 7, 539. [CrossRef] 47. Kozai, T. מדוע תאורת לד לחקלאות עירונית? בתאורת לד לחקלאות עירונית; Kozai, T., Fujiwara, K., Runkle, ES, Eds.; ספרינגר: סינגפור, 2016; עמ' 3–18. ISBN 978-981-10-1848-0.
48. קוון, ש.; Lim, J. שיפור יעילות האנרגיה במפעלי מפעלים באמצעות מדידת פוטנציאל ביו-חשמלי מפעל. באינפורמטיקה בבקרה, אוטומציה ורובוטיקה; טאן, ה., עורך; שפרינגר: ברלין/היידלברג, גרמניה, 2011; עמ' 641–648.
49. Cocetta, G.; קשיאני, ד.; בולגרי, ר.; מוסנטה, פ.; קולטון, א.; רוסי, מ.; Ferrante, A. יעילות שימוש קלה לייצור ירקות
בסביבות מוגנת ומקורה. יורו פיזי. J. Plus 2017, 132, 43. [CrossRef] Crops 2022, 2 185
50. Jones, M. טכנולוגיות גידול חדשות והזדמנויות לתעשיית הירקות האוסטרלית; Horticulture Innovation Australia Limited: סידני, אוסטרליה, 2016.
51. טוזל, י.; Leonardi, C. טיפוח מוגן באזור הים התיכון: מגמות וצרכים. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Derg. 2009, 46, 215–223.
52. Bergougnoux, V. ההיסטוריה של העגבנייה: מביות לביופארמינג. ביוטכנולוגיה. עו"ד 2014, 32, 170-189. [CrossRef] [PubMed] 53. טאהר, ד.; סולברג, S.Ø.; פרוהנס, י. צ'ו, י.; ראקה, מ.; וו, טי. אוסף חצילים של מרכז הירקות העולמי: מוצא, הרכב, הפצת זרעים וניצול בגידול. חזית. Plant Sci. 2017, 8, 1484. [CrossRef] [PubMed] 54. חסן, מ"מ; באשיר, ת.; גוש, ר.; לי, סק; ביי, ה. סקירה כללית של השפעות LED על ייצור תרכובות ביו-אקטיביות ואיכות היבול. מולקולות 2017, 22, 1420. [CrossRef] 55. Piovene, C.; אורסיני, פ.; בוסי, ש.; סנובר, ר.; Bregola, V.; דינלי, ג.; ג'אנקווינטו, ג. יחס אדום:כחול אופטימלי בתאורת לד עבור גננות תזונתי פנימית. Sci. הורטיק. 2015, 193, 202-208. [CrossRef] 56. קוון, סי.-ת.; היי, ג'; למון, ז"ה; קפואה, י.; Hutton, SF; ואן אק, ג'; פארק, SJ; ליפמן, ז.ב התאמה אישית מהירה של גידולי פירות solanaceae לחקלאות עירונית. Nat. ביוטכנולוגיה. 2020, 38, 182-188. [CrossRef] 57. שמשירי, RR; ג'ונס, JW; Thorp, KR; אחמד, ד.; איש, HC; טהרי, ש. סקירה של גירעון אופטימלי של טמפרטורה, לחות ולחץ אדים להערכת ובקרת מיקרו אקלים בגידול חממה של עגבניות: סקירה. Int. אגרופיס. 2018, 32, 287-302. [CrossRef] 58. חואן, ס"ג; מאייר, סי; אלגוז, י. פיליפה, JC; וורן, CR; לין, ה.; ג'יא, ב.; Loik, ME; Cazzonelli, CI; חן, ז"ה; et al. פוטוסינתזה מוגבלת באור תחת סרט חיסכון באנרגיה מפחיתה את תפוקת החצילים. Food Energy Secur. 2020, 9, e245. [CrossRef] 59. Timmermans, GH; דומה, RF; לין, ג'; Debije, MG חלון 'חכם' מואר כפול תרמית/חשמלית. אפליקציה Sci. 2020, 10, 1421. [CrossRef] 60. יין, ר.; שו, פ.; שן, פ. מקרה מבחן: חיסכון באנרגיה מסרט חלונות סולאריים בשני מבנים מסחריים בשנחאי. בניית אנרגיה. 2012, 45, 132-140. [CrossRef] 61. קים, ח.-ק.; לי, ש.-י.; קוון, י.-ק.; קים, י.-ה. הערכת ההשפעה של חומרי כיסוי על מיקרו אקלים חממה וביצועים תרמיים. אגרונומיה 2022, 12, 143. [CrossRef] 62. הוא, X.; מאייר, סי; חואן, ס"ג; Zhao, C.-C.; אלגוז, י. Cazzonelli, C.; גנום, או.; רקמה, DT; חן, ז.-ה. חומרי כיסוי משנים אור וייצור חממה בר קיימא של ירקות: סקירה. תקנת גידול צמחים. 2021, 95, 1-17. [CrossRef] 63. Timmermans, GH; המינג, ש.; בעזה, ע.; ת'ור, EAJV; שנינג, APHJ; Debije, MG חומרים אופטיים מתקדמים לבקרת אור השמש בחממות. עו"ד העדיף. מאטר. 2020, 8, 2000738. [CrossRef] 64. זיסיס, ג; Pechlivani, EM; צימיקלי, ש.; מקרידיס, ע.; לסקראקיס, א.; Logothetidis, S. פוטו-וולטאים אורגניים על גגות חממות: השפעות על צמיחת צמחים. מאטר. היום פרוק. 2019, 19, 65-72. [CrossRef] 65. ארוקה-דלגאדו, ר.; פרז-אלונסו, י.; Callejón-Ferre, Á.-J.; דיאז-פרז, מ. מורפולוגיה, יבול ואיכות של גידול עגבניות חממה עם לוחות גגות פוטו-וולטאיים גמישים (אלמריה-ספרד). Sci. הורטיק. 2019, 257, 108768. [CrossRef] 66. הוא, X.; חואן, ס"ג; חמוי, ז; מאייר, סי; גנום, או.; חן, ז'-ח; רקמה, DT; Cazzonelli, CI סרט זכוכית חכם מופחת חומצה אסקורבית בזני פירות פלפל אדום וכתום מבלי להשפיע על חיי המדף. צמחים 2022, 11, 985. [CrossRef] 67. ז'או, סי; חואן, ש; הוא, X.; ג'ואו, מ.; Cazzonelli, CI; חן, ז'-ח; רקמה, DT; גנום, או. זכוכית חכמה משפיעה על הרגישות הסטומטית של פלפל חממה באמצעות אור שונה. J. Exp. בוט. 2021, 72, 3235-3248. [CrossRef] 68. פילקינגטון, LJ; מסלינק, ג.; ואן לנטרן, JC; לה מוטה, ק. "הדברה ביולוגית מוגנת" - הדברה ביולוגית בתעשיית החממות. ביול. בקרה 2010, 52, 216–220. [CrossRef] 69. Sonneveld, C.; Voogt, W. הזנת צמחים בייצור חממה עתידי. בתזונה צמחית של גידולי חממה; Sonneveld, C., Voogt, W., Eds.; שפרינגר: דורדרכט, הולנד, 2009; עמ. 393-403.
70. טרפץ, סי; Omaye, ST ניתוח תזונתי של אדמה ותותים ופטל חסרי אדמה הגדלים בחממה. מזון נוטר. Sci. 2015, 6, 805–815. [CrossRef] 71. מתן הזדמנויות השכלה נוספת לחברי תעשיית הטבעונות. AUSVEG. 2020. זמין באינטרנט: https://ausveg.com.au/
מאמרים/הצעת-השכלה נוספת-הזדמנויות-לחברי-הצמחונות-בתעשייה/ (נגישה ב-13 באפריל 2022).