Vertical farms met hun grondvrije, computergestuurde omgevingen klinken misschien als sci-fi. Maar er is een groeiend ecologisch en economisch argument voor hen, volgens nieuw onderzoek naar radicale manieren om voedsel op ons bord te krijgen.

De interdisciplinaire studie waarin biologie en techniek worden gecombineerd, zet stappen neer om de groei van deze tak van precisielandbouw te versnellen, inclusief het gebruik van aeroponics waarbij in plaats van aarde gebruik wordt gemaakt van met voedingsstoffen verrijkte aerosolen.

Uitgevoerd door het John Innes Centre, de Universiteit van Bristol en de luchtvaarttechnologieleverancier LettUs Grow, de studie identificeert toekomstige onderzoeksgebieden die nodig zijn om de duurzame groei van verticale landbouw te versnellen met behulp van aeroponische systemen.

Dr. Antony Dodd, een groepsleider bij het John Innes Center en senior auteur van de studie, zegt:"Door fundamentele biologische inzichten te brengen in de context van de fysica van het kweken van planten in een aerosol, we kunnen het verticale landbouwbedrijf helpen sneller productiever te worden, terwijl we gezonder voedsel produceren met minder milieu-impact."

Jack Boer, Chief Scientific Officer bij LettUs Grow en een van de auteurs van de studie, voegt toe:"Klimaatverandering zal de vraag naar deze technologie alleen maar doen toenemen. Verwachte veranderingen in regionale weerpatronen en waterbeschikbaarheid zullen waarschijnlijk binnenkort van invloed zijn op de landbouwproductiviteit. Verticale landbouw biedt de mogelijkheid om hoogwaardige voedzame gewassen te telen op een klimaatbestendige manier hele jaar, bewijzen een betrouwbare inkomstenstroom voor telers."

Verticale landbouw is een vorm van binnenlandbouw waarbij gewassen worden geteeld in gestapelde systemen met water, verlichting en voedingsbronnen zorgvuldig gecontroleerd.

Het maakt deel uit van een snelgroeiende sector die wordt ondersteund door kunstmatige intelligentie waarin machines worden geleerd om de dagelijkse tuinbouwtaken uit te voeren. Volgens een commerciële prognose zal de industrie tegen 2025 jaarlijks met 21% groeien (Grand View Research, 2019).

Groene voordelen zijn onder meer een beter gebruik van de ruimte omdat verticale boerderijen op stedelijke locaties kunnen worden geplaatst, minder voedselkilometers, isolatie van ziekteverwekkers, vermindering van bodemdegradatie en het terugwinnen en recyclen van nutriënten en water.

Verticale boerderijen maken ook productconsistentie mogelijk, prijsstabilisatie, en teelt op breedtegraden die onverenigbaar zijn met bepaalde gewassen, zoals de woestijn of het noordpoolgebied.

"Verticale systemen stellen ons in staat om de breedtegraad te vergroten waarop gewassen op de planeet kunnen worden verbouwd, van de woestijnen van Dubai tot de 4 uur durende winterdagen van IJsland. In feite, als je op Mars gewassen zou verbouwen, zou je dit soort technologie moeten gebruiken omdat er geen grond is, " zegt dr. Dodd.

De studie, die in het journaal verschijnt Nieuwe fytoloog , beschrijft zeven stappen:strategische gebieden van toekomstig onderzoek die nodig zijn om de verhoogde productiviteit en duurzaamheid van aeroponische verticale boerderijen te ondersteunen.

Deze proberen te begrijpen:

Waarom aeroponische teelt productiever kan zijn dan hydrocultuur of grondteelt.

De relatie tussen aeroponische teelt en 24-uurs circadiane ritmes van planten.

Wortelontwikkeling van een reeks gewassen in aeroponische omstandigheden.

De relatie tussen aërosoldruppelgrootte en depositie en plantprestaties.

Hoe we kaders kunnen opstellen voor het vergelijken van verticale landbouwtechnologieën voor een reeks gewassen.

Hoe aeroponische methoden de microbiële interacties met plantenwortels beïnvloeden.

De aard van het recyclen van wortelexudaten (vloeistoffen die door de wortels van planten worden uitgescheiden) in de voedingsoplossingen van gesloten aeroponische systemen.

Het rapport stelt dat een aanjager van technologische innovatie in verticale boerderijen het minimaliseren van de bedrijfskosten en het maximaliseren van de productiviteit is - en dat investeringen in fundamenteel biologisch onderzoek een belangrijke rol spelen.

Het onderzoeksgebied van Dr. Dodd omvat circadiane ritmes - biologische klokken die de plantenfysiologie en moleculaire processen afstemmen op de dagelijkse cyclus van licht en donker. Onlangs voltooide hij een Royal Society Industry Fellowship van een jaar bij LettUs Grow.

Dit omvatte het combineren van de expertise van Dr. Dodd op het gebied van circadiaanse ritmes en plantenfysiologie met het werk van het team van biologen en ingenieurs van LettUs Grow om optimale aeroponische kweekregimes te ontwerpen. Dit is een belangrijk onderzoeksgebied, omdat deze moleculaire interne timers anders zullen presteren in verticale boerderijen.

Aeroponic-platforms worden vaak gebruikt om hoogwaardige gewassen zoals salades, paksoi, kruiden, kleine brassica-gewassen, erwtenscheuten en bonenscheuten. LettUs Grow werkt ook aan groeiregimes voor vruchtdragende en wortelgewassen zoals aardbeien en wortelen, evenals aeroponische vermeerdering van bomen voor zowel fruit als bosbouw.

Onderzoekers van het John Innes Center hebben een lijn broccoli gefokt die is aangepast om binnenshuis te groeien voor een grote supermarkt en een van de onderzoeksdoelen zal zijn om te testen hoe we genetisch meer gewassen kunnen afstemmen om te groeien in de gecontroleerde ruimte van verticale boerderijen.

Bethany Eldridge, een onderzoeker aan de Universiteit van Bristol die interacties tussen wortel en omgeving bestudeert en de eerste auteur van de studie voegt toe:"Gezien het feit dat 80% van de landbouwgrond wereldwijd wordt gerapporteerd met matige of ernstige erosie, de mogelijkheid om gewassen te telen in een systeem zonder grond met minimale meststoffen en pesticiden is voordelig omdat het de mogelijkheid biedt om gewassen te telen in gebieden met bodemerosie of andere milieuproblemen zoals algenbloei in lokale waterlichamen die mogelijk zijn veroorzaakt door traditionele, grondgebonden, landbouw."

Lilly Manzoni, Hoofd Onderzoek en Ontwikkeling bij LettUs Grow en een van de auteurs van de studie zegt:"Dit artikel is uniek omdat het breder is dan een typisch plantenonderzoekspapier, het combineert de expertise van ingenieurs, aerosol wetenschappers, plantenbiologen en tuinders. Het mooie van gecontroleerde omgevingslandbouw en aeroponics is dat het echt interdisciplinair is"