Vertikalni uzgoj povrća

Globalno povećanje broja stanovnika, rastuća urbana populacija i sve izraženije klimatske promjene (nepogode) ugrožavaju dugoročnu sigurnost hrane, zbog čega se istražuju i uvode u praksu nove tehnologije uzgoja poljoprivrednih kultura kako bi se zadovoljile rastuće potrebe. Jedna od njih je i vertikalni uzgoj, koja je prema studijama ekološki prihvatljivija, troškovno učinkovitija i ostvaruje već prinos od tradicionalnog uzgoja u tlu. Predviđa se kako će vrijednost poljoprivredne proizvodnje u vertikanom uzgoju i prateće industrije dosegnuti više od 24 milijarde  USD do 2030. godine.

Što je vertikalni uzgoj?

Za razliku od pada broja stanovnika u Hrvatskoj, globalno stanovništvo nastavlja rasti. Očekuje se kako će dosegnuti ili čak prijeći 9 milijardi do 2050. godine, zbog čega će trenutnu proizvodnju hrane biti potrebno povećati za oko 70 %. S druge strane, očekuje se smanjenje obradive površine po osobi za 66 % u 2050., u usporedbi s razinama iz 1970., zbog posljedica klimatskih promjena i urbanizacije. Dok je 1970. godine u svijetu po osobi bilo dostupno 0,31 ha obradive površine, 2020. godine je bilo dostupno svega 0,18 ha, u Hrvatskoj 0,22 ha/stanovniku. Dio problema leži i u porastu gradskog stanovništva, odnosno selidbi iz ruralnih u urbana područja. Ovo je globalni fenomen, a gotovo 60 % ljudi diljem svijeta trenutno živi u gradovima i prigradskim područjima. Do 2050. godine se očekuje porast udjela gradskog stanovništva na oko 68 %.

Vertikalni uzgoj je uzgoj biljaka u zatvorenom prostoru u okomito naslaganim slojevima. Uzgoj se obavlja u prostorima poput staklenika, skladišta, transportnih kontejnera i praznih uredskih prostorija, a pogodna je tehnologija proizvodnje hrane u urbanim područjima i drugim mjestima koja nisu pogodna za tradicionalnu poljoprivredu (područja gdje tlo nema odgovarajuća fizikalna i kemijska svojstva). Također, za vertikalni uzgoj su pogodne ravne krovne površine na kojima se postavljaju sustavi za uzgoj biljaka. Mini sustavi se mogu koristiti u restoranima za osiguranje svježih namirnica za pripremu obroka.

Najvećom prednosti vertikalnog uzgoja smatra se mogućnost ostvarivanja visokog prinosa uzgajane kulture na relativno malom području tijekom cijele godine.

U vertikalnom uzgoju primijenjuju se hidroponske tehnike (najčešće aeroponika i tehnika hranivog filma) ili akvaponika , odnosno uzgoj bez tla zbog toga što su biljke složene okomito, a tlo je teško i može opteretiti sustav. Hidroponske tehnike biljkama osiguravaju hraniva putem hranjive otopine, sa ili bez mehaničke potpore inertnog medija poput ekspandirane gline, perlita ili kamene vune.

Budući da se vertikalni uzgoj odvija u zatvorenom prostoru, koristi se CEA (eng. Controlled Environment Agriculture) tehnologija, odnosno biljke se uzgajaju u potpuno kontroliranom i optimalnom okolišu za rast tijekom cijele godine. To uključuje postavljanje LED rasvjetnih tijela različitih boja kako bi se biljkama osiguralo dovoljno svjetla, regulaciju temperature i vlage zraka za osiguranje optimalnih mikroklimatskih uvjeta tijekom uzgoja te preciznu pripremu hranive otopine sa ciljem osiguranja optimalne koncentracije biljnih hraniva. Reakciju biljaka na „postavljene“ uvjete prate razni senzori za kontinuirano praćenje rasta.

Što je tradicionalni uzgoj?

Tradicionalna poljoprivreda predstavlja poljoprivrednu proizvodnju na otvorenome ili u zaštićenim prostorima (npr. plastenicima), mehanizaciju i oruđa ili alate za obradu tla i provedbu mjera njege te prirodne resurse poput tla, sunca i kiše. Također, može uključivati korištenje organskih ili mineralnih gnojiva te pesticida i drugih kemijskih sredstava za poticanje rasta biljaka i osiguranje dobrog zdravlja biljaka.

U tradicionalnoj proizvodnji obvezna je primjena plodoreda, odnosno pravilne prostorne i vremenske izmjene usjeva na proizvodnoj površini. Za većinu biljnih pa tako i povrtnih vrsta poželjan je trogodišnji ili četverogodišnji plodored. To znači da se ista vrsta na nekoj površini uzgaja svaku treću ili četvrtu godinu. Primjenjuju se i međuusjevi i mješoviti usjevi. U njima se različite biljne vrste uzgajaju zajedno na istoj površini naizmjenično ili miješano.

Vertikalni uzgoj ili tradicionalni uzgoj?

Glavne razlike između vertikalne i tradicionalne (konvencionalne) poljoprivrede leže u tome gdje se nalaze proizvodne površine (u zatvorenom, odnosno uglavnom otvorenom), kako se biljke uzgajaju (okomito, odnosno vodoravno) i resursima koji se koriste u poljoprivredi (uglavnom prirodni, odnosno umjetni).

Druge razlike leže u tome gdje se ove dvije poljoprivredne tehnologije primjenjuju i njihovom utjecaju na okoliš. Unatoč sve većoj popularnosti vertikalnog uzgoja, tradicionalnim uzgojem još uvijek se bavi više od polovice svjetske populacije, osobito u ruralnim područjima i zemljama u razvoju. To je zbog toga što vertikalni uzgoj zahtijeva relativno velike resurse i oslanja se na tehnologiju poput proizvodnog LED osvjetljenja, senzora za nadzor i uređaja za reguliranje mikroklime. Navedeno predstavlja znatno veće troškove prilikom pokretanja proizvodnje.

Vertikalna poljoprivreda smatra se održivijom u usporedbi s tradicionalnom poljoprivredom, od same proizvodnje do transporta i distribucije. Kako je vertikalna poljoprivreda održiva? U usporedbi s tradicionalnom poljoprivredom, vertikalna poljoprivreda koristi puno manje vode i zemlje (uzgojne površine). Ona emitira manje CO₂ i daje veće prinose uzgajanih kultura ukupno i po kvadratnom metru.

Manja potrošnja vode

Prva razlika između vertikalnog i tradicionalnog uzgoja leži u korištenju vode budući da se u vertikalnom uzgoju troši 70 do 95 % manje vode nego tradicionalnom uzgoju biljaka. U tradicionalnom uzgoju se zbog isparavanja gubi mnogo vode, osobito za vrućih i sunčanih dana. Isto se ne događa u vertikalnom uzgoju, budući da se biljke uzgajaju u zatvorenom sustavu. Voda koja ispari u sustavu ostaje unutar njega. Time se održava određena razina vlažnosti optimalna za uspješan uzgoj.

U tradicionalnom uzgoju biljkama je potrebno osigurati više vode zbog gubitka površinskim otjecanjem i procjeđivanjem u dublje slojeve tla i podzemne vode. Ovime ne samo da se povećava potrošnja vode, već se mogu onečistiti vodotoci i podzemne vode budući da izgubljena voda može sadržavati ostatke gnojiva i sredstava za zaštitu bilja, ovisno o tome jesu li korištena. Smanjenje potrošnje vode u poljoprivredi, pogotovo u regijama sa čestom pojavom suše i sprječavanje onečišćenja s ciljem održavanja vodenih ekosustava doprinose dugoročnim ciljevima održivosti.

Učinkovitije korištenje zemljišta

U odnosu na tradicionalni uzgoj, vertikalni uzgoj zauzima oko 90% manje proizvodne površine. Prinosi su od 80 % do nekoliko puta viši po jedinici površine. To je zbog primijenjenih hidroponskih tehnika uzgoja koje uključuju gusti sklop i okomito slaganje na više etaža. Npr. dok se u konvencionalnom uzgoju po m² sadi 16 do 20 presadnica bosiljka, istovremeno se u vertikalnom uzgoju može posaditi 90 do 120 biljaka, što je 5 do 6 puta više. Biljke u vertikalnom uzgoju konstantno imaju na raspolaganju hranjivu otopinu, optimalno opskrbljenu hranjivim tvarima. To uz optimalne uvjete uzgoja skraćuje proizvodni ciklus i omogućava veći broj turnusa tijekom godine. Manja parcela s većom gustoćom usjeva može se uz pomoć opreme učinkovitije nadzirati, što povećava efikasnost proizvođača. Ono što je bitno za urbane sredine je da vertikalni uzgoj zbog zauzimanja manjih površina oslobađa površine za prenamjenu u druge svrhe, poput ureda, stanova i društvenih prostora.

Veći prinos usjeva

Veći ukupni prinos kao i prinos po jedinici površine u odnosu na konvencionalni uzgoj rezultat je uzgoja u više razina, gušćeg sklopa i optimalnih mikroklimatskih uvjeta, odnosno većeg broja ciklusa proizvodnje.

U istraživanju koje je proveo Journal of Agricultural Studies utvrđeno je da CEA vertikalne farme po hektaru ostvaruju u prosjeku 516 puta veći prinos od prinosa ostvarenog tradicionalnim uzgojem na otvorenome. U drugom je istraživanju utvrđen 8 puta veći prinos salate u vertikalnom uzgoju u odnosu na konvencionalni uzgoj. Oba slučaja pokazuju znatno veću produktivnost vertikalnog uzgoja zbog optimiziranih uvjeta uzgoja i većeg broja biljaka po jedinici površine.

Niže emisije CO₂ iz distribucije

Za oba načina uzgoja svojstveno je da životni put uzgajane kulture ne završava žetvom. U obzir je potrebno uzeti distribuciju i transport, još jedno područje u kojem vertikalna poljoprivreda može biti ekološki prihvatljivija. Za razliku od tradicionalnog uzgoja, vertikalne farme obično proizvode kulture po narudžbi prema sustavu od farme do stola (eng. farm to fork strategy), kada se dinamika sjetve ili sadnje određenog broja bijaka provodi prema unaprijed dogovorenom rasporedu za pozntog lokalnog kupca.

Vertikalni uzgoj je sustav koji potiče rast i potrošnju lokalno uzgojenih usjeva. Umjesto kupnje proizvoda s međunarodnog tržišta, odnosno uvoza u supermarketima, potrošači nabavljaju proizvode izravno iz lokalnih izvora, značajno skraćujući njihov opskrbni lanac. Prema Organizaciji Ujedinjenih naroda za hranu i poljoprivredu (FAO), duži opskrbni lanci su najčešće povezani s većim emisijama stakleničkih plinova, uključujući emisije CO₂.

Veća koncentracija CO₂ u zemljinoj atmosferi zadržava toplinsku energiju sunca (efekt staklenika). To uzrokuje globalno zagrijavanje i negativno utječe na postojeće ekosustave. Duži opskrbni lanac uzrokuje povećane emisije CO₂ ne samo zbog dužeg transporta, već i zbog neophodne prerade i skladištenja te maloprodaje. Nažalost, dugi opskrbni lanci karakteristični su za tradicionalnu poljoprivredu, budući da poljoprivredni prehrambeni proizvodi često prođu pola svijeta na putu od proizvođača do potrošača.

Sigurnost proizvođača i potrošača

Vertikalna poljoprivreda može biti sigurnija za proizvođače i njihove zaposlenike na farmi koji nisu izloženi tradicionalnim rizicima rada u poljoprivredi, kao što su ozljede mehanizacijom ili opremom i izloženost kemikalijama budući da je primjena sredstava za zaštitu bilja značajno smanjena. Smanjena primjena pesticida povećava zdravstvenu sigurnost proizvoda za potrošača. S obzirom na to da se proizvodnja odvija u zatvorenom prostoru s reguliranim mikroklimatskim uvjetima, značajno je smanjena i izloženost ljudi variranju sezonskih uvjeta koji mogu ograničiti proizvodnju ili ekstremnim vremenskim prilikama.

Tablica 1. Usporedba efikasnosti korištenja resursa u vertikalnom i konvencionalnom uzgoju salate

Nedostaci vertikalnog uzgoja

U urbanim sredinama pronalaženje lokacije za bavljenje vertikalnim uzgojem može biti skupo, a početni troškovi često su vrlo visoki. Osim toga, neophodna je visoka razna tehničkog znanja ze reguliranje i nadziranje korištene opreme. Male pogreške mogu utjecati na cijeli usjev. Sustavi su također osjetljivi na kvar opreme ili nestanak struje. To može dovesti do sušenja (venuća) biljaka u roku od nekoliko sati. Dok vertikalne farme mogu štediti vodu i imati manje emisije ugljičnog dioksida, istovremeno zahtijevaju veliku količinu električne energije za proizvodno osvjetljenje, pumpe i sustave za reguliranje mikroklime (eng. HVAC – Heating, Ventilation, and Air Conditioning system). Još jedan nedostatak vertikalnog uzgoja je da se u takvim okruženjima mogu uzgajati samo određene biljne vrste. Tako se ne smatraju se sve isplativima.

Što uzgajati u vertikalnom uzgoju?

Kulture koje postižu relativno visoku cijenu i imaju kratku održivost poslije berbe su najvjerojatnije ekonomski isplative za vertikalni uzgoj. Ograničen prostor uzgoja favorizira kulture niskog rasta i one s visokim udjelom jestivog dijela, koje mogu podnijeti gusti sklop. Vrste koje se uzgajaju moraju biti građene za učinkovito usvajanje i korištenje svjetla za fotosintezu, čak i pri visokim intenzitetima svjetlosti i dugom (čak i 24-satni) fotoperiodu. Morfološka građa usjeva koja olakšava automatizaciju, kao što je primjena senzora i robotizacija pojedinih zahvata smanjuje troškove rada.

Salata, rukola, špinat, matovilac i druge vrste lisnatog povrća neke su od najčešćih kultura koje se uzgajaju u vertikalnom uzgoju. Zapravo, više od 50 % uzgoja se odnosi na lisnato povrće. Najvažniji su razlozi što ove kulture ne razvijaju veliku lisnu masu i tradicionalno se uzgajaju relativno gustom sklopu. Najčešće imaju kraću vegetaciju od 30 do 60 dana, što omogučava više ciklusa proizvodnje tijekom godine. Osim toga, pouzdane su jer imaju dobru klijavost sjemena, otporne su na bolesti i postoji velika i kontinuirana potražnja.

Začinsko bilje se također često uzgaja u vertikalnom uzgoju iz istih razloga kao i lisnato povrće. Bosiljak je osobito popularan jer je tražen tijekom cijele godine. Potrebne su mu relativno visoke temperature, pa se u pojedinim regijama u svijetu ne može uzgajati na otvorenom ili je ta mogućnost ograničena na nekoliko mjeseci u godini. Uzgojem u hidroponu, bosiljak nakuplja veću koncentraciju ulja, što pojačava okus i podiže kvalitetu finalnog proizvoda. Uz bosiljak, vertikalno se mogu uzgajati i menta, vlasac, peršin itd. Sve ovo začinsko bilje se višekratno bere ili kosi. Mogu se uzgati i vrste koje sporije rastu i imaju duže ciklus poput origana i ružmarina.

Mikrozelenje

Treću skupinu pogodnu za vertikalni uzgoj čine mladi izdanci (eng. microgreens), odnosno biljčice različitih vrsta povrća, aromatičnog bilja i žitarica koje se konzumiraju u fazi kotiledona i nepotpuno razvijenih prvih pravih listova . Ovisno o biljnoj vrsti, proizvodnja mladih izdanaka traje 7 do 10 dana, odnosno, 7 do 21 dan od početka klijanja. Posljednjih su godina mladi izdanci izrazito traženi na tržištu zbog visokog sadržaja bioaktivnih spojeva kao što su polifenoli, karotenoidi, vitamini.

Vertikalni uzgoj pogodna je tehnologija i za uzgoj presadnica povrća. U vertikalnom uzgoju mogu se uzgajati i jagode tijekom cijele godine. U ovom slučaju do izražaja dolazi prednost lokalne proizvodnje zbog kratke održivosti poslije berbe.

Vrste koje zahtijevaju oprašivanje poput plodovitog povrća nisu pogodne za vertikalni uzgoj jer oprašivači (insekti) općenito nisu prisutni u zatvorenom prostoru te ih je potrebno ručno oprašivati, što je skup i radno intenzivan proces. Osim toga, razvijaju veliku lisnu masu, što nije povoljno s obzirom na to da se radi o uzgoju u više razina.

Kontrolirano okruženje vertikalnog uzgoja omogućava proizvodnju visoko kvalitetnih i funkcionalnih namirnica, vrhunskog okusa, osiguravajući biljkama točno ono što im je potrebno u pojedinoj fazi rasta i razvoja. Ipak, ne postoji ‘najbolji’ usjev za uzgoj na vertikalnoj farmi. Izbor će ovisiti o veličini farme, odnosno proizvodnom kapacitetu, razini automatizacije i lokaciji ili potražnji za pojedinom kulturom. Tu je naravno i pitanje troškova proizvodnje i prodajne cijene.

Tehnike uzgoja

Tehnika hranjivog filma

Tehnika hranjivog filma temelji se na održavanju tankog sloja (do 1 cm) aerirane hranive otopine koja kontinuirano teče preko korijena biljke u plitkim kanalima položenim pod nagibom (od 0,3 do 2 %) koji omogućuje cirkuliranje otopine slobodnim padom. Hranjiva otopina se pomoću crpke dovodi iz spremnika do kanala s biljkama, a otopina koja nije iskorištena od strane biljaka sabire se u spremnicima, analizira i ponovno vraća u sustav. Upravo je recirkulacija hranive otopine glavna prednost ove hidroponske tehnike. Ovisno o uzgajanoj kulturi, širina kanala varira od 10 do 20 cm, dok je maksimalna dužina 20 m.

Kanali mogu biti smješteni na tlu ili nosačima, a najčešće se izrađuju od polimernih materijala (polietilen, polivinil klorid). Na kanalima su otvori u koje se postavljaju presadnice ili lončići s biljkama, a njihov je korijen kontinuirano opskrbljen vodom i hranivima, pri čemu je idealna brzina protjecanja otopine za lisnato povrće između 3 i 8 L/m² u satu. Glavni nedostatak ove tehnike je rizik od prekida toka hranjive otopine koji vrlo brzo uzrokuje sušenje korijena i biljke.

Aeroponika

U aeroponici se korijen biljke nalazi u zraku tamnog prostora, a hranjivom se otopinom opskrbljuje prskanjem svake 3 do 4 minute u trajanju 15 do 20 sekundi u obliku maglice (aerosola) što osigurava visoku vlagu (> 95 %) u zoni korijena. Druga je mogućnost da se hraniva otopina pomoću pumpe dovodi na vrh uzgojnog tornja te se cijedi preko korijena biljaka do spremnika na dnu. U aeroponskom su uzgoju polistirenske ploče s biljkama pričvršćene na konstrukciju koja može biti horizontalna, vertikalna i piramidalna. Crpka distribuira hranivu otopinu iz spremnika do cijevi s rasprskivačima, koje se nalaze unutar konstrukcije te opskrbljuju korijen biljke. Hraniva se otopina slobodnim padom vraća u spremnik. Variranje intenziteta svjetlosti do kojeg dolazi zbog položaja biljaka može uzrokovat neujednačeni rast biljaka. To se rješava korištenjem proizvodnog osvjetljenja i rotacijom uzgojnih tornjeva. Već i kratkotrajan prekid zamagljivanja korijena uzrokuje njegovo oštećenje i brzo sušenje.

Akvaponski sustavi

Akvaponski sustavi proširuju se na hidroponske sustave uključivanjem riba i nitrificirajućih bakterija u zatvoreni (recirkulirajući) sustav. Ribe konzumiraju hranu i produkte metabolizma izlučuju u vodu. Ti ekskreti su bogati hranivim tvarima koje su biljkama neophodne za rast i razvoj. Kako bi hranjive tvari postale dostupne biljkama koriste se bakterije. Voda cirkulira od tankova u kojima se uzgajaju ribe do uzgojnih sustava za biljke. Biljke usvajaju hranive tvari iz vode i voda oslobođena amonijaka, nitrata i nitrita se zatim vraća u tankove sa ribama u neprekidnom krugu.

Budućnost vertikalnog uzgoja

Tehnologija vertikalnog uzgoja povrća još se razvija i u ovom trenutku jednostavno nije isplativo uzgajati kulture koje se mogu lakše i jeftinije uzgajati na otvorenome ili u zaštićenim prostorima. Međutim, trend značajnog porasta cijena poljoprivrednih proizvoda je prisutan posljednjih godina, a za očekivati je kako će se i nastaviti. S druge strane, cijena nove tehnologije pada kako se tehnologija razvija. Stoga je vrlo vjerojatno povećanje površina pod vertikalnim uzgojem kao i povećanje broja vrsta ili hibrida selekcioniranih za ovu tehnologiju uzgoja.

U 2017. Ministarstvo poljoprivrede SAD-a donijelo je odluku kako se hidroponska i akvaponska proizvodnja mogu certificirati kao organske, tako da je ovom odlukom obuhvaćene i kulture (biljke) uzgojene u vertikalnim hidroponskim i akvaponskim sustavima. Odluka se ne odnosi na aeroponske sustave tako da se oni ne mogu certificirati. Međutim, zakonodavstvo Europske unije isključuje mogućnost certificiranja biljaka iz vertikalnog uzgoja (i hidroponskog uzgoja) kao organskih, precizirajući da je “organska proizvodnja moguća samo ako se biljke prirodno uzgajaju u tlu”.

U budućnosti je sigurno da će doći do razvoja novih tehnologija i vertikalni uzgoj će biti sve zastupljeniji.  

Pročitajte još:

Vertikalni uzgoj ukrasnog bilja