Sachin G. Chavan (1,2,*) , Zhong-Hua Chen (1,3), Oula Ghannoum (1) , Christopher I. Cazzonelli (1) und David T. Tissue 1,2)
1. Nationales Zentrum für geschützten Gemüseanbau, Hawkesbury Institute for the Environment, Western Sydney
University, Locked Bag 1797, Penrith, NSW 2751, Australien; 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 University,
Richmond, NSW 2753, Australien
3. School of Science, Western Sydney University, Penrith, NSW 2751, Australien
* Korrespondenz: s.chavan@westernsydney.edu.au; Tel.: +61-2-4570-1913
Abstrakt: Geschützter Anbau bietet eine Möglichkeit, die Nahrungsmittelproduktion angesichts des Klimawandels zu stärken
und liefern Sie gesunde Lebensmittel nachhaltig mit weniger Ressourcen. Allerdings, um diese Art der Landwirtschaft zu machen
wirtschaftlich machbar ist, müssen wir den Status des geschützten Anbaus im Kontext der Verfügbarkeit betrachten
Technologien und entsprechende Zielgartenbaukulturen. Diese Überprüfung skizziert bestehende Möglichkeiten
und Herausforderungen, die durch laufende Forschung und Innovation in diesem spannenden Bereich angegangen werden müssen
komplexes Feld in Australien. Indoor-Farmanlagen werden grob in die folgenden drei Kategorien eingeteilt
technologischer Fortschritt: Low-, Medium- und High-Tech mit entsprechenden Herausforderungen
die innovative Lösungen erfordern. Darüber hinaus Einschränkungen für das Wachstum von Zimmerpflanzen und geschützt
Anbausysteme (z. B. hohe Energiekosten) haben den Einsatz von Indoor-Landwirtschaft relativ eingeschränkt
wenige, hochwertige Pflanzen. Daher müssen wir neue Kultursorten entwickeln, die für die Indoor-Landwirtschaft geeignet sind
die von denen abweichen können, die für die Freilandproduktion erforderlich sind. Außerdem geschützter Anbau
erfordert hohe Anlaufkosten, teure Fachkräfte, einen hohen Energieverbrauch und erhebliche Schädlinge
und Krankheitsmanagement und Qualitätskontrolle. Insgesamt bietet der geschützte Anbau vielversprechende Lösungen
für die Ernährungssicherheit bei gleichzeitiger Reduzierung des COXNUMX-Fußabdrucks der Lebensmittelproduktion. Allerdings für den Innenbereich
Pflanzenbau einen erheblichen positiven Einfluss auf die globale Ernährungssicherheit und Ernährung haben
Sicherheit wird die wirtschaftliche Produktion verschiedener Kulturpflanzen unerlässlich sein.
Stichwörter: geschützter Anbau; vertikale Farm; erdlose Kultur; Ernteleistung; Indoor-Landwirtschaft;
Lebensmittelkontrolle; Ressourcennachhaltigkeit
1. Einleitung
Es wird erwartet, dass die Weltbevölkerung im Jahr 10 fast 2050 Milliarden erreichen wird, wobei der Großteil des Wachstums voraussichtlich in großen städtischen Zentren auf der ganzen Welt stattfinden wird [1,2]. Mit zunehmender Bevölkerungszahl muss die Nahrungsmittelproduktion zunehmen und den Ernährungs- und Gesundheitsbedarf decken, während gleichzeitig die Ziele der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung (UN SDGs) erreicht werden [3,4]. Schrumpfende Ackerflächen und die negativen Auswirkungen des Klimawandels auf die Landwirtschaft stellen zusätzliche Herausforderungen dar, die Innovationen in zukünftigen Nahrungsmittelproduktionssystemen zwingen, um die steigende Nachfrage in den nächsten Jahrzehnten zu befriedigen. Beispielsweise sind australische Farmen häufig Klimaschwankungen ausgesetzt und anfällig für langfristige Auswirkungen des Klimawandels. Die jüngsten Dürren in Ostaustralien in den Jahren 2018–19 und 2019–20 wirkten sich nachteilig auf landwirtschaftliche Betriebe aus und verstärkten damit die sich abzeichnenden Auswirkungen des Klimawandels auf die australische Landwirtschaft [5].
Geschützter Anbau, auch als Indoor-Landwirtschaft bekannt [6] – von Low-Tech-Folientunneln über teilweise umweltkontrollierte Gewächshäuser mit mittlerer Technologie bis hin zu „intelligenten“ High-Tech-Gewächshäusern und Indoor-Farmen – könnte dazu beitragen, die globale Ernährungssicherheit im 21. Jahrhundert zu verbessern Jahrhundert. Doch während die Vision einer sich selbst tragenden Metropole attraktiv ist, um die aktuellen Herausforderungen anzugehen, hat die Akzeptanz der Indoor-Landwirtschaft dies nicht erreicht
Aufregung und Optimismus seiner Befürworter. Geschützter Anbau und Indoor-Landwirtschaft beinhalten einen stärkeren Einsatz von Technologie und Automatisierung zur Optimierung der Landnutzung und bieten dadurch spannende Lösungen zur Verbesserung der zukünftigen Lebensmittelproduktion [7]. Auf der ganzen Welt ist die Entwicklung der städtischen Landwirtschaft [8,9] oft nach chronischen und/oder akuten Krisen aufgetreten, wie z. B. Licht- und Platzbeschränkungen in den Niederlanden; der Zusammenbruch der Automobilindustrie in Detroit; der Immobilienmarktcrash an der US-Ostküste; und die Blockade der Kuba-Krise. Sonstiges
Impulse kamen in Form verfügbarer Märkte, dh geschützter Anbau, der sich in Spanien [10] aufgrund des einfachen Zugangs des Landes zu den nordeuropäischen Märkten vermehrte. Zusammen mit bestehenden Herausforderungen könnte die anhaltende COVID-19-Pandemie den nötigen Anstoß geben, die urbane Landwirtschaft zu transformieren [11].
Wenn die städtische Landwirtschaft eine bedeutende Rolle bei der Verbesserung der Ernährungssicherheit und der menschlichen Ernährung spielen soll, muss sie global skaliert werden, damit sie in der Lage ist, eine breite Palette von Produkten energie-, ressourcen- und kosteneffizienter anzubauen als ist derzeit möglich. Es bestehen enorme Möglichkeiten zur Verbesserung der Produktivität und Qualität von Pflanzen durch die Kombination von Fortschritten in den Bereichen Umweltkontrolle, Schädlingsbekämpfung, Phänomenik und Automatisierung
mit Züchtungsbemühungen, die auf Merkmale abzielen, die die Pflanzenarchitektur, die Pflanzenqualität (Geschmack und Ernährung) und den Ertrag verbessern. In umweltkontrollierten Betrieben kann eine größere Vielfalt aktueller und aufkommender Nutzpflanzen im Vergleich zu traditionellen Nutzpflanzenarten sowie Heilpflanzen angebaut werden [12,13].
Die unmittelbare Notwendigkeit, die städtische Ernährungssicherheit zu verbessern und den CO12-Fußabdruck von Lebensmitteln zu reduzieren, kann durch Innovationen in den Agrar- und Lebensmittelsektoren wie geschütztem Anbau und vertikaler Indoor-Landwirtschaft angegangen werden. Diese reichen von Low-Tech-Folientunneln mit minimaler Umweltkontrolle über Medium-Tech-Gewächshäuser mit teilweiser Umweltkontrolle bis hin zu High-Tech-Gewächshäusern und vertikalen Landwirtschaftsanlagen mit modernsten Technologien. Der geschützte Anbau ist der am schnellsten wachsende Lebensmittelsektor in Australien, gemessen am Produktionsumfang und den wirtschaftlichen Auswirkungen [17]. Die australische geschützte Anbauindustrie besteht aus High-Tech-Einrichtungen (20 %), Gewächshäusern (52 %) und hydroponischen/substratbasierten Pflanzenproduktionssystemen (XNUMX %), was auf die Notwendigkeit und Gelegenheit zur Entwicklung des Agrarlebensmittelsektors hinweist. In dieser Übersicht diskutieren wir den Status des geschützten Anbaus im Kontext verfügbarer Technologien und entsprechender Zielpflanzen im Gartenbau und skizzieren die Chancen und Herausforderungen, die durch die laufende Forschung in Australien angegangen werden müssen.
2. Aktuelle Techniken und Technologien im geschützten Anbau
Im Jahr 2019 die gesamte Landfläche, die dem geschützten Anbau gewidmet ist – was im Großen und Ganzen umfasst
Anbau von Feldfrüchten unter allen Arten von Abdeckungen – wurde weltweit auf 5,630,000 Hektar (ha) geschätzt [14]. Die Gesamtfläche von Gemüse und Kräutern, die in Gewächshäusern (permanente Strukturen) angebaut werden, wurde weltweit auf etwa 500,000 ha geschätzt, wobei 10 % dieser Pflanzen in Gewächshäusern und 90 % in Plastikgewächshäusern angebaut werden [15,16]. Australiens Gewächshausfläche wird auf etwa 1300 ha geschätzt, wobei High-Tech-Gewächshäuser (etwa 14 einzelne Unternehmen, die jeweils weniger als 5 ha einnehmen) 17 % dieser Fläche und Low-Tech-/Medium-Tech-Gewächshäuser 83 % ausmachen [17 ]. Weltweit machen Gewächshäuser und Gewächshäuser aus Kunststoff etwa 80 % bzw. 20 % der insgesamt produzierten Gewächshäuser aus [16].
Der geschützte Anbau ist der am schnellsten wachsende Sektor der Lebensmittelproduktion in Australien, der 1.5 ab Hof auf rund 2017 Milliarden US-Dollar pro Jahr geschätzt wurde. Schätzungsweise 30 % aller australischen Landwirte bauen Pflanzen in irgendeiner Form von geschützten Anbausystemen an dass verdeckt angebaute Pflanzen etwa 20 % des Gesamtwerts der Gemüse- und Blumenproduktion ausmachen [18]. In Australien ist die geschätzte Anbaufläche für Gewächshausgemüse am höchsten für Südaustralien (580 ha), gefolgt von New South Wales (500 ha) und Victoria (200 ha), während Queensland, Westaustralien und Tasmanien jeweils <50 ha ausmachen [17 ].
Basierend auf dem Australian Horticulture Statistics Handbook (2014–2015) und Gesprächen mit der Industrie wurde der Bruttowert der Produktion (GVP) von Obst, Gemüse und Blumen für 2017 geschätzt. basierte Produktionssysteme (52 %) wurden am höchsten bewertet, gefolgt von solchen, die unter Bodenfertigationssystemen (35 %), mit einer Kombination aus Bodenfertigation und hydroponischen/substratbasierten Systemen (11 %) und unter Verwendung von Hydroponik/Nährstoff angebaut wurden Filmtechnik (NFT) (2 %) (Abbildung 1A). In ähnlicher Weise hatten unter den Schutzarten Kulturen, die unter Poly-/Glasabdeckungen (63 %) angebaut wurden, das höchste GVP, gefolgt von solchen, die unter Polyabdeckungen (23 %), Hagel-/Schattenabdeckungen (8 %) und kombinierten Poly-/Hagel-/Schattenabdeckungen angebaut wurden deckt (6%) (Abbildung 1B) [17]. In Australien sind Statistiken für GVPs bestimmter Gewächshaus-Gartenbauprodukte nicht ohne weiteres verfügbar [15].
Figure 1. Gesamtbruttowertproduktion (GVP) von Pflanzen unter geschütztem Anbau (2017) nach Anbausystem (A) und Schutz (B). Die hydroponische/substratbasierte Produktion umfasst das erdlose Pflanzenwachstum unter Verwendung eines inerten Mediums wie Steinwolle. Bei der erd-/fertigatbasierten Produktion handelt es sich um Pflanzenwachstum unter Verwendung von Erde mit Fertigation (kombinierte Anwendung von Dünger und Wasser). Bei der Hydroponik/Nährstofffilmtechnik (NFT) wird ein flacher Wasserstrahl mit gelösten Nährstoffen zirkuliert, der in wasserdichten Kanälen über die Wurzeln der Pflanzen fließt. „Poly“ bezieht sich auf Polycarbonat.
Hagel-/Schattenabdeckungen, normalerweise aus Netz oder Stoff, schützen die Pflanzen vor Hagel und blockieren einen Teil des übermäßigen Lichts. $ bezieht sich auf AUD.
Unter den Einrichtungen mit kontrollierter Umgebung in den Vereinigten Staaten sind Gewächshäuser aus Glas oder Polykarbonat (Poly) häufiger (47 %) als vertikale Indoor-Farmen (30 %), Low-Tech-Plastikreifenhäuser (12 %), Containerfarmen (7 % ) und Indoor-Tiefwasserkultursysteme (4 %). Unter den Anbausystemen ist Hydroponik (49 %) häufiger als bodenbasierte (24 %), Aquaponik- (15 %), Aeroponik- (6 %) und Hybridsysteme (Aeroponik, Hydroponik, Erde) (6 %) [19,20].
Australien hat nur sehr wenige etablierte vertikale Farmen, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass es nur wenige dicht besiedelte Städte gibt. Australien hat jedoch eine Gewächshausfläche von etwa 1000 ha [16,17] und der Export von frischem Gemüse und Obst hat von 2006 bis 2016 für Australien [16] mit zunehmendem Anbau unter Deckung erheblich zugenommen. Obwohl Australien einen großartigen Start in die Indoor-Landwirtschaft hingelegt hat und der Sektor ein enormes Wachstumspotenzial hat, braucht es Zeit, um zu reifen und sich weiterzuentwickeln, um ein wichtiger Akteur auf globaler Ebene zu werden. Gegenwärtig können kommerziell orientierte Indoor-Farmanlagen in die folgenden drei Stufen des technologischen Fortschritts eingeteilt werden: Low-, Medium- und High-Tech. Jede wird in den folgenden Abschnitten ausführlicher besprochen.
2.1. Neue Technologien für Low-Tech Poly-Tunnel
Low-Tech-Gewächshausanlagen, die am meisten zum geschützten Anbau beitragen, haben mehrere Einschränkungen, die technologische Lösungen erfordern, um bei ihrem Übergang zu profitablen Mittel- oder High-Tech-Anlagen zu helfen, die qualitativ hochwertige Pflanzen mit minimalen Ressourcen produzieren. Low-Tech-Folientunnel machen 80–90 % der Gewächshauspflanzenproduktion weltweit [20] und in Australien [17] aus. Angesichts des großen Anteils von Low-Tech-Folientunneln im geschützten Anbau und ihrer geringen Klima-, Fertigations- und Schädlingsbekämpfung ist es wichtig, die damit verbundenen Herausforderungen anzugehen, um die Produktion und die wirtschaftlichen Erträge für die Erzeuger zu steigern.
Die Low-Tech-Ebene umfasst verschiedene Arten von Folientunneln, die von provisorischen Metallstrukturen mit Kunststoffabdeckungen bis hin zu dauerhaften, speziell gebauten Strukturen reichen können. Im Allgemeinen sind sie nicht über die Fähigkeit hinaus gesteuert, die Kunststoffabdeckung anzuheben, wenn es draußen zu heiß oder bewölkt wird. Diese Kunststoffabdeckungen schützen die Pflanzen vor Hagel, Regen und Kälte und verlängern die Vegetationsperiode in gewissem Maße. Diese billigen Strukturen bieten a
tragfähige Rendite für Investitionen in Gemüsekulturen wie Salat, Bohnen, Tomaten, Gurken, Kohl und Zucchini. Die Landwirtschaft in diesen Folientunneln erfolgt im Boden, während fortgeschrittenere Betriebe große Töpfe und Tropfbewässerung für Tomaten, Blaubeeren, Auberginen oder Paprika verwenden können. Obwohl Low-Tech-geschützter Anbau für kleine Erzeuger sinnvoll ist, leiden solche Techniken jedoch unter mehreren Mängeln. Ihr Mangel an Umweltkontrolle beeinträchtigt die Konsistenz der Größe und Qualität des Produkts und verringert sich daher
den Marktzugang dieser Produkte für anspruchsvolle Kunden wie Supermärkte und Restaurants. Da die Feldfrüchte in der Regel im Boden angebaut werden, sind diese Landwirte auch mit zahlreichen Schädlingen und bodenbürtigen Krankheiten (z. B. anhaltender Nematodenbefall) konfrontiert. Industrie- und Forschungspartner benötigen Innovationen bei der Bereitstellung von Lösungen für Anlagendesign und Pflanzenmanagementsysteme sowie intelligente Handelssysteme für den Export von Produkten
und Aufrechterhaltung einer konstanten Lieferkette. Anreize und Unterstützung von Fördereinrichtungen und technologische Innovationen (z. B. biologische Kontrolle, Teilautomatisierung bei der Bewässerung und Temperaturkontrolle) von Universitäten und Unternehmen könnten Landwirten beim Übergang zu fortschrittlicheren technologischen Anbausystemen helfen.
2.2. Upgrade von Gewächshäusern mittlerer Technologie mit Innovationen und neuen Technologien
Geschützter Anbau mit mittlerer Technologie ist eine breite Kategorie, die Gewächshäuser und Gewächshäuser mit kontrollierter Umgebung umfasst. Dieser Teil des geschützten Anbausektors erfordert erhebliche technologische Verbesserungen, wenn er mit der groß angelegten Lebensmittelproduktion in landwirtschaftlichen Betrieben mit Low-Tech-Folientunneln und hochwertigen Produkten aus High-Tech-Gewächshäusern konkurrieren soll. Die Umgebungskontrolle in mitteltechnologischen Gewächshäusern ist normalerweise teilweise oder intensiv, und die Temperatur einiger Gewächshäuser kann währenddessen durch manuelles Öffnen des Daches kontrolliert werden
Fortgeschrittenere Einrichtungen verfügen über Kühl- und Heizeinheiten. Die Verwendung von Sonnenkollektoren und intelligenten Folien wird untersucht, um die Energiekosten und den CO21-Fußabdruck in mitteltechnologischen Gewächshäusern zu reduzieren [23–XNUMX].
Während viele Gewächshäuser immer noch aus PVC- oder Glasverkleidungen bestehen, können intelligente Folien auf diese Strukturen aufgebracht oder in das Gewächshausdesign integriert werden, um die Energieeffizienz zu erhöhen. Im Allgemeinen verwenden High-End-Gewächshäuser Wachstumsmedien wie Rockwool-Blöcke mit sorgfältig kalibrierten Flüssigdüngerzugaben in verschiedenen Wachstumsstadien, um die Ernteerträge zu maximieren. Die CO2-Düngung wird manchmal in Gewächshäusern mit mittlerer Technologie verwendet, um den Ertrag und die Qualität zu steigern. Der mitteltechnologische geschützte Anbausektor wird von Partnerschaften zwischen Industrie und Universität profitieren, um fortschrittliche wissenschaftliche und technologische Lösungen zu entwickeln, darunter neue Pflanzengenotypen mit hohem Ertrag und hoher Qualität, integrierter Schädlingsbekämpfung, vollautomatischer Fertigation und Gewächshausklimatisierung sowie Roboterunterstützung bei der Pflanzenbewirtschaftung und ernten.
2.3. Innovationen aus Wissenschaft und Technik für Hightech-Gewächshäuser
High-Tech-Gewächshäuser können die neuesten technologischen Fortschritte in den Bereichen Pflanzenphysiologie, Fertigation, Recycling und Beleuchtung integrieren. In großen kommerziellen Gewächshäusern können beispielsweise „intelligente Glas“-Technologie, Solar-Photovoltaik-Systeme (PV) und zusätzliche Beleuchtung wie LED-Panels verwendet werden, um die Erntequalität und den Ertrag zu verbessern. Produzenten automatisieren auch zunehmend kritische und/oder arbeitsintensive Bereiche wie Pflanzenüberwachung, Bestäubung und Ernte.
Die Entwicklung von künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen (MI) hat neue Dimensionen für Hightech-Gewächshäuser eröffnet [24–28]. KI ist eine Reihe von computercodierten Regeln und statistischen Modellen, die darauf trainiert sind, Muster in Big Data zu erkennen und Aufgaben auszuführen, die im Allgemeinen mit menschlicher Intelligenz verbunden sind. Bei der Bilderkennung eingesetzte KI wird zur Überwachung des Pflanzenzustands und zur Erkennung von Krankheitsanzeichen eingesetzt, was eine schnellere und fundiertere Entscheidungsfindung für das Pflanzenmanagement und die Ernte ermöglicht – was heutzutage möglich ist
durch Roboterarme statt durch menschliche Arbeit. Internet-of-Things (IoT) bietet Lösungen für die Automatisierung, die speziell für Gewächshausanwendungen angepasst werden können [29]. Somit können KI und IoT einen wesentlichen Beitrag im Bereich der modernen Landwirtschaft leisten, indem sie landwirtschaftliche Aktivitäten steuern und automatisieren [30].
Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Agrarroboter sind in den letzten zehn Jahren stark gewachsen [31–33]. Ein autonomes Erntesystem für Paprika, das sich der kommerziellen Lebensfähigkeit nähert, wurde mit einer Ernteerfolgsrate von 76.5 % [31] in Australien demonstriert. Prototypen von Robotern zum Entlauben von Tomatenpflanzen, Ernten von Paprika (Paprika) und Bestäuben von Tomatenkulturen [34,35] wurden in Europa und Israel entwickelt und könnten in naher Zukunft kommerzialisiert werden.
Darüber hinaus werden Arbeitsmanagement-Softwaresysteme für große Hightech-Gewächshäuser die Effizienz der Arbeiter erheblich optimieren und die wirtschaftlichen Aussichten dieser Unternehmen verbessern. Die IT- und Engineering-Revolution wird den geschützten Anbau und die Indoor-Landwirtschaft weiter stärken und es den Erzeugern ermöglichen, ihre Pflanzen von Computern und mobilen Geräten aus zu überwachen und zu verwalten, die sogar für kritische Landwirtschaft und
Marktentscheidungen. High-Tech-Gewächshäuser haben das größte Potenzial, dem geschützten Anbausektor in Australien zugute zu kommen, daher wird die laufende Forschung und Innovation in diese Anlagen wahrscheinlich zu gut investierter Zeit und Geld führen.
2.4. Vertikale Farmen für zukünftige Anforderungen entwickeln
In den letzten Jahren wurde weltweit eine rasante Entwicklung der „vertikalen Landwirtschaft“ in Innenräumen beobachtet, insbesondere in Ländern mit großer Bevölkerung und unzureichendem Land [36,37]. Die vertikale Landwirtschaft hat einen Wert von 6 Milliarden US-Dollar, bleibt aber ein kleiner Bruchteil des Multi-Billionen-Dollar-Weltmarktes für Agrarprodukte [38]. Es gibt verschiedene Iterationen der vertikalen Landwirtschaft, aber alle verwenden vertikal gestapelte, erdlose oder hydroponische Anbauregale in einer vollständig geschlossenen und kontrollierten Umgebung, was ein hohes Maß an Automatisierung, Kontrolle und Konsistenz ermöglicht [39]. Die vertikale Landwirtschaft bleibt jedoch aufgrund der hohen Energiekosten auf hochwertige und kurzlebige Pflanzen beschränkt, obwohl sie eine unübertroffene Produktivität pro Quadratmeter und eine hohe Wasser- und Nährstoffeffizienz bietet.
Die technologische Dimension der vertikalen Landwirtschaft – und insbesondere das Aufkommen „intelligenter“ Gewächshäuser – wird wahrscheinlich Erzeuger anziehen, die begierig darauf sind, mit aufkommenden Computer- und Big-Data-Technologien wie KI und dem Internet der Dinge (IoT) zu arbeiten [40]. Derzeit sind alle Formen der Indoor-Landwirtschaft energie- und arbeitsintensiv, obwohl sowohl bei der Automatisierung als auch bei den Energieeffizienztechnologien noch viel Raum für Fortschritte besteht. Bereits die fortschrittlichsten Formen der Indoor-Landwirtschaft liefern ihre eigene Energie vor Ort und sind unabhängig vom allgemeinen Stromnetz. Dachgärten können von einfachen Designs auf Stadtgebäuden bis hin zu Unternehmensdachunternehmen auf Gemeindegebäuden in New York und Paris reichen. Die vertikale Landwirtschaft in Innenräumen hat eine glänzende Zukunft, insbesondere nach der COVID-19-Pandemie, und ist aufgrund ihrer guten Position gut positioniert, um ihren Anteil am globalen Lebensmittelmarkt zu erhöhen
hocheffizientes Produktionssystem, Reduzierung der Lieferketten- und Logistikkosten, Automatisierungspotenzial (Minimierung der Handhabung) und einfacher Zugang zu Arbeitskräften und Verbrauchern.
3. Zielkulturen im geschützten Anbau
Gegenwärtig ist die Zahl der für die Indoor-Landwirtschaft geeigneten Pflanzen aufgrund der Pflanzenbeschränkungen für den Indoor-Anbau sowie der geschützten Anbaubeschränkungen wie hohen Energiekosten (für Beleuchtung, Heizung, Kühlung und den Betrieb verschiedener automatisierter Systeme) begrenzt, was spezifische hochwertige Pflanzen ermöglicht [ 41–43]. Die wirtschaftliche Produktion einer Vielzahl von essbaren Pflanzen ist jedoch unerlässlich, wenn der geschützte Anbau einen signifikanten Einfluss auf die Umwelt haben soll
globale Ernährungssicherheit [12,13,44]. Kultursorten für den geschützten Gemüseanbau unterscheiden sich deutlich von denen der Freilandproduktion, die auf Toleranz gegenüber unterschiedlichsten Umweltbedingungen gezüchtet werden, was im geschützten Anbau nicht unbedingt erforderlich ist. Die Entwicklung geeigneter Sorten erfordert die Optimierung mehrerer Merkmale (z. B. Selbstbestäubung, unbestimmtes Wachstum, robuste Wurzeln), die sich von den als angesehenen Merkmalen unterscheiden
in Freilandkulturen wünschenswert (Abbildung 2) (übernommen aus [13]).
Abbildung 2. Wünschenswerte Eigenschaften für Fruchtpflanzen, die im Haus unter kontrollierten Umgebungsbedingungen angebaut werden, im Vergleich zu Feldfrüchten, die im Freien unter Freilandbedingungen angebaut werden.
Zu den Obst- und Gemüsesorten, die derzeit am besten für den Indoor-Anbau geeignet sind, gehören:
• Diejenigen, die auf Reben oder Sträuchern wachsen (Tomate, Erdbeere, Himbeere, Heidelbeere, Gurke, Paprika, Traube, Kiwi);
• Hochwertige Sonderkulturen (Hopfen, Vanille, Safran, Kaffee);
• Heil- und Kosmetikpflanzen (Algen, Echinacea);
• Kleine Bäume (Kirschen, Schokolade, Mango, Mandeln) sind andere praktikable Optionen [13].
In den folgenden Abschnitten gehen wir detaillierter auf aktuelle Bestandskulturen und die Entwicklung neuer Sorten für die Indoor-Landwirtschaft ein.
3.1. Bestehende Pflanzen, die in Low-, Medium- und High-Tech-Anlagen angebaut werden
Systeme mit geschütztem Anbau mit niedriger und mittlerer Technologie produzieren hauptsächlich Tomaten, Gurken, Zucchini, Paprika, Auberginen, Kopfsalat, asiatisches Gemüse und Kräuter. In Bezug auf die Fläche, die Menge der produzierten Früchte und die Anzahl der Betriebe ist die Tomate die wichtigste in Gewächshäusern produzierte Gartengemüsepflanze, gefolgt von Paprika und Kopfsalat [15,45].
In Australien beschränkte sich die Entwicklung großer Anlagen mit kontrollierter Umgebung hauptsächlich auf solche, die für den Tomatenanbau gebaut wurden [15]. Der geschätzte GVP von Obst, Gemüse und Blumen für 2017 auf dem Feld und in Anlagen für geschützten Anbau zeigt die Dominanz der Tomate im australischen Sektor für geschützten Anbau.
Der insgesamt geschätzte GVP für 2017 in Bezug auf die Feld- und Unterdeckungsproduktion von Gartenbaukulturen war am höchsten für Tomaten (24 %), gefolgt von Erdbeeren (17 %), Sommerfrüchten (13 %), Blumen (9 %) und Heidelbeeren (7 %), Gurken (7 %) und Paprika (6 %), wobei asiatische Gemüse, Kräuter, Auberginen, Kirschen und Beeren jeweils weniger als 6 % ausmachen (Abbildung 3A).
Figure 3. Geschätzter Bruttowert der Produktion (GVP) für die gesamte kombinierte Feld- und geschützte Gemüseproduktion (A) und imputiertes GVP von Pflanzen, die im Jahr 2017 unter geschütztem Anbau angebaut wurden (B) für Australien.
Unter diesen war der GVP von Pflanzen, die in geschützten Anbausystemen angebaut wurden, am höchsten für Tomaten (40 %), die mit einem deutlichen Vorsprung im Vergleich zu anderen Pflanzen führten, darunter Blumen (11 %), Erdbeeren (10 %), Sommerfrüchte (8 % ) und Beeren (8 %), wobei jede der verbleibenden Kulturen weniger als 5 % ausmacht (Abbildung 3B). Der australische Inlandsmarkt wurde jedoch von Gewächshaustomaten gesättigt, die die geschützte Anbauindustrie verlassen
mit den folgenden zwei Optionen: Steigerung des Absatzes dieser Pflanzen auf den internationalen Märkten; und/oder um einige der bestehenden Gewächshausbauern des Landes zu ermutigen, auf die Produktion anderer hochwertiger Nutzpflanzen umzusteigen. Am höchsten war der Anteil geschützter Einzelkulturen bei Beeren (85 %) und Tomaten (80 %), gefolgt von Blumen (60 %), Gurken (50 %), Kirschen und Asia-Gemüse (je 40 %), Erdbeere und Sommer
Früchte (je 30 %), Blaubeere und Kräuter (je 25 %) und schließlich Paprika und Auberginen zu je 20 % [17]. Derzeit beschränkt sich energie- und arbeitsintensives Indoor-Farming auf hochwertige Nutzpflanzen, die kurzfristig mit geringem Energieeinsatz produziert werden können [46,47]
In Pflanzenfabriken werden derzeit hauptsächlich Blattgemüse und Kräuter angebaut, aufgrund der kurzen Wachstumsperioden dieser Pflanzen (weil Früchte und Samen nicht erforderlich sind) und ihres hohen Werts [7], da solche Pflanzen relativ wenig Licht benötigen für die Photosynthese [48] und weil der größte Teil der produzierten pflanzlichen Biomasse geerntet werden kann [46,49]. Es gibt ein großes Potenzial zur Verbesserung der Erträge und der Qualität von Feldfrüchten, die in städtischen Farmen angebaut werden [12].
3.2. Branchenbefragung: Wo liegen die Interessen der Teilnehmer?
Die Identifizierung von Schlüsselforschungsthemen ist wesentlich, um die Effizienz der öffentlich und privat finanzierten Forschung für die Zukunft des geschützten Anbaus zu verbessern. Beispielsweise besteht das Future Food Systems Co-operative Research Centre (FFSCRC), das von der New South Wales Farmers Association (NSW Farmers), der University of New South Wales (UNSW) und Food Innovation Australia Ltd. (FIAL) initiiert wurde, aus einem Konsortium von über 60 Gründungen
Industrie, Regierung und Forschungsteilnehmer. Seine Forschungs- und Fähigkeitsprogramme zielen darauf ab, die Teilnehmer dabei zu unterstützen, die Produktivität regionaler und stadtnaher Lebensmittelsysteme zu optimieren, neue Produkte vom Prototyp auf den Markt zu bringen und schnelle, herkunftsgeschützte Lieferketten vom Bauernhof bis zum Verbraucher zu implementieren. Zu diesem Zweck bietet das FFSRC ein kollaboratives Forschungsumfeld, das darauf abzielt, den geschützten Anbau zu verbessern, um unsere Kapazität zum Export hochwertiger Gartenbauprodukte zu steigern und Australien dabei zu helfen, ein führendes Unternehmen in Wissenschaft und Technologie für den geschützten Anbausektor zu werden.
Die Teilnehmer wurden befragt, um Zielkulturen für die Indoor-Landwirtschaft zu identifizieren. Unter den Teilnehmern, die Zielkulturen identifizierten, war das Interesse an frischem Gemüse (29 %) am größten, gefolgt von Interesse an Obstkulturen (22 %). medizinisches Cannabis, andere Heilkräuter und Sonderkulturen (13 %); einheimische/einheimische Arten (10%); Pilze/Pilze (10%); und Blattgemüse (3 %) (Abbildung 4).
Figure 4. Einstufung der derzeit von FFSCRC-Teilnehmern in geschützten Anbauanlagen produzierten Feldfrüchte und damit des wahrscheinlichen Interesses der Teilnehmer, Lösungen für den produktiveren Anbau dieser Feldfrüchte in Deckung zu finden.
Die Umfrage basierte auf online verfügbaren Informationen über die Teilnehmer; Die Beschaffung detaillierterer Informationen ist entscheidend, um die spezifischen Anforderungen der Teilnehmer zu verstehen und zu erfüllen.
3.3. Züchtung neuer Sorten für Einrichtungen mit kontrollierter Umgebung
Züchtungstechnologien, die zur Verbesserung von Gemüse- und anderen Nutzpflanzen zur Verfügung stehen, entwickeln sich schnell weiter [50]. Im geschützten Anbau, einem dynamischen Wirtschaftssektor mit schnellen Änderungen der Markttrends und Verbraucherpräferenzen, ist die Wahl der richtigen Sorte entscheidend [44,51]. Es gibt viele Studien, die die Anpassung hochwertiger Nutzpflanzen wie Tomaten und Auberginen für die Gewächshausproduktion bewerten [52,53]. Neue Züchtungstechnologien [50] haben die Entwicklung neuer Sorten mit gewünschten Eigenschaften erleichtert, und einige Unternehmen haben damit begonnen, Pflanzen für das Wachstum in kontrollierten Umgebungen unter LED-Beleuchtung zu entwerfen [20]. Sorten wurden jedoch hauptsächlich gezüchtet, um den Ertrag unter sehr variablen Feldbedingungen zu maximieren [46]. Pflanzenmerkmale wie Trockenheits-, Hitze- und Frosttoleranz – die bei Feldfrüchten wünschenswert sind, aber typischerweise Ertragsnachteile mit sich bringen – werden im Allgemeinen nicht benötigt
Indoor-Landwirtschaft.
Zu den Schlüsselmerkmalen, die für die Anpassung höherwertiger Pflanzen an die Indoor-Landwirtschaft angestrebt werden können, gehören kurze Lebenszyklen, kontinuierliche Blüte, ein niedriges Wurzel-zu-Spross-Verhältnis, verbesserte Leistung bei geringem photosynthetischen Energieeintrag und wünschenswerte Verbrauchermerkmale wie Geschmack, Farbe, Textur und spezifischer Nährstoffgehalt [12,13]. Darüber hinaus wird die Züchtung speziell für höhere Qualität äußerst begehrte Produkte mit hohem Marktwert hervorbringen. Lichtspektrum, Temperatur, Feuchtigkeit und Nährstoffversorgung können so gesteuert werden, dass die Akkumulation von Zielverbindungen in Blättern und Früchten verändert wird [54,55] und der Nährwert von Pflanzen erhöht wird, einschließlich Proteine (Menge und Qualität), Vitamine A, C und E, Carotinoide, Flavonoide, Mineralien, Glykoside und Anthocyane [12]. Beispielsweise wurden natürlich vorkommende Mutationen (bei Weinreben) und Gen-Editing (bei Kiwis) verwendet, um die Pflanzenarchitektur zu modifizieren, was für den Indoor-Anbau auf engstem Raum nützlich sein wird. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurden Tomaten- und Kirschpflanzen mit CRISPR-Cas9 so verändert, dass sie die folgenden drei wünschenswerten Eigenschaften kombinieren: einen Zwergphänotyp, eine kompakte Wuchsform und eine frühreife Blüte. Die Eignung der resultierenden „bearbeiteten“ Tomatensorten für die Verwendung in Indoor-Farming-Systemen wurde durch Feldversuche und kommerzielle Vertical-Farm-Versuche validiert [56].
Eine Überprüfung der molekularen Züchtung zur Schaffung optimierter Nutzpflanzen diskutierte den Mehrwert landwirtschaftlicher Produkte durch die Entwicklung landwirtschaftlicher Nutzpflanzen mit gesundheitlichem Nutzen und als essbare Medikamente [46]. Als Hauptansätze zur Entwicklung landwirtschaftlicher Nutzpflanzen mit gesundheitlichem Nutzen wurden die Akkumulation großer Mengen eines wünschenswerten intrinsischen Nährstoffs oder die Reduzierung unerwünschter Verbindungen und die Akkumulation wertvoller Verbindungen identifiziert
werden normalerweise nicht in der Kultur produziert.
4. Herausforderungen und Chancen im geschützten Anbau und in der Indoor-Landwirtschaft
Fortgeschrittene geschützte Anbau- und Indoor-Farming-Einrichtungen haben eine relativ geringe Umweltbelastung. Während der Anbau unter Dach energieintensiver ist als viele andere Anbaumethoden, fördert die Fähigkeit, die Auswirkungen des Wetters zu mildern, die Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten und Lebensmittel von besserer Qualität anzubauen, die konsistente Lieferung von Qualitätsprodukten und zieht Erträge an, die die zusätzlichen Produktionskosten bei weitem überwiegen [18]. Zu den wichtigsten Herausforderungen im geschützten Anbau gehören:
• Hohe Kapitalkosten aufgrund hoher Grundstückspreise in innerstädtischen und stadtnahen Gebieten;
• Hoher Energieverbrauch;
• Bedarf an qualifizierten Arbeitskräften;
• Krankheitsmanagement ohne chemische Kontrollen; und
• Entwicklung von Nährwertqualitätsindizes – um Qualitätsaspekte des Produkts zu definieren und zu zertifizieren – für Feldfrüchte, die in Innenräumen angebaut werden.
Im folgenden Abschnitt diskutieren wir einige der Herausforderungen und Chancen im Zusammenhang mit dem geschützten Anbau.
4.1. Optimale Voraussetzungen für hohe Produktivität und effizienten Ressourceneinsatz
Ein besseres Verständnis der Pflanzenanforderungen in verschiedenen Wachstumsstadien und unter verschiedenen Lichtbedingungen ist unerlässlich, wenn Züchter eine kosteneffiziente Pflanzenproduktion in kontrollierten Umgebungen aufrechterhalten wollen. Ein effizientes Management der Gewächshausumgebung, einschließlich ihrer klimatischen und ernährungsphysiologischen Elemente sowie der strukturellen und mechanischen Bedingungen, kann die Fruchtqualität und den Ertrag erheblich steigern [57]. Die Faktoren der Wachstumsumgebung können das Pflanzenwachstum, die Evapotranspirationsraten und die physiologischen Zyklen beeinflussen. Unter den klimatischen Faktoren ist die Sonneneinstrahlung der wichtigste, da die Photosynthese Licht benötigt und der Ernteertrag direkt proportional zum Sonnenlichtniveau bis zu den Lichtsättigungspunkten für die Photosynthese ist. Häufig erfordert eine präzise Umweltkontrolle einen hohen Energieaufwand, wodurch die Rentabilität der Landwirtschaft in kontrollierter Umgebung verringert wird. Die für die Erwärmung und Kühlung von Gewächshäusern benötigte Energie bleibt ein wichtiges Anliegen und ein Ziel für diejenigen, die Energiekosten senken wollen [6]. Verglasungsmaterialien und innovative Glastechnologien wie Smart Glass [58] bieten vielversprechende Möglichkeiten zur Reduzierung der Kosten, die mit der Aufrechterhaltung der Gewächshaustemperatur und der Kontrolle von Umweltvariablen verbunden sind. Heutzutage werden innovative Glastechnologien und effektive Kühlsysteme in den geschützten Anbau in Gewächshausanlagen integriert. Verglasungsmaterialien haben ein Reduktionspotential
Stromverbrauch, indem überschüssige Sonnenstrahlung absorbiert und die Lichtenergie umgeleitet wird, um mithilfe von Photovoltaikzellen Strom zu erzeugen [59,60].
Die Abdeckmaterialien beeinflussen jedoch das Gewächshausmikroklima [61,62] einschließlich Licht [63] und es ist daher wichtig, die Auswirkungen neuartiger Verglasungsmaterialien auf Pflanzenwachstum und -physiologie, Ressourcennutzung, Ernteertrag und Qualität in Umgebungen zu bewerten wie CO2, Temperatur, Nährstoffe und Bewässerung werden streng kontrolliert. Beispielsweise wurden halbtransparente organische Photovoltaik (OPVs) auf Basis der Mischung aus regioregulärem Poly(3-hexylthiophen) (P3HT) und Phenyl-C61-Buttersäuremethylester (PCBM) für den Anbau von Paprikapflanzen (Capsicum annuum) getestet. Unter dem Schatten von OPVs produzierten die Paprikapflanzen 20.2 % mehr Fruchtmasse und beschattete Pflanzen waren am Ende der Vegetationsperiode 21.8 % höher [64]. In einer anderen Studie wirkte sich die durch flexible Photovoltaikmodule auf dem Dach verursachte Verringerung des PAR nicht auf den Ertrag, die Pflanzenmorphologie, die Anzahl der Blüten pro Zweig, die Fruchtfarbe, die Festigkeit und den pH-Wert aus [65].
Eine ultra-niedrig reflektierende „intelligente Glas“-Folie, Solar Gard™ ULR-80 [58], wird derzeit in der Gewächshausproduktion getestet. Ziel ist es, das Potenzial von Verglasungsmaterialien mit einstellbarer Lichtdurchlässigkeit auszuschöpfen und die hohen Energiekosten zu reduzieren, die mit dem Betrieb in Hightech-Gewächshausanlagen verbunden sind. Smart Glass (SG)-Folie wird auf das Standardglas einzelner Gewächshausbuchten in Einrichtungen aufgebracht, die Gemüsepflanzen anbauen, wobei kommerzielle vertikale Anbau- und Managementpraktiken verwendet werden [66,67]. Auberginenversuche unter SG zeigten eine höhere Energie- und Fertigationseffizienz [42], aber auch einen reduzierten Auberginenertrag aufgrund hoher Abtreibungsraten von Blüten und/oder Früchten als Folge der lichtbegrenzten Photosynthese [58]. Der verwendete SG-Film muss möglicherweise modifiziert werden, um optimale Lichtbedingungen zu erzeugen und Lichtbeschränkungen für Früchte mit hohem Kohlenstoffgehalt wie Auberginen zu minimieren.
Die Verwendung neuartiger energiesparender Verglasungsmaterialien wie Smart Glass bietet eine hervorragende Möglichkeit, die Energiekosten des Gewächshausbetriebs zu senken und die Lichtverhältnisse für den Anbau von Zielkulturen zu optimieren. Intelligente Abdeckfolien wie lumineszierende lichtemittierende Landwirtschaftsfolien (LLEAF) haben das Potenzial, das vegetative Wachstum und die reproduktive Entwicklung in geschützten Kulturpflanzen mit mittlerer Technologie zu verbessern und zu kontrollieren. LBLATT
Panels könnten an einer Vielzahl von blühenden und nicht blühenden Pflanzen getestet werden, um festzustellen, ob sie helfen, das vegetative und reproduktive Wachstum zu steigern (indem sie physiologische Prozesse verändern, die das Pflanzenwachstum und die Produktivität und Qualität der Pflanzen unterstützen).
4.2. Schädlings- und Krankheitsmanagement
Obwohl kontrollierte geschützte Anbauanlagen Schädlinge und Krankheiten minimieren können, sind sie nach ihrer Einführung ohne den Einsatz giftiger synthetischer Chemikalien äußerst schwierig und kostspielig zu kontrollieren. Die vertikale Indoor-Landwirtschaft ermöglicht die genaue Überwachung von Pflanzen auf Anzeichen von Schädlingen oder Krankheiten, manuell und/oder automatisch (unter Verwendung von Sensortechnologien), und die Übernahme neuer Robotertechnologien und/oder Fernerkundungsverfahren wird dies erleichtern
die Früherkennung von Ausbrüchen und die Entfernung erkrankter und/oder befallener Pflanzen [7].
Für die wirksame Bekämpfung von Schädlingen in Gewächshäusern werden neue Methoden des integrierten Pflanzenschutzes (IPM) [68] benötigt. Geeignete Managementstrategien (kulturell, physikalisch, mechanisch, biologisch und chemisch) zusammen mit guten Kulturpraktiken, fortschrittlichen Überwachungstechniken und präziser Identifizierung können die Gemüseproduktion verbessern und gleichzeitig die Abhängigkeit von Pestizidanwendungen minimieren. Ein integrierter Ansatz zum Krankheitsmanagement umfasst die Verwendung resistenter Sorten, sanitäre Einrichtungen, solide Kulturpraktiken und den angemessenen Einsatz von Pestiziden [44]. Die Entwicklung neuartiger IPM-Strategien kann die Arbeitskosten und den Einsatz chemischer Pestizide minimieren. Nehmen Sie zum Beispiel die Verwendung neuer, kommerziell gezüchteter, natürlich nützlicher Käfer (z. B. Blattlausmücke, Florfliege usw.), um Schädlinge zu bekämpfen und die Abhängigkeit von chemischer Bekämpfung zu verringern. Testen verschiedener neuer IPM
Strategien, einzeln und in Kombination, helfen bei der Entwicklung pflanzen- und anlagenspezifischer Empfehlungen für Erzeuger.
4.3. Erntequalität und Nährwerte
Der geschützte Anbau bietet Erzeugern und Industriepartnern das ganze Jahr über hohe Erträge und qualitativ hochwertige Produkte [69]. Der Anbau von Premium-Obst und -Gemüse erfordert jedoch die Hochdurchsatz-Testung von Nährwert- und Qualitätsparametern [70]. Zu den grundlegenden Fruchtqualitätsparametern gehören Feuchtigkeitsgehalt, pH-Wert, Gesamtlöslichkeit, Asche, Fruchtfarbe, Ascorbinsäure und titrierbarer Säuregehalt sowie erweiterte Ernährungsparameter, einschließlich Zucker, Fette, Proteine, Vitamine und Antioxidantien; Festigkeits- und Wasserverlustmessungen sind ebenfalls entscheidend für die Definition von Qualitätsindizes [66]. Darüber hinaus könnte die Hochdurchsatz-Qualitätsprüfung von Pflanzenprodukten in ein automatisiertes Gewächshaus-Betriebssystem integriert werden. Das Screening verfügbarer Pflanzengenotypen auf Qualitätsparameter wird Erzeugern und Verbrauchern neue hochwertige, nährstoffreiche Obst- und Gemüsesorten liefern. Agronomische Strategien, einschließlich Wachstumsumgebung und Anbaupraktiken, müssen optimiert werden, um die Produktion und die Pflanzennährstoffdichte dieser hochwertigen Nutzpflanzen zu verbessern.
4.4. Beschäftigung und Verfügbarkeit von Fachkräften
Der Arbeitskräftebedarf für die geschützte Anbauindustrie wächst (> 5 % pro Jahr) und es wird geschätzt, dass derzeit mehr als 10,000 Menschen in ganz Australien direkt von der Industrie beschäftigt werden. Trotz seines hohen Automatisierungsgrades erfordert der geschützte Anbau in großem Maßstab eine beträchtliche Anzahl von Arbeitskräften, insbesondere für die Anpflanzung, die Pflege der Kultur, die mechanische Bestäubung und die Ernte von Produkten. Mit steigender Nachfrage
Für hochqualifizierte Züchter bleibt das Angebot an entsprechend qualifizierten Arbeitskräften gering [18,71]. Auch für die Entwicklung der vertikalen Landwirtschaft in Städten werden qualifizierte Arbeitskräfte benötigt, die neue Karrieren für Technologen, Projektmanager, Wartungsarbeiter sowie Marketing- und Einzelhandelsmitarbeiter schaffen werden [7]. Die Errichtung fortschrittlicher Mehrzweckanlagen im kommerziellen Maßstab würde die Möglichkeit bieten, Forschungsfragen zu beantworten und dadurch das Ziel der Maximierung der Produktivität bei einer Vielfalt von Kulturpflanzen zu fördern und gleichzeitig Aus- und Weiterbildung in Fähigkeiten bereitzustellen, die im zukünftigen Sektor des geschützten Anbaus wahrscheinlich stark nachgefragt werden.
5. Schlussfolgerungen
In Hightech-Gewächshäusern mit intelligenter Technologie besteht ein großes Potenzial zur Verbesserung der Rentabilität durch die Automatisierung kritischer und/oder arbeitsintensiver Bereiche wie Pflanzenüberwachung, Bestäubung und Ernte. Die Entwicklung von KI, Robotik und ML eröffnen dem geschützten Anbau neue Dimensionen. Vertikale Farmen machen einen kleinen Teil des globalen Agrarmarktes aus und obwohl sie sehr energieintensiv sind, bietet die vertikale Landwirtschaft eine unübertroffene Produktivität mit hoher Wasser- und Nährstoffeffizienz. Der wirtschaftliche Anbau vielfältiger Nutzpflanzen ist unabdingbar, wenn der geschützte Anbau wesentliche positive Auswirkungen auf die globale Ernährungssicherheit haben soll. Geschützte Anbausysteme mit niedriger und mittlerer Technologie produzieren hauptsächlich Tomaten, Gurken, Zucchini, Paprika, Auberginen und Salat, zusammen mit asiatischem Gemüse und Kräutern.
Die Entwicklung groß angelegter Anlagen mit kontrollierter Umgebung in Australien war hauptsächlich auf den Anbau von Tomaten beschränkt. Die Entwicklung geeigneter Sorten erfordert die Optimierung mehrerer Schlüsselmerkmale, die sich von denen unterscheiden, die bei Freilandkulturen als wünschenswert angesehen werden. Zu den Schlüsselmerkmalen, die für die Indoor-Landwirtschaft angestrebt werden können, gehören ein verkürzter Lebenszyklus der Ernte, kontinuierliche Blüte, ein niedriges Wurzel-zu-Spross-Verhältnis und eine erhöhte Leistung bei geringer Photosyntheseleistung
Energieeinsatz und wünschenswerte Verbrauchereigenschaften wie Geschmack, Farbe, Textur und spezifische Nährstoffgehalte.
Darüber hinaus wird die Züchtung speziell für qualitativ hochwertigere, ernährungsphysiologisch dichtere Pflanzen wünschenswerte Gartenbauprodukte (und möglicherweise medizinische) Produkte mit ausgezeichnetem Marktwert hervorbringen. Die Rentabilität und Nachhaltigkeit des geschützten Anbaus hängt von der Entwicklung von Lösungen für die wichtigsten Herausforderungen ab, darunter Anlaufkosten, Energieverbrauch, qualifizierte Arbeitskräfte, Schädlingsbekämpfung und Entwicklung von Qualitätskennzahlen.
Neuartige Verglasungsmaterialien und technologische Fortschritte, die derzeit erforscht oder erprobt werden, bieten Lösungen zur Bewältigung einer der dringendsten Herausforderungen des geschützten Anbaus. Diese Fortschritte könnten möglicherweise den notwendigen Schub geben, um dem geschützten Anbausektor beim Übergang zu einem nachhaltigen und kosteneffizienten Niveau der Energieeffizienz zu helfen und die wachsenden Anforderungen an die Ernährungssicherheit zu erfüllen, während die Qualität und der Nährwert der Ernte erhalten bleiben
Inhalte und die Minimierung schädlicher Umweltauswirkungen.
Autorenbeiträge: SGC schrieb die Rezension mit Beiträgen und Überarbeitungen von DTT, Z.-HC, OG und CIC Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.
Förderung: Die Überprüfung basierte auf einem Bericht, der vom Future Food Systems Cooperative Research Centre in Auftrag gegeben und finanziert wurde, das branchengeführte Kooperationen zwischen Industrie, Forschern und der Gemeinschaft unterstützt. Wir erhielten auch finanzielle Unterstützung von Horticulture Innovation Australia-Projekten (Grant-Nummer VG16070 an DTT, Z.-HC, OG, CIC; Grant-Nummer VG17003 an DTT, Z.-HC; Grant-Nummer LP18000 an Z.-HC) und CRC-Projekt P2 -013 (DTT, Z.-HC, OG, CIC).
Erklärung des Institutional Review Board: Unzutreffend.
Einverständniserklärung: Unzutreffend.
Erklärung zur Datenverfügbarkeit: Unzutreffend.
Interessenkonflikte: Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt.
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artikel/angebot-weiterbildungsmöglichkeiten-an-mitglieder-der-gemüseindustrie/ (Zugriff am 13. April 2022).