Вертикальные фермы повысят урожайность пшеницы в 600 раз

Выращивая пшеницу на вертикальных фермах в строго контролируемых условиях можно повысить ее урожайность в несколько сотен раз по сравнению с традиционным земледелием. Если разместить контейнеры с этим злаком в десять слоев, то выход зерна увеличится в 600 раз, а если в сто — то уже в шесть тысяч. Как отмечают авторы в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, из-за своей дороговизны такой подход вряд ли сможет на равных конкурировать с выращиванием пшеницы в открытом грунте. Однако он отлично подойдет для регионов, где климат плохо подходит для этой культуры. 

Пшеница (Triticum spp.) относится к числу важнейших сельскохозяйственных культур. По некоторым оценкам, этот злак обеспечивает до 20 процентов белков и калорий в человеческом рационе. Чтобы прокормить растущее население Земли, производство пшеницы необходимо увеличивать — однако сделать это непросто. Многие территории в оптимальных для нее климатических условиях сильно деградировали, а использование все больших объемов удобрений и пестицидов угрожает окружающей среде. Глобальные климатические изменения лишь усугубляют проблему.

Решением может стать выращивание пшеницы в контролируемых условиях теплиц. Эксперименты продемонстрировали, что эта культура неплохо себя чувствует при искусственном освещении и постоянном уровне температуры в 23 градуса по Цельсию. Оказавшись в буквальном смысле в тепличных условиях, пшеница проходит путь от посадки до созревания всего за 70 дней.

Команда исследователей во главе с Полом Готье (Paul P. G. Gauthier) из Принстонского университета решила оценить максимальные урожаи пшеницы при выращивании в закрытых помещениях. Для этого они воспользовались двумя компьютерными моделями, DSSAT-NWheat и более простой SIMPLE. Они уже успешно использовались для прогнозирования урожаев пшеницы на полях в Китае, Австралии и Нидерландах.

Авторы задали для своей модели круглосуточное интенсивное освещение, а также высокую концентрацию углекислого газа (1200 миллионных долей) и бесперебойную передачу питательных веществ. Учитывая, что при таких параметрах среды пшеница может дать пять урожаев в год, ее урожайность составит 114 тонн на гектар. Дополнительные усилия, например, создание сортов, приспособленных для закрытых помещений, теоретически могут повысить эту цифру до 194 тонн. Это намного превышает известные показатели сбора пшеницы в любом регионе мира.

При выращивании растений в теплицах часто прибегают к методике вертикальных ферм, то есть размещают лотки друг над другом для более эффективного использования площадей. Если применить этот подход к пшенице, то конструкция из десяти слоев (каждый толщиной в метр) позволит ежегодно получать 1940 тонн пшеницы с гектара. Это в 600 раз больше средних показателей по миру. Такая система достаточно легко масштабируется: например, 100 слоев обеспечат уже 19400 тон урожая с гектара в год.

Авторы, впрочем, с осторожностью оценивают перспективы вертикального выращивания пшеницы. Они указывают на высокую стоимость такого подхода и тот факт, что реальные урожаи могут оказаться заметно ниже теоретических расчетов. Тем не менее, вертикальные пшеничные фермы могли бы получить широкое распространение в регионах, где массовое выращивание этой культуры на полях невозможно из-за ограниченных водных и почвенных ресурсов. К ним относятся, например, пустынные области Ближнего Востока.

Одна из главных угроз производству пшеницы — насекомые-вредители. По мере климатических изменений они становятся все более многочисленными и прожорливыми. По некоторым расчетам, даже при безопасном сценарии ежегодные потери урожая пшеницы достигнут 59 миллионов тонн при нынешнем объеме производства в 749,4 миллиона тонн.

Сергей Коленов