Theo ước tính của Liên Hiệp Quốc, dân số thế giới sẽ đạt 9 tỉ người vào năm 2050. Cùng với sự gia tăng dân số, thế giới còn phải đối mặt với vấn đề biến đổi khí hậu, nhiên liệu hóa thạch tăng giá, hệ sinh thái suy thoái cũng như tình trạng khan hiếm đất và nước – tất cả đang khiến các phương thức sản xuất lương thực hiện hành không còn bền vững. Trước những thách thức này, sự cải tiến về công nghệ sản xuất nông nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng.
Theo ước tính của Liên Hiệp Quốc, dân số thế giới sẽ đạt 9 tỉ người vào năm 2050. Cùng với sự gia tăng dân số, thế giới còn phải đối mặt với vấn đề biến đổi khí hậu, nhiên liệu hóa thạch tăng giá, hệ sinh thái suy thoái cũng như tình trạng khan hiếm đất và nước – tất cả đang khiến các phương thức sản xuất lương thực hiện hành không còn bền vững. Trước những thách thức này, sự cải tiến về công nghệ sản xuất nông nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng.
Trang công nghệ TechNewsWorld của Mỹ vừa có bài giới thiệu những mô hình nông nghiệp hiện đại và bền vững đã được ứng dụng thực tiễn với hiệu quả cao, hứa hẹn sẽ góp phần bảo đảm an ninh lương thực trong tương lai. Các mô hình sản xuất mới tập trung vào hai xu hướng: nông nghiệp đô thị và trồng trọt trong nhà, được đánh giá là vừa bảo đảm an toàn cho con người và môi sinh, vừa đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong bối cảnh dân số đô thị ngày một gia tăng.
Nông nghiệp đô thị và mô hình CEA Nông nghiệp đô thị là mô hình trồng trọt và chăn nuôi bên trong và xung quanh thành phố. Nó đồng nghĩa với việc sản xuất lương thực ngay tại các khu vực dân cư đông đúc, với nhiều loại hình khác nhau như vườn rau tự nhiên, vườn rau trong nhà lưới (ngăn sâu hại xâm nhập) và canh tác nông nghiệp trong môi trường có kiểm soát (CEA).
CEA là một công nghệ trồng trọt tiên tiến, kết hợp giữa kỹ thuật, khoa học cây trồng và những công nghệ quản lý dựa trên máy tính nhằm tối ưu hóa các hệ thống canh tác, chất lượng cây trồng cũng như hiệu quả sản xuất. Theo đó, nó cho phép nhà nông điều chỉnh các yếu tố môi trường theo ý muốn, bao gồm nhiệt độ, ẩm độ, độ pH và hàm lượng dinh dưỡng trong đất. Mô hình trồng trọt này cho phép chuyển đổi các nhà máy, nhà kho, tòa nhà bị bỏ hoang thành các trang trại hữu dụng.
Với CEA, nhà nông kết hợp mô hình nuôi thủy sản với mô hình thủy canh (trồng cây trong nước) nhằm tạo ra hệ thống thủy canh tích hợp sinh học. Đây là một hệ thống sản xuất lương thực bền vững, kết hợp hài hòa giữa trồng các loại rau quả với nuôi thủy sản trong một môi trường cộng sinh, tuần hoàn và khép kín. Không chỉ ứng dụng vào trồng trọt trong nhà, CEA còn được các trường đại học hoặc công ty sử dụng vào việc nghiên cứu những thay đổi của môi trường đối với cây trồng, chẳng hạn như nghiên cứu sự quang hợp khi so sánh một cây được trồng dưới ánh sáng cảm ứng và một cây được trồng với ánh đèn LED.
Hiện tại, các hệ thống CEA được dùng để sản xuất 4 loại rau quả phổ biến trong bữa ăn, gồm cà chua, dưa leo, ớt và xà lách xoăn. Đơn cử, Houweling’s Tomatoes – nông trại đô thị đầu tiên tại tiểu bang California – đang sản xuất và phân phối số lượng lớn cà chua và dưa leo trồng theo phương pháp thủy canh tích hợp sinh học, với tổng diện tích hơn 50 ha.
Theo ông Rebecca Nelson, đồng sở hữu Nelson & Pade – công ty chuyên cung cấp trang thiết bị làm hệ thống thủy canh tích hợp sinh học tại Mỹ, CEA là tương lai của ngành nông nghiệp. Nó giúp bảo vệ cây trồng tránh khỏi các điều kiện khí hậu khắc nghiệt, đồng thời cho phép người trồng thực thi các biện pháp an toàn sinh học nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm. Tiến sĩ Gene A.Giacomelli thuộc Khoa Nông nghiệp và Kỹ thuật Sinh học tại Đại học Arizona (Mỹ), cũng nhận xét CEA là một phương pháp trồng trọt dựa trên khoa học và kỹ thuật nhằm tạo ra những môi trường đặc trưng giúp nâng cao năng suất cây trồng, đồng thời tối ưu hóa các nguồn tài nguyên như nước, năng lượng, không gian, chi phí và sức lao động.
Mặc dù vậy, hạn chế của CEA là nó chỉ bổ sung chứ không thể thay thế hoàn toàn mô hình sản xuất nông nghiệp truyền thống, bởi không gian đô thị không đủ rộng lớn để canh tác các loại hoa màu thiết yếu như lúa, lúa mì, bắp... Một trở ngại khác nữa là một khi ứng dụng mô hình này tại các đô thị, "nhà nông thành thị" cần phải tuân thủ nghiêm các yêu cầu liên quan đến việc xử lý nước thải, tiếng ồn, ánh sáng…
Mô hình nhà kính thông minhNhà kính thông minh được xem là trọng tâm của mô hình canh tác nông nghiệp trong môi trường có kiểm soát (CEA), cung cấp các điều kiện tối ưu cho cây trồng phát triển, bao gồm nhiệt độ.
Hiện có rất nhiều mô hình nhà kính thông minh được xây dựng, chẳng hạn như các hệ thống kiểm soát khí hậu trong đó bao gồm các hệ thống phụ trợ như hệ thống quản lý nhiệt độ-ẩm độ, hệ thống quản lý tưới tiêu và hệ thống xử lý nước. Các hệ thống này được thiết kế nhằm giúp người trồng gia tăng tối đa năng suất cây trồng, tiết kiệm nguồn nước và năng lượng.
Một mô hình nhà kính thông minh khác là hệ thống Growtronix. Nó giúp nhà nông theo dõi chuyển biến của khí hậu bằng cách liên tục cập nhật dữ liệu từ các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được lắp đặt khắp nhà kính. Với một giao diện Web dành cho việc giám sát từ xa cùng với một ứng dụng trên điện thoại iPhone, hệ thống này cho phép người dùng nhận email và tin nhắn về tình hình thời tiết chẳng hạn như lũ lụt, động đất, nhiệt độ, ẩm độ, hàm lượng CO2, độ pH…
Theo Thống kê sản lượng rau củ trồng trong nhà kính toàn cầu do Công ty tư vấn Cuesta Roble Consulting công bố, việc trồng rau trong nhà kính đã đánh dấu một cột mốc quan trọng trong năm 2012 khi tổng diện tích gieo trồng trên toàn cầu đã vượt 404.000 ha. "Tôi dự đoán việc xây dựng nhà kính thông minh sẽ tăng gấp đôi trong thập kỷ tới, hoàn thành việc chuyển đổi cách thức con người sản xuất trái cây và rau củ hàng hóa. Thay vì thay đổi cấu trúc di truyền của cây trồng để chúng có khả năng phát triển trong môi trường khắc nghiệt, chúng tôi thay đổi môi trường để cung cấp điều kiện sinh trưởng tốt nhất cho cây trồng" - Tim Madden, chủ tịch công ty BiodynamicsCEA, cho biết.
Mô hình nông trại thẳng đứngNông trại thẳng đứng – mô hình chủ chốt trong cuộc cách mạng nông nghiệp đô thị - là một quá trình kiểm soát không gian và ánh sáng để tăng sản lượng cây trồng. Mô hình này cho phép tận dụng mọi khoảng không gian trong các tòa nhà để trồng trọt.
Với mô hình nông trại thẳng đứng, "nhà nông thành thị" có thể thiết kế khu vườn của mình thành nhiều tầng và trang bị thêm cho nó nguồn ánh sáng nhân tạo. Điều họ cần lưu ý là những khu vườn kiểu này cần được bao phủ bởi ánh sáng, vì hệ thống chiếu sáng tốt sẽ có lợi cho từng giai đoạn sinh trưởng của cây trồng. Theo đó, nhà nông để cây trồng tiếp xúc với ánh sáng càng nhiều, sản lượng thu hoạch càng cao.
"Công nghệ nông trại thẳng đứng giúp nhà nông tiết kiệm không gian trồng trọt, cắt giảm chi phí năng lượng và nâng cao năng suất cây trồng", James Haas, Giám đốc điều hành Greengro Technologies - công ty cung cấp công nghệ trồng trọt thân thiện với môi trường tại Mỹ, cho biết.
