Sachin G. Chavan (1,2,*) , Zhong-Hua Chen (1,3), Oula Ghannoum (1) , Christopher I. Cazzonelli (1) dan David T. Tisu 1,2)
1. Pusat Tanaman Dilindungi Sayuran Kebangsaan, Institut Hawkesbury untuk Alam Sekitar, Sydney Barat
Universiti, Beg Berkunci 1797, Penrith, NSW 2751, Australia; 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. Pusat Global untuk Inovasi Berasaskan Tanah, Kampus Hawkesbury, Universiti Sydney Barat,
Richmond, NSW 2753, Australia
3. Pusat Pengajian Sains, Universiti Sydney Barat, Penrith, NSW 2751, Australia
* Surat-menyurat: s.chavan@westernsydney.edu.au; Tel.: +61-2-4570-1913
Abstrak: Tanaman terlindung menawarkan cara untuk meningkatkan pengeluaran makanan dalam menghadapi perubahan iklim
dan menyampaikan makanan sihat secara mampan dengan sumber yang lebih sedikit. Walau bagaimanapun, untuk membuat cara pertanian ini
berdaya maju dari segi ekonomi, kita perlu mempertimbangkan status tanaman dilindungi dalam konteks yang ada
teknologi dan tanaman hortikultur sasaran yang sepadan. Kajian ini menggariskan peluang sedia ada
dan cabaran yang mesti ditangani oleh penyelidikan dan inovasi yang berterusan dalam tetapi menarik ini
bidang kompleks di Australia. Kemudahan ladang dalaman secara amnya dikategorikan kepada tiga berikut
tahap kemajuan teknologi: teknologi rendah, sederhana dan tinggi dengan cabaran yang sepadan
yang memerlukan penyelesaian yang inovatif. Tambahan pula, had ke atas pertumbuhan tumbuhan dalaman dan dilindungi
sistem tanaman (cth, kos tenaga yang tinggi) telah mengehadkan penggunaan pertanian dalaman secara relatif
sedikit, tanaman bernilai tinggi. Oleh itu, kita perlu membangunkan kultivar tanaman baharu yang sesuai untuk pertanian dalaman
yang mungkin berbeza daripada yang diperlukan untuk pengeluaran lapangan terbuka. Di samping itu, tanaman dilindungi
memerlukan kos permulaan yang tinggi, buruh mahir yang mahal, penggunaan tenaga yang tinggi, dan perosak yang ketara
dan pengurusan penyakit dan kawalan kualiti. Secara keseluruhan, tanaman dilindungi menawarkan penyelesaian yang menjanjikan
untuk keselamatan makanan, sambil mengurangkan jejak karbon pengeluaran makanan. Walau bagaimanapun, untuk dalaman
pengeluaran tanaman mempunyai kesan positif yang besar terhadap keselamatan makanan dan pemakanan global
keselamatan, pengeluaran ekonomi pelbagai tanaman akan menjadi penting.
kata kunci: tanaman dilindungi; ladang menegak; budaya tanpa tanah; prestasi tanaman; pertanian dalaman;
keselamatan makanan; kelestarian sumber
1. Pengenalan
Populasi global dijangka mencecah hampir 10 bilion pada tahun 2050, dengan majoriti pertumbuhan diramalkan berlaku di pusat bandar besar di seluruh dunia [1,2]. Apabila populasi bertambah, pengeluaran makanan mesti meningkat dan memenuhi keperluan pemakanan dan kesihatan sambil pada masa yang sama mencapai Matlamat Pembangunan Lestari Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu (UN SDGs) [3,4]. Kemerosotan tanah pertanian dan kesan buruk perubahan iklim terhadap pertanian menimbulkan cabaran tambahan yang memaksa inovasi dalam sistem pengeluaran makanan masa depan untuk memenuhi permintaan yang semakin meningkat dalam beberapa dekad akan datang. Sebagai contoh, ladang Australia kerap terdedah kepada kebolehubahan iklim dan terdedah kepada kesan perubahan iklim jangka panjang. Kemarau baru-baru ini di seluruh timur Australia pada 2018–19 dan 2019–20 memberi kesan buruk kepada perniagaan ladang, sekali gus menambah kesan perubahan iklim yang muncul ke atas pertanian Australia [5].
Tanaman terlindung, juga dikenali sebagai pertanian dalaman [6]—bermula daripada politerowong berteknologi rendah kepada berteknologi sederhana, rumah hijau sebahagiannya dikawal alam sekitar, kepada rumah kaca 'pintar' berteknologi tinggi dan ladang dalaman—boleh membantu meningkatkan keselamatan makanan global pada ke-21 abad. Walau bagaimanapun, walaupun visi metropolis lestari sendiri menarik sebagai cara untuk menangani cabaran kontemporari, pengambilan pertanian dalaman tidak sepadan dengan
keterujaan dan keyakinan para penyokongnya. Tanaman terlindung dan pertanian dalaman melibatkan penggunaan teknologi dan automasi yang lebih besar untuk mengoptimumkan penggunaan tanah, sekali gus menawarkan penyelesaian yang menarik untuk meningkatkan pengeluaran makanan masa hadapan [7]. Di seluruh dunia, pembangunan pertanian bandar [8,9] sering berlaku selepas krisis kronik dan/atau akut, seperti had cahaya dan ruang di Belanda; kejatuhan industri permotoran di Detroit; kejatuhan pasaran hartanah di Pantai Timur AS; dan sekatan krisis peluru berpandu Cuba. Lain-lain
dorongan telah datang dalam bentuk pasaran yang tersedia, iaitu, tanaman dilindungi berkembang biak di Sepanyol [10] kerana akses mudah negara ke pasaran Eropah Utara. Bersama-sama dengan cabaran sedia ada, pandemik COVID-19 yang berterusan boleh memberikan dorongan yang diperlukan untuk mengubah pertanian bandar [11].
Sekiranya pertanian bandar memainkan peranan penting dalam meningkatkan keselamatan makanan dan pemakanan manusia, ia perlu dipertingkatkan secara global supaya ia mempunyai kapasiti untuk mengembangkan rangkaian produk yang luas dengan cara yang lebih tenaga, sumber dan kos yang cekap daripada pada masa ini mungkin. Peluang besar wujud untuk meningkatkan produktiviti dan kualiti tanaman dengan memadankan kemajuan dalam kawalan alam sekitar, pengurusan perosak, fenomik dan automasi
dengan usaha pembiakan menyasarkan ciri-ciri yang meningkatkan seni bina tumbuhan, kualiti tanaman (rasa dan pemakanan) dan hasil. Lebih banyak kepelbagaian tanaman semasa dan baru muncul berbanding jenis tanaman tradisional, serta tumbuhan ubatan, boleh ditanam di ladang terkawal alam sekitar [12,13].
Keperluan segera untuk meningkatkan keselamatan makanan bandar dan mengurangkan jejak karbon makanan boleh ditangani dengan inovasi dalam sektor pertanian makanan, seperti tanaman dilindungi dan pertanian dalaman menegak. Ini terdiri daripada terowong poli berteknologi rendah dengan kawalan alam sekitar yang minimum, rumah hijau berteknologi sederhana, sebahagiannya dikawal alam sekitar kepada rumah kaca berteknologi tinggi dan kemudahan pertanian menegak dengan teknologi terkini. Tanaman terlindung adalah sektor pengeluaran makanan yang paling pesat berkembang di Australia, dari segi skala pengeluaran dan kesan ekonomi [12]. Industri tanaman terlindung Australia terdiri daripada kemudahan berteknologi tinggi (17%), rumah kaca (20%) dan sistem pengeluaran tanaman berasaskan hidroponik/substrat (52%), yang menunjukkan keperluan dan peluang untuk membangunkan sektor agrimakanan. Dalam semakan ini, kami membincangkan status tanaman dilindungi dalam konteks teknologi yang tersedia dan tanaman hortikultur sasaran yang sepadan, menggariskan peluang dan cabaran yang perlu ditangani oleh penyelidikan berterusan di Australia.
2. Teknik dan Teknologi Semasa dalam Tanaman Terlindung
Pada tahun 2019, jumlah keluasan tanah yang dikhaskan untuk tanaman dilindungi—yang, secara amnya, melibatkan
menanam tanaman di bawah semua jenis penutupan-dianggarkan seluas 5,630,000 hektar (ha) di seluruh dunia [14]. Jumlah kawasan sayur-sayuran dan herba yang ditanam di rumah hijau (struktur kekal) telah dianggarkan kira-kira 500,000 ha di seluruh dunia, dengan 10% daripada tanaman ini ditanam di rumah kaca dan 90% di rumah hijau plastik [15,16]. Kawasan rumah hijau Australia dianggarkan sekitar 1300 ha, dengan rumah hijau berteknologi tinggi (sekitar 14 perniagaan individu, masing-masing menduduki kurang daripada 5 ha) menyumbang 17% daripada kawasan ini, dan rumah hijau berteknologi rendah/berteknologi sederhana menyumbang 83% [17]. ]. Di peringkat global, rumah hijau plastik dan rumah kaca merupakan sekitar 80% dan 20%, masing-masing, daripada jumlah rumah hijau yang dihasilkan [16].
Tanaman terlindung ialah sektor pengeluaran makanan yang paling pesat berkembang di Australia, bernilai kira-kira $1.5 bilion setahun di pintu ladang pada 2017. Dianggarkan sekitar 30% daripada semua petani Australia menanam tanaman dalam beberapa bentuk sistem tanaman terlindung, dan bahawa tanaman yang ditanam di bawah perlindungan merangkumi sekitar 20% daripada jumlah nilai pengeluaran sayuran dan bunga [18]. Di Australia, anggaran kawasan pengeluaran sayur-sayuran rumah hijau adalah tertinggi untuk Australia Selatan (580 ha), diikuti oleh New South Wales (500 ha) dan Victoria (200 ha), manakala Queensland, Australia Barat dan Tasmania menyumbang <50 ha setiap satu [17]. ].
Berdasarkan Buku Panduan Statistik Hortikultur Australia (2014–2015) dan perbincangan dengan industri, nilai kasar pengeluaran (GVP) buah-buahan, sayur-sayuran dan bunga dianggarkan untuk tahun 2017. Antara sistem penanaman yang digunakan, tanaman yang ditanam secara hidroponik/substrat- sistem pengeluaran berasaskan (52%) dinilai paling tinggi, diikuti oleh yang ditanam di bawah sistem fertigasi tanah (35%), dengan gabungan fertigasi tanah dan sistem berasaskan hidroponik/substrat (11%), dan menggunakan hidroponik/nutrien. teknik filem (NFT) (2%) (Rajah 1A). Begitu juga, antara jenis perlindungan, tanaman yang ditanam di bawah penutup poli/kaca (63%) mempunyai GVP tertinggi, diikuti oleh yang ditanam di bawah penutup poli (23%), hujan batu/tudung teduh (8%) dan gabungan poli/ hujan batu/teduhan meliputi (6%) (Rajah 1B) [17]. Di Australia, statistik untuk GVP produk hortikultur rumah hijau tertentu tidak tersedia [15].
Rajah 1. Jumlah pengeluaran nilai kasar (GVP) tanaman di bawah tanaman dilindungi (2017) oleh sistem penanaman (A) dan perlindungan (B). Pengeluaran berasaskan hidroponik/substrat melibatkan pertumbuhan tumbuhan tanpa tanah menggunakan medium lengai seperti rockwool. Pengeluaran berasaskan tanah/fertigat melibatkan pertumbuhan tumbuhan menggunakan tanah dengan fertigasi (gabungan penggunaan baja dan air). Teknik filem hidroponik/nutrien (NFT) memerlukan pengaliran aliran air cetek yang mengandungi nutrien terlarut yang merentasi akar tumbuhan dalam saluran kedap air. 'Poly' merujuk kepada polikarbonat.
Penutup hujan batu/teduh, biasanya daripada jaringan atau kain, melindungi tanaman daripada hujan batu dan menghalang sebahagian daripada cahaya yang berlebihan. $ merujuk kepada AUD.
Antara kemudahan persekitaran terkawal di Amerika Syarikat, rumah hijau kaca atau polikarbonat (poli) (47%) adalah lebih biasa daripada ladang menegak tertutup (30%), rumah gelung plastik berteknologi rendah (12%), ladang kontena (7% ) dan sistem kultur air dalam dalam (4%). Di antara sistem penanaman, hidroponik (49%) adalah lebih biasa daripada sistem berasaskan tanah (24%), akuaponik (15%), aeroponik (6%) dan sistem hibrid (aeroponik, hidroponik, tanah) (6%) [19,20].
Australia mempunyai sangat sedikit ladang menegak maju, sebahagian besarnya disebabkan oleh fakta bahawa ia mempunyai beberapa bandar berpenduduk padat. Walau bagaimanapun, Australia mempunyai kira-kira 1000 hektar kawasan rumah hijau [16,17] dan eksport sayur-sayuran dan buah-buahan segar meningkat dengan ketara dari 2006 hingga 2016 untuk Australia [16] dengan peningkatan tanaman bawah penutup. Walaupun Australia telah membuat permulaan yang baik dalam pertanian dalaman dan sektor ini mempunyai potensi pertumbuhan yang besar, ia memerlukan masa untuk matang dan pembangunan selanjutnya untuk menjadi pemain utama pada skala global. Pada masa ini, kemudahan ladang dalaman yang berorientasikan komersial boleh dikategorikan kepada tiga tahap kemajuan teknologi berikut: berteknologi rendah, sederhana dan tinggi. Setiap satu dibincangkan dengan lebih terperinci dalam bahagian berikut.
2.1. Teknologi Baharu untuk Poli-Terowong Berteknologi Rendah
Kemudahan rumah hijau berteknologi rendah yang menyumbang paling banyak kepada tanaman terlindung mempunyai beberapa batasan yang memerlukan penyelesaian teknologi untuk membantu dalam peralihan mereka kepada kemudahan berteknologi sederhana atau tinggi yang menguntungkan yang menghasilkan tanaman berkualiti tinggi dengan sumber yang minimum. Politerowong berteknologi rendah menyumbang 80–90% daripada pengeluaran tanaman rumah hijau di seluruh dunia [20] dan di Australia [17]. Memandangkan sebahagian besar politerowong berteknologi rendah dalam tanaman terlindung dan tahap iklim, fertigasi dan kawalan perosak yang rendah, adalah penting untuk menangani cabaran yang berkaitan untuk meningkatkan pengeluaran dan pulangan ekonomi kepada penanam.
Tahap berteknologi rendah merangkumi pelbagai jenis terowong poli yang boleh terdiri daripada struktur logam sementara dengan penutup plastik kepada struktur yang dibina khas. Secara amnya, ia tidak dikawal di luar keupayaan untuk mengangkat penutup plastik apabila ia menjadi terlalu panas atau mendung di luar. Penutup plastik ini melindungi tanaman daripada hujan batu, hujan dan cuaca sejuk dan memanjangkan musim penanaman sedikit sebanyak. Struktur murah ini menawarkan a
pulangan yang berdaya maju untuk pelaburan dalam tanaman sayur-sayuran seperti salad, kekacang, tomato, timun, kubis dan zucchini. Penanaman dalam terowong poli ini dilakukan di dalam tanah, manakala operasi yang lebih maju boleh menggunakan pasu besar dan pengairan titisan untuk tomato, beri biru, terung atau lada. Walau bagaimanapun, walaupun tanaman dilindungi berteknologi rendah masuk akal untuk penanam kecil, teknik sedemikian mengalami beberapa kelemahan. Kekurangan kawalan alam sekitar mereka menjejaskan ketekalan saiz dan kualiti produk dan oleh itu berkurangan
akses pasaran produk ini untuk pelanggan yang menuntut seperti pasar raya dan restoran. Memandangkan tanaman itu biasanya ditanam di dalam tanah, petani ini juga berhadapan dengan pelbagai perosak dan penyakit bawaan tanah (cth, serangan nematod yang berterusan). Rakan kongsi industri dan penyelidikan memerlukan inovasi dalam menyediakan penyelesaian merentas reka bentuk kemudahan dan sistem pengurusan tanaman serta sistem perdagangan pintar untuk mengeksport hasil
dan mengekalkan rantaian bekalan yang berterusan. Insentif dan sokongan daripada badan pembiayaan dan inovasi teknologi (cth, kawalan biologi, automasi separa dalam pengairan dan kawalan suhu) daripada universiti dan syarikat boleh membantu penanam beralih kepada sistem tanaman berteknologi yang lebih maju.
2.2. Menaik taraf Rumah Hijau Berteknologi Sederhana dengan Inovasi dan Teknologi Baharu
Tanaman terlindung berteknologi sederhana ialah kategori luas yang merangkumi rumah hijau dan rumah kaca persekitaran terkawal. Bahagian sektor tanaman terlindung ini memerlukan peningkatan teknologi yang ketara jika ia ingin bersaing dengan pengeluaran makanan berskala besar di ladang yang menggunakan terowong poli berteknologi rendah dan hasil berkualiti tinggi daripada rumah hijau berteknologi tinggi. Kawalan alam sekitar di rumah hijau berteknologi sederhana biasanya separa atau intensif dan suhu sesetengah rumah hijau boleh dikawal dengan membuka bumbung secara manual, manakala
kemudahan yang lebih maju mempunyai unit penyejukan dan pemanasan. Penggunaan panel solar dan filem pintar sedang disiasat untuk mengurangkan kos tenaga dan jejak karbon di rumah hijau berteknologi sederhana [21-23].
Walaupun banyak rumah hijau masih diperbuat daripada PVC atau pelapisan kaca, filem pintar boleh digunakan pada struktur ini atau boleh dimasukkan ke dalam reka bentuk rumah hijau untuk meningkatkan kecekapan tenaga. Umumnya, rumah hijau mewah menggunakan media tanam seperti blok Rockwool dengan resit baja cecair yang ditentukur dengan teliti pada peringkat pertumbuhan yang berbeza untuk memaksimumkan hasil tanaman. Pembajaan CO2 kadangkala digunakan dalam rumah hijau berteknologi sederhana untuk meningkatkan hasil dan kualiti. Sektor tanaman terlindung berteknologi sederhana akan mendapat manfaat daripada perkongsian industri-universiti untuk menjana penyelesaian saintifik dan teknologi termaju, termasuk genotip tanaman baharu dengan hasil dan kualiti tinggi, pengurusan perosak bersepadu, fertigasi automatik sepenuhnya dan kawalan iklim rumah hijau, dan bantuan robot dalam pengurusan tanaman dan menuai.
2.3. Inovasi Sains dan Teknologi untuk Rumah Hijau Berteknologi Tinggi
Rumah kaca berteknologi tinggi boleh menggabungkan kemajuan teknologi terkini dalam fisiologi tanaman, fertigasi, kitar semula dan pencahayaan. Dalam rumah hijau komersial berskala besar, contohnya, teknologi 'kaca pintar', sistem fotovoltaik solar (PV) dan pencahayaan tambahan, seperti panel LED, boleh digunakan untuk meningkatkan kualiti dan hasil tanaman. Pengeluar juga semakin mengautomasikan kawasan kritikal dan/atau intensif buruh seperti pemantauan tanaman, pendebungaan dan penuaian.
Pembangunan kecerdasan buatan (AI) dan pembelajaran mesin (MI) telah membuka dimensi baharu untuk rumah hijau berteknologi tinggi [24–28]. AI ialah satu set peraturan yang dikodkan komputer dan model statistik yang dilatih untuk membezakan corak dalam data besar dan melaksanakan tugas yang biasanya dikaitkan dengan kecerdasan manusia. AI yang digunakan dalam pengecaman imej sedang digunakan untuk memantau kesihatan tanaman dan mengenali tanda-tanda penyakit, membolehkan keputusan yang lebih cepat dan bermaklumat untuk pengurusan tanaman dan penuaian—yang, pada masa kini, boleh dicapai
dengan senjata robot dan bukannya kerja manusia. Internet-of-Things (IoT) menawarkan penyelesaian untuk automasi yang boleh disesuaikan khusus untuk aplikasi rumah hijau [29]. Oleh itu, AI dan IoT boleh menyumbang secara signifikan dalam bidang pertanian moden dengan mengawal dan mengautomasikan aktiviti pertanian [30].
Penyelidikan dan pembangunan dalam bidang robot pertanian telah berkembang dengan ketara dalam dekad yang lalu [31-33]. Sistem penuaian tanaman autonomi untuk capsicum yang mendekati daya maju komersial telah ditunjukkan dengan kadar kejayaan penuaian sebanyak 76.5% [31] di Australia. Prototaip robot untuk menyahdaun tumbuhan tomato, menuai capsicum (lada benggala) dan pendebungaan tanaman tomato [34,35] telah dibangunkan di Eropah dan Israel, dan boleh dikomersialkan dalam masa terdekat.
Selain itu, sistem perisian pengurusan buruh untuk rumah hijau berteknologi tinggi berskala besar akan mengoptimumkan kecekapan pekerja dengan ketara, meningkatkan prospek ekonomi perniagaan ini. Revolusi IT dan kejuruteraan akan terus memperkasakan tanaman terlindung dan pertanian dalaman, membolehkan penanam memantau dan menguruskan tanaman mereka daripada komputer dan peranti mudah alih, malah boleh digunakan untuk membuat pertanian kritikal dan
keputusan pasaran. Rumah hijau berteknologi tinggi mempunyai potensi tertinggi untuk memanfaatkan sektor tanaman yang dilindungi Australia, justeru penyelidikan dan inovasi yang berterusan ke dalam kemudahan ini berkemungkinan besar akan diterjemahkan kepada masa dan wang yang dilaburkan dengan baik.
2.4. Membangunkan Ladang Menegak untuk Keperluan Masa Depan
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, perkembangan pesat dalam 'perladangan menegak' tertutup di seluruh dunia telah disaksikan, terutamanya di negara-negara yang mempunyai populasi yang besar dan tanah yang tidak mencukupi [36,37]. Pertanian menegak mewakili nilai USD 6 bilion tetapi kekal sebagai sebahagian kecil daripada pasaran pertanian global berjuta-trilion dolar [38]. Terdapat pelbagai lelaran pertanian menegak tetapi kesemuanya menggunakan rak penanaman tanpa tanah atau hidroponik yang disusun secara menegak dalam persekitaran tertutup dan terkawal sepenuhnya, yang membolehkan tahap automasi, kawalan dan konsistensi yang tinggi [39]. Walau bagaimanapun, pertanian menegak kekal terhad kepada tanaman bernilai tinggi dan kitaran hayat pendek kerana kos tenaga yang tinggi walaupun menawarkan produktiviti yang tiada tandingan bagi setiap meter persegi dan tahap kecekapan air dan nutrien yang tinggi.
Dimensi teknologi pertanian menegak—dan khususnya, kemunculan rumah kaca 'pintar'—kemungkinan menarik penanam yang berminat untuk bekerja dengan komputer baru muncul dan teknologi data besar seperti AI dan Internet of Things (IoT) [40]. Pada masa ini, semua bentuk pertanian dalaman adalah intensif tenaga dan buruh, walaupun terdapat skop untuk kemajuan besar dalam kedua-dua teknologi automasi dan kecekapan tenaga. Sudah, bentuk pertanian dalaman yang paling maju membekalkan tenaga mereka sendiri di tapak dan bebas daripada grid utiliti am. Taman atas bumbung boleh terdiri daripada reka bentuk ringkas di atas bangunan bandar kepada perusahaan atas bumbung korporat di bangunan perbandaran di New York dan Paris. Pertanian menegak dalaman mempunyai masa depan yang cerah, terutamanya selepas pandemik COVID-19 dan berada pada kedudukan yang baik untuk meningkatkan bahagiannya dalam pasaran makanan global, disebabkan oleh
sistem pengeluaran yang sangat cekap, pengurangan dalam rantaian bekalan dan kos logistik, potensi untuk automasi (meminimumkan pengendalian) dan akses mudah kepada buruh dan pengguna.
3. Tanaman Sasaran dalam Tanaman Terlindung
Pada masa ini, tanaman yang sesuai untuk pertanian dalaman adalah terhad bilangannya disebabkan oleh had tanaman untuk pertumbuhan dalaman serta had tanaman yang dilindungi seperti kos tenaga yang tinggi (untuk pencahayaan, pemanasan, penyejukan dan menjalankan pelbagai sistem automatik) yang membolehkan tanaman bernilai tinggi tertentu [ 41–43]. Walau bagaimanapun, pengeluaran ekonomi bagi pelbagai jenis tanaman yang boleh dimakan adalah penting jika tanaman terlindung mempunyai kesan yang ketara terhadap
keselamatan makanan global [12,13,44]. Kultivar tanaman untuk penanaman sayur-sayuran yang dilindungi berbeza dengan ketara daripada pengeluaran tanah terbuka yang dibiakkan untuk toleransi pelbagai keadaan persekitaran, yang tidak semestinya diperlukan dalam penanaman terlindung. Pembangunan kultivar yang sesuai akan memerlukan pengoptimuman beberapa ciri (seperti pendebungaan sendiri, pertumbuhan tidak tentu, akar teguh) yang berbeza daripada ciri yang dilihat sebagai
wajar dalam tanaman luar (Rajah 2) (Diguna pakai daripada [13]).
Rajah 2. Ciri-ciri yang diingini untuk tanaman berbuah yang ditanam di dalam rumah dalam keadaan persekitaran terkawal berbanding dengan tanaman yang ditanam di luar dalam keadaan ladang.
Pada masa ini, buah-buahan dan sayur-sayuran yang paling sesuai untuk pertanian dalaman termasuk:
• Mereka yang tumbuh pada pokok anggur atau semak (tomato, strawberi, raspberi, beri biru, timun, capsicum, anggur, buah kiwi);
• Tanaman pakar bernilai tinggi (hop, vanila, kunyit, kopi);
• Tanaman perubatan dan kosmetik (rumpai laut, Echinacea);
• Pokok-pokok kecil (ceri, coklat, mangga, badam) adalah pilihan lain yang berdaya maju [13].
Dalam bahagian berikut, kita membincangkan tanaman sedia ada semasa dan pembangunan kultivar baharu untuk pertanian dalaman dengan lebih terperinci.
3.1. Tanaman Sedia Ada Ditanam dalam Kemudahan Rendah, Sederhana dan Berteknologi Tinggi
Sistem tanaman terlindung berteknologi rendah dan sederhana menghasilkan terutamanya tomato, timun, zucchini, capsicum, terung, salad, sayur-sayuran Asia dan herba. Dari segi keluasan, kuantiti buah yang dihasilkan dan bilangan perniagaan, tomato merupakan tanaman sayuran hortikultur terpenting yang dihasilkan di rumah hijau, diikuti dengan capsicum dan salad [15,45].
Di Australia, pembangunan kemudahan persekitaran terkawal berskala besar telah dihadkan terutamanya kepada yang dibina untuk menanam tomato [15]. Anggaran GVP buah-buahan, sayur-sayuran dan bunga untuk 2017, di ladang dan di kemudahan tanaman terlindung, menunjukkan penguasaan tomato dalam sektor tanaman terlindung Australia.
Anggaran keseluruhan GVP bagi tahun 2017 berkenaan dengan pengeluaran ladang dan penutup bawah tanaman hortikultur adalah tertinggi bagi tomato (24%), diikuti oleh strawberi (17%), buah-buahan musim panas (13%), bunga (9%), beri biru (7%), timun (7%) dan capsicum (6%), dengan sayur-sayuran Asia, herba, terung, ceri dan beri masing-masing menyumbang kurang daripada 6% (Rajah 3A).
Rajah 3. Anggaran nilai kasar pengeluaran (GVP) untuk keseluruhan gabungan ladang dan pengeluaran sayur-sayuran tanaman dilindungi (A) dan GVP yang dikira bagi tanaman yang ditanam di bawah tanaman terlindung pada tahun 2017 (B) untuk Australia.
Antaranya, GVP tanaman yang ditanam dalam sistem tanaman terlindung adalah tertinggi untuk tomato (40%), yang mendahului margin yang ketara berbanding tanaman lain termasuk bunga (11%), strawberi (10%), buah-buahan musim panas (8%). ) dan beri (8%), dengan setiap tanaman yang tinggal menyumbang kurang daripada 5% (Rajah 3B). Walau bagaimanapun, pasaran domestik Australia telah tepu oleh tomato rumah hijau, yang meninggalkan industri tanaman yang dilindungi
dengan dua pilihan berikut: meningkatkan jualan tanaman ini di pasaran antarabangsa; dan/atau untuk menggalakkan beberapa penanam rumah hijau sedia ada negara untuk beralih kepada pengeluaran tanaman lain yang bernilai tinggi. Peratusan tanaman individu yang ditanam di bawah perlindungan adalah tertinggi untuk beri (85%) dan tomato (80%), diikuti oleh bunga (60%), timun (50%), ceri dan sayur-sayuran Asia (setiap 40%), strawberi dan musim panas.
buah-buahan (setiap 30%), blueberry dan herba (setiap 25%), dan akhirnya, capsicum dan terung, pada 20% setiap satu [17]. Pada masa ini, pertanian dalaman intensif tenaga dan buruh adalah terhad kepada tanaman bernilai tinggi yang boleh dihasilkan dalam jangka pendek dengan input tenaga yang rendah [46,47]
Dalam 'kilang' tumbuhan, tanaman utama yang ditanam pada masa ini adalah sayur-sayuran berdaun dan herba, kerana tempoh pertumbuhan tanaman ini pendek (kerana buah-buahan dan biji benih tidak diperlukan) dan nilai tinggi [7], fakta bahawa tanaman tersebut memerlukan cahaya yang agak kurang. untuk fotosintesis [48] dan kerana kebanyakan biojisim tumbuhan yang dihasilkan boleh dituai [46,49]. Terdapat potensi besar untuk meningkatkan hasil dan kualiti tanaman yang ditanam di ladang bandar [12].
3.2. Tinjauan Industri: Di manakah terletaknya Minat Peserta?
Pengenalpastian topik penyelidikan utama adalah penting untuk meningkatkan kecekapan penyelidikan yang dibiayai oleh awam dan swasta untuk masa depan tanaman yang dilindungi. Sebagai contoh, Pusat Penyelidikan Koperasi Sistem Makanan Masa Depan (FFSCRC), yang dimulakan oleh Persatuan Peladang New South Wales (Peladang NSW), Universiti New South Wales (UNSW) dan Inovasi Makanan Australia Ltd. (FIAL), terdiri daripada konsortium lebih daripada 60 pengasas
industri, kerajaan dan peserta penyelidikan. Program penyelidikan dan keupayaannya bertujuan untuk menyokong peserta dalam mengoptimumkan produktiviti sistem makanan serantau dan pinggir bandar, membawa produk baharu daripada prototaip ke pasaran dan melaksanakan rantaian bekalan yang cepat dan dilindungi asal dari ladang ke pengguna. Untuk tujuan itu, FFSRC menyediakan persekitaran penyelidikan kolaboratif yang bertujuan untuk menambah baik tanaman dilindungi untuk meningkatkan kapasiti kami untuk mengeksport hasil hortikultur berkualiti tinggi dan membantu Australia menjadi peneraju dalam sains dan teknologi untuk sektor tanaman dilindungi.
Para peserta telah ditinjau untuk mengenal pasti tanaman sasaran untuk pertanian dalaman. Antara peserta yang mengenal pasti tanaman sasaran, minat terhadap sayur-sayuran segar (29%) adalah paling besar, diikuti oleh minat terhadap tanaman buah-buahan (22%); ganja perubatan, herba perubatan lain dan tanaman khusus (13%); spesies asli/asli (10%); cendawan/kulat (10%); dan sayur-sayuran berdaun (3%) (Rajah 4).
Rajah 4. Klasifikasi tanaman yang dihasilkan pada masa ini oleh peserta FFSCRC dalam kemudahan tanaman yang dilindungi dan oleh itu, kemungkinan minat peserta untuk mencari penyelesaian untuk menanam tanaman ini secara lebih produktif di bawah perlindungan.
Tinjauan itu berdasarkan maklumat tentang peserta yang tersedia dalam talian; memperoleh maklumat yang lebih terperinci akan menjadi penting untuk memahami dan memenuhi keperluan khusus peserta.
3.3. Membiak Kultivar Baru untuk Kemudahan Persekitaran Terkawal
Teknologi pembiakan yang tersedia untuk penambahbaikan tumbuhan sayur-sayuran dan tanaman lain sedang berkembang pesat [50]. Dalam tanaman dilindungi, sektor ekonomi yang dinamik dengan perubahan pesat dalam trend pasaran dan pilihan pengguna, memilih kultivar yang betul adalah kritikal [44,51]. Terdapat banyak kajian yang menilai menyesuaikan tanaman bernilai tinggi seperti tomato dan terung untuk pengeluaran rumah hijau [52,53]. Teknologi pembiakan baharu [50] telah memudahkan pembangunan kultivar baharu dengan ciri yang diingini, dan beberapa syarikat telah mula mereka bentuk tumbuhan untuk pertumbuhan dalam persekitaran terkawal di bawah lampu LED [20]. Walau bagaimanapun, kultivar telah dibiakkan kebanyakannya untuk memaksimumkan hasil di bawah keadaan ladang yang sangat berubah-ubah [46]. Ciri-ciri tanaman seperti bertolak ansur kepada kemarau, panas dan fros—yang diingini dalam tanaman yang ditanam di ladang tetapi biasanya membawa penalti hasil—biasanya tidak diperlukan dalam
pertanian dalaman.
Ciri-ciri utama yang boleh disasarkan untuk menyesuaikan tanaman bernilai tinggi kepada pertanian dalaman termasuk kitaran hayat yang pendek, berbunga berterusan, nisbah akar-ke-pucuk yang rendah, prestasi yang lebih baik di bawah input tenaga fotosintetik yang rendah, dan ciri pengguna yang diingini termasuk rasa, warna, tekstur dan kandungan nutrien tertentu [12,13]. Selain itu, pembiakan khusus untuk kualiti yang lebih tinggi akan menghasilkan produk yang sangat diingini dengan nilai pasaran yang tinggi. Spektrum cahaya, suhu, kelembapan dan bekalan nutrien boleh diuruskan untuk mengubah pengumpulan sebatian sasaran dalam daun dan buah [54,55] dan meningkatkan nilai pemakanan tanaman, termasuk protein (kuantiti dan kualiti), vitamin A, C dan E, karotenoid, flavonoid, mineral, glikosida dan antosianin [12]. Sebagai contoh, mutasi yang berlaku secara semula jadi (dalam anggur) dan penyuntingan gen (dalam buah kiwi) telah digunakan untuk mengubah suai seni bina tumbuhan, yang akan berguna untuk penanaman dalaman di ruang terhad. Dalam kajian baru-baru ini, tumbuhan tomato dan ceri telah direka bentuk menggunakan CRISPR-Cas9 untuk menggabungkan tiga ciri yang diingini berikut: fenotip kerdil, tabiat pertumbuhan yang padat dan berbunga pramatang. Kesesuaian varieti tomato 'diedit' yang terhasil untuk digunakan dalam sistem pertanian dalaman telah disahkan menggunakan ujian ladang menegak lapangan dan komersial [56].
Kajian semula pembiakan molekul untuk mencipta tanaman yang dioptimumkan membincangkan nilai tambah produk pertanian dengan membangunkan tanaman pertanian dengan manfaat kesihatan dan sebagai ubat yang boleh dimakan [46]. Pendekatan utama untuk membangunkan tanaman pertanian dengan faedah kesihatan dikenal pasti sebagai pengumpulan kuantiti yang banyak nutrien intrinsik yang diingini atau pengurangan sebatian yang tidak diingini, dan pengumpulan sebatian berharga yang
biasanya tidak dihasilkan dalam tanaman.
4. Cabaran dan Peluang dalam Tanaman Terlindung dan Pertanian Dalaman
Kemudahan tanaman terlindung dan pertanian dalaman yang maju mempunyai kesan alam sekitar yang agak kecil. Walaupun menanam tanaman di bawah perlindungan adalah lebih intensif tenaga daripada banyak kaedah pertanian lain, keupayaan untuk mengurangkan kesan cuaca, memastikan kebolehkesanan dan menanam makanan berkualiti lebih baik menggalakkan penghantaran hasil berkualiti yang konsisten, menarik pulangan yang jauh melebihi kos pengeluaran tambahan [18]. Cabaran utama dalam penanaman dilindungi termasuk:
• Kos modal yang tinggi, disebabkan oleh harga tanah yang tinggi di kawasan dalam bandar dan pinggir bandar;
• Penggunaan tenaga yang tinggi;
• Permintaan untuk buruh mahir;
• Pengurusan penyakit tanpa kawalan kimia; dan
• Pembangunan indeks kualiti pemakanan—untuk menentukan dan mengesahkan aspek kualiti hasil—untuk tanaman yang ditanam di dalam rumah.
Dalam bahagian berikut, kita membincangkan beberapa cabaran dan peluang yang berkaitan dengan tanaman dilindungi.
4.1. Keadaan Optimum untuk Produktiviti Tinggi dan Penggunaan Sumber yang Cekap
Pemahaman yang lebih mendalam tentang keperluan tanaman pada peringkat pertumbuhan yang berbeza dan di bawah pelbagai keadaan cahaya adalah penting jika penanam ingin mengekalkan pengeluaran tanaman yang kos efektif dalam persekitaran terkawal. Pengurusan persekitaran rumah hijau yang cekap, termasuk unsur iklim dan pemakanannya, dan keadaan struktur serta mekanikal, boleh meningkatkan kualiti dan hasil buah dengan ketara [57]. Faktor persekitaran pertumbuhan boleh mempengaruhi pertumbuhan tumbuhan, kadar penyejatan dan kitaran fisiologi. Antara faktor iklim, sinaran suria adalah yang paling penting kerana fotosintesis memerlukan cahaya, dan hasil tanaman adalah berkadar terus dengan tahap cahaya matahari sehingga titik tepu cahaya untuk fotosintesis. Selalunya, kawalan alam sekitar yang tepat memerlukan perbelanjaan tenaga yang tinggi, mengurangkan keuntungan pertanian persekitaran terkawal. Tenaga yang diperlukan untuk pemanasan dan penyejukan rumah hijau kekal menjadi kebimbangan utama dan sasaran bagi mereka yang ingin mengurangkan kos tenaga [6]. Bahan kaca dan teknologi kaca inovatif seperti Smart Glass [58] menawarkan peluang yang menjanjikan untuk mengurangkan kos yang berkaitan dengan mengekalkan suhu rumah hijau dan mengawal pembolehubah persekitaran. Pada masa kini, teknologi kaca yang inovatif dan sistem penyejukan yang berkesan sedang digabungkan ke dalam tanaman terlindung dalam kemudahan rumah kaca. Bahan kaca mempunyai potensi untuk mengurangkan
penggunaan elektrik, dengan menyerap sinaran suria yang berlebihan dan mengalihkan tenaga cahaya untuk menjana elektrik menggunakan sel fotovoltaik [59,60].
Walau bagaimanapun, bahan penutup mempengaruhi iklim mikro rumah hijau [61,62] termasuk cahaya [63] dan oleh itu adalah penting untuk menilai kesan bahan kaca baru terhadap pertumbuhan dan fisiologi tumbuhan, penggunaan sumber, hasil tanaman dan kualiti dalam persekitaran di mana faktor seperti CO2, suhu, nutrien dan pengairan dikawal dengan rapi. Sebagai contoh, Fotovoltaik Organik (OPV) separa lutsinar berasaskan campuran poli teratur (3-hexylthiophene) (P3HT), dan fenil-C61-butyric acid metil ester (PCBM) telah diuji untuk menanam tanaman lada (Capsicum annuum). Di bawah naungan OPV, tanaman lada menghasilkan 20.2% lebih jisim buah dan tumbuhan berlorek adalah 21.8% lebih tinggi pada akhir musim tanam [64]. Dalam kajian lain, pengurangan PAR yang disebabkan oleh panel fotovoltaik fleksibel pada bumbung tidak menjejaskan hasil, morfologi tumbuhan, bilangan bunga setiap cawangan, warna buah, ketegasan dan pH [65].
Filem 'kaca pintar' ultra-rendah reflektif, Solar Gard™ ULR-80 [58], sedang diuji dalam pengeluaran rumah kaca. Matlamatnya adalah untuk merealisasikan potensi bahan kaca dengan penghantaran cahaya boleh laras dan mengurangkan kos tenaga tinggi yang berkaitan dengan operasi di kemudahan hortikultur rumah hijau berteknologi tinggi. Filem kaca pintar (SG) sedang digunakan pada kaca standard ruang rumah kaca individu dalam kemudahan menanam tanaman sayuran menggunakan penanaman menegak komersial dan amalan pengurusan [66,67]. Percubaan terung di bawah SG menunjukkan kecekapan tenaga dan fertigasi yang lebih tinggi [42], tetapi juga mengurangkan hasil terung, disebabkan oleh kadar pengguguran bunga dan/atau buah yang tinggi akibat daripada fotosintesis terhad cahaya [58]. Filem SG yang digunakan mungkin memerlukan pengubahsuaian untuk menjana keadaan cahaya yang optimum dan meminimumkan had cahaya untuk buah-buahan tenggelam karbon tinggi seperti terung.
Penggunaan bahan kaca penjimatan tenaga baru seperti kaca pintar memberikan peluang yang sangat baik untuk mengurangkan kos tenaga operasi rumah kaca dan mengoptimumkan keadaan cahaya untuk penanaman tanaman sasaran. Filem penutup pintar seperti filem pertanian pemancar cahaya bercahaya (LLEAF) mempunyai potensi untuk meningkatkan serta mengawal pertumbuhan vegetatif dan pembangunan pembiakan dalam penanaman dilindungi teknologi sederhana. LLEAF
panel boleh diuji pada pelbagai tanaman berbunga dan tidak berbunga untuk menentukan sama ada ia membantu meningkatkan pertumbuhan vegetatif dan pembiakan (dengan mengubah proses fisiologi yang menyokong pertumbuhan tumbuhan dan produktiviti dan kualiti tanaman).
4.2. Pengurusan Perosak dan Penyakit
Walaupun kemudahan tanaman terlindung terkawal boleh meminimumkan perosak dan penyakit, setelah diperkenalkan, ia amat sukar dan mahal untuk dikawal tanpa menggunakan bahan kimia sintetik toksik. Pertanian dalaman menegak membolehkan pemantauan rapi tanaman untuk tanda-tanda perosak atau penyakit, secara manual dan/atau secara automatik (menggunakan teknologi penderiaan) dan mengguna pakai teknologi robotik dan/atau prosedur penderiaan jauh akan memudahkan.
pengesanan awal wabak dan penyingkiran tumbuhan berpenyakit dan/atau terserang [7].
Kaedah pengurusan perosak bersepadu (IPM) baru [68] akan diperlukan untuk pengurusan perosak yang berkesan di rumah hijau. Strategi pengurusan yang sesuai (budaya, fizikal, mekanikal, biologi dan kimia), bersama-sama dengan amalan budaya yang baik, teknik pemantauan lanjutan dan pengenalan yang tepat boleh meningkatkan pengeluaran sayur-sayuran sambil meminimumkan pergantungan pada aplikasi racun perosak. Pendekatan bersepadu untuk pengurusan penyakit melibatkan penggunaan kultivar tahan, sanitasi, amalan budaya yang baik dan penggunaan racun perosak yang sesuai [44]. Pembangunan strategi baru IPM boleh meminimumkan kos buruh dan keperluan untuk menggunakan racun perosak kimia. Ambil, sebagai contoh, penggunaan pepijat baharu yang diternak secara komersil dan bermanfaat secara semula jadi (cth, aphids midge, lacewing hijau, dsb.) untuk menguruskan perosak tanaman dan mengurangkan pergantungan pada kawalan kimia. Menguji pelbagai IPM baharu
strategi, secara berasingan dan gabungan, akan membantu dalam membangunkan cadangan khusus tanaman dan kemudahan untuk penanam.
4.3. Kualiti Tanaman dan Nilai Pemakanan
Tanaman terlindung menyediakan penanam dan rakan kongsi industri dengan hasil yang tinggi dan hasil yang berkualiti tinggi sepanjang tahun [69]. Menanam buah-buahan dan sayur-sayuran premium, walau bagaimanapun, memerlukan ujian pemprosesan tinggi bagi parameter pemakanan dan kualiti [70]. Parameter kualiti buah asas termasuk kandungan lembapan, pH, jumlah pepejal larut, abu, warna buah, asid askorbik dan keasidan boleh titrasi, dan parameter pemakanan lanjutan termasuk gula, lemak, protein, vitamin dan antioksidan; ketegasan dan ukuran kehilangan air juga penting untuk menentukan indeks kualiti [66]. Selain itu, ujian kualiti pemprosesan tinggi hasil tanaman boleh dimasukkan ke dalam sistem operasi rumah hijau automatik. Menyaring genotip tanaman yang tersedia untuk parameter kualiti akan menyediakan varieti buah dan sayur-sayuran baru yang bernilai tinggi dan kaya dengan nutrien untuk penanam dan pengguna. Strategi agronomik termasuk persekitaran pertumbuhan dan amalan pengurusan tanaman perlu dioptimumkan untuk meningkatkan pengeluaran dan ketumpatan nutrien tumbuhan bagi tanaman bernilai tinggi ini.
4.4. Pekerjaan dan Ketersediaan Buruh Mahir
Keperluan buruh untuk industri tanaman terlindung berkembang (>5% setahun) dan dianggarkan lebih daripada 10,000 orang di seluruh Australia kini bekerja secara langsung oleh industri tersebut. Walaupun tahap automasinya yang tinggi, tanaman terlindung berskala besar memerlukan tenaga buruh yang besar, terutamanya untuk penubuhan tanaman, penyelenggaraan tanaman, pendebungaan mekanikal dan penuaian hasil. Dengan permintaan yang semakin meningkat
bagi penanam berkemahiran tinggi, bekalan pekerja mahir yang sesuai kekal rendah [18,71]. Tenaga kerja mahir juga akan diperlukan untuk pembangunan pertanian menegak bandar, yang akan menjana kerjaya baharu untuk ahli teknologi, pengurus projek, pekerja penyelenggaraan dan kakitangan pemasaran dan runcit [7]. Mewujudkan kemudahan termaju berskala komersial pelbagai guna akan memberi peluang untuk menangani persoalan penyelidikan, dengan itu memajukan matlamat memaksimumkan produktiviti dalam kepelbagaian tanaman sambil menyediakan pendidikan dan latihan dalam kemahiran yang mungkin mendapat permintaan tinggi dalam sektor tanaman terlindung masa hadapan.
5. Kesimpulan
Dalam rumah hijau berteknologi tinggi dengan teknologi pintar, terdapat potensi besar untuk meningkatkan keuntungan dengan mengautomasikan kawasan kritikal dan/atau intensif buruh seperti pemantauan tanaman, pendebungaan dan penuaian. Pembangunan AI, robotik dan ML membuka dimensi baharu untuk tanaman terlindung. Ladang menegak membentuk sebahagian kecil daripada pasaran pertanian global dan, walaupun sangat intensif tenaga, pertanian menegak menawarkan produktiviti yang tiada tandingan dengan kecekapan air dan nutrien yang tinggi. Pengeluaran ekonomi pelbagai tanaman adalah penting jika pengeluaran tanaman yang dilindungi adalah untuk memberi kesan positif yang ketara terhadap keselamatan makanan global. Sistem tanaman terlindung berteknologi rendah dan sederhana menghasilkan terutamanya tanaman tomato, timun, zucchini, capsicum, terung dan salad, bersama-sama dengan sayur-sayuran dan herba Asia.
Pembangunan kemudahan persekitaran terkawal berskala besar di Australia telah dihadkan terutamanya kepada penanaman tomato. Membangunkan kultivar yang sesuai memerlukan pengoptimuman beberapa ciri utama yang berbeza daripada yang dianggap wajar dalam tanaman luar. Ciri-ciri utama yang boleh disasarkan untuk pertanian dalaman termasuk kitaran hayat tanaman yang dikurangkan, berbunga berterusan, nisbah akar-ke-pucuk yang rendah, peningkatan prestasi di bawah fotosintesis yang rendah
input tenaga, dan ciri pengguna yang diingini, seperti rasa, warna, tekstur dan kandungan nutrien tertentu.
Di samping itu, pembiakan khusus untuk tanaman yang berkualiti tinggi dan padat nutrisi akan menghasilkan produk hortikultur (dan berpotensi, perubatan) yang diingini dengan nilai pasaran yang sangat baik. Keuntungan dan kemampanan tanaman terlindung bergantung pada membangunkan penyelesaian kepada cabaran utama termasuk kos permulaan, penggunaan tenaga, buruh mahir, pengurusan perosak dan pembangunan indeks kualiti.
Bahan kaca baru dan kemajuan teknologi yang sedang diselidiki atau diuji menawarkan penyelesaian untuk menangani salah satu cabaran penanaman terlindung yang paling mendesak. Kemajuan ini berpotensi memberikan rangsangan yang diperlukan untuk membantu sektor tanaman yang dilindungi beralih ke tahap kecekapan tenaga yang mampan dan kos cekap dan memenuhi permintaan yang semakin meningkat untuk keselamatan makanan, sambil mengekalkan kualiti tanaman dan pemakanan.
kandungan, dan meminimumkan kesan alam sekitar yang berbahaya.
Sumbangan Pengarang: SGC menulis ulasan dengan input dan semakan yang disediakan oleh DTT, Z.-HC, OG dan CIC Semua pengarang telah membaca dan bersetuju dengan versi manuskrip yang diterbitkan.
pembiayaan: Semakan itu berdasarkan laporan yang ditugaskan dan dibiayai oleh Pusat Penyelidikan Koperasi Sistem Makanan Masa Depan, yang menyokong kerjasama yang diterajui industri antara industri, penyelidik dan komuniti. Kami juga menerima sokongan kewangan daripada projek Horticulture Innovation Australia (Nombor geran VG16070 kepada DTT, Z.-HC, OG, CIC; Nombor geran VG17003 kepada DTT, Z.-HC; Nombor geran LP18000 kepada Z.-HC) dan projek CRC P2 -013 (DTT, Z.-HC, OG, CIC).
Penyata Lembaga Semakan Institusi: Tidak berkaitan.
Kenyataan Persetujuan Termaklum: Tidak berkaitan.
Penyata Ketersediaan Data: Tidak berkaitan.
Konflik Kepentingan: Penulis mengisytiharkan tiada konflik kepentingan.
Rujukan
1. Jabatan Hal Ehwal Ekonomi dan Sosial Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu. Tersedia dalam talian: https://www.un.org/development/desa/en/news/population/2018-revision-of-world-urbanization-prospects.html (diakses pada 13 April 2022).
2. Jabatan Hal Ehwal Ekonomi dan Sosial Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu. Tersedia dalam talian: https://www.un.org/development/desa/ publications/world-population-prospects-2019-highlights.html (diakses pada 13 April 2022).
3. Binns, CW; Lee, MK; Maycock, B.; Torheim, LE; Nanishi, K.; Duong, DTT Perubahan iklim, bekalan makanan dan garis panduan pemakanan. Annu. Kesihatan Awam Rev. 2021, 42, 233–255. [CrossRef] [PubMed] 4. Valin, H.; Pasir, RD; Van Der Mensbrugghe, D.; Nelson, GC; Ahmad, H.; Blanc, E.; Bodirsky, B.; Fujimori, S.; Hasegawa, T.; Havlik, P.; et al. Masa depan permintaan makanan: Memahami perbezaan dalam model ekonomi global. Agric. Ekon. 2014, 45, 51–67. [CrossRef] 5. Hughes, N.; Lu, M.; Ying Soh, W.; Lawson, K. Mensimulasikan kesan perubahan iklim terhadap keuntungan ladang Australia. Dalam Kertas Kerja ABARES; Kerajaan Australia: Canberra, Australia, 2021. [CrossRef] 6. Rabbi, B.; Chen, Z.-H.; Sethuvenkatraman, S. Tanaman terlindung dalam iklim panas: Kajian kawalan kelembapan dan KAEDAH penyejukan. Tenaga 2019, 12, 2737. [CrossRef] 7. Benke, K.; Tomkins, B. Sistem pengeluaran makanan Masa Depan: Pertanian menegak dan pertanian persekitaran terkawal. Sustain. Sci. Berlatih. Dasar 2017, 13, 13–26. [CrossRef] 8. Mougeot, LJA Growing Better Cities: Pertanian Bandar untuk Pembangunan Mampan; IDRC: Ottawa, ON, Kanada, 2006; ISBN 978-1-55250-226-6.
9. Pearson, LJ; Pearson, L.; Pearson, CJ Pertanian bandar lestari: Pengambilan stok dan peluang. Int. J. Agric. Sustain. 2010, 8, 7–19. [CrossRef] 10. Tout, D. Industri hortikultur wilayah Almería, Sepanyol. Geogr. J. 1990, 156, 304–312. [CrossRef] 11. Henry, R. Inovasi dalam pertanian dan bekalan makanan sebagai tindak balas kepada pandemik COVID-19. Mol. Loji 2020, 13, 1095–1097. [CrossRef] 12. O'Sullivan, C.; Bonnett, G.; McIntyre, C.; Hochman, Z.; Wasson, A. Strategi untuk meningkatkan produktiviti, kepelbagaian produk dan keuntungan pertanian bandar. Agric. Syst. 2019, 174, 133–144. [CrossRef] 13. O'Sullivan, CA; McIntyre, CL; Kering, IB; Hani, SM; Hochman, Z.; Bonnett, GD Ladang menegak membuahkan hasil. Nat. Bioteknol. 2020, 38, 160–162. [CrossRef] 14. Cuesta Roble Keluaran. Perangkaan Rumah Hijau Global. 2019. Tersedia dalam talian: https://www.producegrower.com/article/cuestaroble-2019-global-greenhouse-statistics/ (diakses pada 13 April 2022).
15. Hadley, D. Persekitaran Terkawal Potensi Industri Hortikultur di NSW; Universiti New England: Armidale, Australia, 2017; hlm. 25.
16. Peta Sayuran Dunia. 2018. Tersedia dalam talian: https://research.rabobank.com/far/en/sectors/regional-food-agri/world_ vegetable_map_2018.html (diakses pada 13 April 2022).
17. Graeme Smith Consulting—Maklumat Industri Am. Tersedia dalam talian: https://www.graemesmithconsulting.com/index. php/information/general-industry-information (diakses pada 13 April 2022).
18. Davis, J. Menanam Tanaman Terlindung di Australia hingga 2030; Tanaman Terlindung Australia: Perth, Australia, 2020; hlm. 15.
19. Petani. Keadaan Pertanian Dalaman; Jurutani: Brooklyn, NY, Amerika Syarikat, 2017.
20. Pertanian Tanpa Soil Dalaman: Fasa I: Mengkaji Industri dan Kesan Persekitaran Terkawal Pertanian|Penerbitan|WWF.
Tersedia dalam talian: https://www.worldwildlife.org/publications/indoor-soilless-farming-phase-i-examining-the-industry-andimpacts-of-controlled-environment-agriculture (diakses pada 13 April 2022). Tanaman 2022, 2 184
21. Emmott, CJM; Röhr, JA; Campoy-Quiles, M.; Kirchartz, T.; Urbina, A.; Ekins-Daukes, NJ; Nelson, J. Fotovoltaik organik
rumah hijau: Aplikasi unik untuk PV separa telus? Persekitaran Tenaga. Sci. 2015, 8, 1317–1328. [CrossRef] 22. Marucci, A.; Zambon, I.; Colantoni, A.; Monarca, D. Gabungan tujuan pertanian dan tenaga: Penilaian prototaip terowong rumah hijau fotovoltaik. memperbaharui. Sustain. Rev. Tenaga 2018, 82, 1178–1186. [CrossRef] 23. Torrellas, M.; Antón, A.; López, JC; Baeza, EJ; Parra, JP; Muñoz, P.; Montero, JI LCA tanaman tomato di rumah hijau berbilang terowong di Almeria. Int. J. Penilaian Kitaran Hayat. 2012, 17, 863–875. [CrossRef] 24. Caponetto, R.; Fortuna, L.; Nunnari, G.; Occhipinti, L.; Xibilia, MG Pengkomputeran lembut untuk kawalan iklim rumah hijau. IEEE Trans. Sistem Fuzzy. 2000, 8, 753–760. [CrossRef] 25. Guo, D.; Juan, J.; Chang, L.; Zhang, J.; Huang, D. Diskriminasi status air zon akar tumbuhan dalam pengeluaran rumah hijau berdasarkan teknik fenotaip dan pembelajaran mesin. Sci. Rep. 2017, 7, 8303. [CrossRef] 26. Hassabis, D. Kecerdasan buatan: Perlawanan catur abad ini. Alam 2017, 544, 413–414. [CrossRef] 27. Hemming, S.; de Zwart, F.; Elings, A.; Righini, I.; Petropoulou, A. Kawalan jauh pengeluaran sayur-sayuran rumah hijau dengan kecerdasan buatan—iklim rumah hijau, pengairan dan pengeluaran tanaman. Penderia 2019, 19, 1807. [CrossRef] [PubMed] 28. Taki, M.; Abdanan Mehdizadeh, S.; Rohani, A.; Rahnama, M.; Rahmati-Joneidabad, M. Pembelajaran mesin gunaan dalam simulasi rumah hijau; aplikasi dan analisis baharu. Inf. Memproses Agric. 2018, 5, 253–268. [CrossRef] 29. Shamshiri, RR; Hameed, IA; Thorp, KR; Balasundram, SK; Shafian, S.; Fatemieh, M.; Sultan, M.; Mahns, B.; Samiei, S. Automasi Rumah Hijau Menggunakan Penderia Wayarles dan Instrumen IoT Bersepadu dengan Kepintaran Buatan; IntechOpen: Rijeka, Croatia, 2021; ISBN 978-1-83968-076-2.
30. Subeesh, A.; Mehta, CR Automasi dan pendigitalan pertanian menggunakan kecerdasan buatan dan internet perkara. Artif. Intell. Agric. 2021, 5, 278–291. [CrossRef] 31. Lehnert, C.; McCool, C.; Sa, saya.; Perez, T. Robot penuaian lada manis untuk Persekitaran tanaman yang dilindungi. arXiv 2018, arXiv:1810.11920.
32. Lehnert, C.; McCool, C.; Corke, P.; Sa, saya.; Stachniss, C.; Henten, EJV; Nieto, J. Isu khas mengenai robotik pertanian. J. Robot Lapangan. 2020, 37, 5–6. [CrossRef] 33. Shamshiri, R.; Weltzien, C.; Hameed, IA; Yule, IJ; Grift, TE; Balasundram, SK; Pitonakova, L.; Ahmad, D.; Chowdhary, G. Penyelidikan dan pembangunan dalam robotik pertanian: Perspektif pertanian digital. Int. J. Agric. biol. En. 2018, 11, 1–14. [CrossRef] 34. Balendonck, J. Robot penyapu memetik lada pertama. Greenh. Int. Mag. Greenh. Tumbuh. 2017, 6, 37.
35. Yuan, T.; Zhang, S.; Sheng, X.; Wang, D.; Gong, Y.; Li, W. Robot pendebungaan autonomi untuk rawatan hormon bunga tomato di rumah hijau. Dalam Prosiding 2016 3rd International Conference on Systems and Informatics (ICSAI), Shanghai, China, 19–21 November 2016; ms 108–113.
36. Meharg, AA Perspektif: Pertanian bandar memerlukan pemantauan. Alam 2016, 531, S60. [CrossRef] [PubMed] 37. Thomaier, S.; Specht, K.; Henckel, D.; Dierich, A.; Siebert, R.; Freisinger, UB; Sawicka, M. Bertani di dalam dan di bangunan bandar: Amalan terkini dan kebaharuan khusus pertanian sifar ekar (ZFarming). memperbaharui. Agric. Sistem Makanan. 2015, 30, 43–54. [CrossRef] 38. Ghannoum, O. Pucuk Hijau Pemulihan. Openforum. 2020. Tersedia dalam talian: https://www.openforum.com.au/the-greenshoots-of-recovery/ (diakses pada 13 April 2022).
39. Despommier, D. Bertani di bandar: Kebangkitan ladang menegak bandar. Trend Bioteknol. 2013, 31, 388–389. [CrossRef] 40. Yang, J.; Liu, M.; Lu, J.; Miao, Y.; Hossain, MA; Alhamid, MF Botanical internet of things: Ke arah pertanian dalaman pintar oleh
menghubungkan manusia, loji, data dan awan. Mob. Netw. Appl. 2018, 23, 188–202. [CrossRef] 41. Samaranayake, P.; Liang, W.; Chen, Z.-H.; Tisu, D.; Lan, Y.-C. Tanaman terlindung lestari: Kajian kes kesan bermusim ke atas penggunaan tenaga rumah hijau semasa pengeluaran capsicum. Tenaga 2020, 13, 4468. [CrossRef] 42. Lin, T.; Goldsworthy, M.; Chavan, S.; Liang, W.; Maier, C.; Ghannoum, O.; Cazzonelli, CI; Tisu, DT; Lan, Y.-C.;
Sethuvenkatraman, S.; et al. Bahan penutup novel meningkatkan tenaga penyejukan dan kecekapan fertigasi untuk pengeluaran terung rumah kaca. Tenaga 2022, 251, 123871. [CrossRef] 43. Samaranayake, P.; Maier, C.; Chavan, S.; Liang, W.; Chen, Z.-H.; Tisu, DT; Lan, Y.-C. Pengurangan tenaga dalam kemudahan tanaman yang dilindungi menggunakan titik pemerolehan berbilang suhu dan kawalan tetapan pengudaraan. Tenaga 2021, 14, 6014. [CrossRef] 44. FAO. Amalan Pertanian Baik untuk Tanaman Sayuran Rumah Hijau: Prinsip untuk Kawasan Iklim Mediterranean; Kertas Pengeluaran dan Perlindungan Loji FAO; FAO: Rom, Itali, 2013; ISBN 978-92-5-107649-1.
45. Hort Innovation Protected Cropping—Semakan Penyelidikan dan Pengenalpastian Jurang R&D untuk Sayuran Levied (VG16083). Tersedia dalam talian: https://www.horticulture.com.au/growers/help-your-business-grow/research-reports-publications-factsheets-and-more/project-reports/vg16083-1/vg16083/ (diakses pada 13 April 2022).
46. Hiwasa-Tanase, K.; Ezura, H. Pembiakan molekul untuk mencipta tanaman yang dioptimumkan: Daripada manipulasi genetik kepada aplikasi yang berpotensi di kilang tumbuhan. Depan. Sci tumbuhan. 2016, 7, 539. [CrossRef] 47. Kozai, T. Mengapa lampu LED untuk pertanian bandar? Dalam Lampu LED untuk Pertanian Bandar; Kozai, T., Fujiwara, K., Runkle, ES, Eds.; Springer: Singapura, 2016; ms 3–18. ISBN 978-981-10-1848-0.
48. Kwon, S.; Lim, J. Peningkatan kecekapan tenaga di kilang loji melalui pengukuran potensi bioelektrik loji. Dalam Informatik dalam Kawalan, Automasi dan Robotik; Tan, H., Ed.; Springer: Berlin/Heidelberg, Jerman, 2011; ms 641–648.
49. Cocetta, G.; Casciani, D.; Bulgari, R.; Musante, F.; Kołton, A.; Rossi, M.; Ferrante, A. Kecekapan penggunaan ringan untuk pengeluaran sayur-sayuran
dalam persekitaran yang dilindungi dan dalaman. Eur. Fizik. J. Plus 2017, 132, 43. [CrossRef] Tanaman 2022, 2 185
50. Jones, M. Teknologi dan Peluang Pembiakan Baharu untuk Industri Sayuran Australia; Inovasi Hortikultur Australia Terhad: Sydney, Australia, 2016.
51. Tüzel, Y.; Leonardi, C. Penanaman terlindung di rantau mediterranean: Trend dan keperluan. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Derg. 2009, 46, 215–223.
52. Bergougnoux, V. Sejarah tomato: Dari pembiakan kepada biofarming. Bioteknol. Adv. 2014, 32, 170-189. [CrossRef] [PubMed] 53. Taher, D.; Solberg, S.Ø.; Prohens, J.; Chou, Y.; Rakha, M.; Wu, T. Koleksi terung pusat sayuran dunia: Asal, komposisi, penyebaran benih dan penggunaan dalam pembiakan. Depan. Sci tumbuhan. 2017, 8, 1484. [CrossRef] [PubMed] 54. Hasan, MM; Bashir, T.; Ghosh, R.; Lee, SK; Bae, H. Gambaran keseluruhan kesan LED terhadap penghasilan sebatian bioaktif dan kualiti tanaman. Molekul 2017, 22, 1420. [CrossRef] 55. Piovene, C.; Orsini, F.; Bosi, S.; Sanoubar, R.; Bregola, V.; Dinelli, G.; Gianquinto, G. Nisbah merah:biru optimum dalam pencahayaan dipimpin untuk hortikultur dalaman nutraseutikal. Sci. Hortik. 2015, 193, 202-208. [CrossRef] 56. Kwon, C.-T.; Heo, J.; Lemon, ZH; Capua, Y.; Hutton, SF; Van Eck, J.; Park, SJ; Lippman, ZB Penyesuaian pantas tanaman buah-buahan solanaceae untuk pertanian bandar. Nat. Bioteknol. 2020, 38, 182-188. [CrossRef] 57. Shamshiri, RR; Jones, JW; Thorp, KR; Ahmad, D.; Lelaki, HC; Taheri, S. Kajian semula suhu optimum, kelembapan, dan defisit tekanan wap untuk penilaian dan kawalan iklim mikro dalam penanaman tomato di rumah hijau: Kajian semula. Int. Agrophys. 2018, 32, 287-302. [CrossRef] 58. Chavan, SG; Maier, C.; Alagoz, Y.; Filipe, JC; Warren, CR; Lin, H.; Jia, B.; Loik, SAYA; Cazzonelli, CI; Chen, ZH; et al. Fotosintesis terhad cahaya di bawah filem penjimatan tenaga mengurangkan hasil terung. Tenaga Makanan Selamat. 2020, 9, e245. [CrossRef] 59. Timmermans, GH; Douma, RF; Lin, J.; Debije, MG Tingkap 'pintar' bercahaya terma/tindak balas elektrik dwi. Permohonan Sci. 2020, 10, 1421. [CrossRef] 60. Yin, R.; Xu, P.; Shen, P. Kajian kes: Penjimatan tenaga daripada filem tingkap solar di dua bangunan komersial di Shanghai. Binaan Tenaga. 2012, 45, 132-140. [CrossRef] 61. Kim, H.-K.; Lee, S.-Y.; Kwon, J.-K.; Kim, Y.-H. Menilai kesan bahan penutup pada iklim mikro rumah hijau dan prestasi terma. Agronomi 2022, 12, 143. [CrossRef] 62. Dia, X.; Maier, C.; Chavan, SG; Zhao, C.-C.; Alagoz, Y.; Cazzonelli, C.; Ghannoum, O.; Tisu, DT; Chen, Z.-H. Bahan penutup yang mengubah cahaya dan pengeluaran sayur-sayuran rumah hijau yang mampan: Kajian semula. Peraturan Pertumbuhan Tumbuhan. 2021, 95, 1-17. [CrossRef] 63. Timmermans, GH; Hemming, S.; Baeza, E.; Thor, EAJV; Schenning, APHJ; Debije, MG Bahan optik lanjutan untuk kawalan cahaya matahari di rumah hijau. Adv. Opt. Materi. 2020, 8, 2000738. [CrossRef] 64. Zisis, C.; Pechlivani, EM; Tsimikli, S.; Mekeridis, E.; Laskarakis, A.; Logothetidis, S. Fotovoltaik organik pada bumbung rumah hijau: Kesan pada pertumbuhan tumbuhan. Materi. Hari ini Proc. 2019, 19, 65-72. [CrossRef] 65. Aroca-Delgado, R.; Pérez-Alonso, J.; Callejón-Ferre, Á.-J.; Díaz-Pérez, M. Morfologi, hasil dan kualiti penanaman tomato rumah hijau dengan panel atas bumbung fotovoltaik yang fleksibel (Almeria-Sepanyol). Sci. Hortik. 2019, 257, 108768. [CrossRef] 66. Dia, X.; Chavan, SG; Hamoui, Z.; Maier, C.; Ghannoum, O.; Chen, Z.-H.; Tisu, DT; Cazzonelli, CI Filem kaca pintar mengurangkan asid askorbik dalam kultivar buah capsicum merah dan oren tanpa menjejaskan Kehidupan rak. Tumbuhan 2022, 11, 985. [CrossRef] 67. Zhao, C.; Chavan, S.; Dia, X.; Zhou, M.; Cazzonelli, CI; Chen, Z.-H.; Tisu, DT; Ghannoum, O. Kaca pintar memberi kesan kepada sensitiviti stomata capsicum rumah hijau melalui cahaya yang diubah. J. Exp. Bot. 2021, 72, 3235-3248. [CrossRef] 68. Pilkington, LJ; Messelink, G.; van Lenteren, JC; Le Mottee, K. “Kawalan biologi terlindung”—Pengurusan perosak biologi dalam industri rumah hijau. Biol. Kawalan 2010, 52, 216–220. [CrossRef] 69. Sonneveld, C.; Voogt, W. Pemakanan tumbuhan dalam pengeluaran rumah hijau masa depan. Dalam Pemakanan Tumbuhan Tanaman Rumah Hijau; Sonneveld, C., Voogt, W., Eds.; Springer: Dordrecht, Belanda, 2009; hlm. 393-403.
70. Treftz, C.; Omaye, ST Analisis nutrien tanah dan strawberi dan raspberi tanpa tanah yang ditanam di rumah hijau. Nutr Makanan. Sci. 2015, 6, 805–815. [CrossRef] 71. Menawarkan Peluang Pendidikan Lanjutan kepada Ahli Industri Sayuran. AUSVEG. 2020. Tersedia dalam talian: https://ausveg.com.au/
artikel/menawarkan-peluang-pendidikan-lanjut-kepada-ahli-industri-sayuran/ (diakses pada 13 April 2022).