Гидропонное производство картофеля из древесного волокна для продовольственной безопасности

Sep 30, 2023

npj Science of Food, том 7, номер статьи: 24 (2023) Цитировать эту статью

529 Доступов

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Устойчивость глобальной продовольственной безопасности является серьезной проблемой. В условиях ограниченного доступа к земле и потенциального разрушения продовольственных рынков необходимы альтернативные, масштабируемые и эффективные производственные системы в качестве дополнительного буфера для поддержания целостности производства продуктов питания. Целью этого исследования было внедрение альтернативной гидропонной системы выращивания картофеля, в которой картофель выращивается на голом древесном волокне в качестве питательной среды. Система, использующая капельное орошение и пластиковые пакеты в качестве контейнеров, была протестирована на трех различных типах древесного волокна, двух сортах и ​​двух стратегиях фертигации. Внедрение системы привело к увеличению производства клубней примерно на 300% по сравнению с местным традиционным сельским хозяйством. Минеральный состав клубней, полученных с помощью гидропонной системы, был аналогичен составу клубней, выращенных в полевых условиях, и показал потенциал для биофортификации. Кроме того, стратегия фертигации, при которой две точки внесения были разделены по корневой зоне, позволила получить клубни с содержанием сухого вещества, сравнимым с картофелем, выращенным в почве. Возможность вторичной переработки, возможность повторного использования и простота этого решения могут стимулировать его применение для повышения безопасности производства продуктов питания в отдельных регионах мира, а также его использование в городском сельском хозяйстве.

В ближайшие десятилетия рост населения и нестабильность рынка потребуют улучшения глобальной продовольственной системы. Продовольственная система не является устойчиво сбалансированной и не обеспечивает достаточное количество питательных продуктов питания для населения мира1. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций, к 2050 году ожидаемое население Земли в 9,7 миллиарда человек будет требовать на 70% больше еды, чем потребляется сегодня, а в развивающихся странах — на 100% больше2. Чтобы обеспечить достаточное снабжение продовольствием потребителей во всем мире, все больше территорий в настоящее время превращаются в сельскохозяйственные угодья, часто за счет нанесения ущерба естественной среде обитания с высоким биоразнообразием. Сомнительно, способствует ли преобразование большего количества земель для производства большего количества продовольствия продовольственной безопасности3. Годфрей и Гарнетт4 отметили, что цель увеличения производства продуктов питания должна быть ограничена другими, не менее важными целями для поддержания устойчивости и баланса. Производство продовольствия должно быть устойчиво интенсифицировано, т.е. достигнуто с меньшим воздействием на деградацию экосистем, изменение климата и сокращение земельных и водных ресурсов. С другой стороны, экологические проблемы ставят под угрозу продовольственную безопасность быстро растущего населения.

Беспрецедентный уровень урбанизации меняет продовольственные системы во всем мире5, ​​особенно в странах Африки к югу от Сахары и Южной Азии6. Урбанизация вызывает изменение спроса на продукты питания в сторону более питательных и переработанных продуктов, превращает сельскохозяйственные земли в жилые или промышленные районы и формирует более сложные рыночные связи6. При ограниченном доступе к земле, используемой для сельского хозяйства в городских районах, а также при более высокой зависимости от транспорта и инфраструктуры, продукты питания либо производятся более интенсивно на оставшихся сельскохозяйственных землях7, либо производятся в городских и пригородных районах на землях, не классифицируемых как сельскохозяйственные. Фактически, городское и пригородное сельское хозяйство играет значительную роль в обеспечении продовольственной безопасности и питания сотен миллионов городских жителей в большинстве стран с низкими доходами8, хотя во многих городах стало трудно получить доступ к земле, необходимой для сельского хозяйства9. Поэтому существует необходимость внедрения альтернативных систем выращивания и технологических решений для производства продуктов питания в районах с ограниченными земельными ресурсами.

Картофель является третьей по важности продовольственной культурой с точки зрения мирового потребления, и ФАО настоятельно рекомендует его в качестве культуры продовольственной безопасности, в то время как мир сталкивается с проблемами растущего населения и перебоев в снабжении продовольствием10,11. По данным ФАО, картофель приносит больший урожай с единицы пахотной земли за меньшее время, чем любая другая крупная культура2. Несмотря на постоянное сокращение мировых площадей производства картофеля, в 2020 году во всем мире было произведено более 360 миллионов тонн, что значительно больше, чем 329 миллионов тонн в 2010 году12. Миллионы фермеров зависят от картофеля как в плане продовольствия, так и в денежном выражении. Между тем, в отличие от основных зерновых товаров, он отсутствует на основных международных товарных биржах, а это означает, что на его предложение не влияет спекулятивная рыночная деятельность. Картофель – одна из мировых культур с наиболее разнообразной схемой распространения13. Было показано, что выращивание картофеля (и сладкого картофеля) помогло интенсифицировать и диверсифицировать местные продовольственные системы, в которых в других случаях доминировали зерновые, как в Азии, помогая укрепить их способность противостоять кризису и восстанавливаться после него14. В своем недавнем обзоре, основанном на ситуации на продовольственном рынке во время пандемии COVID-19, Хек и др.15 указали, что сельскохозяйственные инновации должны быть ориентированы на удовлетворение потребностей бедных слоев населения и что использование биообогащенного картофеля и сладкого картофеля улучшит питание и средства к существованию во время таких кризисов.