| 2022年6月28日, | |
城市農業新材料與新技術 |
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| （Nanowerk聚光燈傳統的糧食生產嚴重依賴工業化農業和畜牧業，在土地利用和可持續發展方麵對我們的環境造成了巨大的壓力。 | |
| 隨著可持續發展運動在全球範圍內的興起，城市農業的概念為可持續社區的發展贏得了巨大的人氣。城市農業被寬泛地定義為在都市圈的地理範圍內生產、銷售和銷售食品和其他產品。 | |
| 城市農場沒有明確的定義或藍圖——它們可以位於室內和室外——例子包括垂直農場、溫室農場、集裝箱農場、屋頂農場、免耕農場和倉庫農場。 | |
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| 圖1。曼哈頓15000平方英尺的Riverpark Farm。 | |
| 現代城市普遍依賴資源進口，糧食係統涉及廣泛的運輸路線和對農產品的儲存、冷卻和包裝的高能要求。將食品生產融入城市景觀為全年更可持續、更環保的新鮮食品配送提供了機會，因為它靠近食品生產和消費者。這改善了碳足跡，減少了運輸過程中的食物浪費。 | |
| 城市農場還可以將農場對空間(通過建築整合)、水、能源和廢物回收的需求整合到城市的資源流中。 | |
| 研究人員甚至設想可食用的城市我們的策略是持續生產性城市景觀(CPUL)將相互關聯的生產性景觀引入城市，從而創建一個新的可持續的城市基礎設施，並支持重新定義開放的城市空間用途。 | |
| 城市耕作方式不一定與傳統耕作方式相同;這對於采用高科技方法的垂直農場和倉庫農場來說尤其如此。這是一個機會和要求智能技術例如詳細的營養監測、農藥管理和快速反應的環境反饋和控製。 | |
| 這為在城市農業中使用新型材料提供了許多機會，有助於建設更高的生產率和更可持續的城市農場。 | |
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| 圖2。城市耕作的不同類型和新穎材料的使用在植物生長的各個方麵。(轉載已獲Wiley-VCH Verlag授權) | |
| 作為研究人員的指南和城市農場利益相關者、政策製定者和其他感興趣方的參考，最近的一項綜述先進材料（城市農業新材料)突出了城市農業的研究方向和挑戰，以及材料優化和創新如何推動城市農業的發展，以滿足國家和全球的糧食需求。 | |
| 納米結構材料已被特別用於定製納米肥料、納米生物傳感器和納米農藥的交付，以改善植物生長(如果你想深入研究這個主題，最近有兩本書提供了該領域的良好概述:納米技術在植物生長促進和保護中的最新進展和影響而且納米材料與植物潛力你也可以讀讀我們的入門讀物納米技術在食品． | |
| 其他的例子包括保水材料、植物健康監測係統和用於替代土壤以減輕重量的新型基質，這是屋頂耕作的一個重要考慮因素。還有其他材料，它們的功能不會直接影響植物生長，而是對支持城市農業所需的生態係統至關重要。例如: | |
| 新型功能材料對於從勞動密集型的傳統耕作方式向智能城市耕作方式轉變至關重要。特別是，城市糧食生產的改善不應大幅度增加能源或水的消耗或對環境產生不利影響。 | |
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| 圖3。材料技術對整個植物栽培周期的貢獻。(轉載已獲Wiley-VCH Verlag授權) | |
| 為了確保城市農業成為土地稀缺城市糧食生產的重要組成部分，一些發展將為之鋪平道路物聯網(物聯網)通過使用新型材料的傳感器實現;對農業廢棄物進行升級回收，以確保所用材料的循環性;以及數據科學驅動的新材料設計，以更好地與植物互動。 | |
| 上述綜述詳細討論了圖3所示的四個關鍵領域，展示了開發和使用的新材料的例子，並描述了研究的當前狀態。 | |
| 由於作者來自新加坡，他們描述了城市農業的作用及其對新加坡的影響，新加坡是一個人口密集的城市，擁有580萬人口，是一個主要的糧食淨進口國(占所有供應的90%)。新加坡是這一領域的領導者，它正在快速發展城市農業，以增加當地糧食產量，實現到2030年糧食產量占其糧食產量30%的目標。 | |
| 作為控製環境農業的一種形式，垂直農業在新加坡引起了極大的興趣，一些公司采用略有不同的環境管理技術，以追求高生產率和更好的可持續性。 | |
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| 圖4。a)在天空綠色(Sky Greens)，多葉蔬菜垂直種植在9米高的塔上。b)安裝在垂直農場的機器人清潔工，完成以前由工人手工完成的工作。c)室內垂直養殖，led照明。AVA正與農民密切合作，采用先進的耕作係統，並投資於創新技術。(圖片來源:新加坡食品署) | |
| 除了受控環境的城市農業，由於新加坡的熱帶氣候條件，露天屋頂農業也很受歡迎。例如，一家名為可食用的花園城市擅長建設城市花園，並為社區農業活動提供谘詢。自2012年開始以來，它已經建成了200多個食用花園，並將一個以前的高爾夫球場改造成一個永久種植社區花園，種植50種蔬菜和草藥，熱帶果樹，並養雞。 | |
| 相比之下，世界各地城市的商業城市農業業務——包括室內耕作、水培和複合養殖——側重於技術創新和環境適應性強的耕作方法。他們正在生產高質量的食物，並為城市環境開發新技術。 | |
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| 圖5。新加坡天空綠色(Sky Greens)的一個垂直農場，葉子蔬菜在9米高的塔中垂直生長。(圖片:天空綠色) | |
| 向前推進，除了新穎的功能材料，良好的實施物聯網(物聯網)和數字技術將在確保城市農場的長期成功和可持續發展方麵發揮關鍵作用。配備了物聯網基礎設施的城市農場有望更有效地運行，因為它們可以提供監測、反饋和控製，對植物的生長和發展進行無創和非破壞性的24/7監測，從而實現實時微調優化過程和數據收集和分析，以建立數據庫。 | |
| 尤其是這個概念數字的雙胞胎由於城市農業的支持係統非常有希望將智能農業提高到農業生產率和可持續性的新水平(見:"智能農業中的數字雙胞胎”)。 | |
| 使用數字雙胞胎(Digital Twins, DT)作為城市農場管理的中心手段，可以使物理流與其規劃和控製脫鉤。因此，農民可以基於(近)實時數字信息遠程管理操作，而不必依賴直接觀察和現場手工任務。這使他們能夠在出現(預期的)偏差時立即采取行動，並根據現實數據模擬幹預的效果(見a的發展過程的實際例子)一個獨特的水培地下農場的數字雙胞胎在倫敦)。 | |
| DTs的創建是為了規劃和控製常規物理試驗:在受控生長環境中使用新材料的傳感器向監測係統提供實時反饋，然後能夠實時更新DTs的模擬狀態，以提高建模精度，實現更好的預測。 | |
| DTs可以根據其用途在城市農業係統中相互連接，同時單獨發揮以下功能:虛擬試驗台(虛擬DT)，植物生長發育的數字模式實時監測(監測DT)，生長發育預測的數字投影(預測DT)，通過機器學習和數據庫引用推薦糾正或預防措施(規範DT)，自主遠程操作(自主DT)，存檔和編譯過去的數據(回憶DT)。 | |
| 然而，展望未來，與城市農業活動相關的一些因素目前限製了它們的廣泛采用:較高的初始資本成本要求、小的作物品種、高能耗和商業城市農場的可持續性。城市農業還麵臨其他一些挑戰，即土壤、空氣或水汙染、可能向居民傳播疾病以及可能接觸殺蟲劑或除草劑。此外，如果使用納米材料或基因編輯試劑等新材料，納米毒性和非靶向傳遞的生物安全問題不能被忽視。這些問題必須通過研究和隨後的法規來解決。 | |
| 通過邁克爾伯傑- - - - - -邁克爾是英國皇家化學學會出版的三本書的作者: 納米社會:推動技術的邊界， 納米技術:微小的未來, 納米工程:使技術隱形的技能和工具 版權© Nanowerk |
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