Sachin G. Chavan (1,2,*) , Zhong-Hua Chen (1,3), Oula Ghannoum (1) , Christopher I. Cazzonelli (1) e David T. Tissue 1,2)
1. Centro nazionale per la coltivazione protetta di ortaggi, Istituto per l'ambiente di Hawkesbury, Sydney occidentale
University, Locked Bag 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. Global Center for Land Based Innovation, Hawkesbury Campus, Western Sydney University,
Richmond, NSW 2753, Australia
3. Scuola di Scienze, Western Sydney University, Penrith, NSW 2751, Australia
* Corrispondenza: s.chavan@westernsydney.edu.au; Tel.: +61-2-4570-1913
Astratto: La coltura protetta offre un modo per rafforzare la produzione alimentare di fronte al cambiamento climatico
e fornire cibo sano in modo sostenibile con meno risorse. Tuttavia, per fare questo modo di coltivare
economicamente redditizia, dobbiamo considerare lo stato della coltura protetta nel contesto della disponibilità
tecnologie e corrispondenti colture orticole target. Questa recensione delinea le opportunità esistenti
e le sfide che devono essere affrontate dalla continua ricerca e innovazione in questo entusiasmante ma
campo complesso in Australia. Le strutture agricole al coperto sono ampiamente classificate nelle tre seguenti
livelli di avanzamento tecnologico: bassa, media e alta tecnologia con sfide corrispondenti
che richiedono soluzioni innovative. Inoltre, limitazioni alla crescita delle piante indoor e protette
i sistemi di coltivazione (ad esempio, gli elevati costi energetici) hanno limitato l'uso dell'agricoltura indoor a relativamente
poche colture di alto valore. Quindi, abbiamo bisogno di sviluppare nuove cultivar adatte all'agricoltura indoor
che possono differire da quelli richiesti per la produzione in campo aperto. Inoltre, coltura protetta
richiede elevati costi di avviamento, costosa manodopera qualificata, elevato consumo di energia e notevoli parassiti
e gestione della malattia e controllo di qualità. Nel complesso, la coltura protetta offre soluzioni promettenti
per la sicurezza alimentare, riducendo al contempo l'impronta di carbonio della produzione alimentare. Tuttavia, per interni
produzione agricola per avere un impatto positivo sostanziale sulla sicurezza alimentare e nutrizionale globale
sicurezza, la produzione economica di colture diverse sarà essenziale.
Parole: coltura protetta; fattoria verticale; cultura fuori suolo; rendimento delle colture; agricoltura indoor;
sicurezza del cibo; sostenibilità delle risorse
1. introduzione
La popolazione mondiale dovrebbe raggiungere quasi 10 miliardi nel 2050, con la maggior parte della crescita prevista nei grandi centri urbani in tutto il mondo [1,2]. Con l'aumento della popolazione, la produzione alimentare deve aumentare e soddisfare i bisogni nutrizionali e sanitari, raggiungendo contemporaneamente gli Obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite (UN SDGs) [3,4]. Il declino dei seminativi e gli impatti negativi dei cambiamenti climatici sull'agricoltura pongono ulteriori sfide che obbligano le innovazioni nei futuri sistemi di produzione alimentare a soddisfare la crescente domanda nei prossimi decenni. Ad esempio, le fattorie australiane sono spesso esposte alla variabilità climatica e sono suscettibili agli impatti a lungo termine dei cambiamenti climatici. La recente siccità in tutta l'Australia orientale nel 2018–19 e nel 2019–20 ha colpito negativamente le aziende agricole, aumentando così gli effetti emergenti del cambiamento climatico sull'agricoltura australiana [5].
La coltura protetta, nota anche come agricoltura indoor [6], che va da polytunnel a bassa tecnologia a serre a tecnologia media, parzialmente controllate dall'ambiente, a serre "intelligenti" ad alta tecnologia e fattorie indoor, potrebbe aiutare a migliorare la sicurezza alimentare globale nel 21° secolo secolo. Tuttavia, mentre la visione di una metropoli autosostenibile è attraente come modo per affrontare le sfide contemporanee, l'adozione dell'agricoltura indoor non ha eguagliato la
l'entusiasmo e l'ottimismo dei suoi sostenitori. La coltura protetta e l'agricoltura indoor implicano un maggiore uso della tecnologia e dell'automazione per ottimizzare l'uso del suolo, offrendo così soluzioni interessanti per migliorare la futura produzione alimentare [7]. In tutto il mondo, lo sviluppo dell'agricoltura urbana [8,9] è avvenuto spesso dopo crisi croniche e/o acute, come limitazioni di spazio e luce nei Paesi Bassi; il crollo dell'industria automobilistica a Detroit; il crollo del mercato immobiliare sulla costa orientale degli Stati Uniti; e il blocco della crisi missilistica cubana. Altro
lo slancio è arrivato sotto forma di mercati disponibili, cioè la coltivazione protetta è proliferata in Spagna [10] a causa del facile accesso del paese ai mercati del Nord Europa. Insieme alle sfide esistenti, la pandemia di COVID-19 in corso potrebbe fornire lo slancio necessario per trasformare l'agricoltura urbana [11].
Se l'agricoltura urbana deve svolgere un ruolo significativo nel migliorare la sicurezza alimentare e la nutrizione umana, deve essere scalata a livello globale in modo da avere la capacità di coltivare un'ampia gamma di prodotti in modo più efficiente in termini di energia, risorse e costi rispetto a è attualmente possibile. Esistono enormi opportunità per migliorare la produttività e la qualità delle colture accoppiando i progressi nei controlli ambientali, nella gestione dei parassiti, nella fenomica e nell'automazione
con sforzi di selezione mirati a tratti che migliorano l'architettura delle piante, la qualità delle colture (gusto e nutrizione) e la resa. Una maggiore diversità di colture attuali ed emergenti rispetto ai tipi di colture tradizionali, nonché piante medicinali, può essere coltivata in fattorie a controllo ambientale [12,13].
L'imminente necessità di migliorare la sicurezza alimentare urbana e ridurre l'impronta di carbonio degli alimenti può essere affrontata con innovazioni nei settori agroalimentari, come le colture protette e l'agricoltura indoor verticale. Questi vanno da poly-tunnel a bassa tecnologia con un controllo ambientale minimo, serre a tecnologia media e parzialmente controllate dall'ambiente a serre ad alta tecnologia e strutture di agricoltura verticale con tecnologie all'avanguardia. La coltura protetta è il settore della produzione alimentare in più rapida crescita in Australia, in termini di scala di produzione e impatto economico [12]. L'industria australiana delle colture protette è costituita da strutture ad alta tecnologia (17%), serre (20%) e sistemi di produzione di colture idroponiche/basati su substrato (52%), che indicano la necessità e l'opportunità di sviluppare il settore agroalimentare. In questa recensione, discutiamo lo stato delle colture protette nel contesto delle tecnologie disponibili e delle corrispondenti colture orticole target, delineando le opportunità e le sfide che devono essere affrontate dalla ricerca in corso in Australia.
2. Tecniche e tecnologie attuali nella coltivazione protetta
Nel 2019, la superficie totale dedicata alle colture protette, che, a grandi linee, coinvolge
la coltivazione di colture con tutti i tipi di copertura è stata stimata a 5,630,000 ettari (ha) a livello globale [14]. La superficie totale di ortaggi ed erbe coltivate in serra (strutture permanenti) è stata stimata in circa 500,000 ettari a livello globale, con il 10% di queste colture coltivate in serra e il 90% in serre di plastica [15,16]. Si stima che l'area delle serre australiane sia di circa 1300 ettari, con serre ad alta tecnologia (circa 14 singole aziende, ciascuna con meno di 5 ettari) che rappresentano il 17% di quest'area e serre a bassa tecnologia/media tecnologia che rappresentano l'83% [17 ]. A livello globale, le serre e le serre di plastica costituiscono rispettivamente circa l'80% e il 20% del totale delle serre prodotte [16].
La coltura protetta è il settore di produzione alimentare in più rapida crescita in Australia, con un valore di circa 1.5 miliardi di dollari l'anno al cancello dell'azienda agricola nel 2017. Si stima che circa il 30% di tutti gli agricoltori australiani coltivano colture in una qualche forma di sistema di coltura protetta e che le colture coltivate al coperto rappresentano circa il 20% del valore totale della produzione di ortaggi e fiori [18]. In Australia, l'area di produzione di ortaggi in serra stimata è più alta per l'Australia Meridionale (580 ha), seguita da New South Wales (500 ha) e Victoria (200 ha), mentre Queensland, Western Australia e Tasmania rappresentano <50 ha ciascuno [17] ].
Sulla base dell'Australian Horticulture Statistics Handbook (2014–2015) e delle discussioni con l'industria, il valore lordo della produzione (GVP) di frutta, verdura e fiori è stato stimato per il 2017. Tra i sistemi di coltivazione utilizzati, le colture coltivate in idroponica/substrato i sistemi di produzione basati su base (52%) sono stati valutati i più alti, seguiti da quelli coltivati in sistemi di fertirrigazione del suolo (35%), con una combinazione di fertirrigazione del suolo e sistemi idroponici/a base di substrato (11%) e utilizzando una coltura idroponica/nutriente tecnica cinematografica (NFT) (2%) (Figura 1A). Allo stesso modo, tra i tipi di protezione, le colture coltivate sotto coperture poli/vetro (63%) hanno avuto il GVP più alto, seguite da quelle coltivate sotto coperture poli (23%), coperture grandine/ombra (8%) e combinate poli/grandine/ombra copre (6%) (Figura 1B) [17]. In Australia, le statistiche per i GVP di specifici prodotti dell'orticoltura in serra non sono prontamente disponibili [15].
Figure 1
. Produzione totale lorda in valore (GVP) delle colture in coltura protetta (2017) per sistema di coltivazione (A) e protezione (B). La produzione idroponica/basata su substrato prevede la crescita delle piante fuori suolo utilizzando un mezzo inerte come la lana di roccia. La produzione basata su suolo/fertirrigazione prevede la crescita delle piante utilizzando il suolo con fertirrigazione (applicazione combinata di fertilizzante e acqua). La tecnica idroponica/film nutritivo (NFT) prevede la circolazione di un flusso d'acqua poco profondo contenente nutrienti disciolti che passa attraverso le radici delle piante in canali stagni. "Poly" si riferisce al policarbonato.
Le coperture antigrandine, solitamente di rete o di stoffa, proteggono le colture dalla grandine e bloccano una parte della luce eccessiva. $ si riferisce a AUD.
Tra le strutture ad ambiente controllato negli Stati Uniti, le serre in vetro o policarbonato (poli) (47%) sono più comuni delle fattorie verticali indoor (30%), delle case a telaio di plastica a bassa tecnologia (12%), delle fattorie di container (7% ) e sistemi interni di coltura in acque profonde (4%). Tra i sistemi di coltivazione, la coltura idroponica (49%) è più comune dei sistemi basati sul suolo (24%), acquaponici (15%), aeroponici (6%) e ibridi (aeroponici, idroponici, suolo) (6%) [19,20].
L'Australia ha pochissime fattorie verticali avanzate stabilite, in gran parte a causa del fatto che ha poche città densamente popolate. Tuttavia, l'Australia ha un'area serra di circa 1000 ettari [16,17] e l'esportazione di frutta e verdura fresca è notevolmente aumentata dal 2006 al 2016 per l'Australia [16] con l'aumento delle colture sotto copertura. Sebbene l'Australia abbia fatto un ottimo inizio nell'agricoltura indoor e il settore abbia un enorme potenziale di crescita, è necessario tempo per maturare e un ulteriore sviluppo per diventare un attore chiave su scala globale. Attualmente, le strutture agricole indoor orientate al commercio possono essere classificate nei seguenti tre livelli di progresso tecnologico: bassa, media e alta tecnologia. Ciascuno è discusso in maggior dettaglio nelle sezioni seguenti.
2.1. Nuove tecnologie per Poly-Tunnel a bassa tecnologia
Le serre a bassa tecnologia che contribuiscono maggiormente alla coltura protetta hanno diversi limiti che richiedono soluzioni tecnologiche per aiutare nella loro transizione verso strutture redditizie di media o alta tecnologia che producono colture di alta qualità con risorse minime. I poly-tunnel a bassa tecnologia rappresentano l'80-90% della produzione di colture in serra a livello globale [20] e in Australia [17]. Considerando l'ampia percentuale di polytunnel a bassa tecnologia nelle colture protette e i loro bassi livelli di clima, fertirrigazione e controllo dei parassiti, è importante affrontare le sfide associate al fine di aumentare la produzione e i ritorni economici per i coltivatori.
Il livello low-tech comprende vari tipi di poly-tunnel che possono variare da strutture metalliche improvvisate con coperture in plastica a strutture permanenti appositamente costruite. Generalmente, non sono controllati oltre la capacità di sollevare il rivestimento di plastica quando fuori diventa troppo caldo o nuvoloso. Queste coperture in plastica proteggono il raccolto da grandine, pioggia e freddo e prolungano in una certa misura la stagione di crescita. Queste strutture economiche offrono a
utile ritorno per gli investimenti in colture orticole come lattuga, fagioli, pomodori, cetrioli, cavoli e zucchine. L'agricoltura in questi politunnel viene eseguita nel terreno, mentre le operazioni più avanzate possono utilizzare vasi di grandi dimensioni e irrigazione a goccia per pomodori, mirtilli, melanzane o peperoni. Tuttavia, mentre la coltura protetta a bassa tecnologia ha senso per i piccoli coltivatori, tali tecniche presentano diverse carenze. La loro mancanza di controllo ambientale influisce sulla consistenza delle dimensioni e sulla qualità del prodotto e quindi si riduce
l'accesso al mercato di questi prodotti per clienti esigenti come supermercati e ristoranti. Dato che la coltura è generalmente piantata nel terreno, questi agricoltori devono anche far fronte a numerosi parassiti e malattie trasmesse dal suolo (ad esempio, infestazione da nematodi persistenti). I partner dell'industria e della ricerca richiedono innovazioni nella fornitura di soluzioni per la progettazione di strutture e sistemi di gestione delle colture, nonché sistemi di scambio intelligenti per esportare i prodotti
e mantenere una filiera costante. Gli incentivi e il sostegno degli enti finanziatori e delle innovazioni tecnologiche (ad es. controllo biologico, automazione parziale nell'irrigazione e controllo della temperatura) da parte di università e aziende potrebbero aiutare i coltivatori a passare a sistemi colturali tecnologici più avanzati.
2.2. Potenziamento delle serre a media tecnologia con innovazioni e nuove tecnologie
La coltura protetta a tecnologia media è un'ampia categoria che comprende serre e serre ad ambiente controllato. Questa parte del settore delle colture protette richiede significativi aggiornamenti tecnologici se vuole competere con la produzione alimentare su larga scala nelle aziende agricole che utilizzano poly-tunnel a bassa tecnologia e prodotti di alta qualità provenienti da serre ad alta tecnologia. Il controllo ambientale nelle serre a media tecnologia è solitamente parziale o intensivo e la temperatura di alcune serre può essere controllata aprendo manualmente il tetto, mentre
le strutture più avanzate dispongono di unità di raffreddamento e riscaldamento. L'uso di pannelli solari e film intelligenti è oggetto di studio per ridurre i costi energetici e l'impronta di carbonio nelle serre a tecnologia media [21-23].
Sebbene molte serre siano ancora realizzate con rivestimenti in PVC o vetro, le pellicole intelligenti possono essere applicate a queste strutture o possono essere incorporate nella progettazione delle serre per aumentare l'efficienza energetica. In genere, le serre di fascia alta utilizzano substrati di coltivazione come blocchi di lana di roccia con fertilizzanti liquidi accuratamente calibrati in diverse fasi di crescita per massimizzare i raccolti. La fertilizzazione con CO2 viene talvolta utilizzata nelle serre a tecnologia media per aumentare la resa e la qualità. Il settore delle colture protette a tecnologia media beneficerà di partenariati tra industria e università per generare soluzioni scientifiche e tecnologiche avanzate, inclusi nuovi genotipi di colture con resa e qualità elevate, gestione integrata dei parassiti, fertirrigazione completamente automatizzata e controllo del clima in serra e assistenza robotica nella gestione delle colture e vendemmia.
2.3. Innovazioni della scienza e della tecnologia per le serre ad alta tecnologia
Le serre ad alta tecnologia possono incorporare i più recenti progressi tecnologici nella fisiologia delle colture, nella fertirrigazione, nel riciclaggio e nell'illuminazione. Nelle serre commerciali su larga scala, ad esempio, la tecnologia "smart glass", i sistemi solari fotovoltaici (FV) e l'illuminazione supplementare, come i pannelli LED, possono essere utilizzati per migliorare la qualità delle colture e le rese. I produttori stanno inoltre automatizzando sempre più aree critiche e/o ad alta intensità di manodopera come il monitoraggio delle colture, l'impollinazione e la raccolta.
Lo sviluppo dell'intelligenza artificiale (AI) e dell'apprendimento automatico (MI) ha aperto nuove dimensioni per le serre ad alta tecnologia [24–28]. L'intelligenza artificiale è un insieme di regole codificate da computer e modelli statistici addestrati a discernere i modelli nei big data ed eseguire compiti generalmente associati all'intelligenza umana. L'intelligenza artificiale utilizzata nel riconoscimento delle immagini viene utilizzata per monitorare la salute delle colture e riconoscere i segni della malattia, consentendo un processo decisionale più rapido e informato per la gestione e la raccolta delle colture, cosa che, al giorno d'oggi, può essere realizzata
da braccia robotiche piuttosto che da lavoro umano. Internet-of-Things (IoT) offre soluzioni per l'automazione che possono essere personalizzate in modo specifico per le applicazioni in serra [29]. Pertanto, l'IA e l'IoT possono contribuire in modo significativo nell'area dell'agricoltura moderna controllando e automatizzando le attività agricole [30].
La ricerca e lo sviluppo nel campo dei robot agricoli è cresciuta in modo significativo nell'ultimo decennio [31-33]. In Australia è stato dimostrato un sistema autonomo di raccolta delle colture per peperoni che si avvicina alla redditività commerciale con un tasso di successo della raccolta del 76.5% [31]. Prototipi di robot per sfogliare piante di pomodoro, raccogliere peperoni (peperoni) e impollinare colture di pomodori [34,35] sono stati sviluppati in Europa e Israele e potrebbero essere commercializzati nel prossimo futuro.
Inoltre, i sistemi software di gestione del lavoro per serre ad alta tecnologia su larga scala ottimizzeranno significativamente l'efficienza dei lavoratori, migliorando le prospettive economiche di queste attività. La rivoluzione informatica e ingegneristica continuerà a potenziare le colture protette e l'agricoltura indoor, consentendo ai coltivatori di monitorare e gestire le proprie colture da computer e dispositivi mobili, che possono anche essere utilizzati per realizzare colture critiche e
decisioni di mercato. Le serre ad alta tecnologia hanno il più alto potenziale di beneficio per il settore delle colture protette australiane, quindi è probabile che la ricerca e l'innovazione in corso in queste strutture si traducano in tempo e denaro ben investiti.
2.4. Sviluppo di fattorie verticali per esigenze future
Negli ultimi anni si è assistito a un rapido sviluppo dell'agricoltura verticale indoor in tutto il mondo, soprattutto nei paesi con popolazioni numerose e terreni insufficienti [36,37]. L'agricoltura verticale rappresenta un valore di 6 miliardi di dollari, ma rimane una piccola frazione del mercato agricolo globale multimiliardario [38]. Esistono varie iterazioni dell'agricoltura verticale, ma tutte utilizzano scaffali per la coltivazione fuori suolo o idroponici impilati verticalmente in un ambiente completamente chiuso e controllato, che consente un alto grado di automazione, controllo e coerenza [39]. Tuttavia, l'agricoltura verticale rimane limitata a colture di alto valore e con ciclo di vita breve a causa degli elevati costi energetici, nonostante offra una produttività impareggiabile per metro quadrato e livelli elevati di efficienza idrica e nutritiva.
È probabile che la dimensione tecnologica dell'agricoltura verticale, e in particolare l'avvento delle serre "intelligenti", attiri i coltivatori desiderosi di lavorare con le tecnologie informatiche emergenti e i big data come l'IA e l'Internet of Things (IoT) [40]. Attualmente, tutte le forme di agricoltura indoor sono ad alta intensità energetica e di manodopera, sebbene vi sia spazio per grandi progressi sia nell'automazione che nelle tecnologie di efficienza energetica. Le forme più avanzate di agricoltura indoor forniscono già la propria energia in loco e sono indipendenti dalla rete elettrica generale. I giardini pensili possono variare da semplici progetti in cima agli edifici cittadini alle imprese aziendali sui tetti degli edifici municipali di New York e Parigi. L'agricoltura verticale indoor ha un futuro brillante, soprattutto sulla scia della pandemia di COVID-19 ed è ben posizionata per aumentare la sua quota nel mercato alimentare globale, grazie alla sua
sistema di produzione altamente efficiente, riduzione dei costi della catena di approvvigionamento e della logistica, potenziale di automazione (riduzione al minimo della movimentazione) e facile accesso sia alla manodopera che ai consumatori.
3. Colture target nelle colture protette
Attualmente, le colture adatte all'agricoltura indoor sono in numero limitato a causa delle limitazioni delle colture per la crescita indoor e delle limitazioni delle colture protette come l'alto costo energetico (per illuminazione, riscaldamento, raffreddamento e gestione di vari sistemi automatizzati) che consente colture specifiche di alto valore [ 41–43]. Tuttavia, la produzione economica di una gamma diversificata di colture commestibili è essenziale se si vuole che le colture protette abbiano un impatto significativo
sicurezza alimentare globale [12,13,44]. Le cultivar per colture orticole protette differiscono significativamente da quelle per la produzione in pieno campo allevate per la tolleranza di un'ampia gamma di condizioni ambientali, che non sono necessariamente richieste nelle colture protette. Lo sviluppo di cultivar idonee richiederà l'ottimizzazione di diversi tratti (come autoimpollinazione, crescita indeterminata, radici robuste) che differiscono dai tratti visti come
desiderabile nelle colture outdoor (Figura 2) (Adottato da [13]).
Immagine 2. Caratteristiche desiderabili per colture da frutto coltivate indoor in condizioni ambientali controllate rispetto alle colture coltivate all'aperto in condizioni di campo.
Attualmente, la frutta e la verdura più adatte per l'agricoltura indoor includono:
• Quelli che crescono su vite o cespuglio (pomodoro, fragola, lampone, mirtillo, cetriolo, peperone, uva, kiwi);
• Colture specializzate di alto pregio (luppolo, vaniglia, zafferano, caffè);
• Colture medicinali e cosmetiche (alghe, Echinacea);
• Piccoli alberi (ciliegie, cioccolato, mango, mandorle) sono altre opzioni praticabili [13].
Nelle sezioni seguenti, discutiamo più in dettaglio le attuali colture esistenti e lo sviluppo di nuove cultivar per l'agricoltura indoor.
3.1. Colture esistenti coltivate in strutture a bassa, media e alta tecnologia
I sistemi di coltura protetta a bassa e media tecnologia producono principalmente pomodori, cetrioli, zucchine, peperoni, melanzane, lattuga, verdure ed erbe asiatiche. In termini di superficie, quantità di frutta prodotta e numero di imprese, il pomodoro è la coltura orticola più importante prodotta in serra, seguita da peperone e lattuga [15,45].
In Australia, lo sviluppo di impianti ad ambiente controllato su larga scala è stato limitato principalmente a quelli costruiti per la coltivazione di pomodori [15]. Il GVP stimato di frutta, verdura e fiori per il 2017, nei campi e negli impianti di coltivazione protetta, dimostra il predominio del pomodoro nel settore delle colture protette australiane.
Il GVP complessivo stimato per il 2017 per quanto riguarda la produzione in campo e sotto copertura di colture orticole è stato più alto per il pomodoro (24%), seguito da fragola (17%), frutta estiva (13%), fiori (9%), mirtillo (7%), cetriolo (7%) e peperoni (6%), con verdure, erbe aromatiche, melanzane, ciliegie e bacche asiatiche che rappresentano ciascuna meno del 6% (Figura 3A).
Figure 3 . Valore lordo della produzione stimato (GVP) per la produzione complessiva di ortaggi combinati in campo e da colture protette (A) e GVP imputato delle colture coltivate in coltura protetta nel 2017 (B) per l'Australia.
Tra questi, il GVP delle colture coltivate in sistemi di coltivazione protetta era più alto per il pomodoro (40%), che precedeva con un margine significativo rispetto ad altre colture tra cui fiori (11%), fragola (10%), frutti estivi (8% ) e bacche (8%), con ciascuna delle colture rimanenti che rappresentano meno del 5% (figura 3B). Tuttavia, il mercato interno australiano è stato saturo di pomodori serra, che lasciano l'industria delle colture protette
con le seguenti due opzioni: aumentare le vendite di queste colture sui mercati internazionali; e/o incoraggiare alcuni degli attuali coltivatori in serra del paese a passare alla produzione di altre colture di alto valore. La percentuale di colture individuali coltivate sotto protezione era più alta per bacche (85%) e pomodoro (80%), seguiti da fiori (60%), cetriolo (50%), ciliegia e ortaggi asiatici (ciascuno 40%), fragola ed estate
frutta (ciascuno 30%), mirtillo ed erbe aromatiche (ciascuno 25%) e infine, peperoni e melanzane, al 20% ciascuno [17]. Attualmente, l'agricoltura indoor ad alta intensità di energia e manodopera è limitata a colture di alto valore che possono essere prodotte a breve termine con un basso apporto energetico [46,47]
Nelle "fabbriche" di piante, le colture predominanti attualmente coltivate sono verdure a foglia ed erbe aromatiche, a causa dei brevi periodi di crescita di queste colture (perché non sono necessari frutti e semi) e l'alto valore [7], il fatto che tali colture richiedono relativamente meno luce per la fotosintesi [48] e perché la maggior parte della biomassa vegetale prodotta può essere raccolta [46,49]. C'è un grande potenziale per migliorare i raccolti e la qualità delle colture coltivate nelle fattorie urbane [12].
3.2. Indagine di settore: dove si trovano gli interessi dei partecipanti?
L'identificazione di temi chiave di ricerca è essenziale per migliorare l'efficienza della ricerca finanziata pubblica e privata per il futuro delle colture protette. Ad esempio, il Future Food Systems Co-operative Research Center (FFSCRC), avviato da New South Wales Farmers Association (NSW Farmers), University of New South Wales (UNSW) e Food Innovation Australia Ltd. (FIAL), è costituito da un consorzio di oltre 60 fondatori
partecipanti dell'industria, del governo e della ricerca. I suoi programmi di ricerca e capacità mirano a supportare i partecipanti nell'ottimizzazione della produttività dei sistemi alimentari regionali e periurbani, portando nuovi prodotti dal prototipo al mercato e implementando catene di approvvigionamento rapide e protette dalla provenienza dall'azienda agricola al consumatore. A tal fine, la FFSRC fornisce un ambiente di ricerca collaborativo volto a migliorare le colture protette al fine di aumentare la nostra capacità di esportare prodotti orticoli di alta qualità e aiutare l'Australia a diventare un leader nella scienza e nella tecnologia per il settore delle colture protette.
I partecipanti sono stati intervistati per identificare le colture target per l'agricoltura indoor. Tra i partecipanti che hanno identificato le colture target, l'interesse per gli ortaggi freschi (29%) è stato maggiore, seguito dall'interesse per le colture frutticole (22%); cannabis medicinale, altre erbe medicinali e colture specializzate (13%); specie autoctone/indigene (10%); funghi/funghi (10%); e verdure a foglia (3%) (Figura 4).
Figure 4
. Classificazione delle colture prodotte attualmente dai partecipanti al FFSCRC in impianti di coltivazione protetti e, quindi, del probabile interesse dei partecipanti a trovare soluzioni per coltivare queste colture in modo più produttivo al coperto.
L'indagine si è basata sulle informazioni sui partecipanti disponibili online; acquisire informazioni più dettagliate sarà fondamentale per comprendere e soddisfare le esigenze specifiche dei partecipanti.
3.3. Allevamento di nuove cultivar per strutture ad ambiente controllato
Le tecnologie di allevamento disponibili per il miglioramento delle piante da orto e di altre colture stanno avanzando rapidamente [50]. Nelle colture protette, un settore economico dinamico con rapidi cambiamenti nelle tendenze del mercato e nelle preferenze dei consumatori, la scelta della cultivar giusta è fondamentale [44,51]. Ci sono molti studi che valutano l'adattamento di colture di alto valore come pomodoro e melanzane per la produzione in serra [52,53]. Nuove tecnologie di allevamento [50] hanno facilitato lo sviluppo di nuove cultivar con i tratti desiderati e alcune aziende hanno iniziato a progettare piante per la crescita in ambienti controllati con luci a LED [20]. Tuttavia, le cultivar sono state allevate principalmente per massimizzare la resa in condizioni di campo molto variabili [46]. I tratti delle colture come la tolleranza alla siccità, al caldo e al gelo, che sono desiderabili nelle colture coltivate in campo ma che in genere comportano penalità di resa, non sono generalmente necessari in
agricoltura indoor.
I tratti chiave che possono essere presi di mira per adattare le colture di valore superiore all'agricoltura indoor includono cicli di vita brevi, fioritura continua, un basso rapporto radice-germoglio, prestazioni migliorate con un basso input di energia fotosintetica e caratteristiche desiderabili del consumatore tra cui gusto, colore, consistenza e contenuto di nutrienti specifici [12,13]. Inoltre, l'allevamento specifico per una qualità superiore produrrà prodotti altamente desiderabili con un alto valore di mercato. Lo spettro luminoso, la temperatura, l'umidità e l'apporto di nutrienti possono essere gestiti in modo da alterare l'accumulo di composti bersaglio nelle foglie e nei frutti [54,55] e aumentare il valore nutritivo delle colture, comprese le proteine (quantità e qualità), le vitamine A, C ed E, carotenoidi, flavonoidi, minerali, glicosidi e antociani [12]. Ad esempio, le mutazioni naturali (nella vite) e l'editing genetico (nel kiwi) sono state utilizzate per modificare l'architettura delle piante, che sarà utile per la coltivazione indoor in spazi ristretti. In uno studio recente, piante di pomodoro e ciliegio sono state progettate utilizzando CRISPR-Cas9 per combinare i seguenti tre tratti desiderabili: un fenotipo nano, un portamento compatto e una fioritura precoce. L'idoneità delle varietà di pomodoro "modificate" risultanti per l'uso in sistemi di coltivazione indoor è stata convalidata utilizzando prove sul campo e in azienda verticale [56].
Una revisione dell'allevamento molecolare per creare colture ottimizzate ha discusso il valore aggiunto dei prodotti agricoli sviluppando colture agricole con benefici per la salute e come medicinali commestibili [46]. I principali approcci per sviluppare colture agricole con benefici per la salute sono stati identificati come l'accumulo di grandi quantità di un nutriente intrinseco desiderabile o la riduzione di composti indesiderati e l'accumulo di composti preziosi che
non sono normalmente prodotti nella coltura.
4. Sfide e opportunità nella coltivazione protetta e nell'agricoltura indoor
Le strutture avanzate per la coltivazione protetta e l'agricoltura indoor hanno un impatto ambientale relativamente ridotto. Sebbene la coltivazione di colture al coperto richieda un consumo energetico maggiore rispetto a molti altri metodi di coltivazione, la capacità di mitigare gli impatti delle condizioni meteorologiche, garantire la tracciabilità e coltivare alimenti di migliore qualità promuove la consegna coerente di prodotti di qualità, attirando rendimenti che superano di gran lunga i costi di produzione aggiuntivi [18]. Le sfide principali nella coltura protetta includono:
• Elevati costi di capitale, dovuti ai prezzi elevati dei terreni nelle aree urbane e periurbane;
• Elevato consumo energetico;
• Domanda di manodopera qualificata;
• Gestione delle malattie senza controlli chimici; e
• Sviluppo di indici di qualità nutrizionale, per definire e certificare gli aspetti qualitativi del prodotto, per le colture coltivate indoor.
Nella sezione seguente, discutiamo alcune delle sfide e delle opportunità associate alla coltura protetta.
4.1. Condizioni ottimali per un'elevata produttività e un uso efficiente delle risorse
Una maggiore comprensione dei requisiti delle colture in diverse fasi di crescita e in varie condizioni di luce è essenziale se i coltivatori vogliono mantenere una produzione vegetale economicamente vantaggiosa in ambienti controllati. Una gestione efficiente dell'ambiente della serra, compresi i suoi elementi climatici e nutrizionali, e le condizioni strutturali e meccaniche, può aumentare significativamente la qualità dei frutti e le rese [57]. I fattori dell'ambiente di crescita possono influenzare la crescita delle piante, i tassi di evapotraspirazione e i cicli fisiologici. Tra i fattori climatici, la radiazione solare è la più importante in quanto la fotosintesi richiede luce e la resa delle colture è direttamente proporzionale ai livelli di luce solare fino ai punti di saturazione della luce per la fotosintesi. Spesso, un controllo ambientale preciso richiede un dispendio energetico elevato, riducendo la redditività dell'agricoltura ad ambiente controllato. L'energia richiesta per il riscaldamento e il raffreddamento delle serre rimane una delle principali preoccupazioni e un obiettivo per coloro che cercano di ridurre i costi energetici [6]. I materiali per vetri e le tecnologie innovative del vetro come Smart Glass [58] offrono opportunità promettenti per ridurre i costi associati al mantenimento della temperatura della serra e al controllo delle variabili ambientali. Al giorno d'oggi, tecnologie innovative del vetro e sistemi di raffreddamento efficaci vengono incorporati nelle colture protette nelle strutture in serra. I materiali per vetri hanno il potenziale per ridursi
consumo di elettricità, assorbendo la radiazione solare in eccesso e reindirizzando l'energia luminosa per generare elettricità utilizzando celle fotovoltaiche [59,60].
Tuttavia, i materiali di copertura influiscono sui microclimi delle serre [61,62] inclusa la luce [63] ed è quindi importante valutare l'impatto dei nuovi materiali di rivestimento sulla crescita e sulla fisiologia delle piante, sull'uso delle risorse, sulla resa delle colture e sulla qualità degli ambienti in cui i fattori come CO2, temperatura, nutrienti e irrigazione sono rigorosamente controllati. Ad esempio, il fotovoltaico organico semitrasparente (OPV) basato sulla miscela di poli(3-esiltiofene) regolare (P3HT) e l'estere metilico dell'acido fenil-C61-butirrico (PCBM) sono stati testati per coltivare piante di pepe (Capsicum annuum). All'ombra degli OPV, le piante di peperone producevano il 20.2% in più di massa di frutti e le piante ombreggiate erano più alte del 21.8% alla fine della stagione di crescita [64]. In un altro studio, la riduzione del PAR causata dai pannelli fotovoltaici flessibili sul tetto non ha influenzato la resa, la morfologia della pianta, il numero di fiori per ramo, il colore dei frutti, la compattezza e il pH [65].
Una pellicola di "vetro intelligente" a bassissima riflessione, Solar Gard™ ULR-80 [58], è attualmente in fase di test nella produzione in serra. L'obiettivo è realizzare il potenziale dei materiali per vetri con trasmissione della luce regolabile e ridurre l'elevato costo energetico associato alle operazioni in impianti di orticoltura in serra ad alta tecnologia. La pellicola Smart Glass (SG) viene applicata al vetro standard delle singole serre in strutture che coltivano colture orticole utilizzando pratiche commerciali di coltivazione e gestione verticale [66,67]. Le prove di melanzane sotto SG hanno dimostrato una maggiore efficienza energetica e di fertirrigazione [42], ma anche una ridotta resa di melanzane, a causa degli alti tassi di aborto di fiori e/o frutti come conseguenza della fotosintesi limitata dalla luce [58]. La pellicola SG utilizzata potrebbe richiedere una modifica per generare condizioni di luce ottimali e ridurre al minimo i limiti di luce per i frutti ad alto contenuto di carbonio come le melanzane.
L'uso di nuovi materiali per vetri a risparmio energetico come il vetro intelligente offre un'eccellente opportunità per ridurre i costi energetici delle operazioni in serra e ottimizzare le condizioni di luce per la coltivazione di colture target. Le pellicole di copertura intelligenti come le pellicole agricole a emissione di luce luminescente (LLEAF) hanno il potenziale per migliorare e controllare la crescita vegetativa e lo sviluppo riproduttivo nelle colture protette a tecnologia media. LLEAF
i pannelli potrebbero essere testati su una varietà di colture fiorite e non per determinare se contribuiscono ad aumentare la crescita vegetativa e riproduttiva (alterando i processi fisiologici che sono alla base della crescita delle piante e della produttività e qualità delle colture).
4.2. Gestione dei parassiti e delle malattie
Sebbene le strutture controllate per colture protette possano ridurre al minimo parassiti e malattie, una volta introdotte, sono estremamente difficili e costose da controllare senza l'uso di sostanze chimiche di sintesi tossiche. L'agricoltura indoor verticale consente il monitoraggio ravvicinato delle colture per rilevare segni di parassiti o malattie, manualmente e/o automaticamente (utilizzando tecnologie di rilevamento) e l'adozione di tecnologie robotiche emergenti e/o procedure di telerilevamento faciliterà
la diagnosi precoce di focolai e la rimozione delle piante malate e/o infestate [7].
Saranno necessari nuovi metodi di gestione integrata dei parassiti (IPM) [68] per una gestione efficace dei parassiti nelle serre. Strategie di gestione appropriate (culturali, fisiche, meccaniche, biologiche e chimiche), insieme a buone pratiche culturali, tecniche di monitoraggio avanzate e identificazione precisa possono migliorare la produzione vegetale riducendo al minimo la dipendenza dalle applicazioni di pesticidi. Un approccio integrato alla gestione delle malattie prevede l'uso di cultivar resistenti, servizi igienico-sanitari, pratiche culturali sane e l'uso appropriato di pesticidi [44]. Lo sviluppo di nuove strategie IPM può ridurre al minimo i costi di manodopera e la necessità di applicare pesticidi chimici. Prendiamo, ad esempio, l'uso di nuovi insetti naturalmente benefici, allevati commercialmente (p. es., afide moscerino, merlettatura verde, ecc.) per gestire i parassiti delle colture e ridurre la dipendenza dal controllo chimico. Testare vari nuovi IPM
le strategie, isolate e combinate, aiuteranno a sviluppare raccomandazioni specifiche per colture e impianti per i coltivatori.
4.3. Qualità delle colture e valori nutrizionali
La coltura protetta offre ai coltivatori e ai partner del settore rese elevate e prodotti di alta qualità tutto l'anno [69]. La coltivazione di frutta e verdura di prima qualità, tuttavia, richiede la verifica ad alta produttività dei parametri nutrizionali e di qualità [70]. I parametri di base della qualità della frutta includono contenuto di umidità, pH, solidi solubili totali, ceneri, colore della frutta, acido ascorbico e acidità titolabile e parametri nutrizionali avanzati tra cui zuccheri, grassi, proteine, vitamine e antiossidanti; anche le misurazioni della compattezza e della perdita d'acqua sono cruciali per definire gli indici di qualità [66]. Inoltre, i test di qualità ad alto rendimento dei prodotti agricoli potrebbero essere incorporati in un sistema automatizzato di operazioni in serra. Lo screening dei genotipi delle colture disponibili per i parametri di qualità fornirà nuove varietà di frutta e verdura di alto valore e ricche di sostanze nutritive per i coltivatori e i consumatori. Le strategie agronomiche, tra cui l'ambiente di crescita e le pratiche di gestione delle colture, dovranno essere ottimizzate per migliorare la produzione e la densità dei nutrienti delle piante di queste colture di alto valore.
4.4. Occupazione e disponibilità di manodopera qualificata
Il fabbisogno di manodopera per l'industria delle colture protette è in espansione (>5% annuo) e si stima che più di 10,000 persone in tutta l'Australia siano attualmente impiegate direttamente dall'industria. Nonostante i suoi elevati livelli di automazione, la coltura protetta su larga scala richiede una forza lavoro significativa, in particolare per l'insediamento delle colture, il mantenimento delle colture, l'impollinazione meccanica e la raccolta dei prodotti. Con la crescente domanda
per i coltivatori altamente qualificati, l'offerta di lavoratori adeguatamente qualificati rimane bassa [18,71]. Sarà inoltre necessaria una forza lavoro qualificata per lo sviluppo dell'agricoltura verticale urbana, che genererà nuove carriere per tecnici, project manager, addetti alla manutenzione e personale di marketing e vendita al dettaglio [7]. La creazione di strutture avanzate su scala commerciale multiuso fornirebbe l'opportunità di affrontare questioni di ricerca, promuovendo così l'obiettivo di massimizzare la produttività in una varietà di colture fornendo al contempo istruzione e formazione in competenze che potrebbero essere molto richieste nel futuro settore delle colture protette.
5. conclusioni
Nelle serre ad alta tecnologia con tecnologia intelligente, esiste un grande potenziale per migliorare la redditività automatizzando aree critiche e/o ad alta intensità di manodopera come il monitoraggio delle colture, l'impollinazione e la raccolta. Lo sviluppo dell'IA, della robotica e del ML stanno aprendo nuove dimensioni per le colture protette. Le aziende agricole verticali costituiscono una piccola frazione del mercato agricolo globale e, nonostante siano ad alta intensità energetica, l'agricoltura verticale offre una produttività impareggiabile con alti livelli di efficienza idrica e nutritiva. La produzione economica di colture diverse è essenziale se la produzione agricola protetta vuole avere un impatto positivo significativo sulla sicurezza alimentare globale. I sistemi di coltura protetta a bassa e media tecnologia producono principalmente colture di pomodori, cetrioli, zucchine, peperoni, melanzane e lattuga, insieme a verdure ed erbe asiatiche.
Lo sviluppo di strutture ad ambiente controllato su larga scala in Australia è stato limitato principalmente alla coltivazione di pomodori. Lo sviluppo di cultivar idonee richiederà l'ottimizzazione di diversi tratti chiave che differiscono da quelli considerati desiderabili nelle colture outdoor. I tratti chiave che possono essere presi di mira per l'agricoltura indoor includono un ciclo di vita delle colture ridotto, una fioritura continua, un basso rapporto radice-germoglio, prestazioni migliorate in condizioni di bassa fotosintetica
input di energia e caratteristiche desiderabili del consumatore, come gusto, colore, consistenza e contenuto di nutrienti specifici.
Inoltre, l'allevamento specifico per colture di qualità superiore e nutrizionalmente più dense produrrà prodotti orticoli (e potenzialmente medicinali) desiderabili con un eccellente valore di mercato. La redditività e la sostenibilità delle colture protette dipendono dallo sviluppo di soluzioni alle sfide primarie, inclusi i costi di avviamento, il consumo di energia, la manodopera qualificata, la gestione dei parassiti e lo sviluppo dell'indice di qualità.
Nuovi materiali per vetrature e progressi tecnologici attualmente in fase di ricerca o sperimentazione offrono soluzioni per affrontare una delle sfide più urgenti in materia di colture protette. Questi progressi potrebbero, potenzialmente, fornire la spinta necessaria per aiutare il settore delle colture protette a passare a un livello di efficienza energetica sostenibile ed efficiente in termini di costi e soddisfare le crescenti richieste di sicurezza alimentare, mantenendo al contempo la qualità delle colture e i valori nutrizionali
contenuto e riducendo al minimo gli impatti ambientali dannosi.
Contributi dell'autore: SGC ha scritto la recensione con input e revisione forniti da DTT, Z.-HC, OG e CIC Tutti gli autori hanno letto e accettato la versione pubblicata del manoscritto.
Finanziamento: la revisione si è basata su un rapporto commissionato e finanziato dal Future Food Systems Cooperative Research Centre, che sostiene le collaborazioni guidate dall'industria tra l'industria, i ricercatori e la comunità. Abbiamo anche ricevuto sostegno finanziario dai progetti Horticulture Innovation Australia (numero di sovvenzione VG16070 a DTT, Z.-HC, OG, CIC; numero di sovvenzione VG17003 a DTT, Z.-HC; numero di sovvenzione LP18000 a Z.-HC) e progetto CRC P2 -013 (DTT, Z.-HC, OG, CIC).
Dichiarazione del comitato di revisione istituzionale: Non applicabile.
Dichiarazione di consenso informato: Non applicabile.
Dichiarazione sulla disponibilità dei dati: Non applicabile.
Conflitti di interesse: Gli autori dichiarano assenza di conflitto di interesse.
Riferimenti
1. Dipartimento degli Affari Economici e Sociali delle Nazioni Unite. Disponibile online: https://www.un.org/development/desa/en/news/population/2018-revision-of-world-urbanization-prospects.html (visitato il 13 aprile 2022).
2. Dipartimento degli Affari Economici e Sociali delle Nazioni Unite. Disponibile online: https://www.un.org/development/desa/publications/world-population-prospects-2019-highlights.html (accesso il 13 aprile 2022).
3. Binns, CW; Lee, MK; Maycock, B.; Torheim, LE; Nanishi, K.; Duong, DTT Cambiamenti climatici, approvvigionamento alimentare e linee guida dietetiche. Annu. Rev. Salute pubblica 2021, 42, 233–255. [CrossRef] [PubMed] 4. Valin, H.; sabbie, RD; Van Der Mensbrugghe, D.; Nelson, GC; Ahammad, H.; Blanc, E.; Bodirsky, B.; Fujimori, S.; Hasegawa, T.; Havlik, P.; et al. Il futuro della domanda alimentare: comprendere le differenze nei modelli economici globali. Agric. Eco. 2014, 45, 51–67. [CrossRef] 5. Hughes, N.; Lu, M.; Ying Soh, W.; Lawson, K. Simulazione degli effetti del cambiamento climatico sulla redditività delle fattorie australiane. Nel documento di lavoro ABARES; Governo Australiano: Canberra, Australia, 2021. [CrossRef] 6. Rabbino, B.; Chen, Z.-H.; Sethuvenkatraman, S. Coltura protetta in climi caldi: una rassegna del controllo dell'umidità e dei METODI di raffreddamento. Energie 2019, 12, 2737. [CrossRef] 7. Benke, K.; Tomkins, B. Sistemi di produzione alimentare futuri: agricoltura verticale e agricoltura ad ambiente controllato. Sostenere. Sci. Pratico. Politica 2017, 13, 13–26. [CrossRef] 8. Mougeot, LJA Crescere città migliori: agricoltura urbana per lo sviluppo sostenibile; IDRC: Ottawa, ON, Canada, 2006; ISBN 978-1-55250-226-6.
9. Pearson, LJ; Pearson, L.; Pearson, CJ Agricoltura urbana sostenibile: bilancio e opportunità. int. J. Agric. Sostenere. 2010, 8, 7–19. [CrossRef] 10. Tout, D. L'industria orticola della provincia di Almería, Spagna. Geogr. J. 1990, 156, 304–312. [CrossRef] 11. Henry, R. Innovazioni nell'agricoltura e nell'approvvigionamento alimentare in risposta alla pandemia di COVID-19. Mol. Pianta 2020, 13, 1095–1097. [CrossRef] 12. O'Sullivan, C.; Bonnett, G.; McIntyre, C.; Hochman, Z.; Wasson, A. Strategie per migliorare la produttività, la diversità dei prodotti e la redditività dell'agricoltura urbana. Agric. Sist. 2019, 174, 133–144. [CrossRef] 13. O'Sullivan, CA; McIntyre, CL; Asciutto, IB; Hani, SM; Hochman, Z.; Bonnett, GD Le fattorie verticali danno i loro frutti. Nat. Biotecnologie. 2020, 38, 160–162. [CrossRef] 14. Rilasci di Cuesta Roble. Statistiche globali sulle serre. 2019. Disponibile online: https://www.producegrower.com/article/cuestaroble-2019-global-greenhouse-statistics/ (accesso il 13 aprile 2022).
15. Hadley, D. Potenziale dell'industria dell'orticoltura in ambiente controllato nel NSW; Università del New England: Armidale, Australia, 2017; p. 25.
16. Mappa vegetale mondiale. 2018. Disponibile online: https://research.rabobank.com/far/en/sectors/regional-food-agri/world_ vegetable_map_2018.html (consultato il 13 aprile 2022).
17. Graeme Smith Consulting—Informazioni generali sul settore. Disponibile online: https://www.graemesmithconsulting.com/index. php/information/general-industry-information (accesso il 13 aprile 2022).
18. Davis, J. Growing Protected Crop in Australia fino al 2030; Coltivazione protetta Australia: Perth, Australia, 2020; p. 15.
19. Agrilyst. Stato dell'agricoltura indoor; Agrilyst: Brooklyn, NY, USA, 2017.
20. Agricoltura fuori suolo indoor: fase I: esame dell'industria e degli impatti dell'ambiente controllato Agricoltura|Pubblicazioni|WWF.
Disponibile online: https://www.worldwildlife.org/publications/indoor-soilless-farming-phase-i-examining-the-industry-andimpacts-of-controlled-environment-agriculture (visitato il 13 aprile 2022). Colture 2022, 2 184
21. Emmott, CJM; Rohr, JA; Campoy-Quiles, M.; Kirchartz, T.; Urbina, A.; Ekins-Daukes, NJ; Nelson, J. Fotovoltaico organico
serre: un'applicazione unica per il fotovoltaico semitrasparente? Ambiente Energetico. Sci. 2015, 8, 1317–1328. [CrossRef] 22. Marucci, A.; Zambon, I.; Colantoni, A.; Monarca, D. Una combinazione di scopi agricoli ed energetici: valutazione di un prototipo di tunnel per serra fotovoltaico. Rinnovare. Sostenere. Energia Rev. 2018, 82, 1178–1186. [CrossRef] 23. Torrellas, M.; Antonio, A.; Lopez, JC; Baeza, EJ; Parra, JP; Muñoz, P.; Montero, JI LCA di un raccolto di pomodori in una serra multi-tunnel ad Almeria. int. J. Valutazione del ciclo di vita. 2012, 17, 863–875. [CrossRef] 24. Caponetto, R.; Fortuna, L.; Nunnari, G.; Occhipinti, L.; Xibilia, MG Soft computing per il controllo del clima in serra. IEEE trad. Fuzzy Syst. 2000, 8, 753–760. [CrossRef] 25. Guo, D.; Juan, J.; Chang, L.; Zhang, J.; Huang, D. Discriminazione dello stato idrico della zona delle radici delle piante nella produzione in serra basata su tecniche di fenotipizzazione e apprendimento automatico. Sci. Rep. 2017, 7, 8303. [CrossRef] 26. Hassabis, D. Intelligenza artificiale: partita a scacchi del secolo. Natura 2017, 544, 413–414. [CrossRef] 27. Hemming, S.; de Zwart, F.; Elings, A.; Righini, I.; Petropoulou, A. Controllo remoto della produzione di ortaggi in serra con intelligenza artificiale: clima, irrigazione e produzione di colture in serra. Sensori 2019, 19, 1807. [CrossRef] [PubMed] 28. Taki, M.; Abdanan Mehdizadeh, S.; Rohani, A.; Rahnama, M.; Rahmati-Joneidabad, M. Apprendimento automatico applicato nella simulazione della serra; nuova applicazione e analisi. Inf. Lavorazione Agric. 2018, 5, 253–268. [CrossRef] 29. Shamshiri, RR; Hameed, IA; Thorp, KR; Balasundram, SK; Shafian, S.; Fatemieh, M.; Sultano, M.; Mahns, B.; Samiei, S. Greenhouse Automation utilizzando sensori wireless e strumenti IoT integrati con intelligenza artificiale; IntechOpen: Fiume, Croazia, 2021; ISBN 978-1-83968-076-2.
30. Subeesh, A.; Mehta, CR Automazione e digitalizzazione dell'agricoltura tramite intelligenza artificiale e internet delle cose. artif. Intel. Agric. 2021, 5, 278–291. [CrossRef] 31. Lehnert, C.; McCool, C.; Sa, I.; Perez, T. Un robot per la raccolta di peperoni dolci per ambienti di coltivazione protetti. arXiv 2018, arXiv:1810.11920.
32. Lehnert, C.; McCool, C.; Corke, P.; Sa, I.; Stachniss, C.; Heten, EJV; Nieto, J. Numero speciale sulla robotica agricola. J. Robot da campo. 2020, 37, 5–6. [CrossRef] 33. Shamshiri, R.; Weltzien, C.; Hameed, IA; Yule, IJ; Truffa, TE; Balasundram, SK; Pitonakova, L.; Ahmad, D.; Chowdhary, G. Ricerca e sviluppo nella robotica agricola: una prospettiva dell'agricoltura digitale. int. J. Agric. Biol. Ing. 2018, 11, 1–14. [CrossRef] 34. Balendonck, il robot J. Sweeper raccoglie i primi peperoni. Verde. int. Mag. Verde. Crescere. 2017, 6, 37.
35. Yuan, T.; Zhang, S.; Sheng, X.; Wang, D.; Gong, Y.; Li, W. Un robot di impollinazione autonomo per il trattamento ormonale del fiore di pomodoro in serra. In Atti della 2016a Conferenza Internazionale sui Sistemi e l'Informatica (ICSAI) del 3, Shanghai, Cina, 19–21 novembre 2016; pp. 108–113.
36. Meharg, AA Prospettiva: l'agricoltura cittadina deve essere monitorata. Natura 2016, 531, S60. [CrossRef] [PubMed] 37. Thomaier, S.; Specht, K.; Henckel, D.; Dierich, A.; Siebert, R.; Freisinger, UB; Sawicka, M. Agricoltura in e sugli edifici urbani: pratica attuale e novità specifiche dell'agricoltura a superficie zero (ZFarming). Rinnovare. Agric. Sistema alimentare 2015, 30, 43–54. [CrossRef] 38. Ghannoum, O. The Green Shoots of Recovery. Forum aperto. 2020. Disponibile online: https://www.openforum.com.au/the-greenshoots-of-recovery/ (accesso il 13 aprile 2022).
39. Despommier, D. Farming up the city: The rise of urban vertical farms. Tendenze Biotecnologie. 2013, 31, 388–389. [CrossRef] 40. Yang, J.; Liu, M.; Lu, J.; Miao, Y.; Hossain, MA; Alhamid, MF Internet botanico delle cose: verso l'agricoltura indoor intelligente di
collegare persone, impianti, dati e cloud. Assalire. rete appl. 2018, 23, 188–202. [CrossRef] 41. Samaranayake, P.; Liang, W.; Chen, Z.-H.; Tessuto, D.; Lan, Y.-C. Coltura protetta sostenibile: un caso di studio degli impatti stagionali sul consumo di energia in serra durante la produzione di peperoni. Energie 2020, 13, 4468. [CrossRef] 42. Lin, T.; Goldsworthy, M.; Chavan, S.; Liang, W.; Maier, C.; Ghannoum, O.; Cazzonelli, CI; Tessuto, DT; Lan, Y.-C.;
Sethuvenkatraman, S.; et al. Un nuovo materiale di copertura migliora l'energia di raffreddamento e l'efficienza della fertirrigazione per la produzione di melanzane in serra. Energia 2022, 251, 123871. [CrossRef] 43. Samaranayake, P.; Maier, C.; Chavan, S.; Liang, W.; Chen, Z.-H.; Tessuto, DT; Lan, Y.-C. Minimizzazione dell'energia in un impianto di coltura protetto mediante punti di acquisizione multitemperatura e controllo delle impostazioni di ventilazione. Energie 2021, 14, 6014. [CrossRef] 44. FAO. Buone pratiche agricole per le colture orticole in serra: principi per le aree climatiche mediterranee; Carta della FAO per la produzione e la protezione delle piante; FAO: Roma, Italia, 2013; ISBN 978-92-5-107649-1.
45. Coltivazione protetta dall'innovazione di Hort: Revisione della ricerca e identificazione delle lacune di ricerca e sviluppo per gli ortaggi a levitazione (VG16083). Disponibile online: https://www.horticulture.com.au/growers/help-your-business-grow/research-reports-publications-factsheets-and-more/project-reports/vg16083-1/vg16083/ (accesso su 13 aprile 2022).
46. Hiwasa-Tanase, K.; Ezura, H. Allevamento molecolare per creare colture ottimizzate: dalla manipolazione genetica alle potenziali applicazioni nelle fabbriche di piante. Davanti. Pianta Sci. 2016, 7, 539. [CrossRef] 47. Kozai, T. Perché l'illuminazione a LED per l'agricoltura urbana? Nell'illuminazione a LED per l'agricoltura urbana; Kozai, T., Fujiwara, K., Runkle, ES, Eds.; Springer: Singapore, 2016; pagine 3–18. ISBN 978-981-10-1848-0.
48. Kwon, S.; Lim, J. Miglioramento dell'efficienza energetica nelle fabbriche di impianti attraverso la misurazione del potenziale bioelettrico delle piante. In Informatica in Controllo, Automazione e Robotica; Tan, H., ed.; Springer: Berlino/Heidelberg, Germania, 2011; pp. 641–648.
49. Cocetta, G.; Casciani, D.; Bulgari, R.; Musante, F.; Kołton, A.; Rossi, M.; Ferrante, A. Efficienza d'uso leggera per la produzione di ortaggi
in ambienti protetti e interni. Euro. Phys. J. Plus 2017, 132, 43. [CrossRef] Colture 2022, 2 185
50. Jones, M. Nuove tecnologie di allevamento e opportunità per l'industria vegetale australiana; Horticulture Innovation Australia Limited: Sydney, Australia, 2016.
51. Tuzel, Y.; Leonardi, C. Coltivazione protetta nella regione mediterranea: tendenze ed esigenze. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Derg. 2009, 46, 215–223.
52 Bergougnoux, V. La storia del pomodoro: dall'addomesticamento al biofarming. Biotecnologie. Adv. 2014, 32, 170-189. [CrossRef] [PubMed] 53. Taher, D.; Solberg, S.Ø.; Prohen, J.; Chou, Y.; Rakha, M.; Wu, T. Raccolta delle melanzane del World Vegetable Center: origine, composizione, diffusione dei semi e utilizzo in allevamento. Davanti. Pianta Sci. 2017, 8, 1484. [CrossRef] [PubMed] 54. Hasan, MM; Bashir, T.; Ghosh, R.; Lee, SK; Bae, H. Una panoramica degli effetti dei LED sulla produzione di composti bioattivi e sulla qualità delle colture. Molecole 2017, 22, 1420. [Rif incrociato] 55. Piovene, C.; Orsini, F.; Bosi, S.; Sanoubar, R.; Bregola, V.; Dinelli, G.; Gianquinto, G. Ottimo rapporto rosso:blu nell'illuminazione a led per l'orticoltura nutraceutica indoor. Sci. Ortico. 2015, 193, 202-208. [Rif incrociato] 56. Kwon, C.-T.; Ehi, J.; limone, ZH; Capua, Y.; Hutton, San Francisco; Van Eck, J.; Parco, SJ; Lippman, ZB Personalizzazione rapida delle colture frutticole delle solanacee per l'agricoltura urbana. Nat. Biotecnologie. 2020, 38, 182-188. [Rif incrociato] 57. Shamshiri, RR; Jones, JW; Thorp, KR; Ahmad, D.; Uomo, HC; Taheri, S. Revisione del deficit ottimale di temperatura, umidità e pressione di vapore per la valutazione e il controllo del microclima nella coltivazione del pomodoro in serra: una revisione. Int. Agrofie. 2018, 32, 287-302. [Rif incrociato] 58. Chavan, SG; Maier, C.; Alagoz, Y.; Filipe, JC; Warren, CR; Lin, H.; Jia, B.; Loik, IO; Cazzonelli, CI; Chen, ZH; et al. La fotosintesi con luce limitata sotto pellicola a risparmio energetico riduce la resa delle melanzane. Garanzia dell'energia alimentare. 2020, 9, e245. [Rif incrociato] 59. Timmermans, GH; Douma, RF; Lin, J.; Debij, MG Finestra "intelligente" luminescente a doppia risposta termica/elettrica. appl. Sci. 2020, 10, 1421. [Rif incrociato] 60. Yin, R.; Xu, P.; Shenn, P. Caso di studio: risparmio energetico grazie alle pellicole per vetri solari in due edifici commerciali a Shanghai. Costruzione di energia. 2012, 45, 132-140. [Rif incrociato] 61. Kim, Hong Kong; Lee, SY-Y.; Kwon, J.-K.; Kim, Y.-H. Valutazione dell'effetto dei materiali di copertura sui microclimi delle serre e sulle prestazioni termiche. Agronomia 2022, 12, 143. [Rif incrociato] 62. Esadecimale.; Maier, C.; Chavan, SG; Zhao, CC-C; Alagoz, Y.; Cazzonelli, C.; Ghannoum, O.; Tessuto, DT; Chen, Z.-H. Materiali di copertura che alterano la luce e produzione sostenibile di ortaggi in serra: una rassegna. Regolamento per la crescita delle piante 2021, 95, 1-17. [Rif incrociato] 63. Timmermans, GH; Orlare, S.; Baez, E.; Thor, EAJV; Schenning, APHJ; Debij, MG Materiali ottici avanzati per il controllo della luce solare nelle serre. Adv. Opt. Madre. 2020, 8, 2000738. [Rif incrociato] 64. Zisi, C.; Pechlivani, EM; Tsimikli, S.; Mekeridis, E.; Laskarakis, A.; Logothetidis, S. Fotovoltaico organico sui tetti delle serre: effetti sulla crescita delle piante. Madre. Oggi Proc. 2019, 19, 65-72. [Rif incrociato] 65. Aroca-Delgado, R.; Perez-Alonso, J.; Callejon-Ferre, Á.-J.; Diaz-Pérez, M. Morfologia, resa e qualità della coltivazione del pomodoro in serra con pannelli fotovoltaici flessibili sul tetto (Almería-Spagna). Sci. Ortico. 2019, 257, 108768. [Rif incrociato] 66. Esadecimale.; Chavan, SG; Hamui, Z.; Maier, C.; Ghannoum, O.; Chen, Z.-H.; Tessuto, DT; Cazzonelli, CI La pellicola di vetro intelligente ha ridotto l'acido ascorbico nelle cultivar di frutti di capsico rosso e arancione senza influire sulla durata di conservazione. Piante 2022, 11, 985. [Rif incrociato] 67. Zhao, C.; Chavan, S.; Esadecimale.; Zhou, M.; Cazzonelli, CI; Chen, Z.-H.; Tessuto, DT; Ghannoum, O. Il vetro intelligente influisce sulla sensibilità stomatica del peperone della serra attraverso la luce alterata. J. Exp. Bot. 2021, 72, 3235-3248. [Rif incrociato] 68. Pilkington, LJ; Messelink, G.; van Lenteren, JC; Le Mottee, K. “Controllo biologico protetto”—Gestione biologica dei parassiti nell'industria delle serre. Biol Controllo 2010, 52, 216–220. [Rif incrociato] 69. Sonneveld, C.; Voogt, W. Nutrizione delle piante nella futura produzione in serra. In nutrizione vegetale delle colture in serra; Sonneveld, C., Voogt, W., Eds.; Springer: Dordrecht, Paesi Bassi, 2009; pp. 393-403.
70. Treftz, C.; Omaye, ST Analisi dei nutrienti del suolo e di fragole e lamponi fuori suolo coltivati in serra. Cibo Nutr. Sci. 2015, 6, 805–815. [CrossRef] 71. Offrire ulteriori opportunità di istruzione ai membri del settore Veg. AUSVEG. 2020. Disponibile online: https://ausveg.com.au/
articoli/offerta-ulteriori-opportunità-di-formazione-a-membri-industria-vegetale/ (accesso il 13 aprile 2022).