Pertanian vertikal

Pertanian vertikal atau indoor farming adalah praktik memproduksi makanan dan obat-obatan dalam lapisan yang ditumpuk secara vertikal, permukaan yang cenderung vertikal dan/atau terintegrasi dalam struktur lain (seperti gedung pencakar langit, gudang bekas, atau peti kemas). Ide-ide modern pertanian vertikal umumnya menggabungkan teknik pertanian dalam ruangan atau teknologi pertanian lingkungan terkendali (CEA), di mana banyak faktor lingkungan dapat dikendalikan dengan teknologi pertanian tak bertanah seperti hidroponik, akuaponik, dan aeroponik.^[1] Fasilitas ini menggunakan kontrol buatan cahaya, kontrol lingkungan (kelembaban, suhu, gas, dll.) dan pemupukan. Beberapa pertanian vertikal menggunakan teknik yang mirip dengan rumah kaca, di mana sinar matahari alami dapat ditambah dengan pencahayaan buatan dan reflektor logam.^[2][3][4]

Konsep modern pertanian vertikal diusulkan pada tahun 1999 oleh Dickson Despommier, profesor Kesehatan Masyarakat dan Lingkungan di Universitas Columbia.^[5] Despommier dan murid-muridnya membuat desain pertanian pencakar langit yang dapat memberi makan 50.000 orang.^[6] Meskipun desainnya belum dibangun, ia berhasil mempopulerkan gagasan pertanian vertikal.^[6] Aplikasi pertanian vertikal saat ini diperkaya dengan teknologi canggih lainnya, seperti lampu LED khusus telah menghasilkan lebih dari 10 kali hasil panen daripada pertanian tradisional.^[7] Ada beberapa cara berbeda untuk menerapkan sistem pertanian vertikal ke dalam komunitas seperti di Paignton,^[8] Israel,^[9] Singapura,^[10] Chicago,^[11] Munich,^[12] London,^[13] Jepang,^[7] dan Lincolnshire.^[14]

Keuntungan utama dari pemanfaatan teknologi pertanian vertikal adalah peningkatan hasil panen yang datang dengan unit kebutuhan lahan yang lebih kecil.^[15] Meningkatnya kemampuan untuk mengolah varietas tanaman yang lebih besar sekaligus karena tanaman tidak berbagi bidang tanah yang sama saat menanam adalah keuntungan lain yang didapatkan. Selain itu, tanaman relatif lebih tahan terhadap gangguan cuaca karena penempatannya di dalam ruangan, yang berarti lebih sedikit tanaman yang rusak akibat kejadian cuaca ekstrem atau tak terduga. Terakhir, karena penggunaan lahan yang minim, pertanian vertikal tidak mengganggu bagi tanaman dan hewan asli, yang mengarah pada pelestarian lebih lanjut flora dan fauna lokal.^[16]

Teknologi pertanian vertikal menghadapi tantangan ekonomi yaitu biaya awal yang besar dibandingkan dengan pertanian tradisional. Di Victoria, Australia misalnya, “pertanian vertikal 10 tingkat” akan menelan biaya lebih dari 850 kali daripada pertanian tradisional di pedesaan Victoria.^[17] Pertanian vertikal juga menghadapi tuntutan energi besar karena penggunaan cahaya tambahan seperti LED. Selain itu, jika energi tidak terbarukan digunakan untuk memenuhi permintaan energi ini, pertanian vertikal dapat menghasilkan lebih banyak polusi daripada pertanian tradisional atau rumah kaca.

Istilah "pertanian vertikal" diciptakan oleh Gilbert Ellis Bailey pada tahun 1915 dalam bukunya Vertical Farming. Penggunaan istilah ini berbeda dari makna saat ini — ia menulis tentang pertanian dengan minat khusus pada asal-usul tanah, kandungan unsur hara, dan pandangan tentang kehidupan tanaman sebagai bentuk kehidupan "vertikal", khususnya yang berkaitan dengan struktur akar bawah tanah mereka.^[18] Penggunaan modern dari istilah "pertanian vertikal" biasanya mengacu pada pertumbuhan tanaman berlapis-lapis, baik di gedung pencakar langit bertingkat, gudang bekas, atau wadah pengiriman.

Gedung pencakar langit serbaguna diusulkan dan dibangun oleh arsitek Ken Yeang. Yeang mengusulkan bahwa alih-alih pertanian secara massal yang tertutup rapat, kehidupan tanaman harus dibudidayakan di udara terbuka, gedung pencakar langit serbaguna untuk kontrol iklim dan konsumsi. Versi pertanian vertikal ini didasarkan pada penggunaan pribadi atau komunitas daripada produksi grosir dan distribusi yang bercita-cita untuk memberi makan seluruh kota.^[19]

Bangunan terbengkalai sering digunakan kembali untuk pertanian vertikal, seperti pertanian di Chicago yang disebut "The Plant," yang diubah dari pabrik pengemasan daging tua.^[20] Namun, bangunan baru terkadang juga dibangun untuk menampung sistem pertanian vertikal. Sebagai contoh, sebuah perusahaan bernama "Vertical Harvest" membangun rumah kaca hidroponik tiga lantai di sebelah tempat parkir di Jackson, Wyoming, dan bertujuan untuk menumbuhkan 100.000 pon produk setiap tahunnya.^[21]

Ekolog Dickson Despommier berpendapat bahwa pertanian vertikal sah untuk alasan lingkungan. Dia mengklaim bahwa budidaya kehidupan tanaman dalam gedung pencakar langit akan membutuhkan energi yang lebih sedikit dan menghasilkan lebih sedikit polusi daripada beberapa metode menghasilkan kehidupan tanaman di lanskap alami. Dengan beralih ke pertanian vertikal, Despommier percaya bahwa lahan pertanian akan kembali ke keadaan aslinya (yaitu hutan), yang akan membantu membalikkan dampak perubahan iklim. Dia juga mengklaim bahwa bentang alam terlalu beracun untuk produksi pertanian alami. Pertanian vertikal akan menghilangkan beberapa risiko parasit yang terkait dengan pertanian.^[22]

Beberapa perusahaan telah mengembangkan penumpukan peti kemas daur ulang di pengaturan perkotaan. Brighterside Consulting menciptakan sistem peti kemas off-grid yang lengkap. Freight Farms menghasilkan "mesin hijau berdaun" yang merupakan sistem pertanian-ke-meja lengkap yang dilengkapi dengan hidroponik vertikal, pencahayaan LED dan kontrol iklim intuitif yang dibangun dalam peti kemas 12 m × 2,4 m.^[23] Podponics membangun pertanian vertikal di Atlanta yang terdiri atas lebih dari 100 "growpods" bertumpuk. Pertanian serupa sedang dibangun di Oman. TerraFarms menawarkan sistem ^[24] perusahaan dari peti kemas 40 kaki, yang mencakup pengelihatan komputer yang terintegrasi dengan jaringan saraf tiruan untuk memantau pabrik;^[24] dan dimonitor dari jauh dari California. Dikatakan bahwa sistem TerraFarm "telah mencapai keseimbangan biaya dengan pertanian luar ruangan tradisional" ^[25] dengan masing-masing unit menghasilkan setara dengan "tiga hingga lima hektar lahan pertanian", dengan menggunakan lebih sedikit air 97%^[26] melalui pengambilan kembali air dan pemanenan air yang diuapkan melalui AC.^[27] Hingga Desember 2017^[update] sistem TerraFarm beroperasi secara komersial. Tanaman dapat mengeksploitasi cahaya yang bervariasi dalam intensitas sepanjang hari. Mengontrol cahaya mengatur siklus pertumbuhan tanaman. Misalnya, LED inframerah dapat meniru 5 menit matahari terbenam, merangsang beberapa tanaman untuk mulai berbunga.^[25]

Pertanian vertikal di lubang tambang yang ditinggalkan disebut "pertanian dalam," dan diusulkan untuk mengambil keuntungan dari suhu dan lokasi bawah tanah yang konsisten di dekat atau di daerah perkotaan.^[28] Pertanian vertikal di lubang tambang yang ditinggalkan disebut "pertanian dalam," dan diusulkan untuk mengambil keuntungan dari suhu dan lokasi bawah tanah yang konsisten di dekat atau di daerah perkotaan.^[29]

Sebuah perusahaan bernama “Growing Underground” mengklaim telah membangun pertanian bawah tanah pertama di dunia,^[30] dan menanam sayuran hijau di tempat perlindungan bom Perang Dunia II yang diperbaharui sedalam 33 meter di bawah Clapham, London.^[31] Produk mereka tersedia di supermarket lokal seperti Whole Foods, Planet Organic, dan M&S.^[30]

Hidroponik mengacu pada teknik menanam tanaman tanpa tanah.^[32] Dalam sistem hidroponik, akar tanaman terendam dalam larutan cair yang mengandung makronutrien, seperti nitrogen, fosfor, sulfur, kalium, kalsium, dan magnesium, serta elemen jejak, termasuk besi, klorin, mangan, boron, seng, tembaga, dan molibdenum.^[32] Selain itu, media lembam (tidak aktif secara kimia) seperti kerikil, pasir, dan serbuk gergaji digunakan sebagai pengganti tanah untuk memberikan dukungan bagi akar.^[32]

Keuntungan hidroponik termasuk kemampuan untuk meningkatkan hasil per area dan mengurangi penggunaan air. Sebuah penelitian telah menunjukkan bahwa, dibandingkan dengan pertanian konvensional, pertanian hidroponik dapat meningkatkan hasil selada per area sekitar 11 kali sementara membutuhkan air 13 kali lebih sedikit.^[33] Karena keunggulan ini, hidroponik adalah sistem pertumbuhan dominan yang digunakan dalam pertanian vertikal.^[34]

Istilah akuaponik diciptakan dengan menggabungkan dua kata: akuakultur, yang mengacu pada budidaya ikan, dan hidroponik - teknik menanam tanaman tanpa tanah.^[35] Akuaponik membuat hidroponik selangkah lebih maju dengan mengintegrasikan produksi tanaman darat dengan produksi organisme akuatik dalam sistem tertutup yang meniru alam itu sendiri.^[36][35] Air limbah yang kaya nutrisi dari tangki ikan disaring oleh unit pembuangan padat dan kemudian mengarah ke bio-filter, di mana amonia beracun dikonversi menjadi nitrat bergizi.^[35] Sambil menyerap nutrisi, tanaman kemudian memurnikan air limbah, yang didaur ulang kembali ke tangki ikan.^[36] Selain itu, tanaman mengkonsumsi karbon dioksida yang dihasilkan oleh ikan, dan air di tangki ikan mendapatkan panas dan membantu rumah kaca mempertahankan suhu di malam hari untuk menghemat energi.^[35] Karena sebagian besar sistem pertanian vertikal komersial fokus pada menghasilkan beberapa tanaman sayuran yang tumbuh cepat, akuaponik yang juga mencakup komponen akuakultur, saat ini tidak banyak digunakan sebagai hidroponik konvensional.^[36]

Penemuan aeroponik dimotivasi oleh inisiatif NASA (Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional) untuk menemukan cara yang efisien untuk menumbuhkan tanaman di ruang angkasa pada 1990-an.^[37][38] Tidak seperti hidroponik dan akuaponik konvensional, aeroponik tidak memerlukan media cair atau padat untuk menumbuhkan tanaman.^[39] Sebagai gantinya, larutan cair dengan nutrisi dikaburkan di ruangan udara di tempat tanaman digantungkan.^[39] Sejauh ini, aeroponik adalah teknik pertumbuhan tanah yang paling berkelanjutan,^[39][37] karena menggunakan air hingga 90% lebih sedikit daripada sistem hidroponik konvensional yang paling efisien ^[37] dan tidak memerlukan penggantian media tanam.^[39] Selain itu, tidak adanya media tumbuh memungkinkan sistem aeroponik untuk mengadopsi desain vertikal, yang selanjutnya menghemat energi karena gravitasi secara otomatis membuang kelebihan cairan, sedangkan sistem hidroponik horizontal konvensional sering membutuhkan pompa air untuk mengendalikan larutan berlebih.^[39] Saat ini, sistem aeroponik belum banyak diterapkan pada pertanian vertikal, tetapi mulai menarik perhatian yang signifikan.^[37]

Pertanian lingkungan terkendali (CEA) adalah modifikasi dari lingkungan alami untuk meningkatkan hasil panen atau memperpanjang musim tanam.^[40] Sistem CEA biasanya ditempatkan dalam struktur tertutup seperti rumah kaca atau bangunan, di mana kontrol dapat dilakukan pada faktor lingkungan termasuk udara, suhu, cahaya, air, kelembaban, karbon dioksida, dan nutrisi tanaman.^[40] Dalam sistem pertanian vertikal, CEA sering digunakan bersama dengan teknik pertanian tak bertanah seperti hidroponik, akuaponik, dan aeroponik.

Kebutuhan lahan pertanian tradisional terlalu besar dan invasif untuk tetap berkelanjutan untuk generasi mendatang. Dengan tingkat pertumbuhan populasi yang sangat cepat, diperkirakan jumlah tanah yang subur per kapita akan turun sekitar 66% pada tahun 2050 dibandingkan dengan tahun 1970.^[41] Pertanian vertikal memungkinkan, dalam beberapa kasus, lebih dari sepuluh kali hasil panen per hektar daripada metode tradisional.^[42] Tidak seperti pertanian tradisional di daerah non-tropis, pertanian dalam ruangan dapat menghasilkan tanaman sepanjang tahun. Pertanian sepanjang musim melipatgandakan produktivitas permukaan pertanian dengan faktor 4 hingga 6 kali tergantung pada tanaman. Dengan tanaman seperti stroberi, faktornya mungkin setinggi 30 kali.^[43]

Pertanian vertikal juga memungkinkan untuk memproduksi varietas tanaman panen yang lebih besar karena penggunaannya pada sektor tanaman yang terisolasi. Berbeda dengan pertanian tradisional di mana satu jenis tanaman dipanen per musim, pertanian vertikal memungkinkan banyak tanaman yang berbeda untuk ditanam dan dipanen sekaligus karena plot lahan masing-masing.^[44]

Tanaman yang ditanam di pertanian luar ruang tradisional tergantung pada cuaca yang mendukung dan rentan terhadap hujan, angin musim, hujan es, tornado, banjir, kebakaran hutan, dan kekeringan.^[45] "Tiga banjir baru-baru ini (pada tahun 1993, 2007 dan 2008) merugikan Amerika Serikat miliaran dolar karena kehilangan panen, dengan kerugian yang lebih besar lagi di lapisan atas tanah. Perubahan dalam pola hujan dan suhu bisa mengurangi hasil pertanian India hingga 30 persen pada akhir abad ini."^[46]

Masalah kondisi cuaca buruk sangat relevan untuk daerah Arktik dan sub-Arktik seperti Alaska dan Kanada utara di mana pertanian tradisional tidak mungkin dilakukan. Kerawanan pangan telah lama menjadi masalah di masyarakat utara yang terpencil di mana produk segar harus dikirim jarak jauh yang mengakibatkan biaya tinggi dan gizi buruk.^[47] Pertanian berbasis kontainer dapat menyediakan produk segar sepanjang tahun dengan biaya lebih rendah daripada pengiriman pasokan dari lokasi yang lebih selatan dengan sejumlah pertanian yang beroperasi di lokasi seperti Churchill, Manitoba, dan Unalaska, Alaska.^[48][49] Seperti halnya gangguan terhadap pertumbuhan tanaman, pertanian berbasis peti kemas lokal juga tidak begitu rentan terhadap gangguan rantai pasokan panjang yang diperlukan untuk mengirimkan produk yang ditanam secara tradisional ke masyarakat terpencil. Harga makanan di Churchill melonjak secara substansial setelah banjir di bulan Mei dan Juni 2017 memaksa penutupan jalur kereta yang membentuk satu-satunya koneksi darat permanen antara Churchill dan seluruh Kanada.^[50]

Hingga 20 unit lahan pertanian luar ruangan untuk setiap unit pertanian vertikal dapat direstorasi ke keadaan aslinya, karena peningkatan produktivitas pertanian vertikal.^[51][52] Pertanian vertikal akan mengurangi jumlah lahan pertanian, sehingga menghemat banyak sumber daya alam.^[53]

Deforestasi dan penggurunan yang disebabkan oleh perambahan pertanian pada bioma alam dapat dihindari.^[54] Memproduksi makanan di dalam ruangan mengurangi atau menghilangkan pembajakan, penanaman, dan pemanenan konvensional dengan mesin pertanian, melindungi tanah, dan mengurangi emisi.^[55]

Pertanian tradisional sering bersifat invasif terhadap flora dan fauna asli karena membutuhkan lahan pertanian yang luas. Satu studi menunjukkan bahwa populasi tikus kayu turun dari 25 per hektar menjadi 5 per hektar setelah panen, memperkirakan 10 hewan dibunuh per hektar setiap tahun dengan pertanian konvensional.^[56] Sebagai perbandingan, pertanian vertikal akan menyebabkan bahaya nominal bagi satwa liar karena penggunaan ruang yang terbatas.^[57]

Pencahayaan bisa alami atau melalui LED. Pada 2018, LED komersial memiliki efisiensi sekitar 28%, yang menjadikan biaya produksi tetap tinggi dan mencegah pertanian vertikal bersaing di wilayah di mana sayuran murah berlimpah. Namun, teknisi pencahayaan di Philips telah mendemonstrasikan LED dengan efisiensi 68%.^[58] Biaya energi dapat dikurangi karena cahaya putih spektrum penuh tidak diperlukan. Sebaliknya, cahaya merah dan biru atau ungu dapat dihasilkan dengan lebih sedikit listrik.

• Rumah kaca
• The Folkewall dan arsitektur tumbuh vertikal lainnya ^[59]
• Aeroponik
• Robot pertanian
• Aquaponik
• Pengomposan
• Pertanian lingkungan terkendali
• Pot bunga
• Lampu penumbuh
• Hidroponik
• Fitoremediasi
• Pertanian presisi
• Pencakar langit
• TerraFarm
• Kebun vertikal