Nông trại thẳng đứng là một phương pháp trồng cây trong các khay được xếp theo chiều thẳng đứng và thường không cần sử dụng đất và ánh sáng tự nhiên. Hình thức này chủ yếu áp dụng kĩ thuật canh tác trong nhà giống như mô hình trồng rau trong nhà kính khi tất cả các yếu tố về môi trường đều được kiểm soát như ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ.

Phương pháp canh tác mới

 Cụm từ “canh tác thẳng đứng” được nhà địa chất Gilbert Ellis Bailey sử dụng lần đầu tiên trong cuốn sách Canh tác thẳng đứng của mình năm 1915. Đến năm 1999, nhà sinh thái học Dickson Despommier đã hiện thực hóa mô hình canh tác này bằng những chứng minh rằng hình thức trồng cây trong nhà theo hướng thẳng đứng hoàn toàn có thể giải quyết các vấn đề bức bách về nhu cầu lương thực thế giới, bởi phương pháp này không những đòi hỏi ít năng lượng hơn mà còn ít gây ô nhiễm môi trường so với các hình thức canh tác truyền thống. Năm 2001, mô hình phác thảo nông trại theo chiều dọc đầu tiên được ra mắt và đây là nguồn cảm hứng cho nhiều ý tưởng nông trại thẳng đứng sau đó.

Những “nông trại thẳng đứng” có thể tạo ra nguồn thực phẩm an toàn, đa dạng và xuyên suốt cho các đô thị, đồng thời góp phần cải tạo hệ sinh thái vốn bị suy thoái trầm trọng do canh tác “nằm ngang” truyền thống. Mô hình “nông trại thẳng đứng” là một phương pháp trồng trọt thường không sử dụng đất hoặc ánh sáng tự nhiên, cây được trồng trên các khay xếp theo chiều thẳng đứng và được đặt trong một tòa nhà với môi trường được kiểm soát; ánh sáng tự nhiên được thay thế bằng hệ thống đèn LED màu.

Hiện có một vài mô hình nông trại thẳng đứng như hydroponics (thủy canh) - cây được trồng trong một dung dịch giàu chất dinh dưỡng; aeroponics (khí canh) - rễ của cây trồng được phun sương có chứa nước và chất dinh dưỡng (aeroponics tốn ít nước hơn thủy canh, nhưng đòi hỏi kỹ thuật phức tạp hơn); aquapomics - kết hợp thủy canh và khí canh, dùng cá để nuôi dưỡng các vi khuẩn được dùng làm chất dinh dưỡng cho cây trồng. Theo nhiều chuyên gia, công nghệ canh tác “nông trại thẳng đứng” hứa hẹn tạo ra một cuộc cách mạng nông nghiệp trong tương lai gần. Công nghệ này tạo điều kiện cho đất được nghỉ ngơi và giảm tình trạng xói mòn.

Marc Oshima - đồng sáng lập của AeroFarms (một trong những trang trại thẳng đứng lớn nhất thế giới) cho biết, mô hình nông nghiệp đô thị đặc biệt này tập trung vào hệ thống máy tính để theo dõi hàng ngàn điểm dữ liệu và liên tục điều chỉnh các điều kiện thuận lợi nhất cho cây sinh trưởng.

Trái với các nông trại truyền thống luôn thiết kế cây trồng của họ để phù hợp với môi trường canh tác, các công ty này dùng giải pháp điều chỉnh môi trường cho phù hợp với giống cây trồng. CEO của công ty Bowery cho biết, có đến 30 vụ thu hoạch mỗi năm, ước tính mỗi 30 cm2 có năng suất gấp 100 lần so với một trang trại điển hình. Hệ điều hành của Bowery tự động giám sát "hàng trăm nghìn điểm dữ liệu về sức khoẻ, chất lượng, sự tăng trưởng, năng suất, mùi vị và hương vị của cây trồng.

Lợi ích của nông trại thẳng đứng

Trước thực trạng đất nông nghiệp đang dần bị thu hẹp, mô hình nông trại thẳng đứng được coi là một giải pháp canh tác tiềm năng cho tương lai. Bởi cây được trồng theo hướng thẳng đứng, xếp thành nhiều tầng nên mô hình canh tác theo chiều dọc vừa có khả năng tạo thêm đất canh tác vừa bảo vệ môi trường.

Lợi ích rõ rệt nhất của mô hình nông trại thẳng đứng là tiết kiệm diện tích, tiêu tốn ít nước (chỉ bằng 1/20 so với sản xuất theo cách truyền thống). Ngoài ra, canh tác thẳng đứng cho phép mỗi loại cây trồng có một tiến trình phù hợp với nhu cầu của nó bao gồm lượng chất dinh dưỡng hay ánh sáng mà nó sẽ hấp thụ và không bị giới hạn bởi thời tiết, cho phép trồng trọt quanh năm.

Đặc biệt, mô hình nông trại thẳng đứng là một lựa chọn hấp dẫn cho những người muốn tham gia vào kinh doanh nông nghiệp lần đầu, vì họ sẽ không cần phải mất nhiều năm để học cách đối mặt với các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán và lũ lụt hay môi trường ô nhiễm. Đây là điều mà chưa mô hình nào khác có thể sánh bằng. Ngoài ra, những nông trại kiểu này có thể trở thành nhà máy xử lý nước, đồng thời góp phần tôn tạo mỹ quan đô thị.

Dự án Urban Crops của Bỉ là một ví dụ. Trong dự án này, chỉ trong diện tích 30 mét vuông, người ta có thể trồng 8 lớp cây xếp lên nhau theo chiều dọc. Cách này có thể giúp Urban Crops áp dụng được ở bất kì đâu vì nó không tốn quá nhiều diện tích và tiết kiệm được đất canh tác.

Ngoài ra, mô hình canh tác kiểu mới này còn cho phép xen canh nhiều vụ, trồng trọt quanh năm bởi quá trình trồng trọt không bị hạn chế bởi thời tiết cực đoan bên ngoài như hạn hán, lũ lụt hay môi trường ô nhiễm.

Các khay giống được đặt dưới ánh sáng đèn LED mô phỏng ánh sáng mặt trời tự nhiên, có khả năng phát ra cường độ và quang phổ phù hợp với từng loại cây. Đồng thời mô hình canh tác này sử dụng ít hơn 95% nước và 50% phân bón so với phương pháp truyền thống.

Tất cả cây trồng tăng trưởng không cần đến thuốc trừ sâu vì chúng được phát triển trong môi trường được bảo vệ khỏi sâu bệnh. Các điều kiện trong nhà như ánh sáng, nước, độ ẩm đều có thể điều chỉnh được tùy từng loại cây trồng, nhờ đó đảm bảo năng suất khi thu hoạch.

Thêm vào đó, hình thức canh tác trong nhà còn tiết kiệm chi phí vận chuyển, nông sản được bán ngay tại khu vực trồng, không mất chi phí vận chuyển như các phương pháp truyền thống

Các mô hình canh tác theo chiều dọc trong thực tế

Nếu 10 năm trước, mô hình nông trại thẳng đứng chỉ là ý tưởng thì hiện nay rất nhiều nông trại được canh tác theo chiều dọc đã đi vào hoạt động tại nhiều nước trên thế giới. Hiện nay, mô hình nông trại thẳng đứng đã được triển khai tại nhiều quốc gia trên thế giới. Cụ thể như ở Singapore với dự án Sky Greens; tại Bỉ với dự án của Urban Crops hoặc như các trang trại thẳng đứng ở một số bang của Mỹ. Ngoài ra, nông trại thẳng đứng đã hình thành và đang phát triển tốt tại Nhật Bản và Hàn Quốc

Trong số đó phải kể đến trang trại thẳng đứng AeroFarm tại Mỹ được biết đến với cái tên “vườn rau sạch lớn nhất Hoa Kỳ”, có khả năng cho thu hoạch 900 tấn rau sạch mỗi năm mà không cần dùng đất, thuốc trừ sâu hay ánh sáng mặt trời.

Trang trại này được xây dựng tại một nhà máy cũ ở New York với 35 luống rau được bố trí xếp chồng lên nhau trong vỏn vẹn 6400 mét vuông.

Điều đặc biệt ở trang trại này đó là trồng rau mà không cần đất. Rau phát triển được là nhờ vào quá trình phun ẩm liên tục cho bộ rễ của cây, nhờ đó cây phát triển nhanh và khỏe mạnh hơn phương pháp trồng truyền thống. Hiện nay, Aerofarm có thể trồng được hơn 250 loại rau, đậu và cho phép thu hoạch từ 20 đến 30 đợt rau mỗi năm.

Không chỉ ở Mỹ, mô hình này còn phát triển mạnh mẽ ở Đức, Singapore, Hàn Quốc... Đặc biệt tại Đức, một siêu thị có tên là Berlin Metro đã hợp tác cùng Infarm, một công ty startup chuyên cung cấp các giải pháp làm nông nghiệp trong nhà, để xây dựng một dự án nông trại thẳng đứng thí điểm tại chính trong siêu thị.

Tại Việt Nam, mô hình canh tác theo chiều dọc cũng bắt đầu nhen nhóm dù ở quy mô nhỏ trong hộ gia đình. Hiện nay, khi nhu cầu trồng rau sạch trong nhà của người dân càng tăng cao, các mô hình trồng rau trên giàn xếp và chậu thông minh cũng phát triển. Đặc biệt tại Hà Nội - một thành phố ‘đất chật người đông’, người dân ngày càng ưa chuộng mô hình trang trại thẳng đứng mini để trồng rau trong nhà vừa tiết kiệm diện tích vừa đảm bảo nguồn rau sạch cho gia đình.

Mỗi chậu rau có thể cho thu hoạch 2-3 bó rau, nếu gia đình 4 người thì chỉ sau 4 tháng, chi phí tiết kiệm được từ việc trồng rau sạch có thể hoàn lại số tiền ban đầu bỏ ra để lắp đặt mô hình trồng rau theo cách này.

Một hình thức canh tác mới và tiềm năng như mô hình nông trại thẳng đứng rất cần có điều kiện để áp dụng tại các quốc gia trên Thế giới, đặc biệt là các quốc gia đang phát triển như Việt Nam, một đất nước có mật độ dân số cao và diện tích đất trồng trọt đang dần bị hạn chế.

Những khó khăn hách thức

Bên cạnh những lợi ích thiết thực, cũng có nhiều thách thức khi áp dụng mô hình “nông trại thẳng đứng”. Chi phí lắp đặt 1 mô hình nông trại thẳng đứng là không hề rẻ do cần phải sử dụng đến công nghệ tự động để chăm sóc, khử trùng và theo dõi quá trình sinh trưởng của cây trồng. Quá trình bảo trì hệ thống phun sương, theo dõi sự phát triển của cây trồng, hay đèn LED, cũng đòi hỏi một nguồn tài chính khá dồi dào mới có thể duy trì thường xuyên.

Thêm vào đó, nông trại thẳng đứng phụ thuộc vào nguồn cung cấp điện liên tục, phần lớn lại đến từ nguồn nhiên liệu hóa thạch. Vì thế, dù không trực tiếp gây ô nhiễm bằng thuốc trừ sâu hay diệt cỏ, thì mô hình này cũng gián tiếp gây ra ô nhiễm không khí do sử dụng nhiều điện năng.

Một trong những thách thức lớn nhất trong tương lai của mô hình này chính là trồng những loại cây lương thực như lúa nước, lúa mạch - những giống cây thực sự có thể nuôi sống con người. Các loại cây này rất khó trồng trong mô hình nông trại thẳng đứng vì người trồng cần tích lũy một lượng sinh khối rất lớn để tạo nên một vụ mùa.

 Cũng vì chưa trồng được các loại cây lương thực thiết yếu, nên mô hình nông trại thẳng đứng không thể thay thế hoàn toàn các phương pháp trồng trọt truyền thống, mà chỉ có thể đóng vai trò hỗ trợ trong việc giải quyết vấn đề lương thực thế giới trong tương lai.

Cân nhắc về tính kinh tế, năng suất và chi phí, rau hoàn toàn có thể bán ra ở mức ngang hoặc thấp hơn giá đang có ở các chuỗi rau sạch và siêu thị. Tuy nhiên, nó ảnh hưởng đến việc làm của nông dân truyền thống, đồng thời cạnh tranh trực tiếp với các doanh nghiệp nông nghiệp công nghệ cao khác.

Giá thành sản xuất nông sản theo cách này thường rất cao so với canh tác thông thường. Chi phí sản xuất 1 kg rau trong một số trường hợp, có thể lên đến 12 euro, do đó, phương án này hoàn toàn chưa thích hợp về mặt kinh tế đối với những vùng đang khan hiếm rau quả.

Theo David Rosenberg - CEO và là đồng sáng lập của AeroFarms, để thành công trong lĩnh vực này, cần học được ít nhất bốn điều: Kiến thức chuyên môn về sinh học, thực vật học; Kiến thức về môi trường; Kỹ sư công nghệ, dữ liệu và Quản trị hệ thống. Một báo cáo của PS Market Research dự báo, thị trường rau nhà kính trong đó có phương pháp canh tác thẳng đứng, ra sẽ tăng nhanh trong những năm tới, tạo ra tổng doanh thu 6,4 USD vào năm 2023./.

Theo Nguyễn Thị Thúy (sưu tầm)