環境制御農業

環境制御農業（CEA）は、屋内農業（IA）と垂直農法を含むもので、従来の土壌ベースの屋外生産を超える園芸技術と工学技術を用いた温室やその他の構造物における作物生産システムで構成されています。これらのシステムは、従来の大規模農業と比較して、収量の増加、地元産食品へのアクセスの改善、年間を通じた食料へのアクセスの提供、栄養状態の改善をもたらす可能性があります。[ 1 ] CEAの目的は、作物の生育過程を通じて、屋外の環境要因から作物を保護し、最適な生育条件を維持することです。生産は、キノコ農場、温室、植物工場などの密閉された栽培施設内で行われます。[ 2 ]

CEAは2つの分野をカバーしています。温室や養殖施設など光を必要とする構造物から進化した植物栽培システム[ 3 ]と、照明が限られた完全に密閉された構造物から進化したキノコ（菌類）栽培システムです。[ 4 ]

植物は、根圏に適切な量の水分と栄養分を供給するため、また十分な日照量を確保するために補助照明を併用するため、無土壌培地で栽培されることが多い。CEAの植物栽培は、水、エネルギー、空間、資本、労働力といった資源の有効活用を最適化する。CEAの技術には、水耕栽培、空中栽培、養殖、アクアポニックスなどがある。[ 5 ]

キノコは、作物の種類に応じて、温度、湿度、照明、補助栄養素、酸素やCO2などの大気中の補助物質が添加された堆肥培地で栽培されます。 [ 6 ]

制御環境農業（CEA）では、様々な技術を用いて食料を栽培することができます。2019年現在、キノコ産業は施設規模と売上高の両面で米国最大のCEAセクターとなっています。[ 7 ]温室産業はCEA産業の中で2番目に大きな産業ですが、急速に成長しているもう一つの分野は垂直農法です。制御環境農業は一年を通して作物を生産することができ、植物が受け取る炭素と栄養素の量を調整することで収穫量を増やすことができます。[ 8 ]

設備

CEA農場は主に倉庫のような建物に設置されていますが、他のタイプの施設も利用されています。CEA施設は温室、キノコ農場、その他の屋内農業と共通の特徴を持っていますが、それぞれ異なるタイプの建物、技術、そしてソフトウェアプログラミングなどの労働力のスキルを必要とします。CEAは医療用マリファナの栽培や加工とも異なります。[ 9 ]緑葉野菜やハーブに使用されるCEAシステムとは対照的に、キノコは生産を開始・維持するための最小限のインフラと資本で生産できます。キノコ生産は、納屋、離れ、ハイトンネル、貯蔵施設など、放棄された十分に活用されていない農場インフラに適応させることができます。[ 10 ]

都市農業を考慮すると、CEAは再利用された建物内、特定の目的のために建てられた建物内、または地下室や地下空間に存在することができます。[ 11 ]起業家や家庭が新鮮な食品の需要の高まりに応えようとしているため、この傾向は代替食品ネットワークへとますます広がっています。[ 12 ]

技術的な実装

制御可能な変数:

環境：

文化:

  • 水質
  • 栄養濃度（窒素、カリウム、リンなどのPPM）
  • 栄養素のpH（酸性度）
  • 耕作期間と密度
  • 栽培品種
  • 害虫駆除

CEAの施設は、完全に環境制御された閉鎖型ループシステムから、散水、照明、換気をコンピュータ制御する自動温室まで、多岐にわたります。畑で栽培された作物にクロッシュやプラスチックフィルムを敷いたり、プラスチックで覆われたトンネルを作ったりといったローテクなソリューションは、環境改変農業と呼ばれます。

CEA法は文字通りあらゆる作物の栽培に使用できますが、現実的には作物が経済的に採算が取れるものでなければならず、これは地域の市場価格や資源コストによって大きく異なります。現在、トマト、葉物野菜、ハーブが最も経済的に採算が取れる作物です。[ 13 ]

モチベーション

作物は食用、医薬品、栄養補助食品として栽培できます。また、食用またはバイオ燃料用の藻類の栽培にも利用できます。

CEA方式は、汚染源を除去することで食品の安全性を高めるだけでなく、外部環境の影響を受けず、季節性を排除することで安定した市場価格を実現し、農家と消費者の双方にとって有益な供給の安定性も高めます。監視ソフトウェアと自動化を活用することで、必要な人的労力を大幅に削減できます。

CEAは、他のすべての変数を一定に保ちながら、生産の特定の側面を分離するために研究に使用されます。例えば、光合成に関する研究において、着色された温室ガラスの使用と透明ガラスの使用を比較することができます。[ 14 ]

2011年2月のサイエンス・イラストレイテッド誌の記事には、「商業農業において、CEAは効率を高め、害虫や病気を減らし、資源を節約することができる。…コンピューターとLED照明を備えた従来の農場を再現するのは費用がかかるが、同規模の土地で生産するよりも最大20倍の高品質で無農薬の農産物を生産できるため、長期的には費用対効果が高いことが証明されている。14,000平方フィートの厳重に監視された植物工場では、年間1,500万本の苗木が生産されている。このような工場は、中国の都市部における高品質な果物や野菜への高まる需要を満たすために必要となるだろう」と記されている。[ 15 ]

伝統的な畑作に対するCEAの利点：[ 16 ]

  • 水効率[ 17 ]
  • 空間利用効率
  • 輸送要件の削減
  • 年間を通して安定した生産
  • 悪天候からの保護
  • 肥料の流出を減らす
  • 快適な労働環境

都市への影響

2018年のUSDAワークショップの結果によると、

都市部および都市近郊における屋内農業（IA）は、安定した地域密着型の、アクセスしやすい新鮮な農産物の生産者および流通業者として機能する可能性を秘めています。これらの農場を戦略的に配置すれば、地元での食料生産、加工、流通の可能性は、手頃な価格で新鮮な農産物への安定したアクセスが確保できない都市部にとって特に大きなインパクトをもたらす可能性があります。また、このような農場は、従来十分なサービスを受けられなかった地域社会において、研修、雇用、そして新興セクターにおける事業開発の機会を創出することで、広範囲にわたる影響を与える可能性があります。[ 18 ]

業界

米国のキノコ栽培部門は、2022年から2023年の栽培サイクルにおいて、屋内キノコ農場が19,473百万平方フィートに達したと報告した。[ 19 ]

CEAの植物栽培部門は、2021年半ばの時点で、世界中で1655万平方フィート（380エーカー/154ヘクタール）の屋内農場が稼働していると報告しています。屋内農業の現状に関する年次報告書では、2022年までにこれが2200万平方フィート（505エーカー/204ヘクタール）に増加すると示唆されています。[ 20 ]（比較のため、米国農務省は2012年に米国の農地面積を9億1500万エーカー（3800万ヘクタール）と報告しました。） [ 21 ]

2018年時点で、米国には推定40の屋内垂直農場が存在し、商業的に販売される農産物を生産しているものもあれば、まだ消費者に販売されていないものもあった。[ 22 ]別の情報源によると、2018年には100以上の新興企業が設立されたと推定されている。 [ 23 ]アジアでは、屋内農業の導入は消費者の品質に対する需要によって推進されてきた。[ 24 ]循環型農場連合は、米国の水耕栽培農家のための業界団体である。[ 25 ]

2020年に米国で行われた屋内植物栽培に関する調査[ 26 ]では、屋内生産は以下のようになっていることがわかりました。

2011年に設立されたエアロファームズは、2017年に4000万ドルを調達し、2015年にニュージャージー州ニューアークに世界最大の屋内農場を開設したと報じられています。 [ 27 ] 2018年までに10番目の屋内農場を建設しました。[ 27 ] 2023年6月現在、エアロファームズは「業界と資本市場の重大な逆風」を理由に連邦破産法第11章の適用を申請しました。[ 28 ]

プレミアマッシュルームは、2001年にコルサマッシュルームとして設立され、カリフォルニア州コルサに農場を構える、米国で最初のほぼ完全なクローズドループ栽培CEA施設の1つであったと伝えられています。[ 29 ]プレミアマッシュルームは2004年と2009年に破産再建を経験し、[ 30 ]最終的に2020年に国際事業者に売却されました。[ 31 ]

経済

屋内農業の経済的側面は、資本投資額やエネルギー運用コスト[ 18 ] 、特に電気代が高いことから困難を極めており、その結果、新興企業がいくつか閉鎖に追い込まれた。[ 32 ] 2018年に米国で行われた調査では、屋内農業事業のうち利益を上げているのはわずか51%だった。[ 33 ] CEAのエネルギーコストの制限を克服する1つの方法は、低コストの農業用発電と組み合わせることである。[ 34 ] [ 35 ]これは、カナダ食糧安全保障構造省[ 36 ]が農業用トンネルを開発した際に行われた。このトンネルは、(1)垂直栽培専用の建物に高R値断熱材を使用し、(2) 高効率発光ダイオード照明、(3)ヒートポンプ、(4) 太陽光発電（PV）を使用して、 25年間の電力コストを既知に保つ。[ 37

2020年の米国の調査によると、典型的な屋内農業作物は、収穫量1ポンドあたり、葉物野菜で0.47米ドル、マイクログリーンで1.38米ドルの投入資材（特に種子、培地、栄養素）を消費していることが明らかになりました。ただし、トマトは1ポンドあたり0.06米ドルの投入資材を消費していると報告されています。コンテナ農場の人件費は1ポンドあたり2.35米ドルと報告されています。しかし、同じ調査では、屋内農業は従来の畑作よりも1ポンドあたりの収益が高いことも指摘されています。[ 38 ]

アジア太平洋地域では、人口増加の急増と、人口を養うための農業用地の需要増加が相反しており、屋内農業は年平均成長率（CAGR）29％で成長し、2021年の7億7,000万米ドルから2026年には27億7,000万米ドルに成長すると予想されています。[ 20 ]

LED照明の進歩は、経済的実現可能性の向上において最も重要な進歩の一つである。[ 22 ] [ 20 ] CEAへの投資にかかる高額な費用は、持続可能な慣行を革新するための研究開発を通じてのみ克服できる課題を提示している。これらの農業ネットワークの生産ポテンシャルは、インフラ価値への投資を正当化し、2030年までに炭素排出量を削減するというSDGs達成に貢献する。[ 12 ]

有機農業

2017年、米国国立有機基準委員会は、水耕栽培された農産物に認証オーガニックのラベルを貼ることを許可する投票を行った。[ 25 ]

参照

参考文献

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