Pengenalan
Kilang tanaman, juga dikenali sebagai pertanian persekitaran terkawal (CEA) atau pertanian menegak, merupakan pendekatan moden dalam pengeluaran pertanian. Sistem ini menggunakan teknologi canggih untuk mewujudkan keadaan pertumbuhan yang optimum bagi tanaman, berbeza secara ketara daripada kaedah penanaman rumah hijau dan ladang tradisional (Kozai et al., 2016). Kajian ini meneroka konsep kilang tanaman, mekanisme operasinya, dan perbezaannya dengan amalan pertanian konvensional berdasarkan pandangan daripada pelbagai kajian penyelidikan.
Definisi dan Mekanisme Kilang Tanaman
Kilang tanaman adalah sistem tertutup sepenuhnya yang bergantung kepada pencahayaan buatan, seperti LED, dan hidroponik atau aeroponik untuk menanam tanaman. Sistem ini mampu mengawal faktor persekitaran seperti cahaya, suhu, kelembapan, tahap CO?, dan bekalan nutrien dengan ketepatan tinggi. Tahap kawalan ini membolehkan pengeluaran sepanjang tahun, bebas daripada keadaan iklim luaran, dan membolehkan penanaman tanaman berkualiti tinggi di kawasan bandar (Benke & Tomkins, 2017).
Perbandingan dengan Penanaman Rumah Hijau Tradisional
Kecekapan Penggunaan Sumber
Kilang tanaman menunjukkan kecekapan penggunaan sumber yang lebih tinggi berbanding rumah hijau tradisional. Sebagai contoh, mereka mencapai pengurangan 95% dalam penggunaan air pengairan dan menghapuskan sepenuhnya penggunaan racun perosak (Despommier, 2013). Selain itu, kecekapan penggunaan air, CO?, dan tenaga cahaya adalah jauh lebih tinggi dalam kilang tanaman berbanding rumah hijau (Kozai, 2013). Walau bagaimanapun, kilang tanaman menghadapi cabaran dalam meningkatkan kecekapan penggunaan cahaya dan tenaga elektrik, yang penting untuk kelestarian (Graamans et al., 2018).
Penggunaan Tenaga dan Kesan Alam Sekitar
Salah satu perbezaan yang paling ketara antara kilang tanaman dan rumah hijau adalah penggunaan tenaga. Kilang tanaman memerlukan sejumlah besar elektrik untuk menjalankan pencahayaan buatan dan sistem kawalan persekitaran, menyebabkan jejak karbon yang lebih tinggi. Sebaliknya, rumah hijau bergantung terutamanya kepada cahaya semula jadi dan pemanasan pasif, mengakibatkan penggunaan tenaga yang lebih rendah tetapi pelepasan nitrous oksida yang lebih tinggi (Al-Kodmany, 2018).
Kapasiti Pengeluaran dan Penggunaan Tanah
Kilang tanaman mencapai pengeluaran tahunan yang lebih tinggi per unit kawasan tanah berbanding rumah hijau. Sebagai contoh, kilang tanaman boleh menghasilkan 100 kali lebih banyak tanaman per kawasan lantai berbanding rumah hijau (Kozai & Niu, 2016). Ini disebabkan oleh penggunaan sistem penanaman menegak berbilang lapisan, yang memaksimumkan kecekapan ruang (Touliatos et al., 2016).
Perbandingan dengan Penanaman Ladang
Kawalan Iklim dan Konsistensi
Kilang tanaman menawarkan kawalan iklim yang tiada tandingan, membolehkan pengeluaran tanaman yang konsisten tanpa mengira keadaan cuaca luaran. Ini merupakan kelebihan yang ketara berbanding penanaman ladang, di mana hasil tanaman sering dipengaruhi oleh faktor persekitaran seperti hujan, perubahan suhu, dan perosak (Banerjee & Adenaeuer, 2014).
Kecekapan Air dan Tanah
Penanaman ladang biasanya memerlukan kawasan tanah pertanian yang luas dan sumber air yang banyak. Kilang tanaman, sebaliknya, menggunakan teknologi penanaman tanpa tanah seperti hidroponik dan aeroponik, yang mengurangkan penggunaan air secara drastik. Selain itu, penyusunan menegak tanaman dalam kilang tanaman meminimumkan penggunaan tanah, menjadikannya sesuai untuk kawasan bandar di mana tanah adalah terhad (Specht et al., 2014).
Tenaga Kerja dan Kawalan Perosak
Kilang tanaman secara umumnya memerlukan tenaga kerja yang lebih sedikit berbanding penanaman ladang, kerana banyak proses yang diautomasikan. Mereka juga menghapuskan keperluan untuk racun perosak, kerana persekitaran yang terkawal mengurangkan risiko perosak dan penyakit (Sardare & Admane, 2013).
Kelebihan Kilang Tanaman
Pengeluaran Berkualiti Tinggi dan Konsisten
Persekitaran terkawal kilang tanaman memastikan kualiti tanaman yang konsisten dan pengeluaran sepanjang tahun, yang sangat bermanfaat untuk memenuhi permintaan penduduk bandar (Kalantari et al., 2018).
Pengeluaran Makanan Bandar
Kilang tanaman boleh ditubuhkan di kawasan bandar, mengurangkan kos pengangkutan dan memastikan hasil segar tersedia secara tempatan. Konsep ini sejajar dengan prinsip pengeluaran makanan sifar batu dan ekonomi kitaran (Pinstrup-Andersen, 2018).
Kecekapan Sumber
Kecekapan penggunaan sumber yang tinggi menjadikan kilang tanaman sebagai pilihan lestari untuk menangani cabaran keselamatan makanan global. Mereka meminimumkan penggunaan air, tanah, dan racun perosak sambil memaksimumkan hasil tanaman (Benke & Tomkins, 2017).
Cabaran dan Batasan
Kos Permulaan dan Operasi yang Tinggi
Salah satu cabaran utama yang dihadapi oleh kilang tanaman adalah pelaburan awal yang tinggi yang diperlukan untuk menubuhkan kemudahan dan kos operasi berterusan, terutamanya perbelanjaan tenaga (Kozai et al., 2016).
Penggunaan Tenaga
Pergantungan kepada pencahayaan buatan dan sistem kawalan iklim dalam kilang tanaman mengakibatkan penggunaan tenaga yang tinggi, yang boleh menyebabkan jejak karbon yang ketara jika elektrik dijana daripada sumber bukan boleh diperbaharui (Graamans et al., 2018).
Kesesuaian Tanaman yang Terhad
Pada masa ini, kilang tanaman paling sesuai untuk menanam sayuran berdaun dan herba, yang mempunyai tempoh penanaman yang lebih pendek dan keperluan ruang yang lebih kecil. Terdapat keperluan untuk penyelidikan lanjut untuk membangunkan teknologi penanaman untuk pelbagai jenis tanaman yang lebih luas (Beacham et al., 2019).
Arah Masa Depan dan Inovasi
Integrasi Teknologi Canggih
Integrasi teknologi canggih seperti kecerdasan buatan, data raya, dan IoT (Internet of Things) dijangka meningkatkan kecekapan dan kelestarian kilang tanaman. Teknologi ini boleh mengoptimumkan kawalan persekitaran, meramalkan pertumbuhan tanaman, dan mengurangkan penggunaan tenaga (Shamshiri et al., 2018).
Tenaga Boleh Diperbaharui dan Sistem Cekap Tenaga
Untuk mengurangkan kos tenaga yang tinggi dan kesan alam sekitar kilang tanaman, terdapat penekanan yang semakin meningkat terhadap penggunaan sumber tenaga boleh diperbaharui dan sistem cekap tenaga. Sebagai contoh, pembangunan kilang tanaman berkuasa rendah, kecekapan tinggi yang menggunakan pemulihan haba dan penebat termaju boleh mengurangkan penggunaan tenaga secara ketara (Li et al., 2018).
Perluasan dan Penggunaan
Walaupun menghadapi cabaran, kilang tanaman semakin mendapat perhatian di seluruh dunia, terutamanya di kawasan bandar dengan kepadatan penduduk yang tinggi. Negara seperti China, Amerika Syarikat, Jepun, dan Eropah Utara adalah peneraju dalam penggunaan teknologi kilang tanaman, didorong oleh keperluan untuk sistem pengeluaran makanan yang lestari dan berdaya tahan (Al-Kodmany, 2018).
Kesimpulan
Kilang tanaman mewakili kemajuan yang ketara dalam teknologi pertanian, menawarkan banyak kelebihan berbanding kaedah penanaman rumah hijau dan ladang tradisional. Keupayaan mereka untuk mengoptimumkan penggunaan sumber, memastikan pengeluaran yang konsisten, dan menyesuaikan diri dengan persekitaran bandar menjadikan mereka penyelesaian yang menjanjikan untuk cabaran keselamatan makanan global. Walau bagaimanapun, menangani penggunaan tenaga yang tinggi dan kos permulaan kekal kritikal untuk penggunaan meluas dan kelestarian mereka.
Jadual: Perbandingan Kilang Tanaman, Rumah Hijau, dan Penanaman Ladang
| Aspek | Kilang Tanaman | Rumah Hijau | Penanaman Ladang |
|---|---|---|---|
| Kecekapan Penggunaan Sumber | Kecekapan air, CO?, dan cahaya yang tinggi | Kecekapan air dan tenaga yang lebih rendah | Penggunaan air dan tanah yang tinggi |
| Penggunaan Tenaga | Tinggi disebabkan pencahayaan buatan | Bergantung kepada cahaya semula jadi, tenaga lebih rendah | Berubah-ubah, bergantung kepada mesin |
| Kapasiti Pengeluaran | Tinggi, sistem berbilang lapisan | Sederhana, sistem lapisan tunggal | Rendah, bergantung kepada ketersediaan tanah |
| Penggunaan Tanah | Minimum, penyusunan menegak | Sederhana, kawasan tanah lebih besar | Tinggi, memerlukan tanah pertanian |
| Kawalan Perosak | Minimum, persekitaran terkawal | Risiko lebih tinggi, memerlukan racun perosak | Risiko tinggi, penggunaan racun perosak yang meluas |
| Kawalan Iklim | Tepat, pengeluaran sepanjang tahun | Bergantung kepada keadaan luaran | Tertakluk kepada perubahan cuaca |
Jadual ini menyoroti perbezaan utama dalam penggunaan sumber, penggunaan tenaga, kapasiti pengeluaran, penggunaan tanah, kawalan perosak, dan kawalan iklim antara kilang tanaman, rumah hijau, dan kaedah penanaman ladang.
Rujukan
Al-Kodmany, K. (2018). The Vertical Farm: A Review of Developments and Implications for the Vertical City. Buildings, 8(2), 24.
Banerjee, C., & Adenaeuer, L. (2014). Up, Up and Away! The Economics of Vertical Farming. Journal of Agricultural Studies, 2(1), 40-60.
Beacham, A. M., Vickers, L. H., & Monaghan, J. M. (2019). Vertical Farming: A Summary of Approaches to Growing Skywards. Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 94(3), 277-283.
Benke, K., & Tomkins, B. (2017). Future Food-production Systems: Vertical Farming and Controlled-environment Agriculture. Sustainability: Science, Practice and Policy, 13(1), 13-26.
Despommier, D. (2013). Farming Up the City: The Rise of Urban Vertical Farms. Trends in Biotechnology, 31(7), 388-389.
Graamans, L., Baeza, E., van den Dobbelsteen, A., Tsafaras, I., & Stanghellini, C. (2018). Plant Factories versus Greenhouses: Comparison of Resource Use Efficiency. Agricultural Systems, 160, 31-43.
Kalantari, F., Tahir, O. M., Joni, R. A., & Fatemi, E. (2018). Opportunities and Challenges in Sustainability of Vertical Farming: A Review. Journal of Landscape Ecology, 11(1), 35-60.
Kozai, T. (2013). Resource Use Efficiency of Closed Plant Production System with Artificial Light: Concept, Estimation and Application to Plant Factory. Proceedings of the Japan Academy, Series B, 89(10), 447-461.
Kozai, T., & Niu, G. (2016). Role of the Plant Factory with Artificial Lighting (PFAL) in Urban Areas. In T. Kozai, G. Niu, & M. Takagaki (Eds.), Plant Factory: An Indoor Vertical Farming System for Efficient Quality Food Production (pp. 7-33). Academic Press.
Kozai, T., Niu, G., & Takagaki, M. (Eds.). (2016). Plant Factory: An Indoor Vertical Farming System for Efficient Quality Food Production. Academic Press.
Li, L., Ota, K., & Dong, M. (2018). Deep Learning for Smart Industry: Efficient Manufacture Inspection System with Fog Computing. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 14(10), 4665-4673.
Pinstrup-Andersen, P. (2018). Is It Time to Take Vertical Indoor Farming Seriously? Global Food Security, 17, 233-235.
Sardare, M. D., & Admane, S. V. (2013). A Review on Plant Without Soil-Hydroponics. International Journal of Research in Engineering and Technology, 2(3), 299-304.
Shamshiri, R. R., Kalantari, F., Ting, K. C., Thorp, K. R., Hameed, I. A., Weltzien, C., Ahmad, D., & Shad, Z. M. (2018). Advances in Greenhouse Automation and Controlled Environment Agriculture: A Transition to Plant Factories and Urban Agriculture. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 11(1), 1-22.
Specht, K., Siebert, R., Hartmann, I., Freisinger, U. B., Sawicka, M., Werner, A., Thomaier, S., Henckel, D., Walk, H., & Dierich, A. (2014). Urban Agriculture of the Future: An Overview of Sustainability Aspects of Food Production in and on Buildings. Agriculture and Human Values, 31(1), 33-51.
Touliatos, D., Dodd, I. C., & McAinsh, M. (2016). Vertical Farming Increases Lettuce Yield per Unit Area Compared to Conventional Horizontal Hydroponics. Food and Energy Security, 5(3), 184-191.
Number of View :77
