Urban Farming

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Durch menschliches Einwirken unterliegen Stadtböden einem verstärkten Nutzungsdruck.[1][2] Die Reintegration der Lebensmittelproduktion in urbane Räume wird als Urban Farming bezeichnet.[3] Der Überbegriff Urban Agriculture (Landwirtschaft) wird dabei in Urban Gardening (Gartenbau), Urban Farming (Ackerbau) und Urban Livestock (Viehzucht) unterschieden.[4] Urbane Anbautechniken reichen dabei historsich weit zurück und wurden z.B. von den Maya angewendet.[5][6] Moderne Praktiken, wie die sogenannten Plant Factories, nutzen sowohl das Sonnenlicht als auch künstliche Beleuchtung (LEDs), da sich dabei die Spektralbereicheigenschaften des erzeugten Lichtes beeinflussen lassen.[7] Hydroponische Kultivierung beschreibt eine Anbautechnik, die ohne Boden stattfindet. Der Boden wird dabei durch in Wasser gelöste Nährstoffe ersetzt und unterscheidet aggregierte und flüssige Kulturen.[8]

Methoden und Begriffe

Bereits in historischer Zeit, so in den Städten der Mayazivilisation des späten ersten Jahrtausends n. Chr. und im byzantinischen Konstantinopel, wurden in erheblichem Umfang Lebensmittel innerhalb der städtischen Gebiete produziert und konsumiert.[5][6] Historisch gesehen sind städtische Ernährungssysteme ein Thema, das ebenso relevant ist, wie die traditionellen städtischen Dienstleistungen Verkehr, Strom und Abwasser.[9][10]

Abb. 1: Klassifikation der Begrifflichkeiten Urban Agriculture, Urban Gardening, Urban Farming und Urban Livestock.[3][11]

Die urbane Landwirtschaft hat zahlreiche, stark voneinander abweichende Formen ausgebildet (siehe Abb. 1). So bezeichnet Urban Agriculture die urbane Landwirtschaft als Überbegriff. Urban Gardening, Urban Farming und Urban Livestock sind auf der Ebene darunter einzuordnen. Ein wesentlicher Unterschied zwischen Urban Gardening und Urban Farming besteht in der Größenordnung. Urban Gardening wird von einzelnen Stadtbewohnern vorwiegend zur Selbstversorgung betrieben. Topfgartenbau (container gardens), Insektenfarmen und Urban Beekeeping sind Anwendungsbeispiele. Urban Farming soll auch auf kommerzieller Basis Produkte für die gesamte Bevölkerung liefern.[4] Die Produktion der Nahrungsmittel kann bodengebunden in der Fläche (Ground-Based) und ohne neue Flächennutzung (ZFarming) betrieben werden. ZFarming nutzt und erschließt somit das große Potenzial ungenutzter Stadträume wie leerstehende Gebäude oder Dächer neu.[3]

Stadtböden

Stadtböden unterliegen einem verstärkten Nutzungsdruck und sind in ihrem Aufbau oft maßgeblich durch menschliches Einwirken geprägt. Durch Versiegelung in urbanen Räumen gehen die natürlichen Bodenfunktionen im Wasser- und Nährstoffhaushalt verloren.[12] Die Reintegration der Lebensmittelproduktion in urbane Räume bietet Möglichkeiten und vielversprechende Potenziale, diese Herausforderungen zu bewältigen.[1][2]

Urban Farming ist weitgehend bedingt durch die Idee, Nahrungsmittelproduktion und Konsum in urbanen Gebieten miteinander zu verbinden.[3] Der prognostizierte Anstieg der Weltbevölkerung, das fortschreitende Industriewachstum sowie die intensive Verwendung von Düngemitteln haben zu einem beschleunigten Energie- und Nahrungsmittelverbrauch auf globaler Ebene beigetragen. Damit die Landwirtschaft dieses Wachstum fortsetzen kann, muss sich der Produktionsanstieg von Jahr zu Jahr erhöhen. Plant Factories bieten die Möglichkeit, die Gesamtproduktivität unter Berücksichtigung der genannten Aspekte zu verbessern und können deutlich höhere Erträge erzielen, als in der traditionellen Landwirtschaft.[13]

Plant Factories - Vertical Farming

Plant Factory ist ein Oberbegriff für mehrere Arten von Anlagen, die Pflanzen anbauen. Diese Anlagen werden nach ihrer Hauptlichtenergiequelle für Pflanzen in drei Klassen kategorisiert. Die erste Klasse der Plant Factories nutzt dabei das Sonnenlicht, wie in der traditionellen Landwirtschaft, um Pflanzen anzubauen. Um tages- und jahreszeitlich unabhängiger zu produzieren, unterstützt künstliche Beleuchtung in der zweiten Klasse das Pflanzenwachstum. Wird ganz auf Sonnenlicht verzichtet, handelt es sich um eine Plant Factories with Artificial Lighting (PFAL). Das künstliche Licht schafft dabei eine gleichmäßige Lichtumgebung für die Pflanzen. Alle drei Typen benötigen eine Struktur, um sie von der äußeren Umgebung zu trennen.[13]

Darüber hinaus fungiert die Abtrennung als primäre Barriere gegen Schädlinge und schafft einen Raum, der manipuliert und gesteuert werden kann und somit eine ganzjährige Kultivierung ermöglicht.[13] Hauptsächlich werden Blattgemüse, wie Salat und Fruchtgemüse, z.B. Tomaten angebaut. Die kompakte Größe dieser Gemüse bedeutet, dass für ihre Herstellung nur sehr wenig vertikaler Raum benötigt wird und schafft die Möglichkeit, den zusätzlichen vertikalen Raum effektiver zu nutzen.[14]

Plant Factories with Artificial Lighting (PFAL)

Typischerweise werden Leuchtstofflampen als Lichtquelle verwendet, da sie einen weiten Teil des Lichtspektrums abdecken. Diese sind jedoch nicht sehr effizient, was den Stromverbrauch anbelangt. Die aktuell neueste Entwicklung der Beleuchtung sind Light-Emitting Diodes (LEDs), da sich die Spektralbereicheigenschaften des erzeugten Lichtes beeinflussen lassen und etwa 60% energieeffizienter sind. Das Wellenlängenspektrum muss dabei an die einzelne Pflanze angepasst und optimiert werden.[7] Rotes Licht ist bei der Lichtproduktion am effizientesten, da rotes Licht weniger Energie pro Photon kostet und die Pflanzen diese Energie effektiv für die Photosynthese absorbieren. Viele Untersuchungen haben ergeben, dass zusätzlich blaues Licht unerlässlich ist, um eine ausgewogene Morphologie der meisten Kulturpflanzen zu erreichen.[13] Licht ist somit ein entscheidender Faktor für die Photosynthese und die morphologische Entwicklung der Pflanzen. Die Maximierung des photosynthetischen Potenzials von Pflanzen ist eine Methode zur Ertragssteigerung.[15]

Entscheidend bei künstlicher Beleuchtung ist der Fokus auf die Gewichtszunahme der Pflanze und nicht rein auf das vegetative Wachstum. Lichtzeit und Lichtposition sind für die effiziente Nutzung der Energie wichtig. Die Kombination der beiden Beleuchtungsmethoden, Oberlicht (top lighting) und Zwischenlicht (interlighting) ist dabei die effizienteste Methodik.[13]

Hydroponic

Hydroponische Kultivierung beschreibt eine Anbautechnik, die ohne Boden stattfindet. Der Boden wird dabei durch in Wasser gelöste Nährstoffe ersetzt. Diese Technik ist gekennzeichnet von schnellem Wachstum, hoher Produktivität, einfachem Management und Umweltsicherheit.[8] Es wird dabei zwischen den zwei Systemen unterschieden: aggregierte und flüssige Kulturen. Bei der ersten Kategorie wird ein grobkörniges Medium wie Steinwolle verwendet, um die Pflanzenwurzeln zu verankern und die Nährlösung wie ein Schwamm aufzunehmen. Bei der zweiten Technik fließt die Nährlösung direkt um die Wurzeln herum.[16] Die Nährstoffzusammensetzung kann dabei an die unterschiedlichen Erntebedürfnisse angepasst werden, indem die Konzentration der im Wasser gelösten chemischen Düngemittel auf verschiedene Bedürfnisse optimiert wird.[4]

Der Boden als reine hydroponische Lösung kann in der Lage sein, nicht nur Verletzungen durch kontinuierlichen Anbau, sondern auch schlechtes Wachstum durch Krankheitserreger oder Insekten zu vermeiden, die im Freiland oder bodengebundenen landwirtschaftlichen Anbau häufig vorkommen. Die räumliche Distanz zwischen den Konsumenten und den produzierenden landwirtschaftlichen Flächen verändert zudem die Ökosysteme, da sie das Recycling von Nährstoffen am Ort selbst verhindern und hohe Kosten sowie Transportemissionen verursachen.[4]

Referenzen

  1. 1,0 1,1 American Planning Association (APA; Hrsg.) (2007): APA Policy Guide on Community and Regional Food Planning. URL: https://www.planning.org/policy/guides/adopted/food.htm (Stand: 10.08.2020)
  2. 2,0 2,1 Pothukuchi, K., Kaufman, J. L. (1999): Placing the food system on the urban agenda: The role of municipal institutions in food systems planning. Agriculture and Human Values 16 (2), 213– 224. doi: 10.1023/A:1007558805953.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 Thomaier, S., Specht, K., Henckel, D., Dierich, A., Siebert, R., Freisinger, U. B., Sawicka, M. (2015): Farming in and on urban buildings: Present practice and specific novelties of Zero-Acreage Farming (ZFarming). Renewable Agriculture and Food Systems (1), 43–54. doi:10.1017/S1742170514000143.
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Anpo, M., Fukuda, H., Wada, T. (2019): Plant factory using artificial light. Adapting to environmental disruption and clues to agricultural innovation. Amsterdam. doi:10.1016/C2017-0- 00580-3.
  5. 5,0 5,1 Fraser, E.D.G (2003): Social vulnerability and ecological fragility: building bridges between social and natural sciences using the Irish potato famine as a case study. Conservation (2), 9. URL: https://www.ecologyandsociety.org/vol7/iss2/art9/ (Stand: 10.08.2020)
  6. 6,0 6,1 Lawson, L. (2016): Agriculture: Sowing the city. Nature 540 (7634), S. 522–524. doi: 10.1038/540522a.
  7. 7,0 7,1 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, Physical and biological sciences 89 (10), 447–461. doi: 10.2183/pjab.89.447.
  8. 8,0 8,1 dos Santos, J. D., Lopes da Silva, A. L., da Luz Costa, J., Scheidt, G. N., Novak, A. C., Sydney, E. B., Soccol, C. R. (2013): Development of a vinasse nutritive solution for hydroponics. Journal of environmental management 114, 8–12. doi:10.1016/j.jenvman.2012.10.045.
  9. Born, B., Purcell, M. (2006): Avoiding the Local Trap. In: Journal of Planning Education and Research 26 (2), 195–207. doi:10.1177/0739456X06291389.
  10. Newman, P., Beatley, T., Boyer, H. (2009): Resilient Cities: Responding to Peak Oil and Climate Change. Island Press, 2009.
  11. Barthel, S., Isendahl, C. (2013): Urban gardens, agriculture, and water management: Sources of resilience for long-term food security in cities. In: Ecological Economics 86, 224–234. doi:10.1016/j.ecolecon.2012.06.018.
  12. Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU; Hrsg.) (2009): Boden des Jahres 2010. Stadtböden. URL: https://www.lfu.bayern.de/boden/tag_des_bodens/doc/stadtboeden.pdf (Stand: 10.08.2020)
  13. 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 Brandon, M. F., Lu, N., Yamaguchi, T., Takagaki, M., Maruo, T., Kozai, T., Yamori, W. (2016): Next evolution of agriculture: A review of innovations in plant factories. In: M. Pessarakli (Hrsg.): Handbook of photosynthesis, 3. Auflage, (Books in soils, plants, and the environment), 723– 737. doi:10.13140/RG.2.1.3170.6000.
  14. Kozai, T., Niu, G., Takagaki, M. (2016): Chapter 3 - PFAL Business and R&D in the World: Current Status and Perspectives. In: T. Kozai, G. Niu, M. Takagaki (Hrsg.): Plant factory. An indoor vertical farming system for efficient quality food production. Amsterdam, Boston, Heidelberg, 35–68. doi:10.1016/B978-0-12-801775-3.00003-2.
  15. Archer, M. D., Barber, J. (2004): Photosynthesis and Photoconversion. In: Archer, M. D.; Barber, J. (Hrsg.): Molecular to Global Photosynthesis, Bd. 2 (Series on Photoconversion of Solar Energy), 1–41.
  16. Olympios, C. M. (1999): Overview of soilless culture: Advantages, constraints, and perspectives for its use in Mediterranean Countries. Cahiers Options Méditerranéennes (31), 307–324.

Weiterführende Informationen und Literatur

Autor:innen

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Dieser Artikel wurde erstellt von:
Andreas Rothenhäusler, Philipp Maly