Do głównych zadań stawianych przed uprawami miejskimi należą:

• wykorzystanie ich ekonomicznego potencjału przez kreowane miejsca pracy oraz możliwości rozwoju dla młodych ludzi,
• wprowadzenie upraw w system zieleni miejskiej w celu zwiększenia zysków zielonej infrastruktury i możliwości rezyliencji miast,
• walka z gentryfikacją, komercjalizacją przestrzeni miejskich i wysokim kosztem świeżego jedzenia dobrej jakości,
• wykorzystanie przestrzeni na aktywności sprzyjające rozwojowi więzi społecznych i demokratyczne dla zróżnicowanych grup (Cohen, 2018).

Podstawą udanej implementacji upraw jest:

• Wyznaczenie terenów pod system upraw (productive urban landscape area),
• Popularyzacja istniejących rozwiązań i udostępnianie wiedzy (toolkit),
• Prawidłowe ramy prawne i uwarunkowania rynkowe (określenie rynku zbytu i współpracujących instytucji, food policy),
• Integracja produktów upraw miejskich z istniejącym systemem dostaw dystrybucji (urban food system) (Bohn & Viljoen, 2016).

Potencjalne problemy upraw miejskich:

• zaburzenia lokalnego ekosystemu – wprowadzenie gatunków obcych/inwazyjnych, zapraszających nowe choroby zwierząt i roślin, stosowanie środków ochronnych w pobliżu delikatnych naturalnych systemów,
• zagrożenie zdrowotne dla ludzi – możliwość przeniesienia chorób miedzy użytkownikami; możliwe zatrucie; możliwe stworzenie ekosystemu dla niekorzystnych zwierząt – np. zwiększenie populacji komarów przy zbiornikach wody opadowej,
• gentryfikacja uboższych obszarów – jeśli dodamy zieleń dla zapewnienia korzyści społecznych dla mieszkańców, a w wyniku podniesie się cena nieruchomości (Lin, et al., 2017).

Projektowanie budynków upraw

Uprawy wewnątrz budynków zapewniają dostęp do bezpiecznego, pewnego źródła żywności, stanowią miejsce pracy na zróżnicowanych stanowiskach i przyczyniają się do ochrony środowiska i poprawy rezyliencji miast. Zakłada się dużą intensywność i produktywność upraw w pełni kontrolowanych warunkach (CEA).

Żywność lokalna stanowi dynamicznie rozwijający się sektor rynkowy (wartość 1 mld dolarów w 2005 roku wobec 7 mld w 2013) i, według raportów, badań i obserwowanych tendencji, jej znaczenie będzie się nadal gwałtownie zwiększać. Dzięki produkcji w środowisku wewnętrznym możliwe jest dostarczanie żywności niezależnie od pory roku i warunków klimatycznych. Uważa się, że przeniesienie upraw do wnętrz budynków w miastach będzie stanowiło rewolucję w sposobie produkcji i dystrybucji jedzenia.

Produkcja wymaga znacznie mniejszego stosowania środków ochronnych i prowadzona jest w niedużej odległości od punktów konsumpcji. Ponadto przyczynia się do promowania zrównoważonych rozwiązań przez stosowanie ekonomii cyrkularnej: surowce są użytkowane tak wiele razy jak to możliwe oraz powstaje minimalna ilość odpadów, które w dużej części zostają przetworzone. Uprawy w systemach bezglebowych są najbliższe naturalnemu obiegowi materii i energii: odpady z jednych procesów umożliwiają działanie innych.

Uprawy wewnątrz budynków (Controlled Environment Agriculture – CEA) zawierają technologie zapewniające dużą wydajność i plony wysokiej jakości. Kontroli podlegają warunki powietrza i substratu, w którym znajdują się korzenie. Parametry dostosowuje się zarówno do wymagań danego gatunku, jak i oczekiwanych efektów produkcji. Głównym czynnikiem zapewniającym szybkość wzrostu roślin jest światło, którego spektrum dobierane jest z zakresu 400-700 nm. Najbardziej korzystne efekty daje zastosowanie oświetlenia niebieskiego, czerwonego lub ich połączenie. Przy uprawach wewnątrz budynków główną składową kosztów jest energia elektryczna, dlatego wszelkie technologie ograniczające jej użycie (np. diody LED o niskim poborze energii) znacząco poprawiają opłacalność produkcji.

W ramach prowadzenia upraw w systemie cyrkularnym produkowane odpady organiczne powinny być kompostowane w celu stworzenia nawozu lub przeznaczone do utylizacji w biogazowi. Niektóre surowce użyte przy produkcji roślin, np. substrat pochodzenia naturalnego, mogą być wykorzystane przy hodowli innych gatunków – grzybów, insektów.

Dzięki zamkniętemu obiegowi wody i odzyskiwaniu składników odżywczych, przy zastosowaniu oczyszczania wody w akwariach lub przez naświetlanie lampami UV, jej zużycie ograniczone jest nawet do 10% względem metod tradycyjnych.

Każdy z hodowanych gatunków wymaga specjalistycznych warunków, dostosowywanych przez systemy wentylacji, ogrzewania, chłodzenia, wilgotności powietrza, które mogą generować bardzo duże zapotrzebowanie energetyczne. Ograniczenie nakładów energetycznych wymaga współpracy systemów (wykorzystania nadmiaru czynnika przy jednych uprawach do zaspokojenia wymagań innych gatunków) oraz dostosowania warunków przestrzennych. Przykładowo umieszczenie uprawy grzybów pod ziemią zapewni stabilność temperatury, ciepło wytwarzane w systemach chłodzących może być wykorzystane do podgrzania wody w akwariach, wilgoć  i tlen produkowany przez rośliny zapewni odpowiednie warunki do hodowli grzybów i insektów.

System upraw w budynku może nie tylko działać w cyklu zamkniętym, nie produkując żadnych odpadów, ale nawet poprawiać warunki otoczenia. Po wstępnym oczyszczeniu powietrza miejskiego wprowadzanego do wnętrza można poprawić jego jakość dzięki roślinom usuwającym zanieczyszczenia pyłowe i zwiększającym wilgotność i zawartość tlenu. Odpady organiczne z sąsiedztwa mogą być wykorzystywane do kompostowników, zasilenia wewnętrznej biogazowi lub stanowić substrat – np. fusy z kawy stanowią doskonałą podstawę do hodowli grzybów (The Association for Vertical Farming Project Group AMI, 2017).

Projektowanie biofilne

Generalne zalecenia

• Uwzględnienie wytycznych biofilicznych od początkowych faz projektowania umożliwia pełne wykorzystanie możliwości przestrzennych, od wyboru i sposobu lokalizacji obiektu, zagospodarowanie terenu, przez program i układ funkcjonalny, formę i wystrój.
• Biofilia powinna być uwzględniania przy projektowaniu wszystkich rodzajów budynków, ale szczególnie ważne jest to w przypadku obiektów dedykowanych dzieciom, osobom starszym i z problemami zdrowotnymi. Kontakt z naturą sprzyja prawidłowemu rozwojowi i procesom regeneracyjnym.
• Budynek powinien sprzyjać edukacji ekologicznej – praktyczne zastosowanie konkretnych rozwiązań bardziej przekonuje użytkowników niż przekaz teoretyczny.
• Rozwiązania projektowe w miarę możliwości powinny być też wprowadzane do istniejących budynków.
• Element tajemniczości w przestrzeni zachęca do indywidualnej eksploracji i nawiązuje do złożoności natury, co jest bardzo korzystne dla najmłodszych użytkowników.
• Podkreślenie i szacunek dla estetycznych, ekologicznych, historycznych i kulturowych powiązań lokalnych warunkuje prawidłowe funkcjonowanie obiektu oraz zainteresowanie i troskę społeczności.

Projektowanie w krajobrazie i zagospodarowanie terenu

• Otwarte przestrzenie dookoła budynku umożliwiają najprostszą formę kontaktu z naturą, zapewniają lepszą jakość powietrza i dostęp do światła dziennego. Preferowane są lokalne gatunki roślinności, które będą stanowiły naturalną część ekosystemu.
• Ze względów ekologicznych i ekonomicznych należy w maksymalnym stopniu zachować istniejący drzewostan i krajobraz.
• Należy zapewnić połączenia widokowe i funkcjonalne wnętrza i zewnętrza uwzględniając elementy krajobrazu.
• Ścieżki piesze i rowerowe powinny stanowić wygodną komunikację dookoła budynku i łączyć go z otoczeniem i społecznością.
• Zagospodarowanie terenu powinno maksymalizować powierzchnię biologicznie czynną i wykorzystywać gatunki rodzime.
• Zieleń wertykalna na zewnątrz budynku integruje zabudowę z naturą, pozwala na ograniczenie nagrzewania i zmniejsza ilość bezpośredniego oświetlenia w środku.

Projektowanie budynku

• Dostosowanie rozmiarów i lokalizacji okien do zapewnienia wygodnej łączności wzrokowej z zewnętrzem. Możliwość kontaktu ze środowiskiem zewnętrznym – możliwość otwierania okien przez użytkowników. Detal budynku niezaburzający dobrej widoczności elementów naturalnych.
• Dach płaski, pokryty zielenią i z możliwością dostępu dla wszystkich użytkowników budynku.
• Lokalizacja miejsc pracy powinna umożliwiać stały kontakt wzrokowy z zielenią zewnętrzną i dobry dostęp światła dziennego. Doświetlenie wnętrz światłem dziennym przy jednoczesnej prewencji niekorzystnych zjawisk (prześwietlenia, olśnienia).
• Roślinność wprowadzona do środka przez grządki wewnętrzne i zielone atria, w miarę możliwości wielokondygnacyjne. Kontakt z naturą na zewnątrz budynku i dostępną przez atria powinien być uzupełniany przez rośliny doniczkowe.
• Wewnątrz budynku zaleca się lokalizować ściany porośnięte roślinnością, które poprawią jakość powietrza i przyczynią się do oczyszczania wody. Możliwe jest także wprowadzenie cieków wodnych lub niewielkich wodospadów.
• Zróżnicowanie przestrzeni i kontrolowana złożoność układów i estetyki odwołuje się do rozwiązań odnajdywanych w naturze. Zaleca się stosowanie naturalnych materiałów wykończeniowych (Wilson, 2006).

Bezglebowe technologie upraw

Zgodnie z obecnym stanem wiedzy najstarsze formy upraw bezglebowych pochodzą z czasów starożytnych. Zalicza się do nich zieleń na dachach Babilonu (wiszące ogrody), uprawy na jeziorze w Tenochtitlán (obecny Meksyk), przedstawione są również na wielu egipskich malowidłach ściennych. Obecnie prowadzone są badania instytucji naukowych i firm komercyjnych nad możliwością wprowadzenia systemów bezglebowych na szeroką skalę. Interdyscyplinarne prace łączą uwarunkowania botaniczne, biochemiczne, technologiczne z robotyką, urbanistyką i architekturą.

Działanie systemu opiera się na eliminacji gleby na rzecz zastępczego substratu  (najczęściej piasku, żwiru pumeksowego, keramzytu, łupka ekspandowanego, torfu kokosowego lub wełny mineralnej) lub mocowania roślin bezpośrednio w odpowiednich naczyniach. Zróżnicowanie technologii wynika ze sposobu zapewniania roślinom dostępu do wody, składników odżywczych, sposobu oświetlenia i rodzaju konstrukcji utrzymującej sadzonki w konkretnej strukturze.

Wszystkie systemy upraw bezglebowych prowadzone są w środowisku zamkniętym, co gwarantuje stałe i optymalne warunki temperatury i wilgotności powietrza. Hodowla w środowisku zamkniętym oraz brak kontaktu z wirusami, bakteriami i grzybami naturalnie występującymi w otoczeniu pozwalają na eliminację pestycydów. Światło naturalne często zostaje zastąpione sztucznym, o specjalnie dobranym paśmie barwnym, optymalnym dla potrzeb danego gatunku, co znacząco zwiększa tempo wzrostu roślin. Otrzymane plony są pełnowartościowe dzięki odpowiedniemu doborowi mieszanki odżywczej i wolne od zanieczyszczenia środkami ochronnymi. Znaczącą korzyść sanowi także niezależność od warunków atmosferycznych i ekstremalnych zjawisk pogodowych. Wszystkie systemu osiągają wyższą wydajność upraw przy niższych nakładach energetycznych i zużyciu wody od tradycyjnego rolnictwa (Keith, 2000).

Podstawowy system hydroponiczny zakłada zasilanie roślin w potrzebną wodę, składniki odżywcze i minerały przez zanurzenie korzeni w roztworze specjalnie dopasowanym do potrzeb danego gatunku.

Połączenie upraw hydroponicznych z hodowlą ryb (aquakulturą) tworzy system aquaponiczne. Bogata w składniki odżywcze woda z akwariów zasila rośliny, jest przez nie filtrowana i oczyszczana i ponownie skierowana do zbiorników rybnych.  Zamknięty obieg wody dla całego układu oraz wzajemne zależności międzygatunkowe pozwalają na znaczące ograniczenie kosztów i zwiększenie wydajności upraw.

W systemie aeroponicznym stały dostęp do wody zastąpiony zostaje przez regularne spryskiwanie korzeni wodnym roztworem bogatym w składniki odżywcze. Wymaga to bardziej rozbudowanej technologii, ale pozwala na osiągnięcie znacząco wyższej efektywności produkcji (Desima, 2017).

Bibliografia

1. Bohn, K. & Viljoen, A., 2016. The Productive City: Urban Agriculture on the map. Urban Design. Food and the City, 3(140), pp. 23-26.
2. Cohen, N., 2018. Symposium: Urban Greenhouses and the Future of Food, Nowy Jork: CUNY Urban Food Policy Institute.
3. Desima, 2017. Aquaponics. [Online]
   Available at: https://www.desima.co/aquaponics/#aquaponics-intro
   [Data uzyskania dostępu: 24 11 2018].
4. Keith, R., 2000. How to hydroponics. Wydanie trzecie red. Nowy Jork: FutureGardens.
5. Lin, B. B., Philpott, S. M., Jha, S. & Liere, H., 2017. Urban Agriculture as a Productive Green Infrastructure for Enviromental and Social Well-Being. W: P. Y. Tan & C. Y. Jim, redaktorzy Greening Cities. Forms and Functions. Singapur: Springer, pp. 155-180.
6. The Association for Vertical Farming Project Group AMI, 2017. Controlled Agriculture & Ecosystem Economies, Monachium: Association for Vertical Farming.
7. Wilson, A., 2006. A Sampling of Biophilic Design Strategies. [Online]
   Available at: https://www.buildinggreen.com/sites/all/modules/bg_content/templates/imagemodal.php?image=https://www.buildinggreen.com/sites/default/files/articles/Biophilia_table.gif&nid=8059
   [Data uzyskania dostępu: 9 Kwiecień 2019].