Những trang trại và khu vườn trên sân thượng, tận dụng không gian mái nhà chưa được sử dụng là một lựa chọn phổ biến, cung cấp nguồn thức ăn mới đồng thời làm mát khu vực xung quanh, tăng khả năng cách nhiệt của tòa nhà và cải thiện chất lượng không khí.

Nhưng các điều kiện trên mái nhà như bức xạ mặt trời lớn hơn, tiếp xúc với gió nhiều hơn, độ ẩm của đất ít hơn thường đồng nghĩa là thực vật nhỏ hơn và kém khỏe mạnh hơn.

Một nhóm nghiên cứu do TS Sarabeth Buckley thuộc trường Đại học Cambridge, Mỹ dẫn đầu đưa ra giả thuyết, tái sử dụng lại khí thải CO2 từ ống thông gió tòa nhà như một loại phân bón có thể giúp chống lại những thách thức này. Để khám phá khả năng này, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trồng ngô và rau bina (rau chân vịt) trên mái một tòa nhà trong khuôn viên trường Đại học Boston.

TS Buckley cho biết: “Chúng tôi muốn kiểm tra xem, liệu có nguồn tài nguyên chưa được khai thác nào bên trong các tòa nhà, có thể được sử dụng để giúp cây trồng lớn hơn trong các trang trại trên mái nhà hay không,” nhóm nghiên cứu Buckley đặt tên cho khu vườn thử nghiệm là BIG GRO và xuất bản công trình nghiên cứu trên tạp chí Frontiers in Sustainable Food Systems. "Việc tạo ra những điều kiện thuận lợi hơn để tăng tốc độ sự tăng trưởng cây trồng có thể giúp làm cho các trang trại trên mái nhà thành công hơn, có nhiều lựa chọn khả thi hơn để lắp đặt khu canh tác trên các tòa nhà."

Vườn rau trên sân thượng

Ngô và rau bina được chọn vì đây là những cây thực phẩm phổ biến, nhóm cây trồng này sử dụng nhiều cách khác nhau để quang hợp, một trong những cách đó (C3, được sử dụng bởi rau bina chứ không phải ngô) nhạy cảm hơn với mức CO 2 tăng cao và thu được lợi ích nhiều hơn từ hàm lượng CO2 cao, thoát ra từ những lỗ thông gió. Ngô đóng vai trò như một cây đối chứng nhằm xem xét các khía cạnh khác của vị trí đặt gần lỗ thoát khí như nhiệt độ cao hơn so môi trường cùng thời điểm trong năm khi các thí nghiệm được tiến hành, ảnh hưởng đến sự phát triển của cây như thế nào.

C3, C4 và CAM là ba quá trình khác nhau mà thực vật sử dụng để cố định cacbon trong quá trình quang hợp. Cố định carbon là cách thực vật loại bỏ carbon khỏi carbon dioxide trong khí quyển và biến thành các phân tử hữu cơ như carbohydrate.

Khu vườn trên sân thượng cũng được lắp đặt các bộ điều khiển, lưu chuyển gió bằng quạt lớn mà không có bất kỳ luồng khí thải ra nào, trong trường hợp này luồng khí chuyển động từ các lỗ thông hơi chỉ là một yếu tố góp phần. Nồng độ CO2 trong các lớp học bên trong tòa nhà và trong vườn được đo thường xuyên để xác định lượng CO2 bổ sung đến cho cây.

Ông Buckley cho biết: “Với các phép đo CO 2, nồng độ khí carbon dioxide lên cao được xác định cả bên trong các lớp học và tại các lỗ thoát khí trên mái nhà khi mọi người đang có mặt trong tòa nhà. Mức CO2 trung bình trên 1000 phần triệu (ppm), giới hạn cao nhất được khuyến nghị duy trì và trên 800ppm trong các lớp học, đủ cao để tăng cường sự phát triển của thực vậttại các lỗ thoát khí trên mái nhà."

Rau bina tăng gấp 4 lần

Những cây trồng được theo dõi trong suốt quá trình tăng trưởng về kích thước, số lượng lá, sau khi thu hoạch được dùng để lấy sinh khối ướt và khô với kết quả nổi bật: rau bina trồng cạnh ống thoát khí có sinh khối gấp 4 lần rau bina trồng cạnh quạt điều khiển. Ngay cả khi gió lớn làm giảm lợi thế về kích thước, những cây trồng vẫn lớn hơn gấp đôi so với rau bina đối chứng.

TS Buckley lưu ý: “Vẫn còn nhiều khía cạnh của hệ thống này phải được xác định trước khi có thể được triển khai như thiết kế lưu chuyển không khí tối ưu, mức độ có thể của hiệu ứng tăng trưởng nâng cao. Ngoài ra, có sự giảm tốc độ tăng trưởng khi tốc độ gió tăng lên. Điều đó có nghĩa cần biết tốc độ gió tối ưu và đưa vào thiết kế hệ thống."

Lợi thế của thực vật dường như không hoàn toàn là do “bón phân” CO 2, ngô, theo nhận định sẽ được hưởng lợi ít hơn, cũng lớn hơn 2 đến 3 lần so với những đối chứng. Nghiên cứu đã đưa ra những khả năng quan trọng trong việc tái sử dụng CO2, được coi là phân bón nhằm tăng năng suất của các trang trại đô thị và che chắn các công trình khỏi những điều kiện khắc nghiệt của môi trường.

TS Buckley nói: “Chúng tôi hy vọng nghiên cứu này có thể dẫn đến sự phát triển hơn nữa của hệ thống cây trồng và cuối cùng là triển khai được các khu vườn và trang trại trên sân thượng. Nếu kết quả có tính khả thi, hy vọng sẽ có nhiều trang trại trên các mái nhà. Những trang trại và khu vườn sẽ mang lại vô số lợi ích về môi trường và xã hội như tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà, giảm lượng khí thải carbon, giảm thiểu ô nhiễm khí hậu, giảm nhiệt đô thị, sản xuất thực phẩm địa phương, cơ hội xây dựng cộng đồng, những lợi ích về thẩm mỹ khu đô thị và sức khỏe tinh thần."