城市中的未来农场技术

杨琳彦

理想中的“垂直农场”是一个完全自给自足的生态系统，其能源来自于风力、太阳能和不可食用的作物废料

城市和农业的“牵手”之缘

据联合国粮食及农业组织（FAO）预计，2030年世界总人口有望达到85亿;2050年时，将有97亿人口生活在我们这颗蓝色星球上。为了养活如此多的人口，届时全球粮食必须在现有基础上再提升70%的产量。

按照传统农业耕种的规律，粮食产量的提升，意味着需要更多的土地。然而，随着城市化进程不断加速，预计2050年全球将有三分之二的人口生活在城市中。在此情形下，耕地面积无疑将被城市的“水泥森林”所挤压，城市附近的农业用地也将被持续壮大的第二、第三产业所占据。面对如此庞大人口吃饭问题，人们不得不考虑对现有的食物生产模式进行“更新换代”！在此背景下，一种名为“垂直农场”（Vertical Farm）的全新耕作技术应运而生。简言之，就是在城市摩天大楼中生产食物以供给周边居民。这一构想看似“天方夜谭”，其实已在哥本哈根、东京等大型城市中悄然萌芽。琼斯食品公司（Jones Food Company）计划于本年度内，在英国建立起世界最大的“垂直农场”，占地面积达到1.4万平方米左右。

“垂直农场”的概念，最初由生态学家迪克森·德斯波米尔（Dickson De-spommier）所提出。构想中的“垂直农场”，在外形上与普通的商务办公楼没有明显区别，楼高大多在30层至40层之间。专业人员通过技术手段，可在摩天大楼中模拟农作物甚至是禽类、鱼类生长及繁殖所需的阳光、温度、湿度等环境条件。这些农作物的种植都处于人工调节下，并可根据不同农作物的自身特点进行科学有效地分层种植，以最大程度满足作物的生长需求。

理想中的“垂直农场”是一个完全自给自足的生态系统，其能源来自于风力、太阳能和不可食用的作物废料。按照构想中的测算，一栋30层高的“垂直农场”摩天大楼，每年可为5万人提供足量的食物。“垂直农场”的运作，不仅覆盖农作物的种植，还考虑到了从作物生产到废物处理的全过程转化。其仿照了自然生态系统中的食物链结构，通过动植物和微生物的合理组配，最大程度保证能源利用率。“垂直农场”使用循环用水在封闭系统中进行浇灌，不仅可以减少水量消耗，还可避免因径流导致的养分流失。此外，“垂直农场”在消解温室气体效应方面还有着独特优势。绿色农作物在吸收城市生成二氧化碳的同时，还可以减少因长途运输作物而产生的二氧化碳。

简言之，未来的“垂直农场”就是在城市高楼大厦中，利用温室种植、可再生资源等专门手段来进行农作物生產，并实现产量大幅提升和减少土地使用等目的的一种“未来技术”。

从构想迈向现实的“垂直农场”前行之路

由于受到各类客观因素的制约，类似于构想中的那种超大规模，且拥有深度自主生态系统的“垂直农场”，可能在未来的一段时间内还难以完全实现。不过，一些“初创版”“探索版”的“垂直农场”雏形，已在世界范围内开始萌芽。

丹麦一家名为“北欧收获”（Nordic Harvest）的企业在哥本哈根一座7000多平方米的巨大仓库里，建立了一座完全依赖风力发电的“垂直农场”，以期每年能够生产出足量的碳中和、无农药的农作物。在这个占地20个足球场大小的“垂直农场”中，没有阳光，也没有土壤，自地面起从低到高一共架设了14层种植槽架。农场中的植物种子并非播撒在土壤中，而是在凝胶中进行发芽直至根系存活，其养分则来源于由发酵的农作物残渣和天然矿物质所制成的“生物肥料”。

植物的生长需要光合作用，但哥本哈根的“垂直农场”并不依赖自然光，而是由2万枚专业的LED光源提供全天候的照明。每一层种植槽架的顶部都安装有模拟太阳光的LED照明系统，研究人员针对不同的农作物，分别设定了最适宜其生长的光照强度和频谱。我们肉眼看到的LED灯，都呈现出白光，对于植物而言，其在享受着舒适的蓝光、红光的同时，种植槽的作物很快就会生长，根本不用担心自然界中诸如干旱、洪涝、霜冻、虫害等极端因素的影响。

“垂直农场”每一层种植槽架的顶部都安装有模拟太阳光的LED 照明系统

“垂直农场”中种植的农作物预计有望达到每年收获15次的超高频次

“垂直农场”在外形上与普通的商务办公楼没有明显区别

该“垂直农场”首批种植的农作物包括芝麻菜、小菠菜、香菜、薄荷、欧芹、罗勒等绿叶植物，未来几年还将进一步扩展至浆果以及根茎类蔬菜。“垂直农场”中，自动机器人会将植物种子依次送往各个过道及槽架，其生长情况也实时处于传感系统的跟踪监测中。相较于传统农业通常一年收获两季的频次，“垂直农场”中种植的农作物预计有望达到每年收获15次的超高频次。2021年底，随着哥本哈根“垂直农场”正式投入全面生产，其农产品年产量可达到1100吨左右。6F8C9C5B-C31F-468D-AD12-9F7DECB40C52

诚然，哥本哈根“垂直农场”的日常运作，完全依赖于电能消耗。但其百分百使用风车供能的特点，保证了农场二氧化碳的中和性。绿色电力的使用，加之农场地缘环境就处于消费者身边，使得“垂直农场”也有着较好的环保效应。农场中消耗的水资源经过过滤和重新利用，使其用水量消耗远低于传统农业。据测算，“垂直农场”中产出的每千克农作物的用水量约为1升，仅仅是同等产量下传统田间农业用水量的1/250。

由于“垂直农场”中的农作物完全处于可控的生长环境下，这就意味着在种植过程中并不需要杀虫剂，也不会涉及氮肥和有毒化学物质的使用。该生长条件与有机食品的要求完全一致，但让人颇为不解的是，哥本哈根“垂直农场”的农产品并未加标有机食品的标签。究其缘由，涉及欧盟法规对于有机食品的界定。根据欧盟规定，“有机”一词与“土壤”相关联。由于“垂直农场”的种植技术已然不再需要土壤，故经由“垂直农场”生产出的农产品也并不冠以有机食品的名称。

“垂直农场”技术的长板与短板

作为一项拥有广泛应用空间的未来技术，“垂直农场”有着传统农业难以企及的巨大优势。就土地利用率而言，基于摩天大楼架构理念的“垂直农场”，充分利用了空间与层高，这让其较之于完全平面状态下的传统农场，能够节约更多的土地面积。“垂直农场”内是一个适宜作物生长的独立环境，完全摆脱了自然灾害、地理气候以及土壤条件等因素的束缚，有利于大幅度提升作物的产量。由于“垂直农场”技术兼具了绿色环保和生态循环系统，其可以充分利用风能、太阳能等可再生能源，并可将农作物生产过程中形成的有机废物通过环保技术转化为可供利用的清洁能源。此外，“垂直农场”技术还可将城市中的“钢筋混凝土森林”变为真正绿色的生态森林。

不过，综合“垂直农场”技术发展的态势而言，其未来应用也面临着诸多亟待解决的难题。

单就“垂直农场”建设的成本来说，其一定程度上阻挡了该技术快速推广的脚步。据测算，要建造一个规模化的“垂直农场”，其成本将高达数十亿美元，远远超过了传统农业。此外，“垂直農场”需要使用LED光源系统进行全天候照明，如果无法完全利用绿色能源来供应，其对于电能将产生极大的消耗。需要注意的是，并不是所有的农作物都适合“垂直农场”的生长模式，其种植范围较为有限的问题，同样也是影响“垂直农场”技术迅速推广的另一大因素。

编辑：黄灵  yeshzhwu@foxmail.com6F8C9C5B-C31F-468D-AD12-9F7DECB40C52