在摩天大樓上種糧食

　　當傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)遭遇極端氣候變化時，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就顯得非常脆弱。世界銀行預計，到21世紀80年代，氣候變化將會造成全球農(nóng)業(yè)減產(chǎn)15%以上。與此同時，人口的增長又使得土地極度缺乏。根據(jù)聯(lián)合國人口報告估計，到2050年，全球?qū)⒂?0億新增人口，總?cè)丝谶_93億。如果依然按照目前的傳統(tǒng)農(nóng)作物生產(chǎn)方式進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，將需要109公頃的新土地來生產(chǎn)食物，但是目前全世界80%的適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土地都已經(jīng)被使用。未來，糧食安全問題如何解決，成為全世界關(guān)注的焦點。
　　在此背景下，以迪克森·戴斯波米爾為代表的科學家們提出了“農(nóng)業(yè)摩天大樓”的概念。農(nóng)業(yè)摩天大樓是使用最先進的室內(nèi)農(nóng)業(yè)技術(shù)，從經(jīng)濟性和環(huán)境友好性兩個方面出發(fā)，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到摩天大樓里的一種創(chuàng)新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。農(nóng)業(yè)摩天大樓如果成功運作，將會為都市提供多種多樣的健康食品，同時也能夠修復被傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)所損壞的生態(tài)環(huán)境。
　　當前，農(nóng)業(yè)摩天大樓設(shè)計主要分為三類：一類為節(jié)能型，一類為新能源利用型，還有一類將社區(qū)生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合。?
　　
　　摩天大樓如何種糧食
　　
　　農(nóng)業(yè)摩天大樓在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要技術(shù)主要有三種：滴灌、水培和氣培。
　　滴灌法已經(jīng)在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用，主要是利用塑料管道將水通過直徑約10毫米的孔口或滴頭送到作物根部進行局部灌溉，對水的利用率可達95%。
　　水培法則是將植物種在溶解了各種營養(yǎng)物質(zhì)的水槽中。在水培溫室里，農(nóng)作物可以全年生長，產(chǎn)量可以達到最大。只要有足夠的水分和能量供應，室內(nèi)種植可以在任何地方進行，而且空間利用非常靈活，不會破壞土壤的結(jié)構(gòu)。
　　氣培法是將農(nóng)作物栽培在生物箱內(nèi)，作物根部懸于營養(yǎng)液上方，營養(yǎng)液以氣體的形式噴到作物根部。用這種方法種植農(nóng)作物可以大量節(jié)約用水，且已有研究表明，氣培法所生產(chǎn)的作物含有更高的鈣和鉀，對人體健康更有益。
　　在能量循環(huán)方面，農(nóng)業(yè)摩天大樓整體運作包括電力供應系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和智能化補光系統(tǒng)。
　　傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)依賴于消耗化石、煤炭等枯竭型能源，但是以垂直農(nóng)業(yè)為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)利用的則是太陽能、風能、液體內(nèi)能、地熱能、生物質(zhì)能等可循環(huán)、可再生的清潔能源。農(nóng)業(yè)摩天大樓頂部可以安裝太陽能板，吸收太陽能，還可以安裝風力風渦輪，利用風電。控制器為大樓提供電力供應。另外一個重要電力來源，是將不可食用的植物顆粒(如玉米麩皮)變成燃料。
　　農(nóng)業(yè)摩天大樓的水循環(huán)系統(tǒng)一方面通過自身的循環(huán)系統(tǒng)對雨水進行收集和利用，另一方面也通過自然過濾的方式回收利用城市廢水用于灌溉，甚至可以繼續(xù)凈化過濾變成飲用水。
　　植物正常發(fā)育需要通過光合作用，農(nóng)業(yè)摩天大樓中將采用特殊的光譜燈光，與植物生長所需要的波段匹配，以實現(xiàn)最大化節(jié)能。
　　
　　面向未來的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)計
　　
　　迪克森·戴斯波米爾認為，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，農(nóng)業(yè)摩天大樓有很多優(yōu)點：首先，產(chǎn)量高，1畝室內(nèi)農(nóng)場的產(chǎn)量相當于4～6畝室外農(nóng)場；第二，生產(chǎn)具有穩(wěn)定性，不會遭受干旱、洪澇和蟲害等威脅而導致產(chǎn)量下降；第三，由于不施用除草劑、除蟲劑、化肥，因此農(nóng)業(yè)摩天大樓所生產(chǎn)的產(chǎn)品將完全為健康有機農(nóng)產(chǎn)品；第四，幾乎消除了污水循環(huán)所導致的農(nóng)業(yè)浪費；第五，將傳統(tǒng)的農(nóng)場生產(chǎn)回歸自然，有助于原有生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復；第六，極大地減少了由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所導致的傳染性疾病的發(fā)生幾率；第七，將植物和動物不可使用的部分制成甲烷，增加能量利用；第八，由于不使用拖拉機等農(nóng)業(yè)機械，農(nóng)業(yè)摩天大樓將極大地減少化石燃料的使用。
　　但是，也有不少專家對農(nóng)業(yè)摩天大樓存在質(zhì)疑。有人認為，農(nóng)業(yè)摩天大樓用于蔬菜水果的種植具有經(jīng)濟可行性，但是種植主要農(nóng)作物，比如小麥等，生產(chǎn)成本就會過高。也有人指出，由于這種農(nóng)業(yè)摩天大樓的造價、能源消耗本身就非常高，在成本上不合算。
　　盡管如此，大多數(shù)專家仍相信，這種農(nóng)業(yè)摩天大樓的耕作方式將成為人類未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的唯一出路。迪克森·戴斯波米爾認為，未來的農(nóng)業(yè)摩天大樓將不僅是農(nóng)業(yè)種植場所，而是兼具室內(nèi)農(nóng)場、賓館、學校、醫(yī)院等社區(qū)功能的綜合性設(shè)施。在這種情況下，其經(jīng)濟可行性將會大大提高。雖然農(nóng)業(yè)摩天大樓目前仍然處于設(shè)計和實驗階段，但是隨著科學技術(shù)的逐漸發(fā)展，以及環(huán)境問題、資源問題、氣候問題的日益嚴峻，農(nóng)業(yè)摩天大樓將逐漸具有經(jīng)濟可行性。
　　農(nóng)業(yè)摩天大樓是一種新興事物，是面向未來的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)計。因此，對其進行經(jīng)濟核算不能完全使用當前的價格水平，對其可操作性的認識也不能局限于現(xiàn)有的經(jīng)濟利益的角度，而是應該放眼未來，站在“環(huán)境保護、能源利用和糧食安全”的更高、更綜合的層面上來認識這一可能引發(fā)一場新的農(nóng)業(yè)革命的設(shè)計。因此，對于農(nóng)業(yè)摩天大樓，我們應該鼓勵相關(guān)研究和設(shè)計，期待能夠一步步解決技術(shù)性問題，最終使得預想中的節(jié)能、高效、經(jīng)濟的農(nóng)業(yè)摩天大樓在未來變?yōu)楝F(xiàn)實。
　　（作者系中國人民大學農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展學院教授、副院長）
　　
　　 節(jié)能型農(nóng)業(yè)摩天大樓
　　
　　波特蘭政府大樓
　　美國俄勒岡州波特蘭市計劃將政府大樓改造成為一座農(nóng)業(yè)摩天大樓。這座大樓始建于1975年，樓高18層，樓的建筑風格乏善可陳，通過這次改造將成為全世界最節(jié)能的建筑之一。
　　改造后，這座農(nóng)業(yè)摩天大樓將由7個名為“植物鰭區(qū)”的部分構(gòu)成。“植物鰭區(qū)”從原有建筑內(nèi)伸展出來，是植物生長的“花盆”。7個“植物鰭區(qū)”的總面積可以達到3/4個足球場大小。
　　同時，植物綠墻還可以為建筑物隔熱保溫、降低噪音。夏天高溫天氣時，植物可以很好地遮蔽陽光，保持室內(nèi)涼爽；冬天，由于墻面有植物保護，室內(nèi)熱量流失減慢。
　　
　　戈登·格拉夫的“水培農(nóng)場”
　　加拿大安大略滑鐵盧大學的戈登·格拉夫設(shè)計了一座59層的農(nóng)業(yè)摩天大樓，這個采取水培法的“農(nóng)場”每年估計消耗大約8200萬度電，其中大約一半所需電量可由大樓內(nèi)一家沼氣電廠提供，余下電量則可利用城市垃圾發(fā)電獲取。
　　
　　 農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代社區(qū)結(jié)合型摩天大樓
　　
　　“生活摩天大樓”
　　紐約建筑師布萊克·庫拉塞克設(shè)計的“生活摩天大樓”，將城市農(nóng)場建在居住性公寓外緣。其中一些樓層將種植溫室農(nóng)作物，這樣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得以貫穿全年。包括陽臺在內(nèi)的其他一些樓層則種植果樹等季節(jié)性作物。第一層將建一個農(nóng)業(yè)市場，居民可以將收獲的糧食賣給普通大眾。
　　
　　西雅圖的“生態(tài)實驗室”
　　美國西雅圖貝爾鎮(zhèn)社區(qū)自20世紀80年代起就開始建設(shè)城市社區(qū)花園項目。由美國Weber Thompson建筑師事務(wù)所所設(shè)計的“生態(tài)實驗室”，雖然仍在繼續(xù)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但已經(jīng)在新型農(nóng)業(yè)方面進行了拓展。
　　這個農(nóng)業(yè)摩天大樓共有12層，擁有居住和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)雙重功能，建在大樓內(nèi)的花園可為當?shù)厣鐓^(qū)提供食品。據(jù)Weber Thompson建筑師事務(wù)所估計，扣除成本后，采用水栽法栽種的馬鈴薯和萵苣每年可帶來大約100萬美元的收入。“生態(tài)實驗室”不僅具有一定的經(jīng)濟效益，而且整棟建筑的能量消耗和水消耗均接近為零。
　　
　　“蜻蜓垂直農(nóng)場”
　　比利時建筑設(shè)計師文森特-卡爾博特根據(jù)蜻蜓的雙翼設(shè)計了“蜻蜓垂直農(nóng)場”，這個設(shè)計方案或許可以解決紐約羅斯福島食品長途運輸?shù)膯栴}。在這棟132層的巨型建筑中，包括了28個不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，可以供應水果、蔬菜、肉類、牛奶和魚類等各種農(nóng)副產(chǎn)品。這棟建筑還包含有多個實驗區(qū)、辦公區(qū)和居住區(qū)等生活空間。
　　
　　新能源利用型農(nóng)業(yè)摩天大廈
　　
　　迪拜的海水垂直農(nóng)場
　　迪拜是一個缺少淡水和耕地的國家，意大利建筑師克里斯蒂納·法弗萊托和安東尼奧·基拉迪設(shè)計的海水垂直農(nóng)場將建造在迪拜，以滿足缺乏淡水情況下的農(nóng)產(chǎn)品供給。
　　在這個垂直農(nóng)場中，圓盤形的結(jié)構(gòu)就是一個個“農(nóng)場”。海水流過建筑中心的管道，將空氣中的水蒸汽凝結(jié)，形成淡水來灌溉農(nóng)作物。
　　
　　洛杉磯的太陽能農(nóng)業(yè)摩天大樓
　　建筑師克里斯·雅各布斯與哥倫比亞大學的德波米耶合作設(shè)計了一家農(nóng)業(yè)摩天大樓，將建在洛杉磯。其最大特點當屬安裝于屋頂?shù)囊粋€巨型太陽能電池板。電池板可隨著太陽移動，從而最大程度地捕獲陽光，幫助作物生長。此外，這座建筑物的窗戶采用了可阻隔污染物質(zhì)進入的化學材料。