空中的果實

　　我們對垂直農場所傾注的精力和關注，并不亞于其他科學家所致力于登月的計劃。畢竟我們所要解決的問題是很現實的，這將使全球人類不必再擔心下一頓飯從何而來。
　　 —迪克森·德斯坡米爾
　　
　　提到農場，人們最先想到的是大片大片的土地，未來的農場或許會顛覆人們原來的印象。
　　想象一下在紐約的鬧市，豎立著一座座30層高的大廈，它們不僅是水果、蔬菜和谷物的生產基地，更能產生出清潔能源和凈化廢水。在這里，可以利用無土栽培法種植各種植物，將植物懸置在水中或者其他營養液中；使用陽光等可再生能源來生產熱量和發電，以便晝夜不停地使植物的生長條件達到最優化。
　　這些摩天大溫室，類似巴比倫空中花園似的種植園，可以全年365天不間斷地種植、收割，而不需要忍受大自然變幻無常的氣候的困擾。其產量是普通農場的300多倍，不但能夠解決人們的吃飯問題，還可以為都市提供源源不斷的氧氣和清潔水源。向天空要耕地，還土地于自然，精心修復地球家園生態圈，這該是多么美麗的神話。
　　這個大膽的構想最初是由美國哥倫比亞大學環境科學和微生物學教授迪克森·德斯坡米爾提出的，他稱其為“垂直農場（vertical farming）”。垂直農場也叫立體種植農場，被美國著名的《連線》雜志評為改造地球最瘋狂的生態實驗之一。
　　垂直農場的構造模式完全顛覆了人類幾千年來的耕種方式，糧食作物第一次離開其賴以生長的土地，在高樓中成長、收割。隨著全球氣候的惡化，自然災害的威脅越來越大。“立體種植”這個顛覆傳統的想法越來越受到人們的關注和重視。支持者認為它代表了人類農業的未來發展方向。
　　
　　不能承受的農業之重
　　
　　在了解垂直農場之前，我們先來看下面幾個數據：
　　1.全世界每年將84億噸二氧化碳排放至大氣。
　　2.全球人口在未來40年可超過90億。
　　3.目前，有60％的人口居住在城市中；到2050年，全球80％的人口將居住在城市里，其中大多數在發展中國家。
　　4.現在地球陸地表面上近37％的土地用于農業生產。
　　5.全球每年有近1300萬公頃的森林被砍伐，相當于希臘或尼加拉瓜的國土面積。
　　6.目前全球的可耕作土地面積相當于整個南美洲的大小，供養著全世界60多億人口，其中至少有上億人掙扎在饑餓線上。
　　7.到2050年，隨著人口的增加，我們需要在現有耕作面積上增加一個相當于巴西國土面積大小的耕地，來養活新增人口。
　　為了自身的生存和繁衍，人類一直在進行著前所未有的征服：從19世紀初以來，每一次當馬爾薩斯主義者預言的人口增長帶來的“世界末日”逼近，都是科學技術的突破拯救了我們。各種類型的耕作機器、不斷改進的肥料和殺蟲劑、植物人工繁育獲得的更高產量和抗病性，加上對抗常見動物病害的疫苗和藥品，使農業生產的增長超過了不斷增加的全球人口的基本生存需求。
　　由此也帶來了很多負面影響。
　　到20世紀80年代，很多地方的農業生產遠遠超出了土地的承載能力，農業化學品已經破壞了營養物質恢復的自然循環（生態系統利用這種循環來進行自我維持）。
　　農業灌溉消耗了世界上可利用淡水資源的70％，由肥料、殺蟲劑、除草劑及淤泥導致的污染使不少淡水無法被人類飲用。如果這種趨勢持續下去的話，某些人口密集的地區將不再有足夠多的安全飲用水。
　　農業生產還消耗大量化石燃料—僅美國就消耗了全球約20％的汽油和柴油。由此產生的溫室氣體排放令人擔憂。更令人憂心的是，食品價格因此與燃料價格掛鉤，導致全球許多地方的食品價格不斷上漲。
　　一些農學家認為，解決這些問題的方法在于采用更為集約化的工業化耕作方式，通過轉基因技術和使用更高效的化肥、農藥來提高作物產量。
　　即使這些辦法得以實施，充其量也只能作為短期補救方法，因為氣候條件的快速變化改變了農業景觀，甚至阻礙了最有效對策的應用。事實上，從古至今，人類的農業生產一直都有一個致命的弱點，那就是靠天吃飯。在自然災害面前，人類的糧食供應來源依然非常脆弱，稍許的糧食減產就能令全球糧價波動不已，歷史上亦不乏因自然災害造成饑荒死人的事例。
　　目前，世界上許多可耕地幾乎已經滿負荷運作，才勉強養活現在的60多億人口。根據聯合國發表的人口報告估計，到2050年全球人口將超過90億，這樣算來，未來40年多出來的近30億人口，他們的下一頓飯從何而來將是個大問題。
　　如果我們繼續通過大量毀林來開墾新的農田，全球氣候變暖將以災難性的速度加快。而且更多的農業徑流將造成大量水文“盲區”，足以使大部分河口、甚至部分海洋變成不毛之地。
　　此外，植物間疾病的傳播也是一個嚴重問題。這些病毒往往能使農作物大面積遭受感染而導致糧食減產和歉收。為了保存“干凈”的種子，人們甚至采取建立類似“末日種子庫”這樣的極端方式。
　　顯然，我們需要一種根本的解決方法。一個有效應對幾乎所有上述問題的戰略性改變。
　　
　　城市農業狂想曲
　　
　　為應對激增的城市人口需求，越來越多的國家開始研究城市農業技術。然而，城市的綠化空間本來就極為有限，不可能再有多余的水平空間用于農業種植。
　　于是，人們提出了垂直農場的設想：把摩天大樓變成生產中心，構建一個自給自足的良性循環生態系統。
　　垂直農場是在已有的溫室耕作技術的基礎上設計和發展起來的一種新型的農業種植模式，主要應用技術包括滴灌、氣培和水培法在內，主要能量來源是太陽能和風能，太陽能由位于垂直農場頂層和側面的太陽能面板所吸收而來，風能來自于樓頂所安裝的風力螺旋葉。
　　在垂直農場中，谷物，如小麥、玉米等作物被種植在由惰性材料（例如蛭石）制成的水槽中，它們之間皆用細小的管子相互連接，作物所需的營養物質就是通過這些細小的管子進行運輸并準確而快捷地滴灌到每株植物的根莖上。這樣做的好處是，既保證了作物生長所需的營養物質，還避免了傳統耕作中大面積灌溉、施肥等對水資源和肥料的浪費，經濟高效而且非常環保。
　　氣培法是由K·T·胡比克于1982年首次提出的，后來由美國航空航天局（簡稱NASA) 的專家進行了改進。主要是將植物的根部懸垂倒吊在空中，使其處于充滿水汽和營養的環境之中，這種栽培方式特別適用于土豆、胡蘿卜的種植。
　　現代水培法是由農學家威廉·F·格里克實驗發明的，是把植物種植在不含土壤的水槽中，將富含植物生長所需的營養物質溶解在水體中供植物生長使用。這種栽培方式對一些蔬菜生產特別管用，例如西紅柿、菠菜和漿果等。
　　那么，在整幢高樓里該如何種植農作物呢？
　　迪克森·德斯坡米爾教授曾經設計出了一個30層樓高的垂直農場模型。根據這個模型，在整個農場的地下，裝有一個大型焚化裝置，用來將農場產生的廢棄物進行焚化從而減少對城市環境的污染并產生出能源，作為垂直農場甚至整座城市的電力來源。另外，環繞著焚化裝置有很多鋼管，用來輸入凈化后的城市廢水，以緩解水資源的短缺。高樓的一、二層分別是食品店和餐廳，為市民、游客及農場工作人員提供方便快捷的服務。３～８層為滴灌種植層，９～24層是水培種植層，25～30層為氣培種植層，根據不同作物的種植特點進行科學的分層種植。
　　垂直農場的大多數種植層都是由一個大型的自動化運輸帶作為主要基礎建筑，將禾苗從一端運送到另一端，并進行分層種植。到了收獲季節，成熟的作物通過傳送帶被運送到后端的收割機前。
　　在作物的不同生長階段，人們通過精準的計算將環境里的水分和光照調整到最適合作物生長的狀態。
　　
　　在農場頂層的陽面裝有大型的太陽能電池板，為作物的生長提供熱能。農場頂層的陰面是一個巨大的雨水收集池，可以將收集的雨水用于整個農場的灌溉。
　　沿著整幢農場大廈，在南面垂直裝有太陽能電池薄膜，在北面每一層都裝有植物垃圾下落斜道，直接通向地下的焚化裝置。在西側建有農作物育種室和質量監測實驗室，用于科學家做一些相關的研究。在西北側建有一個大型水箱，用于儲存水源供垂直農場循環利用。在東北側是大型的貨物集散中心，將生產出的農產品通過貨車拉到附近的超市、便民市場或者直接銷售給附近居民區的人們。
　　按照設計，垂直農場是一個整體的、自身可持續的循環系統。農場的每一層樓都是一片農地，具有高度集成的高效灌溉系統，所有農作物都在受控制的環境中生長，并使用電子監控來檢驗是否成熟，全年365天不間斷地種植、收割，避免了不利自然環境條件的影響，也不用擔心土壤污染的威脅，同時還節省了資源，減少了對環境的破壞。
　　經過收割機加工后不適合食用的部分將通過最后一個斜道滑落到地下的焚化層。這些不可食用的植物莖須、顆粒（如玉米稈和麥麩）等植物廢料先是被加工成粉末狀，接著經過壓縮變成能全部燃燒的顆粒。農場底部的污水處理池可以處理城市污水，污水將會集中到一部被稱作“泥炭”的機器，將污水處理成炭和水用來作為蒸汽機發電的原料，被處理提取過的污水經過濾后，用于植物灌溉或排放。
　　整個設計看來并不復雜，與到處可見到的屋頂花園和室內綠化類似。據相關實驗室的研究表明，垂直種植方法的用水量只有傳統種植方法的5％，一棟30層高的透明墻面垂直農場，可生產5萬人的口糧。
　　
　　垂直農場帶來什么
　　
　　雖然人們關于是否在繁華的都市中建造摩天大樓式的垂直農場還存在著很大爭議，但這種垂直農場一旦得以應用將產生巨大的效益。
　　首先，垂直農場可以有效緩解人均耕地面積日益減少造成的農產品供給不足的困境。據統計，近30年來人均耕地面積已從0.33公頃下降到0.22公頃。但是我們不難發現，每一個大都市都有許多閑置的空間，這些都可以用來建造垂直農場。據研究，一幢58層的“農場”，占地僅1.3萬平方米，卻可以提供74.32萬平方米的農作物生長面積，具有相當于一個414.4萬平方米傳統農場的生產能力。德斯坡米爾曾經估算，只需150棟30層的垂直農場，便可以供應紐約全市人口一年的飲食所需。這樣一來，垂直農場輕而易舉地解決了目前我們所面臨的糧食短缺危機。
　　其次，垂直農場將改變傳統農業“靠天吃飯”的狀況。傳統的農業生產嚴重依賴于天氣氣候條件，而垂直農場依靠精準科學的農業技術，可以使農作物全年不間斷生長。農田生產的自動化控制，可以促進農作物的改良和優化，使農作物向高產、優質、高效方向發展。我們可以將命運真正掌握在自己手里，不再受制于自然界的無常變化。
　　第三，垂直農場中所有的農業生產都可以通過有機方式進行，減少除草劑、殺蟲劑、農藥等有害化學品的使用，大大減少了有害農業廢物和化學物質的產生及排放，不僅減少了對水和土地的污染，也保障了食品安全。
　　第四，垂直農場可以實現資源的高效利用。據統計，農業灌溉用水已經占人類可利用淡水資源的70％，澆灌后的水卻成了污水、廢水，含有大量泥沙、殺蟲劑和其他化學成分，難以進行二次利用。垂直農場能夠利用科技手段將生活廢水處理為達到標準的灌溉用水，減少了水資源的浪費，提高了水資源利用效率。垂直農場通過使用可再生能源等方式，不僅減少了能源的消耗，大大提高了能源的使用率，而且還能夠產生清潔能源，解決城市面臨的日益嚴重的能源緊缺問題。
　　第五，垂直農場可以縮短農產品運輸環節，降低運輸成本和減少交通污染。傳統上，由于農作物全部種植在郊區和鄉村，而生產的農產品大部分都要運送到城市，這不僅會增加成本，而且在運輸過程中還會消耗能源，排放二氧化碳，造成環境污染。將溫室栽培引入大都市中，通過“就地生產”，可以減少農產品由農村向都市的運輸環節，具有極高的經濟效益和環境效益。
　　垂直農場不僅將徹底變革和改善城市的生活，還能使被傳統農業損害的土地恢復元氣。1英畝垂直農場可以使10～20英畝戶外農地恢復原始生態。城市從遠處看，也將像“空中花園”。
　　可以說，垂直農場是我們自己養活自己、養活將不斷增加的人口的一場革命。
　　
　　發展瓶頸和爭議
　　
　　盡管垂直農場為城市發展和農業發展提供了一種新的模式，但目前它還處于概念開發和實驗設計階段。有一些瓶頸需要克服，主要表現在下面幾方面：
　　首先，垂直農場建設的最初投資金額相對較高。據估算，建設一個最小、最簡單的垂直農場也需要兩億美元。由此可見，建造一個真正的垂直農場需要巨大的財力支持。
　　其次，經營者需要學習系統整合和農場發展的技術。必須先建造一個小型的垂直農場作為試點，來進行各種技術的研究和實驗。特別是對于不同樓層的農作物要獲得相同的光照、水分、養分等，需要科學地計算。垂直農場不同于傳統的農業耕種，它更加依賴于科學技術的支持和人才的儲備，需要尋找并培訓合格的現代農民，使他們能夠應對復雜而縝密的內部操作系統。
　　第三，與傳統農業文化的傳承有沖突。歷經千百年發展起來的農業技術體系和知識體系，是傳統文化的重要組成部分，凝聚著世世代代勞動人民的智慧。隨著垂直農場的發展，可能會帶來傳統農業文化的消逝。
　　第四，公眾對于垂直農業還存在著疑慮。例如，人們會擔心垂直農場長期潮濕的條件會使建筑結構受到銹蝕，在垂直農場中飼養動物會增加公眾對于衛生條件的擔心，污水處理后用于灌溉會否引發安全問題，垂直農場的實際規模效益究竟如何等等。
　　自從垂直農場的概念提出之后，圍繞它的爭論從來沒有停止過。支持者認為，這種生產方式可以更有效地利用空間、提升農作物生長效率。然而，一些環保主義者認為，把農作物放入建筑物，用發光二極管（LED）幫助植物進行光合作用，需要耗費大量資源，并且城市的功能是有限的，不能把城市的功能無限放大。
　　盡管如此，垂直農場不乏追隨者。紐約、迪拜等地都已有設計師正在逐步將垂直農場概念變為現實。
　　人類的發展過程中，總是經歷各種各樣的改變。人類想生存，就必須有能力和勇氣來預期并適應那些改變。“垂直農場”這一概念被許多人看成是堂吉訶德式的幻想，或許正是人類農業的未來方向。
　　本文配圖見中插
　　【責任編輯】趙 菲