屋頂農業利用與城市新菜籃子工程探討

李伯鈞，劉小麗，楊佩貞，林國友，吳志偉，戚行江，孫崇波，向林

(1.浙江省農業科學院，浙江杭州310021;2.麗水市建筑設計研究院，浙江麗水323000;3.淳安縣農業局，浙江淳安311700;4.麗水市太平鄉人民政府，浙江麗水323000;5.紹興縣楊汛橋鎮農技站，浙江紹興312028)

我國的城鎮化正處在快速發展期。我國城鎮化率1978年為17.92%，1995年為30%，2005年為40%，預計2030年達75%～80%[1]。人口越來越多向大中城市聚集，上海2010年城鎮常住人口為2 055.51萬人，比2000年增加606.51萬人。虹口區2010年人口密度為36 307人·km－2，為全市人口密度最高的區域[2]。杭州市2010年城鎮常住人口637.27萬人，比2000年增加233.9萬人[3]。民以食為天，城市人口的聚集，意味著對食物的巨大需求，所需的食物又以蔬菜的量為最大，按照中國營養學會推薦的中國居民平衡膳食建議，每人每天應吃蔬菜300～500 g，遠高于其他食品總和。中國城鄉居民蔬菜實際年人均消費量，城鎮居民為122.3～130 kg[4]，對于大中城市而言蔬菜供應是一個龐大的數量。

由于城市的不斷擴大，近郊菜地被住宅區或工業區所占領，城市蔬菜供應地離城市越來越遠。遠距離無特定目標的市場供求關系，使農民蔬菜生產的盲目性增加，導致與城市穩定的消費脫節。因此給蔬菜供應帶來巨大的風險，菜賤傷農、菜貴傷民(城市居民)事件周而復始的發生不可避免。

蔬菜生產地的外移，不但造成蔬菜供應上的風險，而且也帶來鮮菜不“鮮”與高損耗的事實。蔬菜從收獲到上居民的餐桌，必須經過集散地歸類、裝箱、裝車，經車、舟的長途運輸進城到蔬菜批發市場，再經農貿市場而入居民菜籃子，從蔬菜的采摘到居民食用，少則2 d多則十天半月。蔬菜是含水量最高的農產品，有的葉菜類水分高達95%，采收后極易失水萎蔫，“鮮味”氨基酸、維生素類物質因呼吸代謝而降低，粗纖維類物質增加，口感變差[5]。我國蔬菜每年的損耗率高達30%[6]，這與生產、消費脫節，長距離運銷不無關系。

為保障城市居民對蔬菜的巨大需求，使蔬菜生產與消費無逢對接，將蔬菜生產從農村引入城市，保證蔬菜的鮮嫩，減少損耗，有必要建立城市新菜園。為此，我們探討了屋頂造地種菜在滿足居民蔬菜需求與供需平衡方面的可行性以及在經濟、社會、生態等多方面的效益。

1 材料與方法

1.1 屋頂造地試點與面積

試驗在浙江蕭山農業開發區杭州偉林農業開發有限公司辦公樓(新建，普通屋頂)、林江農莊(新建，覆土種植屋頂)、杭州一正農業開發有限公司辦公樓(舊房，水泥薄板、95磚架空隔熱屋頂)、麗水市蓮都區太平鄉麗華甌柑產銷專業合作社綜合樓(覆土種植屋頂與地下室農業利用新建筑)等處進行(表1)。在杭州、富陽、紹興等不同區域屋頂造地10 018.3 m2，屋頂造地農業利用面積占屋頂面積的64.1%～99.2%。

1.2 屋頂蔬菜栽培

蔬菜種植時間集中在2010年秋季至2011年冬季。供試蔬菜品種20個，按當地農民習慣種植，露地栽培，以1年4或5熟為主。蔬菜種植是一個連續的過程，部分2011年冬季種植的青菜(四月蔓)和芥菜類到2012年春季方可收獲。瓜類作物在屋頂上建池種植，種植池僅占屋面的1/33，瓜類生長期，滕蔓布滿整個屋面。葫蘆分春夏2季移栽，4月初種圓葫，6月初種本地牛腿葫蘆，2種葫蘆摻插種植，產量沒有細分。而茄子種1次收2季，4月14日移栽至7月底產量明顯下降后修剪，重新抽枝收獲至11月中旬結束。甌柑產銷專業合作社綜合樓屋頂從2011年5月底開始種植蔬菜，至2011年10月初收獲第2季作物，時間跨度半年，種植的萵苣預計在2012年1月底可收。

表1 供試屋頂的造地面積

1.3 溫度測定

溫度記錄在浙江省杭州市淳安縣文昌鎮武綏自然村方百才家屋頂進行。采用杭州澤大儀器有限公司生產的ZDR-21L溫度記錄儀，檢測覆土種植屋頂與裸屋頂屋面外表、內表，及屋頂氣溫實時溫度數據，每隔1 h自動記載1次。測溫探頭放置的部位:覆土種植屋頂屋面，屋頂外表20 cm土層下面;裸屋頂屋面，屋頂外表面;覆土種植屋頂內表及裸屋頂內表，室內屋頂內表面，(離頂部15 cm處的密封架空層內);大氣溫度，屋頂女兒墻內，離屋面高度1 m處，避雨、避日照。

2 結果與分析

2.1 生育期

屋頂栽培蔬菜的生育期表現見表2。

2.2 產量

屋頂蔬菜栽培，1年4熟的2個組合青菜-黃瓜-豇豆-青菜、青菜-西紅柿-青菜-青菜產量21.57～21.59 kg·m－2;1年3熟的2個組合青菜-茄子-茄子、青菜-黃豆-蘿卜12.39～13.89 kg·m－2;1年2熟3個組合青菜-青菜、黃豆-青菜、葫蘆-葫蘆產量在8.14～9.35 kg·m－2;1年1熟的絲瓜與冬瓜產量在5.99～8.57 kg·m－2(表3)。

表2 屋頂蔬菜栽培組合的生育期表現

2.3 環境溫度

覆土種植屋頂屋面溫度無論是夏季或冬季，年度或晝夜溫差，振幅均大大降低。2011年在覆土20 cm，種有長勢良好黃豆的屋頂，實測全年最高28.6℃，最低1.7℃，振幅26.9℃;而同時測得裸屋頂的年度與晝夜溫差振幅遠高于氣溫，全年最高50.3℃，最低－4.4℃，振幅達54.7℃，裸屋頂屋面年溫差振幅高于覆土種植屋頂屋面近1倍。盛夏裸屋面晝夜溫差上下振幅23.1℃，是覆土種植屋頂屋面振幅的10倍多;同樣冬季最低溫度為－4.4℃，比－2.6℃氣溫低1.8℃，比覆土屋面低6.1℃，屋面處于嚴重冰凍狀態，冬季振幅是覆土種植屋頂的7倍(表4)。

夏季連續3 d(7月21－23日)覆土種植屋頂室內晝夜溫差幾乎無波動，最高30℃，最低28.4℃，僅1.6℃的溫差振幅;室內溫度均高于屋面1～2℃，說明熱量非通過屋面傳導進入。裸屋頂室內晝夜溫差非常明顯，隨屋面溫度劇變而波動，當屋面溫度50℃時，室內隨后升至35℃左右;當屋面溫度降至27℃以下時，室內隨后亦降到29℃左右(圖1)。

表3 屋頂蔬菜栽培組合的產量表現

冬季連續3d(1月29－31日)覆土種植屋頂晝夜溫差波動很小，最高4.8℃，最低1.7℃，僅3.1℃的溫差振幅;裸屋頂溫差非常明顯，最高17.7℃，最低－4.4℃，溫差振幅22.1℃。當氣溫在－2.6℃時，裸屋頂比氣溫更低達－4.4℃，屋面出現嚴重冰凍，而覆土種植屋頂始終在冰點以上，最低1.7℃，比氣溫高4.1℃(圖2)。

2.4 屋頂菜地生產潛力

按城市人口年人均消耗蔬菜130 kg，以屋頂年收獲蔬菜8～21 kg·m－2計算，相當于人均需屋頂菜地10～15 m2。目前我國城市居民人均占地約100 m2，只要其中占15%的城市區域(建筑屋頂或建筑平臺)用于種菜，基本解決城市居民蔬菜供給。如果是新規劃居民區，即使人口密度在4萬人·km－2，只要規劃、設計、建筑上能充分考慮空間的合理分配，農業利用面積可大于建筑占地面積，蔬菜仍有望自給。

2.5 經濟效益

2.5.1 土地價值

浙江省從2004－2008年的5年間平均每年基建占用耕地約1.53萬hm2。以目前浙江經濟發達地區的購地指標價270萬元·hm－2計算，若以建筑屋頂造地(建房不占地)，每年可節約開支413.1億元。如果浙江每年多增加1.53萬hm2土地招商引資，企業產生的產值與稅收難以估量。城市建筑屋面成為城市新菜園，城鄉爭地的矛盾有望緩解或解決。

表4 2011年1－9月覆土種植屋頂與裸屋頂室內、外極限溫度的比較

圖1 夏季(2011年7月21－23日)覆土屋頂與裸屋頂板頂溫度的變化

2.5.2 降低建筑與屋頂維修成本

屋頂土層在15 cm時的荷載與目前現澆屋頂普遍采用的薄板架空隔熱層或20～30 cm厚的充氣混凝土隔熱層的荷載相當，但可降低建筑成本10%;屋頂造地后可減輕屋面遭受太陽爆曬(裸屋頂夏季50.3℃)與冰凍(冬季－4.4℃)溫差劇烈波動造成的風化，消除太陽紫外線對屋面的破壞。從2004年建的農民房至今，覆土屋頂下面的混凝土還保存澆筑時的光潔，而不覆土的混凝土表層已有風化，產生縱橫無數裂縫與露出粗糙的沙子。據建筑專家推算，覆土并保持濕潤的屋頂至少比裸屋頂壽命長3～5倍。

2.5.3 提高市政設施效能

屋頂種蔬菜可緩解城市暴雨壓力，減少城市污水及有機垃圾處理費用，減少城鄉交通運輸相應成本支出。

2.5.4 作物種植收益

屋頂種蔬菜，采用本試驗多種耕作模式，1年4季或5季栽培，全年可收獲蔬菜150 t·hm－2左右，以2 000元·t－1計算，全年可增產值30萬元·hm－2。

以每個農業勞動力管理蔬菜0.2·hm－2計算，每人可創產值6萬元。而1人種菜可供100～200個居民食用，相當于居民年均只要支出300～600元，就可享用新鮮高品質的蔬菜。

2.6 社會效益

首先，城市農業化是對城鄉一體化國家戰略的巨大貢獻，為城鄉一體化的實施開辟了全新的拓展空間;其次，通過城市農業化這場城市空間革命，可以在同一空間領域上疊合3大產業，弱化城鄉空間領域之間的絕對劃分，從而為緩解城鄉對立、實現城市產業結構的合理調整、融合奠定良好的基礎;再次，隨著特色型農業引入城市空間，勢必會造就一大批專門從事城市農業的新型產業工人，這對開拓就業面、緩解城市就業壓力來說顯然是一條新的途徑;其四，實現城市的農業化革命，對改變城市傳統的生產與生活方式將產生巨大影響，這種改變在城鄉政治、經濟、社會、文化等各個層面都會產生深刻的變革，在和諧城鄉社會關系、縮小城鄉差別等諸多方面都會發揮出重要歷史性作用。

2.6.1 保障供給

民以食為天，屋頂種植蔬菜，滿足城市居民的蔬菜需求，形成新型的生產、生活、生態一體的蔬菜供應鏈，屋頂菜園是離人們生活最近，城鄉完全融合的休閑、觀光與農作一體的菜籃子工程。

2.6.2 增強防災、抗災能力

屋頂造地栽培作物，可緩解居民對外地蔬菜、糧食的依賴，一旦出現大的自然災害造成糧食危機，屋頂可隨時種速生蔬菜自救，對于積極應對和化解糧食危機具有明顯的緩沖作用。屋頂菜園完全具備旱澇保收的潛力，屋頂有地心中不慌。

2.6.3 增加就業機會

按照目前蔬菜管理水平與機械化程度，大部分蔬菜生產不適合機械化操作，還依靠人工栽培與管理，因此可消除因城市擴大導致郊區中、老年農民失地、失業現狀，也可吸納農村中老年農民從事菜園管理，增加農民進城落地生根的機會。

2.6.4 提高市區中老年居民生活質量

生命在于運動，離退休后中老年人生活比較清閑，若能給予適量的土地種菜、種花，既生產蔬菜又鍛煉身體，精神面貌會有很大改觀。

2.7 生態效益

為了改善環境，10多年來國家一直鼓勵城市建筑進行屋頂綠化，但推進速度十分緩慢，原因在于大多屋頂綠化是從美化角度進行的。由于只投入，不產出，屋頂綠化僅作為城市的公益性工程，個人很少投資，企業不會投資。換一個角度利用這個巨大的閑置空間，推廣屋頂農業，成為城市新菜籃子，這樣就使屋頂綠化變成了一項產業運作和資本運作，可以回收成本甚至可以獲得經濟回報，這就為屋頂農業產生環境效應帶來切實的可行性。

2.7.1 修復建筑對地球表面的破壞

建筑使地球表面水泥化、硬殼化，雨水瞬間流走不能滲入地下，不能正常參與水汽循環導致建筑物上部空氣干燥，呈沙漠化;建筑表面晝夜溫差大于地表，大的城市建筑群可引起周邊小氣候異常。屋頂造地種作物，能大量吸納雨水，利用生活廢水參與水汽循環，保持建筑物上部空氣濕潤，使小氣候平穩;屋頂作物不僅為人類提供食物，也能為小動物提供食物與棲息場所，使建筑從單一的生活，擴大至生產、生活、生態三者的結合，讓建筑最大限度接近自然，恢復生產、生態功能。

2.7.2 緩解城市綜合癥

屋頂覆土種植作物可吸收大量氮氧化合物、硫化物、二氧化碳等溫室氣體，阻塵吸塵，降低大氣中DM2.5濃度。夏天種植屋面土壤蒸發與作物蒸騰水分量為5～8 mm，水分蒸發及作物蒸騰能帶走大量的熱量。屋頂種作物，城市將消失在綠色之中，不但降低屋面的熱輻射，同時每年可產生氧氣34 t·hm－2。當城市大面積屋頂農業利用，建筑物表面都覆上植被，消除或減輕“城市熱島”、“城市干島”、“城市雨島”與“城市混蝕島”效應，居民將置身“生態綠島”之中。

2.7.3 節能減排

屋頂作物能有效利用太陽能并轉化成生物能而積累，屋頂種植作物，每年干物質生產量3 t·hm－2，吸納二氧化碳約43.5 t·hm－2，如果按2008年我國城鄉建設用地22萬km2中的1/2得到農業利用，可吸納二氧化碳4.785億t，減排效果顯著。如果以海南等外地蔬菜供應杭州市為例，平均油耗為0.25 L·km－1左右，單車單程油耗400 L，以放空率50%計，10 t蔬菜海南至杭州運輸總消耗燃油600 L。以杭州城市人口637萬，1/3蔬菜依靠海南、山東等地遠程供應，僅燃油消耗就要1.52萬t，因此蔬菜在城內生產供應，節能明顯。

覆土種植屋頂與裸屋頂夏季屋面溫差達21.7℃，室內溫差6.1℃。冬季屋面溫差6.1℃，覆土種植屋頂冬曖夏涼，減小空調開啟時間而節電明顯。

屋頂農業利用生活廢水的同時，水中氮、磷、鉀等營養元素反復被作物吸收利用，避免了開放式循環中營養元素的損失，減少化肥生產過程中能源的消耗。生活廢水、有機廢物就近處理，用于作物栽培，在產生地源頭消化，消除對土壤、水系、空氣的二次污染。

3 存在問題、實施難點與解決方法

3.1 牽涉面廣，關系復雜

屋頂農業利用牽涉面廣，關系復雜，包括規劃、設計、消防、建筑、房產、水利、電力、環保、綠化、能源、國土資源、農業、林業眾多政府管理部門與研究機構，涉及到許多法律問題，是一項復雜的系統工程。

3.2 觀念陳舊

農業難以進入城市的問題，很重要的一個影響因素就是長期以來人們對城鄉二元結構的不正確認識。第一產業與第二、第三產業的不同業態形式決定了城市與農村在社會經濟、文化等各方面的差異與區別已形成一種不變的思維定勢。菜籃子進城可破除城鄉二元結構，構建城鄉一體化的發展戰略。

3.3 價值觀比較滯后

過去，當農村耕地還比較充足，當城市建筑屋面種植技術尚不成熟且需要高成本建設的時候，從經濟角度，人們不會放棄低成本的傳統農田種植，而選擇高成本的城市屋面種植。這種價值判斷與成本會明顯影響人們的認識并形成思維定式。這個問題現在正面臨重大的改變，中國的城市化過程十分迅速，基本農田銳減，農產品漲價，農村地區的農業發展成本在上升;城市農業化的種植技術趨向成熟，屋面農業的性價比提升，加上城市環境問題日益突出，正在給城市農業化革命帶來巨大的機遇。

城市現代化的發展水平直接體現科學發展觀的落實程度。在當前國內城市現代化水平還沒有提升到很高程度的情況下，更多的城市管理者并沒有深刻認識到城市農業化的巨大產業和環境意義，也很難認識到節約、集約化利用城市閑置空間的重大意義。整個城市的發展還比較粗放，還沒有提升到建設效益城市的高度。

3.4 國家應制定強有力的扶持政策

保護耕地是政府部門的頭頂大事，屋頂造地農業利用是第一產業、第二產業與第三產業緊密結合的新興產業。屋頂造的地雖少但也是可耕種的土地，粒沙成丘、滴水成河。

建議國家有關部門出臺一系列鼓勵城市農業化的政策、法規。象重視建筑節能一樣來重視屋面閑置空間的農業開發利用，并作為各級政府的考核指標，通過采用行政、經濟等手段為城市新菜籃子工程創造更多更好的條件。

4 小結

屋頂農業利用研究歷時5年，試驗在不同形式建筑，利用屋頂造地10 018.3 m2，基本做到“建房不占地”的預想。屋頂造地成本低廉，能修復建筑對地表環境的破壞，室內冬暖夏涼，減輕城市綜合癥，是一舉多得，利國利民好事;屋頂種菜，成為城市新菜園是可能的。

本試驗只是一個引子，是城市新菜籃子工程的理念與設想的初步實踐。要大面積推廣，必須就屋頂造地栽培基質的采用，作物篩選，栽培方式，耕作制度，灌溉系統的研發，設施栽培，風災預防，揚塵預防，中水及生活污水利用，有機垃圾的無害化處理與利用，屋頂小氣候變化檢測，生態環境修復，農業種植屋頂的建筑標準制訂等方面進行深入的研究。

[1]仇保興.推行綠色建筑加快資源節約型社會建設[J].中國建筑金屬結構，2005(10):5－10.

[2]楊群.上海人口密度.第六次人口普查數據[N].解放日報，2011-09-24(2).

[3]杭州市統計局.杭州市2010年第六次全國人口普查主要數據公報[EB/OL].(2011-05-12)[2012-01-08].http://www.hzstats.gov.cn/web/ShowNews.aspx·id=aLbKS9n9ufY=.

[4]汪曉銀，譚勁英，譚硯文.城鄉居民年人均蔬菜消費量長期趨勢分析[J].湖北農業科學，2006(3):35－38.

[5]羅天相.蔬菜采后的生理變化與保險[J].蔬菜，2004(8):28－29.

[6]我國果蔬保鮮業發展潛力巨大[J].西北園藝，2005(5):45.