城市中的未來農場技術

楊琳彥

理想中的“垂直農場”是一個完全自給自足的生態系統，其能源來自于風力、太陽能和不可食用的作物廢料

城市和農業的“牽手”之緣

據聯合國糧食及農業組織（FAO）預計，2030年世界總人口有望達到85億;2050年時，將有97億人口生活在我們這顆藍色星球上。為了養活如此多的人口，屆時全球糧食必須在現有基礎上再提升70%的產量。

按照傳統農業耕種的規律，糧食產量的提升，意味著需要更多的土地。然而，隨著城市化進程不斷加速，預計2050年全球將有三分之二的人口生活在城市中。在此情形下，耕地面積無疑將被城市的“水泥森林”所擠壓，城市附近的農業用地也將被持續壯大的第二、第三產業所占據。面對如此龐大人口吃飯問題，人們不得不考慮對現有的食物生產模式進行“更新換代”！在此背景下，一種名為“垂直農場”（Vertical Farm）的全新耕作技術應運而生。簡言之，就是在城市摩天大樓中生產食物以供給周邊居民。這一構想看似“天方夜譚”，其實已在哥本哈根、東京等大型城市中悄然萌芽。瓊斯食品公司（Jones Food Company）計劃于本年度內，在英國建立起世界最大的“垂直農場”，占地面積達到1.4萬平方米左右。

“垂直農場”的概念，最初由生態學家迪克森·德斯波米爾（Dickson De-spommier）所提出。構想中的“垂直農場”，在外形上與普通的商務辦公樓沒有明顯區別，樓高大多在30層至40層之間。專業人員通過技術手段，可在摩天大樓中模擬農作物甚至是禽類、魚類生長及繁殖所需的陽光、溫度、濕度等環境條件。這些農作物的種植都處于人工調節下，并可根據不同農作物的自身特點進行科學有效地分層種植，以最大程度滿足作物的生長需求。

理想中的“垂直農場”是一個完全自給自足的生態系統，其能源來自于風力、太陽能和不可食用的作物廢料。按照構想中的測算，一棟30層高的“垂直農場”摩天大樓，每年可為5萬人提供足量的食物。“垂直農場”的運作，不僅覆蓋農作物的種植，還考慮到了從作物生產到廢物處理的全過程轉化。其仿照了自然生態系統中的食物鏈結構，通過動植物和微生物的合理組配，最大程度保證能源利用率。“垂直農場”使用循環用水在封閉系統中進行澆灌，不僅可以減少水量消耗，還可避免因徑流導致的養分流失。此外，“垂直農場”在消解溫室氣體效應方面還有著獨特優勢。綠色農作物在吸收城市生成二氧化碳的同時，還可以減少因長途運輸作物而產生的二氧化碳。

簡言之，未來的“垂直農場”就是在城市高樓大廈中，利用溫室種植、可再生資源等專門手段來進行農作物生產，并實現產量大幅提升和減少土地使用等目的的一種“未來技術”。

從構想邁向現實的“垂直農場”前行之路

由于受到各類客觀因素的制約，類似于構想中的那種超大規模，且擁有深度自主生態系統的“垂直農場”，可能在未來的一段時間內還難以完全實現。不過，一些“初創版”“探索版”的“垂直農場”雛形，已在世界范圍內開始萌芽。

丹麥一家名為“北歐收獲”（Nordic Harvest）的企業在哥本哈根一座7000多平方米的巨大倉庫里，建立了一座完全依賴風力發電的“垂直農場”，以期每年能夠生產出足量的碳中和、無農藥的農作物。在這個占地20個足球場大小的“垂直農場”中，沒有陽光，也沒有土壤，自地面起從低到高一共架設了14層種植槽架。農場中的植物種子并非播撒在土壤中，而是在凝膠中進行發芽直至根系存活，其養分則來源于由發酵的農作物殘渣和天然礦物質所制成的“生物肥料”。

植物的生長需要光合作用，但哥本哈根的“垂直農場”并不依賴自然光，而是由2萬枚專業的LED光源提供全天候的照明。每一層種植槽架的頂部都安裝有模擬太陽光的LED照明系統，研究人員針對不同的農作物，分別設定了最適宜其生長的光照強度和頻譜。我們肉眼看到的LED燈，都呈現出白光，對于植物而言，其在享受著舒適的藍光、紅光的同時，種植槽的作物很快就會生長，根本不用擔心自然界中諸如干旱、洪澇、霜凍、蟲害等極端因素的影響。

“垂直農場”每一層種植槽架的頂部都安裝有模擬太陽光的LED 照明系統

“垂直農場”中種植的農作物預計有望達到每年收獲15次的超高頻次

“垂直農場”在外形上與普通的商務辦公樓沒有明顯區別

該“垂直農場”首批種植的農作物包括芝麻菜、小菠菜、香菜、薄荷、歐芹、羅勒等綠葉植物，未來幾年還將進一步擴展至漿果以及根莖類蔬菜。“垂直農場”中，自動機器人會將植物種子依次送往各個過道及槽架，其生長情況也實時處于傳感系統的跟蹤監測中。相較于傳統農業通常一年收獲兩季的頻次，“垂直農場”中種植的農作物預計有望達到每年收獲15次的超高頻次。2021年底，隨著哥本哈根“垂直農場”正式投入全面生產，其農產品年產量可達到1100噸左右。6F8C9C5B-C31F-468D-AD12-9F7DECB40C52

誠然，哥本哈根“垂直農場”的日常運作，完全依賴于電能消耗。但其百分百使用風車供能的特點，保證了農場二氧化碳的中和性。綠色電力的使用，加之農場地緣環境就處于消費者身邊，使得“垂直農場”也有著較好的環保效應。農場中消耗的水資源經過過濾和重新利用，使其用水量消耗遠低于傳統農業。據測算，“垂直農場”中產出的每千克農作物的用水量約為1升，僅僅是同等產量下傳統田間農業用水量的1/250。

由于“垂直農場”中的農作物完全處于可控的生長環境下，這就意味著在種植過程中并不需要殺蟲劑，也不會涉及氮肥和有毒化學物質的使用。該生長條件與有機食品的要求完全一致，但讓人頗為不解的是，哥本哈根“垂直農場”的農產品并未加標有機食品的標簽。究其緣由，涉及歐盟法規對于有機食品的界定。根據歐盟規定，“有機”一詞與“土壤”相關聯。由于“垂直農場”的種植技術已然不再需要土壤，故經由“垂直農場”生產出的農產品也并不冠以有機食品的名稱。

“垂直農場”技術的長板與短板

作為一項擁有廣泛應用空間的未來技術，“垂直農場”有著傳統農業難以企及的巨大優勢。就土地利用率而言，基于摩天大樓架構理念的“垂直農場”，充分利用了空間與層高，這讓其較之于完全平面狀態下的傳統農場，能夠節約更多的土地面積。“垂直農場”內是一個適宜作物生長的獨立環境，完全擺脫了自然災害、地理氣候以及土壤條件等因素的束縛，有利于大幅度提升作物的產量。由于“垂直農場”技術兼具了綠色環保和生態循環系統，其可以充分利用風能、太陽能等可再生能源，并可將農作物生產過程中形成的有機廢物通過環保技術轉化為可供利用的清潔能源。此外，“垂直農場”技術還可將城市中的“鋼筋混凝土森林”變為真正綠色的生態森林。

不過，綜合“垂直農場”技術發展的態勢而言，其未來應用也面臨著諸多亟待解決的難題。

單就“垂直農場”建設的成本來說，其一定程度上阻擋了該技術快速推廣的腳步。據測算，要建造一個規模化的“垂直農場”，其成本將高達數十億美元，遠遠超過了傳統農業。此外，“垂直農場”需要使用LED光源系統進行全天候照明，如果無法完全利用綠色能源來供應，其對于電能將產生極大的消耗。需要注意的是，并不是所有的農作物都適合“垂直農場”的生長模式，其種植范圍較為有限的問題，同樣也是影響“垂直農場”技術迅速推廣的另一大因素。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com6F8C9C5B-C31F-468D-AD12-9F7DECB40C52