垂直農業發展動因、制約因素及對策

易衛華

(廣東省廣州市社會科學院,廣州 510410)

黨的二十大報告提出要“增進民生福祉,提高人民生活品質”“確保糧食、能源資源、重要產業鏈供應鏈安全”“推動綠色發展,促進人與自然和諧共生”。垂直農業是探索都市現代農業高質量發展的新舉措,是一種都市設施農業。它通過高樓或立體的發展模式,利用雨水等可再生資源和溫室科學技術等手段,通過模擬作物在戶外生長過程中所需的陽光、水分以及溫度等,促進農作物的生長[1]。發展垂直農業,具有較強的社會效益、生態效益和經濟效益,成為新加坡等國家發展可持續農業的有力解決方案。

1 垂直農業興起的動因及技術

1.1 垂直農業發展的動因

垂直農業是最受美國、日本等發達國家青睞的農業科技之一。它的興起,因各地現實情況的不同而有不同的動因。一是為了推動農業技術創新,實現可持續發展。雖然美國農業以大農場經濟為主,但是美國也是垂直農業先驅與領導者,約有超過2000個垂直農場,小型垂直農場占比約為61%[2]。二是為了提高食品自給率。在日本、新加坡等人多地少的國家,土地資源極其缺乏,適宜發展垂直農業。2022年,日本國內約有300家植物工廠滿足每年5.5×105t的生菜需求。三是應對氣候變化。主要以以色列、歐洲國家為代表。作為中東國家,以色列高度缺水,不適宜在室外種植蔬菜,垂直農業可以突破自然環境的不足,開展室內種植。

1.2 垂直農業的主要栽培方式

目前,垂直農業已有水培法、氣霧栽培、魚菜共生、液壓垂直農場等栽培方式(見表1)。

表1 垂直農業的主要栽培方式

2 垂直農業發展的制約因素

2.1 建筑用地與能源成本高昂導致企業難以盈利

垂直農業所面臨的最大的問題是生產成本的控制,主要包括兩個方面：一是用地和建筑成本。由于土地較為稀缺,農業設施科技含量高,因此修一棟高質量垂直農場成本非常高昂。國外一些城市將廢棄倉庫、廢棄區域甚至海運中使用過的集裝箱等改造成垂直農場,形成更為經濟的建設模式。二是能源成本。垂直種植雖然可以節約化石能源的消耗,但是,需要花費巨大電力成本來運行大量LED燈。據統計,在垂直農場中,1kg食物的產出需消耗大約38.8kw·h的能量[3]。高昂的生產成本使得產品的售價高出傳統農產品一至數倍。

2.2 技術不健全、標準不統一帶來行業準入障礙

國外的垂直農業處于產業發展風口。但在國內,由于設備成本高昂、生產操作復雜、技術含量高,需要生產經營者不僅有足夠充裕的資金,還要有強大的技術儲備,這對從業者的提出了很高要求,相關經營人員、技術人才缺乏使得發展垂直農業有較大的難度。技術方面存在決策系統不全面、智控裝備傳感系統檢測單一、營養液離子傳感器技術制約等問題。植物生產數據包(包括基質配比、水肥、濕度、光照、溫度、通風等)不夠健全,各個產家均有自己的專利技術標準,通用性不足,異地復制困難。裝備標準不統一,每家垂直農業公司種植盤架與燈具、嫁接與移栽的設備差異較大,未形成完整的產業鏈,市場局部閉環,導致投資者信心不足,需要較長一段時間才能形成趨同的標準。

2.3 發展程度不高,規模化、商業化運作水平偏低

我國垂直農業處于發展的初級階段,規模化、商業化運作的垂直農場較少,經營模式較單一,生產力量偏弱,與國外城市相比有較大差距,也落后于國內一些先進城市。發展模式較單一,缺乏多模式、多場景運用,產業鏈條偏短。

2.4 生產品種過于單一,阻礙行業競爭力提升

目前,垂直農場適宜種植高價值、可生食、生產快、占地面積小、易腐爛的作物以及有保健作用的蔬菜,作物種類較為有限。在商業垂直農業系統中,種植生產速度較慢的蔬菜和谷物并不容易。這些產品主要通過固定的銷售渠道,以遠高于本地市場的價格出口或內銷。由于產品種類較單一,價格容易受國內外市場供應影響而產生劇烈波動。因此,有必要根據消費市場的需求開發種類更多的農產品,提升產業競爭力。

3 垂直農業發展模式

3.1 商業化發展模式

3.1.1 平臺產銷一體化模式 早在2017年,京東集團與日本三菱化學控股集團業務合作,布局植物工廠,三菱化學向京東提供垂直農業栽培技術。京東植物工廠主要采用水培栽培模式,使用集裝箱式的裝置培育秧苗,隨后移植到塑料大棚內,通過太陽光和營養液進行多層立體化的水耕栽培,避免了農藥、化肥、土壤病蟲、重金屬等污染,京東種植菠菜收獲的次數是露天栽培的約5倍,達20次。在建設與運營模式方面,生產線水耕栽培系統由三菱化學提供,并提供選種、播種、收獲與包裝等方面的技術指導,而京東利用本公司物流網,電商平臺、新零售門店銷售產品。在北京通州的京東植物工廠內,每年可以生產出300t綠葉菜供應市場[4]。

3.1.2 “商場+農場”模式 將農場搬進購物中心早有先例,如北京朝陽大悅城、上海K11、廣州農都里等,都有親農耕農體驗園。上海天空萬科廣場引入“垂直農場”先進理念,設計近1500m2的天空廣場,并將“垂直農業的概念”引入廣場建設。廣場設計注重農業體驗,搭建了“時令主題”區。使用水和營養液種植農作物。將新鮮果蔬垂直種植并將空間分割成立面,打造出立體效果很強的綠植生長墻面。使進入空間內的顧客充分體驗田園式“慢生活”,農作物的清香撲鼻而來。為了增強游客的體驗感,游客還可以在購物中心的種子倉庫播種,開發屬于自己的“小農田”,在豐收的季節收獲自己的成果。值得關注的是,“天空農場”會隨季節的變化變換時令主題,實現購物中心的場景創新。將垂直農場的概念引入商場建設,不僅提升了商場的空間利用率,實現農業資源低耗能高產出,而且實現了綠色環保零污染,增強了商業空間的元氣與價值,提升了商業物業的品質與吸引力。

3.1.3 “辦公+農業”模式 這種發展模式在新加坡、美國、深圳等地均有出現。如,位于新加坡中央商務區的摩天大樓Capita Spring是典型的“辦公+農業”的集合體。大樓共51層,高度達280m,中部17～20層是植物長廊,種植著70多種植物,是新加坡最高的城市農場。Capita Spring農場每一個架子高度為9m,寬度為3m,一年能夠實現20次地輪種,5.1m2產出38400棵蔬菜,農產品主要為菜心、小白菜、芥藍、奶白、菠菜等[5]。這個農場采用了液壓傳動垂直立體栽培,為了讓每棵蔬菜獲得充足的陽光,圍繞著鋁合金支架,每層的種植槽會不停地旋轉,每8h旋轉1周,旋轉的種植槽并非電力驅動,而是由水重力系統實現的,系統收集雨水,為旋轉提供動力,過濾后,進入灌溉系統,系統的能耗僅60W。

3.2 空間利用模式

3.2.1 集裝箱農場模式 集裝箱無土栽培的種菜技術具有成本低、體積小、不受災害天氣影響、可移動等優點。美國CropBox是專注于將集裝箱改造農莊的企業,該農場回收的廢棄集裝箱,把他們改造成了一個個移動的農場。Farmery是該企業改造的成果之一,改造后的集裝箱農場可以種植150多種農作物[6]。Farmery集裝箱的外壁是垂直菜園,內部除培育蘑菇之外,還采用菜魚共生系統,設計了水培系統,同時種植蔬菜和魚類。魚糞可以被水中的微生物分解,成為蔬菜所需的營養物質。Farmery將綠色建筑與有機食品銷售店鋪有效地結合起來,形成整體化的種植與銷售體系,并與本地餐廳合作,為這些餐廳供應新鮮有機的食材。

3.2.2 屋頂特色農業模式 國外屋頂農業并不新鮮,比如新加坡費爾蒙酒店和斯坦福德Swissotel酒店,從安裝了水培農場的酒店屋頂收獲自己的食材,包括草藥、食用蔬菜和魚。該農場能為酒店的廚房每月生產約1200kg蔬菜和350kg魚[7]。近年來,在國內一二線城市,屋頂商業發展迅猛。目前在北京、上海、成都、深圳等城市,屋頂商業利用率基本達到40%左右[8]。

為改善居住環境,體驗田園情懷,享受都市慢生活,杭州在“網紅打卡地”天目里樓頂種植了龍井茶,成為馳名的網紅地。天目里寫字樓高約50m,均為9～11層的建筑,在這些樓的頂樓,種植了龍井43號(65%以上)和安吉白茶。樓頂種茶有一定難度,為了解決技術難題,天目里團隊蓋了一幢三層的樣板間,作為“空中茶園”的試驗田,并與中國茶葉博物館開展合作,邀請專家現場指導種植。2022年,天目里開啟“來,茶客”的茶會活動,以有償的方式對外開放,游客可參與采茶和沉浸式制茶活動。

4 推動垂直農業發展的建議

4.1 加大政府對相關項目扶持力度

垂直農業是技術、資本密集型產業,其發展依賴于良好的外部體制機制和政策環境。建議：一是加強推動構建垂直農業發展的戰略指引。將垂直農業的發展納入農業發展規劃,并且將其與土地規劃、主體功能區規劃等相融合,一張藍圖繪到底,宏觀戰略上重視,以科技促進垂直農業發展。二是從技術研發的角度加快制訂適合垂直農業發展的農業科技創新計劃或路線圖。整合協調科研機構、農業產業園和企業科研中心,充分發揮農業高校、科研機構及企業在垂直農業創新中的引領作用。三是構建多元化的投資機制,從財政補貼等多角度鼓勵農業企業增加對垂直農業科技和項目的投入,積極發揮市場需求對垂直農業的導向與推動作用。四是加強監管力度,注重垂直農業科研項目的建設性與延續性,促進項目和科技創新成果的落地應用。

4.2 激發農業龍頭企業的主體作用

龍頭企業是農業科技創新的主體。為了激發農業龍頭企業創新活力,促進垂直農業發展,建議：一是發揮龍頭企業的主體作用。制訂促進垂直農業龍頭企業高質量發展的政策,推動龍頭企業科技創新。在組織開展農業龍頭企業的認定監測時,注重龍頭企業的創新能力,并將農業企業的立體化種植作為考察的指標,培育發展一批國家級、省級農業龍頭企業。二是平衡農業企業和家庭農場的關系。農業發展僅依靠農戶,企業科技應用和農產品質量都難以提升。集約化生產是高端化、高科技化、高附加值的基本條件,也是發展垂直農業的前提。很多工商資本、大型企業試圖進入垂直農業生產領域,但是土地流轉是最大的障礙。因此,建議政府在發展家庭農場與引入培育高科技農場之間做好選擇與平衡,適當延長土地使用年限,鼓勵更多的大型企業發展垂直農業項目。

4.3 提高科技服務垂直農業的能力

一是建議成立垂直農業研發平臺。依托農業科學院、大學、農業科技園等大學與科研機構,成立一批垂直農業研究中心、實驗室、工程技術研究中心,這些機構的設置、功能與研究范圍應結合實際情況并與高等院校、科研機構和農業企業保持密切合作,促進科研成果的推廣應用。二是突出政府對垂直農業科技的引導職能,引導垂直農業研究項目申報和立項,鼓勵農業科研機構承擔經濟回報周期長的垂直農業研究項目。三是加強對垂直農業相關人才的培養。為發展垂直農業,建議將智能農業真正納入教育體系中,重視智能農業、設施農業人才的培養。

4.4 加大相關項目的金融支持力度

一是完善政策性金融,設置專項引導基金,鼓勵垂直農業發展,充分調動農戶、市民、農企、農業科技服務組織等農業科技創新主體的積極性。二是政府出臺優惠財稅政策,引導商業保險機構有效地開展農業保險業務,并擴大保險品種,建立涉農信貸的風險補償機制。提高商業性金融機構服務農業科技創新的積極性,加大稅收和利率優惠政策的力度。三是擴寬融資渠道。鼓勵政策性銀行簡化貸款手續,降低準入門檻,開發適合垂直農業發展的信貸產品。

4.5 明晰產權、完善相關法律法規

政府在制訂政策法規時,要充分考慮農業融入城市的方案,而不是將農業與城市發展割裂開來。要發展陽臺農業、屋頂農業等建筑物表皮農業等,就要明晰垂直農業的法理地位,界定清楚垂直農業的產權界限,這是垂直農業發展的前提。從當前的情況來看,產權改革是發展垂直農業最艱難的環節。比如,樓頂露臺一般屬于全體業主所有,有權屬的業主都可以在上面種植作物,可是這樣會導致屋頂破損,成為“公地”無人管理。因此,要明確屋頂的權屬,推動制訂科學合理的屋頂花園和屋頂農業的方案,進行科學合理的生產。

4.6 加大垂直農業的宣傳普及力度

關于垂直農業的發展問題,至今仍有不少爭議。從根本上說,由于我國是傳統農業的大國,傳統農耕文化根深蒂固,大眾一時還難以接受垂直農業這個新興概念。因此,建議政府普及與垂直農業相關的知識,讓市民了解并接受其所生產的綠色健康食品,通過電視、廣播、互聯網進行報道,提高社會對垂直農業的認知度。加強科普宣傳的力度,擴大市民的認同度,推出一些小型簡易的小型垂直農場,作為實驗基地,培養一些新型作物,收集作物的生長數據,也可以作為科研平臺和科普平臺,研發相關技術,培養農業科技人才。