空中的果實(shí)

　　我們對垂直農(nóng)場所傾注的精力和關(guān)注，并不亞于其他科學(xué)家所致力于登月的計(jì)劃。畢竟我們所要解決的問題是很現(xiàn)實(shí)的，這將使全球人類不必再擔(dān)心下一頓飯從何而來。
　　 —迪克森·德斯坡米爾
　　
　　提到農(nóng)場，人們最先想到的是大片大片的土地，未來的農(nóng)場或許會(huì)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(chǎn)基地，更能產(chǎn)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(yǎng)液中；使用陽光等可再生能源來生產(chǎn)熱量和發(fā)電，以便晝夜不停地使植物的生長條件達(dá)到最優(yōu)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(chǎn)量是普通農(nóng)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(fù)地球家園生態(tài)圈，這該是多么美麗的神話。
　　這個(gè)大膽的構(gòu)想最初是由美國哥倫比亞大學(xué)環(huán)境科學(xué)和微生物學(xué)教授迪克森·德斯坡米爾提出的，他稱其為“垂直農(nóng)場（vertical farming）”。垂直農(nóng)場也叫立體種植農(nóng)場，被美國著名的《連線》雜志評為改造地球最瘋狂的生態(tài)實(shí)驗(yàn)之一。
　　垂直農(nóng)場的構(gòu)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(zāi)害的威脅越來越大?！傲Ⅲw種植”這個(gè)顛覆傳統(tǒng)的想法越來越受到人們的關(guān)注和重視。支持者認(rèn)為它代表了人類農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展方向。
　　
　　不能承受的農(nóng)業(yè)之重
　　
　　在了解垂直農(nóng)場之前，我們先來看下面幾個(gè)數(shù)據(jù)：
　　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(shù)在發(fā)展中國家。
　　4.現(xiàn)在地球陸地表面上近37％的土地用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
　　5.全球每年有近1300萬公頃的森林被砍伐，相當(dāng)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(dāng)于整個(gè)南美洲的大小，供養(yǎng)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(xiàn)有耕作面積上增加一個(gè)相當(dāng)于巴西國土面積大小的耕地，來養(yǎng)活新增人口。
　　為了自身的生存和繁衍，人類一直在進(jìn)行著前所未有的征服：從19世紀(jì)初以來，每一次當(dāng)馬爾薩斯主義者預(yù)言的人口增長帶來的“世界末日”逼近，都是科學(xué)技術(shù)的突破拯救了我們。各種類型的耕作機(jī)器、不斷改進(jìn)的肥料和殺蟲劑、植物人工繁育獲得的更高產(chǎn)量和抗病性，加上對抗常見動(dòng)物病害的疫苗和藥品，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(fù)面影響。
　　到20世紀(jì)80年代，很多地方的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了土地的承載能力，農(nóng)業(yè)化學(xué)品已經(jīng)破壞了營養(yǎng)物質(zhì)恢復(fù)的自然循環(huán)（生態(tài)系統(tǒng)利用這種循環(huán)來進(jìn)行自我維持）。
　　農(nóng)業(yè)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(dǎo)致的污染使不少淡水無法被人類飲用。如果這種趨勢持續(xù)下去的話，某些人口密集的地區(qū)將不再有足夠多的安全飲用水。
　　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)生的溫室氣體排放令人擔(dān)憂。更令人憂心的是，食品價(jià)格因此與燃料價(jià)格掛鉤，導(dǎo)致全球許多地方的食品價(jià)格不斷上漲。
　　一些農(nóng)學(xué)家認(rèn)為，解決這些問題的方法在于采用更為集約化的工業(yè)化耕作方式，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)和使用更高效的化肥、農(nóng)藥來提高作物產(chǎn)量。
　　即使這些辦法得以實(shí)施，充其量也只能作為短期補(bǔ)救方法，因?yàn)闅夂驐l件的快速變化改變了農(nóng)業(yè)景觀，甚至阻礙了最有效對策的應(yīng)用。事實(shí)上，從古至今，人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直都有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，那就是靠天吃飯。在自然災(zāi)害面前，人類的糧食供應(yīng)來源依然非常脆弱，稍許的糧食減產(chǎn)就能令全球糧價(jià)波動(dòng)不已，歷史上亦不乏因自然災(zāi)害造成饑荒死人的事例。
　　目前，世界上許多可耕地幾乎已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)作，才勉強(qiáng)養(yǎng)活現(xiàn)在的60多億人口。根據(jù)聯(lián)合國發(fā)表的人口報(bào)告估計(jì)，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(gè)大問題。
　　如果我們繼續(xù)通過大量毀林來開墾新的農(nóng)田，全球氣候變暖將以災(zāi)難性的速度加快。而且更多的農(nóng)業(yè)徑流將造成大量水文“盲區(qū)”，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(gè)嚴(yán)重問題。這些病毒往往能使農(nóng)作物大面積遭受感染而導(dǎo)致糧食減產(chǎn)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(gè)有效應(yīng)對幾乎所有上述問題的戰(zhàn)略性改變。
　　
　　城市農(nóng)業(yè)狂想曲
　　
　　為應(yīng)對激增的城市人口需求，越來越多的國家開始研究城市農(nóng)業(yè)技術(shù)。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(nóng)業(yè)種植。
　　于是，人們提出了垂直農(nóng)場的設(shè)想：把摩天大樓變成生產(chǎn)中心，構(gòu)建一個(gè)自給自足的良性循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。
　　垂直農(nóng)場是在已有的溫室耕作技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和發(fā)展起來的一種新型的農(nóng)業(yè)種植模式，主要應(yīng)用技術(shù)包括滴灌、氣培和水培法在內(nèi)，主要能量來源是太陽能和風(fēng)能，太陽能由位于垂直農(nóng)場頂層和側(cè)面的太陽能面板所吸收而來，風(fēng)能來自于樓頂所安裝的風(fēng)力螺旋葉。
　　在垂直農(nóng)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(xì)小的管子相互連接，作物所需的營養(yǎng)物質(zhì)就是通過這些細(xì)小的管子進(jìn)行運(yùn)輸并準(zhǔn)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(yǎng)物質(zhì)，還避免了傳統(tǒng)耕作中大面積灌溉、施肥等對水資源和肥料的浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)高效而且非常環(huán)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(jìn)行了改進(jìn)。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(yǎng)的環(huán)境之中，這種栽培方式特別適用于土豆、胡蘿卜的種植。
　　現(xiàn)代水培法是由農(nóng)學(xué)家威廉·F·格里克實(shí)驗(yàn)發(fā)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(yǎng)物質(zhì)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(chǎn)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(nóng)作物呢？
　　迪克森·德斯坡米爾教授曾經(jīng)設(shè)計(jì)出了一個(gè)30層樓高的垂直農(nóng)場模型。根據(jù)這個(gè)模型，在整個(gè)農(nóng)場的地下，裝有一個(gè)大型焚化裝置，用來將農(nóng)場產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行焚化從而減少對城市環(huán)境的污染并產(chǎn)生出能源，作為垂直農(nóng)場甚至整座城市的電力來源。另外，環(huán)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(nóng)場工作人員提供方便快捷的服務(wù)。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(jù)不同作物的種植特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的分層種植。
　　垂直農(nóng)場的大多數(shù)種植層都是由一個(gè)大型的自動(dòng)化運(yùn)輸帶作為主要基礎(chǔ)建筑，將禾苗從一端運(yùn)送到另一端，并進(jìn)行分層種植。到了收獲季節(jié)，成熟的作物通過傳送帶被運(yùn)送到后端的收割機(jī)前。
　　在作物的不同生長階段，人們通過精準(zhǔn)的計(jì)算將環(huán)境里的水分和光照調(diào)整到最適合作物生長的狀態(tài)。
　　
　　在農(nóng)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(nóng)場頂層的陰面是一個(gè)巨大的雨水收集池，可以將收集的雨水用于整個(gè)農(nóng)場的灌溉。
　　沿著整幢農(nóng)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(cè)建有農(nóng)作物育種室和質(zhì)量監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室，用于科學(xué)家做一些相關(guān)的研究。在西北側(cè)建有一個(gè)大型水箱，用于儲(chǔ)存水源供垂直農(nóng)場循環(huán)利用。在東北側(cè)是大型的貨物集散中心，將生產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品通過貨車?yán)礁浇某?、便民市場或者直接銷售給附近居民區(qū)的人們。
　　按照設(shè)計(jì)，垂直農(nóng)場是一個(gè)整體的、自身可持續(xù)的循環(huán)系統(tǒng)。農(nóng)場的每一層樓都是一片農(nóng)地，具有高度集成的高效灌溉系統(tǒng)，所有農(nóng)作物都在受控制的環(huán)境中生長，并使用電子監(jiān)控來檢驗(yàn)是否成熟，全年365天不間斷地種植、收割，避免了不利自然環(huán)境條件的影響，也不用擔(dān)心土壤污染的威脅，同時(shí)還節(jié)省了資源，減少了對環(huán)境的破壞。
　　經(jīng)過收割機(jī)加工后不適合食用的部分將通過最后一個(gè)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(jīng)過壓縮變成能全部燃燒的顆粒。農(nóng)場底部的污水處理池可以處理城市污水，污水將會(huì)集中到一部被稱作“泥炭”的機(jī)器，將污水處理成炭和水用來作為蒸汽機(jī)發(fā)電的原料，被處理提取過的污水經(jīng)過濾后，用于植物灌溉或排放。
　　整個(gè)設(shè)計(jì)看來并不復(fù)雜，與到處可見到的屋頂花園和室內(nèi)綠化類似。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的研究表明，垂直種植方法的用水量只有傳統(tǒng)種植方法的5％，一棟30層高的透明墻面垂直農(nóng)場，可生產(chǎn)5萬人的口糧。
　　
　　垂直農(nóng)場帶來什么
　　
　　雖然人們關(guān)于是否在繁華的都市中建造摩天大樓式的垂直農(nóng)場還存在著很大爭議，但這種垂直農(nóng)場一旦得以應(yīng)用將產(chǎn)生巨大的效益。
　　首先，垂直農(nóng)場可以有效緩解人均耕地面積日益減少造成的農(nóng)產(chǎn)品供給不足的困境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(fā)現(xiàn)，每一個(gè)大都市都有許多閑置的空間，這些都可以用來建造垂直農(nóng)場。據(jù)研究，一幢58層的“農(nóng)場”，占地僅1.3萬平方米，卻可以提供74.32萬平方米的農(nóng)作物生長面積，具有相當(dāng)于一個(gè)414.4萬平方米傳統(tǒng)農(nóng)場的生產(chǎn)能力。德斯坡米爾曾經(jīng)估算，只需150棟30層的垂直農(nóng)場，便可以供應(yīng)紐約全市人口一年的飲食所需。這樣一來，垂直農(nóng)場輕而易舉地解決了目前我們所面臨的糧食短缺危機(jī)。
　　其次，垂直農(nóng)場將改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)“靠天吃飯”的狀況。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)嚴(yán)重依賴于天氣氣候條件，而垂直農(nóng)場依靠精準(zhǔn)科學(xué)的農(nóng)業(yè)技術(shù)，可以使農(nóng)作物全年不間斷生長。農(nóng)田生產(chǎn)的自動(dòng)化控制，可以促進(jìn)農(nóng)作物的改良和優(yōu)化，使農(nóng)作物向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效方向發(fā)展。我們可以將命運(yùn)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(nóng)場中所有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都可以通過有機(jī)方式進(jìn)行，減少除草劑、殺蟲劑、農(nóng)藥等有害化學(xué)品的使用，大大減少了有害農(nóng)業(yè)廢物和化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)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(nóng)場可以實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)業(yè)灌溉用水已經(jīng)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(xué)成分，難以進(jìn)行二次利用。垂直農(nóng)場能夠利用科技手段將生活廢水處理為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的灌溉用水，減少了水資源的浪費(fèi)，提高了水資源利用效率。垂直農(nóng)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(chǎn)生清潔能源，解決城市面臨的日益嚴(yán)重的能源緊缺問題。
　　第五，垂直農(nóng)場可以縮短農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸環(huán)節(jié)，降低運(yùn)輸成本和減少交通污染。傳統(tǒng)上，由于農(nóng)作物全部種植在郊區(qū)和鄉(xiāng)村，而生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品大部分都要運(yùn)送到城市，這不僅會(huì)增加成本，而且在運(yùn)輸過程中還會(huì)消耗能源，排放二氧化碳，造成環(huán)境污染。將溫室栽培引入大都市中，通過“就地生產(chǎn)”，可以減少農(nóng)產(chǎn)品由農(nóng)村向都市的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
　　垂直農(nóng)場不僅將徹底變革和改善城市的生活，還能使被傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)損害的土地恢復(fù)元?dú)狻?英畝垂直農(nóng)場可以使10～20英畝戶外農(nóng)地恢復(fù)原始生態(tài)。城市從遠(yuǎn)處看，也將像“空中花園”。
　　可以說，垂直農(nóng)場是我們自己養(yǎng)活自己、養(yǎng)活將不斷增加的人口的一場革命。
　　
　　發(fā)展瓶頸和爭議
　　
　　盡管垂直農(nóng)場為城市發(fā)展和農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了一種新的模式，但目前它還處于概念開發(fā)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段。有一些瓶頸需要克服，主要表現(xiàn)在下面幾方面：
　　首先，垂直農(nóng)場建設(shè)的最初投資金額相對較高。據(jù)估算，建設(shè)一個(gè)最小、最簡單的垂直農(nóng)場也需要兩億美元。由此可見，建造一個(gè)真正的垂直農(nóng)場需要巨大的財(cái)力支持。
　　其次，經(jīng)營者需要學(xué)習(xí)系統(tǒng)整合和農(nóng)場發(fā)展的技術(shù)。必須先建造一個(gè)小型的垂直農(nóng)場作為試點(diǎn)，來進(jìn)行各種技術(shù)的研究和實(shí)驗(yàn)。特別是對于不同樓層的農(nóng)作物要獲得相同的光照、水分、養(yǎng)分等，需要科學(xué)地計(jì)算。垂直農(nóng)場不同于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕種，它更加依賴于科學(xué)技術(shù)的支持和人才的儲(chǔ)備，需要尋找并培訓(xùn)合格的現(xiàn)代農(nóng)民，使他們能夠應(yīng)對復(fù)雜而縝密的內(nèi)部操作系統(tǒng)。
　　第三，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)文化的傳承有沖突。歷經(jīng)千百年發(fā)展起來的農(nóng)業(yè)技術(shù)體系和知識(shí)體系，是傳統(tǒng)文化的重要組成部分，凝聚著世世代代勞動(dòng)人民的智慧。隨著垂直農(nóng)場的發(fā)展，可能會(huì)帶來傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)文化的消逝。
　　第四，公眾對于垂直農(nóng)業(yè)還存在著疑慮。例如，人們會(huì)擔(dān)心垂直農(nóng)場長期潮濕的條件會(huì)使建筑結(jié)構(gòu)受到銹蝕，在垂直農(nóng)場中飼養(yǎng)動(dòng)物會(huì)增加公眾對于衛(wèi)生條件的擔(dān)心，污水處理后用于灌溉會(huì)否引發(fā)安全問題，垂直農(nóng)場的實(shí)際規(guī)模效益究竟如何等等。
　　自從垂直農(nóng)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(rèn)為，這種生產(chǎn)方式可以更有效地利用空間、提升農(nóng)作物生長效率。然而，一些環(huán)保主義者認(rèn)為，把農(nóng)作物放入建筑物，用發(fā)光二極管（LED）幫助植物進(jìn)行光合作用，需要耗費(fèi)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(nóng)場不乏追隨者。紐約、迪拜等地都已有設(shè)計(jì)師正在逐步將垂直農(nóng)場概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
　　人類的發(fā)展過程中，總是經(jīng)歷各種各樣的改變。人類想生存，就必須有能力和勇氣來預(yù)期并適應(yīng)那些改變。“垂直農(nóng)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(nóng)業(yè)的未來方向。
　　本文配圖見中插
　　【責(zé)任編輯】趙 菲