向空間要土地：城市立體農(nóng)場的現(xiàn)狀與發(fā)展前景分析

盧峙宏　劉嘉瑋

摘 要：城市化進(jìn)程加快，耕地面積減少，人口規(guī)模的急劇膨脹帶來對糧食的巨大需求，城市立體農(nóng)場應(yīng)運(yùn)而生。本文針對城市立體農(nóng)場的建設(shè)可行性，發(fā)展面臨的困難進(jìn)行了分析總結(jié)，并結(jié)合我國現(xiàn)狀，提出了在我國進(jìn)一步建設(shè)城市立體農(nóng)場的前景與構(gòu)想。

關(guān)鍵詞：城市立體農(nóng)場 垂直農(nóng)業(yè) 可持續(xù)發(fā)展

根據(jù)目前最保守的人口預(yù)算估算，至2050年，人口將增長30億。預(yù)計(jì)將需要額外的109公頃的土地來養(yǎng)活這些增長的人口，然而，在城市化進(jìn)程不斷加快的今天，城市建筑用地侵占大量農(nóng)田和林地，導(dǎo)致了農(nóng)田面積的減少，同時(shí)人口規(guī)模的急劇膨脹帶來對糧食的巨大需求，許多地方都存在糧食危機(jī)。即使在糧食供應(yīng)充足的地區(qū)，城市里頻發(fā)的食品安全問題使人們也進(jìn)一步提高了對食品安全問題的關(guān)注。在大都市，為了滿足現(xiàn)代人的需求，很多都市農(nóng)業(yè)觀光園的也逐步興起和擴(kuò)大。在這些背景下，很多科學(xué)家開始對現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式進(jìn)行反思，試圖進(jìn)一步提高土地利用率和產(chǎn)能，因此城市立體農(nóng)場應(yīng)運(yùn)而生。

一、 城市立體農(nóng)場的概念

所謂城市立體農(nóng)場，也被稱為城市垂直農(nóng)場，是為了實(shí)現(xiàn)城市糧食與能源供給的一種新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。城市立體農(nóng)場在高層建筑中營造出農(nóng)作物的生長環(huán)境，將農(nóng)產(chǎn)品、牲畜養(yǎng)殖根據(jù)生長特點(diǎn)分層管理養(yǎng)殖，同時(shí)結(jié)合能源加工處理系統(tǒng)，擁有集約化，循環(huán)化、可持續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)。這個(gè)概念最初是由美國哥倫比亞大學(xué)的環(huán)境學(xué)家迪克森·戴斯帕米爾在2000年提出的，并將其定義為一種將大規(guī)模的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)移入高層建筑，以減少對自然土地侵占的技術(shù)，也被稱為摩天大樓農(nóng)業(yè)。

二、建設(shè)城市立體農(nóng)場的可行性分析

城市立體農(nóng)場作為一種新興的概念，是農(nóng)學(xué)與建筑學(xué)、環(huán)境學(xué)等學(xué)科交叉的產(chǎn)物，它在建設(shè)過程中除了對建筑設(shè)計(jì)有較高的要求外，其他的配套能源技術(shù)生物技術(shù)支持也必不可少。支撐立體農(nóng)場作物生長的是現(xiàn)代植物栽培技術(shù)，主要是滴灌、無土種植法和水培。所謂滴灌就是利用塑料管道將水通過直徑約10mm毛管上的孔口或滴頭送到作物根部進(jìn)行局部灌溉，可以省水省工，增產(chǎn)增收。無土種植法是把作物懸在半空中，由水蒸汽和養(yǎng)料灌輸。水培法是把作物固定在無土水槽里扎根，溶解在水里的營養(yǎng)液在根系周圍循環(huán)。這幾種方法已經(jīng)成為室內(nèi)種植農(nóng)作物的普遍方法，技術(shù)也相對成熟。農(nóng)場電力能源和水資源的供給也是大多采用環(huán)保綠色的方法，尤其重視因地制宜的原則。美國哥倫比亞大學(xué)教授迪克森提出的構(gòu)想是在光照強(qiáng)烈的沙漠地區(qū)，通過設(shè)計(jì)延綿數(shù)英里的建筑結(jié)構(gòu)，充分利用自然光源進(jìn)行作物生長和增強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換能力。在沿海等多風(fēng)的地區(qū)則可以利用風(fēng)能。在水循環(huán)體系方面，以紐瓦克立體農(nóng)場的設(shè)計(jì)為例，利用雨水處理裝置，將可利用的雨水凈化為中水，用于室內(nèi)生產(chǎn)及生活；將不可以利用部分及生活污水再處理，用于室外農(nóng)業(yè)澆灌。在廢棄物處理方面，除了前面提到的焚燒轉(zhuǎn)化為電能，污水再循環(huán)外，還可以在附近修建水產(chǎn)養(yǎng)殖中心，喂養(yǎng)魚、蝦等，將動(dòng)物的排泄物作為肥料種植農(nóng)作物，真正實(shí)現(xiàn)綠色養(yǎng)殖和資源的循環(huán)再利用。城市立體農(nóng)場在國外已有小規(guī)模成功的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，比較有名的有美國芝加哥的垂直農(nóng)場，它是由城郊一棟廢棄倉庫改造，已經(jīng)有兩套垂直種植系統(tǒng)投入使用，目前主要以種植綠色蔬菜為主，同時(shí)飼養(yǎng)魚類，并將魚類排泄物作為肥料種植蔬菜。但是目前更大型的垂直農(nóng)場的還是停留在設(shè)計(jì)構(gòu)想階段，現(xiàn)階段比較有名的幾大設(shè)計(jì)構(gòu)想是比利時(shí)建筑設(shè)計(jì)師文森特-卡爾博特根據(jù)蜻蜓的雙翼設(shè)計(jì)了一種所謂的“蜻蜓垂直農(nóng)場”，加拿大滑鐵盧大學(xué)的高登-格拉夫設(shè)計(jì)的“空中農(nóng)場”，還有美國的紐約中心農(nóng)場和紐瓦克立體農(nóng)場等。

三、發(fā)展面臨的困境與問題

這種立體農(nóng)場有傳統(tǒng)農(nóng)場不可比擬的優(yōu)勢，第一，在大樓內(nèi)縱向種植可以節(jié)約大量的耕地，以應(yīng)對耕地面積不斷減少的危機(jī)。同時(shí)將技術(shù)、勞力、物資等進(jìn)行集約生產(chǎn)，降低了因運(yùn)輸、儲(chǔ)存等帶來的成本。第二，不受氣候等自然因素的影響，生產(chǎn)條件可控，結(jié)合無土種植技術(shù)可以為不同作物創(chuàng)造最適宜的生長條件，從而達(dá)到24小時(shí)不間斷生產(chǎn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收。在迪克森教授的設(shè)計(jì)藍(lán)圖中，一座占地一畝，30層高的垂直農(nóng)場，可以為5萬人提供一年的食物和飲用水。第三，可以發(fā)揮綠色植物的空氣凈化作用，改善大都市的空氣質(zhì)量。第四，嚴(yán)密的監(jiān)控可以提早發(fā)現(xiàn)病蟲害情況，并利用隔離設(shè)計(jì)，可以有效地防止植物的病蟲害的大規(guī)模傳播。第五，大多數(shù)垂直農(nóng)場采用玻璃外墻，生產(chǎn)過程清晰透明，在一定程度上消除了消費(fèi)者對食品安全的擔(dān)憂。在此基礎(chǔ)上，它也同時(shí)具有觀光、生活、教育等功能，更大的滿足了現(xiàn)代人的生活需要。

但是很多問題使現(xiàn)階段城市立體農(nóng)場的發(fā)展仍處于構(gòu)想階段，我認(rèn)為主要原因有三個(gè)。第一，這種新型農(nóng)場集各種高科技的技術(shù)于一體，例如無土栽培，能源再生等，同時(shí)需要配套的樓體結(jié)構(gòu)和建筑材料加以支撐，造價(jià)成本非常高，在貧困落后地區(qū)不宜推行。第二，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大都市，城市內(nèi)房地產(chǎn)價(jià)格過高，尤其是在繁華路段，立體農(nóng)場的收益規(guī)模還未確定，其是否能承受城市的繁華地段的高地價(jià)還有待考量，因此沒有投資商貿(mào)然行動(dòng)。第三，公眾對這種城市垂直農(nóng)業(yè)的模式存在質(zhì)疑，大樓里集中飼養(yǎng)動(dòng)物是否會(huì)引發(fā)公共衛(wèi)生安全問題，經(jīng)過處理后的污水進(jìn)行作物灌溉是否安全，還有大量農(nóng)業(yè)廢棄物的處理會(huì)不會(huì)影響城市公共衛(wèi)生等擔(dān)憂會(huì)影響公眾對垂直農(nóng)場的接受度。這些問題勢必會(huì)對建筑學(xué)，生物學(xué)和農(nóng)業(yè)學(xué)科提出更高的要求，同時(shí)需要配合國家政策的支持，尤其是面對著這種農(nóng)場高投入、低回報(bào)的尷尬境地。

四、我國城市立體農(nóng)場的前景與構(gòu)想

歐美發(fā)達(dá)國家率先提出了城市立體農(nóng)場的概念，并做了大量研究。在亞洲，日本東京一座大廈的地下室內(nèi)也出現(xiàn)了類似的新型農(nóng)場，利用1000平方米的空間縱向種植水稻、西紅柿和谷物，同時(shí)發(fā)揮休閑與教育功能，顧客可以免費(fèi)接受室內(nèi)農(nóng)藝培訓(xùn)。而我國在這個(gè)領(lǐng)域的研究還處于起步階段，在2010年，我國首個(gè)城市垂直農(nóng)場設(shè)計(jì)在深圳誕生，名為“綠美人”，綜合運(yùn)用了風(fēng)能、太陽能、清潔水再生等多項(xiàng)高新技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)24小時(shí)不間斷生產(chǎn)糧食作物，飼養(yǎng)牲畜。我認(rèn)為作為一個(gè)有幾千年農(nóng)業(yè)文明的國家，應(yīng)該更進(jìn)一步積極探索，尋找新的突破口，將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代城市相結(jié)合。據(jù)聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署發(fā)布的《2013中國人類發(fā)展報(bào)告》預(yù)測，到2030年，中國將新增3.1億城市居民，城鎮(zhèn)化水平將達(dá)到70%。屆時(shí)，中國城市人口總數(shù)將超過10億，城市建設(shè)用地需求將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。然而中國的耕地面積由2001年的19.15億畝下降到2008年的18.25億畝，近兩年雖然總耕地面積又增加，但是人均耕地面積有10多年前的1.58畝減少到1.38畝，仍然低于世界平均水平。再加之我國自然災(zāi)害頻發(fā)，糧食產(chǎn)量難以保持穩(wěn)定。在這種情況下，城市立體農(nóng)場的出現(xiàn)，對于我國這樣人多地少的國家為解決人口激增與土地資源日趨短缺矛盾及應(yīng)對全球糧食危機(jī)提供了一條全新的思路，向空間要土地，充分利用城市空間，可以大大提高我國人均耕地面積，繼續(xù)養(yǎng)活十幾億人口。同時(shí)，土地集約化生產(chǎn)、能源循環(huán)的利用符合我國可持續(xù)發(fā)展的大政方針，為營造綠色中國、美麗中國創(chuàng)造條件。筆者認(rèn)為中國城市立體農(nóng)場的嘗試可以從北京、上海、廣州這幾個(gè)大都市開始，在這里以北京為例，北京城市化起點(diǎn)高，發(fā)展速度快，城市人口增長迅速，相比起其他城市，北京市的外來人口遷入對城市化的貢獻(xiàn)更為明顯，第一產(chǎn)業(yè)和第一產(chǎn)業(yè)人員比重不斷下降。第一，在農(nóng)產(chǎn)品供給方面，這種情況會(huì)造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的提高，而且很多農(nóng)產(chǎn)品需要大量從外地引進(jìn)，流通環(huán)節(jié)的成本增加，農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格不斷上升，這就使得城市居民的生活成本不斷提高。同時(shí)耕地面積是有限的，為了保證供應(yīng)數(shù)量，很多農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量難以保證。垂直農(nóng)場的高產(chǎn)特點(diǎn)可以在一方面提供充足供應(yīng)，流通環(huán)節(jié)的減少可以進(jìn)一步降低成本。同時(shí)這種透明的生產(chǎn)模式可以滿足高收入人群對食品安全有機(jī)的需求。第二，在居民生活方面，大都市的居民越來越重視生態(tài)生活，綠色生活等問題，城市立體農(nóng)場可以一方面為居民提供親近綠色，科普教育，娛樂休閑的好去處，另一方面也可以作為城市廢棄物的處理場所，改善城市大氣質(zhì)量。第三，北京市郊區(qū)面積大，空間遼闊，資源豐富，蘊(yùn)藏著巨大的發(fā)展?jié)摿?，同時(shí)地價(jià)與中心區(qū)相比較低。因此可以考慮在城郊結(jié)合地帶建立城市立體農(nóng)場，也可以進(jìn)一步帶動(dòng)郊區(qū)發(fā)展。除此之外，“城中村”、社區(qū)中無商業(yè)價(jià)值的廢棄地都可以為城市立體農(nóng)場提供良好的生長載體。第四，北京市高校眾多，人才云集，技術(shù)力量雄厚，可以在農(nóng)場的設(shè)計(jì)與實(shí)施中提供強(qiáng)大的智力和技術(shù)支持。除此之外，城市垂直農(nóng)場的吸納剩余勞動(dòng)力，處理城市“三廢”等特點(diǎn)可以幫助解決城市過快發(fā)展帶來的“城市病”等問題。當(dāng)然，就我國目前的發(fā)展水平來看，大規(guī)模實(shí)施城市立體農(nóng)場的構(gòu)想還不太現(xiàn)實(shí)。無論是在經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)上，還是在技術(shù)支持上都還無足夠能力支撐，中國的農(nóng)業(yè)規(guī)?；蜋C(jī)械化生產(chǎn)還處于初級(jí)階段，同時(shí)研究城市垂直農(nóng)場的科研人員也為數(shù)不多，如果從國外引進(jìn)其他配套的技術(shù)，必然成本巨大，后期的運(yùn)營與維護(hù)又是一筆巨大的開支。這就需要國家、企業(yè)、高校等多方面的配合。首先國家政策上應(yīng)該大力扶持，加大財(cái)政支出，對于有關(guān)投資企業(yè)給予稅收優(yōu)惠等政策。同時(shí)加大科研投入，尤其是在相應(yīng)的無土栽培技術(shù)，能源再生技術(shù)等領(lǐng)域，推動(dòng)不同學(xué)科之間的交流合作與協(xié)同創(chuàng)新，加強(qiáng)相關(guān)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)。如果我國可以在這一領(lǐng)域取得突破，我認(rèn)為可以在一定程度上徹底改變傳統(tǒng)的農(nóng)耕模式，解決糧食供應(yīng)的一大問題，為中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展開辟出一片新的天地。2011年BDCL-北方工業(yè)大學(xué)聯(lián)合舉辦城市立體農(nóng)場全國高校建筑設(shè)計(jì)有獎(jiǎng)競賽，還有2012年北京798藝術(shù)區(qū)城市立體農(nóng)場設(shè)計(jì)大賽等就是中國在該領(lǐng)域的積極探索，我們相信中國會(huì)在城市立體農(nóng)場的探索、設(shè)計(jì)、實(shí)施之路上走的更遠(yuǎn)，也相信城市立體農(nóng)場會(huì)有一個(gè)更光明的前景。

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作者簡介：盧峙宏（1995—），女，浙江金華人；中國人民大學(xué)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展學(xué)院；13級(jí)本科生。