在摩天大樓里耕種：立體農場的興起

　　在摩天大樓里耕種：立體農場的興起
 
　　在摩天大樓里耕種作物比戶外種植耗費更少的水和化石燃料，除了能避免農業生產水平下降，還能提供新鮮食物。

　　迪克森·德斯彭米耶文（作者系美國哥倫比亞大學公共衛生教授－譯者注）

　　重要概念

　　傳統種植業正破壞環境，到2050年，全世界人口將達95億，屆時可耕地面積將不足以供養這么多人口。

　　在玻璃外墻裝飾的摩天大樓里種植糧食作物將大大減少化石燃料的排放，循環利用城市廢水，而不是像現在那樣直接排入下水道。

　　面積相當于一個街區、30層樓高的農場，其產量與2400英畝戶外農田相當，而耗費更少。
現有溫室水培法為立體農場原型提供了現實基礎，正為全世界的城市規劃師所認可。
 
　　全世界需要相當于南美洲那么大的耕地面積來養活68億人口和他們的牲畜——多么令人震驚的農業用地面積。人口學家預計，到2050年，將有95億人生活在我們這個星球上。為保證每人每天最低1500卡路里的攝入量，人類文明必須再開墾相當于巴西整個國家那么大的耕地——210億英畝——如果屆時的耕種方式與今天無異的話。這么多新的可耕地顯然不存在。用著名的美國幽默作家馬克·吐溫的話說就是：“掏錢吧，土地不夠用了。”

　　全球70%的淡水還被現有農業用于灌溉。這些被化肥、殺蟲劑、除草劑和淤泥污染的水不適合人畜飲用，一些人口密集區域根本不可能有衛生的可飲用水。種植業也需要大量的化石燃料——種植業占美國所有汽油和柴油使用量的20%。由此產生的溫室氣體排放自然成了人們重點關注的對象。糧食價格也受到關注，與燃料價格掛鉤的機制使得2005到2008年間，世界大多數地方的糧食價格也隨燃料價格翻了一番。

　　一些農學家認為，解決之道在于產業種植的進一步集約化：整合現有大型糧食財團，通過采用基因改良的作物和更高效的農藥，在高產農田上進行高度機械化作業。即使這一解決方案得以實施，因為氣候的反復無常改變農業收成，使得再先進的田間管理至多也只在短期內行的通。歐巴馬政權上臺后不久，能源部部長朱棣文提醒公眾，到本世紀末，氣候變化可使加利福尼亞的種植業全軍覆沒。

　　更可怕的是，如果為了開辟新的農田而繼續分批次地濫砍亂伐，全球氣候變暖就將以滅頂之勢加速。更多農業用地的流失就將在各江河入海口甚至部分海域形成大面積貧瘠荒蕪的“死亡區”。

　　如果這些還不算什么的話，食物所攜帶的各種病菌——從沙門氏菌、霍亂、大腸桿菌到痢疾桿菌，這還僅僅是其中一小部分——在全球范圍內造成的死亡人數足以令人觸目驚心。更嚴重的是伴隨一生的寄生感染，比如瘧疾和血吸蟲病。而且，用人類排泄物作肥料在東南亞、非洲大部、中南美洲很普遍（化肥太貴了）。這種做法便于寄生蟲的傳播，威脅到25億人口的健康。

　　顯然，需要非常舉措應對這些挑戰。一項重大變革能解決上面提到的幾乎所有問題：在室內用立體農場種植作物，調節各種生長條件至最佳狀態。作物種在廢棄的城市空地上或大型高層屋頂溫室中，一年四季都有收成，用水量極少，幾乎沒有廢物，完全不受病蟲害，不需要化石燃料驅動農業機械，更不需要長途運輸。立體種植業將對我們以及未來世界人口的糧食供養引發一場革命。我們的飯菜也會更可口，“本土作物”將成為口味的標準。

　　接下來我要說明的內容可能一開始讓人難以接受，但是充分調研過相關技術的城市規劃師和農學家堅信，立體種植不僅可行，而且值得一試。

　　人所不欲，勿施于人

　　把茂密的森林和大草原開墾成農田以種植糧食作物的做法不僅正在把我們這個星球逼上絕路，也是在給我們自掘墳墓。最低限度的標準應該達到內科醫生的職業操守：“人所不欲，勿施于人。”就這一點來說，我們不應該再繼續危害地球。人類曾經挑戰過很多不可能完成的任務。自從18世紀中期查爾斯·達爾文提出進化論以來，馬爾薩斯曾預言隨著人口增長將出現的世界末日一次又一次地被技術革新所推遲：各種農業機械的出現、改進的殺蟲劑和除草劑、人工優選的改良高產抗病品種，還有針對常見牲畜病癥的疫苗和藥物都使得糧食的供應超過人口的增長。

　　這種情況持續到上世紀80年代，當時在許多地方，饑荒迫使農田超地力生產糧食的情況日益嚴重。農用化工產品破壞了原始生態系統賴以生存的營養更新的自然循環。我們必須改用其他生態可持續的農業技術。

　　著名的生態學家霍華德·歐登經常發問：“你的問題大自然都能找的到答案，那么你的問題是什么？”我的問題是：“我們如何保證全世界生態系統進行自我修復的同時，人類還能活的身強體健？”不少氣候專家——從聯合國糧農組織官員到可持續發展環境學家再到2004年諾貝爾和平獎得主旺加利·馬阿塞——一致同意退耕還林還草是減緩氣候變化最簡便易行的方式。森林和草地天然地吸收二氧化碳，而二氧化碳是我們周圍空氣當中含量最多的溫室氣體。任由這些土地自生自滅就能治愈我們的星球。

　　這樣的例子太多了。朝鮮戰爭結束后，韓國和朝鮮之間于1953年設立了非軍事區。那時候這片2.5英里寬的地帶僅有幾片稀稀落落的農田，今天這里已經到處是郁郁蔥蔥，一派生機盎然的景象，完全恢復了原生態。曾經分割東西德的貧瘠走廊現如今已是草木繁盛。20世紀30年代由于過度開墾和旱災形成的美國沙塵中心，目前又成為美國高產的“菜籃子”地之一。整個新英格蘭地區的森林自18世紀以來曾經被伐光過三次以上，如今覆蓋著大片生長旺盛的闊葉林和針葉林。
　　遠景

　　出于以上原因，人口日益增長的人類文明需要可替代的耕作方法。可是封閉的城市摩天大樓能夠被利用嗎？

　　當然可以。其一是因為室內種植農作物已經是很普遍做法。三種主要技術——滴灌、空栽（亦稱無土種植法）和水培——已經在全世界成功推廣應用。所渭滴灌，就是作物的扎根于由類似蛭石這種質量輕、持久耐用的惰性材料制成水槽里。細長的導管連接每一株作物，把富含養料的水精確地滴到根莖部，節省了大量用傳統灌溉的方式浪費掉的水。K·T·胡別克于1982年首創空栽技術，隨后美國國家航空航天局的科學家加以改進。空栽技術是把作物懸在半空中，由水蒸汽和養料灌輸，連泥土也省了。

　　人們公認農學家威廉·F·格里克在1929年首創現代水培法。其方法是：把作物固定在無土水槽里扎根，溶解在水里的營養液在根系周圍循環。二戰期間，南太平洋各島共為盟軍水培了超過八百萬磅的蔬菜。今天，水培溫室為室內種植提供了基本依據：作物每年都有收成，旱澇災害不再使顆粒無收，由于理想的種植和催熟條件，產量得到最大化，受到人類病原體感染機會也減到最小。

　　最重要的是，種植者可以自由選擇水培生產場所而不需要考慮室外環境條件，諸如土壤、降水或溫度等。室內耕作可以在任何水和能量供應充足的地方進行。英國、尼德蘭、丹麥、德國、新西蘭等國都有規模可觀的水培場。比較突出的例子是位于亞利桑那沙漠的新鮮歐洲農場，這座面積318英畝的農場每個月收獲大批高品質的西紅柿、木瓜和胡椒。

　　然而，水培農場大多位于城鄉結合部，雖然這里的地價相對合理，但是由于還要輸送到好幾英里外，既增加了成本，又消耗化石燃料，排放二氧化碳，還容易變質。把溫室農場搬進市內的高層建筑就可以解決這些遺留問題。我的設想是將立體農場建在由30層以上的建筑群組成的一整個街區。到這一規模，立體農場就可以保證真正可持續的城市生活：城市污水可以循環作為灌溉用水，剩下的固體廢棄物以及不可食用的作物廢料可以焚燒產生蒸汽推動渦輪為農場供電。利用現有技術，一大批可食植物將種植在室內。附近可以建水產養殖中心，喂養魚、蝦和軟體動物等。

　　創業資金和政府資助的研究中心可以作為啟動試點立體農場的一大途徑。嘉吉集團、孟山都、阿徹丹尼爾斯米德蘭公司和IBM等企業與大學進行合作的項目也可以出資。這兩條途徑中的任何一條不僅將充分利用在農學院、工程學院和建筑學院中蘊藏的巨大智力資源，同時便于建立約五層樓高，占地面積一英畝的立體農場模型。這些模型可以作為研究生、相關領域科學家和工程師開展試錯檢測的“練兵場”，之后再推廣功能完善的農場。除此之外，其他更常見的樓宇，如公寓、醫院和學校的屋頂上也可以開展相關研究。不少院校都建有研究設施，其中包括加州大學戴維斯學院、賓夕法尼亞州立大學、羅格斯大學和密歇根州立大學，以及歐洲和亞洲的一些院校。其中最出名的要數吉恩·賈梅科里領導的位于亞利桑那大學的可控環境農業中心。

　　將糧食生產與城市生活結合起來將是朝向城市可持續生活的重要一步。新興產業將蓬勃發展，涌現出以前人們從未想到過的城市崗位：培養工、養護工和收獲工。大自然會自愈我們留下的創傷；農田里耕作的農夫會更樂意植樹種草以捕捉碳來賺錢。最終，選擇性砍伐會成為木材業的常態，至少在美國東部是如此。

　　現實憂慮

　　這幾年，我每隔一段時間就出來宣傳立體農場的概念，這時人們一般會問我兩大現實問題。首先，質疑者提出，現在像芝加哥、倫敦和巴黎這樣的大都市，房地產的價格已經過高，立體農場在經濟上是否可行。立體農場確實承受不起城市繁華地段的地價，然而每座大城市都有為數不少的閑置地段，這些地還正嗷嗷待哺，希望有利可圖的項目前來投資。

　　拿紐約市來講，原弗洛伊德·本內特場海軍基地一直處于閑置狀態。這座于1972年廢棄的基地面積達2.1平方英里，至今還在尋找投資方。另一塊大地段是位于紐約港的總督島，總面積172英畝，美國聯邦政府最近剛把產權還給紐約市。還有一塊閑置的土地是恰好位于曼哈頓中心的第33大街的鐵路庭院。除此之外，總有一些閑置地和廢棄的樓盤遍布整個城市。幾年前，我帶的研究生調研了紐約市五大區的土地空置情況，結果是至少120座廢棄地段正在等待轉手。其中不少地段可以轉化為立體農場給最需要它的人，意即內城那些衣食無著的人。全世界城市里類似情況不計其數。再說，到處都是屋頂。

　　過去有時用來證明立體農場不可行的數學計算反而證明立體農場可行。一個典型的曼哈頓街區占地五英畝，反對者據此認為一座30層樓高的建筑也僅能提供150英畝大小的耕種面積，和戶外耕種相比差別不大。其實不然，立體農場的農活是終年不斷的。舉個例子，生菜每六個星期收成一次。就算是生長緩慢的玉米或小麥（從播種到收割需要三到四個月的時間）一年也可收獲三到四季。再比如，美國國家航空航天局培育的矮玉米植株所占空間遠比普通玉米要小，僅長到兩到三英尺高。矮小麥同樣高度低而營養價值高。這樣一來，植株就可以排列的更為緊密，每英畝產量也隨之翻番，每一層樓內都可以種好幾排矮株作物。“棧式”植株固定裝置已經在耕種某些水培作物中得到應用。

　　把這些因素考慮進來再進行粗略的計算可知，如果立體農場內每層樓種2排，一年可以收獲四季，耕種密度加倍的話——那么乘數是16（4 × 2 × 2）。所以一座占一個街區的30層樓高大樓的年產量就相當于2400英畝（30層 × 5英畝 × 16）。用同樣的辦法可以計算出，如果在醫院或學校的屋頂上建立體農場，那么一層一英畝屋頂將為醫護人員或教職工提供相當于16英畝農田的糧食。當然，在24小時不間斷光照下，作物生長速度可以進一步加快，但是目前這一做法尚不考慮在內。

　　其他因素還可能擴大這一數字。每年旱澇災害可以使整個縣城顆粒無收，這種情況在美國中西部特別嚴重。此外，研究發現，有高達30%已收割的糧食在儲存和運輸的過程中變質或遭蠹食，其中大部分都可以在城市農場里避免。由于需求量很大，糧食作物幾乎是一收成即在當地出售。還有，別忘了立體農場基本上根免于戶外耕種所遭受的口誅筆伐：化肥用不著了，化石燃料燃燒產物不需要排放了，更不必和森林草原搶地盤了。

　　我經常遇到的第二大問題涉及到向這么大一座立體農場提供能源和水是否經濟可行。要回答這個問題，選好地段是關鍵（沒想到吧，很意外吧）。位于冰島、意大利、新西蘭、南加州以及東非一些地方的立體農場采用了當地豐富的地熱資源。光照強烈的沙漠地區（如美國西南部、中東地區、中亞大部分地區）事實上可以采用兩到三層、50到100碼寬、但是綿延數英里的建筑結構，這樣做可以充分利用自然光源進行作物生長和增強光電轉換能力。終年刮風的區域（多為沿海地區，還有美國中西部）可利用風能。一般情況下，作物收獲后剩下的廢棄物可焚燒以產生電力或轉化為生化燃料。

　　還有一個經常被忽視的寶貴資源；事實上，城市居民消耗大量能源和金錢只是為了安全地將其處理掉。在這里我指的是液態城市垃圾，也就是人們常說的黑水（指含有人體排泄物的污水-譯者注）。紐約人每天制造十億加侖的黑水。該市花費巨款用于將黑水凈化為“灰水”（指廚房、淋浴用水和清潔水-譯者注）后再排入哈德遜河。其實黑水可以用來灌溉立體農場。同樣，富含能量的固體廢棄物可焚燒發電。一般情況下，半磅排泄運動產物在爆炸量熱器中焚燒可產生300卡路里的熱量。由此推算，僅紐約八百萬人口的排泄物理論上一年就可以產生1億千瓦時的電，足以保證四座30層高立體農場的運轉。如果這種廢物能轉化為有用的水和能源，城市生活將會變得更加節能。

　　前期投資會很高，因為實驗人員還要調試整合不同的系統。考慮到這一點，建一座小模型顯得很有必要，因為所有的新技術的應用都要先在模型上試驗。建成后的維護成本應該不高于驅動成套農業耕作機械設備的昂貴的化石燃料（還可以避免大量的污染物和溫室氣體）。除非取得成功的運營經驗，否則立體農場的贏利情況尚難逆料。不過，立體農場的另一個目標是生產比目前超市更廉價的農產品，這個目標應該是可以達到的，很大程度上是因為本地產的作物不用輸送到很遠的市場銷售。

　　期盼

　　從我開始在一個網站（www.verticalfarm.com）上發貼子表達自己對立體農場的一些簡單的想法和設計以來，已經過去五年了。從那時起，建筑師、工程師、設計師和主流機構之間心得和經驗的交流越來越頻繁。今天，眾多開發商、投資商、市長和城市規劃師已成為立體農場的擁護者，還表達了建造一座立體農場模型的強烈愿望。來自紐約、波特蘭、奧爾良、洛杉磯、拉斯維加斯、西雅圖、薩里、不列顛哥倫比亞、多倫多、巴黎、班加羅爾、迪拜、阿布扎比、仁川、上海和北京的規劃師都曾找過我。伊利諾伊理工學院正在為芝加哥作詳細的規劃。

　　他們都意識到如果要為下一代建立穩定的食物來源的話，現在就必須立即行動起來。他們咨詢了成本、投資回報、能源和水的利用以及收獲潛力等尖銳的問題。他們還考慮到了農場濕度過大，天長日久會侵蝕結構梁的問題，各處水泵和氣泵的動力問題，還有規模經濟的問題。這些具體的答案需要工程師、建筑師、室內農學家以及商人來逐一解答。也許嶄露頭角的工程師和經濟學家會主動開始尋找解決方案。

　　由于有了這個網站，立體農場的倡議已為公眾所熟知。其成敗僅是模型農場的建構者以及他們時間和精力付出的結果。惡名遠揚生物圈二號封閉生態系統項目就是未經充分準備倉促上馬的前車之鑒。1991年，首批八個人住進位于亞利桑那州圖克森附近的生物圈二號。它超過了一座建筑所能承受的規模，事先沒有進行可行性驗證，完全沒有考慮到巨大的支撐架上的彎曲混凝土結構能吸收多少氧氣。（亞利桑那大學現在重新驗證整個結構的潛力。）

　　為使立體農場的遠景成為現實，規劃師必須避免包括上述缺陷在內的其他違反科學規律的冒險。前途是光明的。包括彼德·海德——總部位于倫敦的國際設計和工程公司奧雅納的全球城市規劃部主任——在內的首席生態工程專家認為，建造大型、大型高效的城市立體農場不需要研發新技術。已經有很多熱心人開始問我：“那我們還等什么？”我還沒有現成的答案。

　　原文鏈接：http://article.yeeyan.org/view/76231/69250