在摩天大樓里耕種：立體農(nóng)場的興起

　　在摩天大樓里耕種：立體農(nóng)場的興起
 
　　在摩天大樓里耕種作物比戶外種植耗費(fèi)更少的水和化石燃料，除了能避免農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(xué)公共衛(wèi)生教授－譯者注）

　　重要概念

　　傳統(tǒng)種植業(yè)正破壞環(huán)境，到2050年，全世界人口將達(dá)95億，屆時可耕地面積將不足以供養(yǎng)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(huán)利用城市廢水，而不是像現(xiàn)在那樣直接排入下水道。

　　面積相當(dāng)于一個街區(qū)、30層樓高的農(nóng)場，其產(chǎn)量與2400英畝戶外農(nóng)田相當(dāng)，而耗費(fèi)更少。
現(xiàn)有溫室水培法為立體農(nóng)場原型提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，正為全世界的城市規(guī)劃師所認(rèn)可。
 
　　全世界需要相當(dāng)于南美洲那么大的耕地面積來養(yǎng)活68億人口和他們的牲畜——多么令人震驚的農(nóng)業(yè)用地面積。人口學(xué)家預(yù)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(dāng)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(xiàn)有農(nóng)業(yè)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(qū)域根本不可能有衛(wèi)生的可飲用水。種植業(yè)也需要大量的化石燃料——種植業(yè)占美國所有汽油和柴油使用量的20%。由此產(chǎn)生的溫室氣體排放自然成了人們重點(diǎn)關(guān)注的對象。糧食價格也受到關(guān)注，與燃料價格掛鉤的機(jī)制使得2005到2008年間，世界大多數(shù)地方的糧食價格也隨燃料價格翻了一番。

　　一些農(nóng)學(xué)家認(rèn)為，解決之道在于產(chǎn)業(yè)種植的進(jìn)一步集約化：整合現(xiàn)有大型糧食財團(tuán)，通過采用基因改良的作物和更高效的農(nóng)藥，在高產(chǎn)農(nóng)田上進(jìn)行高度機(jī)械化作業(yè)。即使這一解決方案得以實(shí)施，因?yàn)闅夂虻姆磸?fù)無常改變農(nóng)業(yè)收成，使得再先進(jìn)的田間管理至多也只在短期內(nèi)行的通。歐巴馬政權(quán)上臺后不久，能源部部長朱棣文提醒公眾，到本世紀(jì)末，氣候變化可使加利福尼亞的種植業(yè)全軍覆沒。

　　更可怕的是，如果為了開辟新的農(nóng)田而繼續(xù)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(nóng)業(yè)用地的流失就將在各江河入?？谏踔敛糠趾Ｓ蛐纬纱竺娣e貧瘠荒蕪的“死亡區(qū)”。

　　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(nèi)造成的死亡人數(shù)足以令人觸目驚心。更嚴(yán)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(yīng)對這些挑戰(zhàn)。一項重大變革能解決上面提到的幾乎所有問題：在室內(nèi)用立體農(nóng)場種植作物，調(diào)節(jié)各種生長條件至最佳狀態(tài)。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(qū)動農(nóng)業(yè)機(jī)械，更不需要長途運(yùn)輸。立體種植業(yè)將對我們以及未來世界人口的糧食供養(yǎng)引發(fā)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(biāo)準(zhǔn)。

　　接下來我要說明的內(nèi)容可能一開始讓人難以接受，但是充分調(diào)研過相關(guān)技術(shù)的城市規(guī)劃師和農(nóng)學(xué)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(nóng)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?zāi)?。最低限度的?biāo)準(zhǔn)應(yīng)該達(dá)到內(nèi)科醫(yī)生的職業(yè)操守：“人所不欲，勿施于人。”就這一點(diǎn)來說，我們不應(yīng)該再繼續(xù)危害地球。人類曾經(jīng)挑戰(zhàn)過很多不可能完成的任務(wù)。自從18世紀(jì)中期查爾斯·達(dá)爾文提出進(jìn)化論以來，馬爾薩斯曾預(yù)言隨著人口增長將出現(xiàn)的世界末日一次又一次地被技術(shù)革新所推遲：各種農(nóng)業(yè)機(jī)械的出現(xiàn)、改進(jìn)的殺蟲劑和除草劑、人工優(yōu)選的改良高產(chǎn)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(yīng)超過人口的增長。

　　這種情況持續(xù)到上世紀(jì)80年代，當(dāng)時在許多地方，饑荒迫使農(nóng)田超地力生產(chǎn)糧食的情況日益嚴(yán)重。農(nóng)用化工產(chǎn)品破壞了原始生態(tài)系統(tǒng)賴以生存的營養(yǎng)更新的自然循環(huán)。我們必須改用其他生態(tài)可持續(xù)的農(nóng)業(yè)技術(shù)。

　　著名的生態(tài)學(xué)家霍華德·歐登經(jīng)常發(fā)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?nèi)绾伪ＷC全世界生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行自我修復(fù)的同時，人類還能活的身強(qiáng)體??？”不少氣候?qū)＜摇獜穆?lián)合國糧農(nóng)組織官員到可持續(xù)發(fā)展環(huán)境學(xué)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(dāng)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(zhàn)爭結(jié)束后，韓國和朝鮮之間于1953年設(shè)立了非軍事區(qū)。那時候這片2.5英里寬的地帶僅有幾片稀稀落落的農(nóng)田，今天這里已經(jīng)到處是郁郁蔥蔥，一派生機(jī)盎然的景象，完全恢復(fù)了原生態(tài)。曾經(jīng)分割東西德的貧瘠走廊現(xiàn)如今已是草木繁盛。20世紀(jì)30年代由于過度開墾和旱災(zāi)形成的美國沙塵中心，目前又成為美國高產(chǎn)的“菜籃子”地之一。整個新英格蘭地區(qū)的森林自18世紀(jì)以來曾經(jīng)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(yuǎn)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?？墒欠忾]的城市摩天大樓能夠被利用嗎？

　　當(dāng)然可以。其一是因?yàn)槭覂?nèi)種植農(nóng)作物已經(jīng)是很普遍做法。三種主要技術(shù)——滴灌、空栽（亦稱無土種植法）和水培——已經(jīng)在全世界成功推廣應(yīng)用。所渭滴灌，就是作物的扎根于由類似蛭石這種質(zhì)量輕、持久耐用的惰性材料制成水槽里。細(xì)長的導(dǎo)管連接每一株作物，把富含養(yǎng)料的水精確地滴到根莖部，節(jié)省了大量用傳統(tǒng)灌溉的方式浪費(fèi)掉的水。K·T·胡別克于1982年首創(chuàng)空栽技術(shù)，隨后美國國家航空航天局的科學(xué)家加以改進(jìn)。空栽技術(shù)是把作物懸在半空中，由水蒸汽和養(yǎng)料灌輸，連泥土也省了。

　　人們公認(rèn)農(nóng)學(xué)家威廉·F·格里克在1929年首創(chuàng)現(xiàn)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(yǎng)液在根系周圍循環(huán)。二戰(zhàn)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(nèi)種植提供了基本依據(jù)：作物每年都有收成，旱澇災(zāi)害不再使顆粒無收，由于理想的種植和催熟條件，產(chǎn)量得到最大化，受到人類病原體感染機(jī)會也減到最小。

　　最重要的是，種植者可以自由選擇水培生產(chǎn)場所而不需要考慮室外環(huán)境條件，諸如土壤、降水或溫度等。室內(nèi)耕作可以在任何水和能量供應(yīng)充足的地方進(jìn)行。英國、尼德蘭、丹麥、德國、新西蘭等國都有規(guī)?？捎^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(nóng)場，這座面積318英畝的農(nóng)場每個月收獲大批高品質(zhì)的西紅柿、木瓜和胡椒。

　　然而，水培農(nóng)場大多位于城鄉(xiāng)結(jié)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(zhì)。把溫室農(nóng)場搬進(jìn)市內(nèi)的高層建筑就可以解決這些遺留問題。我的設(shè)想是將立體農(nóng)場建在由30層以上的建筑群組成的一整個街區(qū)。到這一規(guī)模，立體農(nóng)場就可以保證真正可持續(xù)的城市生活：城市污水可以循環(huán)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(chǎn)生蒸汽推動渦輪為農(nóng)場供電。利用現(xiàn)有技術(shù)，一大批可食植物將種植在室內(nèi)。附近可以建水產(chǎn)養(yǎng)殖中心，喂養(yǎng)魚、蝦和軟體動物等。

　　創(chuàng)業(yè)資金和政府資助的研究中心可以作為啟動試點(diǎn)立體農(nóng)場的一大途徑。嘉吉集團(tuán)、孟山都、阿徹丹尼爾斯米德蘭公司和IBM等企業(yè)與大學(xué)進(jìn)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(nóng)學(xué)院、工程學(xué)院和建筑學(xué)院中蘊(yùn)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(nóng)場模型。這些模型可以作為研究生、相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)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(nóng)場。除此之外，其他更常見的樓宇，如公寓、醫(yī)院和學(xué)校的屋頂上也可以開展相關(guān)研究。不少院校都建有研究設(shè)施，其中包括加州大學(xué)戴維斯學(xué)院、賓夕法尼亞州立大學(xué)、羅格斯大學(xué)和密歇根州立大學(xué)，以及歐洲和亞洲的一些院校。其中最出名的要數(shù)吉恩·賈梅科里領(lǐng)導(dǎo)的位于亞利桑那大學(xué)的可控環(huán)境農(nóng)業(yè)中心。

　　將糧食生產(chǎn)與城市生活結(jié)合起來將是朝向城市可持續(xù)生活的重要一步。新興產(chǎn)業(yè)將蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出以前人們從未想到過的城市崗位：培養(yǎng)工、養(yǎng)護(hù)工和收獲工。大自然會自愈我們留下的創(chuàng)傷；農(nóng)田里耕作的農(nóng)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(yè)的常態(tài)，至少在美國東部是如此。

　　現(xiàn)實(shí)憂慮

　　這幾年，我每隔一段時間就出來宣傳立體農(nóng)場的概念，這時人們一般會問我兩大現(xiàn)實(shí)問題。首先，質(zhì)疑者提出，現(xiàn)在像芝加哥、倫敦和巴黎這樣的大都市，房地產(chǎn)的價格已經(jīng)過高，立體農(nóng)場在經(jīng)濟(jì)上是否可行。立體農(nóng)場確實(shí)承受不起城市繁華地段的地價，然而每座大城市都有為數(shù)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(nèi)特場海軍基地一直處于閑置狀態(tài)。這座于1972年廢棄的基地面積達(dá)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(lián)邦政府最近剛把產(chǎn)權(quán)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?guī)У难芯可{(diào)研了紐約市五大區(qū)的土地空置情況，結(jié)果是至少120座廢棄地段正在等待轉(zhuǎn)手。其中不少地段可以轉(zhuǎn)化為立體農(nóng)場給最需要它的人，意即內(nèi)城那些衣食無著的人。全世界城市里類似情況不計其數(shù)。再說，到處都是屋頂。

　　過去有時用來證明立體農(nóng)場不可行的數(shù)學(xué)計算反而證明立體農(nóng)場可行。一個典型的曼哈頓街區(qū)占地五英畝，反對者據(jù)此認(rèn)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(shí)不然，立體農(nóng)場的農(nóng)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(yuǎn)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(yǎng)價值高。這樣一來，植株就可以排列的更為緊密，每英畝產(chǎn)量也隨之翻番，每一層樓內(nèi)都可以種好幾排矮株作物?！皸Ｊ健敝仓旯潭ㄑb置已經(jīng)在耕種某些水培作物中得到應(yīng)用。

　　把這些因素考慮進(jìn)來再進(jìn)行粗略的計算可知，如果立體農(nóng)場內(nèi)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(shù)是16（4 × 2 × 2）。所以一座占一個街區(qū)的30層樓高大樓的年產(chǎn)量就相當(dāng)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(yī)院或?qū)W校的屋頂上建立體農(nóng)場，那么一層一英畝屋頂將為醫(yī)護(hù)人員或教職工提供相當(dāng)于16英畝農(nóng)田的糧食。當(dāng)然，在24小時不間斷光照下，作物生長速度可以進(jìn)一步加快，但是目前這一做法尚不考慮在內(nèi)。

　　其他因素還可能擴(kuò)大這一數(shù)字。每年旱澇災(zāi)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(yán)重。此外，研究發(fā)現(xiàn)，有高達(dá)30%已收割的糧食在儲存和運(yùn)輸?shù)倪^程中變質(zhì)或遭蠹食，其中大部分都可以在城市農(nóng)場里避免。由于需求量很大，糧食作物幾乎是一收成即在當(dāng)?shù)爻鍪?。還有，別忘了立體農(nóng)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(chǎn)物不需要排放了，更不必和森林草原搶地盤了。

　　我經(jīng)常遇到的第二大問題涉及到向這么大一座立體農(nóng)場提供能源和水是否經(jīng)濟(jì)可行。要回答這個問題，選好地段是關(guān)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(nóng)場采用了當(dāng)?shù)刎S富的地?zé)豳Y源。光照強(qiáng)烈的沙漠地區(qū)（如美國西南部、中東地區(qū)、中亞大部分地區(qū)）事實(shí)上可以采用兩到三層、50到100碼寬、但是綿延數(shù)英里的建筑結(jié)構(gòu)，這樣做可以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。終年刮風(fēng)的區(qū)域（多為沿海地區(qū)，還有美國中西部）可利用風(fēng)能。一般情況下，作物收獲后剩下的廢棄物可焚燒以產(chǎn)生電力或轉(zhuǎn)化為生化燃料。

　　還有一個經(jīng)常被忽視的寶貴資源；事實(shí)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(tài)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(fèi)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(shí)黑水可以用來灌溉立體農(nóng)場。同樣，富含能量的固體廢棄物可焚燒發(fā)電。一般情況下，半磅排泄運(yùn)動產(chǎn)物在爆炸量熱器中焚燒可產(chǎn)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(chǎn)生1億千瓦時的電，足以保證四座30層高立體農(nóng)場的運(yùn)轉(zhuǎn)。如果這種廢物能轉(zhuǎn)化為有用的水和能源，城市生活將會變得更加節(jié)能。

　　前期投資會很高，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)人員還要調(diào)試整合不同的系統(tǒng)?？紤]到這一點(diǎn)，建一座小模型顯得很有必要，因?yàn)樗械男录夹g(shù)的應(yīng)用都要先在模型上試驗(yàn)。建成后的維護(hù)成本應(yīng)該不高于驅(qū)動成套農(nóng)業(yè)耕作機(jī)械設(shè)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(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，否則立體農(nóng)場的贏利情況尚難逆料。不過，立體農(nóng)場的另一個目標(biāo)是生產(chǎn)比目前超市更廉價的農(nóng)產(chǎn)品，這個目標(biāo)應(yīng)該是可以達(dá)到的，很大程度上是因?yàn)楸镜禺a(chǎn)的作物不用輸送到很遠(yuǎn)的市場銷售。

　　期盼

　　從我開始在一個網(wǎng)站（www.verticalfarm.com）上發(fā)貼子表達(dá)自己對立體農(nóng)場的一些簡單的想法和設(shè)計以來，已經(jīng)過去五年了。從那時起，建筑師、工程師、設(shè)計師和主流機(jī)構(gòu)之間心得和經(jīng)驗(yàn)的交流越來越頻繁。今天，眾多開發(fā)商、投資商、市長和城市規(guī)劃師已成為立體農(nóng)場的擁護(hù)者，還表達(dá)了建造一座立體農(nóng)場模型的強(qiáng)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(guī)劃師都曾找過我。伊利諾伊理工學(xué)院正在為芝加哥作詳細(xì)的規(guī)劃。

　　他們都意識到如果要為下一代建立穩(wěn)定的食物來源的話，現(xiàn)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(nóng)場濕度過大，天長日久會侵蝕結(jié)構(gòu)梁的問題，各處水泵和氣泵的動力問題，還有規(guī)模經(jīng)濟(jì)的問題。這些具體的答案需要工程師、建筑師、室內(nèi)農(nóng)學(xué)家以及商人來逐一解答。也許嶄露頭角的工程師和經(jīng)濟(jì)學(xué)家會主動開始尋找解決方案。

　　由于有了這個網(wǎng)站，立體農(nóng)場的倡議已為公眾所熟知。其成敗僅是模型農(nóng)場的建構(gòu)者以及他們時間和精力付出的結(jié)果。惡名遠(yuǎn)揚(yáng)生物圈二號封閉生態(tài)系統(tǒng)項目就是未經(jīng)充分準(zhǔn)備倉促上馬的前車之鑒。1991年，首批八個人住進(jìn)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(guī)模，事先沒有進(jìn)行可行性驗(yàn)證，完全沒有考慮到巨大的支撐架上的彎曲混凝土結(jié)構(gòu)能吸收多少氧氣。（亞利桑那大學(xué)現(xiàn)在重新驗(yàn)證整個結(jié)構(gòu)的潛力。）

　　為使立體農(nóng)場的遠(yuǎn)景成為現(xiàn)實(shí)，規(guī)劃師必須避免包括上述缺陷在內(nèi)的其他違反科學(xué)規(guī)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(shè)計和工程公司奧雅納的全球城市規(guī)劃部主任——在內(nèi)的首席生態(tài)工程專家認(rèn)為，建造大型、大型高效的城市立體農(nóng)場不需要研發(fā)新技術(shù)。已經(jīng)有很多熱心人開始問我：“那我們還等什么？”我還沒有現(xiàn)成的答案。

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