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“室内垂直种植”会是未来农业的新趋势吗？

晰数塔互联网快讯
2020-12-15 10:07

神译局是36氪旗下编译团队，关注科技、商业、职场、生活等领域，重点介绍国外的新技术、新观点、新风向。

编者按：在疫情的冲击下，今年很多餐馆都被迫停止营业，造成了对农产品的需求断崖式下跌。虽然由于人们居家做饭，商店对农产品的需求增加了，但农产品在转换运输目的地的过程中出现了大量损耗。这对农民来说是不小的冲击，在美国，又出现了牛奶被倒进下水道的情形。如今的作物和生产和运输方式比较固化，很难应对需求端的大幅变化。这让我们的眼光转向“室内垂直种植”，即利用立体空间，把一片土地的利用面积以倍数增加，使得土地的利用率大大提高。这种种植方式可以让作物生产地就位于市中心，随时为市民提供新鲜的蔬菜和粮食。“室内垂直种植”既能解决农田对环境的破坏问题，又能解决作物运输系统不灵活的问题，带来的好处是方方面面的。虽然目前“室内垂直种植”的成本还很高昂，但是它是未来的发展趋势。本文作者Laura Marie，原标题为" Indoor Vertical Farms Are the (Very Expensive) Future of Food"，希望对您有所启发。

今年突如其来的新冠疫情迫使许多餐馆关了门，这导致对某些农产品的需求突然下降。在美国，又出现了牛奶被倒进下水道的情形。那些长期固定供应餐馆农产品的农民，眼睁睁地看着自己平常的订单化为乌有。与此同时，由于人们被迫在家做饭，食品杂货店的需求激增。在产品迅速转移的过程中，数百万吨农产品被浪费了。

农学家和作物科学家纳特·斯托雷（Nate Storey）博士告诉Future Human：“新冠肺炎暴露了我们复杂的食品配送物流系统的弱点。我们需要让食物的供应免受天气、季节、时间、距离、流行病、害虫、自然灾害、季节和缺乏控制的影响和限制。”

气候变化、可耕地日益稀缺、城市人口不断增加，也使得传统农业越来越不稳定，资源效率越来越低。斯托雷（Storey）认为，如果大部分食物是在多层室内农场种植的，将会形成一个更好的农业系统。斯托雷是垂直室内农场公司（vertical indoor farming ）Plenty的联合创始人和首席科学官，该公司是当今走在农产品种植前沿的初创公司之一。

室内垂直种植使用多层建筑，上面堆放着种植容器和灯，而不是户外土地和阳光。它们可以建在城市中心，然后向上扩张，而不是向外扩张，以最小化土地的使用。室外种植的植物必须经过培育以适应恶劣天气和长途运输，而室内种植的植物几乎可以完全为了营养和口味的目的而培育。这些农场附近的社区全年都能吃到高质量的农产品，而且这些农产品不使用杀虫剂或除草剂，对环境的影响也较小。

垂直种植的农产品可以显著减少由传统耕作和运输方式造成的下游污染问题。

因为温度、养分和水分可以在最佳状态下提供给农作物，而无需根据天气和土壤的需求，所以农产品可以在室内生长得更快，通常以六到八周为周期，而在室外一年只能种一到两季。室内农场的每个部分都允许在不同的时间成熟，可以连续收获和播种。这种局部城市室内农场构建起的网络可以增强我们应对未来食品供应面临的冲击,不管是生物的、经济的、气候的、还是政治的。

虽然垂直种植的农产品已经开始出现在商店里，行业也在稳步增长，但它还没有成为主流。垂直种植是很昂贵的，而且必须克服作物研究的挑战和农业历史不平等问题，这样我们才能有望在市场上的每个角落，都摆满室内种植的产品。疫情造成的粮食危机提醒我们，发展室内垂直种植应该提上日程了。因为大规模发展室内垂直种植需要数年时间，但我们还不知道具体要多久，一种主要的植物疾病或大流行会摧毁我们目前的粮食系统。室内垂直种植可能是我们抵御未来不确定性所需要的保障。

1999年，哥伦比亚大学微生物学教授迪克森·德斯波米耶博士（Dickson Despommier, PhD）研究了屋顶花园种植的食物是否足以养活纽约市。他告诉Future Human，这是个好的解决方案，但还不够深入。他说：“如果我们把种植物搬到室内，把整栋楼都装满呢？纽约市一度有4000栋废弃的公寓楼，这些房子毫无用处。如果我们把这些楼里都种上作物呢？”

德斯波米耶接着出版了一本很有先见之明的书《垂直农场》（The Vertical Farm），书中概述了农业对环境的毁灭性影响，并呼吁以多层室内农场的形式进行可持续性革命。这本书在2010年首次出版时，市面上还没有这样的农场。在今年出版的十周年纪念版中，他列举了全球60多家从事这项工作的公司。

德斯波米耶告诉Future Human，：“我们现在种植作物的面积相当于整个南美洲。这太荒谬了，农业对硬木森林、土壤、生物多样性等都会造成很大破坏。”

传统农业正快速消耗着种植大部分作物所必需的富含营养的表层土壤，在未来的60年里，富含营养的表层土壤可能会全部消失。户外农业以灌溉的形式消耗了全世界清洁用水的70%，它需要大量的资源从蓄水层中提取、净化和分配灌溉水。传统农业还需要化肥、除草剂和杀虫剂，这些会破坏农田，污染下游的生态系统。而且，在到达消费者手中之前，产品会被污染的卡车运输数百或数千英里。

相比之下，许多垂直农场不使用土壤，而是依靠水培法或气培法，这两种方法分别将根系悬浮在富含养分的水中或雾霭中，会比传统农场少消耗70-90%的水和养分。通过控制种植区的物种进入，室内农场能保持种植室的清洁，减少或消除对所有杀虫剂和除草剂的使用。在垂直农场里，生长设备和LED灯阵列堆放在建筑物的多层面上，这样可以让这些农场在城市只占一小块土地。斯托雷（Storey）说，在Plenty公司，“与传统农业相比，我们的每英亩的收益是其150 - 350倍。”

自2018年开始种植以来，Plenty的农场已经采取了多种形式，在最近的几次改造中，从地板到天花板的绿色种植墙都配有明亮的LED灯阵列。由机器学习驱动的技术可以快速识别生病的植物，农场工人通过机器人系统种植、监控和收获作物。

许多室内垂直农场目前专注于种植微型蔬菜、草本植物、生菜和其他多叶蔬菜，因为它们生长迅速，成本低廉。这是一个良好的开端，但要将整个作物系统从室外农业过渡到室内农业，盈利作物的种类必须从绿色作物扩展到主食作物，包括小麦、大米和藜麦，它们是世界上主要的卡路里来源。这样做面临很大挑战，因为每一种植物对室内人工照明下的生长都有不同的反应，而且种植某些植物不太划算，因为整株植物只有一小部分会被吃掉。例如，主食作物需要植株大量生长，但只需有少量的果仁或种子能作为食物，而羽衣甘蓝植物的大部分都可以食用。因为促进植物的生长是很昂贵的，所以每一点收获都很重要。

AeroFarms是一家总部位于新泽西州的室内农业公司，成立于2004年。该公司使用一种获得专利的航空电子系统，每年种植数百万磅的绿叶蔬菜。该公司目前正在研究室内农场中一些变化的变量（比如光波波长、养分水平、温度和生长介质等）是如何影响植物的品质和味道的，希望能将这些发现应用到尚未在室内大规模种植的新产品上。

“我们在表型方面取得了重大进展，能快速检测和确定哪些特定的环境压力因素影响植物中重要的植物营养素和挥发物，从而创造出最美味和最有营养的产品,”AeroFarms公司研发副总裁史黛西·希梅尔（Stacy Kimmel）博士和首席技术官罗杰·比洛（Roger Buelow）在一封电子邮件中告诉Future Human。

这是一个相对较新的研究领域，种植作物的设备也在不断改进。“目前还没有实现那么多的标准化，每个人都在自己研究，”总部位于俄亥俄州的室内垂直农场公司80 Acres的创意和沟通副总裁丽贝卡·哈德斯(Rebecca Haders)说。“种子培育者也建立了垂直农场，他们正在现场测试能够高效种植的新品种。他们研究的是专门用于垂直农业的种子。”

与此同时，戴斯波米耶（Despommier）也正在研究小麦等主要作物如何在室内种植。今年8月，他与人合著了《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)的一项研究。该研究表明，室内种植可以通过全年连续生产小麦，使供给曲线变得平滑，其产量是室外小麦的600倍。只有一个问题：“考虑到人工照明的能源成本和资本成本，”该团队写道，“与当前的市场价格相比，它不太可能具有经济上的竞争力。”

室内垂直农场是很昂贵的：控制准入的洁净室，精心校准的种植灯，种植和收割的机器都需要高昂的前期成本，更不用说为农场建造房屋了。机器学习、机器人技术和自动化的成本也很高。到目前为止，垂直室内农场在公共资助、私人投资和社会影响奖的共同帮助下取得了进展。但在很大程度上，垂直农业仍然没有得到足够的重视，潜力还有待挖掘。

AeroFarms拥有来自私营部门的投资者，但也在积极寻求公共科学研究基金，以发展业务。它的一些研究得到了食品与农业研究基金会(FFAR)的资助。FFAR是一个由美国农业部创建的非营利组织，旨在为“大胆的”农业研究寻找公共和私人资助。具体来说，它是FFAR的精确室内植物(PIP)研究联盟的一部分，该联盟致力于培育适合室内生长的作物，如生菜、番茄和草莓等。

尽管室内种植有可能通过增加供应来解决食物获取不平等的问题，但其高昂的成本使其无法成为一种完美的解决方案，至少目前情况是如此。在成本较高，且专注于优质农产品的情况下，该行业正准备让农民和特权阶层的消费者受益，就像传统农业已经做到的那样。一些业内人士正在试图改变路线。

威斯琳·阿什顿博士（Weslynne Ashton, PhD）是伊利诺斯理工学院环境管理和可持续发展的副教授，除了在该领域进行研究之外，她还与当局一起致力于提高城市食品系统的可持续性和公平性。阿什顿告诉Future Human：“部分挑战是来源于资金压力，我认为，现金流管理对于室内农业的成功来说是一个重要的挑战。”

室内垂直种植不会完全解决如今食物系统的缺点，但它有潜力提供我们需要的灵活性，以适应世界的持续变化。增加作物产量意味着在危机期间粮食供应稳定，减少对农田的依赖意味着减轻对环境的负担。戴斯波米耶（Despommier）设想了这样一个未来：农作物在室内种植，而以前的农田上发展出更稳定的生态系统，且所有这一切都不需要放弃我们对城市生活的偏好。

可持续发展的问题一直都在，且资源每年都在枯竭，垂直室内农业的创新能帮我们应对环境退化问题，还能帮我们解决农作物和蔬菜等的供应链管理问题，它所带来的好处是方方面面的。垂直室内农业和其他重新构想的农业形式现在必须向前发展，因为未来还有很多东西要研究。我们不知道，目前的食物系统还要经历多少年的发展，才能强大到足够抵抗下一次像新冠疫情这样的冲击。

译者：Jane