互动科普

为满足68亿人的需要，全球种植作物、饲养牲畜所使用的土地面积加起来相当于南美洲的总面积。另外，据人口统计学家预测，到2050年，地球人口将达到95亿。由于我们每个人每天至少需要1,500卡路里的能量，如果继续采用今天的农作方式，我们的耕地将不得不再增加850万平方千米——相当于一个巴西的面积，但如此巨大的新增耕地是不存在的。正如美国伟大的幽默作家马克·吐温所说：“想买土地？他们已经不生产土地了！”

农业灌溉消耗了世界上可利用淡水资源的70%，由肥料、杀虫剂、除草剂及淤泥导致的污染使这些水无法饮用。如果这种趋势继续下去的话，某些人口密集的地区将不可能再提供足够多的安全饮用水。农业生产还消耗大量化石燃料——仅美国就消耗了全球约20%的汽油和柴油。由此产生的温室气体排放当然令人担忧，但更令人忧心的是，食品价格因此与燃料价格挂钩，导致许多地方的食品价格在2005到2008年间几乎翻了一番。

一些农学家认为，解决这些问题的方法在于采用更为集约化的工业化农作方式，通过转基因和使用更高效的农药来提高作物产量，并减少高度机械化的农作方式。即使这种方法得以实施，充其量也只能是一个短期补救方法，因为气候条件的快速变化改变了农业景观，甚至阻碍了最有效对策的应用。在奥巴马入主美国白宫后不久，美国能源部长朱棣文就警告公众说，到本世纪末气候变化可能毁灭加利福尼亚州的农业。

如果我们继续通过大量毁林来开垦新的农田，全球气候变暖将以灾难性的速度加快。而且更多的农业径流（agricultural runoff）将造成大量水文“盲区”，足以使大部分河口、甚至部分海洋变成不毛的荒地。

上述的一切让人忧虑，但更可怕的是，食源性疾病将导致世界范围的大量死亡——沙门氏菌、霍乱、大肠杆菌及志贺氏菌只是其中一部分。更严重的问题是那些威胁生命的寄生虫传染病，如疟疾和血吸虫病。此外，东南亚大部分地区、非洲大部分地区及中南美洲地区大都使用人类粪便作为肥料（因为商业肥料过于昂贵），结果促进了寄生虫疾病的传播，受此折磨的人口多达25亿。

显然，我们需要一种根本的解决方法。一个有效应对几乎所有上述问题的战略性改变就是：在严格的控制条件下，在室内的垂直农场中种植农作物。在大都市许多空置的高楼或多层楼房天台上的温室里种植农作物，可以全年进行食品生产，减少数量可观的淡水使用和垃圾产生，作物感染疾病的风险也更小，而且不需要化石燃料驱动的机械把农产品从遥远的农场运送过来。垂直农场可以说是我们自己养活自己、养活将不断增加的人口的一场革命。另外，食物的口味也更好，“当地生产”将成为一种规范。

我的这些描述乍一看似乎有点让人无法理解，但那些详细审查过这项技术的工程师、城市规划师和农业学家一致认为，垂直农业不仅可行，而且应当一试。

不去伤害

“改造”原始森林和大草原，种植我们所需的食物，其实是在毁灭这个地球，给我们人类带来灾难。农业的最低要求应该类似于医师们所倡导的“不去伤害”。因此，不要再去伤害我们的地球了。人类一直在进行着前所未有的征服：从19世纪初以来，每一次当马尔萨斯主义者预言的人口增长带来的“世界末日”逼近，都是科学技术的突破拯救了我们。各种类型的耕作机器、不断改进的肥料和杀虫剂、植物人工繁育获得的更高产量和抗病性，加上对抗常见动物灾害的疫苗和药品，使粮食生产的增长超过了不断增长的全球人口的基本生存需求。

到上世纪80年代，很多地方的农业生产远远超出了土地能够承受的生产能力，这已经非常明显。农业化学品已经破坏了营养物质恢复的自然循环（生态系统利用这种循环来自维持）。我们必须改变现有的农业技术，使之具有更强的生态可持续性。

正如著名生态学家霍华德·奥德姆（Howard Odum）所言：“大自然知道所有的答案，那么你的问题是什么？”我的问题是：我们怎样才能在地球上生活得很好，同时又可以让地球生态系统得以自然修复？从来自联合国粮农组织（United Nations Food and Agriculture Organization）的官员，到可持续环境学家、2004年诺贝尔和平奖得主旺加里·马塔伊（Wangari Maathai）和许多气候专家都一致同意：使农田自动恢复为多草或多林的状态，是减缓气候变化最简单、最直接的方法。这些农田可以自然地从周围空气中吸收二氧化碳这一最丰富的温室气体，把农田放着不管，就可以医治我们的地球。

这样的例子不胜枚举：1953年，朝鲜战争结束之后，南北朝鲜之间建立起一条军事缓冲区（demilitarized zone），开始时只是一个4千米宽的荒芜地带，今天却已经郁郁葱葱，充满活力；曾经分隔东德与西德的光秃秃的走廊，现在也是翠绿无限。上世纪30年代的美国干旱尘暴区（American dust bowl）由于过牧和干旱而成为荒野，今天又重新成为国家重要的粮仓。整个新英格兰地区从18世纪初后至少被砍伐殆尽过三次，现在却成了大片健壮硬木和北方森林的家园。

未来前景

由于众多原因，一个人口不断增长的文明社会需要另一种替代性的农作方式。但城市中封闭的摩天大楼真的就是一个实用的选择吗？

答案是肯定的，部分原因是在室内种植作物已经司空见惯了。三种主要技术——滴灌、气培（aeroponics）和水培（hydroponics），已经在世界范围内得到了成功应用。在滴灌法中，植物生长在轻便的水槽中，这种水槽由惰性材料［如蛭石（vermiculite）］制成，可以反复使用多年，植物之间连接的细小管子将包含植物营养液的水分精准地滴灌到每一棵植物的根茎基部，从而免除了传统灌溉造成的水资源大量浪费。气培法1982年由K·T·胡比克（K. T. Hubick）开发出来，后来由美国航空航天局的专家进行了改进，将植物吊在空气中，注入蒸汽和营养物质，还省去了对土壤的需求。

农学家威廉·F·格里克（William F. Gericke）1929年发展了现代水培法。将植物种植在不含土壤的水槽中，溶解了各种营养物质的水则在水槽内循环。第二次世界大战期间，南太平洋地区用水培法种植了360多万千克的蔬菜，以供应那里的盟军部队。今天，水培温室为室内农作提供了基本原理：作物可以周年生长，时常造成绝收的旱涝灾害得以避免，由于有理想的生长和成熟条件，作物产量可以达到最大，而且能将人类病原物减到最少。

更为重要的是，水培法使种植者不用担心诸如土壤、降水或温度梯度等室外环境条件，只要有足够的水分和能量供应，室内种植可以在任何地方进行。英国、荷兰、丹麦、德国、新西兰及其他国家都有大型水培种植设备。美国亚利桑那州沙漠中1.3平方千米的Eurofresh农场是一个很有代表性的实例，那里一年12个月都种植着大量高品质的番茄、黄瓜和胡椒。

不过这些项目大部分都在半农业区实施，那里可以找到价格合理的土地。长距离的食物运输会增加成本，消耗化石燃料，排放二氧化碳，对环境造成很大损害。将温室栽培引入到城市的高层建筑中，便可以解决这些问题。我设想可以建一系列覆盖整个城市的三十层大楼，这样就可以用垂直农场实现真正的城市可持续生活：城市废水可以作为灌溉用水重新回收利用，残存的固体废弃物以及不可食用的植物体都可以通过焚烧来制造驱动涡轮的蒸汽，为农场供电。利用现有的技术，就可以在室内种植大量的可食用植物（见第60页边栏），邻近的水产中心还可以饲养鱼、虾和一些软体动物。

启动拨款和政府资助的研究中心，将是开启垂直农场的一个途径。大学与卡吉尔（Cargill）、孟山都（Monsanto）、阿彻丹尼尔斯米德兰（Archer Daniels Midland）及IBM等公司的合作也可以为此埋单。任意一种方法都能利用许多农学、工程学和建筑学高校所拥有的潜力巨大的人才库，建成五层楼高、4千平方米的小型样板农场。这些建筑应该成为“操练场”，让研究生、科学家和工程师进行必要的反复试验，然后再建造功能完备的农场。众多公寓、医院和学校的天台也可作为试验基地，这是更稳妥的做法。许多学校都已经有了研究设备，包括美国加利福尼亚大学戴维斯分校、宾夕法尼亚州立大学、罗格斯大学、密歇根州立大学，以及欧洲和亚洲的一些学校。美国亚利桑那大学由吉恩·贾科梅利（Gene Giacomelli）管理的可控环境农业中心（Controlled Environment Agriculture Center）就是最著名的一个实例。

将食物生产和城市生活有机整合到一起，是走向城市生活可持续性的一个重大进步，将发展出一些新型工业，还将出现一些以前无法想象的城市职业——苗圃服务员、种植工和收获工等等。大自然则会从我们以前的破坏中得以修复，传统的农民将被鼓励去种草植树，并因为碳汇而得到报酬。最终，选择性砍伐将成为巨大的木材工业的常态。

实践问题

最近几年，我一直在谈论垂直农场。大多数情况下，人们都会提出两个主要的实践性问题。第一，怀疑者想知道，考虑到芝加哥、伦敦和巴黎之类的城市经常出现的地价飞涨，这样的概念在经济上如何可行。城市中心的商业区可能承受不起，但每一个大城市都有许多不那么紧要的地方，那里的人们时常在乞求能够带来收入的项目。

比如在纽约，以前的弗洛伊德·贝内特机场（Floyd Bennett Field）海军基地1972年被弃用，目前处于闲置状态，5.4平方千米的土地完全没有被利用。另一大块空地是总督岛（Governors Island），纽约港曾经占用的0.7平方千米的土地，联邦政府最近刚刚将它归还给纽约市。还有一个没有得到充分利用的地方，就是曼哈顿中心地区33号道路的铁路站场。此外，这座城市中还分散有许多空置或废弃的高楼。几年前，我的研究生们对纽约的五个区进行了一次调查，他们发现至少有120个闲置地方等待改变，其中有许多就可以作为垂直农场使用，从而为那些最需要的人带来福利，比如说没有获得相应服务的市中心居民。在世界范围内，无数类似的地方存在于城市中，天台更是到处都是。

有时被用来反对垂直农场理念的简单数学，事实上却帮助证明了它的可行性。一座典型的曼哈顿街区大厦面积大约0.02平方千米（5英亩）。批评者说，一栋30层的高楼只能提供0.6平方千米的面积，无法与室外广阔的农场相比。但垂直农场可以全年不间断地种植，例如莴苣，每6周就可以收获一次，即使生长速度很慢的农作物，如玉米和小麦（从种植到收货几乎要3到4个月的时间），一年也可以收获3至4次。另外，美国航空航天局开发的矮玉米占用的空间大大小于一般的玉米，一般只有60~90厘米高。矮小麦同样也身材矮小，但富含营养。因此，植株可以紧密种植，同样的面积可以双倍种植，而且每一层都可以多层种植矮小的作物，“堆栈式”（Stacker）植物种植器已经可以应用于某些特定的水培作物。

综合上述因素进行粗略估算，我们认为每一层垂直农场都可以有4个生长季节，有双倍的种植密度，并且每一层楼都可以种两层——乘起来就是16（4×2×2）。一座覆盖一个城市街区的30层高楼，一年就有9.6平方千米可以用来生产食物（30层楼×5英亩×16）。类似的，一个0.004平方千米的医院或学校天台，只有一层楼也可以有0.064平方千米来种植食物进行内部供应。当然，如果有24小时的光照，作物的生长速度还可以进一步加快，但我们现在先不把它计算在内。

还有其他很多因素会放大这一数字。每年的干旱和洪水都会摧毁整片农作物，特别是在美国中西部地区。此外，研究表明，收获农作物产量的30%会在储存和运输时损耗，而城市农场就可以避免这些浪费，因为需求量大，粮食实际上能就地及时售出。而且请不要忘记，我们还在很大程度上消除了户外农场的巨大负面影响，包括肥料流失、化石燃料排放以及树木和草地的损失。

我经常遇到的第二个问题是：如此大的一个垂直农场，它需要投入的能量和水资源是否经济。在这一点上，位置就是一切。（惊奇吧？惊奇！）在冰岛、意大利、新西兰、美国加利福尼亚州南部以及东非的一些地方，垂直农场可以充分利用那里丰富的地热资源。在阳光强烈的荒漠环境（美国西南部、中东以及中亚的很多地方），实际上可以修建45~90厘米宽、数千米长的二至三层结构，最大限度地吸收自然光照用于作物的生长和光伏电站。有稳定风资源的地区（大部分的沿海地区和美国中西部地区），则可以获得风能。在所有的地方，收获的作物产生的废弃物都可以通过焚烧来生产电力或者转变成生物燃料。

还有一种总是被轻视的资源其实也很有价值，事实上，社会花费大量的能源和金钱也只是想安全地摆脱它。这里我指的是城市液体废弃物，也就是众所周知的人的排泄物——所谓的“黑水”。纽约市居民每天产生380万立方米废水，这座城市花费了大量金钱去净化它，然后将处理过的“灰水”倾倒入哈得孙河（Hudson River）。然而，这些水可以用来灌溉垂直农场，同时那些固体副产品富含能量，可以焚烧。半磅（约227克）普通粪便在弹式热量计（bomb calorimeter）中燃烧可以得到300大卡的能量。因而可以进一步推测出，对于纽约这个800万人口的城市，从理论上我们可以得到，一年仅从居民自身的排泄物中就可以获得1亿千瓦时的电，足以驱动4个30层楼高的垂直农场。如果这些材料可以转变成有用的水和能量，城市的生活就能够变得更加高效。

垂直农场最初的投资是比较高的，实验者需要去学习如何最好地将各种系统的需求整合在一起。这就是我们必须先建造小垂直农场试点的原因，因为它们可以应用任何新技术。用于耕作、种植和收获农作物的机械需要价格昂贵的化石能源（而且还会排放大量的污染物和温室气体），要保证就地生产可再生能源的成本不比这更高。在我们获得有效的运作经验之前，很难预测一个垂直农场的利润。当然，另外一个目的就是使农产品的价格比现在超市中的低，这在很大程度上应该可以实现，因为当地种植的食物不需要长距离运输。

几点愿望

从我第一次将关于垂直农场的一些粗略想法和思路贴到我的网站（www.verticalfarm.com）上，到现在已经有5年了。从那以后，越来越多的建筑师、工程师、设计师以及一些主流的组织开始给予关注。今天，许多开发商、投资商、市长及城市规划师已经变成了倡导者，并且表达出了强烈的愿望，想去实际建造一个高层垂直试点农场。美国的纽约市、波特兰、奥尔良、洛杉矶、拉斯韦加斯、西雅图和萨里（Surrey），加拿大的不列颠哥伦比亚和多伦多，法国巴黎，印度班加罗尔，阿拉伯联合酋长国的迪拜和阿布扎比，日本的仁川，中国的上海和北京，这些城市的规划者已经开始和我接触。伊利诺伊理工大学（Illinois Institute of Technology）现正在为芝加哥做详细规划。

所有这些人都意识到，如果我们想为下一代建立一个可靠的食物供应系统，必须尽快做些事情。他们提出了诸如成本、投资回报、能源与水的使用、作物产量潜力等许多棘手的问题。他们担心长时间处于潮湿条件下会使结构梁体被锈蚀，泵会将水和空气压得到处都是，规模效益到底如何等。详细的回答需要工程师、建筑师、室内农学家以及商业人士的深入研究，或许年轻的工程师和经济学家乐于率先对此展开评估。

由于建立了网站，垂直农场的项目现在掌握在公众手中，它的成功或失败只与建立试点农场的那些人以及他们所投入的时间和精力有关。声名狼藉的生物圈Ⅱ号封闭生态系统就是一个最好的反面例子。它于1991年在美国亚利桑那州图森城外建立，最初只有8个居民。这个建筑物太过庞大，没有进行前期试验，也完全不清楚这个庞大地基使用的水泥究竟需要吸收多少氧气。（亚利桑那大学现在有权利重新审查这个建筑物的潜力。）

如果垂直农场想要获得成功，规划者必须避免生物圈Ⅱ号以及其他不科学的错误。消息令人充满希望。根据Arup全球规划中心（一个总部设在伦敦的国际设计工程公司）主任彼得·海德（Peter Head）之类的一流生态工程专家的说法，建造一个大型高效的城市垂直农场并不需要任何新技术。许多热心者都在问：“那我们到底还在等什么？”对于这个问题，我没有一个很好的答案。