美国展开利用立体农场供应城市农产品的研究

　　据联合国粮农组织预测，到2050年世界人口将增至91亿，需要粮食（泛指各种食品）增产70％。解决粮食短缺的出路有两条：扩大耕种面积和提高单产。但世界可耕地有限，且不断减少，分布不均，大部分只能种植少数作物。提高单产主要靠化肥和农药，不利于环保。

　　美国哥伦比亚大学公共与环境卫生学教授Dickson Dispommier于2010年发表著作，提出“立体农场”（Vertical farm）的概念。他指出，到2050年城市人口将占到总人口的70％，人多居住问题靠建造高楼解决，粮食供应也要靠建造多层温室，利用无土栽培法种植果蔬乃至谷物。其优点是可四季生产，就地供应，减少运输成本和二氧化碳排放，果蔬新鲜。

　　立体耕种的技术基本成熟

　　当下，新型耕作法所需技术已经基本成熟。大规模温室种植产业已有一个世纪的历史，现在可以做到自动调节温度、湿度、光照、气流和营养液浓度。营养液是矿物质溶解于水的溶液，可适用于各种作物。无土栽培法只需要常规耕种一小部分用水，把使用除草剂、杀虫剂、灭菌剂限制到最低程度。

　　美国阿里桑那大学可控环境农业中心主任Gene Giacomelli自2004年以来为美国在南极的一个工作站建造了南极食物种植室，面积22平方米，在冬季可为65名工作人员每天提供至少一份新鲜生菜。由于南极冬季大部分时间无日照，只好利用人工光照。温室是单层，光照较易解决。

　　高层温室采光问题是主要的障碍

　　在南极，由于新鲜食品运费极高，因此温室利用人工光照代价相对较低。但是在普通地区，大规模利用人工光照就难以承担。高层温室作物受到的日照不均衡，只有靠窗的作物生长快。为了做到作物一年四季丰产，必须用人工采光。2005年在苏格兰肯特郡建造了90公顷的超大型温室，生产的生菜占到英国供应的15％。到了冬季，温室必须用电力光照。这就违背了温室种植要求减排的原则。而且温室是单层的可从室顶采光，如果是高层，耗电更多。

　　如果利用可再生能源，难度较大。美国环保工程师Ted Copplow从2006~2009年在停泊于纽约曼哈顿河流上的平底船上建立利用无土栽培法工艺的温室。试验的目的是寻找以最低的物资消耗和最大的费效比为城市供应新鲜食品。由于利用太阳能和风电进行人工光照，实现了零排放。利用食虫益鸟取代农药，因而没有农业排污。由于一年四季不断生产，无土栽培工艺的产量相当于常规土地种植面积的20倍。但船上的温室只是单层，如果是多层那就需要大量人工光照，太阳能发电所占面积要比被光照的面积大20倍，显然是不可行的。

　　美国Valeent立体种植公司提出以下思路：将多层立体无土栽培农场建立在轨道上，通过不断调整温室位置保证所有作物能够均衡地都受到日照。该公司已在一家动物园建立一座100平方米的立体农场做试验，为动物生产速生莴苣。另一家Vertic Crop System公司可保证多层温室均衡地得到阳光和气流，每天只需要相当于一台台式电脑工作10小时所需要的耗电量，一年可产50万根莴苣。如果在土地上用常规的耕种法获得同样的产量，则需要增加7倍的能源和20倍的土地面积及水源。

　　但是这两家公司采用的都是单层温室，在温室内采用多格盆栽的方式，阳光可从屋顶和四周射入，还不是真正的多层高楼温室。高层温室即便是能够旋转，使作物都能得到阳光照射，但是阳光的总量还是不足的，造成生物物质下降。

　　Caplow还主张“组合式立体温室”，即将立体农场与办公室和住宅高层大楼相结合。作物在大楼外围种植，作物与建筑之间以玻璃相隔，并使分栽作物能够旋转，均衡受到日照。以植物遮掩大楼，解决作物采光问题，也解决了大楼的气候控制，还营造了美感的视觉。缺点是种植面积要小得多。

　　最简便的方式是利用楼顶。2011年纽约布鲁克林区创建世界首家城市商业性楼顶无土栽培农场，在135平方米的楼顶可生产30吨蔬菜。纽约有一家农业公司与一家超市合作，在超高楼顶建造大型单层玻璃温室，生产的蔬菜在超市出售。

　　当然最理想的还是在摩天玻璃大楼温室种植果蔬，只要解决采光的难题，果蔬入住摩天大楼就指日可待。