在摩天大楼里耕种作物比户外种植耗费更少的水和化石燃料，除了能避免农业生产水平下降，还能提供新鲜食物。
迪克森·德斯彭米耶文（作者系美国哥伦比亚大学公共卫生教授，翻译：译言网caesartm）
重要概念
传统种植业正破坏环境，到2050年，全世界人口将达95亿，届时可耕地面积将不足以供养这么多人口。
在玻璃外墙装饰的摩天大楼里种植粮食作物将大大减少化石燃料的排放，循环利用城市废水，而不是像现在那样直接排入下水道。
面积相当于一个街区、30层楼高的农场，其产量与2400英亩户外农田相当，而耗费更少。
现有温室水培法为立体农场原型提供了现实基础，正为全世界的城市规划师所认可。
全世界需要相当于南美洲那么大的耕地面积来养活68亿人口和他们的牲畜——多么令人震惊的农业用地面积。人口学家预计，到2050年，将有95亿人生活在我们这个星球上。为保证每人每天最低1500卡路里的摄入量，人类文明必须再开垦相当于巴西整个国家那么大的耕地——210亿英亩——如果届时的耕种方式与今天无异的话。这么多新的可耕地显然不存在。用著名的美国幽默作家马克·吐温的话说就是：“掏钱吧，土地不够用了。”
全球70%的淡水还被现有农业用于灌溉。这些被化肥、杀虫剂、除草剂和淤泥污染的水不适合人畜饮用，一些人口密集区域根本不可能有卫生的可饮用水。种植业也需要大量的化石燃料——种植业占美国所有汽油和柴油使用量的20%。由此产生的温室气体排放自然成了人们重点关注的对象。
粮食价格也受到关注，与燃料价格挂钩的机制使得2005到2008年间，世界大多数地方的粮食价格也随燃料价格翻了一番。
一些农学家认为，解决之道在于产业种植的进一步集约化：整合现有大型粮食财团，通过采用基因改良的作物和更高效的农药，在高产农田上进行高度机械化作业。即使这一解决方案得以实施，因为气候的反复无常改变农业收成，使得再先进的田间管理至多也只在短期内行的通。欧巴马政权上台后不久，能源部部长朱棣文提醒公众，到本世纪末，气候变化可使加利福尼亚的种植业全军覆没。
更可怕的是，如果为了开辟新的农田而继续分批次地滥砍乱伐，全球气候变暖就将以灭顶之势加速。更多农业用地的流失就将在各江河入海口甚至部分海域形成大面积贫瘠荒芜的“死亡区”。
如果这些还不算什么的话，食物所携带的各种病菌——从沙门氏菌、霍乱、大肠杆菌到痢疾杆菌，这还仅仅是其中一小部分——在全球范围内造成的死亡人数足以令人触目惊心。更严重的是伴随一生的寄生感染，比如疟疾和血吸虫病。而且，用人类排泄物作肥料在东南亚、非洲大部、中南美洲很普遍（化肥太贵了）。这种做法便于寄生虫的传播，威胁到25亿人口的健康。
显然，需要非常举措应对这些挑战。一项重大变革能解决上面提到的几乎所有问题：在室内用立体农场种植作物，调节各种生长条件至最佳状态。
作物种在废弃的城市空地上或大型高层屋顶温室中，一年四季都有收成，用水量极少，几乎没有废物，完全不受病虫害，不需要化石燃料驱动农业机械，更不需要长途运输。立体种植业将对我们以及未来世界人口的粮食供养引发一场革命。我们的饭菜也会更可口，“本土作物”将成为口味的标准。
接下来我要说明的内容可能一开始让人难以接受，但是充分调研过相关技术的城市规划师和农学家坚信，立体种植不仅可行，而且值得一试。
人所不欲，勿施于人
把茂密的森林和大草原开垦成农田以种植粮食作物的做法不仅正在把我们这个星球逼上绝路，也是在给我们自掘坟墓。最低限度的标准应该达到内科医生的职业操守：“人所不欲，勿施于人。”就这一点来说，我们不应该再继续危害地球。人类曾经挑战过很多不可能完成的任务。自从18世纪中期查尔斯·达尔文提出进化论以来，马尔萨斯曾预言随着人口增长将出现的世界末日一次又一次地被技术革新所推迟：各种农业机械的出现、改进的杀虫剂和除草剂、人工优选的改良高产抗病品种，还有针对常见牲畜病症的疫苗和药物都使得粮食的供应超过人口的增长。
这种情况持续到上世纪80年代，当时在许多地方，饥荒迫使农田超地力生产粮食的情况日益严重。农用化工产品破坏了原始生态系统赖以生存的营养更新的自然循环。我们必须改用其他生态可持续的农业技术。
著名的生态学家霍华德·欧登经常发问：“你的问题大自然都能找的到答案，那么你的问题是什么？”我的问题是：“我们如何保证全世界生态系统进行自我修复的同时，人类还能活的身强体健？”不少气候专家——从联合国粮农组织官员到可持续发展环境学家再到2004年诺贝尔和平奖得主旺加利·马阿塞——一致同意退耕还林还草是减缓气候变化最简便易行的方式。森林和草地天然地吸收二氧化碳，而二氧化碳是我们周围空气当中含量最多的温室气体。任由这些土地自生自灭就能治愈我们的星球。
这样的例子太多了。朝鲜战争结束后，韩国和朝鲜之间于1953年设立了非军事区。那时候这片2.5英里宽的地带仅有几片稀稀落落的农田，今天这里已经到处是郁郁葱葱，一派生机盎然的景象，完全恢复了原生态。曾经分割东西德的贫瘠走廊现如今已是草木繁盛。20世纪30年代由于过度开垦和旱灾形成的美国沙尘中心，目前又成为美国高产的“菜篮子”地之一。整个新英格兰地区的森林自18世纪以来曾经被伐光过三次以上，如今覆盖着大片生长旺盛的阔叶林和针叶林。
远景
出于以上原因，人口日益增长的人类文明需要可替代的耕作方法。可是封闭的城市摩天大楼能够被利用吗？
当然可以。其一是因为室内种植农作物已经是很普遍做法。三种主要技术——滴灌、空栽（亦称无土种植法）和水培——已经在全世界成功推广应用。所渭滴灌，就是作物的扎根于由类似蛭石这种质量轻、持久耐用的惰性材料制成水槽里。细长的导管连接每一株作物，把富含养料的水精确地滴到根茎部，节省了大量用传统灌溉的方式浪费掉的水。K·T·胡别克于1982年首创空栽技术，随后美国国家航空航天局的科学家加以改进。空栽技术是把作物悬在半空中，由水蒸汽和养料灌输，连泥土也省了。
人们公认农学家威廉·F·格里克在1929年首创现代水培法。其方法是：把作物固定在无土水槽里扎根，溶解在水里的营养液在根系周围循环。二战期间，南太平洋各岛共为盟军水培了超过八百万磅的蔬菜。今天，水培温室为室内种植提供了基本依据：作物每年都有收成，旱涝灾害不再使颗粒无收，由于理想的种植和催熟条件，产量得到最大化，受到人类病原体感染机会也减到最小。
最重要的是，种植者可以自由选择水培生产场所而不需要考虑室外环境条件，诸如土壤、降水或温度等。室内耕作可以在任何水和能量供应充足的地方进行。英国、尼德兰、丹麦、德国、新西兰等国都有规模可观的水培场。比较突出的例子是位于亚利桑那沙漠的新鲜欧洲农场，这座面积318英亩的农场每个月收获大批高品质的西红柿、木瓜和胡椒。
然而，水培农场大多位于城乡结合部，虽然这里的地价相对合理，但是由于还要输送到好几英里外，既增加了成本，又消耗化石燃料，排放二氧化碳，还容易变质。把温室农场搬进市内的高层建筑就可以解决这些遗留问题。我的设想是将立体农场建在由30层以上的建筑群组成的一整个街区。
到这一规模，立体农场就可以保证真正可持续的城市生活：城市污水可以循环作为灌溉用水，剩下的固体废弃物以及不可食用的作物废料可以焚烧产生蒸汽推动涡轮为农场供电。利用现有技术，一大批可食植物将种植在室内。附近可以建水产养殖中心，喂养鱼、虾和软体动物等。
创业资金和政府资助的研究中心可以作为启动试点立体农场的一大途径。嘉吉集团、孟山都、阿彻丹尼尔斯米德兰公司和IBM等企业与大学进行合作的项目也可以出资。这两条途径中的任何一条不仅将充分利用在农学院、工程学院和建筑学院中蕴藏的巨大智力资源，同时便于建立约五层楼高，占地面积一英亩的立体农场模型。这些模型可以作为研究生、相关领域科学家和工程师开展试错检测的“练兵场”，之后再推广功能完善的农场。除此之外，其他更常见的楼宇，如公寓、医院和学校的屋顶上也可以开展相关研究。不少院校都建有研究设施，其中包括加州大学戴维斯学院、宾夕法尼亚州立大学、罗格斯大学和密歇根州立大学，以及欧洲和亚洲的一些院校。其中最出名的要数吉恩·贾梅科里领导的位于亚利桑那大学的可控环境农业中心。
将粮食生产与城市生活结合起来将是朝向城市可持续生活的重要一步。新兴产业将蓬勃发展，涌现出以前人们从未想到过的城市岗位：培养工、养护工和收获工。大自然会自愈我们留下的创伤；农田里耕作的农夫会更乐意植树种草以捕捉碳来赚钱。最终，选择性砍伐会成为木材业的常态，至少在美国东部是如此。
现实忧虑
这几年，我每隔一段时间就出来宣传立体农场的概念，这时人们一般会问我两大现实问题。首先，质疑者提出，现在像芝加哥、伦敦和巴黎这样的大都市，房地产的价格已经过高，立体农场在经济上是否可行。立体农场确实承受不起城市繁华地段的地价，然而每座大城市都有为数不少的闲置地段，这些地还正嗷嗷待哺，希望有利可图的项目前来投资。
拿纽约市来讲，原弗洛伊德·本内特场海军基地一直处于闲置状态。这座于1972年废弃的基地面积达2.1平方英里，至今还在寻找投资方。另一块大地段是位于纽约港的总督岛，总面积172英亩，美国联邦政府最近刚把产权还给纽约市。还有一块闲置的土地是恰好位于曼哈顿中心的第33大街的铁路庭院。除此之外，总有一些闲置地和废弃的楼盘遍布整个城市。几年前，我带的研究生调研了纽约市五大区的土地空置情况，结果是至少120座废弃地段正在等待转手。其中不少地段可以转化为立体农场给最需要它的人，意即内城那些衣食无着的人。全世界城市里类似情况不计其数。再说，到处都是屋顶。
过去有时用来证明立体农场不可行的数学计算反而证明立体农场可行。一个典型的曼哈顿街区占地五英亩，反对者据此认为一座30层楼高的建筑也仅能提供150英亩大小的耕种面积，和户外耕种相比差别不大。其实不然，立体农场的农活是终年不断的。举个例子，生菜每六个星期收成一次。就算是生长缓慢的玉米或小麦（从播种到收割需要三到四个月的时间）一年也可收获三到四季。再比如，美国国家航空航天局培育的矮玉米植株所占空间远比普通玉米要小，仅长到两到三英尺高。矮小麦同样高度低而营养价值高。这样一来，植株就可以排列的更为紧密，每英亩产量也随之翻番，每一层楼内都可以种好几排矮株作物。“栈式”植株固定装置已经在耕种某些水培作物中得到应用。
把这些因素考虑进来再进行粗略的计算可知，如果立体农场内每层楼种2排，一年可以收获四季，耕种密度加倍的话——那么乘数是16（4 × 2 × 2）。所以一座占一个街区的30层楼高大楼的年产量就相当于2400英亩（30层 × 5英亩 × 16）。用同样的办法可以计算出，如果在医院或学校的屋顶上建立体农场，那么一层一英亩屋顶将为医护人员或教职工提供相当于16英亩农田的粮食。当然，在24小时不间断光照下，作物生长速度可以进一步加快，但是目前这一做法尚不考虑在内。
其他因素还可能扩大这一数字。每年旱涝灾害可以使整个县城颗粒无收，这种情况在美国中西部特别严重。此外，研究发现，有高达30%已收割的粮食在储存和运输的过程中变质或遭蠹食，其中大部分都可以在城市农场里避免。由于需求量很大，粮食作物几乎是一收成即在当地出售。还有，别忘了立体农场基本上根免于户外耕种所遭受的口诛笔伐：化肥用不着了，化石燃料燃烧产物不需要排放了，更不必和森林草原抢地盘了。
我经常遇到的第二大问题涉及到向这么大一座立体农场提供能源和水是否经济可行。要回答这个问题，选好地段是关键（没想到吧，很意外吧）。位于冰岛、意大利、新西兰、南加州以及东非一些地方的立体农场采用了当地丰富的地热资源。光照强烈的沙漠地区（如美国西南部、中东地区、中亚大部分地区）事实上可以采用两到三层、50到100码宽、但是绵延数英里的建筑结构，这样做可以充分利用自然光源进行作物生长和增强光电转换能力。终年刮风的区域（多为沿海地区，还有美国中西部）可利用风能。一般情况下，作物收获后剩下的废弃物可焚烧以产生电力或转化为生化燃料。
还有一个经常被忽视的宝贵资源；事实上，城市居民消耗大量能源和金钱只是为了安全地将其处理掉。在这里我指的是液态城市垃圾，也就是人们常说的黑水（指含有人体排泄物的污水-译者注）。纽约人每天制造十亿加仑的黑水。该市花费巨款用于将黑水净化为“灰水”（指厨房、淋浴用水和清洁水-译者注）后再排入哈德逊河。其实黑水可以用来灌溉立体农场。同样，富含能量的固体废弃物可焚烧发电。一般情况下，半磅排泄运动产物在爆炸量热器中焚烧可产生300卡路里的热量。由此推算，仅纽约八百万人口的排泄物理论上一年就可以产生1亿千瓦时的电，足以保证四座30层高立体农场的运转。如果这种废物能转化为有用的水和能源，城市生活将会变得更加节能。
前期投资会很高，因为实验人员还要调试整合不同的系统。考虑到这一点，建一座小模型显得很有必要，因为所有的新技术的应用都要先在模型上试验。建成后的维护成本应该不高于驱动成套农业耕作机械设备的昂贵的化石燃料（还可以避免大量的污染物和温室气体）。除非取得成功的运营经验，否则立体农场的赢利情况尚难逆料。不过，立体农场的另一个目标是生产比目前超市更廉价的农产品，这个目标应该是可以达到的，很大程度上是因为本地产的作物不用输送到很远的市场销售。
期盼
从我开始在一个网站（www.verticalfarm.com）上发贴子表达自己对立体农场的一些简单的想法和设计以来，已经过去五年了。从那时起，建筑师、工程师、设计师和主流机构之间心得和经验的交流越来越频繁。今天，众多开发商、投资商、市长和城市规划师已成为立体农场的拥护者，还表达了建造一座立体农场模型的强烈愿望。来自纽约、波特兰、奥尔良、洛杉矶、拉斯维加斯、西雅图、萨里、不列颠哥伦比亚、多伦多、巴黎、班加罗尔、迪拜、阿布扎比、仁川、上海和北京的规划师都曾找过我。伊利诺伊理工学院正在为芝加哥作详细的规划。
他们都意识到如果要为下一代建立稳定的食物来源的话，现在就必须立即行动起来。他们咨询了成本、投资回报、能源和水的利用以及收获潜力等尖锐的问题。他们还考虑到了农场湿度过大，天长日久会侵蚀结构梁的问题，各处水泵和气泵的动力问题，还有规模经济的问题。这些具体的答案需要工程师、建筑师、室内农学家以及商人来逐一解答。也许崭露头角的工程师和经济学家会主动开始寻找解决方案。
由于有了这个网站，立体农场的倡议已为公众所熟知。其成败仅是模型农场的建构者以及他们时间和精力付出的结果。恶名远扬生物圈二号封闭生态系统项目就是未经充分准备仓促上马的前车之鉴。1991年，首批八个人住进位于亚利桑那州图克森附近的生物圈二号。它超过了一座建筑所能承受的规模，事先没有进行可行性验证，完全没有考虑到巨大的支撑架上的弯曲混凝土结构能吸收多少氧气。（亚利桑那大学现在重新验证整个结构的潜力。）
为使立体农场的远景成为现实，规划师必须避免包括上述缺陷在内的其他违反科学规律的冒险。前途是光明的。包括彼德·海德——总部位于伦敦的国际设计和工程公司奥雅纳的全球城市规划部主任——在内的首席生态工程专家认为，建造大型、大型高效的城市立体农场不需要研发新技术。已经有很多热心人开始问我：“那我们还等什么？”我还没有现成的答案。
作者： 来源：《科学美国人》
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