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小空间大能量,人类食物的未来在城市农场?

城市农场是如何发展起来的?阡陌交错的田地如何与高楼大厦完美融合?城市农场能让城市实现自给自足吗?中国的城市农场存在哪些问题?

文 | Foodaily每日食品 Jane Zhang

全球疫情仍然浓云密布,新冠病毒所引起的“封锁”,不经意间成了全民健康意识觉醒的最佳推动力。在欧洲,城市居民开始热衷于自己种植水果和蔬菜。而在许多管控措施严厉的城市中,恐慌性购买导致农副产品严重匮乏,加上人流和物流的限制,传统农业供应链面临严峻挑战,而城市农场却迎来蓬勃发展的黄金机遇。

曼谷法政大学的城市屋顶农场是亚洲最大的城市农场。参与设计的景观设计师Kotchakorn Voraakhom在谈到设计初衷时表示:人们越来越关心食物来源、对环境的破坏程度以及如何减少这种破坏。城市农场有助于改善粮食安全和营养,减少气候变化的影响,并减轻城市发展的压力。

泰国曼谷:亚洲最大的城市屋顶农场。图片来源:news.trust.org

联合国环境署的一项研究表明,如果一个城市的屋顶绿化率达到70%以上,城市上空的CO2含量将下降80%,热岛效应会彻底消失。屋顶农场可以蓄存60%~70%的天然降雨,减少3dB的噪声。

无论是解决吃饭的问题,还是改善环境,城市农场都有着显而易见的优点,全球城市农场也在各方努力下蓬勃发展,涌现出一大批集观赏性、实用性、商业推广可行性于一身的创新项目。那么,城市农场是如何发展起来的?阡陌交错的田地如何与高楼大厦完美融合?城市农场能让城市实现自给自足吗?中国的城市农场存在哪些问题?

1、一场粮食危机引发的农场大作战,城市农场应运而生

对于习惯了传统农田耕作模式,并享受沾满泥土气息的农产品的人们来说,城市农场是一个全新的概念。顾名思义,城市农场即在城市中建立的农场。显然,绿意浓浓的农场与钢筋混泥土浇筑的高楼大厦组合在一起,本身就是一件极具吸引力的事。

在住房屋顶和摩天大楼中开辟农场,用高产有机绿色种植逐步取代传统郊外农圃,一方面能给人口密集的城市带来天然绿色,一方面又能解决城市农产品供应,推动城市化进程。可以说,城市农场从诞生之初,就肩负着破解城市发展桎梏的历史使命。

联合国预测,到2050年,全球三分之二的人口将生活在城市中,未来城市对农产品的需求将有增无减,食品来源及其卫生安全将是人们关注的热点。2018年发表在《Earth's Future》上的一项研究表明,都市农业对于生活在城市里的人们至关重要,每年可生产多达1.8亿吨的食物——约占全球豆类和蔬菜总产量的10%。

事实上,新冠病毒的爆发并不是人们第一次担心食品安全问题。早在第一次世界大战期间,美国总统伍德罗·威尔逊(Woodrow ·Wilson)就要求美国人种植“胜利花园”以防止食物短缺。而在第二次世界大战期间,这项工作仍然在进行中,人们在自家的后院里、学校的菜园里、一切未使用的土地上,甚至在白宫的前草坪上都培育了农作物,以供不时之需。

图片来源:Wikimedia Commons

联合国粮农组织表示,发展中国家城市化的迅猛进程导致了城市“营养不良”,城市建设规划者应当成为城市的“营养伙伴”,并关注食品安全问题。英国谢菲尔德大学可持续食品研究所(the Institute for Sustainable Food at Britain's University ofSheffield)的研究人员在近期的一项研究中指出,尽管在建设房屋和道路用地上面临压力,但英国城市中仍然有足够的城市土地来满足居民对水果和蔬菜的需求。即便在食品进口率超过90%的小国新加坡,其城市农业也正在迅速普及。这个城邦国家位列《经济学人》情报部2019年全球食品安全指数之首。其目标是到2030年,通过增加当地肉类、鱼类、水果、蔬菜和蛋白质的供应,满足30%的营养需求。

新加坡国会议员Ang Wei Neng表示:“疫情期间,考虑如何投资本土食品将是明智之举”。疫情大流行提醒人们,粮食供应随时可能中断,这激发了人们对当地农产品的更多兴趣。

城市化进程、食品安全、粮食供应……城市农场就这样一步步被推到当代社会的舞台之中。

2、绿意葱茏花满城,全球城市农场顽强生长

城市农场的发展历程,也是人们对于与自然相处之道的认知过程。

一开始,人们在自家门前、阳台空地、公园一角种植蔬菜水果,这似乎与传统农业并无二致。随着新技术的发展,食品资源的日渐缺乏,城市农场的发展越发多样化,科学化,充分利用空间与新型农业技术。一方面,人们的目光逐渐聚集于未曾得到有效利用的屋顶,这些屋顶不仅面积庞大,而且直面阳光,无疑是使资源最大化的最佳选择;另一方面,利用三维方式思考种植空间,在垂直高度上进行新农业种植。内部结构复杂的立体农场包含了多种设施,最常见的景象是排列整齐的架子,翠绿欲滴的蔬菜或禾苗扎根于架子上的土壤、或培养液中。空间中安装了经过设计的特种光源,以及合适的温湿度。

图片来源:www.resilience.org

只要有适当的技术,农业生产可以在任何地方以任何形式进行。任何可以利用的“土地”都可以用作城市农场的载体。彻底摆脱自然天气和地理地貌的限制,这是城市农业的最大优势,也是一直在接近的终极目标。

目前,城市农场的主要发展方式包括屋顶农场(RooftopAgricultural Garden),屋顶温室(Rooftop Greenhouse),垂直农场(Vertical Farm),垂直温室(Vertically IntegratedGreenhouse),基于建筑墙体的种植以及建筑室内农园等。下面重点介绍屋顶农场和垂直农场。

屋顶农场,给城市覆盖一层鲜绿

屋顶农场的实践活动最早可追溯至上世纪40年代俄罗斯的圣彼得堡。近年来,美国纽约刮起一股“屋顶农场”风,人们在屋顶有限空间内开辟一方园地,或种植果蔬,或养殖蜜蜂,在钢筋水泥的城市中安享田园情怀。同时,“屋顶农场”也为改善城市环境做出贡献。纽约市长迈克尔·布隆伯格是这一热潮的“幕后推手”之一。为使纽约成为可持续发展城市中的代表,布隆伯格在2007年地球日启动名为“PlaNYC 2030”项目,给建造“屋顶农场”的市民减税优惠。

2010年,在纽约市中心,一群有环保理想的年轻人建造了一座屋顶有机农场,名为“布鲁克林农场”,是目前世界上最大的屋顶土培农场。农场面积达1万多平米,位于一栋古老的六层仓库屋顶,农场每年生产大约5万磅有机食物。建设团队最初的愿望是利用闲置的屋顶空间,创建一个能盈利的都市农场,除了能为周边提供健康美味的蔬菜外,还能发挥其改善生态的作用。农场使用有机土壤,多空石被粉碎后加入肥料,使植物能够生长到健康和成熟的状态。屋顶农场生产的每一种农产品都是营养丰富和可持续的。

美国布鲁克林农场。图片来源:www.greenroofs.com

此外,人们还在 “屋顶农场”中养蜜蜂。纽约市养蜂人协会主席Andrew Cortes经常使用救火梯爬上屋顶,照料他养殖的250箱蜜蜂。这些小小的蜜蜂能为城市做出大贡献。纽约市拟种植100万棵树,而这些树正需要蜜蜂帮助授粉。

法国最大的屋顶农场Mush Roof,面积达7000平方米。农场分为若干层,分别种植生菜、调味芳香植物和可食用花卉,每年将为区内的小型超市供应多达52吨的农产品。目前,光是巴黎一地的短期规划就包含74座城市农场,这还不包括那些原本就被纳入城市规划的农场项目。

法国屋顶农场Mush Roof。图片来源:知乎

除了住宅和仓库,城市里数量庞大的多层停车场也成为屋顶农场的理想地。

4月,因佛系抗疫成为全球榜样的新加坡政府宣布一项新的措施,计划将公共停车场屋顶改造为城市农场,以加速当地食品生产,迎接疫情带来的饥饿和营养不良的挑战。

早在上世纪90年代末,新加坡就逐步开始对这种数量庞大的闲置空间加以利用,包括在社区停车场的顶层栽种植物,打造顶层花园等。至今,全新加坡已有约200座社区停车场将顶层绿化纳入建设议程。

由Citiponics 公司承建的新加坡首个停车场屋顶农场堪称此类农场中的典范。农场占地 1800 平方米,利用独创的"水有机系统",在垂直的铝制种植塔中种植有机生菜和芥蓝。每个种植塔底部都设有水箱,里面的营养液可循环使用。由水泵抽到塔顶,通过重力流到种植塔各层,对蔬菜进行灌溉。

新加坡宏茂桥的9层停车场屋顶农场。图片来源:www.straitstimes.com

一年之内,该农场共收获了18吨蔬菜。而新加坡全部城市农场生产的叶菜产量约占全国供应量的14%,鸡蛋占26%,鱼类占10%。城市农场正在逐步改变新加坡的食品生产与消费模式。

垂直农场,新型的城市建筑农业

垂直农场是一种新型的室内农场,它在有限的、少量的空间内竖向发展农业,利用多种科技提高农业产量和节能减排,同时处理废弃物或者污染物,是一种高度可控,高密度产出的绿色农业模式。

来自苏黎世的 ConceptualDevices 事务所不久前就推出了一个模块化的垂直农场,被称为「农场-X」。这种农场特色在于,1000 平方米的场地使用特定的水耕培育技术和全天候气候监控,每天最多能够生产出 5 吨新鲜食品。农场-X使用的是废弃的厂房与仓库用地,这一类废弃用地在很多大城市广泛存在。因而,农场-X不仅能够有效补充粮食供给,也充分利用起城市的废弃区域。值得一提的是,农场-X 皆是通过处理可以回收再利用的垃圾进行发电,将城市中人、食物和垃圾之间建立起循环再生的可持续模式。

苏黎世模块化垂直农场-X。图片来源:好奇心日报

而在美国怀俄明州,当地的设计工作室 e/ye建造了一种新型的城市垂直农场。该农场运用水耕栽培系统,农作物生产一年四季都可进行,每英亩的生产力相当于室外4至6 英亩甚至更大面积的产量。

美国e/ye新型城市垂直农场。图片来源:好奇心日报

在有日本硅谷之称的京阪奈科技城,农业公司Spread兴建了全球最大的自动化垂直农场Techno Farm。该农场好似亚马逊的货仓,广阔而不见天日。要想进入,需要全身防护、清洁双手,再经过消毒池、风淋室。其洁净度要求堪比医药工厂。

农场里的设施与欧美大同小异,堆栈货架,LED灯,“水耕”循环体系,加上自动化机械臂不停的忙碌,犹如科幻电影里的未来工厂。农场里的机器人具备图像识别功能,通过对图像特征的识别来判断作物成熟情况。机器人的使用极大提高了生产效率,目前日产生菜3万棵,在未来5年内有望将日产量提高到50万棵。

Spread在京都的新农场。图片来源:Spread

Techno Farm采用水耕(hydroponic)与气雾耕(aeroponic)技术,能够将水资源的损失减少到最小。全新的回收、过滤、消毒系统,还可以将98%的废水回收再利用。

在德国首都柏林,Metro超市与Infarm公司合作开发了超市里的垂直农场,农场就设在超市走道,占地仅需几平方米。农场可以利用超市里齐备的基础设施,无需再大兴土木。超市农场大大缩短了食材运输、仓储的链路,新鲜度显著提升。时令农产品一边种一边卖,让顾客感受到田间地头亲自采买的安心与惬意。

德国Infarm研发的室内垂直农场。图片来源:Infarm

Infarm还利用旧货柜制作可层叠堆高的模块化植栽箱,在这种迷你型垂直农场里,分布着通过网络控制的灌溉与养分供应系统、模拟阳光辅助植物进行光合作用的LED照明设施。农场里安装了监测设备,方便消费者实时了解食材的生长过程。

3、在挑战中探索前行,城市农场能否真正撑起城市的菜篮子?

任何新生事物都有一个不断完善自我,不断进化的过程。看上去很美好的城市农场,也有不容忽视的短板。

最大的短板在于成本过高。以垂直农场为例,设备投入、工厂折旧、电力能耗,大概占总成本的50%。以高技能人才为主的人力成本约占30%。最后,由种子、化肥、包装、运输等部分构成的其他成本占20%。据专家估计,垂直农场的成本每平方米高达5000-10000元,一栋高质量的垂直农场可能需要数十亿美元。如此高成本导致最终出售的价格达到集市或超市农产品的数倍,极大降低了农产品竞争力,以及城市农场的盈利预期。

此外,城市农场,特别是室内垂直农场的科技含量非常高,需要对光照、气温、水源等进行精准控制。而且,并非所有农作物都适宜于垂直种植,目前仅有部分蔬菜和水果适合,而像水稻这样普及化程度很高的谷物农作物就无法扎根,更别说开展畜牧养殖。

2015 年,谷歌母公司Alphabet停止了谷歌X实验室的100多个“登月”项目,其中就包括垂直农场。项目负责人阿斯特罗·泰勒在一场TedX演讲中这样解释原因:“在自动收割和提高光照效率等方面,我们取得了进展。但最终,我们无法以这种方式生产水稻和小麦等主要粮食作物。如果有人能研究出植株较矮的水稻,请联系我们,因为这或许就是问题解决的关键。”华南农业大学水利与土木工程学院讲师陈旭铭认为,垂直农业要实现自身设定的目标,需要极高的农业发展水平。目前看来,在中国,这种水平难以达到。

Google在2016年所终止的垂直农场中培育的生菜。图片来源:www.wired.com

那么,屋顶农场就完美吗?当然不是。屋顶农场同样面临建筑物顶面承重限制、土质选择、定期更换土壤、灌溉水源、城市里更为严重的大气污染,以及地块过于分散,如何进行监控和安全管理等一系列问题。

这些显而易见的短板都使得很多人并不看好城市农场的未来,认为其更无法解决城市居民对食物的需求——哪怕只是一小部分。

普林斯顿大学城市农业专家高蒂尔就曾指出:“我们可能永远不会在室内种植大豆、小麦或玉米,垂直农业并不是解决全球饥饿问题的解决方案,但它肯定是解决方案的一部分。”

事实上,对于垂直农场产品品类单一的问题,已经有很多共生农业实践可以作为参考方案。比如在德国,一家名为“效率城市农场”(ECF)的公司将历史悠久的菜鱼共生农业模式再度发扬光大。他们搭建两层养殖箱,下层养鱼,上层种植土豆、胡椒和绿色蔬菜。鱼箱里安装特殊的过滤器,过滤器里的细菌将鱼粪中的氨基盐转化为硝酸盐,富含硝酸盐的水则用来灌溉蔬菜。菜鱼共生的农业模式早在1000多年前就已被阿兹台克人和古代中国人所掌握,如今在农业创新大潮中再次重现光彩。该公司也因此赢得了政府颁发的创业大奖。

ECF公司在德国柏林于2015年创办的菜鱼共生型垂直农场。以鲈鱼和罗勒为主要农产品。图片来源:www.ecf-farmsystems.com

而对于城市农场经营成本过高,难以大规模复制推广的问题,新加坡贸易与工业部高级部长Koh Poh Koon博士提出了自己的解决方案——让商业公司、大学及研发公司的专业人员与种植商合作。而政府会进一步探索如何在这一行业充分发挥集群化优势,例如试图让农场靠近其他需要同类专业技术的公司,从而让技术交流与人员流动更为顺畅。此外,在通用设施的采购、集群电力使用上,政府也可以组织团购模式,降低农场的经营成本。

即使解决了品类单一和成本过高的问题,城市农场的未来依旧不明朗。

垂直农场借助科技手段,可将单位面积产量提高到传统农田的几十倍甚至上百倍。然而,随之带来的巨大能源消耗和设备投入,却使得农场的推广速度远没有预想那样快。此外,对处于极端气候地区或是人口密度大的城市而言,城市农场或许意义非凡,比如食品供应严重依赖进口的新加坡,以及美国这类地域广阔,需要长途运输农产品到城市的国家。但对于周边农业发达,运输半径小的地区,城市农业的迫切性就大为降低。

迄今为止,大多数的观点认为:城市农场可以为城市的食物供应“出一份力”。城市农场依然任重道远!

4、喧嚣后的冷思考:中国需要什么样的城市农场?

受到国外创新实践的启发,国内近年来也在各地相继涌现出不同版本的城市农场。其中,北京国贸万通中心2000平米的空中菜园和上海“天空菜园”堪称屋顶农场中的范例。此外,长沙梅溪新天地天空农场、郑州“空中花园”、深圳“哈哈农场”等,也在人们的好奇和质疑声中蓬勃生长。

在垂直农场领域,日本松下已抢得先机。松下在大连和苏州分别建成的两座垂直农场,已于2017年运营投产。本土企业中,中科三安(福建)、旭田光电(陕西)、喜萃植物工厂(深圳)、星菜农业科技(浙江)等都在各自地区建成了示范项目。中国本土企业已经拥有自主知识产权的种植设备和系统,成为推广城市农业的重要力量。

中科三安建造的全国首套全自动化垂直农业生产系统。图片来源:腾讯大闽网

从最早的家庭农场到生态农场,再到城市农场,国内对于农业新模式的探索步伐从未中断,对于其可行性和商业价值也有了更多的冷静思考。

消费升级和新科技发展为每一个传统农业都提供了转型升级的可能。中国如何抓住城市农场的热潮,推动农业升级?

城市农场的优点与缺点同样明显。单纯模仿欧美的农场模式,对于面临提高民生与经济腾飞重任的中国来说,也许并不是一个最佳选项。

结合中国当前面临的社会问题、消费热点,城市农场可以走出独具特色、更接地气的步伐。

比如面对城市化进程带来的大量城中村,就有专家提出将其改造成集居住和现代化生产结合的垂直农场。既可解决村民安置,又能为城市居民提供新鲜农副产品,改善城市生态环境。再如,中国百姓的旅游热情和对于特色餐饮的执着,能否通过突出观赏性的城市农场,通过复合型“农场餐厅“而得到满足?一旦有了巨大的消费需求,高成本、品类单一这些短板都不再是问题。

比利时首都布鲁塞尔繁华市区里建在农贸市场屋顶上的农场,在城市高楼灯光的映衬下,犹如梦幻中的世外桃园。图片来源:搜狐

5、总结

“想知道未来人们的食物可能会产自哪里吗?请向上看。”——数年前,一位记者这样描述他眼中的“垂直农业”所带来的震撼和憧憬。

尽管存在诸多问题,城市农场依然具有足够诱人的商业价值和社会意义。在解决食品供给和安全性问题的同时,城市农场极大减少了空间浪费,将农场设置在靠近供应商和消费者的地方,这意味着更新鲜的农产品可以减少对运输工具的依赖,从而减少污染和城市热岛效应。其环境收益难以估量。

小空间,大收益。城市农场,路在远方。

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