垂直农业的探路者迪克森·德斯坡米尔（Dickson Despommier）

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作者：小别墅
转载自《科学的美国人》
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。与室外种植相比，在城市的摩天大楼中种植农作物消耗的水和化石燃料较少，还能消除农业径流，提供新鲜食品，并减少对环境的污染。
●    农业正在破坏环境，耕地不足以养活2050年可能达到的95亿人口。
●    在玻璃大厦里种植农作物可以大量减少化石燃料的消耗，促进城市污水的循环利用，现在这些污水正在污染水系。
●    一座30层楼高，占地0.02平方千米的大厦可以生产的农产品，相当于户外9.6平方千米耕地的产量，而产生的负面影响要小得多。
●    目前的水培式温室为世界各国的城市规划师正在考虑发展的垂直农场奠定了基础。

迪克森· 德斯坡米尔是美国哥伦比亚大学的公共卫生和微生物学教授，也是垂直农场项目负责人。
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。

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。

原文地址：http://www.yzci.com/forum.php?mod=viewthread&tid=120802

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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。
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。

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国内的立体种植

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期待不久能够推广开来...

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很好的倡议，看了叫人心动，对于阳台族来说，只是心有余而力不足啊，要想在阳台上来个立体式种植，还需要好好的动一番脑子了，呵呵，支持您的倡议。

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很专业呀:Q

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鼓励去种草植树

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理想的解决办法

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土地所有权包含土地以下多少米的？地皮的？我认为土地使用权根本就不是权利（不是权力）的一种，即使有了房子，如果没有配套的水电气网车库花园，是没有人去住的。
房子与地基之间是物理承重关系，与准确的说法是陆基承重面积，除此外还有个海基承重面积。
谈论居住权益只涉及个建筑面积，这还与层数有关，同样100平米陆基承重面积，如果50层就5000平米建筑面积。开发商在农村宅基地打主意就是赚这个差。
同样，立体农业也是为赚这个面积差。与之不同的是采用的农业技术没修房子那么简单。当农业技术复杂到了没有办法复制的程度，根本不需要申请专利保护。
最终方向是农业公司化，人员流动化。国际职业技能认证证书（IB认证，凭这个可以办理国外工作签证不是绿卡）农技师分等级的，你是农民的话，不学习不进修权利会很低的。