编者按：世界农化网『碳索』系列文章，对“双碳”背景下与可持续发展相关的政策法规、产业环境、企业先进实践等话题开展专题讨论，以期从全球视野带来更广泛的观察和思考，助力中国农业健康持续发展。垂直农业，作为城市农业领域内较新的理念，它与城市建筑的结合，不仅具有立体绿化的优势,也有助于缓解城市碳排放问题。在宏观上，垂直农业能够解决诸如热岛效应，雨水收集等城市问题；在微观上，垂直农业对化肥农药等农资产品的需求较低，对优化农业碳排放问题提供了一种全新模式。

长久以来，农业科技一直试图解决一个问题，如何在未来人口不断增长的情况下，以有限的资源提供充足的农产品？而垂直农场的概念无疑为其提供了一个优质的解决方案。在农业科技公司中，小规模初创企业占大多数。据Forward Fooding统计，2021年全球农业科技投资额达到500.4亿美元，据FoodTech Data Navigator数据，2020年以来，全球农业科技投资额增长了67%。而在这些农业科技企业的创新中，垂直农业领域是最不可忽视的一环。在这里小编就带领各位读者回顾一下垂直农业的前世今生。

1、垂直农业的概念

1915 年，美国地质学家吉尔伯特·艾利斯·贝利首次提出“垂直农业”这一概念。他设想在城市的摩天大楼中，通过模拟农作物所需的温度、水和光照等环境，维持农作物的生长发育。但真正使垂直农业进入大众视野的，是 1999 年纽约哥伦比亚大学教授迪克森·德斯帕米尔研究的一个课程项目。德斯帕米尔教授提出，可以把农业生产延伸到建筑内部，这种建筑就是垂直农场的雏形。而现代意义上的垂直农业，已经演变成一种为应对未来人口增加和土地、水资源匮乏等问题，以现代种植技术、计算机技术和建筑规划技术等为依托，在城市建筑中种植作物和养殖动物，以此减轻农业用地压力、提高农作物产量和缓解城市热岛效应的新型农业模式。

2、垂直农业的发展历程

垂直农业发展至今，经过人们的实践探索逐渐衍生出垂直农场、表皮农业建筑和室内立体栽培两种应用形式，室内立体栽培发展时间较短。

表皮农业起源与发展。垂直农业的表皮农业建筑在 20世纪兴起并得到迅速发展：20 世纪初期，勒·柯布西耶在其所设计的萨伏耶别墅中首次实现了屋顶种植；20 世纪 40 年代，俄国圣彼得堡开展屋顶种植以解决食物短缺问题；在 20 世纪60 年代至 80 年代期间，欧洲的一些国家陆续开始研究与屋顶种植有关的技术，在政府政策的支持下，这些国家在屋顶防水材料、水循环系统以及植物配置等方面的研究日趋成熟。

到了 20 世纪末 21 世纪初，欧洲大部分国家已经将屋顶种植发展为一项产业，并且逐渐把农业生产与屋顶种植相结合。随后，詹姆斯·佩特正式提出表皮农业建筑的概念，即以一般城市建筑为载体，利用阳台、墙体、屋顶以及房前屋后的空地进行农业生产活动。

垂直农场起源与发展。垂直农场是垂直农业的另一载体。国外垂直农业的历史悠久，据有关文献记载，垂直农业起源于古巴比伦的空中花园和南美土著人的垂直分层种植。空中花园采用立体造园的形式，在向上堆叠的平台之间种植花草，这是人类首次利用垂直空间进行花草种植的典例。垂直农场的概念最早由迪克森·德斯帕米尔教授在 2007 年提出。2008 年，都柏林举行第 25 次被动式和低能耗建筑会议，蒂芙尼·贝雷斯在会上将建筑学应用于垂直农业中，并且强调了垂直农场的农业生产功能。此后，垂直农场因其系统性、智能性成为国外垂直农业的主要应用形式。

3、国外垂直农业典型案例

美国 Aero Farms 农场。2016 年，位于美国新泽西州纽瓦克市的 Aero Farms 农场破土动工。该垂直农场占地面积约为 6400m2，每年可以生产 22 种作物，蔬菜的产量多达91万kg，是目前世界上最大的垂直农场。农场利用 LED 照明、气培法和环境控制等最新技术，科学的农业系统使植物无需土壤、阳光和农药就可以生长发育。Aero Farms 农场距离纽约仅仅 15 英里，并且已经与纽约附近的有机超市全食（WholeFoods）等多家连锁超市建立了合作关系。

迪拜 Crop One 农场。2018 年 6 月，阿联酋航空餐饮公司（EKFC）和美国的垂直农场 创业公司 Crop One 签订4000 万美元的联合投资协议，该协议表示，双方将于2018年 11 月在迪拜建立全球垂直农场。这座垂直农场预计占地12000m2，每天生产的绿色有机无公害蔬菜可达 2700kg，并且垂直农场对水的需求量是室外种植的 1%。该农场距离波士顿市中心仅 30 英里，Crop One 称，从收成蔬菜到运送给消费者，24 小时内就能完成。这一农场也有望取代美国新泽西州的 Aero Farms 农场，成为世界上最大的垂直农场。

新加坡 Sky Greens农场。新加坡打造了一座高达 6m 的 A 形塔楼，采用“A-Go-Gro”垂直种植系统。占地 6m2 的塔楼包括 26 层的种植槽，每一层的托盘中会种植不同种类的蔬菜，每一层以每秒 1mm 的速度旋转，阶梯状的排列方式保证了所有植物都能接收到充足的光照。水重力系统会自动收集雨水，在为旋转系统提供动力后，这些水便会过滤到灌溉系统。如果进行能量消耗对比，“A-Go-Gro”垂直种植系统的能耗仅仅相当于一个 60 瓦的灯泡，实现了低碳环保。除此之外，游客也可以参与作物采摘，体验收获的乐趣。

英国斯肯索普垂直农场。2018 年 11 月，在英国斯肯索普的一个工业区内，出现了英国第一个垂直农场。这座垂直农场由一个食品公司建造，总种植面积约 220m2，预计每年可以生产 500t 植物，包括韭菜、香菜和罗勒等蔬菜，满足了城市居民的生活需求。同时，农场采用水培法耕作模式，植物所需的营养成分全部由水溶液提供。此外，农场定期排出水溶液来为植物提供充足的氧气，整个过程都是自动化的。

垂直农业的种植过程不使用除草剂、农药和肥料等，可以避免病虫害，生产出来的农产品更加绿色环保。垂直农场作为城市的绿色因子，有些还具有资源化处理城市有机废物废水的功能。垂直农场通过对废水进行回收和净化，帮助消除对环境和人类健康有潜在危害的农业废水。净化后的废水大部分用于灌溉，还有一部分可以转化为饮用水，提高了水资源的利用效率。此外，设计师们借助建筑设计技术，使农场最大限度的吸收利用太阳辐射，充分利用光资源以降低能源消耗。

资料来源：江一帆,陈志敏.国外垂直农业发展经验及启示[J].农村经济与科技,2021,32(13):208-210.

上一期：碳索第16期 | 氮肥企业的节能减排现状

下一期：碳索第18期 |碳中和背景下的捕集、利用与封存(CCUS)技术

如果您对双碳的实践探索感兴趣，欢迎添加小编微信进一步交流。