編者按：發(fā)表于4月15日的一篇“走進垂直農(nóng)場：城市才是未來食物的主要來源”引起了“DeepTech深科技”讀者們的關(guān)注與討論。有對未來農(nóng)業(yè)的展望，有對垂直農(nóng)業(yè)技術(shù)的可行性分析，雖然只是簡短的幾句評論，卻體現(xiàn)了科技愛好者們專業(yè)的眼光和對國計民生的關(guān)注。

　　由于上一篇文章僅以舉例的形式，簡要分析了垂直農(nóng)業(yè)領(lǐng)域頗具影響力的公司AeroFarms，資料與觀點還不夠豐滿。目前在全球垂直農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的公司也至少有數(shù)百家，所以小編覺得很有必要對目前全球比較有代表性的垂直農(nóng)場做一個簡單梳理，包括了著名研究機構(gòu)，如MIT媒體實驗室，以幾家私營公司，看看目前各個國家是如何因地制宜的應(yīng)用技術(shù)優(yōu)勢、自然環(huán)境獨特性來發(fā)展這種極具潛力的新農(nóng)業(yè)技術(shù)。

　　作為“城市科學(xué)計劃”（City Science Initiative）的一部分，MIT媒體實驗室于2013年在“農(nóng)業(yè)2.0”的概念下提出了CityFARM項目，希望利用工程學(xué)、大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)重新塑造未來的農(nóng)業(yè)。最近，CityFARM的相關(guān)數(shù)據(jù)、算法、資料也已開源，研究小組希望他們的算法能應(yīng)用在世界上其他地方，來提高當(dāng)?shù)卮怪鞭r(nóng)業(yè)的效率。

　　乘電梯到達(dá)MIT媒體實驗室五樓，一眼就能看到一個玻璃搭建的房間，里面種植著西蘭花、草莓、西紅柿、萵苣、胡椒等植物，還有電子計時器、噴霧水泵等設(shè)備。這里就是CityFARM的原型實驗室?！斑@將是未來農(nóng)業(yè)非常重要的組成部分?！泵襟w實驗室研究科學(xué)家加勒哈珀（Caleb Harper）對該項目的前景感到非常興奮。

　　哈珀計劃開發(fā)了一個開源的數(shù)字化農(nóng)作物成長系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)被稱為“食物計算”（Food Computing）。即通過自動控制系統(tǒng)創(chuàng)建一個可控環(huán)境以及可操縱的氣候、能源和作物傳感機制。傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測作物的生長條件，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法對光照、溫度、濕度、二氧化碳水平、水循環(huán)以及養(yǎng)分供給進行微調(diào)。

　　“雖然我們只是在這個7英尺（約2米）寬、30英尺（約9米）長的玻璃箱里種植作物，但我們可以很好的管理氣候，同時監(jiān)測一切數(shù)據(jù)?！惫暾f道。這里種植的作物每30天為一個循環(huán)周期，生長速度是正常狀態(tài)下的3-4倍，每次收獲大約可滿足300人的需求。

　　CityFARM的研究人員們表示，這項技術(shù)能夠開辟在室內(nèi)倉庫化環(huán)境下進行農(nóng)業(yè)耕作的可能性，滿足高密集度的城市生活，維護糧食安全，以應(yīng)對未來氣候的不確定性及生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。

　　其實該計劃更大的野心在于推廣室內(nèi)農(nóng)業(yè)，之所以將軟件平臺開源化，是希望種植者們在使用軟件的同時，能將種植過程中的各種數(shù)據(jù)分享到網(wǎng)絡(luò)上，比如光照、能耗、溫度、營養(yǎng)液配比、二氧化碳水平、濕度控制等，從而進一步優(yōu)化各種數(shù)據(jù)和算法。

　　當(dāng)然，在實驗室內(nèi)可以做到對植物生長過程中近乎所有指標(biāo)的監(jiān)控，但如果場景轉(zhuǎn)移到了動輒數(shù)千平米的商業(yè)化垂直農(nóng)場中，雖然基本技術(shù)原理相同，但實際運營起來就完全是另外一回事了。我們選擇了幾家來自日本、新加坡、美國的垂直農(nóng)業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，看看他們各自都在哪些技術(shù)點上進行突破。

　　龜岡市（Kameoka）是日本京都府西邊的一個衛(wèi)星城，這里的農(nóng)民早在冬天來臨前就收獲完了所種植的大米。這片地方現(xiàn)在看來已經(jīng)顯得有些荒涼。雖然該市所處的地理位置還不至于太冷，但是溫度的下降足以讓農(nóng)作物停止生長4-5個月。

　　而在Spread公司位于該市的室內(nèi)農(nóng)場里則是另一番景象：穿戴整潔的工作人員正有條不紊的將21,000顆萵苣裝車運往日本各地，這些萵苣將在離開垂直農(nóng)場后的24小時內(nèi)被擺上餐桌或超市的貨架。

　　Spread是日本目前最大的垂直農(nóng)場，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與工業(yè)結(jié)合的產(chǎn)物。他們位于龜岡市的垂直農(nóng)場目前只能產(chǎn)出四種不同的萵苣，但隨著種植技術(shù)的改良，未來將可全年生產(chǎn)各種類型的綠葉蔬菜。

　　公司還有計劃在2016年年底前，在木津川市（Kizugawa）建立一座全自動化垂直農(nóng)場，占地有3,500平方公尺，并預(yù)計于2017年秋季迎來第一次收成，此后每天的萵苣產(chǎn)量將可增加到3萬顆左右。

　　新農(nóng)場與以往最大的不同，在于它將采用全自動化的農(nóng)作系統(tǒng)，利用機器人來完成從播種到收割的全部流程，約可節(jié)省50%的人力成本。所使用的機器人將具備圖像識別功能，通過對圖像特征的識別來判斷作物的成熟情況。南宮28登錄入口機器人將極大提高生產(chǎn)效率，有望將目前萵苣的日產(chǎn)量從2.1萬棵提高到3-5萬棵。而且計劃在5年內(nèi)將日產(chǎn)量提高到50萬棵。

　　另外，Spread也開發(fā)出蔬菜工廠專用的低成本LED光照系統(tǒng)。這些LED燈的耗電低、效率高，可節(jié)省約30%的電力開銷。水耕（hydroponic）與氣霧耕（aeroponic）技術(shù)能夠?qū)⑺Y源的損失減少到最小。全新的回收、過濾、消毒系統(tǒng)，還可以將98%的廢水回收再利用。

　　日本ShibuyaSeiki公司開發(fā)的草莓采摘機器人，利用圖像識別技術(shù)判斷草莓是否成熟。

　　新加坡國土面積只有710萬平方公里，耕地面積僅為250英畝（約合1500畝）。以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的方式基本不可能滿足日益增長的人口。新加坡有超過90%的食品依靠進口，這對國家安全與穩(wěn)定來說是個很大的問題。

　　這種名為“A-Go-Gro”的垂直種植系統(tǒng)，采用約6米高的A字形種植塔。這種種植技術(shù)的獨特之處在于它并不使用LED模擬光照，而是直接通過陽光照射。每個種植塔包含22-26個種植槽，它們每秒1毫米的速度自下而上速緩慢旋轉(zhuǎn)，來確保均勻的光照、氣流與灌溉水平。

　　更精妙的是，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)并不需要額外的電力來驅(qū)動，而是通過一套獨特的水重力系統(tǒng)來實現(xiàn)。系統(tǒng)自動收集雨水，在為旋轉(zhuǎn)提供動力后，這些水會被過濾，然后進入灌溉系統(tǒng)。因此這套系統(tǒng)絕對稱得上是低碳設(shè)計，如果進行等量換算，“A-Go-Gro”垂直種植系統(tǒng)的能耗僅僅相當(dāng)于一個60瓦的燈泡。

　　這套系統(tǒng)的農(nóng)作物產(chǎn)量能達(dá)到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的5倍，且能種植各種各樣的蔬菜，比如卷心菜、萵苣、菜心、芥藍(lán)、小白菜等。因為蔬菜完全以自然方式生長，其品質(zhì)也相對較高。

　　當(dāng)然，新加坡采用的這種無LED照明輔助的垂直農(nóng)場有其特殊的前提條件，那就是該地區(qū)的日照非常充足。如果使用LED照明，就意味著電力成本的增加。畢竟，作為農(nóng)作物，一旦種植成本不具有經(jīng)濟性，就很難與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)競爭。所以全球有很多大公司都在提高LED光照效率上下功夫，其中就包括通用電氣公司和飛利浦公司。

　　Green Sense Farms（GSF）位于美國芝加哥市區(qū)約40英里處。他們的室內(nèi)農(nóng)場是全球最大的LED照明垂直農(nóng)場之一。這里一天24小時，全年365天無休止的種植作物，年產(chǎn)量可達(dá)到150萬噸。

　　GreenSense Farms種植的萵苣與植物香料在新一代飛利浦LED照明下生長

　　他們的垂直農(nóng)場占地30,000平方英尺（約合2,800平方米），同時為美國中西部地區(qū)的5個州提供新鮮蔬菜。GSF的每個溫控室中都裝備了7,000個飛利浦公司專門研發(fā)的GreenPower LED生產(chǎn)模組，這種照明模塊專門為缺少光照的室內(nèi)農(nóng)場提供高效、節(jié)能的照明解決方案。

　　新一代的GreenPower LED生產(chǎn)模組功率降為23瓦（上一代為32瓦），但其同樣擁有50微摩爾的光輸出，不會降低作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。與熒光燈相比，該產(chǎn)品節(jié)能高達(dá)75%。GreenPower LED生產(chǎn)模組具有不同的光譜類型組合，不同顏色適用于植物的不同生長需要。在此基礎(chǔ)上，還可以提供最佳“光配方”，即光質(zhì)、光強、光照時間、光均勻度和光照位置的組合。這些光配方能夠作用于特定的植物性狀，例如緊實度、顏色深淺及側(cè)枝發(fā)生，進而實現(xiàn)最優(yōu)的作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

　　隨著能源技術(shù)的發(fā)展，LED將更節(jié)能。根據(jù)美國能源信息署（US Energy Information Administration）的一份報告，2012-2014年間，LED的效率提高了50%。到2020年，由于成本進一步降低，效率將再提高50%。

　　科技巨頭谷歌其實也有過這方面的嘗試。2015年，谷歌母公司Alphabet停止了谷歌X實驗室的100多個Moonshot項目，其中就包括自動化的垂直農(nóng)場。

　　“在自動收割和提高光照效率等方面，我們?nèi)〉昧诉M展。但最終，我們無法以這種方式生產(chǎn)水稻和小麥等主要糧食作物，因此我們放棄了這一項目。如果有人能研究出植株較矮的水稻，請聯(lián)系我們，因為這或許就是問題解決的關(guān)鍵。”谷歌X實驗室負(fù)責(zé)人阿斯特羅泰勒（Astro Teller）這樣解釋項目中止的原因。

　　失敗的案例不只有谷歌一家。創(chuàng)立于2011年的北美洲第一家垂直農(nóng)業(yè)公司VertiCrop，也于2014年倒閉，究其原因，也是無法種植糧食作物。

　　不論是日本、新加坡，還是美國；不論是天然照明還是LED；不論是在城市地區(qū)，還是在偏遠(yuǎn)郊外，垂直農(nóng)業(yè)所面臨的三個最大問題是作物單一性，高昂的建設(shè)成本，以及高能耗帶來的污染。

　　目前適合的種類僅限于蔬菜、草藥、水果和可食用的鮮花等。因為主要糧食作物的種植方法還沒有被找到，垂直農(nóng)業(yè)目前可能只是對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的有效補充，而不是替代。

　　據(jù)統(tǒng)計，垂直農(nóng)業(yè)的成本非常高，一棟高質(zhì)量的垂直農(nóng)場可能需要數(shù)十億美元。而且目前垂直農(nóng)場的能源消耗很大，美國堪薩斯州土地研究所的研究人員認(rèn)為，如果想利用垂直農(nóng)業(yè)取代美國目前全年的小麥生產(chǎn)，僅照明需要的電量就是美國所有電站一年發(fā)電量的8倍。

　　第三，因為LED輔助型垂直農(nóng)場要求LED照明系統(tǒng)24小時對作物進行照射，很多人也在擔(dān)心垂直農(nóng)業(yè)到底會消耗多少能源？根據(jù)美國康奈爾大學(xué)“可控環(huán)境農(nóng)業(yè)計劃”（Controlled Environment Agriculture program）主任路易斯奧爾布賴特（Luis Albright）的說法，目前研究表明，大規(guī)模垂直農(nóng)場由于消耗電能所間接產(chǎn)生的碳足跡（carbon footprint），是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的10倍。

　　當(dāng)然，生態(tài)學(xué)家迪克森德斯波米爾（(Dickson De-spommier）提出的“垂直農(nóng)業(yè)摩天大樓”是一種理想狀態(tài)。任何技術(shù)走向商業(yè)化，再邁向規(guī)模化，都有太多的問題需要一步步去解決，而并非一蹴而就。垂直農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)無土栽培雖然起源于二戰(zhàn)末期，但真正的商業(yè)化應(yīng)用也就是最近幾年的事。

　　除了上述技術(shù)層面的問題，要推廣垂直農(nóng)業(yè)，還有其他的問題需要解決。比如在我國，土地政策和土地價格有其特殊性，如何定義商業(yè)用地與農(nóng)業(yè)用地？重資本運作的垂直農(nóng)場產(chǎn)出的作物是否具有經(jīng)濟性？傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)從業(yè)者的利益如何保障？恐怕只有到技術(shù)與政策到走到某一契合點的時候，我們才能真正看清垂直農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的走向。

　　我們后續(xù)也將對此領(lǐng)域持續(xù)進行跟蹤報道。我們敬愛的讀者們?nèi)缬腥魏谓ㄗh和想法，也可隨時通過微信和我們聯(lián)系。

　　本書將收集2012年——2016年的五十大突破性技術(shù)，并邀請國內(nèi)外技術(shù)專家對每項技術(shù)的應(yīng)用、未來發(fā)展及投資潛力進行點評。 我們還會為參與眾籌者建微信群，隨時更新最新進展和進行交流，并希望將這些微信群逐步打造成成高品質(zhì)的創(chuàng)新科技社群。