把農(nóng)業(yè)搬進(jìn)摩天大樓

文│迪克森·德斯彭米耶文 美國哥倫比亞大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院教授

6年前，我表達(dá)自己對(duì)立體農(nóng)場(chǎng)的一些簡單的想法和設(shè)計(jì)以來，從那時(shí)起，建筑師、工程師、設(shè)計(jì)師和主流機(jī)構(gòu)之間心得和經(jīng)驗(yàn)的交流越來越頻繁。今天，眾多開發(fā)商、投資商、市長和城市規(guī)劃師已成為立體農(nóng)場(chǎng)的擁護(hù)者，還表達(dá)了建造一座立體農(nóng)場(chǎng)模型的強(qiáng)烈愿望。來自紐約、波特蘭、奧爾良、洛杉磯、拉斯維加斯、西雅圖、多倫多、巴黎、班加羅爾、迪拜、阿布扎比、仁川、上海和北京的規(guī)劃師都曾找過我。伊利諾伊理工學(xué)院正在為芝加哥作詳細(xì)的規(guī)劃。

他們都意識(shí)到如果要為下一代建立穩(wěn)定的食物來源的話，現(xiàn)在就必須立即行動(dòng)起來。他們咨詢了成本、投資回報(bào)、能源和水的利用以及收獲潛力等尖銳的問題。他們還考慮到了農(nóng)場(chǎng)濕度過大，天長日久會(huì)侵蝕結(jié)構(gòu)梁的問題，各處水泵和氣泵的動(dòng)力問題，還有規(guī)模經(jīng)濟(jì)的問題。這些具體的答案需要工程師、建筑師、室內(nèi)農(nóng)學(xué)家以及商人來逐一解答。也許嶄露頭角的工程師和經(jīng)濟(jì)學(xué)家會(huì)主動(dòng)開始尋找解決方案。

立體農(nóng)場(chǎng)的倡議已為公眾所熟知。其成敗僅是模型農(nóng)場(chǎng)的建構(gòu)者以及他們時(shí)間和精力付出的結(jié)果。為使立體農(nóng)場(chǎng)的遠(yuǎn)景成為現(xiàn)實(shí)，規(guī)劃師必須避免包括上述缺陷在內(nèi)的其他違反科學(xué)規(guī)律的冒險(xiǎn)。前途是光明的。

包括彼德·海德——總部位于倫敦的國際設(shè)計(jì)和工程公司奧雅納的全球城市規(guī)劃部主任——在內(nèi)的首席生態(tài)工程專家認(rèn)為，建造大型高效的城市立體農(nóng)場(chǎng)不需要研發(fā)新技術(shù)。已經(jīng)有很多熱心人開始問我：“那我們還等什么？”我還沒有現(xiàn)成的答案。

我在等更多城市接受他，更多開發(fā)商有將開發(fā)項(xiàng)目與立體農(nóng)場(chǎng)融合的意愿，更多優(yōu)秀的規(guī)劃建筑師的參與。

技術(shù)已成熟

全世界需要相當(dāng)于南美洲那么大的耕地面積來養(yǎng)活68億人口和他們的牲畜——多么令人震驚的農(nóng)業(yè)用地面積。人口學(xué)家預(yù)計(jì)，到2050年，將有95億人生活在我們這個(gè)星球上。為保證每人每天最低1500卡路里的攝入量，人類文明必須再開墾相當(dāng)于巴西整個(gè)國家那么大的耕地，1275億畝，前提是屆時(shí)的耕種方式與今天無異的話。

這么多新的可耕種土地顯然不存在。全球70%的淡水還被現(xiàn)有農(nóng)業(yè)用于灌溉。這些被化肥、殺蟲劑、除草劑和淤泥污染的水不適合人畜飲用，一些人口密集區(qū)域根本不可能有衛(wèi)生的可飲用水。種植業(yè)也需要大量的燃料——種植業(yè)占美國所有汽油和柴油使用量的20%。由此產(chǎn)生的溫室氣體排放自然成了人們重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。糧食價(jià)格也受到關(guān)注，與燃料價(jià)格掛鉤的機(jī)制使得2005～2008年間，世界大多數(shù)地方的糧食價(jià)格也隨燃料價(jià)格翻了一番。

顯然，需要非常舉措應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。一項(xiàng)重大變革能解決上面提到的幾乎所有問題：在室內(nèi)用立體農(nóng)場(chǎng)種植作物，調(diào)節(jié)各種生長條件至最佳狀態(tài)。作物種在廢棄的城市空地上或大型高層屋頂溫室中，一年四季都有收成，用水量極少，幾乎沒有廢物，完全不受病蟲害，不需要化石燃料驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械，更不需要長途運(yùn)輸。立體種植業(yè)將對(duì)我們以及未來世界人口的糧食供養(yǎng)引發(fā)一場(chǎng)革命。我們的飯菜也會(huì)更可口，“本土作物”將成為口味的標(biāo)準(zhǔn)。

出于以上及其他很多原因，人口日益增長的人類文明需要可替代的耕作方法，封閉的城市摩天大樓能夠被利用嗎？ 當(dāng)然可以。其一是因?yàn)槭覂?nèi)種植農(nóng)作物已經(jīng)是很普遍的做法。三種主要技術(shù)——滴灌、空栽（亦稱無土種植法）和水培——已經(jīng)在全世界成功推廣應(yīng)用。所渭滴灌，就是作物扎根于由類似蛭石這種質(zhì)量輕、持久耐用的惰性材

料制成水槽里。細(xì)長的導(dǎo)管連接每一株作物，把富含養(yǎng)料的水精確地滴到根莖部，節(jié)省了大量用傳統(tǒng)灌溉的方式浪費(fèi)掉的水。K·T·胡別克于1982年首創(chuàng)空栽技術(shù)，隨后美國國家航空航天局的科學(xué)家加以改進(jìn)?？赵约夹g(shù)是把作物懸在半空中，由水蒸汽和養(yǎng)料灌輸，連泥土也省了。

美國“推進(jìn)達(dá)拉斯”——5年前，美國達(dá)拉斯舉辦了一場(chǎng)名為“達(dá)拉斯遠(yuǎn)景”的國際設(shè)計(jì)大賽。大賽的目的是找到一種可持續(xù)的城市建筑模式。兩位年輕建筑師設(shè)計(jì)的“推進(jìn)達(dá)拉斯”方案成為獲獎(jiǎng)作品之一。在“推進(jìn)達(dá)拉斯”方案中，這座“小山”似的建筑其實(shí)就是一個(gè)集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源自給、生活居住等多種功能為一體的綜合城市社區(qū)。這一建筑于去年開始動(dòng)工興建。

人們公認(rèn)農(nóng)學(xué)家威廉·F·格里克在1929年首創(chuàng)現(xiàn)代水培法。其方法是：把作物固定在無土水槽里扎根，溶解在水里的營養(yǎng)液在根系周圍循環(huán)。二戰(zhàn)期間，南太平洋各島共為盟軍水培了超過800萬磅的蔬菜。今天，水培溫室為室內(nèi)種植提供了基本依據(jù)：作物每年都有收成，旱澇災(zāi)害不再使顆粒無收，由于理想的種植和催熟條件，產(chǎn)量得到最大化，受到人類病原體感染的機(jī)會(huì)也減到最小。

最重要的是，種植者可以自由選擇水培生產(chǎn)場(chǎng)所而不需要考慮室外環(huán)境條件，諸如土壤、降水或溫度等。室內(nèi)耕作可以在任何水和能量供應(yīng)充足的地方進(jìn)行。然而，水培農(nóng)場(chǎng)大多位于城鄉(xiāng)結(jié)合部，雖然這里的地價(jià)相對(duì)合理，但是由于還要輸送到好幾英里外，既增加了成本，又消耗燃料，排放二氧化碳，還容易變質(zhì)。

把溫室農(nóng)場(chǎng)搬進(jìn)市內(nèi)的高層建筑就可以解決這些遺留問題。我的設(shè)想是將立體農(nóng)場(chǎng)建在由30層以上的建筑群組成的一整個(gè)街區(qū)。到這一規(guī)模，立體農(nóng)場(chǎng)就可以保證真正可持續(xù)的城市生活：城市污水可以循環(huán)作為灌溉用水，剩下的固體廢棄物以及不可食用的作物廢料可以焚燒產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)渦輪為農(nóng)場(chǎng)供電。利用現(xiàn)有技術(shù)，一大批可食植物將種植在室內(nèi)。附近可以建水產(chǎn)養(yǎng)殖中心，喂養(yǎng)魚、蝦和軟體動(dòng)物等。

將糧食生產(chǎn)與城市生活結(jié)合起來將是朝向城市可持續(xù)生活的重要一步。新興產(chǎn)業(yè)將蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出以前人們從未想到過的城市崗位：培養(yǎng)工、養(yǎng)護(hù)工和收獲工。大自然會(huì)自愈我們留下的創(chuàng)傷；農(nóng)田里耕作的農(nóng)夫會(huì)更樂意植樹種草以收貨碳來賺錢。最終，選擇性砍伐會(huì)成為木材業(yè)的常態(tài)，至少在美國東部是如此。

睡蓮島——炙手可熱的未來派建筑是Vincent Callebaut帶來了他的新暢想：星球在變暖，冰川在融化，海洋在上升。本世紀(jì)將會(huì)有很多人不得不放棄他們?cè)?jīng)的家園，所以設(shè)計(jì)了睡蓮島。這些隨海浪漂浮的城市能夠自給自足，容納5萬名島民工作、購物、娛樂。它的建筑用料是聚酯纖維，全島使用清潔能源，還有水面下的水產(chǎn)農(nóng)場(chǎng)和懸浮花園。

新加坡EDITT大廈應(yīng)該是世界上第一座已建成的垂直農(nóng)場(chǎng)。它高26層，覆蓋了大量的太陽能電池板，每層樓幾乎都是一個(gè)大型的溫室，采用水培的方式來種植大量的農(nóng)作物?，F(xiàn)在EDITT大廈40%的供電量都可以由太陽能完成。目前溫室里需要室內(nèi)人工照明、熱循環(huán)和冷卻系統(tǒng)，所以需要大量的能源來支撐，而最大的能源消耗就是電能。

更節(jié)能

這幾年，我每隔一段時(shí)間就出來宣傳立體農(nóng)場(chǎng)的概念，這時(shí)人們一般會(huì)問我兩大現(xiàn)實(shí)問題。首先，質(zhì)疑者提出，現(xiàn)在像芝加哥、倫敦和巴黎這樣的大都市，房地產(chǎn)的價(jià)格已經(jīng)過高，立體農(nóng)場(chǎng)在經(jīng)濟(jì)上是否可行。立體農(nóng)場(chǎng)確實(shí)承受不起城市繁華地段的地價(jià)，然而每座大城市都有為數(shù)不少的閑置地段，這些地還正嗷嗷待哺，希望有利可圖的項(xiàng)目前來投資。

拿紐約來講，原弗洛伊德·本內(nèi)特場(chǎng)海軍基地一直處于閑置狀態(tài)。這座于1972年廢棄的基地面積達(dá)2.1平方英里，至今還在尋找投資方。另一塊大地段是位于紐約港的總督島，總面積1000畝，還有一塊閑置的土地是恰好位于曼哈頓中心的第33大街的鐵路庭院。除此之外，總有一些閑置地和廢棄的樓盤遍布整個(gè)城市。幾年前，我?guī)У难芯可{(diào)研了紐約市五大區(qū)的土地空置情況，結(jié)果是至少120座廢棄地段正在等待轉(zhuǎn)手。其中不少地段可以轉(zhuǎn)化為立體農(nóng)場(chǎng)給最需要它的人，意即內(nèi)城那些衣食無著的人。全世界城市里類似情況不計(jì)其數(shù)。再說，到處都是屋頂。

過去有時(shí)用來證明立體農(nóng)場(chǎng)不可行的數(shù)學(xué)計(jì)算反而證明立體農(nóng)場(chǎng)可行。一個(gè)典型的曼哈頓街區(qū)占地30畝，反對(duì)者據(jù)此認(rèn)為一座30層樓高的建筑也僅能提供900畝大小的耕種面積，和戶外耕種相比差別不大。其實(shí)不然，立體農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)活是終年不斷的。舉個(gè)例子，生菜每6個(gè)星期收成一次。就算是生長緩慢的玉米或小麥一年也可收獲3～4季。

把這些因素考慮進(jìn)來再進(jìn)行粗略的計(jì)算可知，如果立體農(nóng)場(chǎng)內(nèi)每層樓種2排，一年可以收獲四季，耕種密度加倍的話——那么乘數(shù)是16（4×2×2）。所以一座占一個(gè)街區(qū)的30層樓高大樓的年產(chǎn)量就相當(dāng)于1.5萬畝（30層×30畝×16）。用同樣的辦法可以計(jì)算出，如果在醫(yī)院或?qū)W校的屋頂上建立體農(nóng)場(chǎng)，那么一層一畝屋頂將為醫(yī)護(hù)人員或教職工提供相當(dāng)于16畝農(nóng)田的糧食。當(dāng)然，在24小時(shí)不間斷光照下，作物生長速度可以進(jìn)一步加快，但是目前這一做法尚不考慮在內(nèi)。

其他因素還可能擴(kuò)大這一數(shù)字。每年旱澇災(zāi)害可以使整個(gè)農(nóng)村顆粒無收。此外，研究發(fā)現(xiàn)，美國有高達(dá)30%已收割的糧食在儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)倪^程中變質(zhì)或遭蠹食，其中大部分都可以在城市農(nóng)場(chǎng)里避免。由于需求量很大，糧食作物幾乎是一收獲就在當(dāng)?shù)爻鍪?。還有，別忘了立體農(nóng)場(chǎng)基本上根免于戶外耕種所遭受的口誅筆伐：化肥用不著了，燃料燃燒物不需要排放了，更不必和森林草原搶地盤了。

我經(jīng)常遇到的第二大問題涉及到向這么大一座立體農(nóng)場(chǎng)提供能源和水是否經(jīng)濟(jì)可行。要回答這個(gè)問題，選好地段是關(guān)鍵。位于冰島、意大利、新西蘭、南加州以及東非一些地方的立體農(nóng)場(chǎng)采用了當(dāng)?shù)刎S富的地?zé)豳Y源。光照強(qiáng)烈的沙漠地區(qū)（如美國西南部、中東地區(qū)、中亞大部分地區(qū)）事實(shí)上可以采用兩到三層、50～100米寬、但是綿延數(shù)英里的建筑結(jié)構(gòu)，這樣做可以充分利用自然光源進(jìn)行作物生長和增強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換能力。終年刮風(fēng)的區(qū)域（多為沿海地區(qū)，還有美國中西部）可利用風(fēng)能。一般情況下，作物收獲后剩下的廢棄物可焚燒以產(chǎn)生電力或轉(zhuǎn)化為生化燃料。

還有一個(gè)經(jīng)常被忽視的寶貴資源；事實(shí)上，城市居民消耗大量能源和金錢只是為了安全地將其處理掉。在這里我指的是液態(tài)城市垃圾，也就是黑水，人體排泄物的污水。紐約人每天制造十億加侖的黑水。紐約要花費(fèi)巨款用于將黑水凈化為“灰水”（指廚房、淋浴用水和清潔水）后再排入哈德遜河。其實(shí)黑水可以用來灌溉立體農(nóng)場(chǎng)。同樣，富含能量的固體廢棄物可焚燒發(fā)電。一般情況下，半公斤排泄運(yùn)動(dòng)產(chǎn)物在爆炸量熱器中焚燒可產(chǎn)生300卡路里的熱量。由此推算，僅紐約800萬人口的排泄物理論上一年就可以產(chǎn)生1億千瓦時(shí)的電，足以保證4座30層高立體農(nóng)場(chǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。如果這種廢物能轉(zhuǎn)化為有用的水和能源，城市生活將會(huì)變得更加節(jié)能。

前期投資會(huì)很高，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)人員還要調(diào)試整合不同的系統(tǒng)?？紤]到這一點(diǎn)，建一座小模型顯得很有必要，因?yàn)樗械男录夹g(shù)的應(yīng)用都要先在模型上試驗(yàn)。建成后的維護(hù)成本應(yīng)該不高于驅(qū)動(dòng)成套農(nóng)業(yè)耕作機(jī)械設(shè)備的昂貴的化石燃料（還可以避免大量的污染物和溫室氣體）。除非取得成功的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，否則立體農(nóng)場(chǎng)的贏利情況尚難預(yù)料。不過，立體農(nóng)場(chǎng)的另一個(gè)目標(biāo)是生產(chǎn)比目前超市更廉價(jià)的農(nóng)產(chǎn)品，這個(gè)目標(biāo)應(yīng)該是可以達(dá)到的，很大程度上是因?yàn)楸镜禺a(chǎn)的作物不用運(yùn)輸?shù)胶苓h(yuǎn)進(jìn)行銷售。