屋顶农业利用与城市新菜篮子工程探讨

李伯钧，刘小丽，杨佩贞，林国友，吴志伟，戚行江，孙崇波，向林

(1.浙江省农业科学院，浙江杭州310021;2.丽水市建筑设计研究院，浙江丽水323000;3.淳安县农业局，浙江淳安311700;4.丽水市太平乡人民政府，浙江丽水323000;5.绍兴县杨汛桥镇农技站，浙江绍兴312028)

我国的城镇化正处在快速发展期。我国城镇化率1978年为17.92%，1995年为30%，2005年为40%，预计2030年达75%～80%[1]。人口越来越多向大中城市聚集，上海2010年城镇常住人口为2 055.51万人，比2000年增加606.51万人。虹口区2010年人口密度为36 307人·km－2，为全市人口密度最高的区域[2]。杭州市2010年城镇常住人口637.27万人，比2000年增加233.9万人[3]。民以食为天，城市人口的聚集，意味着对食物的巨大需求，所需的食物又以蔬菜的量为最大，按照中国营养学会推荐的中国居民平衡膳食建议，每人每天应吃蔬菜300～500 g，远高于其他食品总和。中国城乡居民蔬菜实际年人均消费量，城镇居民为122.3～130 kg[4]，对于大中城市而言蔬菜供应是一个庞大的数量。

由于城市的不断扩大，近郊菜地被住宅区或工业区所占领，城市蔬菜供应地离城市越来越远。远距离无特定目标的市场供求关系，使农民蔬菜生产的盲目性增加，导致与城市稳定的消费脱节。因此给蔬菜供应带来巨大的风险，菜贱伤农、菜贵伤民(城市居民)事件周而复始的发生不可避免。

蔬菜生产地的外移，不但造成蔬菜供应上的风险，而且也带来鲜菜不“鲜”与高损耗的事实。蔬菜从收获到上居民的餐桌，必须经过集散地归类、装箱、装车，经车、舟的长途运输进城到蔬菜批发市场，再经农贸市场而入居民菜篮子，从蔬菜的采摘到居民食用，少则2 d多则十天半月。蔬菜是含水量最高的农产品，有的叶菜类水分高达95%，采收后极易失水萎蔫，“鲜味”氨基酸、维生素类物质因呼吸代谢而降低，粗纤维类物质增加，口感变差[5]。我国蔬菜每年的损耗率高达30%[6]，这与生产、消费脱节，长距离运销不无关系。

为保障城市居民对蔬菜的巨大需求，使蔬菜生产与消费无逢对接，将蔬菜生产从农村引入城市，保证蔬菜的鲜嫩，减少损耗，有必要建立城市新菜园。为此，我们探讨了屋顶造地种菜在满足居民蔬菜需求与供需平衡方面的可行性以及在经济、社会、生态等多方面的效益。

1 材料与方法

1.1 屋顶造地试点与面积

试验在浙江萧山农业开发区杭州伟林农业开发有限公司办公楼(新建，普通屋顶)、林江农庄(新建，覆土种植屋顶)、杭州一正农业开发有限公司办公楼(旧房，水泥薄板、95砖架空隔热屋顶)、丽水市莲都区太平乡丽华瓯柑产销专业合作社综合楼(覆土种植屋顶与地下室农业利用新建筑)等处进行(表1)。在杭州、富阳、绍兴等不同区域屋顶造地10 018.3 m2，屋顶造地农业利用面积占屋顶面积的64.1%～99.2%。

1.2 屋顶蔬菜栽培

蔬菜种植时间集中在2010年秋季至2011年冬季。供试蔬菜品种20个，按当地农民习惯种植，露地栽培，以1年4或5熟为主。蔬菜种植是一个连续的过程，部分2011年冬季种植的青菜(四月蔓)和芥菜类到2012年春季方可收获。瓜类作物在屋顶上建池种植，种植池仅占屋面的1/33，瓜类生长期，滕蔓布满整个屋面。葫芦分春夏2季移栽，4月初种圆葫，6月初种本地牛腿葫芦，2种葫芦掺插种植，产量没有细分。而茄子种1次收2季，4月14日移栽至7月底产量明显下降后修剪，重新抽枝收获至11月中旬结束。瓯柑产销专业合作社综合楼屋顶从2011年5月底开始种植蔬菜，至2011年10月初收获第2季作物，时间跨度半年，种植的莴苣预计在2012年1月底可收。

表1 供试屋顶的造地面积

1.3 温度测定

温度记录在浙江省杭州市淳安县文昌镇武绥自然村方百才家屋顶进行。采用杭州泽大仪器有限公司生产的ZDR-21L温度记录仪，检测覆土种植屋顶与裸屋顶屋面外表、内表，及屋顶气温实时温度数据，每隔1 h自动记载1次。测温探头放置的部位:覆土种植屋顶屋面，屋顶外表20 cm土层下面;裸屋顶屋面，屋顶外表面;覆土种植屋顶内表及裸屋顶内表，室内屋顶内表面，(离顶部15 cm处的密封架空层内);大气温度，屋顶女儿墙内，离屋面高度1 m处，避雨、避日照。

2 结果与分析

2.1 生育期

屋顶栽培蔬菜的生育期表现见表2。

2.2 产量

屋顶蔬菜栽培，1年4熟的2个组合青菜-黄瓜-豇豆-青菜、青菜-西红柿-青菜-青菜产量21.57～21.59 kg·m－2;1年3熟的2个组合青菜-茄子-茄子、青菜-黄豆-萝卜12.39～13.89 kg·m－2;1年2熟3个组合青菜-青菜、黄豆-青菜、葫芦-葫芦产量在8.14～9.35 kg·m－2;1年1熟的丝瓜与冬瓜产量在5.99～8.57 kg·m－2(表3)。

表2 屋顶蔬菜栽培组合的生育期表现

2.3 环境温度

覆土种植屋顶屋面温度无论是夏季或冬季，年度或昼夜温差，振幅均大大降低。2011年在覆土20 cm，种有长势良好黄豆的屋顶，实测全年最高28.6℃，最低1.7℃，振幅26.9℃;而同时测得裸屋顶的年度与昼夜温差振幅远高于气温，全年最高50.3℃，最低－4.4℃，振幅达54.7℃，裸屋顶屋面年温差振幅高于覆土种植屋顶屋面近1倍。盛夏裸屋面昼夜温差上下振幅23.1℃，是覆土种植屋顶屋面振幅的10倍多;同样冬季最低温度为－4.4℃，比－2.6℃气温低1.8℃，比覆土屋面低6.1℃，屋面处于严重冰冻状态，冬季振幅是覆土种植屋顶的7倍(表4)。

夏季连续3 d(7月21－23日)覆土种植屋顶室内昼夜温差几乎无波动，最高30℃，最低28.4℃，仅1.6℃的温差振幅;室内温度均高于屋面1～2℃，说明热量非通过屋面传导进入。裸屋顶室内昼夜温差非常明显，随屋面温度剧变而波动，当屋面温度50℃时，室内随后升至35℃左右;当屋面温度降至27℃以下时，室内随后亦降到29℃左右(图1)。

表3 屋顶蔬菜栽培组合的产量表现

冬季连续3d(1月29－31日)覆土种植屋顶昼夜温差波动很小，最高4.8℃，最低1.7℃，仅3.1℃的温差振幅;裸屋顶温差非常明显，最高17.7℃，最低－4.4℃，温差振幅22.1℃。当气温在－2.6℃时，裸屋顶比气温更低达－4.4℃，屋面出现严重冰冻，而覆土种植屋顶始终在冰点以上，最低1.7℃，比气温高4.1℃(图2)。

2.4 屋顶菜地生产潜力

按城市人口年人均消耗蔬菜130 kg，以屋顶年收获蔬菜8～21 kg·m－2计算，相当于人均需屋顶菜地10～15 m2。目前我国城市居民人均占地约100 m2，只要其中占15%的城市区域(建筑屋顶或建筑平台)用于种菜，基本解决城市居民蔬菜供给。如果是新规划居民区，即使人口密度在4万人·km－2，只要规划、设计、建筑上能充分考虑空间的合理分配，农业利用面积可大于建筑占地面积，蔬菜仍有望自给。

2.5 经济效益

2.5.1 土地价值

浙江省从2004－2008年的5年间平均每年基建占用耕地约1.53万hm2。以目前浙江经济发达地区的购地指标价270万元·hm－2计算，若以建筑屋顶造地(建房不占地)，每年可节约开支413.1亿元。如果浙江每年多增加1.53万hm2土地招商引资，企业产生的产值与税收难以估量。城市建筑屋面成为城市新菜园，城乡争地的矛盾有望缓解或解决。

表4 2011年1－9月覆土种植屋顶与裸屋顶室内、外极限温度的比较

图1 夏季(2011年7月21－23日)覆土屋顶与裸屋顶板顶温度的变化

2.5.2 降低建筑与屋顶维修成本

屋顶土层在15 cm时的荷载与目前现浇屋顶普遍采用的薄板架空隔热层或20～30 cm厚的充气混凝土隔热层的荷载相当，但可降低建筑成本10%;屋顶造地后可减轻屋面遭受太阳爆晒(裸屋顶夏季50.3℃)与冰冻(冬季－4.4℃)温差剧烈波动造成的风化，消除太阳紫外线对屋面的破坏。从2004年建的农民房至今，覆土屋顶下面的混凝土还保存浇筑时的光洁，而不覆土的混凝土表层已有风化，产生纵横无数裂缝与露出粗糙的沙子。据建筑专家推算，覆土并保持湿润的屋顶至少比裸屋顶寿命长3～5倍。

2.5.3 提高市政设施效能

屋顶种蔬菜可缓解城市暴雨压力，减少城市污水及有机垃圾处理费用，减少城乡交通运输相应成本支出。

2.5.4 作物种植收益

屋顶种蔬菜，采用本试验多种耕作模式，1年4季或5季栽培，全年可收获蔬菜150 t·hm－2左右，以2 000元·t－1计算，全年可增产值30万元·hm－2。

以每个农业劳动力管理蔬菜0.2·hm－2计算，每人可创产值6万元。而1人种菜可供100～200个居民食用，相当于居民年均只要支出300～600元，就可享用新鲜高品质的蔬菜。

2.6 社会效益

首先，城市农业化是对城乡一体化国家战略的巨大贡献，为城乡一体化的实施开辟了全新的拓展空间;其次，通过城市农业化这场城市空间革命，可以在同一空间领域上叠合3大产业，弱化城乡空间领域之间的绝对划分，从而为缓解城乡对立、实现城市产业结构的合理调整、融合奠定良好的基础;再次，随着特色型农业引入城市空间，势必会造就一大批专门从事城市农业的新型产业工人，这对开拓就业面、缓解城市就业压力来说显然是一条新的途径;其四，实现城市的农业化革命，对改变城市传统的生产与生活方式将产生巨大影响，这种改变在城乡政治、经济、社会、文化等各个层面都会产生深刻的变革，在和谐城乡社会关系、缩小城乡差别等诸多方面都会发挥出重要历史性作用。

2.6.1 保障供给

民以食为天，屋顶种植蔬菜，满足城市居民的蔬菜需求，形成新型的生产、生活、生态一体的蔬菜供应链，屋顶菜园是离人们生活最近，城乡完全融合的休闲、观光与农作一体的菜篮子工程。

2.6.2 增强防灾、抗灾能力

屋顶造地栽培作物，可缓解居民对外地蔬菜、粮食的依赖，一旦出现大的自然灾害造成粮食危机，屋顶可随时种速生蔬菜自救，对于积极应对和化解粮食危机具有明显的缓冲作用。屋顶菜园完全具备旱涝保收的潜力，屋顶有地心中不慌。

2.6.3 增加就业机会

按照目前蔬菜管理水平与机械化程度，大部分蔬菜生产不适合机械化操作，还依靠人工栽培与管理，因此可消除因城市扩大导致郊区中、老年农民失地、失业现状，也可吸纳农村中老年农民从事菜园管理，增加农民进城落地生根的机会。

2.6.4 提高市区中老年居民生活质量

生命在于运动，离退休后中老年人生活比较清闲，若能给予适量的土地种菜、种花，既生产蔬菜又锻炼身体，精神面貌会有很大改观。

2.7 生态效益

为了改善环境，10多年来国家一直鼓励城市建筑进行屋顶绿化，但推进速度十分缓慢，原因在于大多屋顶绿化是从美化角度进行的。由于只投入，不产出，屋顶绿化仅作为城市的公益性工程，个人很少投资，企业不会投资。换一个角度利用这个巨大的闲置空间，推广屋顶农业，成为城市新菜篮子，这样就使屋顶绿化变成了一项产业运作和资本运作，可以回收成本甚至可以获得经济回报，这就为屋顶农业产生环境效应带来切实的可行性。

2.7.1 修复建筑对地球表面的破坏

建筑使地球表面水泥化、硬壳化，雨水瞬间流走不能渗入地下，不能正常参与水汽循环导致建筑物上部空气干燥，呈沙漠化;建筑表面昼夜温差大于地表，大的城市建筑群可引起周边小气候异常。屋顶造地种作物，能大量吸纳雨水，利用生活废水参与水汽循环，保持建筑物上部空气湿润，使小气候平稳;屋顶作物不仅为人类提供食物，也能为小动物提供食物与栖息场所，使建筑从单一的生活，扩大至生产、生活、生态三者的结合，让建筑最大限度接近自然，恢复生产、生态功能。

2.7.2 缓解城市综合症

屋顶覆土种植作物可吸收大量氮氧化合物、硫化物、二氧化碳等温室气体，阻尘吸尘，降低大气中DM2.5浓度。夏天种植屋面土壤蒸发与作物蒸腾水分量为5～8 mm，水分蒸发及作物蒸腾能带走大量的热量。屋顶种作物，城市将消失在绿色之中，不但降低屋面的热辐射，同时每年可产生氧气34 t·hm－2。当城市大面积屋顶农业利用，建筑物表面都覆上植被，消除或减轻“城市热岛”、“城市干岛”、“城市雨岛”与“城市混蚀岛”效应，居民将置身“生态绿岛”之中。

2.7.3 节能减排

屋顶作物能有效利用太阳能并转化成生物能而积累，屋顶种植作物，每年干物质生产量3 t·hm－2，吸纳二氧化碳约43.5 t·hm－2，如果按2008年我国城乡建设用地22万km2中的1/2得到农业利用，可吸纳二氧化碳4.785亿t，减排效果显著。如果以海南等外地蔬菜供应杭州市为例，平均油耗为0.25 L·km－1左右，单车单程油耗400 L，以放空率50%计，10 t蔬菜海南至杭州运输总消耗燃油600 L。以杭州城市人口637万，1/3蔬菜依靠海南、山东等地远程供应，仅燃油消耗就要1.52万t，因此蔬菜在城内生产供应，节能明显。

覆土种植屋顶与裸屋顶夏季屋面温差达21.7℃，室内温差6.1℃。冬季屋面温差6.1℃，覆土种植屋顶冬暧夏凉，减小空调开启时间而节电明显。

屋顶农业利用生活废水的同时，水中氮、磷、钾等营养元素反复被作物吸收利用，避免了开放式循环中营养元素的损失，减少化肥生产过程中能源的消耗。生活废水、有机废物就近处理，用于作物栽培，在产生地源头消化，消除对土壤、水系、空气的二次污染。

3 存在问题、实施难点与解决方法

3.1 牵涉面广，关系复杂

屋顶农业利用牵涉面广，关系复杂，包括规划、设计、消防、建筑、房产、水利、电力、环保、绿化、能源、国土资源、农业、林业众多政府管理部门与研究机构，涉及到许多法律问题，是一项复杂的系统工程。

3.2 观念陈旧

农业难以进入城市的问题，很重要的一个影响因素就是长期以来人们对城乡二元结构的不正确认识。第一产业与第二、第三产业的不同业态形式决定了城市与农村在社会经济、文化等各方面的差异与区别已形成一种不变的思维定势。菜篮子进城可破除城乡二元结构，构建城乡一体化的发展战略。

3.3 价值观比较滞后

过去，当农村耕地还比较充足，当城市建筑屋面种植技术尚不成熟且需要高成本建设的时候，从经济角度，人们不会放弃低成本的传统农田种植，而选择高成本的城市屋面种植。这种价值判断与成本会明显影响人们的认识并形成思维定式。这个问题现在正面临重大的改变，中国的城市化过程十分迅速，基本农田锐减，农产品涨价，农村地区的农业发展成本在上升;城市农业化的种植技术趋向成熟，屋面农业的性价比提升，加上城市环境问题日益突出，正在给城市农业化革命带来巨大的机遇。

城市现代化的发展水平直接体现科学发展观的落实程度。在当前国内城市现代化水平还没有提升到很高程度的情况下，更多的城市管理者并没有深刻认识到城市农业化的巨大产业和环境意义，也很难认识到节约、集约化利用城市闲置空间的重大意义。整个城市的发展还比较粗放，还没有提升到建设效益城市的高度。

3.4 国家应制定强有力的扶持政策

保护耕地是政府部门的头顶大事，屋顶造地农业利用是第一产业、第二产业与第三产业紧密结合的新兴产业。屋顶造的地虽少但也是可耕种的土地，粒沙成丘、滴水成河。

建议国家有关部门出台一系列鼓励城市农业化的政策、法规。象重视建筑节能一样来重视屋面闲置空间的农业开发利用，并作为各级政府的考核指标，通过采用行政、经济等手段为城市新菜篮子工程创造更多更好的条件。

4 小结

屋顶农业利用研究历时5年，试验在不同形式建筑，利用屋顶造地10 018.3 m2，基本做到“建房不占地”的预想。屋顶造地成本低廉，能修复建筑对地表环境的破坏，室内冬暖夏凉，减轻城市综合症，是一举多得，利国利民好事;屋顶种菜，成为城市新菜园是可能的。

本试验只是一个引子，是城市新菜篮子工程的理念与设想的初步实践。要大面积推广，必须就屋顶造地栽培基质的采用，作物筛选，栽培方式，耕作制度，灌溉系统的研发，设施栽培，风灾预防，扬尘预防，中水及生活污水利用，有机垃圾的无害化处理与利用，屋顶小气候变化检测，生态环境修复，农业种植屋顶的建筑标准制订等方面进行深入的研究。

[1]仇保兴.推行绿色建筑加快资源节约型社会建设[J].中国建筑金属结构，2005(10):5－10.

[2]杨群.上海人口密度.第六次人口普查数据[N].解放日报，2011-09-24(2).

[3]杭州市统计局.杭州市2010年第六次全国人口普查主要数据公报[EB/OL].(2011-05-12)[2012-01-08].http://www.hzstats.gov.cn/web/ShowNews.aspx·id=aLbKS9n9ufY=.

[4]汪晓银，谭劲英，谭砚文.城乡居民年人均蔬菜消费量长期趋势分析[J].湖北农业科学，2006(3):35－38.

[5]罗天相.蔬菜采后的生理变化与保险[J].蔬菜，2004(8):28－29.

[6]我国果蔬保鲜业发展潜力巨大[J].西北园艺，2005(5):45.