把农业搬进摩天大楼

文│迪克森·德斯彭米耶文 美国哥伦比亚大学公共卫生学院教授

6年前，我表达自己对立体农场的一些简单的想法和设计以来，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、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。

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。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。

我在等更多城市接受他，更多开发商有将开发项目与立体农场融合的意愿，更多优秀的规划建筑师的参与。

技术已成熟

全世界需要相当于南美洲那么大的耕地面积来养活68亿人口和他们的牲畜——多么令人震惊的农业用地面积。人口学家预计，到2050年，将有95亿人生活在我们这个星球上。为保证每人每天最低1500卡路里的摄入量，人类文明必须再开垦相当于巴西整个国家那么大的耕地，1275亿亩，前提是届时的耕种方式与今天无异的话。

这么多新的可耕种土地显然不存在。全球70%的淡水还被现有农业用于灌溉。这些被化肥、杀虫剂、除草剂和淤泥污染的水不适合人畜饮用，一些人口密集区域根本不可能有卫生的可饮用水。种植业也需要大量的燃料——种植业占美国所有汽油和柴油使用量的20%。由此产生的温室气体排放自然成了人们重点关注的对象。粮食价格也受到关注，与燃料价格挂钩的机制使得2005～2008年间，世界大多数地方的粮食价格也随燃料价格翻了一番。

显然，需要非常举措应对这些挑战。一项重大变革能解决上面提到的几乎所有问题：在室内用立体农场种植作物，调节各种生长条件至最佳状态。作物种在废弃的城市空地上或大型高层屋顶温室中，一年四季都有收成，用水量极少，几乎没有废物，完全不受病虫害，不需要化石燃料驱动农业机械，更不需要长途运输。立体种植业将对我们以及未来世界人口的粮食供养引发一场革命。我们的饭菜也会更可口，“本土作物”将成为口味的标准。

出于以上及其他很多原因，人口日益增长的人类文明需要可替代的耕作方法，封闭的城市摩天大楼能够被利用吗？ 当然可以。其一是因为室内种植农作物已经是很普遍的做法。三种主要技术——滴灌、空栽（亦称无土种植法）和水培——已经在全世界成功推广应用。所渭滴灌，就是作物扎根于由类似蛭石这种质量轻、持久耐用的惰性材

料制成水槽里。细长的导管连接每一株作物，把富含养料的水精确地滴到根茎部，节省了大量用传统灌溉的方式浪费掉的水。K·T·胡别克于1982年首创空栽技术，随后美国国家航空航天局的科学家加以改进。空栽技术是把作物悬在半空中，由水蒸汽和养料灌输，连泥土也省了。

美国“推进达拉斯”——5年前，美国达拉斯举办了一场名为“达拉斯远景”的国际设计大赛。大赛的目的是找到一种可持续的城市建筑模式。两位年轻建筑师设计的“推进达拉斯”方案成为获奖作品之一。在“推进达拉斯”方案中，这座“小山”似的建筑其实就是一个集农业生产、能源自给、生活居住等多种功能为一体的综合城市社区。这一建筑于去年开始动工兴建。

人们公认农学家威廉·F·格里克在1929年首创现代水培法。其方法是：把作物固定在无土水槽里扎根，溶解在水里的营养液在根系周围循环。二战期间，南太平洋各岛共为盟军水培了超过800万磅的蔬菜。今天，水培温室为室内种植提供了基本依据：作物每年都有收成，旱涝灾害不再使颗粒无收，由于理想的种植和催熟条件，产量得到最大化，受到人类病原体感染的机会也减到最小。

最重要的是，种植者可以自由选择水培生产场所而不需要考虑室外环境条件，诸如土壤、降水或温度等。室内耕作可以在任何水和能量供应充足的地方进行。然而，水培农场大多位于城乡结合部，虽然这里的地价相对合理，但是由于还要输送到好几英里外，既增加了成本，又消耗燃料，排放二氧化碳，还容易变质。

把温室农场搬进市内的高层建筑就可以解决这些遗留问题。我的设想是将立体农场建在由30层以上的建筑群组成的一整个街区。到这一规模，立体农场就可以保证真正可持续的城市生活：城市污水可以循环作为灌溉用水，剩下的固体废弃物以及不可食用的作物废料可以焚烧产生蒸汽推动涡轮为农场供电。利用现有技术，一大批可食植物将种植在室内。附近可以建水产养殖中心，喂养鱼、虾和软体动物等。

将粮食生产与城市生活结合起来将是朝向城市可持续生活的重要一步。新兴产业将蓬勃发展，涌现出以前人们从未想到过的城市岗位：培养工、养护工和收获工。大自然会自愈我们留下的创伤；农田里耕作的农夫会更乐意植树种草以收货碳来赚钱。最终，选择性砍伐会成为木材业的常态，至少在美国东部是如此。

睡莲岛——炙手可热的未来派建筑是Vincent Callebaut带来了他的新畅想：星球在变暖，冰川在融化，海洋在上升。本世纪将会有很多人不得不放弃他们曾经的家园，所以设计了睡莲岛。这些随海浪漂浮的城市能够自给自足，容纳5万名岛民工作、购物、娱乐。它的建筑用料是聚酯纤维，全岛使用清洁能源，还有水面下的水产农场和悬浮花园。

新加坡EDITT大厦应该是世界上第一座已建成的垂直农场。它高26层，覆盖了大量的太阳能电池板，每层楼几乎都是一个大型的温室，采用水培的方式来种植大量的农作物。现在EDITT大厦40%的供电量都可以由太阳能完成。目前温室里需要室内人工照明、热循环和冷却系统，所以需要大量的能源来支撑，而最大的能源消耗就是电能。

更节能

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1000亩，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30亩，反对者据此认为一座30层楼高的建筑也仅能提供900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6个星期收成一次。就算是生长缓慢的玉米或小麦一年也可收获3～4季。

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1.5万亩（30层×30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，那么一层一亩屋顶将为医护人员或教职工提供相当于16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农村颗粒无收。此外，研究发现，美国有高达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获就在当地出售。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，燃料燃烧物不需要排放了，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。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、50～100米宽、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，也就是黑水，人体排泄物的污水。纽约人每天制造十亿加仑的黑水。纽约要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）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，半公斤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800万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4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预料。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运输到很远进行销售。