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  • 垂直农业

    二战尾声,美军给养保障出现问题,美国兵力与全世界各地,给养运输过程中成本高,食品容易变坏。1945年,美军开始大规模水培实验,建立了当时世界上最大的水培设施,试验获得极大的成功,仅1952年美军部队所种植的新鲜农产品就超过了3600吨。

    二战结束后,人们忘记了这些成功的经验,粮食生产又回归到了依赖土壤进行种植的老路。由于所谓的绿色革命发生了,由于采取了一石油化学工业为支柱进行农业化的解决方法,水培技术退出了农业生产。

    传统的农业耗水量巨大,水培花法的相对传统农业拥有耗水量低的特点,联合国粮食及农业组织估计,要跟上人口增长速度,到2050年,粮食生产必须增加一倍。

    垂直农场具有惊人的优势,他不受天气的影响,农作物一年到头都可以在最优的条件下生长,垂直农场不需要杀虫剂和除草剂,也就意味着没有农业污染排放。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 垂直农业
    实例: 新加坡垂直农场 适宜: 农作物的生长发育成熟条件
    优点: 占用地表面积少

    目录

    简介/垂直农业 编辑

    “垂直农业”这一概念最早由美国哥伦比亚大学教授迪克逊德斯帕米尔提出。德斯帕米尔希望在由玻璃和钢筋组成的光线充足的建筑物里能够出产人们所需的食物。比如:在1楼喂养罗非鱼,在12楼种植西红柿……。在建筑物内,所有的水都被循环利用;植物不使用堆肥;产生的甲烷等气体被收集起来变成热量;牲畜的排泄物成为能源的来源等。“垂直农业”,是一种获取食物、处理废弃物的新途径。

    垂直农业也叫垂直农耕,是科学家为了研究未来农业发展面临的人口压力及资源匮乏问题所提出的一个新概念,主要任务在于解决资源与空间的充分利用,在于单位面积产量的最大化发挥,所形成的一种农业耕作方式。

    或许可以认为,“垂直农业”是当前普遍存在的室内温室的“升级版”,它与室外种植相比有很多优势。在拥有健全环境控制系统的室内种植粮食作物有如下优势:提高水肥利用率;在食物消费地种植食物,节省了从外地运输所需的燃料;在室内种植对地点、气温、湿度、土壤成分等作物生长所需基本要素的选择具有灵活性;不必担心遭遇恶劣的气候条件,如干旱、洪水、疫情等。

    立体农业

    设计效果图 设计效果图

    和“垂直农业”相近的还有“立体农业”,立体农业的概念有以下含义:

    表述之一:

    从广义上说,是指根据各种动物、植物、微生物的特性及其对外界生长环境要求各异的特点,在同一单位面积的土地或水域等空间,最大限度地实行种植、栽培、养殖等多层次、多级利用的一种综合农业生产方式。如水田、旱地、水体、基塘、菜园、花园、庭院的立体种养等;林地的株间、行间混交和带状、块状混交等;水体的混养、层养、套养、兼养等均属之。以中国珠江三角洲的桑基、果基、蔗基鱼塘等为典型,具有多层次、多级利用的特点。

    从狭义上说,是指地势起伏的高海拔山地、高原地区,农、林、牧业等随自然条件的垂直地带分布不同,按一定规律由低到高相应呈现多层性、多级利用的垂直变化和立体生产布局特点的一种农业。如中国云南、四川西部和青藏高原等地的立体农业均甚突出。这里种植业一般多分布于谷地和谷坡,山地为天然林,间有草地,林线之上为天然草场,具有规律性显著、层次分明的特点。

    表述之一:

    狭义的立体农业 仅指立体种植而言,是农作物复合群体在时空上的充分利用。根据不同作物的不同特性,如高秆与矮秆、富光与耐荫、早熟与晚熟、深根与浅根、豆科与禾本科,利用它们在生长过程中的时空差,合理地实行科学的间种、套种、混种、复种、轮种等配套种植,形成多种作物、多层次、多时序的立体交叉种植结构。

    中义的立体农业 是指在单位面积土地上(水域中)或在一定区域范围内,进行立体种植、立体养殖或立体复合种养,并巧妙地借助模式内人工的投入,提高能量的循环效率、物质转化率及第二性物质的生产量,建立多物种共栖、多层次配置、多时序交错、多级质、能转化的立体农业模式。

    广义的立体农业 着眼于整个大农业系统,它包括农业的广度,即生物功能维;农业的深度,即资源开发功能维;农业的高度,即经济增值维。它不是通常直观的立体农业,而是一个经济学的概念,与当前“循环经济”的概念相似。

    上述3种观点从不同的角度对立体农业进行理论尝试,都是对传统平面农业单作的扬弃。第一种概念的边界只限于立体多层种植,是农作物轮作、间作、套作在现代农业技术下的延伸和发展,由于概念边界过窄,局限于种植业内部的山、水、田、滩、路的多维利用,忽略了兴起中的林牧(渔)、农牧(渔)复合种、养,以及庭院种、养加工,容易使立体农业同间作、套作混淆起来;第二种概念能够反映出当代中国立体农业的本质特征,它既有区域内垂直梯度的立体种养循环布局,又有单位面积(水体)立面空间的种养(加工)合理配置;第三种概念边界过宽,包容农、工、商综合发展,边界的无限延长无疑否定了立体农业本身的特点,造成与生态农业、农业综合开发、农业现代化之间的概念重叠和模糊,失去了立体农业存在价值。

    经过以上分析,可把立体农业的概念总结如下:立体农业是传统农业和现代农业科技相结合的新发展,是传统农业精华的优化组合。具体地说,立体农业是多种相互协调、相互联系的农业生物(植物、动物、微生物)种群,在空间、时间和功能上的多层次综合利用的优化高效农业结构。

    摩天农业

    随着城市化进程不断加快,人们在城市里修建了越来越多的摩天大楼,它们安装了玻璃窗户,由空调系统来把热量搬到室外。何其浪费能源!于是,人们的目光投向三维空间的充分利用,在大楼里种植粮食作物的想法应运而生。“垂直农业”这一概念最早由美国哥伦比亚大学教授迪克逊·德斯帕米尔提出。德斯帕米尔希望在由玻璃和钢筋组成的光线充足的建筑物里能够种植本地食物,比如在1楼喂养罗非鱼,在12楼种植西红柿……在建筑物内,所有的水都被循环利用;植物不使用堆肥;甲烷被收集起来变成热量;猪圈排泄的废料成为能源的来源,等等。因此,“垂直农业”也被称为“摩天农业”。

    现状/垂直农业 编辑

    垂直农业 垂直农业

    迪克森·戴斯珀米尔说,完成这一计划的大多数技术已经具备,美国政府只需拨出1补贴美国农业的款项的0.25%,即5亿美元就可以启动这一计划。

    垂直农场采用无土溶液栽培方式,并将污水转化成电力,大大降低能源成本,同时能够提供更多的食物。垂直农场还可以将传统的农场解放出来,用来种植更多树木,从而减少大气中的二氧化碳含量,减缓全球变暖过程。而且,垂直农场本身就在都市,可以直接运往有需要的地方,从而节约运输成本,并减少运输带来的污染。

    太阳能能源

    按照设计,摩天大楼式垂直农场的主要能源来自顶楼太阳能板吸收的太阳能。此外,楼顶还可以安装风力风涡轮,和风车的原理一样,能为大楼提供风能。农场的另外一个重要电力来源,是将不可食用的植物颗粒(如玉米麸皮)变成燃料,植物废料先是被加工成粉末状,接着压缩成可全部烧掉的燃料颗粒。 在科学家看来,垂直农场不仅仅只是个农产品工厂,它还是一个改造城市基础设施令其模仿自然循环系统的宏观计划。按照哥伦比亚大学环境学家戴斯珀米尔的构想,垂直农场底部的下水道可以提供这个农场最重要的资源:能源和水。整个城市的污水都可以流入这个垂直农场,其中一半进入一部被称作“泥碳”的机器,这部机器对其进行加压加热,将其分解成基本物质:碳和水。“泥碳”提取水和煤状的淤泥作为蒸汽机的动力用来发电。剩下的另一半污水通过消毒灭菌处理,再加上一个加热脱水的过程变成上层土。从这两个程序中提取的水都可以经过自然过滤方式,如利用斑马贻贝、香蒲等媒介进行过滤,从而用于农业灌溉,甚至可以继续净化过滤变成饮用水。

    理想模式

    垂直农场的外形呈圆柱体,各楼层像筹码一样堆叠着。每层楼都是一片农地,并且有复杂的灌溉系统。所有农作物都会在受控制的环境下生长,并使用电子眼检验是否成熟,全年可以365天不间断地种植、收割。

    已有垂直农场雏形还有一个模式,是由巴黎SOA建筑师工作室的奥古斯汀·罗森斯塔尔博士提供的。不过,尽管美国、法国和以色列都有了垂直农场的雏形,但是,迄今为止,科学家心目中的摩天大楼式垂直农场还遥不可及,人们还无法从市场上买到垂直农场生产的农产品。

    世界一些大城市的规划者已对 “垂直农业”表现出了浓厚兴趣。但到目前为止,“垂直农业”仍处于概念阶段,还没有成型的应用模式,具体实施起来会遇到一些障碍。最大的障碍是水和能源这两个必要条件的来源问题。“垂直农业”需要有完善的城市污水循环利用和能源供应系统作为配套。除此之外,对于经济因素的考虑成为一些学者对此持反对意见的主要原因,他们认为“垂直农业”的成本将超过利润,毕竟利润永远是投资者优先考虑的因素。所以,尽管“垂直农业”概念诱人,但现在看来它和现实仍然相距遥远。

    详介/垂直农业 编辑

    来由

    垂直农业 垂直农业

    据估计,到2050年的时候,世界人口的80%都将居住在城市里。而人口总数将增至92亿,其中大多数在发展中国家。很多专家认为,如果不采取严格限制措施,人类可能会面临严重的粮食和耕地短缺,并由此引发很多可怕的后果,比如饥荒和生态灾难。

    垂直农业是由迪克森?德波米耶(Dickson Despommier)博士提出(他的学生们对此也有贡献),他是美国哥伦比亚大学的公共卫生和微生物教授。德波米耶博士称,垂直农场不仅能解决未来的粮食短缺问题,还可以阻止全球变暖,提高第三世界国家的生活水平,改变人类获取食物和处理废弃物的方式。这一切或许听起来似乎有些夸张,但实际上垂直农业很有可能在未来实现。

    作用

    垂直农业的着眼点在于解决空间问题。由德波米耶博士带领的“垂直农场项目(Vertical Farm Project)”称,室内一亩的耕作产量等同于室外四到六亩的耕作产量。他们举例说,弗罗里达州有个农场被改造成了室内水耕农场,用于大批量生产草莓。在这座农场里,每1亩暖房能产出相当于30亩地的草莓。

    当地面农业转型成垂直农业后,人类再也不必担心耕地会耗尽。而且因为是在室内进行农业生产,人们全年都可以种植作物,不用担心坏天气、干旱或自然灾害的影响。如果将建筑物密封起来并仔细监控,就不需要使用杀虫剂来消灭害虫和寄生虫。要知道,在发展中国家,虫害可是个很严重的问题,破坏性惊人。垂直农业生产的食物都是有机的、健康的,在生长过程中不使用肥料。从事垂直农业的农民更不用担心在耕地、水源和其他资源的分配上跟别人发生冲突,不用操心与转基因食品进行竞争,更不用考虑作物受到有害植物和野生动物的影响。

    这些垂直农场将被修建在市区,而地球上大多数人口都居住在市区。因此,农业变得更像是个封闭系统。也就是说,粮食的种植、运输、食用和废物处理都在同一块区域内完成。对于像北京、上海这样的大型城市来说,几乎所有食物都要通过空运或者陆路运输而来。食物从生产地经过陆地运输、海运和空运送到消费市场的过程中,会产生很多污染,垂直农业将在很大程度上消除这个问题。

    垂直农场一般位于它所服务的社区之内。因此,人们可以根据当地需求来更改种植的作物种类。垂直农业的精髓在于:从当地农民手中购买食品,以此支持当地农业发展,减少个人对生态的影响。这个理念广为流行,很多书籍和报刊都作过介绍。

    前景

    垂直农业最诱人的前景在于:传统农业使用的耕地很可能需要退耕还林,而垂直农业则不存在这样的问题。退耕还林是为了对抗全球变暖,通过这一过程,遭到砍伐的林区可以回归到原始状态,再次长满植物,供各种动物栖居,同时减少大气中的二氧化碳,并为娱乐业和旅游业提供美丽的景致   。

    设计和挑战/垂直农业 编辑

    垂直农场

    垂直农场 垂直农场

    大多数垂直农场的设计与时髦的现代摩天楼没什么两样,高度大概在30到40层之间。每层都可能栽种、养殖各种作物和牲畜。比方说,水槽里可以养鱼和其他水 产品。同时利用现代科技最大限度地减少浪费和能源使用,促进回收利用。为此,这些农场将装上玻璃墙、大型太阳能电池板、高科技灌溉系统和用于焚烧垃圾生产能源的焚烧炉。农场还将配备各种监测系统,确保能源和水都在正确的地方发挥作用,温度也得到适当控制。

    在灌溉过程中必须对水进行仔细分配,多余的水将被收集并回收。通过蒸发,露水也可以被收集。废水和污水可以用藻类和植物净化,变成饮用水;也可以在直接过滤变成可用于灌溉的无菌水。这种灌溉用水每时每刻都在从各个城市流入河流,每天的排放量高达数百万立方米。

    在垂直农场里,甲烷气体也将被收集,不会散发到大气中。所有多余的能量都将返销给当地的能源网。

    德波米耶博士认为,150个30层的农场就可以满足整个纽约市的需求。经过精心设计,这些垂直农场将被安置在城市周围,或者集中建在附近地区。比如说,纽约的农场就可以建在总督岛(Governor's Island)。它们看起来不会唐突碍眼,甚至可能成为美景。

    想要让垂直农场的设计成为现实,必须联合各个学科的专家,包括农学、农业经济学、民间规划、建筑、工程、经济学和公众健康学。德波米耶博士和其他研究人员已经发表研究报告,为垂直农场的发展和实施设定了计划。 事实上,垂直农场所需要的技术都已经存在,不过要彻底搞清怎样让这些技术协同工作可能需要10年的时间。即便如此,我们已经掌握了水耕法(不使用土壤),并且在极端恶劣的环境中,甚至是宇宙飞船里成功种植了植物。甲烷收集和废水收集正成为保护自然资源必不可少的手段。

    争议

    也有些人对垂直农业持批评态度,他们认为垂直农业会使从事传统农业的农民和为农产品运输、包装的行业工人失业。对于这些批评,可以指出的是,在工业革命之前,95%的美国人都是农民,垂直农业可能正是农业革命的延续。而且德波米耶博士还认为,垂直农业将创造就业机会,在筹划、建设和维护这些系统的过程中需要成千上万的专门人才。由此产生的社会经济效益可能相当巨大,对那些辛勤劳作的自耕农和低收入人群来说更是一次机遇。在发展中国家,可靠的粮食供应和营养改善将提高人们的生活水平,进而促进商业发展,并使儿童摆脱田地农活,去学校上学。

    在垂直农业成为现实的路上仍然有两个障碍:资金和政府支持。不过,德波米耶博士已经在联系投资者和慈善家,想要为可持续发展的城市农业建立一个示范中心。当获得足够的投资之后,首个垂直农场可以在15年内启动运行,甚至可能盈利。而政府的支持显然有助于垂直农场的发展   。

    时代要求/垂直农业 编辑

    垂直农业 垂直农业

    随着地球资源被人类的蚕食性开发,可利用的耕地越来越少,全可耕地已被80%利用,而且人口的增加却以每年2%的速度递增,近代农业文明的发展已经对自然造成了严重的破坏,森林的无限制地滥伐开发,耕地的水土流失日渐严重,居住在这个地球上的人类将会面临着食物的危机及环境污染所带来的健康危害,据估计到2025年,人居人口将达80亿人,而且城市人口也将占80%,这种高度集居与人口密度的急骤增加,光凭现有的耕地已无法解决人类的食物问题。

    为了寻找农业发展新的突破口,必须对现有农业进行反思回顾,总结技术与经验,批判性地改造传统的农作方式,于是,进行了新农业的探索,这就是在现有可耕土地上高效地利用发挥,使原有的土地利用率与产业率数倍的提高,走向了向空间要土地的技术之路。在技术体系构建上大胆地引用的气雾培技术与空间种植架或板的垂直建设。

    利用价值/垂直农业 编辑

    (图)垂直农业 (图)垂直农业

    垂直农业所构建的垂直农场大大提高了传统设施的利用率,可以使温室大棚的能源投入得到效率最大化的发挥,每亩所产蔬菜的单位投入能源数倍地减少,在当前石油资源紧缺的时代意义十分重要。

    垂直农业不仅在构建农场上能得以利用,对于没有土壤的城市空间也可利用该技术建设微型高效的垂面种植系统,甚至在狭小的室内空间或地下室仓库都可以构建垂面种植系统,采用人工光源进行室内菜园花园的建设,而且在室内栽培时根本无需考虑病虫害的防治,就可以达到免农药无公害的要求,在室内虫的传播路径得以隔绝,环境因子又相对稳定,在加上光源的人工可控性提高,使作物的产量又得以提高与加速,是未来农业发展的一条必然之路,也是未来生态城市建设的一个重要辅助技术与工程。

    垂直农业以其无限的发展空间与生长优势,而成为现代农业先进生产力的代表,是改变当前资源匮乏及环境污染及人力投入过大传统模式的最佳替代农业。

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