買菜，這件原本稀松平常的小事，在疫情封控的情況下，成為每個(gè)家庭每天的頭等大事，多種渠道齊齊上陣，以保證能夠在第一時(shí)間預(yù)定到足夠的蔬菜。
即便如此，買菜依然存在困難。以上海為例，根據(jù)上海市人民政府發(fā)布的《上海市推進(jìn)農(nóng)業(yè)?質(zhì)量發(fā)展?動(dòng)?案（2021—2025年）》，上海的蔬菜?給率保持在40%左右。在60%左右的蔬菜主要靠外地供給的情況下，一旦物流中斷、供應(yīng)鏈?zhǔn)茏瑁卟司妥兊镁o缺。
保障城市的應(yīng)急供應(yīng)成為重要議題。而垂直農(nóng)業(yè)不受氣候、季節(jié)、位置和地理?xiàng)l件等的影響，不需要使用農(nóng)田，空間利用率高，可以在城市內(nèi)一年365天不間斷產(chǎn)出蔬菜，被譽(yù)為是“城市農(nóng)業(yè)”的一種創(chuàng)新解決方案。
近些年全球垂直農(nóng)場市場也在快速增長中。據(jù)Grand View Research報(bào)告，2020年全球垂直農(nóng)場市場規(guī)模為33億美元，預(yù)計(jì)2028年將增長至135億美元，復(fù)合年增長率將超過 19.0%。
作為一種充滿黑科技的現(xiàn)代化城市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，垂直農(nóng)業(yè)發(fā)揮的作用遠(yuǎn)不止于此。本文將系統(tǒng)闡釋垂直農(nóng)業(yè)的重要性如何體現(xiàn)、都有哪些形態(tài)、可種植的作物及未來突破方向。
垂直農(nóng)業(yè)，可持續(xù)的未來
疫情常態(tài)化下，垂直農(nóng)業(yè)的重要性凸顯。只要有電源供給，它可以在城際物流阻斷、自然災(zāi)害、惡劣氣候甚至戰(zhàn)爭等極端情況下，保障蔬菜糧食的供給。站在確保糧食安全、綠色發(fā)展和營養(yǎng)健康的角度，垂直農(nóng)業(yè)更是代表了一種可持續(xù)的未來。
聯(lián)合國《世界人口趨勢報(bào)告》預(yù)測，到2050年，全球人口將達(dá)到98億。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織估計(jì)，要跟上人口增長速度，到2050年，糧食產(chǎn)量必須增加一倍。
然而，在過去的50年里，農(nóng)業(yè)用地的數(shù)量一直保持穩(wěn)定，約占總可用土地的37%，預(yù)計(jì)在未來一段時(shí)間內(nèi)，這一數(shù)字也不會(huì)發(fā)生顯著變化。此外，受氣候變化、自然災(zāi)害和環(huán)境污染的影響，農(nóng)作物產(chǎn)量受到顯著影響，持續(xù)增加了農(nóng)業(yè)損失。
有限的耕地能否滿足城市需求是亟需解決的重要議題，很多國家開始把糧食問題視為重中之重。
垂直農(nóng)業(yè)憑借其不受氣候、天氣、季節(jié)和地理?xiàng)l件的影響，一年365天、全天24小時(shí)不間斷培育作物的極大優(yōu)勢，成為創(chuàng)新解決問題的重要方式。
從技術(shù)層面上理解，垂直農(nóng)業(yè)屬于可控環(huán)境農(nóng)業(yè)的一種，區(qū)別于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的戶外種植，主要在室內(nèi)種植以蔬菜為主的農(nóng)作物，是精準(zhǔn)環(huán)控、水肥一體化系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、光照系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)、植物生長模型算法的集大成，應(yīng)用了農(nóng)業(yè)以及其他行業(yè)的各種“黑科技”，可以嚴(yán)格控制各生產(chǎn)環(huán)境要素，比如光、水、溫度、CO?以及其他營養(yǎng)物質(zhì)等，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物全年連續(xù)生產(chǎn)，最大限度地增加產(chǎn)量。
增加作物產(chǎn)量，保障糧食安全之外，垂直農(nóng)業(yè)在綠色環(huán)保上發(fā)揮的作用也不容小覷。
傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)方式存在耗水量巨大、使用殺蟲劑和除草劑、需要大面積用地等不利于綠色環(huán)保的問題。垂直農(nóng)業(yè)通過循環(huán)使用水資源，極大程度上減少了傳統(tǒng)灌溉水蒸發(fā)的問題；不需要?dú)⑾x劑和除草劑，也就意味著沒有農(nóng)業(yè)污染排放；在用地上，垂直農(nóng)業(yè)可在有限的土地上進(jìn)行立體式種植，且選址自由，減少食品運(yùn)輸路程帶來的損耗和對環(huán)境的影響。
綠色和平組織曾發(fā)布《一線城市可有一流餐桌？北上廣“菜籃子”蔬菜調(diào)查報(bào)告》，針對北京、上海、廣州三地的蔬菜供應(yīng)及安全進(jìn)行調(diào)查，指出蔬菜的品質(zhì)安全問題令人堪憂。站在營養(yǎng)健康的角度，垂直農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品無農(nóng)殘、潔凈免洗，在大小、重量、營養(yǎng)價(jià)值、外觀和味道上都更甚一籌，改善公眾健康；減去長距離運(yùn)輸帶來的損耗和營養(yǎng)的流失，將新鮮食材短時(shí)間內(nèi)送達(dá)市民手中。
值得一提的是，垂直農(nóng)業(yè)除了提供創(chuàng)新種植模式，在育種加速方面也會(huì)發(fā)揮重要作用。
植物工廠能通過智能化設(shè)備模擬不同地域的自然特性，增強(qiáng)種子與環(huán)境的匹配度和適應(yīng)度，更能在相同時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多次農(nóng)作物完整生長周期，實(shí)現(xiàn)“快速育種”。
譬如，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所植物工廠創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與中國水稻研究所錢前院士團(tuán)隊(duì)合作，成功實(shí)現(xiàn)植物工廠水稻種植60天左右收獲的重要突破，將傳統(tǒng)大田環(huán)境下120天左右的水稻生長周期縮短了一半。
垂直農(nóng)業(yè)把原本的大田種植搬到了一個(gè)封閉立體的空間里。從大規(guī)模的種植到小型的實(shí)驗(yàn)，市場上垂直農(nóng)業(yè)有三種常見的形態(tài)，即：基于建筑、集裝箱式、小型立柜式設(shè)備。
基于建筑的工廠、集裝箱式和小型立柜式設(shè)備這三種形態(tài)下，各有哪些代表公司？
數(shù)據(jù)來源：Crunchbase，制圖：光明母港
▍第一種形態(tài)——模塊化多層水培生長系統(tǒng)。
其中應(yīng)用最廣泛的莫過于基于建筑的模塊化組合設(shè)計(jì)，用復(fù)數(shù)個(gè)的模塊層層疊加，放置在大型倉儲(chǔ)設(shè)施內(nèi)部，設(shè)施中加入軟件來管理最適宜的光譜燈光、肥料類型和空氣質(zhì)量，組成了植物工廠。
國內(nèi)植物工廠以中科三安為代表。中科三安創(chuàng)立于2015年，目前運(yùn)營總面積超過40000平方米，主要采用的是模塊化多層水培生長系統(tǒng)，包含了葉菜植物工廠、藥用植物工廠、茄果類蔬菜植物工廠等。
此類形態(tài)下，光明母港的超級(jí)植物工廠項(xiàng)目也正在籌備階段。根據(jù)規(guī)劃，超級(jí)植物工廠將打造成兼具精品生產(chǎn)、研學(xué)培訓(xùn)和參觀展示于一體的生物育種創(chuàng)新科研平臺(tái)。超級(jí)植物工廠采用全程自動(dòng)化生產(chǎn)模式，預(yù)計(jì)可以達(dá)到每天1~2噸蔬菜的產(chǎn)能規(guī)模。除建設(shè)世界領(lǐng)先規(guī)模的全自動(dòng)化栽培車間外，超級(jí)植物工廠還將嵌入育種實(shí)驗(yàn)室、組培實(shí)驗(yàn)室，加入科普體驗(yàn)功能，體現(xiàn)商務(wù)、科研辦公作用，可舉行育種技術(shù)論壇、實(shí)操培訓(xùn)。
國外植物工廠則以AeroFarms、Plenty、Future Crops等為代表，分別主要以氣霧層架、垂直水培和基質(zhì)層架的培育方法為主。
AeroFarms總部位于美國新澤西州，主要通過使用LED照明、氣霧栽培技術(shù)和氣候控制等最新技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)作物種植。氣霧栽培法通過閉環(huán)系統(tǒng)利用營養(yǎng)、水和氧氣來霧化綠色植物的根部，該方法比一般的農(nóng)田耕作減少95％的水，比水栽法減少40％的用水。
AeroFarms植物工廠，圖片來源：AeroFarms官網(wǎng)
Plenty位于美國加利福尼亞州的舊金山，采用LED照明，在澆灌作物方面，選擇重力澆灌，這種方式不需要額外的水泵，依靠大自然的重力澆水，在節(jié)省了設(shè)備成本的同時(shí)也減少了農(nóng)業(yè)用水。
Plenty室內(nèi)植物工廠，圖片來源：Plenty官網(wǎng)
Future Crops總部位于荷蘭的Poeldijk，主要業(yè)務(wù)是在多層室內(nèi)垂直農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中種植和加工香料、綠葉菜和新鮮草藥，這些作物生長在公司開發(fā)的土壤基質(zhì)中，以盡可能接近自然。與常見的種植作物的條件不同，F(xiàn)uture Crops除了利用經(jīng)過專利調(diào)配的復(fù)合營養(yǎng)基質(zhì)，還采用水培或氣培系統(tǒng)在獨(dú)特的基質(zhì)中種植作物。
Future Crops植物工廠，圖片來源：Future Crops官網(wǎng)
▍第二種形態(tài)——集裝箱農(nóng)場。
有著靈活、可移動(dòng)的特點(diǎn)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織與模塊化設(shè)計(jì)相同，通常會(huì)作為項(xiàng)目試點(diǎn)以及展示用途。
光明母港垂直農(nóng)業(yè)研究中心的集裝箱項(xiàng)目在建設(shè)推進(jìn)中，集裝箱體內(nèi)部種植面積可達(dá)21.6㎡，同時(shí)容納至少1000株作物生長，日產(chǎn)蔬菜可達(dá)3kg。其所有環(huán)境生長參數(shù)統(tǒng)一由電控系統(tǒng)調(diào)整，輕松實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)運(yùn)作，通過遠(yuǎn)程接入還可實(shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)部生長情況，如有緊急情況會(huì)及時(shí)上傳警告信息。除了自有集裝箱外，光明母港還引進(jìn)了中科三安（中國）、Mary Ag （加拿大）、Vertical Fields（以色列）、京東方和未來智農(nóng)等公司的集裝箱產(chǎn)品，學(xué)習(xí)借鑒優(yōu)秀案例并運(yùn)用到光明的項(xiàng)目中。
光明母港垂直農(nóng)業(yè)研究中心，圖片來源：光明母港其中Vertical Fields是一家以色列垂直室內(nèi)種植解決方案的科技企業(yè)。其創(chuàng)新型城市農(nóng)場，是一個(gè)基于土壤的室內(nèi)地理系統(tǒng)，尺寸有20英尺與40英尺兩種類型，全年均可種植無農(nóng)藥營養(yǎng)豐富的農(nóng)產(chǎn)品。
Vertical Fields 垂直農(nóng)業(yè)系統(tǒng)
圖片來源：Vertical Fields 官網(wǎng)
集裝箱工廠多作為垂直農(nóng)業(yè)公司的產(chǎn)品之一，因此行業(yè)內(nèi)主營集裝箱模式的公司就值得關(guān)注?？偛课挥诓ㄊ款D的Freight Farms，主要在集裝箱里種植有機(jī)蔬菜，采用高科技溶液培養(yǎng)。并把集裝箱塞進(jìn)樓頂、校園等空地里，組成高效并相對友好的城市農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。
Freight Farm集裝箱，圖片來源：Freight Farms官網(wǎng)
▍第三種形態(tài)——小型立柜式農(nóng)場。
其結(jié)構(gòu)一般是4—5層的小隔層，大小和冰箱類似，產(chǎn)量不大，可能立于地面、可能懸掛在墻上、亦或是擺放在桌面上?？腿阂话銥槲逍羌?jí)酒店、咖啡廳、高端料理店等，用戶可以按照自己的需求種植。而在疫情下，各類陽臺(tái)種植機(jī)、家用智能機(jī)也逐漸開始受到顧客的歡迎。
光明母港在垂直農(nóng)業(yè)項(xiàng)目設(shè)立初期，就籌備后續(xù)推出模塊化、中小型、全算法的種植設(shè)備，走近市場，走入家庭。已經(jīng)與加拿大算法種植企業(yè)合作，開發(fā)和推廣適合國內(nèi)市場品種需求的“家庭種植”裝備，并提供一站式種子、水肥、遠(yuǎn)程算法控制的服務(wù)。引進(jìn)了Mary Ag的一款智能種植機(jī)，據(jù)創(chuàng)始人秦楚漢介紹，這是Mary Ag最早在北美推出的一款產(chǎn)品，核心在算法系統(tǒng)，除相關(guān)技術(shù)專利外，Mary Ag的智能種植機(jī)還重視設(shè)計(jì)和美觀，不僅是為了在家里種菜而去做設(shè)計(jì)，更是考慮到了把自然融入生活。
Mary Ag智能種植機(jī)，圖片來源：Mary Ag
Infarm 的立柜式農(nóng)場是為超市生鮮區(qū)建造更小店內(nèi)農(nóng)業(yè)單元，通過使用溫室模塊，開發(fā)出來的室內(nèi)垂直農(nóng)業(yè)系統(tǒng)能在超市和餐廳等場景下種植植物，消費(fèi)者可以自行采摘草藥和蔬菜。
小型農(nóng)業(yè)單元，圖片來源：Infarm官網(wǎng)
垂直農(nóng)業(yè)可種植的作物類型，
從葉菜到漿果，作物品類正不斷突破
在當(dāng)前垂直農(nóng)業(yè)的模式下，多數(shù)情況下只適合于種植矮生、短周期的葉菜類，藥用植物等高附加值經(jīng)濟(jì)作物，高附加值蔬菜比如香椿，以及一些香料比如迷迭香、薄荷等。
相對于傳統(tǒng)的大田農(nóng)業(yè)，垂直農(nóng)業(yè)作物品類比較有限，這也被視為垂直農(nóng)業(yè)的短板之一。當(dāng)前，相關(guān)企業(yè)正積極作物上品類上作突破，從葉菜類延生到漿果等更多品類。
以中科三安為例，其主要作物品種包含蔬菜、食用花卉、金線蓮、果樹、茶葉等。作為國內(nèi)植物工廠產(chǎn)業(yè)的代表企業(yè)，依托中科院植物研究所和三安集團(tuán)的優(yōu)勢，中科三安正努力突破當(dāng)前植物工廠以葉菜品種為主的種植限制，開發(fā)包括藍(lán)莓、果樹、甜椒、黃瓜、番茄、花卉、茶葉及特殊名貴藥材等高附加值作物品種的室內(nèi)栽培技術(shù)及設(shè)施裝備。
中國科學(xué)院植物研究所、中科三安的銷售總監(jiān)李鵬表示，全世界設(shè)施農(nóng)業(yè)的從業(yè)者基礎(chǔ)工作是建立種植品種的生長模型，才能去設(shè)立植物生長需要的各種參數(shù)。荷蘭已經(jīng)在番茄、花卉、草莓上做出了很多植物生長模型。他相信，植物生長模型會(huì)從一般的經(jīng)濟(jì)作物、葉菜、花卉，慢慢向更加高附加值的中藥材或特殊需求作物來拓展。
從2017年起，Mary Ag的?動(dòng)種植技術(shù)已訓(xùn)練了??多種植株品類的種植算法。其創(chuàng)始人秦楚漢認(rèn)為，植物工廠能種多少品類的作物，并不是技術(shù)問題，而是投入產(chǎn)出比的問題。未來隨著市場認(rèn)知度的提高、技術(shù)和硬件成本的降低，垂直農(nóng)業(yè)可以種植的作物品類也會(huì)越來越多。
國外的一批垂直農(nóng)業(yè)公司也積極在品種上做突破，Plenty和Driscoll合作，開展種植室內(nèi)漿果的項(xiàng)目。Bowery Farming、Singrow、Amplified Ag和Infarm等垂直農(nóng)業(yè)公司也開始涉足草莓種植，向漿果類拓展。
Plenty農(nóng)場中的草莓，圖片來源：agfundernews.com
日本室內(nèi)農(nóng)業(yè)公司美味農(nóng)場Oishii已經(jīng)開始生產(chǎn)銷售其在垂直農(nóng)場中種植的Omakase草莓，正探索在室內(nèi)垂直農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中種植西紅柿、甜瓜和辣椒的方法。Infarm以種植出所有種類的水果和蔬菜為最終目標(biāo)，計(jì)劃在2022年推出草莓、櫻桃、番茄等40種新作物。而早在2019年時(shí)，AeroFarms就已種植出550種以上的植物。
對于國外一批垂直農(nóng)業(yè)公司熱衷于種植草莓現(xiàn)象，江蘇省農(nóng)科院從事設(shè)施農(nóng)業(yè)研究的副研究員鮑恩財(cái)博士、從事草莓研究的副研究員陳曉東博士分析，草莓自帶流行和焦點(diǎn)屬性，附加值比較高。在國內(nèi)，可在消費(fèi)水平較高的城市，以垂直農(nóng)業(yè)的方式種植草莓，既可以滿足草莓的全年供應(yīng)和品質(zhì)穩(wěn)定，高價(jià)值的草莓也可以保證成本和收益的平衡。
在規(guī)劃里，光明的植物工廠項(xiàng)目也會(huì)拓展多品類，目前的作物品類包括白梗、綠蝶、羅勒、三色堇、石斛、金線蓮、費(fèi)米善多酚生菜、白草莓等。舉例：母港測試種植的白草莓是喆畋科技核心團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)草莓新貴品種，也叫白美莓，于2021年底正式獲批中華人民共和國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種源權(quán)認(rèn)證保護(hù)，該草莓富含果膠+豐富的膳食纖維，遠(yuǎn)高于檸檬的維C含量，胡蘿卜素合成維生素A；另一個(gè)在母港測試種植的多酚生菜屬于一種功能性蔬菜，由上海費(fèi)米善科技公司采用充分挖掘和提煉植物次生代謝原理，大幅度提高植物體內(nèi)功效成分的比例，尤其是植物的抗氧化，抗炎，抗病毒和細(xì)菌的特征，將普通的生菜中植物多酚含量增加了100多倍，吸收率是普通成分的10倍，口味也更加美好。
根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《中國農(nóng)業(yè)展望報(bào)告(2021-2030)》相關(guān)數(shù)據(jù)，未來10年，追求高品質(zhì)蔬菜的趨勢將愈發(fā)明顯。光明植物工廠項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，在上海這座特大城市，高品質(zhì)蔬菜的市場需求是可觀的，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對健康安全的要求會(huì)越來越高，垂直農(nóng)業(yè)本身也有望大規(guī)模推進(jìn)，其作物品類會(huì)越來越豐富。
可以看到，垂直農(nóng)業(yè)不是在疫情下忽然受到重視的一種保供方案，而是在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、市場需求等綜合作用下發(fā)展出來的一種可持續(xù)發(fā)展的未來農(nóng)業(yè)模式。
它不單可以在極端環(huán)境下保障城市的應(yīng)急供應(yīng)，還可以加快育種研發(fā)進(jìn)程，為解決種業(yè)“卡脖子”問題提供助力。此外，垂直農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更健康營養(yǎng)、更高品質(zhì)的蔬菜，在作物品類的拓展上瞄準(zhǔn)中高端市場，代表了一種高質(zhì)量現(xiàn)代化的生活方式。
在國家愈發(fā)重視糧食安全和種業(yè)振興、提倡農(nóng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的大背景下，智能化、精準(zhǔn)可控的農(nóng)業(yè)時(shí)代已來，垂直農(nóng)業(yè)將是農(nóng)業(yè)發(fā)展的下一個(gè)重要競爭市場。
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