未来可以喂饱地球97亿人的逆天技术,美日等国都有了,中国怎么办

未来可以喂饱地球97亿人的逆天技术,美日等国都有了,中国怎么办

作者丨李浩然

来源丨瞭望智库(ID:zhczyj)

据联合国粮食及农业组织预测,2030年世界总人口有望达到85亿,2050年将会达到97亿。

经测算,想要养活这么多人口,全球粮食产量必须提高70%。

与此同时,随着城市化进程的不断加快,城市人口也越来越多——2050年全球城市人口将会再增加25亿,世界三分之二的人将生活在城市中。

这种情况下,耕地面积势必遭到挤压,城市内部和周边的农业用地也被不断崛起的第二、三产业一步步蚕食。

城市周边没有地方种粮种菜了,那远点的地方行不行?

当然可以,但是在长距离运输途中,粮食的损坏和蔬果的腐烂一直是一个难以完美解决的问题。

仅2016年一年,我国粮食在收割、仓储、运输、加工这些过程中的损失,就超过700亿斤,相当于2亿人1年的分量。

如果再算上更容易变质的蔬果,这个数字就更大了。

一边是人口爆炸性增长,另一边是耕地急剧减少,这似乎将人类推向了一个两难的境地。

未来,要解决如此庞大人口的吃饭问题,我们或许需要一种新的食物生产模式——在摩天大楼里种植粮食蔬菜的垂直农场。

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垂直农场设计效果图

想象这样一个场景:

在市中心的摩天大楼里,

每一个布满LED灯的房间都种着

西红柿、黄瓜、西瓜等等。

听起来是不是很像科幻电影?

其实,这就是垂直农场,

它为解决未来97亿人的吃饭问题提供了无限想象。

1

逆天技术,把农场搬到室内



在垂直农场里,

植物不是种在土里,

而是在一个个垂直堆叠的植物槽里。

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工作人员先将种子撒在特殊的编织物上,

这里用的种子与室外种植无异,

而特殊编织物是用可循环的塑料制品制成,

绿色环保。

种子放好后,

附着种子的编织物被放进植物槽。

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最开始植物的根部是被浸在水里的,

通过水来实现氧化。

后来,科学家们意识到,

如果将营养液雾化进根部,

将会有更好的氧化作用。

于是,就有了“气培法”这一种植方式——

在容器的底部放一些培养液,

植物的根系大部分处于悬空状态,

培养液蒸发后形成气雾,

然后再附着在植物的根系上。

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相比传统种植方式,

在同等面积的情况下,

“气培法”能减少95%的水分消耗,

同时高出75%的产量。

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垂直农场比传统农场的用水量可以节约近95%

 

除了水分和营养,

作物生长的另一个重要需求就是阳光。

垂直农场用LED灯照替代阳光,

能通过控制灯的颜色、强度来适应培养液的成分。

 

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此外,容器内还有负责排气和供氧的小风扇,

以及密布的、可监测作物生长的传感器,

遇到长得不好的会直接摧毁,

免得浪费资源。

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时间久了,

科学家们还研究出了一套算法。

利用算法可以改变蔬菜中营养成分的配比,

从而改变蔬菜、粮食的口味,

比如让西瓜更甜一点、

让辣椒更辣一点。

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更为重要的是,

这些复杂的操作都能通过电脑或手机APP远程控制。

别人以为你在玩手机,

其实是在搞逆天的科学种植!

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2

垂直农场,翻倍的不仅是收成



24小时提供光源,

不需要农药和化肥,

再加上众多科学家和精密仪器的悉心守候,

部分作物的生长期甚至缩短到12—16天,

这样的垂直农场,

首先带来的必然是翻了几番的收成。

美国科学家迪克森·戴斯波米尔的测算显示,

一座占地不足600平方米、

30层高的垂直农场

可为5万人提供大约一年的食物和饮用水。

如果建造大约170座这样的垂直农场,

就能为整个纽约市提供一年的粮食、蔬菜和饮用水。

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美国科学家迪克森·德波尔教授的垂直农场设计图

 

在实践中,

垂直农场的产量也同样惊人,

以现在比较成熟的美国Aero Farms公司为例,

他们一年能收成20次莴苣,

而在美国农业区,

即使在丰收年,一年也只能收3次左右,

这相当于将收成次数至少提高到原来的6倍!

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除了显著提高的收成之外,

垂直农场还有着其他诸多优点,我们一一来看:

一是充分利用土地,

堆叠式的种植将农田延伸到空中,

大大节省了耕地。

二是不再惧怕干旱、洪水、虫害等的影响,

彻底摆脱了“靠天吃饭”。

这个意义是重大的,

相关资料显示,单是我国,

每年因自然灾害而造成的经济损失

就高达上万亿元。

三是环保效能明显,

在垂直农场里,

可以利用雨水收集系统、

中水系统等先进的绿色环保技术,

把农作物生产过程中产生的有机废物

转化成可以利用的清洁能源。

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垂直农场能源流动图

 

一座座高楼大厦

变成了种植园和花坛,

“钢筋混凝土”成为绿色森林,

这对调节城市气候也很有帮助,

城市的夏天将会变得更凉快。

四是丰富了城市文化,

一幢楼里面既可以办公,

又可以进行农作物生产,甚至还能养畜,

工作之余我们可以去看看菜、赏赏花,

周末可以带孩子见识下蔬菜、粮食的生长,

简直不要太“田园范儿”!

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垂直农场设计效果图

 

最后,垂直农场提供了大量就业机会,

它其实是个自给自足的生态系统,

不仅包含农业,

还包含了建筑业、机械制造业等,

不仅需要专业的农业技术专家,

也需要建筑师、工程师、城市规划师等,

这是一系列智慧的集结。

这样的“农场”,实在太亮眼!

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3

优点亮眼,但“硬伤”也很扎眼 



垂直农场就没软肋吗?

库叔带着探究的心情

请教了几位农业及生态方面的朋友。

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他们告诉库叔,

垂直农场的优势确实亮眼,

可劣势也同样扎眼,

从现阶段来看,只是“看上去很美”。

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首先,由于投资较高,

垂直农场对产量的要求也很高。

一些小而精致的蔬菜占用体积较小,

产量勉强及格,

但对于占用空间较大、

生长周期较长的粮食作物来说就不行了。

想要保证垂直农场种的粮够吃,

要么将粮食亩产推高数倍,

要么让小麦或水稻等植株变矮变小,

但目前,这两样都很难做到!

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即使是那些已经开始搞垂直农场的国外公司,

也刻意避开了种粮这块难啃的硬骨头,

他们大多选择种菜。

2015年,谷歌母公司Alphabet停止了

谷歌X实验室的100多个“登月”项目,

其中就有自动化的垂直农业项目。

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“在自动收割和提高光照效率等方面,

我们取得了进展。

但最终,

我们无法以这种方式生产水稻和小麦等主要粮食作物,

因此我们放弃了这一项目。

如果有人能研究出植株较矮的水稻,

请联系我们,

因为这或许就是解决问题的关键。”

谷歌X负责人阿斯特罗·泰勒这样解释道。

 

其次,库叔搞农业研究的朋友表示,

垂直农场不仅对产量要求高,

对技术要求更高。



这是高科技农业与建筑技术的结合,

肯定需要多种领域的专业人才来贡献智慧——

农业经济学家、建筑师、工程师、

农艺学家、城市规划者……

这就复杂了,

人才培养、团队磨合、技术融合等都是问题。

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再次,室内农场的成本和能耗居高不下。

从经济方面来说,

垂直农场的成本每平方米高达5000—10000元,

 一栋高质量的垂直农场就需数十亿美元,

这显然远超传统农业。

而在能耗方面,

垂直农场就更尴尬了,

有数据显示,

如果想利用垂直农业取代美国全年的小麦生产,

仅照明用电就是美国所有电站1年生产总电量的8倍!

 

有这么多“硬伤”,

垂直农场的规模化推行得极其缓慢,

因为从中获利太艰辛,

大多数投资人也就不想往里投钱了。

 

4

望而生畏?依然有人试水



垂直农场“坑”太多,

让众多投资者望而生畏,

但也有一些乐观者,

从这“一半海水,一半火焰”的新生事物中看到了机遇。



在垂直农场的发源地美国,

就有AeroFarms、

Square Roots、

Freight Farms等多家代表性企业。

其中,AeroFarms正在美国纽瓦克建世界最大的垂直农场,

建成后总建筑面积将达69000平方英尺(约6400平方米)。

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AeroFarms公司位于美国新泽西州纽瓦克市的垂直农场建筑效果渲染图

 

这里有必要提一下Square Roots这家公司,

它的创始人叫金布尔·马斯克(Kimbal Musk)。

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金布尔·马斯克(Kimbal Musk)

 

看到“马斯克”这三个字,

再看看这清晰而有立体感的面部轮廓,

高耸带感的鼻梁,还有那利落的下巴,

你能想到谁?

对了,就是“钢铁侠”埃龙·马斯克(Elon Musk)!

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埃龙·马斯克(Elon Musk)

金布尔·马斯克是埃龙·马斯克的弟弟,

哥哥身价过百亿美元,

弟弟身价几十亿美元。

这些年来,

哥哥埃龙忙于造电动车特斯拉,

发射、回收火箭,

并计划挖隧道造地下高铁等等,

成为了名副其实的硅谷“钢铁侠”。

与仰望浩瀚星空的哥哥不同,

金布尔·马斯克只盯着方寸大小的餐桌,

决心把横行上百年的精加工食品赶出这片领地,

推广非工业化健康饮食的理念。

相同的是,他们搞的都是颠覆性的东西。

最初,兄弟俩合伙创办了一家研发建筑软件的公司,

后来他们将公司以3.07亿美元的价格卖了,

当时,金布尔年仅23岁。

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有了第一桶金之后,

哥哥埃龙继续留在硅谷开始了他开挂的人生,

金布尔虽然也有这个实力,

可他觉得成为一名硅谷大佬不是他的追求,

他真正想做的是一名“厨子”。

 

金布尔直接从加州搬到了纽约,

并进入纽约国际烹饪学院开始学做菜!

这给人感觉似乎就是,

身价过亿的青年才俊,

本来在硅谷也能搅弄一番风云,

却开开心心地去了新东方烹饪学校……

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金布尔可不管别人怎么想,

从烹饪学校毕业后,

他迅速投身到饮食行业,

并频频掀起巨浪,

让人们知道一名“顶级吃货”应具备的自我修养。

 

他创立了被称为“美国顶级餐厅”的The Kitchen,

这是一家自己种植食材的家庭式餐厅,

专门提供脱离工业化体系的食物,

但太贵了,普通人吃不起。

金布尔思考了一下,

又创建了覆盖全美的连锁餐馆Next Door,

通过与本地有机农场合作,

让食物“刚下田头,就上灶头”,

从而缩短了产业链,

同时也大幅削减了成本,

让普通大众也消费得起健康安全的美食。

他还建立了普及食品教育的组织The Kitchen Community,

为全美超24万名学生提供亲近自然、学习食物的机会,

帮助孩子们从小就建立健康饮食的理念。

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……

再就是投资建设垂直农场。

只不过,

他的垂直农场跟我们前面介绍的不太一样,

他把农场放在一个个集装箱里,

然后把集装箱安置在废弃的停车场。

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这些可不是普通的工业集装箱,

里面有传感器、照明系统、精密灌溉管道、

气候控制系统等高科技设备。

他们利用数字和模型来改变植物的生长环境,

根据客户需求来订制蔬菜,

比如你想要比较甜的植物,

他们就能为你生产出更甜的植物。

金布尔的公司也在积极探索太阳能发电,

毕竟电力是这项计划最大头的成本。

同时,他也在招募更多企业家参与建设垂直农场,

他经常跟募集来的企业家说:

“怎么种不是难题,

难的是怎么把果实送到每家每户的餐桌上。

Square Roots可能解决不了这个问题,

但是从这里出去的人,

前途不可限量。

要做食品界的亚马逊。

你们当中总有人能做到。

总有人。”

 

除了发源地美国,

还有一些国家也有了垂直农场的雏形,

生产的食品已经能在超市中见到——

比如地狭人稠的岛国日本。

 

2011年福岛核事故之后,

日本的很多土地无法再用来种植,

消费者也不再相信他们的食物。

于是日本企业开始投资垂直农场,

政府、高校和科研单位也给予大力支持,

如今,日本的垂直农场已有150多家,

在全球遥遥领先。

目前,日本最大的垂直农场是Spread,

多种蔬菜从播种到收割都能由机器人来完成,

所使用的机器人具备图像识别功能,

通过对图像特征的识别来判断作物的成熟情况,

这大幅度提高了生产效率,

可节省约50%的人力成本。

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日本的垂直农场中的机器人正在采摘草莓

 

在阳光明媚的新加坡,

垂直农场的外层由玻璃构成,

不需要人工光照来促进作物生长。

可移动植物架上种植着各类蔬菜,

每层架子不断旋转,

架子转到最上面时能晒到日光,温度较高;

转到下面时,温度下降,

温度的变化让蔬果更鲜甜。

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新加坡垂直农场

 

在“牧场之国”荷兰,

有一家名为“植物实验室”的垂直农场企业,

他们采用荷兰飞利浦公司研制的高效率LED光照系统,

大幅降低了垂直农场的用光成本。

此外,韩国、古巴、阿联酋等国也纷纷试水垂直农场。

5

这样的农场,能不能在中国落地生根? 



上面这些试水垂直农场的国家,

其实都是利用自身优势大幅冲淡了高成本,

从而使垂直农场具有了落地生根的可能。

美国有技术,

又有类似金布尔·马斯克这样有魄力的人才。

日本、荷兰、韩国等国靠的也是技术,

比如日本的机器人,

荷兰的LED光照系统。

新加坡、古巴、阿联酋等近赤道国家,

靠的则是充足的阳光。

但即便这样,

垂直农业的大规模推广仍然“道阻且长”,

种植的食物在市场的占比基本可以忽略。

 

那么,中国要不要发展垂直农场?

中国城市规模的急速扩张与城镇化的不断推进,

加剧了建设用地短缺与农田保障的矛盾。

提出垂直农场概念的迪克森·德波尔教授曾表示,

最应该推行垂直农场的国家其实是中国和印度。

 

库叔认为,

对于优点与缺点同样明显的垂直农场,

盲目推进或避而不谈都是不理智的,

最好的方法是利用垂直农场的长处

结合自身国情,

发挥垂直农业应有的优势。

 

光谈理论太虚,

我们来举个例子。

以城中村改造为例,

我们可将城中村改造成

集居住和现代化生产结合的垂直农场。

 

城中村改造,

一直是城市规划中一个比较头疼的问题。

如何改造?

 改造后如何安置村民?

改造后村民如何谋生?

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如果能在原来城中村的基础上,

建成一栋栋垂直农场,

既能居住又能生产,

这样就既可以解决村民安置的问题,

也能解决就业问题,

同时还能为城市居民提供新鲜的农副产品,

改善城市生态环境。

 

 再比如,

中国在城市发展中产生了很多烂尾楼,

如果能利用相应的农业技术,

在烂尾楼里建垂直农场,

一能通过垂直农场的循环技术处理城市废弃物,

二能美观城市环境。

一举两得,

岂不美哉?

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不管怎样,垂直农场给我们解决食品问题,

以及城市问题提供了新的思路,

拓展了我们的思考空间。

诚如中国台湾作家吴明益所说:

“学习如何用不侵犯其他物种权益的方式来供应自己所需,

才是垂直农场最迷人的地方。

唯有朝着这个方向思考,

我们才能拥有一个活着的,

有灵魂的城市。”

(本文图片均源于网络)

参考资料:

《科技信息报》,垂直农业:梦想能否照进现实?

《中国水运》,浅析垂直农场在城市中的应用

 微信公众号“玩物志”《以后 97 亿人都靠它吃饭,这项新技术逆天了》

《中国国土资源报》,摩天大楼里种大田——走进各国垂直农场

《中国科技奖励》,“垂直农场”:又一场新农业变革?

《园林杂志》,垂直农场:是海市蜃楼还是城市绿洲?

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