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垂直农业:在摩天大楼里种粮食

 梦泽赤子 2019-03-17
与室外种植相比,在城市的摩天大楼中种植农作物消耗的水和化石燃料较少,还能消除农业径流,提供新鲜食品,并减少对环境的污染。

●    农业正在破坏环境,耕地不足以养活2050年可能达到的95亿人口。

●    在玻璃大厦里种植农作物可以大量减少化石燃料的消耗,促进城市污水的循环利用,现在这些污水正在污染水系。

●    一座30层楼高,占地0.02平方千米的大厦可以生产的农产品,相当于户外9.6平方千米耕地的产量,而产生的负面影响要小得多。

●    目前的水培式温室为世界各国的城市规划师正在考虑发展的垂直农场奠定了基础

环球科学12月31日报道 为满足68亿人的需要,全球种植作物、饲养牲畜所使用的土地面积加起来相当于南美洲的总面积。另外,据人口统计学家预测,到2050年,地球人口将达到 95亿。由于我们每个人每天至少需要1,500卡路里的能量,如果继续采用今天的农作方式,我们的耕地将不得不再增加850万平方千米——相当于一个巴西 的面积,但如此巨大的新增耕地是不存在的。正如美国伟大的幽默作家马克·吐温所说:“想买土地?他们已经不生产土地了!”

农业灌溉消耗了世界上可利用淡水资源的70%,由肥料、杀虫剂、除草剂及淤泥导致的污染使这些水无法饮用。如果这种趋势继续下去的话,某些人口密集的地区 将不可能再提供足够多的安全饮用水。农业生产还消耗大量化石燃料——仅美国就消耗了全球约20%的汽油和柴油。由此产生的温室气体排放当然令人担忧,但更 令人忧心的是,食品价格因此与燃料价格挂钩,导致许多地方的食品价格在2005到2008年间几乎翻了一番。

一些农学家认为,解决这些问题的方法在于采用更为集约化的工业化农作方式,通过转基因和使用更高效的农药来提高作物产量,并减少高度机械化的农作方式。即 使这种方法得以实施,充其量也只能是一个短期补救方法,因为气候条件的快速变化改变了农业景观,甚至阻碍了最有效对策的应用。在奥巴马入主美国白宫后不 久,美国能源部长朱棣文就警告公众说,到本世纪末气候变化可能毁灭加利福尼亚州的农业。

如果我们继续通过大量毁林来开垦新的农田,全球气候变暖将以灾难性的速度加快。而且更多的农业径流(agricultural runoff)将造成大量水文“盲区”,足以使大部分河口、甚至部分海洋变成不毛的荒地。

上述的一切让人忧虑,但更可怕的是,食源性疾病将导致世界范围的大量死亡——沙门氏菌、霍乱、大肠杆菌及志贺氏菌只是其中一部分。更严重的问题是那些威胁 生命的寄生虫传染病,如疟疾和血吸虫病。此外,东南亚大部分地区、非洲大部分地区及中南美洲地区大都使用人类粪便作为肥料(因为商业肥料过于昂贵),结果 促进了寄生虫疾病的传播,受此折磨的人口多达25亿。

显然,我们需要一种根本的解决方法。一个有效应对几乎所有上述问题的战略性改变就是:在严格的控制条件下,在室内的垂直农场中种植农作物。在大都市许多空 置的高楼或多层楼房天台上的温室里种植农作物,可以全年进行食品生产,减少数量可观的淡水使用和垃圾产生,作物感染疾病的风险也更小,而且不需要化石燃料 驱动的机械把农产品从遥远的农场运送过来。垂直农场可以说是我们自己养活自己、养活将不断增加的人口的一场革命。另外,食物的口味也更好,“当地生产”将 成为一种规范。

我的这些描述乍一看似乎有点让人无法理解,但那些详细审查过这项技术的工程师、城市规划师和农业学家一致认为,垂直农业不仅可行,而且应当一试。

不去伤害

    “改造”原始森林和大草原,种植我们所需的食物,其实是在毁灭这个地球,给我们人类带来灾难。农业的最低要求应该类似于医师们所倡导的“不去伤害”。因 此,不要再去伤害我们的地球了。人类一直在进行着前所未有的征服:从19世纪初以来,每一次当马尔萨斯主义者预言的人口增长带来的“世界末日”逼近,都是 科学技术的突破拯救了我们。各种类型的耕作机器、不断改进的肥料和杀虫剂、植物人工繁育获得的更高产量和抗病性,加上对抗常见动物灾害的疫苗和药品,使粮 食生产的增长超过了不断增长的全球人口的基本生存需求。

到上世纪80年代,很多地方的农业生产远远超出了土地能够承受的生产能力,这已经非常明显。农业化学品已经破坏了营养物质恢复的自然循环(生态系统利用这种循环来自维持)。我们必须改变现有的农业技术,使之具有更强的生态可持续性。

正如著名生态学家霍华德·奥德姆(Howard Odum)所言:“大自然知道所有的答案,那么你的问题是什么?”我的问题是:我们怎样才能在地球上生活得很好,同时又可以让地球生态系统得以自然修复? 从来自联合国粮农组织(United Nations Food and Agriculture Organization)的官员,到可持续环境学家、2004年诺贝尔和平奖得主旺加里·马塔伊(Wangari Maathai)和许多气候专家都一致同意:使农田自动恢复为多草或多林的状态,是减缓气候变化最简单、最直接的方法。这些农田可以自然地从周围空气中吸 收二氧化碳这一最丰富的温室气体,把农田放着不管,就可以医治我们的地球。

这样的例子不胜枚举:1953年,朝鲜战争结束之后,南北朝鲜之间建立起一条军事缓冲区(demilitarized zone),开始时只是一个4千米宽的荒芜地带,今天却已经郁郁葱葱,充满活力;曾经分隔东德与西德的光秃秃的走廊,现在也是翠绿无限。上世纪30年代的 美国干旱尘暴区(American dust bowl)由于过牧和干旱而成为荒野,今天又重新成为国家重要的粮仓。整个新英格兰地区从18世纪初后至少被砍伐殆尽过三次,现在却成了大片健壮硬木和北 方森林的家园。

未来前景

由于众多原因,一个人口不断增长的文明社会需要另一种替代性的农作方式。但城市中封闭的摩天大楼真的就是一个实用的选择吗?

答案是肯定的,部分原因是在室内种植作物已经司空见惯了。三种主要技术——滴灌、气培(aeroponics)和水培(hydroponics),已经在 世界范围内得到了成功应用。在滴灌法中,植物生长在轻便的水槽中,这种水槽由惰性材料[如蛭石(vermiculite)]制成,可以反复使用多年,植物 之间连接的细小管子将包含植物营养液的水分精准地滴灌到每一棵植物的根茎基部,从而免除了传统灌溉造成的水资源大量浪费。气培法1982年由K·T·胡比 克(K. T. Hubick)开发出来,后来由美国航空航天局的专家进行了改进,将植物吊在空气中,注入蒸汽和营养物质,还省去了对土壤的需求。

农学家威廉·F·格里克(William F. Gericke)1929年发展了现代水培法。将植物种植在不含土壤的水槽中,溶解了各种营养物质的水则在水槽内循环。第二次世界大战期间,南太平洋地区 用水培法种植了360多万千克的蔬菜,以供应那里的盟军部队。今天,水培温室为室内农作提供了基本原理:作物可以周年生长,时常造成绝收的旱涝灾害得以避 免,由于有理想的生长和成熟条件,作物产量可以达到最大,而且能将人类病原物减到最少。

更为重要的是,水培法使种植者不用担心诸如土壤、降水或温度梯度等室外环境条件,只要有足够的水分和能量供应,室内种植可以在任何地方进行。英国、荷兰、 丹麦、德国、新西兰及其他国家都有大型水培种植设备。美国亚利桑那州沙漠中1.3平方千米的Eurofresh农场是一个很有代表性的实例,那里一年12 个月都种植着大量高品质的番茄、黄瓜和胡椒。

不过这些项目大部分都在半农业区实施,那里可以找到价格合理的土地。长距离的食物运输会增加成本,消耗化石燃料,排放二氧化碳,对环境造成很大损害。将温 室栽培引入到城市的高层建筑中,便可以解决这些问题。我设想可以建一系列覆盖整个城市的三十层大楼,这样就可以用垂直农场实现真正的城市可持续生活:城市 废水可以作为灌溉用水重新回收利用,残存的固体废弃物以及不可食用的植物体都可以通过焚烧来制造驱动涡轮的蒸汽,为农场供电。利用现有的技术,就可以在室 内种植大量的可食用植物(见第60页边栏),邻近的水产中心还可以饲养鱼、虾和一些软体动物。

启动拨款和政府资助的研究中心,将是开启垂直农场的一个途径。大学与卡吉尔(Cargill)、孟山都(Monsanto)、阿彻丹尼尔斯米德兰(Archer Daniels Midland)及IBM等公司的合作也可以为此埋单。任意一种方法都能利用许多农学、工程学和建筑学高校所拥有的潜力巨大的人才库,建成五层楼高、4千平方米的小型样板农场。这些建筑应该成为“操练场”,让研究生、科学家和工程师进行必要的反复试验,然后再建造功能完备的农场。众多公寓、医院和学校的天台也可作为试验基地,这是更稳妥的做法。许多学校都已经有了研究设备,包括美国加利福尼亚大学戴维斯分校、宾夕法尼亚州立大学、罗格斯大学、密歇根州立大学,以及欧洲和亚洲的一些学校。美国亚利桑那大学由吉恩·贾科梅利(Gene Giacomelli)管理的可控环境农业中心(Controlled Environment Agriculture Center)就是最著名的一个实例。

将食物生产和城市生活有机整合到一起,是走向城市生活可持续性的一个重大进步,将发展出一些新型工业,还将出现一些以前无法想象的城市职业——苗圃服务员、种植工和收获工等等。大自然则会从我们以前的破坏中得以修复,传统的农民将被鼓励去种草植树,并因为碳汇而得到报酬。最终,选择性砍伐将成为巨大的木材工业的常态。

本文作者 迪克森· 德斯坡米尔是美国哥伦比亚大学的公共卫生和微生物学教授,也是垂直农场项目负责人,该项目主要是面向开发工作的信息交流平台(参见 www.verticalfarm.com)。几年前,他在洛克菲勒大学从事博士后研究,与勒内·迪博(RenéDubos)成为好友,后者是著名农业科 学家,他把人类生态学的概念介绍给了德斯坡米尔。

本文译者 闵庆文:中国科学院地理科学与资源研究所自然与文化遗产研究中心副主任,博士、研究员,主要从事生态农业与农业文化遗产保护和发展、资源生态与生态系统服务功能评估研究。史媛媛:中国科学院地理科学与资源研究所自然与文化遗产研究中心项目助理。

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