垂直农业未来已来

买菜，这件原本稀松平常的小事，在疫情封控的情况下，成为每个家庭每天的头等大事，多种渠道齐齐上阵，以保证能够在第一时间预定到足够的蔬菜。

即便如此，买菜依然存在困难。以上海为例，根据上海市人民政府发布的《上海市推进农业⾼质量发展⾏动⽅案（2021—2025年）》，上海的蔬菜⾃给率保持在40%左右。在60%左右的蔬菜主要靠外地供给的情况下，一旦物流中断、供应链受阻，蔬菜就变得紧缺。

保障城市的应急供应成为重要议题。而垂直农业不受气候、季节、位置和地理条件等的影响，不需要使用农田，空间利用率高，可以在城市内一年365天不间断产出蔬菜，被誉为是“城市农业”的一种创新解决方案。

近些年全球垂直农场市场也在快速增长中。据Grand View Research报告，年2020全球垂直农场市场规模为33亿美元，预计2028年将增长至135亿美元，复合年增长率将超过 19.0%。

作为一种充满黑科技的现代化城市农业生产方式，垂直农业发挥的作用远不止于此。本文将系统阐释垂直农业的重要性如何体现、都有哪些形态、可种植的作物及未来突破方向。

垂直农业，可持续的未来  

疫情常态化下，垂直农业的重要性凸显。只要有电源供给，它可以在城际物流阻断、自然灾害、恶劣气候甚至战争等极端情况下，保障蔬菜粮食的供给。站在确保粮食安全、绿色发展和营养健康的角度，垂直农业更是代表了一种可持续的未来。

联合国《世界人口趋势报告》预测，到2050年，全球人口将达到98亿。联合国粮食及农业组织估计，要跟上人口增长速度，到2050年，粮食产量必须增加一倍。

然而，在过去的50年里，农业用地的数量一直保持稳定，约占总可用土地的37%，预计在未来一段时间内，这一数字也不会发生显著变化。此外，受气候变化、自然灾害和环境污染的影响，农作物产量受到显著影响，持续增加了农业损失。

有限的耕地能否满足城市需求是亟需解决的重要议题，很多国家开始把粮食问题视为重中之重。

1、垂直农业凭借其不受气候、天气、季节和地理条件的影响，一年365天、全天24小时不间断培育作物的极大优势，成为创新解决问题的重要方式。

从技术层面上理解，垂直农业属于可控环境农业的一种，区别于传统农业的户外种植，主要在室内种植以蔬菜为主的农作物，是精准环控、水肥一体化系统、环境控制系统、光照系统、自动化系统、植物生长模型算法的集大成，应用了农业以及其他行业的各种“黑科技”，可以严格控制各生产环境要素，比如光、水、温度、CO₂以及其他营养物质等，从而实现农作物全年连续生产，最大限度地增加产量。

2、增加作物产量，保障粮食安全之外，垂直农业在绿色环保上发挥的作用也不容小觑。

传统的农业方式存在耗水量巨大、使用杀虫剂和除草剂、需要大面积用地等不利于绿色环保的问题。垂直农业通过循环使用水资源，极大程度上减少了传统灌溉水蒸发的问题；不需要杀虫剂和除草剂，也就意味着没有农业污染排放；在用地上，垂直农业可在有限的土地上进行立体式种植，且选址自由，减少食品运输路程带来的损耗和对环境的影响。

绿色和平组织曾发布《一线城市可有一流餐桌？北上广“菜篮子”蔬菜调查报告》，针对北京、上海、广州三地的蔬菜供应及安全进行调查，指出蔬菜的品质安全问题令人堪忧。站在营养健康的角度，垂直农业生产出来的产品无农残、洁净免洗，在大小、重量、营养价值、外观和味道上都更甚一筹，改善公众健康；减去长距离运输带来的损耗和营养的流失，将新鲜食材短时间内送达市民手中。

3、值得一提的是，垂直农业除了提供创新种植模式，在育种加速方面也会发挥重要作用。

植物工厂能通过智能化设备模拟不同地域的自然特性，增强种子与环境的匹配度和适应度，更能在相同时间内实现更多次农作物完整生长周期，实现“快速育种”。

譬如，中国农业科学院都市农业研究所植物工厂创新团队与中国水稻研究所钱前院士团队合作，成功实现植物工厂水稻种植60天左右收获的重要突破，将传统大田环境下120天左右的水稻生长周期缩短了一半。

垂直农业都有哪些常见场景？  

垂直农业把原本的大田种植搬到了一个封闭立体的空间里。从大规模的种植到小型的实验，市场上垂直农业有三种常见的形态，即：基于建筑、集装箱式、小型立柜式设备。

基于建筑的工厂、集装箱式和小型立柜式设备这三种形态下，各有哪些代表公司？

数据来源：Crunchbase，制图：光明母港

第一种形态——模块化多层水培生长系统。

其中应用最广泛的莫过于基于建筑的模块化组合设计，用复数个的模块层层叠加，放置在大型仓储设施内部，设施中加入软件来管理最适宜的光谱灯光、肥料类型和空气质量，组成了植物工厂。

国内外植物工厂代表：

国内植物工厂以中科三安为代表。中科三安创立于2015年，目前运营总面积超过40000平方米，主要采用的是模块化多层水培生长系统，包含了叶菜植物工厂、药用植物工厂、茄果类蔬菜植物工厂等。

此类形态下，光明母港的超级植物工厂项目也正在筹备阶段。根据规划，超级植物工厂将打造成兼具精品生产、研学培训和参观展示于一体的生物育种创新科研平台。超级植物工厂采用全程自动化生产模式，预计可以达到每天1~2吨蔬菜的产能规模。除建设世界领先规模的全自动化栽培车间外，超级植物工厂还将嵌入育种实验室、组培实验室，加入科普体验功能，体现商务、科研办公作用，可举行育种技术论坛、实操培训。

国外植物工厂则以AeroFarms、Plenty、Future Crops等为代表，分别主要以气雾层架、垂直水培和基质层架的培育方法为主。

AeroFarms总部位于美国新泽西州，主要通过使用LED照明、气雾栽培技术和气候控制等最新技术进行室内作物种植。气雾栽培法通过闭环系统利用营养、水和氧气来雾化绿色植物的根部，该方法比一般的农田耕作减少95％的水，比水栽法减少40％的用水。

AeroFarms植物工厂，图片来源：AeroFarms官网

Plenty位于美国加利福尼亚州的旧金山，采用LED照明，在浇灌作物方面，选择重力浇灌，这种方式不需要额外的水泵，依靠大自然的重力浇水，在节省了设备成本的同时也减少了农业用水。

Plenty室内植物工厂，图片来源：Plenty官网

Future Crops总部位于荷兰的Poeldijk，主要业务是在多层室内垂直农业系统中种植和加工香料、绿叶菜和新鲜草药，这些作物生长在公司开发的土壤基质中，以尽可能接近自然。与常见的种植作物的条件不同，Future Crops除了利用经过专利调配的复合营养基质，还采用水培或气培系统在独特的基质中种植作物。

Future Crops植物工厂，图片来源：Future Crops官网

第二种形态——集装箱农场。

有着灵活、可移动的特点。其内部结构和组织与模块化设计相同，通常会作为项目试点以及展示用途。

光明母港垂直农业研究中心的集装箱项目在建设推进中，集装箱体内部种植面积可达21.6㎡，同时容纳至少1000株作物生长，日产蔬菜可达3kg。其所有环境生长参数统一由电控系统调整，轻松实现无人化生产运作，通过远程接入还可实时监控内部生长情况，如有紧急情况会及时上传警告信息。除了自有集装箱外，光明母港还引进了中科三安（中国）、Mary Ag （加拿大）、Vertical Fields（以色列）、京东方和未来智农等公司的集装箱产品，学习借鉴优秀案例并运用到光明的项目中。

光明母港垂直农业研究中心，图片来源：光明母港

其中Vertical Fields是一家以色列垂直室内种植解决方案的科技企业。其创新型城市农场，是一个基于土壤的室内陆理系统，尺寸有20英尺与40英尺两种类型，全年均可种植无农药营养丰富的农产品。

Vertical Fields 垂直农业系统

图片来源：Vertical Fields 官网

集装箱工厂多作为垂直农业公司的产品之一，因此行业内主营集装箱模式的公司就值得关注。总部位于波士顿的Freight Farms，主要在集装箱里种植有机蔬菜，采用高科技溶液培养。并把集装箱塞进楼顶、校园等空地里，组成高效并相对友好的城市农业系统。

Freight Farm集装箱，图片来源：Freight Farms官网

第三种形态——小型立柜式农场。

其结构一般是4—5层的小隔层，大小和冰箱类似，产量不大，可能立于地面、可能悬挂在墙上、亦或是摆放在桌面上。客群一般为五星级酒店、咖啡厅、高端料理店等，用户可以按照自己的需求种植。而在疫情下，各类阳台种植机、家用智能机也逐渐开始受到顾客的欢迎。

光明母港在垂直农业项目设立初期，就筹备后续推出模块化、中小型、全算法的种植设备，走近市场，走入家庭。已经与加拿大算法种植企业合作，开发和推广适合国内市场品种需求的“家庭种植”装备，并提供一站式种子、水肥、远程算法控制的服务。引进了Mary Ag的一款智能种植机，据创始人秦楚汉介绍，这是Mary Ag最早在北美推出的一款产品，核心在算法系统，除相关技术专利外，Mary Ag的智能种植机还重视设计和美观，不仅是为了在家里种菜而去做设计，更是考虑到了把自然融入生活。

Mary Ag智能种植机，图片来源：Mary Ag

Infarm 的立柜式农场是为超市生鲜区建造更小店内农业单元，通过使用温室模块，开发出来的室内垂直农业系统能在超市和餐厅等场景下种植植物，消费者可以自行采摘草药和蔬菜。

小型农业单元，图片来源：Infarm官网

垂直农业可种植的作物类型，

从叶菜到浆果，作物品类正不断突破  

在当前垂直农业的模式下，多数情况下只适合于种植矮生、短周期的叶菜类，药用植物等高附加值经济作物，高附加值蔬菜比如香椿，以及一些香料比如迷迭香、薄荷等。

育苗，图片来源：光明母港

蔬菜测试种植，图片来源：光明母港

鲜花测试种植，图片来源：光明母港

相对于传统的大田农业，垂直农业作物品类比较有限，这也被视为垂直农业的短板之一。当前，相关企业正积极作物上品类上作突破，从叶菜类延生到浆果等更多品类。

以中科三安为例，其主要作物品种包含蔬菜、食用花卉、金线莲、果树、茶叶等。作为国内植物工厂产业的代表企业，依托中科院植物研究所和三安集团的优势，中科三安正努力突破当前植物工厂以叶菜品种为主的种植限制，开发包括蓝莓、果树、甜椒、黄瓜、番茄、花卉、茶叶及特殊名贵药材等高附加值作物品种的室内栽培技术及设施装备。

中国科学院植物研究所、中科三安的销售总监李鹏表示，全世界设施农业的从业者基础工作是建立种植品种的生长模型，才能去设立植物生长需要的各种参数。荷兰已经在番茄、花卉、草莓上做出了很多植物生长模型。他相信，植物生长模型会从一般的经济作物、叶菜、花卉，慢慢向更加高附加值的中药材或特殊需求作物来拓展。

从2017年起，Mary Ag的⾃动种植技术已训练了⼆⼗多种植株品类的种植算法。其创始人秦楚汉认为，植物工厂能种多少品类的作物，并不是技术问题，而是投入产出比的问题。未来随着市场认知度的提高、技术和硬件成本的降低，垂直农业可以种植的作物品类也会越来越多。

国外的一批垂直农业公司也积极在品种上做突破，Plenty和Driscoll合作，开展种植室内浆果的项目。Bowery Farming、Singrow、Amplified Ag和Infarm等垂直农业公司也开始涉足草莓种植，向浆果类拓展。

Plenty农场中的草莓，图片来源：agfundernews.com

日本室内农业公司美味农场Oishii已经开始生产销售其在垂直农场中种植的Omakase草莓，正探索在室内垂直农业领域中种植西红柿、甜瓜和辣椒的方法。Infarm以种植出所有种类的水果和蔬菜为最终目标，计划在2022年推出草莓、樱桃、番茄等40种新作物。而早在2019年时，AeroFarms就已种植出550种以上的植物。

对于国外一批垂直农业公司热衷于种植草莓现象，江苏省农科院从事设施农业研究的副研究员鲍恩财博士、从事草莓研究的副研究员陈晓东博士分析，草莓自带流行和焦点属性，附加值比较高。在国内，可在消费水平较高的城市，以垂直农业的方式种植草莓，既可以满足草莓的全年供应和品质稳定，高价值的草莓也可以保证成本和收益的平衡。

在规划里，光明的植物工厂项目也会拓展多品类，目前的作物品类包括白梗、绿蝶、罗勒、三色堇、石斛、金线莲、费米善多酚生菜、白草莓等。举例：母港测试种植的白草莓是喆畋科技核心团队自主研发草莓新贵品种，也叫白美莓，于21年20底正式获批中华人民共和国农业农村部种源权认证保护，该草莓富含果胶+丰富的膳食纤维，远高于柠檬的维C含量，胡萝卜素合成维生素A；另一个在母港测试种植的多酚生菜属于一种功能性蔬菜，由上海费米善科技公司采用充分挖掘和提炼植物次生代谢原理，大幅度提高植物体内功效成分的比例，尤其是植物的抗氧化，抗炎，抗病毒和细菌的特征，将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。

根据农业农村部《中国农业展望报告(2021-2030)》相关数据，未来10年，追求高品质蔬菜的趋势将愈发明显。光明植物工厂项目相关负责人认为，在上海这座特大城市，高品质蔬菜的市场需求是可观的，随着经济的发展，人们对健康安全的要求会越来越高，垂直农业本身也有望大规模推进，其作物品类会越来越丰富。

写在最后

可以看到，垂直农业不是在疫情下忽然受到重视的一种保供方案，而是在技术、产业、市场需求等综合作用下发展出来的一种可持续发展的未来农业模式。

它不单可以在极端环境下保障城市的应急供应，还可以加快育种研发进程，为解决种业“卡脖子”问题提供助力。此外，垂直农业生产更健康营养、更高品质的蔬菜，在作物品类的拓展上瞄准中高端市场，代表了一种高质量现代化的生活方式。

在国家愈发重视粮食安全和种业振兴、提倡农业创新发展的大背景下，智能化、精准可控的农业时代已来，垂直农业将是农业发展的下一个重要竞争市场。

原      创：光明母港垂直农业研究中心

特邀媒体：35斗

审      核：第三大岛 菜菜子