论文部分内容阅读
摘 要：城市化进程加快，耕地面积减少，人口规模的急剧膨胀带来对粮食的巨大需求，城市立体农场应运而生。本文针对城市立体农场的建设可行性，发展面临的困难进行了分析总结，并结合我国现状，提出了在我国进一步建设城市立体农场的前景与构想。
关键词：城市立体农场 垂直农业 可持续发展
根据目前最保守的人口预算估算，至2050年，人口将增长30亿。预计将需要额外的109公顷的土地来养活这些增长的人口，然而，在城市化进程不断加快的今天，城市建筑用地侵占大量农田和林地，导致了农田面积的减少，同时人口规模的急剧膨胀带来对粮食的巨大需求，许多地方都存在粮食危机。即使在粮食供应充足的地区，城市里频发的食品安全问题使人们也进一步提高了对食品安全问题的关注。在大都市，为了满足现代人的需求，很多都市农业观光园的也逐步兴起和扩大。在这些背景下，很多科学家开始对现有的农业生产模式进行反思，试图进一步提高土地利用率和产能，因此城市立体农场应运而生。
一、 城市立体农场的概念
所谓城市立体农场，也被称为城市垂直农场，是为了实现城市粮食与能源供给的一种新型农业生产模式。城市立体农场在高层建筑中营造出农作物的生长环境，将农产品、牲畜养殖根据生长特点分层管理养殖，同时结合能源加工处理系统，拥有集约化，循环化、可持续性强的特点。这个概念最初是由美国哥伦比亚大学的环境学家迪克森·戴斯帕米尔在2000年提出的，并将其定义为一种将大规模的农业生产移入高层建筑，以减少对自然土地侵占的技术，也被称为摩天大楼农业。
二、建设城市立体农场的可行性分析
城市立体农场作为一种新兴的概念，是农学与建筑学、环境学等学科交叉的产物，它在建设过程中除了对建筑设计有较高的要求外，其他的配套能源技术生物技术支持也必不可少。支撑立体农场作物生长的是现代植物栽培技术，主要是滴灌、无土种植法和水培。所谓滴灌就是利用塑料管道将水通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉，可以省水省工，增产增收。无土种植法是把作物悬在半空中，由水蒸汽和养料灌输。水培法是把作物固定在无土水槽里扎根，溶解在水里的营养液在根系周围循环。这几种方法已经成为室内种植农作物的普遍方法，技术也相对成熟。农场电力能源和水资源的供给也是大多采用环保绿色的方法，尤其重视因地制宜的原则。美国哥伦比亚大学教授迪克森提出的构想是在光照强烈的沙漠地区，通过设计延绵数英里的建筑结构，充分利用自然光源进行作物生长和增强光电转换能力。在沿海等多风的地区则可以利用风能。在水循环体系方面，以纽瓦克立体农场的设计为例，利用雨水处理装置，将可利用的雨水净化为中水，用于室内生产及生活；将不可以利用部分及生活污水再处理，用于室外农业浇灌。在废弃物处理方面，除了前面提到的焚烧转化为电能，污水再循环外，还可以在附近修建水产养殖中心，喂养鱼、虾等，将动物的排泄物作为肥料种植农作物，真正实现绿色养殖和资源的循环再利用。城市立体农场在国外已有小规模成功的实验经验，比较有名的有美国芝加哥的垂直农场，它是由城郊一栋废弃仓库改造，已经有两套垂直种植系统投入使用，目前主要以种植绿色蔬菜为主，同时饲养鱼类，并将鱼类排泄物作为肥料种植蔬菜。但是目前更大型的垂直农场的还是停留在设计构想阶段，现阶段比较有名的几大设计构想是比利时建筑设计师文森特-卡尔博特根据蜻蜓的双翼设计了一种所谓的“蜻蜓垂直农场”，加拿大滑鐵卢大学的高登-格拉夫设计的“空中农场”，还有美国的纽约中心农场和纽瓦克立体农场等。
三、发展面临的困境与问题
这种立体农场有传统农场不可比拟的优势，第一，在大楼内纵向种植可以节约大量的耕地，以应对耕地面积不断减少的危机。同时将技术、劳力、物资等进行集约生产，降低了因运输、储存等带来的成本。第二，不受气候等自然因素的影响，生产条件可控，结合无土种植技术可以为不同作物创造最适宜的生长条件，从而达到24小时不间断生产，进一步实现增产增收。在迪克森教授的设计蓝图中，一座占地一亩，30层高的垂直农场，可以为5万人提供一年的食物和饮用水。第三，可以发挥绿色植物的空气净化作用，改善大都市的空气质量。第四，严密的监控可以提早发现病虫害情况，并利用隔离设计，可以有效地防止植物的病虫害的大规模传播。第五，大多数垂直农场采用玻璃外墙，生产过程清晰透明，在一定程度上消除了消费者对食品安全的担忧。在此基础上，它也同时具有观光、生活、教育等功能，更大的满足了现代人的生活需要。
但是很多问题使现阶段城市立体农场的发展仍处于构想阶段，我认为主要原因有三个。第一，这种新型农场集各种高科技的技术于一体，例如无土栽培，能源再生等，同时需要配套的楼体结构和建筑材料加以支撑，造价成本非常高，在贫困落后地区不宜推行。第二，在经济发达的大都市，城市内房地产价格过高，尤其是在繁华路段，立体农场的收益规模还未确定，其是否能承受城市的繁华地段的高地价还有待考量，因此没有投资商贸然行动。第三，公众对这种城市垂直农业的模式存在质疑，大楼里集中饲养动物是否会引发公共卫生安全问题，经过处理后的污水进行作物灌溉是否安全，还有大量农业废弃物的处理会不会影响城市公共卫生等担忧会影响公众对垂直农场的接受度。这些问题势必会对建筑学，生物学和农业学科提出更高的要求，同时需要配合国家政策的支持，尤其是面对着这种农场高投入、低回报的尴尬境地。
四、我国城市立体农场的前景与构想
欧美发达国家率先提出了城市立体农场的概念，并做了大量研究。在亚洲，日本东京一座大厦的地下室内也出现了类似的新型农场，利用1000平方米的空间纵向种植水稻、西红柿和谷物，同时发挥休闲与教育功能，顾客可以免费接受室内农艺培训。而我国在这个领域的研究还处于起步阶段，在2010年，我国首个城市垂直农场设计在深圳诞生，名为“绿美人”，综合运用了风能、太阳能、清洁水再生等多项高新技术，能够实现室内24小时不间断生产粮食作物，饲养牲畜。我认为作为一个有几千年农业文明的国家，应该更进一步积极探索，寻找新的突破口，将传统农业与现代城市相结合。据联合国开发计划署发布的《2013中国人类发展报告》预测，到2030年，中国将新增3.1亿城市居民，城镇化水平将达到70%。届时，中国城市人口总数将超过10亿，城市建设用地需求将会进一步扩大。然而中国的耕地面积由2001年的19.15亿亩下降到2008年的18.25亿亩，近两年虽然总耕地面积又增加，但是人均耕地面积有10多年前的1.58亩减少到1.38亩，仍然低于世界平均水平。再加之我国自然灾害频发，粮食产量难以保持稳定。在这种情况下，城市立体农场的出现，对于我国这样人多地少的国家为解决人口激增与土地资源日趋短缺矛盾及应对全球粮食危机提供了一条全新的思路，向空间要土地，充分利用城市空间，可以大大提高我国人均耕地面积，继续养活十几亿人口。同时，土地集约化生产、能源循环的利用符合我国可持续发展的大政方针，为营造绿色中国、美丽中国创造条件。笔者认为中国城市立体农场的尝试可以从北京、上海、广州这几个大都市开始，在这里以北京为例，北京城市化起点高，发展速度快，城市人口增长迅速，相比起其他城市，北京市的外来人口迁入对城市化的贡献更为明显，第一产业和第一产业人员比重不断下降。第一，在农产品供给方面，这种情况会造成农业生产成本的提高，而且很多农产品需要大量从外地引进，流通环节的成本增加，农产品的价格不断上升，这就使得城市居民的生活成本不断提高。同时耕地面积是有限的，为了保证供应数量，很多农产品的质量难以保证。垂直农场的高产特点可以在一方面提供充足供应，流通环节的减少可以进一步降低成本。同时这种透明的生产模式可以满足高收入人群对食品安全有机的需求。第二，在居民生活方面，大都市的居民越来越重视生态生活，绿色生活等问题，城市立体农场可以一方面为居民提供亲近绿色，科普教育，娱乐休闲的好去处，另一方面也可以作为城市废弃物的处理场所，改善城市大气质量。第三，北京市郊区面积大，空间辽阔，资源丰富，蕴藏着巨大的发展潜力，同时地价与中心区相比较低。因此可以考虑在城郊结合地带建立城市立体农场，也可以进一步带动郊区发展。除此之外，“城中村”、社区中无商业价值的废弃地都可以为城市立体农场提供良好的生长载体。第四，北京市高校众多，人才云集，技术力量雄厚，可以在农场的设计与实施中提供强大的智力和技术支持。除此之外，城市垂直农场的吸纳剩余劳动力，处理城市“三废”等特点可以帮助解决城市过快发展带来的“城市病”等问题。当然，就我国目前的发展水平来看，大规模实施城市立体农场的构想还不太现实。无论是在经济基础上，还是在技术支持上都还无足够能力支撑，中国的农业规模化和机械化生产还处于初级阶段，同时研究城市垂直农场的科研人员也为数不多，如果从国外引进其他配套的技术，必然成本巨大，后期的运营与维护又是一笔巨大的开支。这就需要国家、企业、高校等多方面的配合。首先国家政策上应该大力扶持，加大财政支出，对于有关投资企业给予税收优惠等政策。同时加大科研投入，尤其是在相应的无土栽培技术，能源再生技术等领域，推动不同学科之间的交流合作与协同创新，加强相关领域人才的培养。如果我国可以在这一领域取得突破，我认为可以在一定程度上彻底改变传统的农耕模式，解决粮食供应的一大问题，为中国农业现代化的发展开辟出一片新的天地。2011年BDCL-北方工业大学联合举办城市立体农场全国高校建筑设计有奖竞赛，还有2012年北京798艺术区城市立体农场设计大赛等就是中国在该领域的积极探索，我们相信中国会在城市立体农场的探索、设计、实施之路上走的更远，也相信城市立体农场会有一个更光明的前景。
参考文献：
[1]张玮， 张莉. 立体农场——未来城市与生态发展新模式[J]. 城市环境设计， 2012（10）.
[2]王敬华 贾敬敦 芝加哥都市垂直农场模式及其启示 中国农业科技导报 2013，15，（5）：75-79.
[3]陈旭铭.中国发展建设城市垂直农场的前景探讨[J].现代商贸工业，2011，20：96
[4]陈旭铭.垂直农业在城市发展所面临的问题与策略研究[J]. 生态经济.2013（03）.
[5]陈旭铭. 广州发展建设城市垂直农场的前景探讨[J]. 广东农业科学， 2012， 39（17）：229-232.
[6]Dickson Despommier The rise of vertical farms [J].sci.Amer.2009，301：80-87.
作者简介：卢峙宏（1995—），女，浙江金华人；中国人民大学农业与农村发展学院；13级本科生。
关键词：城市立体农场 垂直农业 可持续发展
根据目前最保守的人口预算估算，至2050年，人口将增长30亿。预计将需要额外的109公顷的土地来养活这些增长的人口，然而，在城市化进程不断加快的今天，城市建筑用地侵占大量农田和林地，导致了农田面积的减少，同时人口规模的急剧膨胀带来对粮食的巨大需求，许多地方都存在粮食危机。即使在粮食供应充足的地区，城市里频发的食品安全问题使人们也进一步提高了对食品安全问题的关注。在大都市，为了满足现代人的需求，很多都市农业观光园的也逐步兴起和扩大。在这些背景下，很多科学家开始对现有的农业生产模式进行反思，试图进一步提高土地利用率和产能，因此城市立体农场应运而生。
一、 城市立体农场的概念
所谓城市立体农场，也被称为城市垂直农场，是为了实现城市粮食与能源供给的一种新型农业生产模式。城市立体农场在高层建筑中营造出农作物的生长环境，将农产品、牲畜养殖根据生长特点分层管理养殖，同时结合能源加工处理系统，拥有集约化，循环化、可持续性强的特点。这个概念最初是由美国哥伦比亚大学的环境学家迪克森·戴斯帕米尔在2000年提出的，并将其定义为一种将大规模的农业生产移入高层建筑，以减少对自然土地侵占的技术，也被称为摩天大楼农业。
二、建设城市立体农场的可行性分析
城市立体农场作为一种新兴的概念，是农学与建筑学、环境学等学科交叉的产物，它在建设过程中除了对建筑设计有较高的要求外，其他的配套能源技术生物技术支持也必不可少。支撑立体农场作物生长的是现代植物栽培技术，主要是滴灌、无土种植法和水培。所谓滴灌就是利用塑料管道将水通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉，可以省水省工，增产增收。无土种植法是把作物悬在半空中，由水蒸汽和养料灌输。水培法是把作物固定在无土水槽里扎根，溶解在水里的营养液在根系周围循环。这几种方法已经成为室内种植农作物的普遍方法，技术也相对成熟。农场电力能源和水资源的供给也是大多采用环保绿色的方法，尤其重视因地制宜的原则。美国哥伦比亚大学教授迪克森提出的构想是在光照强烈的沙漠地区，通过设计延绵数英里的建筑结构，充分利用自然光源进行作物生长和增强光电转换能力。在沿海等多风的地区则可以利用风能。在水循环体系方面，以纽瓦克立体农场的设计为例，利用雨水处理装置，将可利用的雨水净化为中水，用于室内生产及生活；将不可以利用部分及生活污水再处理，用于室外农业浇灌。在废弃物处理方面，除了前面提到的焚烧转化为电能，污水再循环外，还可以在附近修建水产养殖中心，喂养鱼、虾等，将动物的排泄物作为肥料种植农作物，真正实现绿色养殖和资源的循环再利用。城市立体农场在国外已有小规模成功的实验经验，比较有名的有美国芝加哥的垂直农场，它是由城郊一栋废弃仓库改造，已经有两套垂直种植系统投入使用，目前主要以种植绿色蔬菜为主，同时饲养鱼类，并将鱼类排泄物作为肥料种植蔬菜。但是目前更大型的垂直农场的还是停留在设计构想阶段，现阶段比较有名的几大设计构想是比利时建筑设计师文森特-卡尔博特根据蜻蜓的双翼设计了一种所谓的“蜻蜓垂直农场”，加拿大滑鐵卢大学的高登-格拉夫设计的“空中农场”，还有美国的纽约中心农场和纽瓦克立体农场等。
三、发展面临的困境与问题
这种立体农场有传统农场不可比拟的优势，第一，在大楼内纵向种植可以节约大量的耕地，以应对耕地面积不断减少的危机。同时将技术、劳力、物资等进行集约生产，降低了因运输、储存等带来的成本。第二，不受气候等自然因素的影响，生产条件可控，结合无土种植技术可以为不同作物创造最适宜的生长条件，从而达到24小时不间断生产，进一步实现增产增收。在迪克森教授的设计蓝图中，一座占地一亩，30层高的垂直农场，可以为5万人提供一年的食物和饮用水。第三，可以发挥绿色植物的空气净化作用，改善大都市的空气质量。第四，严密的监控可以提早发现病虫害情况，并利用隔离设计，可以有效地防止植物的病虫害的大规模传播。第五，大多数垂直农场采用玻璃外墙，生产过程清晰透明，在一定程度上消除了消费者对食品安全的担忧。在此基础上，它也同时具有观光、生活、教育等功能，更大的满足了现代人的生活需要。
但是很多问题使现阶段城市立体农场的发展仍处于构想阶段，我认为主要原因有三个。第一，这种新型农场集各种高科技的技术于一体，例如无土栽培，能源再生等，同时需要配套的楼体结构和建筑材料加以支撑，造价成本非常高，在贫困落后地区不宜推行。第二，在经济发达的大都市，城市内房地产价格过高，尤其是在繁华路段，立体农场的收益规模还未确定，其是否能承受城市的繁华地段的高地价还有待考量，因此没有投资商贸然行动。第三，公众对这种城市垂直农业的模式存在质疑，大楼里集中饲养动物是否会引发公共卫生安全问题，经过处理后的污水进行作物灌溉是否安全，还有大量农业废弃物的处理会不会影响城市公共卫生等担忧会影响公众对垂直农场的接受度。这些问题势必会对建筑学，生物学和农业学科提出更高的要求，同时需要配合国家政策的支持，尤其是面对着这种农场高投入、低回报的尴尬境地。
四、我国城市立体农场的前景与构想
欧美发达国家率先提出了城市立体农场的概念，并做了大量研究。在亚洲，日本东京一座大厦的地下室内也出现了类似的新型农场，利用1000平方米的空间纵向种植水稻、西红柿和谷物，同时发挥休闲与教育功能，顾客可以免费接受室内农艺培训。而我国在这个领域的研究还处于起步阶段，在2010年，我国首个城市垂直农场设计在深圳诞生，名为“绿美人”，综合运用了风能、太阳能、清洁水再生等多项高新技术，能够实现室内24小时不间断生产粮食作物，饲养牲畜。我认为作为一个有几千年农业文明的国家，应该更进一步积极探索，寻找新的突破口，将传统农业与现代城市相结合。据联合国开发计划署发布的《2013中国人类发展报告》预测，到2030年，中国将新增3.1亿城市居民，城镇化水平将达到70%。届时，中国城市人口总数将超过10亿，城市建设用地需求将会进一步扩大。然而中国的耕地面积由2001年的19.15亿亩下降到2008年的18.25亿亩，近两年虽然总耕地面积又增加，但是人均耕地面积有10多年前的1.58亩减少到1.38亩，仍然低于世界平均水平。再加之我国自然灾害频发，粮食产量难以保持稳定。在这种情况下，城市立体农场的出现，对于我国这样人多地少的国家为解决人口激增与土地资源日趋短缺矛盾及应对全球粮食危机提供了一条全新的思路，向空间要土地，充分利用城市空间，可以大大提高我国人均耕地面积，继续养活十几亿人口。同时，土地集约化生产、能源循环的利用符合我国可持续发展的大政方针，为营造绿色中国、美丽中国创造条件。笔者认为中国城市立体农场的尝试可以从北京、上海、广州这几个大都市开始，在这里以北京为例，北京城市化起点高，发展速度快，城市人口增长迅速，相比起其他城市，北京市的外来人口迁入对城市化的贡献更为明显，第一产业和第一产业人员比重不断下降。第一，在农产品供给方面，这种情况会造成农业生产成本的提高，而且很多农产品需要大量从外地引进，流通环节的成本增加，农产品的价格不断上升，这就使得城市居民的生活成本不断提高。同时耕地面积是有限的，为了保证供应数量，很多农产品的质量难以保证。垂直农场的高产特点可以在一方面提供充足供应，流通环节的减少可以进一步降低成本。同时这种透明的生产模式可以满足高收入人群对食品安全有机的需求。第二，在居民生活方面，大都市的居民越来越重视生态生活，绿色生活等问题，城市立体农场可以一方面为居民提供亲近绿色，科普教育，娱乐休闲的好去处，另一方面也可以作为城市废弃物的处理场所，改善城市大气质量。第三，北京市郊区面积大，空间辽阔，资源丰富，蕴藏着巨大的发展潜力，同时地价与中心区相比较低。因此可以考虑在城郊结合地带建立城市立体农场，也可以进一步带动郊区发展。除此之外，“城中村”、社区中无商业价值的废弃地都可以为城市立体农场提供良好的生长载体。第四，北京市高校众多，人才云集，技术力量雄厚，可以在农场的设计与实施中提供强大的智力和技术支持。除此之外，城市垂直农场的吸纳剩余劳动力，处理城市“三废”等特点可以帮助解决城市过快发展带来的“城市病”等问题。当然，就我国目前的发展水平来看，大规模实施城市立体农场的构想还不太现实。无论是在经济基础上，还是在技术支持上都还无足够能力支撑，中国的农业规模化和机械化生产还处于初级阶段，同时研究城市垂直农场的科研人员也为数不多，如果从国外引进其他配套的技术，必然成本巨大，后期的运营与维护又是一笔巨大的开支。这就需要国家、企业、高校等多方面的配合。首先国家政策上应该大力扶持，加大财政支出，对于有关投资企业给予税收优惠等政策。同时加大科研投入，尤其是在相应的无土栽培技术，能源再生技术等领域，推动不同学科之间的交流合作与协同创新，加强相关领域人才的培养。如果我国可以在这一领域取得突破，我认为可以在一定程度上彻底改变传统的农耕模式，解决粮食供应的一大问题，为中国农业现代化的发展开辟出一片新的天地。2011年BDCL-北方工业大学联合举办城市立体农场全国高校建筑设计有奖竞赛，还有2012年北京798艺术区城市立体农场设计大赛等就是中国在该领域的积极探索，我们相信中国会在城市立体农场的探索、设计、实施之路上走的更远，也相信城市立体农场会有一个更光明的前景。
参考文献：
[1]张玮， 张莉. 立体农场——未来城市与生态发展新模式[J]. 城市环境设计， 2012（10）.
[2]王敬华 贾敬敦 芝加哥都市垂直农场模式及其启示 中国农业科技导报 2013，15，（5）：75-79.
[3]陈旭铭.中国发展建设城市垂直农场的前景探讨[J].现代商贸工业，2011，20：96
[4]陈旭铭.垂直农业在城市发展所面临的问题与策略研究[J]. 生态经济.2013（03）.
[5]陈旭铭. 广州发展建设城市垂直农场的前景探讨[J]. 广东农业科学， 2012， 39（17）：229-232.
[6]Dickson Despommier The rise of vertical farms [J].sci.Amer.2009，301：80-87.
作者简介：卢峙宏（1995—），女，浙江金华人；中国人民大学农业与农村发展学院；13级本科生。