垂直农业：它是什么、它的现状和未来

关键信息

• 垂直农业在受控环境中堆叠种植农作物。

• 通过利用垂直空间，这种方法可以提高土地利用效率，使每平方英尺种植更多食物成为可能——在城市和高密度地区尤其有价值。通过闭环灌溉系统可以最大限度地减少用水量，受控环境大大减少了对合成农药的需求，从而促进了更清洁的作物生产。

• 尽管垂直农业有其好处，但它仍面临显着的障碍，例如基础设施的大量前期投资、与照明和气候控制能源消耗相关的高运营成本以及经济上可行的作物范围狭窄。

• 为了应对这些挑战，最近的创新有针对性地降低成本策略，探索垂直农场与温室模式的整合，并扩大生产范围，将绿叶蔬菜以外的作物纳入其中，以提高可扩展性和盈利能力。

• 垂直农业越来越被认为是农业科技行业的关键组成部分，支持全球建设有弹性的粮食系统的努力，特别是在传统农业受到空间、气候或资源限制的地区。

什么是垂直农业？

垂直农业是一种农业方法，涉及在受控的室内环境中垂直堆叠层种植农作物。该方法利用水培、气培和鱼菜共生等技术，能够在受控资源使用的情况下实现一致的粮食生产。

虽然在高层建筑中种植食物的概念可以追溯到 1909 年发表在《生活》杂志上的早期愿景——以垂直堆叠的宅基地和理论上的摩天大楼设想为乌托邦式的食品生产场所——但建筑提案在整个 20 世纪开始实现。早期的贡献包括勒·柯布西耶的《Immeubles-Villas》（1922 年）、SITE 的《高层住宅》（1972 年）以及约翰·希克斯 （John Hix） 的《玻璃屋》中记录的塔式水培植物。亚美尼亚是一些最早投入使用的塔式水培装置的所在地，标志着垂直粮食种植系统的实际开端。

温室和水培系统的技术发展为今天众所周知的垂直农业奠定了基础。Ken Yeang 等富有远见的建筑师和 MVRDV 等设计工作室在 1990 年代和 2000 年代初提出了生物气候摩天大楼和城市农业塔楼。这些作品弥合了建筑和农业之间的差距，影响了大都市地区食品生产建筑的设计。

垂直农业的概念在 1999 年获得了巨大的关注，当时微生物学家和生态学家 Dickson Despommier 与他的研究生重新讨论了这个话题。他提出，一个 30 层的垂直农场可以通过在上层种植农作物和在下层饲养鱼类和家禽来养活 50,000 人。尽管他关于能源使用的一些假设一直存在争议，但 Despommier 的工作帮助全球普及了这一概念。他 2010 年出版的《垂直农场》一书成为讨论城市农业、粮食安全和可持续创新的基础。

垂直农业比传统农业更具可持续性吗？

该行业具有多种可持续发展优势，包括高效土地利用、降低用水量和减少农药依赖。然而，由于漂绿的兴起，围绕垂直农业对环境影响的讨论变得越来越复杂——漂绿是一种关于环境效益的误导性声明的做法。正如亨利·戈登-史密斯 （Henry Gordon-Smith） 在 COP28 期间强调的那样，垂直农业公司有时会夸大可持续发展的主张，特别是在能源效率和用水等领域，而往往没有提供透明的数据。

2021 年 CEA 人口普查显示，虽然 70% 的受访者声称跟踪用水情况，但只有 40% 的受访者能够提供可靠的数据。同样，尽管 62% 的人报告跟踪能源消耗，但只有 28% 的人提交了可验证的数字，提供农场使用细分的人数就更少了。这种差异阻碍了该行业的信誉，并掩盖了正在取得的真正进展。

此外，Agritecture 的 CEA 可持续发展传播指南等工具强调，温室通常比垂直农场消耗的能源少得多——每公斤产品可减少 86% 的千瓦时——这引发了有关能源采购和运营效率的重要考虑因素。尽管存在这些挑战，垂直农业仍然具有潜力，特别是在减少食物里程和提高每平方英尺产量的能力方面。真正的进步将要求公司用证据支持环境声明，避免模糊或夸大的陈述，并促进诚实、数据驱动的关于其可持续发展绩效的沟通。

哪些作物在垂直农场中茁壮成长？

VF 对绿叶蔬菜、香草、芳香剂和微型蔬菜等作物最有效，这些作物在受控环境中一直表现出商业可行性。现实世界的成功案例包括城市中心和偏远地区的运营农场。

草莓和西红柿等结果作物也取得了一些成功，尽管扩大生产规模的努力仍处于起步阶段。有一些值得注意的例子，尽管数量有限，但小型企业在受限环境中成功种植作物，包括偏远岛屿上的集装箱农场。

同时，块根类蔬菜和小麦、水稻等主要作物由于对空间和能源的需求较高，仍处于研究阶段，这使得当前的垂直系统不太适合大规模生产。一些农林业项目已经开始利用垂直农业来种植豆芽和幼苗，作为更广泛的综合系统的一部分。这些举措的早期成果非常有希望，展示了垂直农业如何通过为受控环境中的早期植物发育提供可靠、有效的方法来支持重新造林工作和生物多样性保护。

垂直农业与传统农业

主要区别

• 土地用途：垂直农业通过利用堆叠层使用更少的土地。

• 耗水量：一些系统比传统方法用水量少得多。

• 农药使用：受控环境可以减少对农药的需求。

• 生产周期：气候控制允许全年作物种植。

与依赖季节周期和外部天气条件的传统农业相比，垂直农业提供了一种独立于这些因素的替代粮食生产方法。

垂直农业的核心原则和技术

• 水培 水培系统在营养丰富的水溶液中种植植物，无需土壤并允许受控的养分管理。

• 气培法气培法涉及将植物根部悬浮在空气中，同时向它们喷洒养分，这可以提高生长效率并减少用水量。

• 鱼菜共生鱼菜共生系统将养鱼与水培相结合，水培法将鱼类废物为植物提供营养，形成一个闭环系统。

• 雾培法雾培法是气培法的一种变体，其中植物根部暴露在由营养丰富的水滴组成的细雾或雾气中。该技术改善了养分吸收和根系氧合，并且正在探索其优化高密度农业系统生长速度和资源效率的潜力。

垂直农业的关键技术和基础设施

• 照明系统LED 植物生长灯提供支持植物生长的人造光，弥补室内环境中自然阳光的不足。

• 气候控制和自动化传感器和自动化系统有助于保持温度、湿度和二氧化碳水平，以优化植物生长条件。

• 结构设计模块化和堆叠式农场结构使垂直农业能够适应不同的城市环境和可用空间。

• 软件和监控实时数据跟踪系统有助于监控工厂健康状况并优化资源使用。

垂直农业能否解决全球粮食短缺问题？

垂直农业有可能通过在城市地区和耕地有限的地区生产粮食来促进粮食安全。然而，它无法单枪匹马地解决全球粮食短缺问题。相反，它是不断增长的农业科技解决方案工具箱中的众多工具之一，旨在提高粮食生产、可持续性和效率。

垂直农业有哪些优势

• 高效土地利用堆叠的种植层可以在更小的占地面积内增加作物产量。

• 节约用水与传统农业相比，一些垂直农业系统的用水量减少了 98%。

• 减少农药使用受控环境可以减少或消除对化学农药的需求。

• 全年生产气候控制可以实现连续的粮食生产，减少对季节性因素的依赖。

• 本地化食品生产在城市地区建立农场可以缩短供应链，提高食品新鲜度。

垂直农业面临哪些挑战

该细分市场面临着影响其广泛采用和长期生存能力的多项挑战。最重要的障碍之一是基础设施和技术所需的高额初始投资，这可能会使进入市场变得困难。此外，对人工照明和气候控制系统的依赖导致大量能源消耗，引发了人们对运营成本和可持续性的担忧。

另一个挑战在于作物限制，因为某些主要作物，如小麦和水稻，还不太适合当前的技术。相反，该行业主要关注绿叶蔬菜、香草和一些水果。最后，管理农场需要水培系统、气候控制和自动化等领域的专业知识，这使得运营复杂性成为更广泛采用需要解决的另一个障碍。

垂直农业的现状如何

近年来，垂直农业发生了重大变化。该行业经历了调整，几家知名公司要么停止运营，要么缩减规模，包括 Bowery Farming、Plenty、Jones Food Company 和 Kalera。高昂的运营成本、能源消耗以及实现盈利能力的挑战导致了这些困难。

然而，自 2023 年底以来，该行业出现了复苏，新的商业模式侧重于成本效率、绿叶蔬菜以外的多样化作物生产以及与温室系统的整合。公司越来越优先考虑可扩展和财务可持续的运营，进一步验证垂直农业作为现代农业的一个组成部分。虽然投资有所反弹——到 2024 年将达到近 6 亿美元——但这种增长高度集中。筹集的资金的很大一部分来自少数几轮大型融资，例如 Oishii 的 1.5 亿美元融资或 GrowUp 的 $50M 轮融资。

垂直农业在哪里发展？

由于政策支持、技术进步和粮食安全需求的结合，几个全球中心已成为垂直农业的主要中心：

• 美国：在城市需求和投资的推动下，纽约、芝加哥和旧金山等城市是初创企业和商业规模运营的所在地。

• 荷兰：作为受控环境农业的先驱，荷兰仍然是农业科技研究和创新的领导者。

• 新加坡：政府的大力支持和有限的土地供应使新加坡成为垂直农业技术的主要采用者。

• 阿拉伯联合酋长国：垂直农业是阿联酋更广泛的国家粮食安全战略的一部分，特别是在迪拜和阿布扎比。

• 日本和韩国：两国在高科技农业方面都取得了进步，日本的植物工厂和韩国的自动化主导农场越来越受欢迎。

• 英国：城市农场继续在伦敦和布里斯托尔等城市兴起，尽管最近的财务挫折考验了几家运营商的韧性。

行业的未来

随着技术的进步，通过 LED 创新和可再生能源提高能源效率可能会使受控环境农业更加可行。将作物多样性扩展到绿叶蔬菜之外，例如浆果和植物苗圃的生产，正在成为一个重点。增强的自动化和人工智能驱动的系统正在提高运营效率、降低成本并优化生产周期。

此外，正在探索将温室与垂直农场相结合的混合农业模式，以结合这两种方法的优势。最后，向开发可扩展且有利可图的商业模式的转变预计将进一步验证这些系统的经济可行性，确保它们成为农业景观的可持续组成部分。