《JS百科》編者的話 <p class="ql-block"><span style="color:rgb(255, 138, 0);">?（</span><span style="color:rgb(237, 35, 8);">2024年9月1日</span><span style="color:rgb(255, 138, 0);">）</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(255, 138, 0);">時光荏苒，《JS每日百科》到今天巳整三年了。非常開心有三百多萬人次的讀者與我倆一起通過美篇平臺瀏覽大千世界，開拓眼界。澳大利亞原住民有一句美麗的諺語：＂我們都是這個時代，這個地方的訪客。我們只是路過。我們在這里的目的是觀察，學習，成長，愛，然后我們回家。”（“We are all visitors to this time, this place. We are just passing through. Our purpose here is to observe, to learn, to grow, to love, and then we return home.”）。我們很辛運處在這個信息時代，讓我們即使足不出戶還能欣賞無盡的自然和人文美。無論編者，還是讀者，本質上我們每個人看到的東西是一樣的，只要有樂意發(fā)現(xiàn)真善美的心靈，而且愿意在愛中分享。在這個意義上說，百科就是我們人生路上一起收獲美好事物的手記。</span></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(255, 138, 0);">感謝大家在評論和私信中給予我們的支持和鼓勵，以及對我們身體的關心。的確，由于年齡和能力所限，百科存在許多不足之處。尤其是每天一期的安排，使得編輯上比較粗糙，內容也較零碎。故自本期起將《JS每日百科》改版為《JS百科》，不再每天一期，而為不定期發(fā)表。力求內容更系統(tǒng)翔實，並以期數(shù)編號，本期為1096期。期待美篇平臺的讀者繼續(xù)相伴而行，也歡迎新朋友查閱往日的《JS每日百科》。</span></p> 開啟今日百科之旅 <p class="ql-block">《JS百科》第1148期，2025年5月15日</p><p class="ql-block"> 新型農業(yè)技術向三維空間進發(fā)，都市圈中的垂直農場</p> <p class="ql-block">英文音頻</p> <p class="ql-block">New farming technology is moving into three-dimensional space: Vertical agriculture in urban areas
</p><p class="ql-block">It’s no secret that the future of agriculture is concerning and needs a change. Overall, the global population is growing at about 1 percent per year, even faster in some countries. Feeding this growing population is sure to be a challenge as time progresses.
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</p><p class="ql-block">Adding to the problem, current and former agricultural practices are incredibly harmful to the planet. Agriculture has been implicated as a driving cause of climate change, deforestation, and soil degradation. The problem is so significant that we’ve lost a third of our arable land over the past 40 years.
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</p><p class="ql-block">We must find better ways of producing food for future generations. Fortunately, new farming technology, such as vertical agriculture, offers an excellent way to meet these challenges and produce the food needed for future generations.</p> <p class="ql-block">新型農業(yè)技術向三維空間進發(fā)，都市圈中的垂直農場
</p><p class="ql-block">農業(yè)的未來令人擔憂，亟需變革，這已不是什么秘密。總體而言，全球人口每年增長約1%，一些國家的增速甚至更快。隨著時間的推移，養(yǎng)活這些不斷增長的人口無疑將是一項挑戰(zhàn)。
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</p><p class="ql-block">此外，當前和以往的農業(yè)實踐對地球環(huán)境的危害極大。農業(yè)被認為是氣候變化、森林砍伐和土壤退化的主要原因。這個問題非常嚴重，以至于我們在過去40年里失去了三分之一的可耕地。
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</p><p class="ql-block">我們必須找到更好的方法為子孫后代生產糧食。幸運的是，垂直農業(yè)(vertical agriculture，見譯注)等新型農業(yè)技術為應對這些挑戰(zhàn)并為子孫后代生產所需糧食提供了一種絕佳的途徑。</p> <p class="ql-block">(譯注：（一）概述
</p><p class="ql-block">什么是垂直農業(yè)？簡單來說，垂直農業(yè)就是在垂直和水平堆疊層中種植作物的做法，而不是傳統(tǒng)的水平農業(yè)。它通常結合了旨在優(yōu)化植物生長的受控環(huán)境農業(yè) ，以及水培 、 魚菜共生和氣培等無土農業(yè)技術?？梢匀菁{垂直農業(yè)系統(tǒng)的一些常見結構包括大樓建筑物、倉庫或集裝箱、溫室、地下隧道和廢棄的礦井等不適合水平農業(yè)的空間中。垂直農業(yè)不僅僅是空間疊放植物，而是需要科學地人工控制溫度、光線、水和濕度，保持微妙的平衡，否則，也會像傳統(tǒng)農場一樣在發(fā)生干旱或洪水時，損失整個作物。
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</p><p class="ql-block">人們很容易將垂直農業(yè)視為一個新概念，尤其是考慮到當今涌現(xiàn)的許多新興高科技的“垂直農業(yè)公司” 。其實不然，植物空間種植的做法可以追溯到幾千年前的人類歷史。今天已知的垂直農業(yè)的第一個例子是約2500年前古代世界七大奇跡之一的巴比倫空中花園。即使是水培農業(yè)也不是全新的。大約一千年前，墨西哥原住民阿茲特克人就發(fā)展了這種做法，稱為“奇南帕斯”(chinampas)，他們在漂浮在河流和湖泊上的木筏上種植植物。在1600年代,法國和荷蘭農民開發(fā)了一種技術更先進的垂直農業(yè)形式:在保留熱量的石墻上種植溫帶氣候水果，創(chuàng)造了自己的小氣候。
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</p><p class="ql-block">垂直農業(yè)的現(xiàn)代概念則由美國哥倫比亞大學公共與環(huán)境健康教授 迪克森·德波米爾(Dickson Despommier) 于1999年提出。德波米爾和他的學生設計了一個可以養(yǎng)活5萬人的30層由玻璃和鋼筋建成的摩天大樓農場。建造160座這種建筑物，就能為紐約所有人提供全年的食糧。雖然該設計至今未付諸實踐，但它成功地普及了垂直農業(yè)的理念。室內的垂直農業(yè)通常包括一種稱為受控環(huán)境農業(yè)(CEA)的做法。CEA涉及一系列圍繞為植物提供最佳條件而設計的技術，包括控制溫度、照明和濕度等因素。</p> <p class="ql-block">（三）垂直農業(yè)類型
</p><p class="ql-block">垂直農業(yè)利用多層結構和先進技術在可控環(huán)境中進行作物生產，根據(jù)技術、設施和種植方式的不同，可分為以下幾種主要類型：
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</p><p class="ql-block">1）水培系統(tǒng)（Hydroponics）：作物根系浸泡在營養(yǎng)液中，無需土壤，通過水循環(huán)提供養(yǎng)分。水資源利用效率高（比傳統(tǒng)農業(yè)節(jié)水約90%），適合葉菜（如生菜、菠菜）和草本植物。使用水培技術在多層架上種植葉菜，系統(tǒng)簡單，產量穩(wěn)定，但對水質和營養(yǎng)液管理要求高。
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</p><p class="ql-block">2）氣培系統(tǒng)（Aeroponics）： 作物根系懸浮在空氣中，通過噴霧裝置定期噴灑營養(yǎng)液。比水培更節(jié)約水（節(jié)水95%以上），適合高附加值作物如草莓和藥用植物。其優(yōu)店=點是根系氧氣充足，生長速度快，但噴霧系統(tǒng)維護成本高，技術復雜。
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</p><p class="ql-block">3）土壤基垂直農業(yè)（Soil-based Vertical Farming）：在多層架上使用土壤或類似基質（如椰糠）種植作物，結合人工光源和灌溉系統(tǒng)。適合多種作物，包括根莖類（如胡蘿卜）和小型果樹。其優(yōu)勢是技術門檻較低，適合傳統(tǒng)農業(yè)轉型，但土壤管理復雜，重量增加建筑負荷。
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</p><p class="ql-block">4）集裝箱式垂直農業(yè)（Container Farming）：在改造后的集裝箱內進行垂直種植，配備LED燈、氣候控制和自動化系統(tǒng)。特點是模塊化設計，適合城市環(huán)境和小規(guī)模生產，可快速部署。適合租賃模式，但空間有限，擴展性較差。
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</p><p class="ql-block">5）混合系統(tǒng)（Hybrid Systems）：結合水培、氣培或土壤基技術，利用物聯(lián)網（IoT）和人工智能優(yōu)化生產。特點是靈活性高，可根據(jù)作物和市場需求調整。可以結合大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化光照和營養(yǎng)，技術先進，產量和質量可控，但初始投資和維護成本極高。</p> <p class="ql-block">（四）垂直農業(yè)面臨挑戰(zhàn)
</p><p class="ql-block">然而，與傳統(tǒng)平面農場相比，目前垂直農業(yè)技術面臨經濟挑戰(zhàn)，主要包括高昂的初始投資成本、運營成本（特別是能耗）、技術復雜性以及市場競爭壓力。
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</p><p class="ql-block">首先，垂直農業(yè)需要建造高度技術化的設施，包括多層種植架、LED照明系統(tǒng)、氣候控制系統(tǒng)、水培或氣培設備等。這些設施的建設成本遠高于傳統(tǒng)農場的土地和基礎設備投入。根據(jù)劍橋咨詢公司2019年的報告，建造一個中等規(guī)模的垂直農場的初始成本通常在500萬至2000萬美元之間，具體取決于規(guī)模和技術復雜性，而傳統(tǒng)農場的土地和基礎設備成本通常僅為每平方米12至50美元。例如，美國垂直農業(yè)公司(Plenty)在2017年B輪融資中獲得軟銀愿景基金的2億美元投資，用于建設高科技垂直農場，顯示了垂直農業(yè)其資本密集的特性。
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</p><p class="ql-block">其次，是它的高運營成本（特別是能耗）。垂直農業(yè)依賴人工照明（如LED）和氣候控制系統(tǒng)，導致電費和維護成本顯著高于傳統(tǒng)農業(yè)。傳統(tǒng)農場主要依賴自然光和降雨，運營成本較低。據(jù)維薩拉（Vaisala）2023年的研究，垂直農場的能耗成本占總運營成本的50%-70%，其中照明和空氣管理（空調、除濕等）是主要開支。相比之下，傳統(tǒng)農業(yè)的能耗成本通常僅占總成本的10%-20%。例如，一個1000平方米的垂直農場每年電費可能高達10萬至50萬美元（取決于電價和作物類型），而同等面積的傳統(tǒng)農場可能僅需1萬至5萬美元用于灌溉和機械化操作。
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</p><p class="ql-block">再者，垂直農業(yè)需要精確控制溫度、濕度、光照和營養(yǎng)液供應，涉及復雜的自動化系統(tǒng)和傳感器技術。這些系統(tǒng)的維護和更新成本高，且需要專業(yè)技術人員支持。據(jù)估計，垂直農場的自動化和智能控制系統(tǒng)維護成本每年約占總運營成本的15%-25%，而傳統(tǒng)農業(yè)的機械維護成本通常低于5%。例如，一個垂直農場可能需要投資10萬至50萬美元用于安裝傳感器和控制系統(tǒng)，且每年維護費用約2萬至10萬美元，而傳統(tǒng)農場可能僅需簡單灌溉系統(tǒng)，維護成本低至每年數(shù)千美元。
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</p><p class="ql-block">垂直農業(yè)生產的作物（如葉菜、草莓）通常面向高端市場，價格較高，例如，垂直農場生產的生菜成本約為每公斤5-10美元，而傳統(tǒng)農場僅為每公斤0.5-1.5美元，價格差距顯著。因此，垂直農場面臨傳統(tǒng)農業(yè)和溫室農業(yè)的競爭。2021年，美國垂直農業(yè)公司AeroFarms因高運營成本和市場競爭壓力申請破產重組，盡管其技術先進，但難以與傳統(tǒng)農業(yè)的低價作物競爭。還有，雖然垂直農業(yè)在水資源利用上具有優(yōu)勢（水耗比傳統(tǒng)農業(yè)低90%），但其高成本導致投資回報周期（ROI）較長，增加了經濟風險。垂直農場的投資回報周期通常為5-10年，而傳統(tǒng)農場的回報周期一般為2-5年。例如，一個投資1000萬美元的垂直農場可能需要7-8年才能實現(xiàn)盈利，而傳統(tǒng)農場投資100萬美元的設施可能在3-4年內即可收回成本。目前，對于沙拉蔬菜等高價值產品來說可能具有成本效益，但它們還不能種植所有類型的作物。所以規(guī)模化生產以降低單位成本仍是垂直農業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)。</p> <p class="ql-block">（五）垂直農業(yè)前景
</p><p class="ql-block">盡管垂直農業(yè)面臨上述多重挑戰(zhàn)，其前景依然被廣泛看好，主要基于以下原因和趨勢：
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</p><p class="ql-block">1）城市化與本地化需求：全球城市人口預計到2050年將達到68%（聯(lián)合國數(shù)據(jù)），城市對新鮮、可持續(xù)農產品的需求激增。垂直農業(yè)可實現(xiàn)“從農場到餐桌”的短供應鏈，減少運輸成本和碳足跡。同時，垂直農業(yè)生產的無農藥、高品質作物（如有機生菜、微型蔬菜）迎合了健康飲食趨勢。據(jù)2024年數(shù)據(jù)，全球有機食品市場規(guī)模預計到2028年達到5000億美元，垂直農業(yè)可占據(jù)一定份額。此外，在土地資源有限或氣候惡劣的地區(qū)（如中東、沙漠地區(qū)），垂直農業(yè)提供可靠的糧食生產方案。例如，迪拜的Bustanica垂直農場2023年成為全球最大室內農場，占地33萬平方米，日產3000公斤葉菜，卻減少用水量95%。
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</p><p class="ql-block">2.) 技術進步降低成本：LED照明技術不斷進步，能耗降低且光譜優(yōu)化促進作物生長。根據(jù)2023年《農業(yè)工程學報》，新型LED燈的能效比五年前提高了30%-40%，顯著降低電費（占運營成本50%-70%）。另外，物聯(lián)網和人工智能的應用減少人工成本并優(yōu)化資源利用。例如，許多公司使用機器人管理種植，人工成本降低約20%。未來，規(guī)模化生產有望進一步攤薄單位成本。垂直農場還開始采用太陽能和風能。例如，荷蘭的PlantLab農場2024年宣布其新設施50%的電力來自可再生能源，降低長期運營成本。
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</p><p class="ql-block">3. 政策支持與投資熱潮：目前，世界上已有多國政府通過補貼和稅收優(yōu)惠支持垂直農業(yè)。例如，新加坡2023年推出“30 by 30”計劃，目標到2030年本地生產30%的食品，垂直農業(yè)獲大量資金支持。據(jù)PitchBook數(shù)據(jù)，2020-2024年全球垂直農業(yè)初創(chuàng)公司累計融資金額超過50億美元，顯示投資者對其長期潛力的信心。再如，Bowery Farming 2023年融資3億美元用于擴展。此外，零售商（如沃爾瑪）和科技公司（如微軟）開始與垂直農業(yè)企業(yè)合作，整合供應鏈和技術資源，增強市場競爭力。
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</p><p class="ql-block">4. 環(huán)境與社會效益：垂直農業(yè)用水量僅為傳統(tǒng)農業(yè)的5%-10%，在水資源短缺地區(qū)優(yōu)勢明顯。垂直農業(yè)不受天氣和季節(jié)限制，可全年生產，應對氣候變化帶來的農業(yè)風險。垂直農業(yè)創(chuàng)造高技能就業(yè)機會（如數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)維護），并推動農業(yè)教育的現(xiàn)代化。通過模塊化設計（如集裝箱農場）和共享設施降低初始成本，縮短回報周期（目前5-10年，目標3-5年）?？稍偕茉春湍苄Ъ夹g（如熱回收系統(tǒng)）逐步降低電費負擔。聚焦高附加值作物和本地化市場，避開傳統(tǒng)農業(yè)的低價競爭。例如，垂直農場生產的微型蔬菜每公斤售價可達20-50美元，遠高于普通蔬菜。模塊化設備和云端管理平臺（如FarmOS）降低技術門檻，吸引中小型企業(yè)進入。
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</p><p class="ql-block">總之，盡管垂直農業(yè)面臨經濟和技術挑戰(zhàn)，但未來，隨著成本下降和市場接受度提高，垂直農業(yè)有望在全球農業(yè)中占據(jù)重要地位，尤其在城市和資源匱乏地區(qū)。據(jù)Statista預測，到2030年，全球垂直農業(yè)市場規(guī)模將從2023年的約50億美元增長至200億美元。2022年，美國《福布斯》列出了驅動農業(yè)發(fā)展的四大技術：垂直農業(yè)與人工智能、區(qū)塊鏈和自主機器及機器人。圍繞垂直農業(yè)進行的理論探索和技術研發(fā)，不僅事關一個地區(qū)的農業(yè)現(xiàn)代化水平，也將成為企業(yè)乃至國家科技競爭的前沿陣地之一，是一個世界級的技術對決主戰(zhàn)場。目前，垂直農業(yè)集中度還不高，以初創(chuàng)企業(yè)為主，呈區(qū)塊鏈分布特點，美國成熟度較高，中國日本發(fā)展速度較快。在垂直農業(yè)的技術領域，中國絲毫沒有落后。許多由跨學科年輕專家組成的企業(yè)已取得技術突破和成本優(yōu)化，生產高附加值作物，提供城市附近的高端市場。</p>