鄭風(fēng)田 許竹青

當(dāng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)遭遇極端氣候變化時(shí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就顯得非常脆弱,。世界銀行預(yù)計(jì)到21世紀(jì)80年代,，氣候變化將會(huì)造成全球農(nóng)業(yè)減產(chǎn)15%以上。與此同時(shí),，人口的增長(zhǎng)又使得農(nóng)民極度缺乏土地,。根據(jù)聯(lián)合國(guó)的人口報(bào)告估計(jì)，到2050年全球?qū)⒂?0億新增人口,，總?cè)丝谶_(dá)93億,。如果依然按照目前的傳統(tǒng)農(nóng)作物生產(chǎn)方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，將需要10⁹公頃的新土地來(lái)生產(chǎn)食物,，但是目前全世界80%的適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土地都已經(jīng)被使用（FAO & NASA）,。未來(lái)的“糧食安全”問(wèn)題如何解決，成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn),。

在此背景下,，以迪克森·戴斯波米爾為代表的科學(xué)家們提出了“農(nóng)業(yè)摩天大廈”的概念。農(nóng)業(yè)摩天大廈是使用最先進(jìn)的室內(nèi)農(nóng)業(yè)技術(shù)從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性?xún)蓚€(gè)方面出發(fā),，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到摩天大樓里的一種創(chuàng)新型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,。農(nóng)業(yè)摩天大廈如果成功運(yùn)作，將會(huì)為都市提供多種多樣的健康食品,，同時(shí)也能夠修復(fù)被傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)所損壞的生態(tài)環(huán)境,。

當(dāng)前，農(nóng)業(yè)摩天大樓設(shè)計(jì)主要分為三類(lèi),，一類(lèi)為節(jié)能型,、一類(lèi)為新能源利用型，還有一類(lèi)將社區(qū)生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合,。本文將對(duì)這三類(lèi)農(nóng)業(yè)摩天大樓的代表性設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹,，對(duì)農(nóng)業(yè)摩天大廈的技術(shù)運(yùn)作方式進(jìn)行說(shuō)明，最后對(duì)農(nóng)業(yè)摩天大廈的優(yōu)勢(shì)和問(wèn)題進(jìn)行介紹并對(duì)如何看待農(nóng)業(yè)摩天大廈給出相關(guān)意見(jiàn),。

（一）農(nóng)業(yè)摩天大廈的設(shè)計(jì)介紹

1. 節(jié)能型農(nóng)業(yè)摩天大廈

（1）美國(guó)伊迪斯格林-溫德?tīng)枒褋喬剞r(nóng)業(yè)摩天大廈

據(jù)紐約時(shí)報(bào)報(bào)道,，2010年2月美國(guó)俄勒岡州波特蘭市計(jì)劃將伊迪斯格林-溫德?tīng)枒褋喬芈?lián)邦大樓改造成為一座農(nóng)業(yè)摩天大廈。這座大樓始建于1975年,，樓高18層,，樓的建筑風(fēng)格乏善可陳，因此通過(guò)這次改造將大大提高其觀賞性,，同時(shí)這座樓將成為全世界最節(jié)能的建筑,。

這個(gè)項(xiàng)目跟一般垂直花園所不同的是,，俄勒岡州波特蘭聯(lián)邦政府大樓將由7個(gè)名為“植物鰭區(qū)”構(gòu)成，“植物鰭區(qū)”從原有建筑內(nèi)伸展出來(lái),，是植物生長(zhǎng)的“花盆”,。整個(gè)項(xiàng)目落成之后的面積是可以達(dá)到四分之三格足球場(chǎng)大小。項(xiàng)目的最初想法是利用植物綠墻為建筑物隔熱保溫降低噪音等,。夏天高溫天氣時(shí)候植物可以很好遮蔽建筑物的,，保持室內(nèi)一個(gè)涼爽的環(huán)境，降低空調(diào)的使用,；冬天植物休眠落葉之后,，部分光線就是直接照射進(jìn)室內(nèi)，可以增加室內(nèi)的溫度,，并且由于墻面有植物保護(hù),，室內(nèi)的熱量流失速度也被減慢，減少冬季室內(nèi)加溫對(duì)于能源的消耗,。

（2）加拿大戈登·格拉夫的農(nóng)業(yè)摩天大廈

加拿大安大略滑鐵盧大學(xué)的戈登·格拉夫設(shè)計(jì)了一座59層的農(nóng)業(yè)摩天大樓,，多倫多星報(bào)的相關(guān)報(bào)道指出，這個(gè)采取水培法的農(nóng)場(chǎng)每年估計(jì)消耗大約8200萬(wàn)度電,，其中大約一半所需電量可由農(nóng)場(chǎng)內(nèi)一家沼氣電廠(利用農(nóng)場(chǎng)廢物分解時(shí)產(chǎn)生的甲烷燃燒發(fā)電)提供,，余下的電量則可利用城市垃圾獲取。戈登的這座農(nóng)業(yè)摩天大樓能夠在合理的成本下產(chǎn)生足夠的電量取代陽(yáng)光,，具有一定的可行性,。

2. 新能源利用型農(nóng)業(yè)摩天大廈

(1) 迪拜海水農(nóng)業(yè)摩天大廈

　　紐約時(shí)報(bào)在2008年7月的一篇相關(guān)報(bào)道中提到，巴黎建筑設(shè)計(jì)師奧古斯丁·羅森斯提赫爾認(rèn)為“農(nóng)業(yè)摩天大廈必須適應(yīng)一些特殊的區(qū)域,，盡量建造在農(nóng)作物種植較為缺乏的地區(qū),，這樣更有意義。”

迪拜是一個(gè)缺少淡水和耕地的國(guó)家,，意大利建筑師克里斯蒂納·法弗萊托和安東尼奧·基拉迪設(shè)計(jì)的海水垂直農(nóng)場(chǎng)將建造在迪拜,，旨在當(dāng)?shù)卦诘褪卟说绒r(nóng)作物極度匱乏的情況下滿(mǎn)足人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求。他們的設(shè)計(jì)理念是將空氣中的一些水蒸汽轉(zhuǎn)換為淡水以灌溉農(nóng)作物,，在這個(gè)垂直農(nóng)場(chǎng)中,，圓盤(pán)形的結(jié)構(gòu)就是一個(gè)個(gè)農(nóng)場(chǎng)。海水流過(guò)建筑中心的管道,，并在流動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)冷卻和補(bǔ)充水份,。

（2）美國(guó)太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)摩天大廈

根據(jù)《紐約》雜志報(bào)道，建筑師克里斯·雅各布斯與哥倫比亞大學(xué)的德波米耶合作設(shè)計(jì)了一家農(nóng)業(yè)摩天大廈,。這家農(nóng)場(chǎng)是世界上首批農(nóng)業(yè)摩天大廈之一,，將建于洛杉磯，其最大特點(diǎn)當(dāng)屬安裝于屋頂?shù)囊粋€(gè)巨型太陽(yáng)能電池板,。電池板可隨著太陽(yáng)移動(dòng),，從而可以最大程度地捕獲陽(yáng)光,。這座建筑物的窗戶(hù)采用可阻隔污染物質(zhì)并且防止水凝結(jié)成水珠的化學(xué)材料，后者能夠讓進(jìn)入窗內(nèi)的陽(yáng)光實(shí)現(xiàn)最大化,，從而幫助作物生長(zhǎng),。

3.農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代社區(qū)結(jié)合型摩天大樓

（1）美國(guó)華盛頓設(shè)計(jì)師的生態(tài)實(shí)驗(yàn)室

美國(guó)西雅圖貝爾鎮(zhèn)社區(qū)自20世紀(jì)80年代起就開(kāi)始建設(shè)城市社區(qū)花園項(xiàng)目。由美國(guó)Weber Thompson建筑師事務(wù)所所設(shè)計(jì)的“生態(tài)實(shí)驗(yàn)室”雖然仍在繼續(xù)該社區(qū)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn),，但同時(shí)也對(duì)其進(jìn)行了拓展。“生態(tài)實(shí)驗(yàn)室”集成了居住區(qū),、教育區(qū)和公共市場(chǎng)等要素,，整棟建筑的能量消耗和水消耗均接近為零?！?/p>

這個(gè)農(nóng)業(yè)摩天大廈是一座12層的生態(tài)實(shí)驗(yàn)室,，擁有居住和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)雙重功能，建在大樓內(nèi)的花園可為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)提供食品,。據(jù)Weber Thompson估計(jì),，在將基本生產(chǎn)成本從收入中扣除后，采用水栽法栽種在生態(tài)實(shí)驗(yàn)室菜園內(nèi)的馬鈴薯和萵苣每年可帶來(lái)大約100萬(wàn)美元收入,，生態(tài)實(shí)驗(yàn)室具有一定的經(jīng)濟(jì)可行性,。

（2）紐約的生活型農(nóng)業(yè)摩天大廈

　　生活型農(nóng)業(yè)摩天大廈由紐約建筑師布萊克·庫(kù)拉塞克設(shè)計(jì)，庫(kù)拉塞克的設(shè)計(jì)理念為,，將城市農(nóng)場(chǎng)建在居住性公寓外部邊緣,。Living Skyscraper的一些樓層將種植溫室農(nóng)作物，這樣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得以貫穿全年,。包括陽(yáng)臺(tái)在內(nèi)的其它一些樓層則種植果樹(shù)等季節(jié)性作物,。第一層將建有一個(gè)農(nóng)民市場(chǎng)，建筑物內(nèi)的居民可以在市場(chǎng)彼此交易或者將收獲的糧食賣(mài)給普通大眾,。

　 （3）“蜻蜓”農(nóng)業(yè)摩天大廈

比利時(shí)建筑設(shè)計(jì)師文森特-卡爾博特根據(jù)蜻蜓的雙翼設(shè)計(jì)了一種所謂的“蜻蜓垂直農(nóng)場(chǎng)”,。這種設(shè)計(jì)方案或許可以解決紐約羅斯福島食品長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題。在這棟132層的巨型建筑中,，包括了28個(gè)不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,，可以供應(yīng)水果、蔬菜,、肉類(lèi),、牛奶和魚(yú)類(lèi)等各種農(nóng)副產(chǎn)品。這棟建筑還包含有多個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū),、辦公區(qū)和居住區(qū)等生活空間,。

（二）農(nóng)業(yè)摩天大廈的運(yùn)作方式

從理論上來(lái)說(shuō)，無(wú)論是從生產(chǎn)技術(shù)還是從能量利用方面,，農(nóng)業(yè)摩天大廈都能夠有效運(yùn)作,。

1. 農(nóng)業(yè)摩天大廈生產(chǎn)技術(shù)

農(nóng)業(yè)摩天大廈在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要技術(shù)主要有三種：滴灌,、氣培和水培。

滴灌法已經(jīng)在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用,，主要是利用塑料管道將水通過(guò)直徑約10mm毛管上的孔口或滴頭送到作物根部進(jìn)行局部灌溉,。對(duì)水的利用率可達(dá)95％，能夠有效節(jié)約水資源,。

水培法是農(nóng)業(yè)摩天大廈采用的主要技術(shù),，它將植物種在不含土壤的水槽中，溶解了各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的水則在水槽內(nèi)循環(huán),。在水培溫室里,，室內(nèi)農(nóng)作物可以全年生長(zhǎng)，時(shí)常造成絕收的旱澇災(zāi)害得以避免,，作物產(chǎn)量可以達(dá)到最大,。水培法使種植者不用擔(dān)心室外環(huán)境條件，只要有足夠的水分和能量供應(yīng),，室內(nèi)種植可以在任何地方進(jìn)行,，而且空間利用非常靈活，不會(huì)破壞土壤的結(jié)構(gòu),。

氣培法是將農(nóng)作物栽培在溫室的沒(méi)有土壤的生物箱內(nèi),，作物根部懸于營(yíng)養(yǎng)液上訪，通過(guò)將營(yíng)養(yǎng)液用氣體的形式噴到作物根部或者是攪拌營(yíng)養(yǎng)液使其產(chǎn)生薄霧以供其生長(zhǎng),。用此方法種植農(nóng)作物可以大量節(jié)約用水,，且已有研究表明，氣培法所生產(chǎn)作物含有更高的鈣和鉀,。從營(yíng)養(yǎng)的角度來(lái)看,，對(duì)人體健康更有益。

2. 農(nóng)業(yè)摩天大廈能量循環(huán)過(guò)程

農(nóng)業(yè)摩天大廈整體運(yùn)作包括電力供應(yīng)系統(tǒng),、水循環(huán)系統(tǒng)和智能化補(bǔ)光系統(tǒng)（grow light）,。

（1）電力供應(yīng)系統(tǒng)

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是依賴(lài)于消耗化石、煤炭等枯竭型能源為代表的靠天吃飯型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系,；但是以垂直農(nóng)業(yè)為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是以太陽(yáng)能,、風(fēng)能、液體內(nèi)能,、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等可循環(huán)、可再生的清潔型能源形成的可控可循環(huán)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系,。

農(nóng)業(yè)摩天大廈的主要能源來(lái)自頂樓太陽(yáng)能板吸收的太陽(yáng)能（如右圖所示）,。此外，樓頂還可以安裝風(fēng)力風(fēng)渦輪，使用風(fēng)電控制器為大樓提供電力供應(yīng),。農(nóng)場(chǎng)的另外一個(gè)重要電力來(lái)源,，是將不可食用的植物顆粒(如玉米麩皮)變成燃料，植物廢料先是被加工成粉末狀,，接著壓縮成可全部燒掉的燃料顆粒,。

按照戴斯波米爾教授的設(shè)想，垂直農(nóng)業(yè)的電力供應(yīng)系統(tǒng)主要采用蒸汽動(dòng)力發(fā)電的方式,，通過(guò)收集城市里殘存的固體廢棄物以及收集垂直農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)所產(chǎn)生的不可食用的植物體,，來(lái)進(jìn)行焚燒制造驅(qū)動(dòng)渦輪的蒸汽，為農(nóng)場(chǎng)供電,。同時(shí)也可以通過(guò)農(nóng)業(yè)摩天大廈底部的下水道將整個(gè)城市的污水都可以流入這個(gè)農(nóng)業(yè)摩天大廈,，其中一半進(jìn)入一部被稱(chēng)作“泥碳”的機(jī)器，這部機(jī)器對(duì)其進(jìn)行加壓加熱,，將其分解成基本物質(zhì)：碳和水。“泥碳”提取水和煤狀的淤泥作為蒸汽機(jī)的動(dòng)力用來(lái)發(fā)電,。剩下的另一半污水通過(guò)消毒滅菌處理,，再加上一個(gè)加熱脫水的過(guò)程變成上層土。

這些方式所收集到的能源都儲(chǔ)存至蓄電池中,，再通過(guò)智能總控器向室內(nèi)高效補(bǔ)光照明系統(tǒng),、溫控系統(tǒng)等控制系統(tǒng)傳輸運(yùn)行所必須的能量，維持整個(gè)農(nóng)場(chǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),。

    （2）水循環(huán)系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)摩天大廈的水循環(huán)系統(tǒng)一方面通過(guò)自身的循環(huán)系統(tǒng)對(duì)雨水進(jìn)行收集和利用,，另一方面也通過(guò)自然過(guò)濾的方式（如利用斑馬貽貝、香蒲等媒介進(jìn)行過(guò)濾）回收利用城市廢水用于灌溉,，甚至可以繼續(xù)凈化過(guò)濾變成飲用水,。雖然工廠內(nèi)部的水資源主要來(lái)源于自身的循環(huán)系統(tǒng)，但是由于植物,、動(dòng)物生長(zhǎng)必然會(huì)消耗掉系統(tǒng)中一部分水,，因此垂直農(nóng)業(yè)的水循環(huán)系統(tǒng)也要具備外部深加工廢水、地下水的功能,。

（3）智能化補(bǔ)光系統(tǒng)

智能化補(bǔ)光系統(tǒng)是采用能夠發(fā)出特定電磁頻譜光譜燈為植物光合作用創(chuàng)造光照條件,。科學(xué)研究表明植物正常發(fā)育過(guò)程都是通過(guò)光合作用,、光形態(tài)反應(yīng),、光周期調(diào)節(jié)來(lái)完成的。植物在光合作用中吸收光能主要由葉綠素a,、葉綠素b和類(lèi)胡羅卜素完成,，其吸收光譜是確定的，而且只吸收特定波段的光譜。但是,，目前在植物生長(zhǎng)中應(yīng)用的人造光源有熒光燈,、高壓鈉燈、金屬鹵燈等,，在垂直農(nóng)業(yè)中將不再使用這些照明方式提供光源,。因?yàn)檫@些光源發(fā)射白光光譜或線狀譜線，光譜匹配不理想,，能夠被植物吸收的只是個(gè)別波段的光,，其他波段的光都被浪費(fèi)，不節(jié)能,；另外,，這些光源產(chǎn)生較多熱量，不利于植物生長(zhǎng),，不能近距離照射植物,，光能的利用效率不高。因此,，在農(nóng)業(yè)摩天大廈中將采用特殊的光譜燈光利用農(nóng)場(chǎng)內(nèi)部產(chǎn)生的電能為作物光合作用創(chuàng)造條件,，以實(shí)現(xiàn)最大化節(jié)能。

（三）農(nóng)業(yè)摩天大樓的優(yōu)勢(shì)及問(wèn)題

迪克森·戴斯波米爾認(rèn)為與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比,，農(nóng)業(yè)摩天大樓有著很多優(yōu)點(diǎn)：1.高產(chǎn),，1畝室內(nèi)農(nóng)場(chǎng)的產(chǎn)量相當(dāng)于4-6室外英畝；2. 生產(chǎn)具有穩(wěn)定性,。垂直農(nóng)場(chǎng)不會(huì)遭受由于氣候所引起的干旱,、洪澇和蟲(chóng)害等威脅而導(dǎo)致產(chǎn)量下降；3.由于不適用除草劑,、除蟲(chóng)劑,、或者化肥，因此垂直農(nóng)場(chǎng)所生產(chǎn)的產(chǎn)品將完全為健康有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品,；4. 垂直農(nóng)場(chǎng)幾乎消除了污水循環(huán)所導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)浪費(fèi),；5. 垂直農(nóng)場(chǎng)將傳統(tǒng)的農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)回歸自然，有助于原有生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù),；6. 垂直農(nóng)場(chǎng)極大的減少了由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所導(dǎo)致的傳染性疾病的發(fā)生幾率,；7. 垂直農(nóng)場(chǎng)將不可使用的植物和動(dòng)物的部分制成甲烷增加能量利用；8. 由于不再使用拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械,，垂直農(nóng)場(chǎng)將極大的減少化石燃料的使用,。

但是仍有不少專(zhuān)家對(duì)農(nóng)業(yè)摩天大廈存在質(zhì)疑。有人認(rèn)為,，農(nóng)業(yè)摩天大廈用于蔬菜水果的種植具有經(jīng)濟(jì)可行性,，但是種植主要農(nóng)作物，比如小麥等，生產(chǎn)成本就會(huì)過(guò)高,。也有人指出,，由于這種農(nóng)業(yè)摩天大廈的造價(jià)、能源消耗本身就非常高,，在成本上不合算,，經(jīng)濟(jì)可行性差。盡管如此,，大多數(shù)專(zhuān)家相信,，這種農(nóng)業(yè)摩天大樓的耕作方式將成為人類(lèi)未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的唯一出路。迪克森·戴斯波米爾認(rèn)為未來(lái)的農(nóng)業(yè)摩天大廈將不僅是農(nóng)業(yè)種植場(chǎng)所,，而是兼具室內(nèi)農(nóng)場(chǎng),、賓館、學(xué)校,、醫(yī)院等社區(qū)功能的綜合性農(nóng)業(yè)摩天大廈,。在這種情況下，其經(jīng)濟(jì)可行性將會(huì)大大提高,。雖然農(nóng)業(yè)摩天大樓仍然處于設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)階段,，但是隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展，以及環(huán)境問(wèn)題,、資源問(wèn)題、氣候問(wèn)題的日益嚴(yán)峻,，農(nóng)業(yè)摩天大樓將逐漸具有經(jīng)濟(jì)可行性,。

筆者認(rèn)為，農(nóng)業(yè)摩天大樓是一種新興事物,，是面向未來(lái)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì),。因此，對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算不能使用當(dāng)前的價(jià)格水平,，對(duì)其可操作性進(jìn)行認(rèn)識(shí)也不能局限于現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)利益的角度,，而是應(yīng)該放眼未來(lái)，站在“環(huán)境保護(hù),、能源利用和糧食安全”的更高更綜合的層面上來(lái)認(rèn)識(shí)這一可能引發(fā)一場(chǎng)新的農(nóng)業(yè)革命的設(shè)計(jì),。因此，對(duì)于農(nóng)業(yè)摩天大廈我們應(yīng)該鼓勵(lì)其相關(guān)研究和設(shè)計(jì),，期待能夠一步步解決技術(shù)性問(wèn)題,，最終使得預(yù)想的節(jié)能高效經(jīng)濟(jì)的農(nóng)業(yè)摩天大廈在未來(lái)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。