買菜,，這件原本稀松平常的小事,，在疫情封控的情況下，成為每個(gè)家庭每天的頭等大事,，多種渠道齊齊上陣,，以保證能夠在第一時(shí)間預(yù)定到足夠的蔬菜。即便如此,，買菜依然存在困難,。以上海為例，根據(jù)上海市人民政府發(fā)布的《上海市推進(jìn)農(nóng)業(yè)?質(zhì)量發(fā)展?動(dòng)?案（2021—2025年）》,，上海的蔬菜?給率保持在40%左右,。在60%左右的蔬菜主要靠外地供給的情況下，一旦物流中斷,、供應(yīng)鏈?zhǔn)茏?，蔬菜就變得緊缺。保障城市的應(yīng)急供應(yīng)成為重要議題,。而垂直農(nóng)業(yè)不受氣候,、季節(jié)、位置和地理?xiàng)l件等的影響,，不需要使用農(nóng)田,，空間利用率高，可以在城市內(nèi)一年365天不間斷產(chǎn)出蔬菜,，被譽(yù)為是“城市農(nóng)業(yè)”的一種創(chuàng)新解決方案,。近些年全球垂直農(nóng)場(chǎng)市場(chǎng)也在快速增長(zhǎng)中。據(jù)Grand View Research報(bào)告,，年2020全球垂直農(nóng)場(chǎng)市場(chǎng)規(guī)模為33億美元,，預(yù)計(jì)2028年將增長(zhǎng)至135億美元,，復(fù)合年增長(zhǎng)率將超過 19.0%。作為一種充滿黑科技的現(xiàn)代化城市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,，垂直農(nóng)業(yè)發(fā)揮的作用遠(yuǎn)不止于此,。本文將系統(tǒng)闡釋垂直農(nóng)業(yè)的重要性如何體現(xiàn)、都有哪些形態(tài),、可種植的作物及未來突破方向,。垂直農(nóng)業(yè)，可持續(xù)的未來
疫情常態(tài)化下,，垂直農(nóng)業(yè)的重要性凸顯,。只要有電源供給，它可以在城際物流阻斷,、自然災(zāi)害,、惡劣氣候甚至戰(zhàn)爭(zhēng)等極端情況下，保障蔬菜糧食的供給,。站在確保糧食安全,、綠色發(fā)展和營(yíng)養(yǎng)健康的角度，垂直農(nóng)業(yè)更是代表了一種可持續(xù)的未來,。聯(lián)合國(guó)《世界人口趨勢(shì)報(bào)告》預(yù)測(cè),，到2050年，全球人口將達(dá)到98億,。聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織估計(jì),，要跟上人口增長(zhǎng)速度，到2050年,，糧食產(chǎn)量必須增加一倍。然而,，在過去的50年里,，農(nóng)業(yè)用地的數(shù)量一直保持穩(wěn)定，約占總可用土地的37%,，預(yù)計(jì)在未來一段時(shí)間內(nèi),，這一數(shù)字也不會(huì)發(fā)生顯著變化。此外,，受氣候變化,、自然災(zāi)害和環(huán)境污染的影響，農(nóng)作物產(chǎn)量受到顯著影響,，持續(xù)增加了農(nóng)業(yè)損失,。有限的耕地能否滿足城市需求是亟需解決的重要議題，很多國(guó)家開始把糧食問題視為重中之重,。1,、垂直農(nóng)業(yè)憑借其不受氣候,、天氣、季節(jié)和地理?xiàng)l件的影響,，一年365天,、全天24小時(shí)不間斷培育作物的極大優(yōu)勢(shì)，成為創(chuàng)新解決問題的重要方式,。從技術(shù)層面上理解,，垂直農(nóng)業(yè)屬于可控環(huán)境農(nóng)業(yè)的一種，區(qū)別于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的戶外種植,，主要在室內(nèi)種植以蔬菜為主的農(nóng)作物,，是精準(zhǔn)環(huán)控、水肥一體化系統(tǒng),、環(huán)境控制系統(tǒng),、光照系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng),、植物生長(zhǎng)模型算法的集大成,，應(yīng)用了農(nóng)業(yè)以及其他行業(yè)的各種“黑科技”，可以嚴(yán)格控制各生產(chǎn)環(huán)境要素,，比如光,、水、溫度,、CO?以及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等,，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物全年連續(xù)生產(chǎn)，最大限度地增加產(chǎn)量,。2,、增加作物產(chǎn)量，保障糧食安全之外,，垂直農(nóng)業(yè)在綠色環(huán)保上發(fā)揮的作用也不容小覷,。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)方式存在耗水量巨大、使用殺蟲劑和除草劑,、需要大面積用地等不利于綠色環(huán)保的問題,。垂直農(nóng)業(yè)通過循環(huán)使用水資源，極大程度上減少了傳統(tǒng)灌溉水蒸發(fā)的問題,；不需要?dú)⑾x劑和除草劑,，也就意味著沒有農(nóng)業(yè)污染排放；在用地上,，垂直農(nóng)業(yè)可在有限的土地上進(jìn)行立體式種植,，且選址自由，減少食品運(yùn)輸路程帶來的損耗和對(duì)環(huán)境的影響,。綠色和平組織曾發(fā)布《一線城市可有一流餐桌,？北上廣“菜籃子”蔬菜調(diào)查報(bào)告》,，針對(duì)北京、上海,、廣州三地的蔬菜供應(yīng)及安全進(jìn)行調(diào)查,，指出蔬菜的品質(zhì)安全問題令人堪憂。站在營(yíng)養(yǎng)健康的角度,，垂直農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品無農(nóng)殘,、潔凈免洗，在大小,、重量,、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、外觀和味道上都更甚一籌,，改善公眾健康,；減去長(zhǎng)距離運(yùn)輸帶來的損耗和營(yíng)養(yǎng)的流失，將新鮮食材短時(shí)間內(nèi)送達(dá)市民手中,。3,、值得一提的是，垂直農(nóng)業(yè)除了提供創(chuàng)新種植模式,，在育種加速方面也會(huì)發(fā)揮重要作用,。植物工廠能通過智能化設(shè)備模擬不同地域的自然特性，增強(qiáng)種子與環(huán)境的匹配度和適應(yīng)度,，更能在相同時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多次農(nóng)作物完整生長(zhǎng)周期,，實(shí)現(xiàn)“快速育種”。譬如,，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所植物工廠創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與中國(guó)水稻研究所錢前院士團(tuán)隊(duì)合作,，成功實(shí)現(xiàn)植物工廠水稻種植60天左右收獲的重要突破，將傳統(tǒng)大田環(huán)境下120天左右的水稻生長(zhǎng)周期縮短了一半,。垂直農(nóng)業(yè)都有哪些常見場(chǎng)景,？ 垂直農(nóng)業(yè)把原本的大田種植搬到了一個(gè)封閉立體的空間里。從大規(guī)模的種植到小型的實(shí)驗(yàn),，市場(chǎng)上垂直農(nóng)業(yè)有三種常見的形態(tài)，即：基于建筑,、集裝箱式,、小型立柜式設(shè)備。基于建筑的工廠,、集裝箱式和小型立柜式設(shè)備這三種形態(tài)下,，各有哪些代表公司？數(shù)據(jù)來源：Crunchbase,，制圖：光明母港第一種形態(tài)——模塊化多層水培生長(zhǎng)系統(tǒng),。其中應(yīng)用最廣泛的莫過于基于建筑的模塊化組合設(shè)計(jì),，用復(fù)數(shù)個(gè)的模塊層層疊加，放置在大型倉儲(chǔ)設(shè)施內(nèi)部,，設(shè)施中加入軟件來管理最適宜的光譜燈光,、肥料類型和空氣質(zhì)量，組成了植物工廠,。國(guó)內(nèi)植物工廠以中科三安為代表,。中科三安創(chuàng)立于2015年，目前運(yùn)營(yíng)總面積超過40000平方米,，主要采用的是模塊化多層水培生長(zhǎng)系統(tǒng),，包含了葉菜植物工廠、藥用植物工廠,、茄果類蔬菜植物工廠等,。此類形態(tài)下，光明母港的超級(jí)植物工廠項(xiàng)目也正在籌備階段,。根據(jù)規(guī)劃,，超級(jí)植物工廠將打造成兼具精品生產(chǎn)、研學(xué)培訓(xùn)和參觀展示于一體的生物育種創(chuàng)新科研平臺(tái),。超級(jí)植物工廠采用全程自動(dòng)化生產(chǎn)模式,，預(yù)計(jì)可以達(dá)到每天1~2噸蔬菜的產(chǎn)能規(guī)模。除建設(shè)世界領(lǐng)先規(guī)模的全自動(dòng)化栽培車間外,，超級(jí)植物工廠還將嵌入育種實(shí)驗(yàn)室,、組培實(shí)驗(yàn)室，加入科普體驗(yàn)功能,，體現(xiàn)商務(wù),、科研辦公作用，可舉行育種技術(shù)論壇,、實(shí)操培訓(xùn),。國(guó)外植物工廠則以AeroFarms、Plenty,、Future Crops等為代表,，分別主要以氣霧層架、垂直水培和基質(zhì)層架的培育方法為主,。AeroFarms總部位于美國(guó)新澤西州,，主要通過使用LED照明、氣霧栽培技術(shù)和氣候控制等最新技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)作物種植,。氣霧栽培法通過閉環(huán)系統(tǒng)利用營(yíng)養(yǎng),、水和氧氣來霧化綠色植物的根部，該方法比一般的農(nóng)田耕作減少95％的水，比水栽法減少40％的用水,。AeroFarms植物工廠,，圖片來源：AeroFarms官網(wǎng)Plenty位于美國(guó)加利福尼亞州的舊金山，采用LED照明,，在澆灌作物方面,，選擇重力澆灌，這種方式不需要額外的水泵,，依靠大自然的重力澆水,，在節(jié)省了設(shè)備成本的同時(shí)也減少了農(nóng)業(yè)用水。Plenty室內(nèi)植物工廠,，圖片來源：Plenty官網(wǎng)Future Crops總部位于荷蘭的Poeldijk,，主要業(yè)務(wù)是在多層室內(nèi)垂直農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中種植和加工香料、綠葉菜和新鮮草藥,，這些作物生長(zhǎng)在公司開發(fā)的土壤基質(zhì)中,，以盡可能接近自然。與常見的種植作物的條件不同,，F(xiàn)uture Crops除了利用經(jīng)過專利調(diào)配的復(fù)合營(yíng)養(yǎng)基質(zhì),，還采用水培或氣培系統(tǒng)在獨(dú)特的基質(zhì)中種植作物。Future Crops植物工廠,，圖片來源：Future Crops官網(wǎng)第二種形態(tài)——集裝箱農(nóng)場(chǎng),。有著靈活、可移動(dòng)的特點(diǎn),。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織與模塊化設(shè)計(jì)相同,，通常會(huì)作為項(xiàng)目試點(diǎn)以及展示用途。光明母港垂直農(nóng)業(yè)研究中心的集裝箱項(xiàng)目在建設(shè)推進(jìn)中,，集裝箱體內(nèi)部種植面積可達(dá)21.6㎡,，同時(shí)容納至少1000株作物生長(zhǎng)，日產(chǎn)蔬菜可達(dá)3kg,。其所有環(huán)境生長(zhǎng)參數(shù)統(tǒng)一由電控系統(tǒng)調(diào)整,，輕松實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)運(yùn)作，通過遠(yuǎn)程接入還可實(shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)部生長(zhǎng)情況,，如有緊急情況會(huì)及時(shí)上傳警告信息,。除了自有集裝箱外，光明母港還引進(jìn)了中科三安（中國(guó)）,、Mary Ag （加拿大）,、Vertical Fields（以色列）、京東方和未來智農(nóng)等公司的集裝箱產(chǎn)品,，學(xué)習(xí)借鑒優(yōu)秀案例并運(yùn)用到光明的項(xiàng)目中。光明母港垂直農(nóng)業(yè)研究中心，圖片來源：光明母港其中Vertical Fields是一家以色列垂直室內(nèi)種植解決方案的科技企業(yè),。其創(chuàng)新型城市農(nóng)場(chǎng),，是一個(gè)基于土壤的室內(nèi)陸理系統(tǒng)，尺寸有20英尺與40英尺兩種類型,，全年均可種植無農(nóng)藥營(yíng)養(yǎng)豐富的農(nóng)產(chǎn)品,。Vertical Fields 垂直農(nóng)業(yè)系統(tǒng)圖片來源：Vertical Fields 官網(wǎng)集裝箱工廠多作為垂直農(nóng)業(yè)公司的產(chǎn)品之一，因此行業(yè)內(nèi)主營(yíng)集裝箱模式的公司就值得關(guān)注,?？偛课挥诓ㄊ款D的Freight Farms，主要在集裝箱里種植有機(jī)蔬菜,，采用高科技溶液培養(yǎng),。并把集裝箱塞進(jìn)樓頂、校園等空地里,，組成高效并相對(duì)友好的城市農(nóng)業(yè)系統(tǒng),。Freight Farm集裝箱，圖片來源：Freight Farms官網(wǎng)第三種形態(tài)——小型立柜式農(nóng)場(chǎng),。其結(jié)構(gòu)一般是4—5層的小隔層,，大小和冰箱類似，產(chǎn)量不大,，可能立于地面,、可能懸掛在墻上、亦或是擺放在桌面上,?？腿阂话銥槲逍羌?jí)酒店、咖啡廳,、高端料理店等,，用戶可以按照自己的需求種植。而在疫情下,，各類陽臺(tái)種植機(jī),、家用智能機(jī)也逐漸開始受到顧客的歡迎。光明母港在垂直農(nóng)業(yè)項(xiàng)目設(shè)立初期,，就籌備后續(xù)推出模塊化,、中小型、全算法的種植設(shè)備,，走近市場(chǎng),，走入家庭。已經(jīng)與加拿大算法種植企業(yè)合作,，開發(fā)和推廣適合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)品種需求的“家庭種植”裝備,，并提供一站式種子,、水肥、遠(yuǎn)程算法控制的服務(wù),。引進(jìn)了Mary Ag的一款智能種植機(jī),，據(jù)創(chuàng)始人秦楚漢介紹，這是Mary Ag最早在北美推出的一款產(chǎn)品,，核心在算法系統(tǒng),，除相關(guān)技術(shù)專利外，Mary Ag的智能種植機(jī)還重視設(shè)計(jì)和美觀,，不僅是為了在家里種菜而去做設(shè)計(jì),，更是考慮到了把自然融入生活。Mary Ag智能種植機(jī),，圖片來源：Mary AgInfarm 的立柜式農(nóng)場(chǎng)是為超市生鮮區(qū)建造更小店內(nèi)農(nóng)業(yè)單元,，通過使用溫室模塊，開發(fā)出來的室內(nèi)垂直農(nóng)業(yè)系統(tǒng)能在超市和餐廳等場(chǎng)景下種植植物,，消費(fèi)者可以自行采摘草藥和蔬菜,。小型農(nóng)業(yè)單元，圖片來源：Infarm官網(wǎng)在當(dāng)前垂直農(nóng)業(yè)的模式下，多數(shù)情況下只適合于種植矮生,、短周期的葉菜類,，藥用植物等高附加值經(jīng)濟(jì)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。相對(duì)于傳統(tǒng)的大田農(nóng)業(yè),，垂直農(nóng)業(yè)作物品類比較有限,，這也被視為垂直農(nóng)業(yè)的短板之一。當(dāng)前,，相關(guān)企業(yè)正積極作物上品類上作突破,，從葉菜類延生到漿果等更多品類。以中科三安為例,，其主要作物品種包含蔬菜,、食用花卉、金線蓮,、果樹,、茶葉等,。作為國(guó)內(nèi)植物工廠產(chǎn)業(yè)的代表企業(yè)，依托中科院植物研究所和三安集團(tuán)的優(yōu)勢(shì),，中科三安正努力突破當(dāng)前植物工廠以葉菜品種為主的種植限制,，開發(fā)包括藍(lán)莓、果樹,、甜椒、黃瓜,、番茄,、花卉、茶葉及特殊名貴藥材等高附加值作物品種的室內(nèi)栽培技術(shù)及設(shè)施裝備,。中國(guó)科學(xué)院植物研究所,、中科三安的銷售總監(jiān)李鵬表示，全世界設(shè)施農(nóng)業(yè)的從業(yè)者基礎(chǔ)工作是建立種植品種的生長(zhǎng)模型,，才能去設(shè)立植物生長(zhǎng)需要的各種參數(shù),。荷蘭已經(jīng)在番茄、花卉,、草莓上做出了很多植物生長(zhǎng)模型,。他相信，植物生長(zhǎng)模型會(huì)從一般的經(jīng)濟(jì)作物,、葉菜,、花卉，慢慢向更加高附加值的中藥材或特殊需求作物來拓展,。從2017年起,，Mary Ag的?動(dòng)種植技術(shù)已訓(xùn)練了??多種植株品類的種植算法。其創(chuàng)始人秦楚漢認(rèn)為,，植物工廠能種多少品類的作物,，并不是技術(shù)問題，而是投入產(chǎn)出比的問題,。未來隨著市場(chǎng)認(rèn)知度的提高,、技術(shù)和硬件成本的降低，垂直農(nóng)業(yè)可以種植的作物品類也會(huì)越來越多,。國(guó)外的一批垂直農(nóng)業(yè)公司也積極在品種上做突破,，Plenty和Driscoll合作，開展種植室內(nèi)漿果的項(xiàng)目,。Bowery Farming,、Singrow、Amplified Ag和Infarm等垂直農(nóng)業(yè)公司也開始涉足草莓種植,，向漿果類拓展,。Plenty農(nóng)場(chǎng)中的草莓,，圖片來源：agfundernews.com日本室內(nèi)農(nóng)業(yè)公司美味農(nóng)場(chǎng)Oishii已經(jīng)開始生產(chǎn)銷售其在垂直農(nóng)場(chǎng)中種植的Omakase草莓，正探索在室內(nèi)垂直農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中種植西紅柿,、甜瓜和辣椒的方法,。Infarm以種植出所有種類的水果和蔬菜為最終目標(biāo)，計(jì)劃在2022年推出草莓,、櫻桃,、番茄等40種新作物。而早在2019年時(shí),，AeroFarms就已種植出550種以上的植物,。對(duì)于國(guó)外一批垂直農(nóng)業(yè)公司熱衷于種植草莓現(xiàn)象，江蘇省農(nóng)科院從事設(shè)施農(nóng)業(yè)研究的副研究員鮑恩財(cái)博士,、從事草莓研究的副研究員陳曉東博士分析,，草莓自帶流行和焦點(diǎn)屬性，附加值比較高,。在國(guó)內(nèi),，可在消費(fèi)水平較高的城市，以垂直農(nóng)業(yè)的方式種植草莓,，既可以滿足草莓的全年供應(yīng)和品質(zhì)穩(wěn)定,，高價(jià)值的草莓也可以保證成本和收益的平衡。在規(guī)劃里,，光明的植物工廠項(xiàng)目也會(huì)拓展多品類,，目前的作物品類包括白梗、綠蝶,、羅勒,、三色堇、石斛,、金線蓮,、費(fèi)米善多酚生菜、白草莓等,。舉例：母港測(cè)試種植的白草莓是喆畋科技核心團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)草莓新貴品種,，也叫白美莓，于21年20底正式獲批中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種源權(quán)認(rèn)證保護(hù),，該草莓富含果膠+豐富的膳食纖維,，遠(yuǎn)高于檸檬的維C含量，胡蘿卜素合成維生素A,；另一個(gè)在母港測(cè)試種植的多酚生菜屬于一種功能性蔬菜,，由上海費(fèi)米善科技公司采用充分挖掘和提煉植物次生代謝原理，大幅度提高植物體內(nèi)功效成分的比例,，尤其是植物的抗氧化,，抗炎,，抗病毒和細(xì)菌的特征，將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。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《中國(guó)農(nóng)業(yè)展望報(bào)告(2021-2030)》相關(guān)數(shù)據(jù),，未來10年,，追求高品質(zhì)蔬菜的趨勢(shì)將愈發(fā)明顯。光明植物工廠項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為,，在上海這座特大城市,，高品質(zhì)蔬菜的市場(chǎng)需求是可觀的，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,，人們對(duì)健康安全的要求會(huì)越來越高，垂直農(nóng)業(yè)本身也有望大規(guī)模推進(jìn),，其作物品類會(huì)越來越豐富,。可以看到，垂直農(nóng)業(yè)不是在疫情下忽然受到重視的一種保供方案,，而是在技術(shù),、產(chǎn)業(yè)、市場(chǎng)需求等綜合作用下發(fā)展出來的一種可持續(xù)發(fā)展的未來農(nóng)業(yè)模式,。它不單可以在極端環(huán)境下保障城市的應(yīng)急供應(yīng),，還可以加快育種研發(fā)進(jìn)程，為解決種業(yè)“卡脖子”問題提供助力,。此外,，垂直農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更健康營(yíng)養(yǎng)、更高品質(zhì)的蔬菜,，在作物品類的拓展上瞄準(zhǔn)中高端市場(chǎng),，代表了一種高質(zhì)量現(xiàn)代化的生活方式。在國(guó)家愈發(fā)重視糧食安全和種業(yè)振興,、提倡農(nóng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的大背景下,，智能化、精準(zhǔn)可控的農(nóng)業(yè)時(shí)代已來,，垂直農(nóng)業(yè)將是農(nóng)業(yè)發(fā)展的下一個(gè)重要競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng),。原 創(chuàng)：光明母港垂直農(nóng)業(yè)研究中心
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