黄   曼1，曹伟男2 （1.浙江海洋学院 海运与港航建筑工程学院，浙江 舟山 316000； 2.浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院，浙江 舟山 316022）

摘  要：随着城市环境质量下降、食品安全以及粮食短缺等问题的日益加重，人们开始寻找一种新型的城市农业发展方式，垂直农场因而成为一种新的选择。文中介绍了垂直农场的概念及优势，对几种比较典型的垂直农场进行了介绍，并在文章最后分析了其发展前景。

关键词：垂直农业；垂直农场；可再生能源

中图分类号：TU985    文献标识码：A     文章编号：1006-7973（2015）03-0323-03

一、引言

众所周知，农业是支撑我国国经济发展的基础，是我国国民经济的命脉。农业发展水平直接影响着国民经济及其他部门发展的规模和速度。目前，我国城市化率已经突破 50%，预计到 2020 年左右将会到达 55%--60%之间[1]。随着城市化进程的加快，城市人口越来越多，城市的耕地面积将越来越无法满足人口的需求。资料显示，2008 年我国的总耕地面积相比 1998 年减少了 1.18 亿亩，人均耕地面积由 10 年前的 1.58 亩减少到 1.38 亩。不仅如此，随着城镇化进程的加快，城市人口不断增加，城市面积迅速扩张，城市化的快速发展使得第二、第三产业不断的蚕食城市内部和周边地区的农业用地。可用的农业耕地面积不断减少，使我国原本人多地少的矛盾更加突出。与此同时，粮食安全问题也已变得越来越重要，成为人们关心的食品安全问题中的首要问题。而且，城市环境、气候日益下降，城市资源浪费，城市热岛效应等诸多问题也越来越突出,城市化进程所造成的城市废弃物污染城市和生活空间，给城市自然环境造成了非常严重的危害。正是在这种情况下，垂直农业这一新的农业发展模式开始进入人们的视野。垂直农业是一种节约城市土地资源和能源的新型农业发展方式，它的出现将会改善城市环境，节约城市能源的使用，减少城市废弃物的排放以及增加城市废弃物的处理能力。

二、垂直农场的概念

“垂直农业”这个专业术语最早是在 20 世纪初由美国地质学家吉尔伯特·埃利斯·贝利提出的，从那以后很多建筑师以及相关领域的研究人员对其进行了长期的探索和研究。2007 年，美国哥伦比亚大学教授迪克森·德波尔最早提出了“垂直农场”这个概念。垂直农场类似于高楼的发展模式，在摩天大楼里通过技术手段模拟农业生物所需的水、阳光以及温度等生长环境，促进农作物的生长。简单的说就是在高楼大厦里进行各种农业生产，充分利用可再生的资源和温室技术，大幅度提高农业产量和土地利用率的一种新型农业发展模式。 从外形上看垂直农场和一般的办公大楼没有任何区别，高度大都在 30 到 40 层楼之间，每层都可以栽种各种各样的农作物，根据不同农作物的生长特点进行科学的分层种植。所有农作物都会在人工监控的环境下生长，根据农作物的生长发育情况，调整农场里的温度、湿度、以及光等环境条件，来满足农作物生长的需求。另外垂直农场采用自然生态系统中的食物链原理合理搭配动植物和微生物，达到能源的最大利用率。垂直农场是一个完整的自给自足的生态系统，不仅包括农作物养殖，还涵盖了从农作物生产到废物管理的一系列的转化过程[2]（如图 1 所示）。

三、垂直农场的优势

在迪克森·德波尔教授的设计构想中，一座占地不足600m²、30 层高的垂直农场就可以为 5 万人提供大约一年的食物和饮用水[3]。如果建造 150 座这样的垂直农场，就可以为整个纽约市提供一年的粮食、蔬菜和饮用水。由此可见，垂直农场具有传统农场无法比拟的巨大优势，主要有以下几个方面：

（1）可以充分利用土地，节省耕地面积充分利用城市空间。据调查，一座占地仅仅只有 1.3 万 m²、58 层高的“垂直农场”，其产量相当于一个四百多万平方米的传统农场，足够为三四万人提供一年的粮食和蔬菜等。

（2）充分利用各种温室栽培技术，大大提高农作物产量。垂直农场利用温室栽培的手段可以使农作物在适宜的环境中生长，一年 365d，不间断的进行农作物生产，不受干旱、洪水以及害虫等等自然灾害的影响。据相关资料显示，我国每年因干旱、洪涝等自然灾害影响而造成的经济损失多达上万亿元。而通过垂直农场养殖农作物，可以避免自然灾害的侵蚀，摆脱生产土壤、地理气候等等因素的束缚，大大提高了农业生产的质量。

（3）垂直农场可以合理利用有机废物，处理城市污水，提高城市公共卫生。在垂直农场里，可以利用雨水收集系统、中水系统等先进绿色环保技术，把农作物生产过程中产生的有机废物转化成可以利用的清洁能源。不仅如此，垂直农场还可以调节城市气候，保护城市生态环境，把城市的“钢筋混凝土森林”变成真正的绿色生态森林。

（4）垂直农场可以充分利用大自然可再生能源。垂直农场是一个独立的绿色生态循环系统，在农场里可以充分利用太阳能、风能等可再生能源，并且能将一些无法利用的农作物通过环保技术做成燃料，为城市提供一些可再生的清洁能源。此外，垂直农业能够减少大气中的二氧化碳含量，对解决全球气候变暖问题有积极地促进作用。

（5）垂直农场可以为城市居民提供大量的休闲空间和就业机会。一座垂直农场将集农作物生产、养畜、办公休闲于一体，这一种新的农业生产模式，将会成为城市文化的一部分，为城市居民提供大量的休闲空间，解决城市居民的休闲需求[4]。此外，垂直农场可以为城市居民提供大量的就业机会，垂直农场是一个自给自足的生态系统，里面不仅包含农业，还包括电力、机械、建筑等等一系列工程。它的建设需要一大批具有专业技术的建筑师、工程师、城市规划设计师、农业机械技术专家等高技术人才。

四、几种典型的垂直农场

自从垂直农业的概念提出来以后，世界上各个国家的相关研究人员都纷纷开始关注“垂直农场”建筑风格的设计。同样是垂直农场，各个国家和地区根据地方特色和城市需求设计了很多各具特色的垂直农场。以下介绍几个相对比较典型的垂直农场设计方案。

1．蜻蜓垂直农场

一提到农场，人们通常都会联想到一大片土地，但“蜻蜓垂直农场”的出现打破了人们传统的观念，让人们对农场有了新的认识。蜻蜓垂直农场可以使农场在建筑物中垂直分布，整座建筑物的外形看起来就像两片叠合着的蜻蜓翅膀，旁边还“长着”两根高高的“触角”。蜻蜓垂直农场是在 2009年由比利时一位杰出的建筑师文森特·卡勒鲍特设计的（如图2 所示）。农场共有 132 层，两边的“触角”达 700m 以上，农场最高建筑达 600 多米。该农场的动力来源完全由风能和太阳能提供，冬天的时候，两扇“翅膀”间的热空气可以为农作物提供保暖；夏天的时候，农场通过自然通风和植物的蒸腾作用来调节建筑物内的温度，使农场内达到冬暖夏凉的效果。除此之外，农场内还设有住宅区、办公室等供居民休闲娱乐，人们可以在工作之余，种些自己喜欢的植物，体验多元化的生活。

2．迪拜“绿洲大厦”垂直农场

随着迪拜旅游业的兴起，全世界越来越多的人开始来到这座城市，使得迪拜本来就紧张的农业用地愈显不足，急需一个能够解决居民不断增长的食物需求和可用农业土地不断缩小的矛盾的方案。  面对这个棘手的问题，合成设计工作室（Synthesis Design Studio）的拉胡尔·苏林想出了一个解决问题的办法——在城市建立垂直农场“绿洲大厦”(如图3 所示），让土地纵向发展，节约土地成本。“绿洲大厦”位于迪拜的 Zabeel 公园，它的外部包裹有 ETFE 氟塑料，能够充分吸收光能，为农作物的生长提供必要的能量需求。它的内部主要种植粮食作物，有些楼层还可以作为居住空间。据统计，绿洲大厦的产量可以满足多达 4 万人一年的粮食需求。

3．新加坡热带地区生态设计大厦

一提到新加坡的垂直农场，最典型的莫过于新加坡热带地区生态设计大厦（如图 4 所示）。该农场由建筑设计者 TR Hamzah & Yean 设计、新加坡国立大学资助。这栋外表被绿色植物覆盖的生态大厦共有 26 个楼层，外面一半以上的面积被当地品种的植物覆盖。为了充分吸收太阳能，建筑物表面覆盖有 855m²的太阳能电池板，这些太阳能电池板每天产生的电量能够满足大厦至少 40%的用电需求。为了达到节能环保的目的，生态设计大厦的建材均选用回收材料或者可回收材料。不仅如此，大厦还运用多种环保技术，如雨水收集回收处理系统、中水系统等，有效解决大厦一半以上的用水需求。

五、垂直农业的发展前景

预计到 2050 年世界上超过五分之四的人口将居住在城市，到那时候，全世界的人口将增加约 30 亿。不仅如此，目前全世界超过百分之八十的可耕种的土地已被利用，粮食问题将越来越成为全世界人民共同关注的问题。为了避免灾难的发生，解决未来粮食问题，合理充分利用有限的土地资源显得尤为重要。因此，在都市中建设室内垂直农场或许可以成为一个新的解决途径。 十年前，垂直农场或许只是一个概念。但是随着科学技术的发展，许多国家已经开始试水垂直农业[5、6]。当首批由“垂直农场”生产的食品第一次走进超市货架上的时候，设想中的垂直农场已经变为了现实。更重要的是，它的用水量相比传统农场减少了近百分之九十。不仅如此，2012 年新加坡一座小型垂直农场生产的产品也开始面世。因此，我们可以相信，在未来的几年到几十年，垂直农场必将突破技术瓶颈，实现全世界的普及和应用，解决全球粮食问题。

六、结束语

作为城市新型农业发展模式的垂直农场，通过人工技术控制农作物生长环境进行全年不间断的生产，利用极少的土地为城市提供数量可观、供应稳定的农作物产品，改善城市环境质量，引导城市居民进入低碳生活。虽然到目前为止，垂直农场的理念在我国发展的还比较缓慢，但有理由相信，随着科学技术的进步和城市发展的需求，垂直农场终将会在我国获得前所未有的发展。

参考文献

[1]  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，（3）：136-139．

[2]作者不详．垂直农场，再造一个巴西[J]．新财经，2012，(2):76-77．

[3]  孝文．韩国试验摩天大楼垂直农业[J]．工会博览，2011，(24):13-14．

[4]  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．

[5]黄帆．“垂直农场”:农业发展新趋势[J]．WTO 经济导刊，2010，（4）：88．

[6]杨锐，王丽蓉．垂直的农场：未来都市农业景观初探[C]．中国风景园林学会.中国风景园林学会 2011 年会论文集：下册.南京：中国风景园林学会，2011．