垂直农场的绿色希望，“超新鲜”生菜能拯救森林吗？

原创 Harry Goldstein 悦智网

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由人工智能运营、光源采用LED的室内农场，效率比室外田间农业更高，但它们能显著降低温室气体排放吗？

我搭乘单轨电车来到了昭和岛，它位于东京市中心和羽田机场之间，是东京湾的一个小岛。从车站一出来，我有点摸不清方向，小心地避开货车，穿过车水马龙的天桥，来到桥下，我打开手机地图，跟着导航来到了一片拥挤的仓库区。经过一番寻找，最终在一栋20世纪60年代的废弃办公楼里找到了Espec Mic公司的蔬菜农场（VegetaFarm），它被夹在一家印刷厂和一家啤酒批发公司中间。

走进二楼的玻璃幕墙大厅，映入眼帘的是一架架的多叶绿色生菜和羽衣甘蓝，它们都种植在精确配比营养成分的水溶液中。高效节能的LED灯散发着粉色的光，其频谱范围设定在400至700纳米之间，这是光合作用的最佳范围。

我来这里是为了弄清楚植物工厂（西方国家又称为垂直农场或室内农场）是如何帮助减少与传统室外田间农业相关的温室气体排放的。世界银行的数据显示，2015年全球的农业用地为4860万平方公里。联合国粮食及农业组织2017年的报告指出，农业、森林及其他土地在使用过程总排放的温室气体共占全球的21%，大部分为二氧化碳、甲烷和一氧化二氮。

实际上，尽管垂直农场需要人造光和精细的温控，但它仍可以避免大量气体排放。而根据垂直农场的推广者迪克逊•戴斯波米耶（Dickson Despommier）所言，垂直农场能极大地减少用于农业种植的土地数量，对气候变化有重要影响。他认为应该将这一新兴产业主流化。

“如果每座城市都能将食物总量的10%种植在室内将会是什么样子呢？”他给出了答案：这一转变能解放88.1万平方公里的农业用地，把它们转化成硬木森林。这就足够了，他补充道：“这些树木能够清除大气中25年的碳含量。”日本从20世纪80年代开始试验植物工厂，现已成为全球的领军者，并且大部分的垂直农场都分布在市区周边或市区内。他在2010年出版的《垂直农场：21世纪供养全球人口》（The Vertical Farm: Feeding the World in the 21st Century，托马斯•邓恩出版社）一书中提到，垂直农场这种人为改变气候的解决方案是“直接”而又“简单”的。

但现实又是怎样的呢？

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确定农业的温室气体总排放量占比是很简单的。明尼苏达大学环境研究所全球景观计划主任兼首席科学家保罗•韦斯特（Paul West）指出，农业温室气体排放中有一半来自南美洲养牛和种植大豆、东南亚种植油棕榈树砍伐森林所产生的二氧化碳，另一大部分来自牲畜和稻田释放的大量甲烷，其余是肥料释放的一氧化二氮。

我向韦斯特咨询了垂直农场是否能起到作用。他表示，农作物产生的大部分卡路里来自小麦、大米、玉米和大豆等粮食作物，而这些作物都不适宜室内种植。

确实，在东京的蔬菜农场里，我并没有看到任何大米、小麦、玉米或大豆作物。相反，160平方米的空间里种满了多叶绿色植物。生产经理兼植物科学家川崎春（Shun Kawasaki）介绍说，该农场每天生产1000棵生菜。

进入农场之前，川崎和我穿戴好洁净室专用防尘服、面具和橡胶靴，然后踏上粘尘垫，穿过一道风淋室，走进植物室。植物室里放着6个架子，每个架子上有5层水道，上面漂浮着大量植物。两名身穿防尘服的工作人员照料着这间室内花园，偶尔将新的秧苗放进架子的一端，从架子的另一端拿下准备采收的托盘。

川崎隔着面具告诉我，植物室里除了控制温度外，还会用架子下方的暖通空调管道和风扇来吸入二氧化碳，将二氧化碳含量保持在百万分之1000左右，大约是典型室外水平的2.5倍。托盘中的生菜和羽衣甘蓝吸收的光来自LED灯管，灯管每日保持16至17小时的照明时间，能耗约占每日总能耗（600至700千瓦时）的70%。

如果你有100万美元，就可以从Espec Mic公司购买一个中等尺寸的蔬菜农场，包括架子、控制系统、暖通空调及照明。除了生菜和羽衣甘蓝之外，东京农场还种植白菜、薄荷、日本沙拉菜和紫苏，并正在尝试种植罗勒和萝卜。室外种植的生菜从播种到采收大约需要60天，而在蔬菜农场里只需要40天。有别的植物工厂宣称可以更快，只需30天。中纬度带上的传统农场每年只能收获1至3次，而植物工厂大约可以每月收获1次。室外种植的生菜成熟后需要立刻全部采收，而室内生菜的收获可以是连续的，产量很高，且不受害虫和恶劣天气的影响。

参观结束后，川崎送给了我一棵当天新鲜采摘并现场包装的Espec Mic无机绿叶（Mineraleaf）生菜样品。可以调整植物的化学成分，从而设计蔬菜的营养成分和口味，这是植物工厂的主要优势之一。公司将无机绿叶生菜种植在从800米深处抽出的海水中，培育出的生菜富含钙、钾、镁元素，叶子鲜嫩可口，是我尝过的最美味的生菜。100克包装好的生菜售价约为200日元（约2美元）。你可能希望在包装上看到翠绿田野或快乐绿巨人的图片，但上面只印有沐浴在粉色光线下的植物。

城市室内农业的支持者认为这有很多好处，如增加城市居民接触新鲜农产品的机会、恢复利用废旧仓库等。不过最大胆的论断还是垂直农场相对传统室外农业的环境优势，包括不采用农药及更有效地利用水资源。千叶大学荣誉教授及日本植物工厂协会理事长古在丰喜（Toyoki Kozai）表示，植物工厂的用水效率是传统温室的30至50倍。许多植物工厂甚至不用清洗自己的产品。例如在蔬菜农场中，采收的植物就直接包装，非常干净，可以直接食用。

古在说，如果一个垂直农场的产量能够供应方圆几公里内的消费者，那么它就具备了最佳经济可行性，不仅免去了运输和加工过程，节省了燃料，同时也降低了运输途中的损失。

减少运输食物所用的燃料（被称为食物里程）是城市垂直农场的明显优势。不过韦斯特说，虽然碳减排量相对较小，“但农业领域80%乃至更多的碳排放都是在农场产生，而不是在加工和运输过程中产生的。”温室气体排放的真正降低其实取决于“我们如何管理土壤和作物、使用的机械化类型和肥料类型。”韦斯特表示，他完全支持“城市花园和垂直农场，但我不认为它的规模能够满足食物需求，或对环境有很大程度的影响。”

确实，虽然已经研究了几十年，但日本的垂直农场行业规模依旧很小。日本植物工厂协会国际关系咨询部主任林绘里（Eri Hayashi）表示，日本已有182家植物工厂。最大的一家是Spread公司位于京都附近的龟冈市的植物工厂，工厂有2座占地900平方米的大楼，种植总面积达2.52万平方米，每天可采收2.1万棵生菜。今年9月，Spread将启动东京的Techno农场，公司称该农场将实现更加先进的自动化水平，使产量翻倍，每平方米的生菜产量达648棵。

矢野经济研究所2014年的市场研究显示，2013年日本垂直农场的总收入为34亿日元（3120万美元）。但根据日本内务和通信部统计局的数据，当年日本国内蔬菜市场的总收入为22530亿日元，也就是说垂直农场仅占日本国内蔬菜市场0.15%的份额。

但对垂直农场的兴趣却从未像现在这么高。林绘里说，除日本外，最活跃的市场主要分布在中国大陆、中国台湾和美国。随着观念的推广，涌现出了一些新的形式，包括用鱼粪为植物供肥的室内养耕共生农场，以及位于新泽西州纽瓦克市，使用专用喷雾喷嘴为植物根部喷洒水和养分的“空气种植”Aero农场。近期投资公司Newbean Capital发布的白皮书显示，美国商业温室、养耕共生农场和屋顶温室农场从2015年的15家增加到了2017年的56家，并指出至少有3座6500平方米的农场正在筹建中。

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今年即将营业的一座大型农场隶属于西雅图南部的Plenty Unlimited公司，占地面积达9300平方米。Plenty公司的联合创始人兼首席科学官纳特•斯托雷（Nate Storey）表示，Plenty与大部分在多层架的托盘上种植植物的室内农场不同，它将在“垂直平面”上种植植物。“想象一下，一排排两侧都种植作物的塔。”他解释说，“通过这一定位，我们能在给定的空间内种植比之前的多层堆叠种植法多3倍左右的作物。”

据澎湃网报道，Plenty已得到日本软银首席执行官孙正义的愿景基金（Vision Fund）和亚马逊创始人杰夫•贝索斯（他还是美国全食超市的控股人）共计2亿美元的融资。随着贝索斯的加入，Plenty可做到其他室内农场公司目前无法企及的事情：以世界级的规模种植室内作物。

Plenty将全力投入一系列新技术，斯托雷相信这些新技术将开辟一个全新的农业时代，新式农场将由可再生能源提供电力、由LED提供照明，其传感器网络将收集的成百上千个数据点馈送给机器学习算法，优化某种作物在特定生命周期阶段的生长条件。

斯托雷告诉我：“我们逐渐意识到，未来的农场将依赖于人工智能，因此，我们正在尝试提高特定成本或单位能量下的农作物产量和质量。”

Plenty公司将先从绿叶和草本植物入手，并在未来的12到18个月里，把业务拓展到目前仍在室内实验性种植的水果。“我想，到时候整个行业都将感到惊讶，我们居然能以这么快的速度引种过去仅在室外生长的作物。”斯托雷说道。

当然，他还关心如何延长产品的保质期以及缩短食物里程。“人们现在购买的东西中有一半都被丢弃到垃圾箱里，不是吗？这造成了巨大的碳成本。”斯托雷说，“如果提供超级新鲜的食物，它们不必像传统食物那样经过长时间的运输，在冰箱里的保质期能够延长两周，那么我们基本上就将碳成本削减了一半……而如果我们能让消费者把买来的所有食物都吃掉，那就更好了。”

但超新鲜的生菜能拯救森林吗？戴斯波米耶的理论依托的是退耕还林。若要退还88.1万平方公里的土地，需要将Spread公司2.52万平方米的Kameoka植物工厂乘以3500万。戴斯波米耶的超高层垂直农场愿景与更短的生长期相结合，确实能将上面这个数字从几千万降低为几十万，但再乐观的人也无法想象本世纪内会出现这种建设热潮。就算这种建设热潮成为现实，垂直农场能种植的也只有传统农场中生长的少部分蔬菜和水果，在可预见的未来，不会有小麦、玉米、大豆或大米。垂直农场也不能饲养牲畜或种植油棕榈树，减少人们砍伐森林。

正如韦斯特所言：“我们听说过这种说法：人类不能只靠面包生存。如果果真如此，那么人类也不能只靠羽衣甘蓝补充卡路里。”

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如果不依靠羽衣甘蓝，又能依靠什么呢？纽约康奈尔大学的植物科学副教授尼尔•麦特森（Neil Mattson）正在寻找在室内生长最有意义的作物。目前，麦特森担任美国国家科学基金会一个240万美元的项目的首席研究人员，他和团队正在分析如何使植物工厂在“能量、碳、水足迹、赢利能力、劳动力发展和可扩展性”方面与室外农业抗衡。这可能是目前在室内农场方面投资最高、最全面的研究，能帮助量化室内工厂缓解气候变化。

麦特森指出，在室内种植小麦是没有任何意义的。其在康奈尔大学的同事路•奥尔布赖特（Lou Albright）研究了2015年垂直农场的照明成本，并计算出，如果在室内种植小麦，种出做一条面包所需的小麦，电费成本就需要11美元。

“路•奥尔布赖特会说，类似的室内种植是没有意义的，除非完全使用可再生能源。”麦特森表示。

Plenty公司目前正在致力于将可再生能源整合进自身的电力系统中，如西雅图工厂就将融入水利发电。但要取得有效进展，比如说将大米种植在室内来降低甲烷排放量，所需要的可再生能源量将非常巨大，因为在4860万平方公里的农田中，有161万平方公里在种植大米。

但Plenty公司的斯托雷并未因此气馁。他表示：“我们可以种植大米、小麦和高粱这类作物。我们可以种植商业作物，也许现在还不行，但我不排除未来的可行性。”

而在这一天到来之前，我们将在植物工厂种植更多食物。它会是戴斯波米耶期待的10%吗？即使植物工厂和垂直农场近期在减少温室气体排放中起到的作用很小，它们也可能成为我们的一项保险策略。随着气候变化开始侵蚀农田的活力，我们很可能被迫转到室内种植，毕竟室内的气候是可控的。

作者：Harry Goldstein