垂直农业发展动因、制约因素及对策.pdf

农业论坛2 0 2 3年第8 期四川农业科技SIKCHUANAERCULTURAL SCENGEAND TECHNOLOGY垂直农业发展动因、制约因素及对策易卫华（广东省广州市社会科学院，广州5 1 0 41 0）摘要：发展垂直农业，对于全面贯彻落实党的二十大和2 0 2 3年中央一号文件精神，推动土地空间资源集约利用、促进都市现代农业高质量发展、提升高密集度城市生活品质、保障供应链的稳定、增进城市发展的可持续性等，具有十分重要的意义。受制于垂直农业成本高昂、技术缺口较大等因素，我国垂直农业规模化、专业化、组织化程度不高。建议充分挖掘垂直农业的生态涵养、科普教育、休闲娱乐、食品保健、科技示范、文化传承等功能，将垂直农业发展与公园建设、城中村改造、特色农业发展、能源利用技术等结合，使城市建设与垂直农业发展相融合，不断加大政府的扶持力度，激发龙头企业的主体作用，提高科技服务能力，加大相关项目的金融支持力度和宣传普及力度，促进垂直农业的发展。关键词：垂直农业；水培；气雾栽培党的二十大报告提出要“增进民生福补，提高人民生活品质”“确保粮食、能源资源、重要产业链供应链安全”“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生”。垂直农业是探索都市现代农业高质量发展的新举措,是一种都市设施农业。它通过高楼或立体的发展模式，利用雨水等可再生资源和温室科学技术等手段,通过模拟作物在户外生长过程中所需的阳光、水分以及温度等，促进农作物的生长 。发展垂直农业，具有较强的社会效益、生态效益和经济效益，成为新加坡等国家发展可持续农业的有力解决方案。1垂直农业兴起的动因及技术1.1垂直农业发展的动因垂直农业是最受美国、日本等发达国家青的农业科技之一。它的兴起，因各地现实情况的不同而有不同的动因。一是为了推动农业技术创新,实现可持续发展。虽然美国农业以大农场经济为主，但是美国也是垂直农业先驱与领导者，约有超过2000个垂直农场，小型垂直农场占比约为6 1%2 。二是为了提高食品自给率。在日本、新加坡等人多地少的国家，土地资源极其缺乏，适宜发展垂直农业。2 0 2 2 年，日本国内约有30 0 家植物工厂满足每年5.5 1 0 t的生菜需求。三是应对气候变化。主要以以色列、欧洲国家为代表。作为中东国家,以色列高度缺水，不适宜在室外种植蔬菜,垂直农业可以突破自然环境的不足,开展室内种植。收稿日期:2 0 2 3-4-2 4作者简介：易卫华（1 9 7 7），女，硕士，研究方向：智慧农业、科技管理。E-mail:。.18.1.2垂直农业的主要栽培方式目前，垂直农业已有水培法、气雾栽培、鱼菜共生、液压垂直农场等栽培方式（见表1）。2垂直农业发展的制约因素2.1建建筑用地与能源成本高昂导致企业难以盈利垂直农业所面临的最大的问题是生产成本的控制,主要包括两个方面：一是用地和建筑成本。由于土地较为稀缺，农业设施科技含量高，因此修一栋高质量垂直农场成本非常高昂。国外一些城市将废弃仓库、废弃区域甚至海运中使用过的集装箱等改造成垂直农场,形成更为经济的建设模式。二是能源成本。垂直种植虽然可以节约化石能源的消耗，但是，需要花费巨大电力成本来运行大量LED灯。据统计,在垂直农场中，1 kg食物的产出需消耗大约38.8kwh的能量 3。高昂的生产成本使得产品的售价高出传统农产品一至数倍。2.2技术不健全、标准不统一带来行业准入障碍国外的垂直农业处于产业发展风口。但在国内，由于设备成本高昂、生产操作复杂、技术含量高，需要生产经营者不仅有足够充裕的资金，还要有强大的技术储备，这对从业者的提出了很高要求，相关经营人员、技术人才缺乏使得发展垂直农业有较大的难度。技术方面存在决策系统不全面、智控装备传感系统检测单一、营养液离子传感器技术制约等问题。植物生产数据包（包括基质配比、水肥、湿度、光照、温度、通风等）不够健全，各个产家均有自已的专利技术标准,通用性不足,异地复制困难。装备标准不统一，每家垂直农业公司种植盘架与灯具、嫁接与移栽的设备差异较大，未形成完整的产业链，市场局部闭环，导致投资者信心不足，需要较长一段SIKCHUANAGRCULTURALSCENCEAND TECHNOLOGY四川农业科技序号名称1水培法2气雾栽培法3鱼菜共生4液压垂直农场种植在货架上，并且不停地上下旋转。这个系统，顶部的植物获得阳光，而底部的植物吸收水,整个过程不断地循环反复时间才能形成趋同的标准。2.3发展程度不高，规模化、商业化运作水平偏低我国垂直农业处于发展的初级阶段，规模化、商业化运作的垂直农场较少,经营模式较单一,生产力量偏弱，与国外城市相比有较大差距，也落后于国内一些先进城市。发展模式较单一,缺乏多模式、多场景运用，产业链条偏短。2.4生产品种过于单一，阻碍行业竞争力提升目前，垂直农场适宜种植高价值、可生食、生产快、占地面积小、易腐烂的作物以及有保健作用的蔬菜,作物种类较为有限。在商业垂直农业系统中,种植生产速度较慢的蔬菜和谷物并不容易。这些产品主要通过固定的销售渠道，以远高于本地市场的价格出口或内销。由于产品种类较单一，价格容易受国内外市场供应影响而产生剧烈波动。因此,有必要根据消费市场的需求开发种类更多的农产品，提升产业竞争力。3垂直农业发展模式3.1商业化发展模式3.1.1平台产销一体化模式早在2 0 1 7 年,京东集团与日本三菱化学控股集团业务合作，布局植物工厂，三菱化学向京东提供垂直农业栽培技术。京东植物工厂主要采用水培栽培模式，使用集装箱式的装置培育秧苗，随后移植到塑料大棚内，通过太阳光和营养液进行多层立体化的水耕栽培，避免了农药、化肥、土壤病虫、重金属等污染,京东种植菠菜收获的次数是露天栽培的约5 倍,达2 0 次。在建设与运营模式方面，生产线水耕栽培系统由三菱化学提供,并提供选种、播种、收获与包装等方面的技术指导，而京东利用本公司物流网，电商平台、新零售门店销售产品。在北京通州的京东植物工厂内，每年可以生产出30 0 t绿叶菜供应市场 41。3.1.2“商场+农场”模式将农场搬进购物中心2023年第8 期农业论坛表1 垂直农业的主要栽培方式种植方法与特点水培是在不含土壤的营养液中种植植物的方法，植物根部浸入营养液中，营养液可以得到有效地监测和循环利用，并确保营养成分的保持将蔬菜在温室的生物箱内栽培，蔬菜的根部在生物箱内悬置，用气雾的形式喷洒养料到蔬菜根部，供其生长鱼类在室内池塘中生长，产生富含营养的废物，用作垂直农场植物的饲料养分。工厂过滤和净化废水，被循环到鱼塘新加坡的SkyGreens开发了多座9 m高的绿色植物塔。蔬菜优点无土栽培。节水约7 0%。可堆叠。植物生长速度快。可实现洁净化生产，不受自然灾害影响。可多轮不间断种植无土栽培。最节水、节肥。植物生长速度快。可减少或避免化学农药的使用。室内的洁净化生产，不受自然灾害、病虫害影响。室内可多轮不间断种植具有循环型、零排放、可持续性。简化了生产和经济问题，提高了生产效率最大限度地减少了水、土地和能源的消耗。作物可轮番种植，提高1 0 倍的产量早有先例,如北京朝阳大悦城、上海K11、广州农都里等，都有亲农耕农体验园。上海天空万科广场引人“垂直农场”先进理念，设计近1 5 0 0 m的天空广场，并将“垂直农业的概念”引人广场建设。广场设计注重农业体验，搭建了“时令主题”区。使用水和营养液种植农作物。将新鲜果蔬垂直种植并将空间分割成立面，打造出立体效果很强的绿植生长墙面。使进入空间内的顾客充分体验田园式“慢生活”，农作物的清香扑鼻而来。为了增强游客的体验感，游客还可以在购物中心的种子仓库播种，开发属于自已的“小农田”，在丰收的季节收获自己的成果。值得关注的是，“天空农场”会随季节的变化变换时令主题,实现购物中心的场景创新。将垂直农场的概念引人商场建设，不仅提升了商场的空间利用率，实现农业资源低耗能高产出，而且实现了绿色环保零污染，增强了商业空间的元气与价值，提升了商业物业的品质与吸引力。3.1.3“办公+农业”模式这种发展模式在新加坡、美国、深圳等地均有出现。如，位于新加坡中央商务区的摩天大楼CapitaSpring是典型的“办公+农业”的集合体。大楼共5 1 层，高度达2 8 0 m，中部172 0 层是植物长廊,种植着7 0 多种植物，是新加坡最高的城市农场。Capita Spring农场每一个架子高度为9 m，宽度为3m，一年能够实现2 0 次地轮种，5.1m产出38 40 0 棵蔬菜，农产品主要为菜心、小白菜、芥蓝、奶白、菠菜等 5 。这个农场采用了液压传动垂直立体栽培，为了让每棵蔬菜获得充足的阳光，围绕着铝合金支架，每层的种植槽会不停地旋转，每8h旋转1 周,旋转的种植槽并非电力驱动,而是由水重力系统实现的，系统收集雨水，为旋转提供动力,过滤后,进入灌溉系统，系统的能耗仅6 0 W。3.2空间利用模式3.2.1集装箱农场模式集装箱无土栽培的种菜技术具有成本低、体积小、不受灾害天气影响、可移.19.农业论坛2 0 2 3年第8 期动等优点。美国CropBox是专注于将集装箱改造农庄的企业，该农场回收的废弃集装箱，把他们改造成了一个个移动的农场。Farmery是该企业改造的成果之一,改造后的集装箱农场可以种植1 5 0 多种农作物 6 。Farmery集装箱的外壁是垂直菜园，内部除培育蘑菇之外,还采用菜鱼共生系统，设计了水培系统,同时种植蔬菜和鱼类。鱼粪可以被水中的微生物分解,成为蔬菜所需的营养物质。Farmery将绿色建筑与有机食品销售店铺有效地结合起来，形成整体化的种植与销售体系，并与本地餐厅合作，为这些餐厅供应新鲜有机的食材。3.2.2屋顶特色农业模式国外屋顶农业并不新鲜，比如新加坡费尔蒙酒店和斯坦福德Swissotel酒店,从安装了水培农场的酒店屋顶收获自已的食材，包括草药、食用蔬菜和鱼。该农场能为酒店的厨房每月生产约1 2 0 0 kg蔬菜和35 0 kg鱼 7 。近年来，在国内一二线城市，屋顶商业发展迅猛。目前在北京、上海、成都、深圳等城市，屋顶商业利用率基本达到40%左右 8 为改善居住环境，体验田园情怀，享受都市慢生活,杭州在“网红打卡地”天目里楼顶种植了龙井茶，成为驰名的网红地。天目里写字楼高约5 0 m,均为9 1 1 层的建筑，在这些楼的顶楼，种植了龙井43号（6 5%以上）和安吉白茶。楼顶种茶有一定难度,为了解决技术难题,天目里团队盖了一幢三层的样板间,作为“空中茶园”的试验田,并与中国茶叶博物馆开展合作，邀请专家现场指导种植。2 0 2 2年，天目里开启“来，茶客”的茶会活动，以有偿的方式对外开放，游客可参与采茶和沉浸式制茶活动。4推动垂直农业发展的建议4.1加大政府对相关项目扶持力度垂直农业是技术、资本密集型产业，其发展依赖于良好的外部体制机制和政策环境。建议：一是加强推动构建垂直农业发展的战略指引。将垂直农业的发展纳人农业发展规划,并且将其与土地规划、主体功能区规划等相融合，一张蓝图绘到底,宏观战略上重视，以科技促进垂直农业发展。二是从技术研发的角度加快制订适合垂直农业发展的农业科技创新计划或路线图。整合协调科研机构、农业产业园和企业科研中心，充分发挥农业高校、科研机构及企业在垂直农业创新中的引领作用。三是构建多元化的投资机制，从财政补贴等多角度鼓励农业企业增加对垂直农业科技和项目的投入，积极发挥市场需求对垂直农业的导向与推动作用。四是加强监管力20.四川农业科技SICHUAN AERCULTURAL SCENCE AND TECHNOLOGY度，注重垂直农业科研项目的建设性与延续性，促进项目和科技创新成果的落地应用。4.2激发农业龙头企业的主体作用龙头企业是农业科技创新的主体。为了激发农业龙头企业创新活力，促进垂直农业发展，建议：一是发挥龙头企业的主体作用。制订促进垂直农业龙头企业高质量发展的政策，推动龙头企业科技创新。在组织开展农业龙头企业的认定监测时，注重龙头企业的创新能力，并将农业企业的立体化种植作为考察的指标,培育发展一批国家级、省级农业龙头企业。二是平衡农业企业和家庭农场的关系。农业发展仅依靠农户，企业科技应用和农产品质量都难以提升。集约化生产是高端化、高科技化、高附加值的基本条件，也是发展垂直农业的前提。很多工商资本、大型企业试图进人垂直农业生产领域，但是土地流转是最大的障碍。因此,建议政府在发展家庭农场与引入培育高科技农场之间做好选择与平衡，适当延长土地使用年限，鼓励更多的大型企业发展垂直农业项目。4.3提高科技服务垂直农业的能力一是建议成立垂直农业研发平台。依托农业科学院、大学、农业科技园等大学与科研机构，成立一批垂直农业研究中心、实验室、工程技术研究中心，这些机构的设置、功能与研究范围应结合实际情况并与高等院校、科研机构和农业企业保持密切合作，促进科研成果的推广应用。二是突出政府对垂直农业科技的引导职能，引导垂直农业研究项目申报和立项，鼓励农业科研机构承担经济回报周期长的垂直农业研究项目。三是加强对垂直农业相关人才的培养。为发展垂直农业，建议将智能农业真正纳入教育体系中，重视智能农业、设施农业人才的培养。4.4加大相关项目的金融支持力度一是完善政策性金融,设置专项引导基金,鼓励垂直农业发展，充分调动农户、市民、农企、农业科技服务组织等农业科技创新主体的积极性。二是政府出台优惠财税政策，引导商业保险机构有效地开展农业保险业务，并扩大保险品种，建立涉农信贷的风险补偿机制。提高商业性金融机构服务农业科技创新的积极性，加大税收和利率优惠政策的力度。三是扩宽融资渠道。鼓励政策性银行简化贷款手续，降低准入门槛，开发适合垂直农业发展的信贷产品。4.5明晰产权、完善相关法律法规政府在制订政策法规时,要充分考虑农业融入城市的方案，而不是将农业与城市发展割裂开来。要发展阳台农业、屋顶农业等建筑物表皮农业等，就SICHUAN AERCUTLURAL SCENCE ANDTECHNOLOGY四川农业科技要明晰垂直农业的法理地位，界定清楚垂直农业的产权界限，这是垂直农业发展的前提。从当前的情况来看，产权改革是发展垂直农业最艰难的环节。比如，楼顶露台一般属于全体业主所有，有权属的业主都可以在上面种植作物，可是这样会导致屋顶破损,成为“公地”无人管理。因此,要明确屋顶的权属，推动制订科学合理的屋顶花园和屋顶农业的方案，进行科学合理的生产。4.6加大垂直农业的宣传普及力度关于垂直农业的发展问题，至今仍有不少争议。从根本上说，由于我国是传统农业的大国，传统农耕文化根深蒂固，大众一时还难以接受垂直农业这个新兴概念。因此,建议政府普及与垂直农业相关的知识,让市民了解并接受其所生产的绿色健康食品，通过电视、广播、互联网进行报道，提高社会对垂直农业的认知度。加强科普宣传的力度，扩大市民的认同度，推出一些小型简易的小型垂直农场，作为实验基地,培养一些新型作物,收集作物的生长数据，也可以作为科研平台和科普平台,研发相关技术,培2023年第8 期农业论坛养农业科技人才。参考文献：1C Wong,J Wood,S Paturi.Vertical Farming:An Assessment of Sin-gapore City DB/OL.https:/researchonline.jcu.edu.au/65392/.2垂直农业未来已来一把“农田”搬进大楼，让农业回归城市DB/0L.https:/ 陈欣雨.垂直农业未来已来把“农田”搬进大楼，让农业回归城市DB/OLh t t p s:/b a i j i a h a o.b a i d u.c o m/s？i d=1747804944908680321&wfr=spider&for=pc.4 借力LED光源，京东植物工厂年产30 0 吨绿叶菜 DB/OL.ht-tps:/ 平米一年种出38 0 0 0 棵蔬菜，独特立体栽培，想搞吗DB/OL.https:/ Wong,J Wood,S Paturi.Vertical Farming:An Assessment of Sin-gapore City DB/OL.https:/researchonline jcu.edu.au/65392/.【8 陈敏.全目击1 杭城第五面，不妨见一见 N.每日商报，2 0 2 2-0 9-16.21