新方法让垂直农业获得竞争力

从外面看,它就像一个金属外壳的高大谷仓。但是,穿过一道高大的防虫气闸进入其中,一个万花筒般的世界呈现在眼前。一个中央通道的两侧是两对高架子。每座架子上都叠放着十几个种着草莓、甘蓝、红生菜和香菜的托盘。所有托盘都沐浴在各色鲜亮的光线中 (主要是蓝色和紫红色系)。这座人造伊甸园的园长道格拉斯·埃尔德 (Douglas Elder) 在手机应用中输入一些指令,随着一阵短暂的机械嗡嗡声,一托盘郁郁葱葱的绿色罗勒便滑了出来,供他检查。

埃尔德是「智能生长方案公司」(Intelligent Growth Solutions,以下简称 IGS) 的产品经理。这家「垂直农业」公司的总部位于苏格兰邓迪 (Dundee) 附近的因弗高利 (Invergowrie)。在他管理的示范区中,每座高九米的架子占地仅 40 平方米,但是通过将托盘层层叠放,每个架子的种植面积最多能达到 350 平方米。埃尔德再次拿起手机,改变了每个托盘上方安装的 1000 个 LED 管的颜色和亮度。这款手机应用还可以控制温度、湿度和通风,以及为生长在各种非土壤基质上的植物提供水分和养分的水培系统。埃尔德说,有了这部可靠的手机,他几乎一个人就可以运营整个农场。

植物工厂

这种垂直农业本身并非什么新鲜的创意。这个词可以追溯到 1915 年,尽管首批商业化的垂直农场要在一个世纪后才建成。但这门生意现在开始红火起来。日本的软银、谷歌前老板埃里克·施密特和亚马逊创始人杰夫·贝佐斯向总部位于旧金山的垂直农业公司 Plenty 总共投资了 2 亿多美元。今年 6 月,英国网上超市 Ocado 在垂直农业上投入 1700 万英镑 (2130 万美元),在其自动化的配送仓库中种植新鲜的农产品。

科技有望将垂直农业生产转化为高效节能的「植物工厂」,投资者的兴趣因而与日俱增。IGS 示范区中的高科技 LED 经过优化,一个光子也不会浪费。水培以及支持水培的循环利用使得从系统中流失的唯一那点水最终也被植物吸收。而高架结构则意味着整个系统可以进行模块式组合,因此可以扩大规模。IGS 希望从明年初开始向客户交付这些系统,其中大部分将包含 10 个或更多架子。

然而,仍有些人怀疑垂直农场能够提供多少老式温室无法提供的东西。垂直农场无疑占地更小,这在城市等地价昂贵的地方可算利好。这一点很重要,因为向城市居民出售新鲜农产品常被标榜为垂直农业的最大机遇之一。但是,温室的光和大部分热量都是太阳赐予的,不用花钱。而且现代温室也可以使用太阳能 LED 辅助照明来延长植物的生长期,并使用水培系统来节水,在纽约和芝加哥经营屋顶温室的城市农业公司「哥谭之绿」(Gotham Greens) 的联合创始人维拉吉·普里 (Viraji Puri) 说。至于食物里程,垂直农场不可能比哥谭之绿在布鲁克林的屋顶温室更短了,因为后者供货的全食超市 (Whole Foods Market) 就在它楼下。

垂直农业的最大短板是使用大量 LED 要耗费高额电力。也就是说,只有种植沙拉菜和香草等高价值、易腐烂的农产品在商业上才是可行的。但这部分市场仍不容小觑。不过,对其他更广泛的农产品来说,其成本可能还是太高了。2014 年,美国康奈尔大学生物与环境工程学的名誉教授路易斯·奥尔布赖特 (Louis Albright) 计算得出,一条由垂直农场种植的小麦制成的面包售价约为 23 美元。

蓝色是本色

一个省电的方法是使用只发射植物所需颜色、而不是全光谱白光的 LED。植物之所以是绿色的,是因为它们的叶子含有叶绿素。这种色素可以反射光谱中间的绿色光,同时吸收光谱两端的蓝色和红色光,将其用于光合作用。

因弗高利的垂直农场把这种方法再往前推进一步。它使用可以灵活调光的 LED。IGS 的首席执行官大卫·法夸尔 (David Farquhar) 表示,虽然这种光源产生的大部分是蓝光和红光,但研究人员现在知道,其他颜色的光在植物生长的不同阶段也起到了重要作用。适时给植物照射一次绿色光能提高产量,而适时补充红外线光可以提高叶片的质量。这些光源还可以产生各种蓝红混合光。

为了让这些 LED 更节能,IGS 开发了一套低压配电系统。法夸尔说,这可以将现有垂直农场的能源成本降低一半左右。结果是,这四个高架子每年可以生产 15 到 25 吨香草、沙拉菜、水果和蔬菜。该公司声称,这比种植面积相当、配备了辅助照明和供暖的水平栽培的传统温室的产量要高出两三倍。而且这套系统能以与温室差不多的单位成本种植所有这些农产品。

因弗高利示范区的任务之一是为不同作物定制专门的照明方法。另一项任务是开发算法,同样是根据不同作物的偏好来控制气候条件。这么做是为了设计出作物专用的天气「配方」,以提高垂直农场种植的各种农作物的产量和质量。所有环节的设计都考虑到了节能。比如用收集到的雨水来灌溉。这些雨水经过净化被循环利用,但每次收集的雨水只有 5% 被最终消耗掉,其中大部分化作了植物中的水分。通风也是一个闭环,从 LED 采集多余的热量,同时控制湿度和氧气水平。

通过降低运营成本,这套系统应该能让更多农产品的垂直种植有利可图。IGS 已经在萝卜和小芜菁等一些根茎类蔬菜的种植上取得了成功。而小麦和水稻等大田作物可能永远与垂直农场无缘,植株大、分量重的蔬菜也很难种植。也就是说,至少在现有技术条件下,菜单上可能不会出现完全在垂直农场长成的土豆。

不过,詹姆斯赫顿研究所 (James Hutton Institute) 的负责人科林·坎贝尔 (Colin Campbell) 表示,种用土豆倒是完全可以考虑垂直种植。该研究所是受苏格兰政府资助的植物科学研究中心,其总部就在 IGS 隔壁并与之开展合作。坎贝尔观察到,世界各地的许多田地正在遭受日益严重的病虫害侵袭,如马铃薯胞囊线虫。而垂直农场的受控环境可以将病虫害隔绝在外,在这里,种用土豆能比在广大而环境恶劣的户外更高效地繁殖。等到它们移植到户外时,就能更好地生长。

该研究所的研究人员还在尝试一些可能非常适合室内生长的植物品种,包括一些从前在筛选能经受集约化农业系统的恶劣环境的作物时被淘汰的老品种。坎贝尔认为,浏览研究所的基因库可能会发现一些被长期遗忘的水果和蔬菜,而它们在垂直农场的安全环境中也许能茁壮成长。

所有这一切可能会受到美食家的欢迎,还会解锁全新的和被遗忘的风味。购物者甚至可能会发现一些种在超市通道上的奇异品种。柏林一家名为 Infarm 的公司就为商店、仓库和餐馆提供远程控制的搁架式种植柜。当这些种植柜上长成的果蔬被采摘后,该公司的苗圃会再供应新一批香草和沙拉菜,其中包括热那亚罗勒、秘鲁薄荷等奇异植物。

垂直农业不能养活全人类,却会为更多人提供更多新鲜农产品。随着其系统进一步完善,甚至可能出现供人们放置在厨房里的微型垂直种植柜。这就可以证明,不管是日光之下还是 LED 光之下都并无新事——毕竟这类微型种植柜不就是以前被称作窗台花箱的东西嘛。

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