文|35斗
8月9日，2022光明多多垂直農業挑戰賽暨第三屆“多多農研科技大賽”正式啟動，賽事的開展將為垂直農業科技創新、探索現代農業發展新模式提供不菲助力，這一舉措也將持續為垂直農業新技術、新裝備的研發和推廣開展積極的嘗試。
在科技的助力下，垂直農業將如何在城市中開拓農田？是否真的能讓城市中的居民“歸園田居”？
在城市當“農夫”，垂直農場把“農田”搬進大樓
20世紀初，美國地質學家吉爾伯特·埃利斯·貝利提出了“垂直農業”這一概念，自此，眾多從業者對其展開了長期的探索和研究；2007年，美國哥倫比亞大學教授迪克遜德斯帕米爾正式提出“垂直農場”，作為獲取食物、處理廢棄物的新途徑，垂直農場受到了人們的熱捧。
以類似于高樓的發展模式，通過可再生資源和溫室技術等手段模擬作物在生長過程中所需的水、陽光以及溫度等，促進農作物的生長，對滿足高密集度城市生活、維護糧食安全、保障供應鏈的穩定、確保農業生產的可持續性有著極大作用。根據中農智聯的分類，目前，垂直農業已有13種創新技術及其應用，各個國家也紛紛對其展開了研究。
圖：垂直農業的13種創新技術及其應用，數據來源：中農智聯
圖：部分地區和國家發展垂直農業概況一覽，數據來源：PlugandPlay
技術始終要為人服務，垂直農場的出現也是為了讓城市的資源與空間得到充分利用。數據顯示，一座占地僅僅只有1.3萬平方米、58層高的“垂直農場”，其產量相當于一個四百多萬平方米的傳統農場，足夠為三四萬人提供一年的糧食和蔬菜。
此外，垂直農業能夠為“減碳”貢獻力量，在離消費城市更近的地方種植作物，能夠大大減少和消除運輸中常見的食物浪費，用于農產品運輸的交通工具的成本和氣體排放量也會更低，能夠對解決全球氣候變暖提供助力。
垂直農場為城市居民帶來最直觀的感受莫過于近地城市蔬菜供應鏈的暢通使得消費者“菜籃子”中的菜品變得更加新鮮，無農藥的施用也使得垂直農場避免了農殘污染等，食物質量變得更加可控，保障了“盤中餐”的安全。
蓄勢待發，垂直農業已有諸多利好
從誕生伊始，垂直農業就被人們寄予了厚望，近幾年，垂直農業正在以井噴式的速度生長。聯合市場研究公司分析預測，室內垂直農場領域的投資額將從2018年的14億美元增至2026年的180億美元。2021年10月，Insight Partners公司研究指出，垂直農業市場份額將從2021年的43億美元增長到2028年的198.64億美元。
垂直農業的發展正不斷吸引各界關注的目光，已乘勢而起。近年來，各大相關企業不斷傳來的獲得融資的消息就是最好的說明。
圖：全球部分垂直農場獲得融資情況，數據來源：Crunchbase
垂直農業的發展也帶動了相關衍生需求品的發展。目前，全球與垂直農場相關的現代設施農業正蓬勃向上，日后，隨著作物品種的增多，對LED植物燈的需求也會不斷攀升，LED燈的發展也會為垂直農業的建設注入強勁動力。海外市場上，英飛特、飛利浦、日本昭和、日本松下等企業都已在此領域進行了布局，國內市場上，中科三安、晶元光電、華燦光電等也紛紛對LED植物燈展開了懷抱。預計2026年，LED植物燈市場規模將高達30億美元。
同樣欣欣向榮的還有機器人和無人機等設備，二者對實現垂直農場的控制和監控等方面起著重要作用，對于削減成本、標準化作業有著不可替代的優勢。借助上述設備，AeroFarms開發的系統已通過概念測試，已計劃將擴大應用到AeroFarms的所有作物及未來的室內垂直農場中。
眾多配套設施的蓬勃發展為垂直農業的普及和推廣夯實了地基，未來，隨著行業的不斷變革，相信垂直農業的各個模塊也會迎來快速的上升期。
讓農業回歸城市，垂直農業將如何實現這一目標？
經濟的蓬勃發展加快了人類社會的發展和現代化、城市化的進程，這一現狀也要求食物生產系統以少量的勞動力、有限的土地資源和水資源去哺育城市中越來越多的人口。
較低的土地使用度是讓農業走進都市、靠近城市消費者的一大優勢，更是鏈接城市與農業的新紐帶和新橋梁，對解決城市“無地可種”的難題提供了解題思路。垂直農場的建立除能解決城市居民“生存”問題外，還能大幅提高生活幸福度，其被賦予的休閑、娛樂功能也是城市居民所喜聞樂見的。
除此之外，垂直農場還能徹底擺脫過去“看天吃飯”的窘境，大大減少因干旱、洪澇等自然災害影響而造成的經濟損失。垂直農場中生長的作物，能夠高度避免天災，擺脫生產過程中土壤、地理氣候等的束縛，有效提高農產品質量，其統一的標準度也能“更上一層樓”。
過去，民眾不易獲得的新鮮食物，也能通過垂直農場得以解決，其甚至可被直接建立在廚房或自家后院中，這也是垂直農場發展傳達出的重要信息。屆時，新鮮食物的“唾手可得”或將變得稀松平常。
垂直農業未來將去往何處？
關于垂直農業的未來，從業者們對其有著無盡的想象空間，未來以“技術”為畫筆，定會擘畫出屬于垂直農業的美好藍圖。
“我看好它的未來，也好及早兌現我們對它的期待。”
國家電投江洲電投生態科技公司銷售總監陳世琳表示，垂直農業在全球發展極不平衡，它最先在歐美日等地汲取最豐厚的營養，并結出璀璨的花朵。在中國，室內垂直農業才剛剛走過15-20年的時間，落后于先進技術5-10年。先進國家先進產業為我們做好了示范，國內最近六七年的迅猛發展，使得我們規模上逐步追上了先行者。
但能否和很多產業一樣，未來能夠在垂直農業的領域中實現彎道超車？這個問題具有很大不確定性。在垂直農業這一領域，我國是技術的使用者，而非體系的開創者。從育種到專業種植，在某些方面我們都落后于人。
通過對全球幾家垂直農業企業最近3-5年的融資分析，會有一個意外的發現，即最近幾年垂直農業走上了互聯網風投估價模式，這一現象的深層原因來源于農產品無法在定價上謀取更大的利益。未來，垂直農業最核心的部分，一定是數據，包括環境調控數據、光配方調控數據、各種營養配方數據……其最具價值的部分，一定是內外兩個平臺，關系著供應鏈管理、渠道管理、客戶畫像管理和運營效率。
但垂直農業較傳統農業來說，仍存在桎梏。無論從國家、民族、歷史、文化、科技發展，還是從種植品種、種植規模、種植成本、種植模式來看，垂直農業從一定程度上來講是時代的“弄潮兒”，而傳統農業則“根深蒂固”，持續地在為糧食安全做支撐，兩者相輔相成。傳統農業完成不了的，垂直農業則是最佳的選擇和替代，但其還是無法替代傳統農業的波瀾壯闊和多樣性。
從多部描繪未來場景的科幻影像作品，以及現實的國內外垂直農業落地項目來看，室內垂直農業更象是人類和自然之間博弈平衡的產物。傳統農業依賴于對天氣的預測、對自然的馴化和利用，而垂直農業更專注于對生長因素的完全控制，對植物商品化的最合理程度的干預和調節。當然，室內垂直農業種植品種的局限性及種植經濟性方面的問題始終讓人無法忽視。
傳統農業解決了全世界人口的吃飯問題，這是最大公約數的實力體現。而垂直農業傾向于滿足兩個需求，即蔬菜供給到達不了的地方和最具購買力人群的需要。前一個需求是雪中送炭、是剛需，后者則是市場要素重新配置的一種必然。
但無論如何，未來的市場上，定會有屬于垂直農業的一畝三分地，垂直農業的未來，已經悄然到來。
安徽賜壽植物工廠有限公司、中國植物工廠網創始人表示，與傳統農業相比，以智能垂直農業為標志的智能農業與垂直農場可節約大量土地資源、水資源、人力資源和肥料資源，相較于傳統農業，其能夠創造幾十倍甚至上百倍的產量和效益。在技術上，垂直農業也有著顛覆傳統農業的新舉措，從露天轉入室內進行生產，從按季生產轉為周年不間斷持續生產，從化學農業轉為物理農業，從資源浪費型轉為資源節約型。
隨著“十四五”規劃的實施，鄉村振興，共同富裕戰略的共同推進，以及疫情常態化狀態下，垂直農業將迎來快速發展的機遇期。同時，隨著園柱式、方柱式、兩面式、金字塔式、多面體式植物工廠立體智能裝備大量進入市場，垂直農場“個把平米，套把裝備，千把塊本，噸把重菜，萬把塊錢”目標的實現也將“近在眼前”。未來，我國垂直農業定能占領世界農業制高點，實現垂直農場無處不在的美好愿景。
括而言之，屬于垂直農業的美好藍圖已緩緩在人們面前展開，未來，待相關的技術、成本、設備等問題得到妥善解決后，眾多企業和機構甚至是個人定會以垂直農業為“畫筆”，擘畫出一個充滿巨大想象力的空間。
4大問題待解，垂直農業的痛點剖析
隨著科學技術的進步和城市需求的不斷增加，人們對作為城市新型農業發展模式的垂直農業飽含期待，但如果想要將垂直農業大面積鋪開推廣，仍需直面現實存在的困難和爭議，合力攻堅克難。
一是能耗。能耗是發展垂直農業必須邁過的坎，在垂直農場中，一公斤食物的產出需要消耗38.8千瓦時的能量，相當于一臺洗衣機中洗17件衣服所耗費的能量。這其中，為保證環境氣候溫和與一致性，植物生長過程中所必須利用的陽光被數以百千計的LED補光燈所代替，數據顯示，如若想用垂直農業方式生產出美國全年的小麥產量，僅補光用電所需的電量就是美國所有電站1年生產總電量的8倍，能耗驚人。
二是產品價格。高昂的成本使得垂直農業食品的售價較傳統農產品高出一至數倍，以生菜為例，垂直農場產出的生菜價格高達30~40元/斤，相較于普通生菜3元/斤，這個價格的確讓人“望而生畏”，普通民眾消費意愿不高。要想通過提供有競爭力的價格吸引消費者的目光，在目前看來仍是道阻且長。
三是技術儲備。盡管垂直農業風已起，但中國市場對其仍顯得較為“冷淡”，其生產操作困難、設備成本高等現狀需提前進行相應技術儲備，需要從業者進行精細化的操作調試，并對從業者提出了極高的專業技術支持的嚴峻考驗，但技術人才、經營人才的不足使得我國垂直農業的發展顯得心有余而力不足。作為一項顛覆性的技術，避免因技術成本而出現的“技術鴻溝”也是當前值得思考的大事。
四是軟、硬件方面的問題。安徽賜壽植物工廠有限公司、中國植物工廠網創始人余錫壽表示：現階段垂直農業技術在軟硬件方面的不足主要表現在智控裝備傳感系統檢測單一、決策系統不全面、所需的營養液離子傳感器還未面世等問題，還有待相關領域從業者大膽創新，真正解決共性問題和關健問題。
國家電投江洲電投生態科技公司銷售總監陳世琳與余錫壽有著類似的看法，他表示，垂直農業目前仍存在很多短板，未來必然會限制其技術應用和潛能的發揮。在軟件方面，垂直農業的植物生產數據包（基質配比、溫度、濕度、光照、水肥、CO2、通風等）還不健全，無法標準化，異地復制會有可能成為空談。另外，在果、菜方面，天敵和授粉昆蟲的研究、繁育和應用還存在很多不足，導致禾本科水果的種植往往在產量、果型和口感與規劃存在著極大的差異。
垂直農業各家均有自己的專利技術標準，裝備標準也不統一，不具備通用性。如種植架、種植盤、燈具，如嫁接、傷愈、移栽等專有設備，每家垂直農業公司均有相當大的差異，產業鏈不完整、局部閉環，這嚴重阻礙了垂直農業市場擴散和投資者信心，更是需要經過很長一段時間的推廣和市場競爭才會形成趨同的標準。
面對上述種種難題，作為未來人們擺脫糧食供應鏈之苦的希望，垂直農業路在何方？
已有先例可供參考，垂直農業發展正當時
前途是光明的，道路是曲折的。盡管前方有重重險阻，但只要下定決心跨過去，等待我們的就是垂直農業的光明未來。
要解決能耗問題，還需厘清植物如何利用能源，垂直農業的能源需求，能源優化利用，城市社區能源循環利用的整合以及財務成本的計算等流程。
2021年，垂直農業普查數據顯示，有將近64%的從業者未制定能源減少的具體流程，而近40%的種植者幾乎從未跟蹤過垂直農場的能耗情況。盡管數據略顯“慘淡”，但這之中卻蘊含著垂直農場發展的機會，即通過簡單的方法和環節便能對垂直農場的能耗進行跟蹤，并在此基礎上找尋降低能耗的方式。如此一來，發展垂直農業的信心將會進一步增強。
將植物置于特定的位置和角度能夠最大程度地利用光能，不僅能為植物提供充足的光照和適宜的溫度和生長環境，合理地利用光能也能為降低能耗提供一份力。垂直農業企業Agrify就讓我們看到了合理運用技術的大好前景，通過在45082平方英尺的設施面積上設置的752個雙疊式AFVU（公司的垂直種植單元，該技術是市場上唯一為室內垂直種植提供模塊化、分隔式小氣候種植系統的產品）、LED燈、高壓鈉燈（ HPS）的傳統室內種植室設備進行對比，讓我們看到了無限可能。
圖：Agrify所用的垂直種植單元技術與LED燈、高壓鈉燈（ HPS）的傳統室內種植室設備進行對比情況一覽，數據來源：Agrify招股書，天風證券研究所
風能、太陽能等綠色能源的整合也為提高垂直農業的能源效率帶來了新的希望。目前，垂直農場發展過程中，電力的使用是前期無可避免的巨額成本，但隨著技術的革新，越來越多企業正在開發并使用起了綠色能源。其中，Bowery Farming就100%使用包括水電在內的可再生能源為農場提供動力，前文所提到的風力垂直農場塔也為減少能源依賴提供了新的思路。作為獨立的綠色生態循環系統，垂直農業除能對太陽能、風能等可再生能源進行充分利用外，其還能將一些無法利用的農作物“變”作燃料，為城市供給可再生的清潔能源。
說完能耗，我們再來討論種植者和消費者都較為關心的成本和定價問題。垂直農業中作物的選擇對利潤率有很大程度的影響，高價值作物是當前在議價權和盈利方面看似雙贏的選擇。未來，市場也許會催生出適用于垂直農業種植方式的專用技術，屆時，產出率只是垂直農業的競爭武器之一，商業切入也許會從食品、泛食品等賽道切入，或延伸出文旅結合、休閑結合等模式或其余盈利模式。
以草莓為例，作為擁有高附加值的作物，種苗質量參差不齊、行業機械化程度低、產業加工比例低、食品安全缺乏嚴格保障、貨架期短已成為制約草莓行業發展的幾大掣肘，作為美國Environmental Working Group（EWG）公益組織每年評選出來受農藥污染最嚴重的水果和蔬菜榜單上的常駐第一名，室內農場種植草莓有著合理性及必然性。
針對以上草莓面臨的痛難點，垂直農業似乎都能對其進行逐個擊破。垂直農場中種植出的草莓不僅能針對不同品種研究差異化的生態區配套栽培技術，還將采用如基質栽培、水培等先進機械和省力化栽培模式，運用智能設施集成技術生產農產品的方式，也能減少對人工的依賴，滿足草莓全年的供應和品質穩定；與此同時，一套標準質量安全體系建設也將應時而生，并運用到草莓生產、加工、儲存、包裝、運輸、銷售等環節中，確保產業鏈的每個環節都有嚴格明確的規范和標準。
不同的技術流派（基質培養、水培、氣霧培層架式、旋轉式、垂直式模式）也為我國提出了多元化的技術和人才需求，當前，已有先行者的經驗可供借鑒。
圖：部分國家及代表性企業所采用技術情況一覽，數據來源：DeepTech深科技
技術問題歸根到底還是人才的問題，因地制宜、利用自然環境的獨特性發展垂直農業、將智能農業真正納入教育體系中、在國家層面引起重視對充分發揮人才作用有著極大的好處。地方政府的農業產業化引導基金、專項債的存在往往也會為項目的立項和落地劈開阻礙，這時，更高的投資回報率、更好的高附加值種植方案，必然會發展為垂直農業發展的方向。
當前，位于光明母港花博園區域的光明母港垂直農業研究中心，匯集了多個國家、不同技術流派等多個種植形態，用于室內垂直農業運營測試、數據收集、環控測試等，為智能化生產設備、溫室設備、軟件算法調試等農業研究提供測試平臺，也為吸引人才近悅遠來提供了機會。
參考資料：
1.農業行業觀察 《什么是垂直農場？據說可以喂飽地球97億人！》
2.上蔬源 《為什么垂直農業需要抓住節能減排的大機遇？》
3.PlugandPlay 《垂直農業，一個可持續的未來？》
4.DeepTech深科技《垂直農場Ⅱ: 農業與工業的聯姻，技術才是核心競爭力 》
5.《全球28家植物工廠/垂直農場動態盤點》
6.《垂直農場滿足人類食物需求 讓農業生產走進都市》
