簡介
“垂直農業”這一概念最早由美國哥倫比亞大學教授迪克遜德斯帕米爾提出。德斯帕米爾希望在由玻璃和鋼筋組成的光線充足的建築物里能夠出產人們所需的食物。比如：在1樓餵養羅非魚，在12樓種植西紅柿……。在建築物內，所有的水都被循環利用；植物不使用堆肥；產生的甲烷等氣體被收集起來變成熱量；牲畜的排泄物成為能源的來源等。“垂直農業”，是一種獲取食物、處理廢棄物的新途徑。
垂直農業也叫垂直農耕，是科學家為了研究未來農業發展面臨的人口壓力及資源匱乏問題所提出的一個新概念，主要任務在於解決資源與空間的充分利用，在於單位面積產量的最大化發揮，所形成的一種農業耕作方式。
或許可以認為，“垂直農業”是當前普遍存在的室內溫室的“升級版”，它與室外種植相比有很多優勢。在擁有健全環境控制系統的室內種植糧食作物有如下優勢：提高水肥利用率；在食物消費地種植食物，節省了從外地運輸所需的燃料；在室內種植對地點、氣溫、濕度、土壤成分等作物生長所需基本要素的選擇具有靈活性；不必擔心遭遇惡劣的氣候條件，如乾旱、洪水、疫情等。
立體農業
設計效果圖和“垂直農業”相近的還有“立體農業”，立體農業的概念有以下含義：
表述之一：
從廣義上說，是指根據各種動物、植物、微生物的特性及其對外界生長環境要求各異的特點，在同一單位面積的土地或水域等空間，最大限度地實行種植、栽培、養殖等多層次、多級利用的一種綜合農業生產方式。如水田、旱地、水體、基塘、菜園、花園、庭院的立體種養等；林地的株間、行間混交和帶狀、塊狀混交等；水體的混養、層養、套養、兼養等均屬之。以中國珠江三角洲的桑基、果基、蔗基魚塘等為典型，具有多層次、多級利用的特點。
從狹義上說，是指地勢起伏的高海拔山地、高原地區，農、林、牧業等隨自然條件的垂直地帶分布不同，按一定規律由低到高相應呈現多層性、多級利用的垂直變化和立體生產布局特點的一種農業。如中國雲南、四川西部和青藏高原等地的立體農業均甚突出。這裡種植業一般多分布於谷地和谷坡，山地為天然林，間有草地，林線之上為天然草場，具有規律性顯著、層次分明的特點。
表述之一：
狹義的立體農業 僅指立體種植而言，是農作物複合群體在時空上的充分利用。根據不同作物的不同特性，如高稈與矮稈、富光與耐蔭、早熟與晚熟、深根與淺根、豆科與禾本科，利用它們在生長過程中的時空差，合理地實行科學的間種、套種、混種、複種、輪種等配套種植，形成多種作物、多層次、多時序的立體交叉種植結構。
中義的立體農業 是指在單位面積土地上(水域中)或在一定區域範圍內，進行立體種植、立體養殖或立體複合種養，並巧妙地藉助模式內人工的投入，提高能量的循環效率、物質轉化率及第二性物質的生產量，建立多物種共棲、多層次配置、多時序交錯、多級質、能轉化的立體農業模式。
廣義的立體農業 著眼於整個大農業系統，它包括農業的廣度，即生物功能維；農業的深度，即資源開發功能維；農業的高度，即經濟增值維。它不是通常直觀的立體農業，而是一個經濟學的概念，與當前“循環經濟”的概念相似。
上述3種觀點從不同的角度對立體農業進行理論嘗試，都是對傳統平面農業單作的揚棄。第一種概念的邊界只限於立體多層種植，是農作物輪作、間作、套作在現代農業技術下的延伸和發展，由於概念邊界過窄，局限於種植業內部的山、水、田、灘、路的多維利用，忽略了興起中的林牧(漁)、農牧(漁)複合種、養，以及庭院種、養加工，容易使立體農業同間作、套作混淆起來；第二種概念能夠反映出當代中國立體農業的本質特徵，它既有區域內垂直梯度的立體種養循環布局，又有單位面積(水體)立面空間的種養(加工)合理配置；第三種概念邊界過寬，包容農、工、商綜合發展，邊界的無限延長無疑否定了立體農業本身的特點，造成與生態農業、農業綜合開發、農業現代化之間的概念重疊和模糊，失去了立體農業存在價值。
經過以上分析，可把立體農業的概念總結如下：立體農業是傳統農業和現代農業科技相結合的新發展，是傳統農業精華的最佳化組合。具體地說，立體農業是多種相互協調、相互聯繫的農業生物(植物、動物、微生物)種群，在空間、時間和功能上的多層次綜合利用的最佳化高效農業結構。
摩天農業
隨著城市化進程不斷加快，人們在城市裡修建了越來越多的摩天大樓，它們安裝了玻璃窗戶，由空調系統來把熱量搬到室外。何其浪費能源！於是，人們的目光投向三維空間的充分利用，在大樓里種植糧食作物的想法應運而生。“垂直農業”這一概念最早由美國哥倫比亞大學教授迪克遜·德斯帕米爾提出。德斯帕米爾希望在由玻璃和鋼筋組成的光線充足的建築物里能夠種植本地食物，比如在1樓餵養羅非魚，在12樓種植西紅柿……在建築物內，所有的水都被循環利用；植物不使用堆肥；甲烷被收集起來變成熱量；豬圈排泄的廢料成為能源的來源，等等。因此，“垂直農業”也被稱為“摩天農業”。
現狀
垂直農業迪克森·戴斯珀米爾說，完成這一計畫的大多數技術已經具備，美國政府只需撥出1補貼美國農業的款項的0.25%，即5億美元就可以啟動這一計畫。
垂直農場採用無土溶液栽培方式，並將污水轉化成電力，大大降低能源成本，同時能夠提供更多的食物。垂直農場還可以將傳統的農場解放出來，用來種植更多樹木，從而減少大氣中的二氧化碳含量，減緩全球變暖過程。而且，垂直農場本身就在都市，可以直接運往有需要的地方，從而節約運輸成本，並減少運輸帶來的污染。
太陽能能源
按照設計，摩天大樓式垂直農場的主要能源來自頂樓太陽能板吸收的太陽能。此外，樓頂還可以安裝風力風渦輪，和風車的原理一樣，能為大樓提供風能。農場的另外一個重要電力來源，是將不可食用的植物顆粒(如玉米麩皮)變成燃料，植物廢料先是被加工成粉末狀，接著壓縮成可全部燒掉的燃料顆粒。 在科學家看來，垂直農場不僅僅只是個農產品工廠，它還是一個改造城市基礎設施令其模仿自然循環系統的巨觀計畫。按照哥倫比亞大學環境學家戴斯珀米爾的構想，垂直農場底部的下水道可以提供這個農場最重要的資源：能源和水。整個城市的污水都可以流入這個垂直農場，其中一半進入一部被稱作“泥碳”的機器，這部機器對其進行加壓加熱，將其分解成基本物質：碳和水。“泥碳”提取水和煤狀的淤泥作為蒸汽機的動力用來發電。剩下的另一半污水通過消毒滅菌處理，再加上一個加熱脫水的過程變成上層土。從這兩個程式中提取的水都可以經過自然過濾方式，如利用斑馬貽貝、香蒲等媒介進行過濾，從而用於農業灌溉，甚至可以繼續淨化過濾變成飲用水。
理想模式
垂直農場的外形呈圓柱體，各樓層像籌碼一樣堆疊著。每層樓都是一片農地，並且有複雜的灌溉系統。所有農作物都會在受控制的環境下生長，並使用電子眼檢驗是否成熟，全年可以365天不間斷地種植、收割。
已有垂直農場雛形還有一個模式，是由巴黎SOA建築師工作室的奧古斯汀·羅森斯塔爾博士提供的。不過，儘管美國、法國和以色列都有了垂直農場的雛形，但是，迄今為止，科學家心目中的摩天大樓式垂直農場還遙不可及，人們還無法從市場上買到垂直農場生產的農產品。
世界一些大城市的規劃者已對 “垂直農業”表現出了濃厚興趣。但到目前為止，“垂直農業”仍處於概念階段，還沒有成型的套用模式，具體實施起來會遇到一些障礙。最大的障礙是水和能源這兩個必要條件的來源問題。“垂直農業”需要有完善的城市污水循環利用和能源供應系統作為配套。除此之外，對於經濟因素的考慮成為一些學者對此持反對意見的主要原因，他們認為“垂直農業”的成本將超過利潤，畢竟利潤永遠是投資者優先考慮的因素。所以，儘管“垂直農業”概念誘人，但現在看來它和現實仍然相距遙遠。
詳介
來由
垂直農業據估計，到2050年的時候，世界人口的80%都將居住在城市裡。而人口總數將增至92億，其中大多數在開發中國家。很多專家認為，如果不採取嚴格限制措施，人類可能會面臨嚴重的糧食和耕地短缺，並由此引發很多可怕的後果，比如饑荒和生態災難。
垂直農業是由迪克森?德波米耶（Dickson Despommier）博士提出（他的學生們對此也有貢獻），他是美國哥倫比亞大學的公共衛生和微生物教授。德波米耶博士稱，垂直農場不僅能解決未來的糧食短缺問題，還可以阻止全球變暖，提高第三世界國家的生活水平，改變人類獲取食物和處理廢棄物的方式。這一切或許聽起來似乎有些誇張，但實際上垂直農業很有可能在未來實現。
作用
垂直農業的著眼點在於解決空間問題。由德波米耶博士帶領的“垂直農場項目（Vertical Farm Project）”稱，室內一畝的耕作產量等同於室外四到六畝的耕作產量。他們舉例說，弗羅里達州有個農場被改造成了室內水耕農場，用於大批量生產草莓。在這座農場裡，每1畝暖房能產出相當於30畝地的草莓。
當地面農業轉型成垂直農業後，人類再也不必擔心耕地會耗盡。而且因為是在室內進行農業生產，人們全年都可以種植作物，不用擔心壞天氣、乾旱或自然災害的影響。如果將建築物密封起來並仔細監控，就不需要使用殺蟲劑來消滅害蟲和寄生蟲。要知道，在開發中國家，蟲害可是個很嚴重的問題，破壞性驚人。垂直農業生產的食物都是有機的、健康的，在生長過程中不使用肥料。從事垂直農業的農民更不用擔心在耕地、水源和其他資源的分配上跟別人發生衝突，不用操心與轉基因食品進行競爭，更不用考慮作物受到有害植物和野生動物的影響。
這些垂直農場將被修建在市區，而地球上大多數人口都居住在市區。因此，農業變得更像是個封閉系統。也就是說，糧食的種植、運輸、食用和廢物處理都在同一塊區域內完成。對於像北京、上海這樣的大型城市來說，幾乎所有食物都要通過空運或者陸路運輸而來。食物從生產地經過陸地運輸、海運和空運送到消費市場的過程中，會產生很多污染，垂直農業將在很大程度上消除這個問題。
垂直農場一般位於它所服務的社區之內。因此，人們可以根據當地需求來更改種植的作物種類。垂直農業的精髓在於：從當地農民手中購買食品，以此支持當地農業發展，減少個人對生態的影響。這個理念廣為流行，很多書籍和報刊都作過介紹。
前景
垂直農業最誘人的前景在於：傳統農業使用的耕地很可能需要退耕還林，而垂直農業則不存在這樣的問題。退耕還林是為了對抗全球變暖，通過這一過程，遭到砍伐的林區可以回歸到原始狀態，再次長滿植物，供各種動物棲居，同時減少大氣中的二氧化碳，並為娛樂業和旅遊業提供美麗的景致 。
設計和挑戰
垂直農場
垂直農場大多數垂直農場的設計與時髦的現代摩天樓沒什麼兩樣，高度大概在30到40層之間。每層都可能栽種、養殖各種作物和牲畜。比方說，水槽里可以養魚和其他水產品。同時利用現代科技最大限度地減少浪費和能源使用，促進回收利用。為此，這些農場將裝上玻璃牆、大型太陽能電池板、高科技灌溉系統和用於焚燒垃圾生產能源的焚燒爐。農場還將配備各種監測系統，確保能源和水都在正確的地方發揮作用，溫度也得到適當控制。
在灌溉過程中必須對水進行仔細分配，多餘的水將被收集並回收。通過蒸發，露水也可以被收集。廢水和污水可以用藻類和植物淨化，變成飲用水；也可以在直接過濾變成可用於灌溉的無菌水。這種灌溉用水每時每刻都在從各個城市流入河流，每天的排放量高達數百萬立方米。
在垂直農場裡，甲烷氣體也將被收集，不會散發到大氣中。所有多餘的能量都將返銷給當地的能源網。
德波米耶博士認為，150個30層的農場就可以滿足整個紐約市的需求。經過精心設計，這些垂直農場將被安置在城市周圍，或者集中建在附近地區。比如說，紐約的農場就可以建在總督島（Governor's Island）。它們看起來不會唐突礙眼，甚至可能成為美景。
想要讓垂直農場的設計成為現實，必須聯合各個學科的專家，包括農學、農業經濟學、民間規劃、建築、工程、經濟學和公眾健康學。德波米耶博士和其他研究人員已經發表研究報告，為垂直農場的發展和實施設定了計畫。 事實上，垂直農場所需要的技術都已經存在，不過要徹底搞清怎樣讓這些技術協同工作可能需要10年的時間。即便如此，我們已經掌握了水耕法（不使用土壤），並且在極端惡劣的環境中，甚至是宇宙飛船里成功種植了植物。甲烷收集和廢水收集正成為保護自然資源必不可少的手段。
爭議
也有些人對垂直農業持批評態度，他們認為垂直農業會使從事傳統農業的農民和為農產品運輸、包裝的行業工人失業。對於這些批評，可以指出的是，在工業革命之前，95%的美國人都是農民，垂直農業可能正是農業革命的延續。而且德波米耶博士還認為，垂直農業將創造就業機會，在籌劃、建設和維護這些系統的過程中需要成千上萬的專門人才。由此產生的社會經濟效益可能相當巨大，對那些辛勤勞作的自耕農和低收入人群來說更是一次機遇。在開發中國家，可靠的糧食供應和營養改善將提高人們的生活水平，進而促進商業發展，並使兒童擺脫田地農活，去學校上學。
在垂直農業成為現實的路上仍然有兩個障礙：資金和政府支持。不過，德波米耶博士已經在聯繫投資者和慈善家，想要為可持續發展的城市農業建立一個示範中心。當獲得足夠的投資之後，首個垂直農場可以在15年內啟動運行，甚至可能盈利。而政府的支持顯然有助於垂直農場的發展 。
時代要求
垂直農業隨著地球資源被人類的蠶食性開發，可利用的耕地越來越少，全可耕地已被80%利用，而且人口的增加卻以每年2%的速度遞增，近代農業文明的發展已經對自然造成了嚴重的破壞，森林的無限制地濫伐開發，耕地的水土流失日漸嚴重，居住在這個地球上的人類將會面臨著食物的危機及環境污染所帶來的健康危害，據估計到2025年，人居人口將達80億人，而且城市人口也將占80%，這種高度集居與人口密度的急驟增加，光憑現有的耕地已無法解決人類的食物問題。
為了尋找農業發展新的突破口，必須對現有農業進行反思回顧，總結技術與經驗，批判性地改造傳統的農作方式，於是，進行了新農業的探索，這就是在現有可耕土地上高效地利用發揮，使原有的土地利用率與產業率數倍的提高，走向了向空間要土地的技術之路。在技術體系構建上大膽地引用的氣霧培技術與空間種植架或板的垂直建設。
利用價值
（圖）垂直農業垂直農業所構建的垂直農場大大提高了傳統設施的利用率，可以使溫室大棚的能源投入得到效率最大化的發揮，每畝所產蔬菜的單位投入能源數倍地減少，在當前石油資源緊缺的時代意義十分重要。
垂直農業不僅在構建農場上能得以利用，對於沒有土壤的城市空間也可利用該技術建設微型高效的垂面種植系統，甚至在狹小的室內空間或地下室倉庫都可以構建垂面種植系統，採用人工光源進行室內菜園花園的建設，而且在室內栽培時根本無需考慮病蟲害的防治，就可以達到免農藥無公害的要求，在室內蟲的傳播路徑得以隔絕，環境因子又相對穩定，在加上光源的人工可控性提高，使作物的產量又得以提高與加速，是未來農業發展的一條必然之路，也是未來生態城市建設的一個重要輔助技術與工程。
垂直農業以其無限的發展空間與生長優勢，而成為現代農業先進生產力的代表，是改變當前資源匱乏及環境污染及人力投入過大傳統模式的最佳替代農業。
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