世界首例无人化垂直植物工厂投用，它碳中和了吗？

垂直植物工厂栽培层数高达20层

近日在四川成都，由中国农业科学院都市农业研究所自主研发的首座无人化垂直植物工厂投入使用。这种以农业科技创新为核心的都市农业技术，率先创立植物光配方与光效提升理论方法，攻克了植物工厂“光效低、能耗高”的世界性难题，目前所构建的20层垂直无人植物工厂为世界首例，为城市绿色种植提供了全新的解决方案。

作物实现“超级生长”

垂直农业技术是目前设施农业的高级发展阶段，是世界农业前沿科技探索的重要领域。针对不同作物“定制”最佳生长环境，便是垂直农业的优势之一。

“目前整个自动化的生产体系，应该是全世界领先水平。设施单体生产的层数也是世界上最高的。”研究所相关负责人表示。

无人化垂直植物工厂（央广网记者 昌思荣 摄）

这座栽培层数高达20层的垂直植物工厂，通过采用自主培育的作物新品种、垂直立体栽培系统、营养液自动供给系统、人工模拟节能光源以及基于AI的智慧管控系统，实现垂直空间内的稳定生产。不受气候和地域影响，在环境可控条件下能够实现35天就收获一茬生菜。除了生菜以外，其他的叶类菜、果菜、食用菌都可以在垂直植物工厂里规模化生产。

无人化垂直植物工厂里的草莓长势良好（央广网记者 昌思荣 摄）

在育种加速器条件下，作物的生育期由原来的120天缩短到50—60天，育种效率大幅度提升。试验结果显示，垂直植物工厂生产的作物，营养成分与大田作物基本没有差别，并且没有了传统作物的病虫害问题。

无人化垂直植物工厂（央广网记者 昌思荣 摄）

要实现作物“超级生长”，就要对温度、湿度、光照、二氧化碳以及根基营养精准控制，不再“靠天吃饭”。在垂直植物工厂里，作物上面密密麻麻布满了LED光源，这正是不同“配方”的人工光源。这些人工光源，模拟和替代了自然光。加快作物发育和育种过程，就是通过精准控制光的亮度和颜色来实现，现在用的LED灯，称为固态冷光源，而光的颜色是可以精准配比的。

无人化垂直植物工厂（央广网记者 昌思荣 摄）

这套生产示范系统可实现蔬菜周年无人化生产，年产蔬菜50吨以上，生产效率为露地栽培120倍左右。目前主要用于叶菜、药用植物、种苗等的工厂化生产。

创新团队通过多年攻关，在国际上率先解析了“光-温-营养”耦合调控作物快速繁育关键技术。这套技术不受土地、空间和气候条件的约束，根据植物生长特性来配置它所需要的光谱；采取水培或雾培手段，使植物吸收营养；通过光与营养精准调控，诱导早期开花和促进作物快速生长，大幅缩短作物生育周期。像水稻、小麦等一些作物，在育种加速器条件下，生育期由原来的120天可以缩短到50天到60天，一年大概可以加代到5到6代。这套技术也为无人垂直植物工厂加速作物育种提供了理论验证与技术储备。

（注：植物的生育期是指从种子萌发到成熟，经历了一系列的生长、发育、开花、结果等过程的时间长度。这个过程不仅包括种子到果实成熟这段时间内的生长，也包括了一系列生理上的变化和形态结构的形成。每种植物都有自己独特的生育期，受多种因素影响，如气候条件、土壤类型等。）

此项技术还可以更好地利用城市空间，在楼房里边甚至地下空间发展农业，在保障城市居民饮食健康的同时进而弥补农村耕地面积短缺的问题。由此，该技术的应用将对基本农田保护和城市绿化率提升产生重要意义。

不过，想要让城市农业为双碳贡献力量，还需要精心设计。因为在有些情况下，城市农业食物的碳足迹是传统农产品的六倍。

城市农业低碳么？

都市农业有望成为 21 世纪可持续发展的一个重要特征，而且，在后院、社区花园或城市农场种植食物可以缩短水果和蔬菜在生产者和消费者之间传播的距离，从而减少交通温室气体排放。

但是，都市农业都是气候友好的吗？

根据2024年1月22日，《Nature Cities》发表的"城市农业和传统农业的碳足迹比较(Comparing the carbon footprints of urban and conventional agriculture)"，城市农业虽然具有许多社区效益，但在生命周期中并不总是比传统农业对气候更好，即使考虑到交通因素也是如此。事实上，平均而言，研究的城市农业场所中部分水果或蔬菜的碳密集度是传统农业的六倍。

然而，研究也发现了一些做法，能够使城市种植的水果和蔬菜更加气候友好。

是什么让城市农业的碳密集度更高？

大多数关于城市农业的研究都集中在单一类型的城市农业上，通常是高科技项目，如水生水箱、屋顶温室或垂直农场。电力消耗通常意味着在这些高科技环境中种植的食物具有很大的碳足迹。

而本次研究重点聚焦于更常见的低技术都市农业的生命周期排放——在城市后院、空地和城市农场中发现的那种。

研究团队分析研究了北美和欧洲五个国家的 73 个地点，包括三种类型的城市农业场地：城市农场（专业管理并专注于粮食生产）、个人花园（由单个园丁管理的小地块）和集体花园（由园丁群体管理的公共空间），模拟了农业活动（如给农作物浇水和施肥）以及建设和维护农场的碳排放。令人惊讶的是，从生命周期排放的角度来看，这些站点最常见的排放源竟然是基础设施。从高架床到棚屋和混凝土通道，这种园艺基础设施意味着每份农产品的碳排放量比传统农场的平均开阔田地要多。

然而，在纽约、伦敦和巴黎等城市的 73 个地点中，有 17 个的排放量低于传统农场。通过探索这些地点的不同之处，可以确定一些减少城市食品生产碳足迹的最佳实践。

利用回收材料，包括食物垃圾和水

使用旧建筑材料建造农场基础设施，如高架床，可以减少新木材、水泥和玻璃等材料对气候的影响。研究发现，升级再造建筑材料可以减少50%或更多的排放量。

平均而言，工厂使用堆肥来替代 95% 的合成营养素。使用食物垃圾作为堆肥可以避免掩埋在垃圾填埋场的食物残渣产生的甲烷排放，也可以避免对化石燃料制成的合成肥料的需求。研究发现，仔细的堆肥管理可以减少近40%的温室气体排放。

收集雨水或使用淋浴排水管或水槽中的灰水可以减少抽水、水处理和配水的需求。然而，研究发现很少有站点使用这些技术。

种植传统方法种植的碳密集型作物

研究发现，在城市农场和花园中种植的几种常见水果和蔬菜的生命周期温室气体排放量比在传统农场更大，而番茄是个例外。上图显示了排放量的中位数。

通过种植一些高碳足迹的作物而不是在商店购买，城市的低技术种植者可以减少这些作物的碳排放。

保持垂直农场的长期发展

城市在不断发展，垂直农场可能容易受到发展压力的影响。但是，如果都市农业场地能够保持多年，就可以避免对新基础设施的需求，并持续提供新鲜农产品。

预计未来几年，在城市种植粮食的做法将继续扩大，许多城市正在将其视为气候适应和环境正义的关键工具。

我们相信，通过精心的场地设计和改进的土地使用方法，垂直农场将拥有更广阔的未来。

部分素材来源：央广网、成都日报