垂直农业未来已来 ——把“农田”搬进大楼，让农业回归城市

本文来自35斗公众号，作者陈欣雨。

8月9日，2022光明多多垂直农业挑战赛暨第三届“多多农研科技大赛”正式启动，赛事的开展将为垂直农业科技创新、探索现代农业发展新模式提供不菲助力，这一举措也将持续为垂直农业新技术、新装备的研发和推广开展积极的尝试。

在科技的助力下，垂直农业将如何在城市中开拓农田？是否真的能让城市中的居民“归园田居”？

一、在城市当“农夫”，垂直农场把“农田”搬进大楼

20世纪初，美国地质学家吉尔伯特·埃利斯·贝利提出了“垂直农业”这一概念，自此，众多从业者对其展开了长期的探索和研究；2007年，美国哥伦比亚大学教授迪克逊德斯帕米尔正式提出“垂直农场”，作为获取食物、处理废弃物的新途径，垂直农场受到了人们的热捧。

以类似于高楼的发展模式，通过可再生资源和温室技术等手段模拟作物在生长过程中所需的水、阳光以及温度等，促进农作物的生长，对满足高密集度城市生活、维护粮食安全、保障供应链的稳定、确保农业生产的可持续性有着极大作用。根据中农智联的分类，目前，垂直农业已有13种创新技术及其应用，各个国家也纷纷对其展开了研究。

图：垂直农业的13种创新技术及其应用 数据来源：中农智联

图：部分地区和国家发展垂直农业概况一览 数据来源：PlugandPlay

技术始终要为人服务，垂直农场的出现也是为了让城市的资源与空间得到充分利用。数据显示，一座占地仅仅只有1.3万平方米、58层高的“垂直农场”，其产量相当于一个四百多万平方米的传统农场，足够为三四万人提供一年的粮食和蔬菜。

此外，垂直农业能够为“减碳”贡献力量，在离消费城市更近的地方种植作物，能够大大减少和消除运输中常见的食物浪费，用于农产品运输的交通工具的成本和气体排放量也会更低，能够对解决全球气候变暖提供助力。

垂直农场为城市居民带来最直观的感受莫过于近地城市蔬菜供应链的畅通使得消费者“菜篮子”中的菜品变得更加新鲜，无农药的施用也使得垂直农场避免了农残污染等，食物质量变得更加可控，保障了“盘中餐”的安全。

二、蓄势待发，垂直农业已有诸多利好

从诞生伊始，垂直农业就被人们寄予了厚望，近几年，垂直农业正在以井喷式的速度生长。联合市场研究公司分析预测，室内垂直农场领域的投资额将从2018年的14亿美元增至2026年的180亿美元。2021年10月，Insight Partners公司研究指出，垂直农业市场份额将从2021年的43亿美元增长到2028年的198.64亿美元。

垂直农业的发展正不断吸引各界关注的目光，已乘势而起。近年来，各大相关企业不断传来的获得融资的消息就是最好的说明。

图：全球部分垂直农场获得融资情况 数据来源：Crunchbase

垂直农业的发展也带动了相关衍生需求品的发展。目前，全球与垂直农场相关的现代设施农业正蓬勃向上，日后，随着作物品种的增多，对LED植物灯的需求也会不断攀升，LED灯的发展也会为垂直农业的建设注入强劲动力。海外市场上，英飞特、飞利浦、日本昭和、日本松下等企业都已在此领域进行了布局，国内市场上，中科三安、晶元光电、华灿光电等也纷纷对LED植物灯展开了怀抱。预计2026年，LED植物灯市场规模将高达30亿美元。

同样欣欣向荣的还有机器人和无人机等设备，二者对实现垂直农场的控制和监控等方面起着重要作用，对于削减成本、标准化作业有着不可替代的优势。借助上述设备，AeroFarms开发的系统已通过概念测试，已计划将扩大应用到AeroFarms的所有作物及未来的室内垂直农场中。

众多配套设施的蓬勃发展为垂直农业的普及和推广夯实了地基，未来，随着行业的不断变革，相信垂直农业的各个模块也会迎来快速的上升期。

三、让农业回归城市，垂直农业将如何实现这一目标？

经济的蓬勃发展加快了人类社会的发展和现代化、城市化的进程，这一现状也要求食物生产系统以少量的劳动力、有限的土地资源和水资源去哺育城市中越来越多的人口。

较低的土地使用度是让农业走进都市、靠近城市消费者的一大优势，更是链接城市与农业的新纽带和新桥梁，对解决城市“无地可种”的难题提供了解题思路。垂直农场的建立除能解决城市居民“生存”问题外，还能大幅提高生活幸福度，其被赋予的休闲、娱乐功能也是城市居民所喜闻乐见的。

除此之外，垂直农场还能彻底摆脱过去“看天吃饭”的窘境，大大减少因干旱、洪涝等自然灾害影响而造成的经济损失。垂直农场中生长的作物，能够高度避免天灾，摆脱生产过程中土壤、地理气候等的束缚，有效提高农产品质量，其统一的标准度也能“更上一层楼”。

过去，民众不易获得的新鲜食物，也能通过垂直农场得以解决，其甚至可被直接建立在厨房或自家后院中，这也是垂直农场发展传达出的重要信息。届时，新鲜食物的“唾手可得”或将变得稀松平常。

四、垂直农业未来将去往何处？

关于垂直农业的未来，从业者们对其有着无尽的想象空间，未来以“技术”为画笔，定会擘画出属于垂直农业的美好蓝图。

“我看好它的未来，也好及早兑现我们对它的期待。”

国家电投江洲电投生态科技公司销售总监陈世琳表示，垂直农业在全球发展极不平衡，它最先在欧美日等地汲取最丰厚的营养，并结出璀璨的花朵。在中国，室内垂直农业才刚刚走过15-20年的时间，落后于先进技术5-10年。先进国家先进产业为我们做好了示范，国内最近六七年的迅猛发展，使得我们规模上逐步追上了先行者。

但能否和很多产业一样，未来能够在垂直农业的领域中实现弯道超车？这个问题具有很大不确定性。在垂直农业这一领域，我国是技术的使用者，而非体系的开创者。从育种到专业种植，在某些方面我们都落后于人。

通过对全球几家垂直农业企业最近3-5年的融资分析，会有一个意外的发现，即最近几年垂直农业走上了互联网风投估价模式，这一现象的深层原因来源于农产品无法在定价上谋取更大的利益。未来，垂直农业最核心的部分，一定是数据，包括环境调控数据、光配方调控数据、各种营养配方数据……其最具价值的部分，一定是内外两个平台，关系着供应链管理、渠道管理、客户画像管理和运营效率。

但垂直农业较传统农业来说，仍存在桎梏。无论从国家、民族、历史、文化、科技发展，还是从种植品种、种植规模、种植成本、种植模式来看，垂直农业从一定程度上来讲是时代的“弄潮儿”，而传统农业则“根深蒂固”，持续地在为粮食安全做支撑，两者相辅相成。传统农业完成不了的，垂直农业则是最佳的选择和替代，但其还是无法替代传统农业的波澜壮阔和多样性。

从多部描绘未来场景的科幻影像作品，以及现实的国内外垂直农业落地项目来看，室内垂直农业更象是人类和自然之间博弈平衡的产物。传统农业依赖于对天气的预测、对自然的驯化和利用，而垂直农业更专注于对生长因素的完全控制，对植物商品化的最合理程度的干预和调节。当然，室内垂直农业种植品种的局限性及种植经济性方面的问题始终让人无法忽视。

传统农业解决了全世界人口的吃饭问题，这是最大公约数的实力体现。而垂直农业倾向于满足两个需求，即蔬菜供给到达不了的地方和最具购买力人群的需要。前一个需求是雪中送炭、是刚需，后者则是市场要素重新配置的一种必然。

但无论如何，未来的市场上，定会有属于垂直农业的一亩三分地，垂直农业的未来，已经悄然到来。

安徽赐寿植物工厂有限公司、中国植物工厂网创始人表示，与传统农业相比，以智能垂直农业为标志的智能农业与垂直农场可节约大量土地资源、水资源、人力资源和肥料资源，相较于传统农业，其能够创造几十倍甚至上百倍的产量和效益。在技术上，垂直农业也有着颠覆传统农业的新举措，从露天转入室内进行生产，从按季生产转为周年不间断持续生产，从化学农业转为物理农业，从资源浪费型转为资源节约型。

随着“十四五”规划的实施，乡村振兴，共同富裕战略的共同推进，以及疫情常态化状态下，垂直农业将迎来快速发展的机遇期。同时，随着园柱式、方柱式、两面式、金字塔式、多面体式植物工厂立体智能装备大量进入市场，垂直农场“个把平米，套把装备，千把块本，吨把重菜，万把块钱”目标的实现也将“近在眼前”。未来，我国垂直农业定能占领世界农业制高点，实现垂直农场无处不在的美好愿景。

括而言之，属于垂直农业的美好蓝图已缓缓在人们面前展开，未来，待相关的技术、成本、设备等问题得到妥善解决后，众多企业和机构甚至是个人定会以垂直农业为“画笔”，擘画出一个充满巨大想象力的空间。

五、4大问题待解，垂直农业的痛点剖析

随着科学技术的进步和城市需求的不断增加，人们对作为城市新型农业发展模式的垂直农业饱含期待，但如果想要将垂直农业大面积铺开推广，仍需直面现实存在的困难和争议，合力攻坚克难。

一是能耗。能耗是发展垂直农业必须迈过的坎，在垂直农场中，一公斤食物的产出需要消耗38.8千瓦时的能量，相当于一台洗衣机中洗17件衣服所耗费的能量。这其中，为保证环境气候温和与一致性，植物生长过程中所必须利用的阳光被数以百千计的LED补光灯所代替，数据显示，如若想用垂直农业方式生产出美国全年的小麦产量，仅补光用电所需的电量就是美国所有电站1年生产总电量的8倍，能耗惊人。

二是产品价格。高昂的成本使得垂直农业食品的售价较传统农产品高出一至数倍，以生菜为例，垂直农场产出的生菜价格高达30~40元/斤，相较于普通生菜3元/斤，这个价格的确让人“望而生畏”，普通民众消费意愿不高。要想通过提供有竞争力的价格吸引消费者的目光，在目前看来仍是道阻且长。

三是技术储备。尽管垂直农业风已起，但中国市场对其仍显得较为“冷淡”，其生产操作困难、设备成本高等现状需提前进行相应技术储备，需要从业者进行精细化的操作调试，并对从业者提出了极高的专业技术支持的严峻考验，但技术人才、经营人才的不足使得我国垂直农业的发展显得心有余而力不足。作为一项颠覆性的技术，避免因技术成本而出现的“技术鸿沟”也是当前值得思考的大事。

四是软、硬件方面的问题。安徽赐寿植物工厂有限公司、中国植物工厂网创始人余锡寿表示：现阶段垂直农业技术在软硬件方面的不足主要表现在智控装备传感系统检测单一、决策系统不全面、所需的营养液离子传感器还未面世等问题，还有待相关领域从业者大胆创新，真正解决共性问题和关健问题。

国家电投江洲电投生态科技公司销售总监陈世琳与余锡寿有着类似的看法，他表示，垂直农业目前仍存在很多短板，未来必然会限制其技术应用和潜能的发挥。在软件方面，垂直农业的植物生产数据包（基质配比、温度、湿度、光照、水肥、CO2、通风等）还不健全，无法标准化，异地复制会有可能成为空谈。另外，在果、菜方面，天敌和授粉昆虫的研究、繁育和应用还存在很多不足，导致禾本科水果的种植往往在产量、果型和口感与规划存在着极大的差异。

垂直农业各家均有自己的专利技术标准，装备标准也不统一，不具备通用性。如种植架、种植盘、灯具，如嫁接、伤愈、移栽等专有设备，每家垂直农业公司均有相当大的差异，产业链不完整、局部闭环，这严重阻碍了垂直农业市场扩散和投资者信心，更是需要经过很长一段时间的推广和市场竞争才会形成趋同的标准。

面对上述种种难题，作为未来人们摆脱粮食供应链之苦的希望，垂直农业路在何方？

六、已有先例可供参考，垂直农业发展正当时

前途是光明的，道路是曲折的。尽管前方有重重险阻，但只要下定决心跨过去，等待我们的就是垂直农业的光明未来。

要解决能耗问题，还需厘清植物如何利用能源，垂直农业的能源需求，能源优化利用，城市社区能源循环利用的整合以及财务成本的计算等流程。

2021年，垂直农业普查数据显示，有将近64%的从业者未制定能源减少的具体流程，而近40%的种植者几乎从未跟踪过垂直农场的能耗情况。尽管数据略显“惨淡”，但这之中却蕴含着垂直农场发展的机会，即通过简单的方法和环节便能对垂直农场的能耗进行跟踪，并在此基础上找寻降低能耗的方式。如此一来，发展垂直农业的信心将会进一步增强。

将植物置于特定的位置和角度能够最大程度地利用光能，不仅能为植物提供充足的光照和适宜的温度和生长环境，合理地利用光能也能为降低能耗提供一份力。垂直农业企业Agrify就让我们看到了合理运用技术的大好前景，通过在45082平方英尺的设施面积上设置的752个双叠式AFVU（公司的垂直种植单元，该技术是市场上唯一为室内垂直种植提供模块化、分隔式小气候种植系统的产品）、LED灯、高压钠灯（ HPS）的传统室内种植室设备进行对比，让我们看到了无限可能。

图：Agrify所用的垂直种植单元技术与LED灯、高压钠灯（ HPS）的传统室内种植室设备进行对比情况一览

数据来源：Agrify招股书，天风证券研究所

风能、太阳能等绿色能源的整合也为提高垂直农业的能源效率带来了新的希望。目前，垂直农场发展过程中，电力的使用是前期无可避免的巨额成本，但随着技术的革新，越来越多企业正在开发并使用起了绿色能源。其中，Bowery Farming就100%使用包括水电在内的可再生能源为农场提供动力，前文所提到的风力垂直农场塔也为减少能源依赖提供了新的思路。作为独立的绿色生态循环系统，垂直农业除能对太阳能、风能等可再生能源进行充分利用外，其还能将一些无法利用的农作物“变”作燃料，为城市供给可再生的清洁能源。

说完能耗，我们再来讨论种植者和消费者都较为关心的成本和定价问题。垂直农业中作物的选择对利润率有很大程度的影响，高价值作物是当前在议价权和盈利方面看似双赢的选择。未来，市场也许会催生出适用于垂直农业种植方式的专用技术，届时，产出率只是垂直农业的竞争武器之一，商业切入也许会从食品、泛食品等赛道切入，或延伸出文旅结合、休闲结合等模式或其余盈利模式。

以草莓为例，作为拥有高附加值的作物，种苗质量参差不齐、行业机械化程度低、产业加工比例低、食品安全缺乏严格保障、货架期短已成为制约草莓行业发展的几大掣肘，作为美国Environmental Working Group（EWG）公益组织每年评选出来受农药污染最严重的水果和蔬菜榜单上的常驻第一名，室内农场种植草莓有着合理性及必然性。

针对以上草莓面临的痛难点，垂直农业似乎都能对其进行逐个击破。垂直农场中种植出的草莓不仅能针对不同品种研究差异化的生态区配套栽培技术，还将采用如基质栽培、水培等先进机械和省力化栽培模式，运用智能设施集成技术生产农产品的方式，也能减少对人工的依赖，满足草莓全年的供应和品质稳定；与此同时，一套标准质量安全体系建设也将应时而生，并运用到草莓生产、加工、储存、包装、运输、销售等环节中，确保产业链的每个环节都有严格明确的规范和标准。

不同的技术流派（基质培养、水培、气雾培层架式、旋转式、垂直式模式）也为我国提出了多元化的技术和人才需求，当前，已有先行者的经验可供借鉴。

图：部分国家及代表性企业所采用技术情况一览 数据来源：DeepTech深科技

技术问题归根到底还是人才的问题，因地制宜、利用自然环境的独特性发展垂直农业、将智能农业真正纳入教育体系中、在国家层面引起重视对充分发挥人才作用有着极大的好处。地方政府的农业产业化引导基金、专项债的存在往往也会为项目的立项和落地劈开阻碍，这时，更高的投资回报率、更好的高附加值种植方案，必然会发展为垂直农业发展的方向。

当前，位于光明母港花博园区域的光明母港垂直农业研究中心，汇集了多个国家、不同技术流派等多个种植形态，用于室内垂直农业运营测试、数据收集、环控测试等，为智能化生产设备、温室设备、软件算法调试等农业研究提供测试平台，也为吸引人才近悦远来提供了机会。

参考资料：

1.农业行业观察 《什么是垂直农场？据说可以喂饱地球97亿人！》

2.上蔬源 《为什么垂直农业需要抓住节能减排的大机遇？》

3.PlugandPlay 《垂直农业，一个可持续的未来？》

4.DeepTech深科技《垂直农场Ⅱ: 农业与工业的联姻，技术才是核心竞争力 》

5.《全球28家植物工厂/垂直农场动态盘点》

6.《垂直农场满足人类食物需求 让农业生产走进都市》