垂直農業：還沒來得及拯救地球，咋就紛紛破產了？
●垂直農業是在垂直堆疊層面、垂直傾斜的表面，或在摩天大樓、二手倉庫或運輸集裝箱中種植農作物。
想象一下，你面前這盤蔬菜並非來自田間地頭雙手沾滿泥土的農民，而是在金屬與塑料構築的垂直農業高塔中生長出來的科技結晶，你會是什麼反應？
2018年在柏林時，我被當地超市裡兩三米高、5至6層不等的垂直農業生長櫃深深吸引：它們形似超市的冷鮮櫃，但堅硬光滑的玻璃壁櫥內卻沒有任何花哨的食物包裝，而是冒着幽幽的紫光。
大大小小的香草從每一層的塑料面板之間冒出頭來，在冷櫃內部的氣流循環中身型筆挺地簌簌發抖。偶有像是工作人員的年輕人爬上梯架，把冷櫃裡成熟的植物摘擇出來，整理放置在貨架上。
本着樸素的好奇心，我開始了在一家垂直農業公司的實習。
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“可控”的農業
●公司當天採摘的新鮮香草成了爲餐桌貢獻味覺層次的常駐點綴，也是拜訪朋友時最順手的伴手禮。
剛剛入職的那一年，我像海綿一樣吸收着新鮮的訊息和知識，在生產車間、工房、實驗室和自己的工位之間打轉，漸漸地瞭解了什麼是垂直農業，以及工業設計師在這個系統中的職責。
垂直農業一般使用無土栽培，常見有水培（Hydroponics）和氣培（Aeroponics）兩種方式，將肥料、氧氣以及其他植物生長需要的元素按照配方注入水中，藉助水泵發力，把營養液縱向輸送到垂直結構的各個層面。
垂直農業設施則有半封閉和全封閉之分，前者依然會把太陽光照引入其植被的生長環境；後者則是在完全封閉的非自然空間，植物僅僅通過人造光進行光合作用，以實現對植物生長環境種種參數的精準調配。
我所在的公司主營水培全封閉多層結構式的生長櫃，也是對技術要求最高、調控最精確的一類。
●我所在公司的水培蔬菜。
在傳統的露地種植中，農民依靠經驗和感知與大自然協作來培育作物。而在全封閉的水培生長櫃中，植物生長環境的參數是完全量化的，各部門僅僅通過數字來交流彼此的需求：植物科學家給出他們需要的具體參數，工程師和設計師以此爲基準，設計並滿足這些參數的照明設備、灌溉系統、通風系統等硬件環境。
舉個例子，垂直農業生長櫃裡的作物必須嵌在基底（substrate）中，基底無法自行漂浮在水面上，因此需要我們爲其設計托盤和大小合適的凹孔。
●生長櫃中的植物根莖處扎連着一根形狀規整成柱體狀的溼潤土質基底（substrate），被細細的根鬚纏繞篡緊。
凹孔在對植物根鬚起到包裹保護作用的同時，又要留有容納根鬚生長的餘裕。它既不能太過狹窄，以便保證根鬚旺盛的植物在收割時能輕鬆地連根拔起；也不能過於寬鬆，否則光線的滲透會引起綠藻氾濫、與植物爭奪營養。
爲了追求完美的的幾何型態，我每天蹲守在工房3D打印機前打印模型、測試基底契合度、修改模型、再重新打印模型……如此循環往復，在打火機大小的尺度裡調整着每個切面的尺寸，在0.1毫米與0.11毫米之間徘徊。
我不禁感慨：自然環境中生長的作物，恐怕不需要這麼精細的“伺候”吧？
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垂直農業：省事還是費事？
垂直農業不佔用土地就能生產食物的“奇蹟”敘事，實際上建立在一系列複雜且麻煩的流程之上。
垂直農業公司不光爲零售商提供種植技術、硬件，還提供操作機器的人工。因此，提高機器的易用性、降低操作時的人工時長，就成了降低成本的關鍵。
爲了把各環節的時間和人力成本壓縮到最低，一些看似簡單的維護超市水培櫃的末端流程，如收割葉菜、包裝、維護清理貨架、記錄收成健康狀態、清潔生長櫃、移栽幼苗等，也必須依靠垂直農業公司提供的手冊指南。
●操作和維護水培櫃的工作人員，行業簡稱“農夫” （farmer）。
這一指南的撰寫和完善則來自設計師們對“農夫”（操作和維護水培櫃的工作人員，行業簡稱farmer）無數次上機操作的跟蹤。
我們對farmer的記錄會用於分析每個步驟精確到分鐘所花費的時間。基於這些觀察與分析，再優化生長櫃裡硬件的排列和設計、增加操作流程中所需要的輔助工具、調整不同操作流程之間的步驟順序，提升每一個人機交互的界面的易用性，儘可能地把生長櫃所需的人工維護時間縮減到最低。
是不是像極了大衛·格雷伯在《毫無意義的工作》中描述的跟蹤工人考評績效的白領人員？
●人類學家大衛·格雷伯的著作《毫無意義的工作》（Bullshit Jobs，臺版書名直譯爲《狗屁工作》）。
只不過我們手裡拿的不是本本和表格，而是GoPro，影子一般地跟蹤操作生長櫃的工作人員，不加任何干涉地記錄他們工作中的每個步驟、每個動作和每個失誤。
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爲什麼垂直農業
不能解決全球糧食危機？
行業內常常聽到這種說辭：在全球人口增長、氣候變化進程加速的背景下，適宜農耕的土地資源逐漸減少，更大範圍的糧食危機已依稀可見。因此，製造一個內部環境完全可控的的垂直農業也許會成爲保障糧食安全的優先選項。
然而，每當垂直農業作爲解決未來糧食危機的潛在選項被提出時，都不得不面對這個令人尷尬的問題，即適用於垂直農業系統的作物種類其實非常有限。
首先，規模化生產的機器很難照顧到不同作物植株的需求。
垂直農業的生長櫃的層高往往取常種植作物的中間值，高於或者矮於這個的生長區間的作物都會被排除在外。在大型生長櫃中，也很難針對某些單元區域的生長參數進行定點調控，一些品種特殊的小批量訂單會成爲燙手山芋。
●過於規整的垂直農業設施，導致高於或矮於生長櫃高度區間的作物都會被排除在外。
除了種植和收割，收成的後期處理（post production）也是人力成本較高的一個步驟。不同的農產品的處理和分揀包裝方式不同，減少作物的品種往往成爲簡化人工流程最簡單直接的方式。
最重要的是，商用垂直農業公司目前還只能通過沙拉菜、香草，或是水分含量較高的西紅柿、黃瓜、辣椒等農產品獲利，因爲這些作物耗能小，空間需求小，生長週期短，技術挑戰較低，市場價值也較高；而無法通過種植含高蛋白、碳水化合物或者脂肪的糧食作物獲益。
去年，德國垂直農業初創公司infarm倒是在埃及的COP27峰會上公佈了在他們的垂直農業設施中成功種植小麥的實驗結果。
●infarm室內小麥。圖源：infarm官網
該公司創始人在一份公開聲明中表示：“第一輪試驗結果表現傑出，預計每平方米年產量將達到11.7公斤（相當於畝產7800公斤）。若擴大規模，則相當於每公頃年產117噸，是露天種植產量的26倍。”
infarm並沒有公開他們在實驗中的耗能數據。但是根據公共藝術項目DISNOVATION.ORG的測算，在封閉環境中種植1平方米小麥，所需的能耗和外部營養物質等“真實成本估算”高達每公斤小麥200歐元（約1547元人民幣），相當於當時歐洲小麥市價的一千多倍。
●DISNOVATION.ORG是一個藝術與科學結合的創作共同體，於2020年發起了公共藝術項目Life Support System：在封閉環境中種植1平方米單位的小麥，監測小麥生長所需水、光、熱量和其他營養物質及其費用，並實時反映給公衆。圖源：DISNOVATION.ORG
採用如此高成本高能耗的方式來保障糧食安全，顯然既不經濟，也不理性。
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耗能與佔地
垂直農業的真正成本
在垂直農業的營銷話語中，“可持續”則是另一個引人矚目的標籤。
垂直農業宣稱安裝水培生產櫃可以減少食物里程，有助於推廣本地食物。遺憾的是，這些被鎖在玻璃櫃裡的香菜、薄荷、鼠尾草，雖然勉強稱得上來自本地，卻完全和本地的自然、氣候、生產者和食物網絡脫節。
垂直農業還宣稱可以節約水資源，卻對系統高耗能的本質視而不見：垂直農業現階段無法突破的瓶頸，在於必須消耗大量能源來供給系統裡的LED人造光。
2021年的一份行業調研顯示，336家可控環境農業公司（Controlled-enviroment Agriculture）中有64%未使用任何綠色或者再生能源。
使用化石燃料不僅不環保，且發電過程中能量轉化的各個步驟中都存在能量損失，使得室內照明相對於陽光而言能源利用率極低。以耗能較低的綠葉蔬菜爲例，普通溫室僅爲每千克5.4kWh，垂直農業每千克生產耗能則高達38.8kWh。
我還常聽同行說，垂直農業的終極目標是將農業整合進更狹窄的佔地面積，把原本被農業佔用的大面積土地歸還給大自然。因爲土地農業不管被如何改進，提供的生物多樣性也完全不能與大自然相媲美。
●在自然保護的領域中，上述思路是典型的“土地分離”（land sparing）路徑，與之相對應的則是“土地共享”（land sharing），讓土地同時承載農業生產和環境保護的多重功能。上圖爲美國大規模機械化化學農業，下圖爲北京天福園農場的生物多樣性農業。
但是考慮到垂直農業高耗能的本質，計算其真實的佔地面積和資源消耗就不能只考慮工廠本身，而也要把爲其供能的基建設施考慮在內。因此，看似環保、使用可再生能源的垂直農業公司，實質上也變相佔據着爲其供電的太陽能、風能設施的廣大土地。
目前看來，除了生菜等低耗能的綠葉菜，通過垂直農業生產其他作物所“節省”的土地面積，並不足以抵消爲其供電所佔據的土地面積。
此外，已有的數據往往侷限於垂直農業生產過程本身的能耗，而並不包括金屬架構、人造光和傳感器等基礎設施生產所需能耗。這些基礎設施在使用中還會經歷磨損，一過使用年限就會成爲工業或者電子垃圾。
如此種種，顯然也與垂直農業想打造的環保敘事相悖。
5
後 感
俄烏戰爭期間，垂直農業的侷限在能源危機的連鎖反應中暴露殆盡，整個行業遭受了沉重打擊。
美國機器人垂直農業公司Fifth Season於去年11月關停；幾乎同一時間，德國的infarm公司宣告裁員一半以上員工；法國公司集裝箱農業公司Agricool於今年1月宣告破產；行業領頭羊AeroFarms則於今年6月申請破產保護……這個技術中心主義的“奇蹟”無疑已經跌落神壇。
●今年9月，infarm荷蘭母公司宣告倒閉。圖源：新聞截圖
在全球人口增長、氣候變化進程加速的大背景下，也許製造一個內部環境完全可控的的垂直農業確實會成爲應對糧食危機的可選項之一。但是資本逐利的當下，衆多初創科技公司爲了滿足投資人的期待，只能陷入大規模擴張乃至入不敷出的死循環。
然而，垂直農業也可以作爲一種更開源、更平民、更去中心化、可以被普通人居家實踐的方法，以水培蔬菜的形式發揚光大。它可以作爲園藝愛好，出現在自家陽臺、廚房和屋頂；也可以重建人與人之間的聯繫、發揮教育意義，出現在社區的公共空間。
在這種狀態下，垂直農業不再披着神秘的技術外衣，而成了一種生活場景：它拉近了人與食物的距離，在都市有限的土地資源裡，爲想要創造綠色用地的人添加一個新的選項。
也許正是這種“低技術（low-tech)“的垂直農業實踐，才更能啓發我們體會土地的珍貴和生產者的不易，重拾對大自然的敬畏之心，辨明環保與可持續的真義。
參考資料
https://engage.farmroad.io/hubfs/2021%2520Global%2520CEA%2520Census%2520Report.pdf
https://disnovation.org/lss.php
https://www.infarm.com/news/Infarm-demonstrates-potential-of-indoor-grown-wheat
https://www.infarm.com/news/infarm-has-successfully-produced-wheat-in-an-indoor-farm-video
https://computingwithinlimits.org/2021/papers/limits21-streed.pdf
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652622040793
食通社
作者：阿良
編輯：澤恩
版式：蒔梧
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