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未來城市 – 都市垂直農場供你溫飽

想像一下,未來走進家樂福或全聯超市,擺在面前的各種生鮮蔬果,可能不會再是美國的蘋果、澳洲的柳丁,或是日本的水蜜桃,農產品不再大老遠橫越半個地球來到你我的餐桌,而是來自只距離幾個街區遠的「垂直農場」。不論你喜不喜歡,這種情景可能不再遙遠。

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未來農產品將不再橫越半個地球來到餐桌,而是來自只距離幾個街區遠的「垂直農場」,圖為其中一種垂直農場的構想圖。Source: Wikimedia Commons

為何我們需要都市垂直農業?

人類的糧食危機正在面臨各種險峻的情勢:全球人口將在 2050 年高達 90 億人,農耕土地需求會高達一個巴西面積大小的土地(約等於236個台灣),才足以供養未來人口。然而森林和海洋等重要生態系統所承載的糧食需求已經超出負荷,且現代農業大量的灌溉及使用化學肥料,已經使許多地區地力耗竭,甚至汙染地下水,使土壤變成含有劇毒。為了餵飽人類,自然環境受到日益惡化的破壞和衝擊,現代農業的發展也正在遭遇前所未有的困境。

逆境生轉機,以上各種絕望的現況,也造就了垂直農業興起的契機。新加坡已經在2014年出現全球第一座商用垂直農場。越來越多的投資者將資金技術投入其中。垂直農場被認為是新時代的農業,並將大幅改寫現今的生產方式,也逐漸從理論想像走向逐步實踐。

垂直農場摩天樓=未來農業生產新救星?

垂直農場推動者眼中的各種優點是顯而易見的,包括節省灌溉用水、單位面積產量高、全年皆可種植生產作物、不受災害性天氣影響、掌握食品安全及糧食安全、甚至創造新的就業機會等等。對自然環境而言,也可減緩現代農業對於土地帶來的負擔,紓緩生態系統的本來面貌。此外,由於垂直農場可建造於城市之中,可大幅減少農產品遠距運送的交通成本,也大大減少食物產業帶來的碳足跡。

新加坡是近年來積極推動垂直農場的國家,以確保這個地狹人稠島國的糧食自給率。Sky Greens Farms 是世界上第一座商用的垂直農場,使用一種創新的生產方式,在園區建構 120 座 6 公尺高的「蔬菜塔」,每座塔有 22 到 26 座生產槽,一天整個園區可以生產一公噸的各式蔬菜。

一座垂直農場的開張需要哪些科技牽成?

美國哥倫比亞大學的迪克森‧戴波米耶(Dickson Despommier)是垂直農場最主要的推動者。他構想中的垂直農場所需耕種技術,是現今歐美已經相當普遍的水耕(Hydroponics),也就是讓植物生長於含有各種礦物質的營養液中。即便在室內也能種植,兼具高產量與低碳足跡等優勢,與傳統種植與土地的農業相比,更能減少70%的灌溉用水量。

水耕栽培的技術依照供液方式的不同,可分為「純水耕」與「噴霧耕」兩大類,其中純水耕又可再依據營養液的深度,細分為湛水耕與淺水耕。但要讓水耕栽培系統成功在垂直農場中應用,除了必須培育蔬菜種苗、調製比例正確的營養液配方,還需要眾多硬體設備的配合-包括確保營養液穩定提供給植株的灌排設施、負責確保植物健康的滅菌系統、控制室內環境的微氣候調控系統等等。而這些系統之間又要如何透過電腦程式整合,讓生產流程能夠自動化,是目前垂直農場推動過程中遭遇的主要難題之一。

垂直農場在現實中落實所遭遇的挑戰?

垂直農場不但仰賴既有農耕技術的應用,但需要大量的科技提供硬體和軟體上的整合,甚至是水利電力等基礎建設的配合,才能造就城市中的一座可供養生命的巨型農產機器人。但是,無論是高昂的建築成本還是電費等營運費用,都是垂直農場想落實於現實之中的挑戰。從工程面來說,室內種植環境需要更嚴格的衛生控管,規格的提升也就意味著工程開銷的增加;而室內環境自動調控系統、以及提供植物光照的LED系統,都會消耗許多電力,光是一張電費帳單就會讓垂直農場的經營所費不貲。

不過這些問題仍然可能獲得改變。例如位於終年陽光普照的新加坡Sky Greens Farms 農場,就不依賴 LED 燈提供植物額外照明,而是設法讓植物能平均接受陽光的照射。這些A字型的蔬菜塔會以每秒一公厘的速率,將生產槽如摩天輪般緩慢運轉,以保證農作物皆能平均接收陽光照射。蔬菜塔只靠一公升的水泵系統驅動,每座每天僅需花費 60 瓦燈泡的用電量。

目前垂直農場生產出的「產品」仍在接受外界檢驗,品質與風味也被質疑不如室外自然環境栽種的成果,顯示利用營養液、水耕技術和 LED 燈光照射培育出來的農作物,仍有許多可優化的技術空間,才能真正成為消費者願意購買和品嚐的食物。除了成本和技術上的瓶頸,受限於有限的種植空間,垂直農場目前仍以蔬菜水果為主要的栽培項目,其他作物諸如水稻、小麥、玉米等,目前仍無法以室內種植的方式耕種。

無論如何,在今日消費者越來越注重食品的安全與品質的情況下,垂直農場各方面技術的進步,必然會為未來的糧食與農業帶來新面貌。垂直農場未來將如何突破不同地域帶來的挑戰,是值得期待和關注的新興領域。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所
審校:陳妤寧

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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關於作者

李柏昱

成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。