垂直農(nóng)場：LED照明降低用光成本

LED半導(dǎo)體照明網(wǎng)訊 都市倉庫、廢棄的建筑以及高樓大廈是你最不可能發(fā)現(xiàn)綠色種子萌芽的地方。但是，從新加坡到美國賓夕法尼亞州史克蘭頓市，“垂直農(nóng)場”呈現(xiàn)出一派欣欣向榮的發(fā)展勢頭，其有望提供一種全新且環(huán)保的方式，為全球城市不斷快速增長的人口提供更加安全的糧食。英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站近日對此進(jìn)行了報道。

全球最大的垂直農(nóng)場即將開門迎客

今年3月份，全球最大的垂直農(nóng)場有望在史克蘭頓市開門迎客。該農(nóng)場由總部位于美國密歇根新布法羅的“綠色精神農(nóng)場(GSF)”公司打造，農(nóng)場有一層樓高，占地3.25公頃，有6層支架，總共可以駐扎1700萬株植物。而且，這只是不斷發(fā)展壯大的垂直農(nóng)場中的一個典型代表。

“垂直農(nóng)場”的概念由美國哥倫比亞大學(xué)的生態(tài)學(xué)家迪克森·德斯波米爾于1998年首次提出。他的想法是：在城市里30層以下高度的建筑上生產(chǎn)食物(包括養(yǎng)殖魚類和家禽)來供給附近居民。這座構(gòu)想中30層樓高的“垂直農(nóng)場”，動力能源取自太陽能、風(fēng)力及不可食用的植物廢料，并用污水來灌溉。他設(shè)想這種垂直農(nóng)場可以栽種包括草莓、藍(lán)莓甚至小型香蕉在內(nèi)的100多種不同的水果及蔬菜，每年可為5萬人提供足夠的食物和水。人們還可以在封閉的灌溉系統(tǒng)中循環(huán)用水以減少用水量、避免徑流造成土肥流失，運(yùn)輸費(fèi)用也將趨近于零，更重要的是，還能減少將蔬菜和水果從距離城市很遠(yuǎn)的地方運(yùn)送過來所產(chǎn)生的二氧化碳。

在史克蘭頓市的這個垂直農(nóng)場內(nèi)，植物進(jìn)食的是無油的營養(yǎng)液；模擬太陽光的LED(發(fā)光二極管)為其提供照明。而且，要管理這些植物也并非難事：控制軟件可以讓植物像跳舞一樣旋轉(zhuǎn)，以便得到同樣數(shù)量的光照；軟件也能引導(dǎo)水泵，確保所有營養(yǎng)液能被均勻噴灑。

GSF的研發(fā)經(jīng)理丹尼爾·克魯克表示，農(nóng)場的管理者通過智能手機(jī)就可以對農(nóng)場進(jìn)行全方位地監(jiān)控。他說，位于史克蘭頓的這座新農(nóng)場每年將種植14種萵苣，再加上菠菜、西紅柿、辣椒、羅勒和草莓。它的產(chǎn)量將為該公司第一個垂直農(nóng)場(于2011年在密歇根新布法羅開始運(yùn)行)的產(chǎn)量的10倍。

垂直農(nóng)業(yè)的概念也已遠(yuǎn)渡重洋來到日本東京。在那兒，一家名為“Nuvege(新蔬菜)”的公司正在運(yùn)行一個4層樓高的垂直農(nóng)場，其主要產(chǎn)品為生菜。對于室內(nèi)農(nóng)業(yè)而言，生菜是一個非常好的選擇，因?yàn)槠溥M(jìn)行光合作用的整個表面都能被食用，使操作更有效。Nuvege公司表示，他們種植生菜時沒有用到土壤，所以，最終得到的生菜既不會受到害蟲的侵?jǐn)_，也沒有土壤產(chǎn)生的其他有害物質(zhì)，不用水洗就能直接食用。

垂直農(nóng)場好處多多

垂直農(nóng)場的使命之一是避免在容易干旱和發(fā)生疾病的田地里種植農(nóng)作物時固有的問題，同時緩解農(nóng)業(yè)用地日益緊張的現(xiàn)狀。支持者們也將垂直農(nóng)業(yè)看成是一種喂飽全球快速增長的城市人口的一個重要手段。據(jù)聯(lián)合國預(yù)測，到2050年，發(fā)達(dá)國家86%的人口將生活在城市中。隨著全球人口不斷激增，地球母親幾乎無法哺育如此眾多的子女，糧食問題成為懸在世人頭上的“達(dá)摩克利斯之劍”，垂直農(nóng)業(yè)或許可以在解決這個問題的過程中出一把力。

垂直農(nóng)業(yè)同時也有望使食品供應(yīng)更有保障，因?yàn)榧词巩?dāng)極端氣候來臨時，產(chǎn)量仍然能夠持續(xù)。而且，只要小心翼翼地保護(hù)其“室內(nèi)農(nóng)場”遠(yuǎn)離蟲害的侵襲，垂直農(nóng)場也根本不需要除草劑或者殺蟲劑。另外更重要的是，與傳統(tǒng)農(nóng)場相比，它們也能更好地存儲水。

GSF最初搭建垂直農(nóng)場也是受到美國天氣長期干旱的刺激?？唆斂苏f：“水是個大問題，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植方法相比，垂直農(nóng)場能節(jié)水98%。”取得這種節(jié)水效果的因素很多，其中包括使用一臺除濕機(jī)從種植房間的空氣中攫取水。如此一來，除濕機(jī)也能讓房間的濕度不會太高，因?yàn)闈穸忍呖赡軐?dǎo)致葉子發(fā)霉等問題。

用光成本也有望大幅降低

大多數(shù)垂直農(nóng)場都盡可能地利用自然光。在陽光明媚、接近赤道的新加坡，企業(yè)家黃和順創(chuàng)辦的“這家天鮮(SkyGreens)”垂直農(nóng)場被譽(yù)為全球第一個商業(yè)化垂直農(nóng)場，該垂直農(nóng)場就根本不需要人造光來促進(jìn)農(nóng)作物的生長。

在該農(nóng)場中，9米高的三角形輕質(zhì)鋁結(jié)構(gòu)支撐起一層層的養(yǎng)殖托盤以培養(yǎng)不同種類的蔬菜，其中包括中國的卷心菜和萵苣。外層由輕質(zhì)有機(jī)玻璃圍合以形成溫室環(huán)境。階梯狀的排列保證了所有種植物都能接收到充足的光照。養(yǎng)分來自塔下方的水槽，每層架子不斷旋轉(zhuǎn)，架子轉(zhuǎn)到最上面時能曬到日光，溫度較高；轉(zhuǎn)到下面時，則溫度下降，溫差能讓蔬果更鮮甜。

而日本的Nuvege垂直農(nóng)場的LED照明系統(tǒng)則使用人造光來“照顧”兩類葉綠素，他們讓一類葉綠素接受紅光的洗禮；而讓另一類葉綠素接受藍(lán)光的撫摸。

德斯波米爾說：“如此一來，無論你身處何地，你都能種菜?！钡拇_如此，采用這種方式，Nuvege公司每年能生產(chǎn)出600萬株生菜，其客戶包括賽百味和東京迪斯尼等。

但采用這種方法也有自己的短板，那就是電費(fèi)可能會飆升。LED能準(zhǔn)確提供植物實(shí)驗(yàn)室的農(nóng)作物生長所需要的光線，但目前，LED的效率僅為28%，這使這種種植方式的生產(chǎn)成本非常高，從而阻擋了其擴(kuò)散至廉價蔬菜豐富地區(qū)的步伐。然而，荷蘭飛利浦公司的光學(xué)工程師最近研制出了效率為68%的LED，將有望大幅降低用光成本。另外，包括高壓鈉燈以及熒光燈在內(nèi)的新一代光源也有望解決光照問題，因?yàn)槠溥\(yùn)行成本都很低。

最新研究表明，植物并不需要人造太陽光一直在場。德斯波米爾說，白天，植物會享受不同密度的光，模擬這些光亮的變化也能節(jié)省能源。這樣的技巧在GSF公司也有一席之地：研究人員用紅外LED來模擬薄暮冥冥的黃昏，只需5分鐘，胡椒和西紅柿?xí)爝M(jìn)入開花期。

其他領(lǐng)域的研究進(jìn)展也有望源源不斷地涌入，促進(jìn)垂直農(nóng)場的發(fā)展。美國國防部高級研究項(xiàng)目局(DARPA)目前正在德州進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，他們使用一個18層樓的農(nóng)場來生產(chǎn)能為疫苗制造有用蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)基因作物。逆境也在推波助瀾：2011年，地震引發(fā)的日本福島核事故，也促進(jìn)了垂直農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新，因?yàn)楹芏啾惠椛溲昙暗牡貐^(qū)無法再用來種植農(nóng)作物。