本文与 Techonomy联合发布。
汤森路透（Thomson Reuters）在2014年发布的一份鲜有人关注的分析报告中宣称，到2025年，全球各地的粮食短缺和价格波动都将成为历史。但这怎么可能？人口过剩、气候变化、降雨格局的剧烈变化、全球水资源短缺、印度喜马拉雅冰川消融导致农田干涸，以及近年来我们听到的所有关于粮食短缺和混乱的可怕预测，又该如何解释？这家数据公司对这些担忧一概不予理会，并预测用于种植作物的新技术将扩大粮食产量，“帮助养活世界上80亿人口，并克服将影响传统农业的环境变化”。该分析继续写道：“到2025年，转基因作物将能在室内快速、安全地种植，全天候光照，并使用低能耗LED灯，发出特定波长的光以促进生长。”
汤森路透得出这一结论的方法颇为书呆子气——将数据科学应用于其庞大的专利申请和科学论文库，并从中挖掘出此前未被发现的规律。但越来越多的食品科学家、商界人士和科技型农场主已经开始身体力行地实现这一预测。Eri Hayashi是一位扎根实地的日本研究人员，过去三年里一直在世界各地走访和评估真实的室内农场。她表示，自己花了一段时间才被说服：“但我现在确实相信，我们正迈入食品生产的新纪元。”另一个迹象是：已经在这一领域有所探索的公司包括亚马逊、星巴克、家乐氏、塔吉特，以及许多全球最大的食品生产企业。
这种引人注目的新型技术化农业，在不同地方有不同的称呼。林惠报告称，在日本，这一领域最为先进，目前已有150多个所谓的“植物工厂”投入运营。台湾紧随其后，她估计约有30个。她表示，美国大约有70个“垂直农场”，但其中规模可观的仅约10个。不过，这些农场中包括全球单体规模最大的装置——Green Sense Farms，该农场位于芝加哥附近印第安纳州的波蒂奇，以商业化方式种植芝麻菜、芫荽、羽衣甘蓝、生菜和豌豆。哥伦比亚大学公共卫生与微生物学荣誉教授Dickson Despommier于2011年出版了著作《The Vertical Farm: Feeding the World in the 21st Century》，推动了美国这一领域的发展，并为该行业命名。在活动十分普遍的欧洲，这一现象被称为“城市农场”。与此同时，多位专家告诉Techonomy，中国将很快占据主导地位。中国政府正在悄然建设至少三个“农业园区”——规模庞大的室内种植场。中国频发的食品质量危机，使安全与纯净成为消费者最为关切的问题，而室内农场能够提供前所未有的质量控制和可预测性。
尽管大多数人仍未能理解，自己的沙拉可能来自一间灯光如夜店般的暗室，但这一领域正在蓬勃发展。美国大多数垂直农场都相当新。“二十年后，这将是一个万亿美元规模的产业，”Despommier说，“到那时，世界上几乎每一座城市都将拥有垂直农场。”新加坡推进得非常迅速——得益于政府支持，且已有四家公司投入运营——因此他预计，五年内，这个城市国家（其常规耕种空间十分有限）将在室内生产其“可消费蔬菜物料”的30%。
无论称呼如何，室内农场都是一种不协调、陌生的场所——通常是一个类似仓库的巨大空间，内有多达十二层的发光种植床，床上种满了快速生长的植物，头顶是一排排以红光和蓝光为主的灯具。每排植物下方的托盘中都流动着富含营养的水。整体氛围类似于芯片工厂的洁净室。“农民”是身穿白大褂的技术人员，负责调节环境，并维护控制生长的电气和数字系统。一些农场甚至配备了自动传送带，定期将幼苗移至更大的种植床，并在略有不同的灯光下重新种植和调整间距。Hort Americas总经理Chris Higgins是一家位于沃斯堡附近的室内农业用品供应商，也是在线刊物Urban Ag News的发行人。他表示：“在受控环境农业（这是他更偏好的说法）中，情况可能就像电影《土拨鼠之日》——每一天都是同一天的环境。目标是尽可能地掌控各项变量。”
AeroFarms正在新泽西州纽瓦克一个破败的城区中，于一座旧工厂高耸的钢结构之内建设其室内农场。建成后，它将比Green Sense还要大。AeroFarms近期从高盛及其他投资者处筹集了数千万美元。该公司在经历多年规划与开发后，于2015年秋季开始从一座较小的设施向ShopRite Supermarkets供应农产品，并将很快开始向Whole Foods及其他客户供货。“这是工程学、园艺学与数据科学的结合，”首席执行官David Rosenberg表示，“这些是受过麻省理工学院培训的程序员，他们懂得如何利用数据来优化的不只是产量，还有口感、质地和营养密度。我们拥有机械工程师、结构工程师、照明工程师和流程工程师。”
在这种条件下种植的农产品通常生长更快、叶片更多、口感更脆、味道更好，并且比露天种植的植物保鲜期长得多。这类农产品可以全年生产，所用水量可低至露天种植所需水量的2%。
我们迫切需要寻找生产粮食的新方法。麦肯锡测算，随着全球中产阶级不断壮大，到2050年，世界必须多生产70%的卡路里，农作物总量至少需增加100%。与此同时，联合国通过的《可持续发展目标》令人望而生畏地要求，到2030年彻底消除“全球粮食不安全”问题。这些目标最积极的倡导者、经济学家杰弗里·萨克斯（Jeffrey Sachs）近期表示，农业“仍是气候变化和全球污染的头号驱动因素”。麦肯锡称，农业如今是规模达5万亿美元的产业，是全球最大的产业，占全球消费支出的10%、就业的40%，以及温室气体排放的30%（尽管来自牲畜的甲烷占了相当大的份额）。
若要生产未来所需的日益增长的粮食，种植技术必须取得巨大进步。可喜的是，传统农业在露天种植方面已经取得了长足发展。例如，自上世纪90年代初以来，加利福尼亚州的绿叶蔬菜产量已增长多达十倍。原因之一是，农民正在利用数据精确掌握水、阳光和肥料的组合，以培育出能在田间茂盛生长的植物。Urban Ag News的Chris Higgins表示：“一位种植芫荽的农民，可能会为自家农田准备一份包含300个不同品种种子的目录，某一品种在农田前部长势可能更好，另一品种则在后部更好。”但下一步是将这种控制提升到另一个层次。在灯光下进行室内植物栽培已有数十年历史，但要以盈利的方式大规模实现，却始终难以做到。
然而，如今这项技术正在迅速进步。突破来自LED（发光二极管）。这项技术与半导体的关系，比与依靠加热灯丝发光的传统白炽灯的关系更为密切。LED可以通过多种方式调节，以提供对光合作用最为重要的红光和蓝光。总部位于荷兰埃因霍温的飞利浦已成为全球农业照明领域的领导者。Cees Bijl负责包括飞利浦所称Horticultural LED Solutions在内的新兴业务。他解释说：“我们在七八年前做的关键一步，是不只向种植者提供灯光，而是提供整套解决方案，包括光照配方。我们现在已能够为特定作物提供特定波长的LED光。”LED的效率也得到了显著提升。通用电气特种照明部门的工程负责人Robert Spivock报告称：“2005年时，蓝光LED的输出约为每瓦30流明。现在，市售产品最高可达每瓦130流明。因此，相较于热量损耗，所产生的光量已大幅增加。你可以把光源放得离植物很近，而不会将其灼伤。”
LED技术的进步与水培系统的快速改进相辅相成。水培系统用于在水中种植植物（部分推动力来自快速增长的大麻产业），而数据分析与系统控制软件也在同步发展。室内种植者如今能够测量、存储并控制影响植物生长速度、大小和特性的全部变量——不仅包括光照颜色和强度，还包括营养、湿度、温度和二氧化碳浓度，以及其他诸多因素。但现实是，我们才刚刚开始理解这些变量如何影响特定植物。
Caleb Harper，建筑师出身，主持麻省理工学院媒体实验室的Open Agriculture项目，该项目获得了塔吉特以及总部位于香港的李锦记等公司的支持。Harper或许已成为最直言不讳、最引人注目的拥护者，支持一种整体性的受控农业方法，这种方法或可称为“为植物编程”。他将植物视为一种艺术家的调色板——一套可以以无限多种方式加以运用的能力。
只要让他谈论这些机遇，他便滔滔不绝：“当有人说‘哦，1965年的波尔多是最棒的！巴拉巴拉’时，他们真正想说的只是，那一年的气候孕育出了我们喜爱的风味。如果我们能够策划气候，就能营造出我们所知的最佳气候，比如那一年孕育出那款波尔多的气候。但这也意味着，我们可以尝试自然界中并不存在的气候。我们可以利用种子中本已具备的能力。我们甚至还不知道，环境变量的组合会如何促使植物产生特定的表现形态。”
Urban Ag News的Chris Higgins对此表示认同。“我们或许能够开始重构植物的形态，而无需借助转基因——那是一个所有人都厌恶的词。”他举例说，尽管小麦是一种难以在室内种植的作物，但如果能让小麦长到6英寸高，或许就有可能实现。Higgins解释说，我们今天食用的植物，几乎无一例外，都已经历了长期选择性育种和杂交带来的剧烈改造。“你五十年前不可能享用到羽衣甘蓝沙拉，”他说，“我们一直在筛选出那些让它更具吸引力、更适口的性状。”
“这里并不涉及对基础生物学的理解，”MIT的Harper继续说，“基因组学和基因物理学不是我所做的。我研究的是表型组（phenome），它表达基因。这只不过意味着‘现象’。你是在为气候编程，而气候进而为食物编程。你是在为表型组编程，以产生你想要的作物表现形态。”
对Harper而言，有一点至关重要：用于培育有用新植物品种的表型组“程序”应当广泛可得。他对室内农业界普遍存在的保密做法深感不安，认为这种做法妨碍了合作，而合作本可更快地实现世界所需的进步。他希望将室内农业技术“开源”，这也是他将其项目称为“Open”农业计划的原因。他最新的合作伙伴之一是Mitchell Baker，她长期担任Mozilla基金会主席，该基金会是开源Firefox浏览器的缔造者。Baker将参与制定一套知识产权框架，使食品研究人员能够更便捷地在彼此的创新基础上继续开展工作。
为了推广这一领域、教育青少年，并针对特定植物品种开发“程序”，Harper从波士顿地区的六所初中和高中招募了教师。每间教室现在都配备了Harper所称的“个人食品计算机”——一个电视大小的封闭式种植环境，宛如大型工厂系统的迷你版。“在这些箱体内，我们正在创造各种气候，而这些气候随后就会数字化，”Harper表示，“七年级的一个班级可以把一种气候拖到桌面上。”之后，这些气候还可以共享。他坚信，此类微型农场很快就将广泛普及。那时，我们中的许多人都可能成为实验者，从植物中发掘新的潜在食物和功能。你以为3D打印已经够酷了吧！
室内农业运动面临的另一个挑战是：其产品能否被视为“天然”或“有机”，或者这一问题是否重要。一些认证机构已开始接受室内种植的绿叶蔬菜为有机产品，前提是其营养液使用的是有机成分，但大多数机构仍坚持要求露天田地和真正的土壤。哥伦比亚大学的生物学家、垂直农场的倡导者Despommier对此类观点毫无耐心：“如果有人说，只有使用土壤才算自然种植，你就得告诉他们，农业本身就不是自然的，无论如何都不是。要进行农业生产，就必须破坏生态系统。而我们承受不起这样的代价，因为那是我们的生命维持系统。所以我们必须在获取食物的同时恢复我们的生命维持系统。做到这一点的方法，就是离开土地。让自然独自存在，它自会修复。”
室内农业有力的环境论据，很可能成为促使汤森路透的预测成真的最重要因素。Despommier测算，如果地球上每座城市都能在室内种植其10%的农产品，我们就能将34万平方英里的农田退还为森林。这反过来又能吸收足够的二氧化碳，使地球大气中的相应水平恢复到1980年时的状况，他表示。室内农业的节水优势还带来许多其他重大的环境效益。其中之一是减少农业径流造成的水污染，而这正是世界上最严重的祸害之一。
此外，还有一种满足感：食物更新鲜、口感更佳，且就在身边种植，甚至可能由你认识的人亲手种植。底特律的Artesian Farms凭借其“Motown Mix”系列沙拉蔬菜，已在当地赢得一定关注。Corner Stalk Farm则在波士顿东波士顿区的一处停车场内，利用五个改装的货运集装箱种植作物。连续创业者Lisa Lillelund总部位于波士顿，正在创办自己的室内农业企业，她表示：“这让清洁技术能够支持本地食品运动。多么美妙的结合。”
如今，创业者们正在各地播下各式各样的种子。他们中既有Grove——该公司出售冰箱大小的种植设备，旨在放入消费者的厨房（该公司曾在Techonomy 2014上展示）——也有AeroFarms和Green Sense Farms这样的公司，它们不仅规模化生产食品，还寻求授权其技术，让其他人也能这样做。（Green Sense已在帮助中国深圳建设一座设施。）Corner Stalk停车场中的“农场”同样是在波士顿由Freight Farms建造的，该公司是几家销售完整、自含式集装箱化系统的企业之一。经过几天的培训后，你只需接通电源、连接水管、放入种子，便可开始种植。
刊登本文并不意味着世界经济论坛认同文中观点。
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作者：David Kirkpatrick是Techonomy的创始人、主持人兼首席执行官。
图片：一名工人正在垂直农场的立式种植塔上采收新鲜农产品。REUTERS/Edgar Su。
