1垂直农业的主要技术与栽培方式国内外不断开发出具有智能监控系统的全自动化垂直农业技术，优化作物生产，力图实现生产系统人工最小化、效益最大化。与垂直农业系统相关的技术[1]主要可以分为4个层级，第1级设定垂直农场环境指标，通过人工干预实现系统的自动化；第2级通过传感器监测农场环境参数，为进一步改进垂直农业系统提供参考；第3级实现部分自动化，对作物生长作出一定干预，如通过安装可调节光谱的LED灯促进植物生长和光合作用等；第4级利用农业自动化和物联网等技术构建全自动垂直农业系统，远程、实时控制作物生长环境与生长过程。现阶段，商业化垂直农业系统一般处于第2级和第3级水平。为了提高城市农业的可持续性，整合太阳能和风能等可再生能源的垂直农业系统受到关注。垂直农业的主要栽培方式如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.022.T001表1垂直农业的主要栽培方式名称种植方法与特点优点水培法在不含土壤的营养液中种植植物，植物根部浸入可以得到有效监测和循环利用的营养液中，从而确保营养成分的保持。无土栽培；节水约70％；可堆叠；植物生长速度快；可实现洁净化生产，不受自然灾害影响；可多轮不间断种植。气雾栽培法将蔬菜在温室的生物箱内栽培，蔬菜的根部在生物箱内悬置，用气雾的形式喷洒养料到蔬菜根部，供其生长。无土栽培；节水、节肥；植物生长速度快；可减少或避免化学农药的使用；室内的洁净化生产，不受自然灾害、病虫害影响；室内可多轮不间断种植。鱼菜共生鱼类在室内池塘中生长，产生富含营养的废物，用作垂直农场植物的饲料养分。工厂过滤和净化废水，被循环到鱼塘。循环型、零排放、可持续性；简化了生产和经济问题，提高了生产效率。液压垂直农场新加坡的Sky Greens开发了多座9 m高的绿色植物塔，蔬菜种植在货架上，不停地上下旋转，顶部的植物获得阳光，底部的植物吸收水，整个过程不断地循环反复。最大限度地减少水、土地和能源的消耗；作物可轮番种植，提高10倍的产量。2广州发展垂直农业的重要意义2.1推进土地等资源集约利用广州作为拥有1 800多万人的超大城市，可耕种土地持续减少，常住人口人均拥有的耕地面积由2012年的77.3 m2减少到2021年的46.0 m2[2]，亟须推进土地等资源集约利用。垂直农业是向科技要效益、向空中要土地的发展模式。一座占地1.3 万m2、58层的垂直农场产量与一个400 万m2的传统农场相当，可为3~4万人提供一整年的粮食和蔬菜[3]。垂直农业发展有利于解放现有的农田、林地等，耗水量比普通农业减少70%~95%，能够减少农产品运输过程中产生的化石能源消耗[4]。2.2现代农业技术与空间技术创新的必然趋势农业科技向现代农业不断渗透，改变了传统的农业生产场景。未来农业将朝着垂直农业方向发展，一是利用各种农作物生长的“时间差”与“空间差”进行科学合理组装与组织配套，形成多层次、多功能、多途径的高优生产系统；二是照明技术、太阳能光伏发电、现代高科技种植在农业领域应用，通过精心设计，把农场式农业生产改造成集农业种植、绿化环境和观光旅游等于一体的农业公园；三是计算机智能化管理模块系统应用于农业领域，自动化灌溉系统、植物生长调控系统等技术的应用提高了种植效率，降低劳动成本；四是农业正在进入一个崭新的生物化的绿色、洁净的垂直农业时代。2.3为大食物观理念提供了现实路径与可行方案垂直农业有助于改善城市居民的粮食安全。室内垂直农业具有较多优势，满足作物最佳生长和成熟的条件，确保作物全年多轮生长，与室外传统农场相比，不易受到暴雨、台风、洪水等极端天气和害虫的影响而导致作物减产，有利于应对意外的食品供应链中断。此外，由于“食物里程”的缩短，减少了蔬菜、新鲜水果物流的浪费。垂直农场植物生长条件受控，可以减少或完全避免化学杀虫剂的使用，使食物质量更安全可控。2.4为降低热岛效应和改造城市微景观提供思路垂直农业有利于缓解城市“热岛效应”，保护和改善生态环境，防治污染，维护生态平衡。发展垂直农业可以改造城市微景观，将生产、生活和休闲充分结合，提升城市文化品位。3广州垂直农业发展现状及制约因素3.1广州垂直农业发展现状（1）发展立体化种植项目。广州出现了小规模的垂直农场和高科技垂直农业产业园。广州绿沃川高新农业科技有限公司引进无土化培育技术，通过空中栽培方式，采用自动化作业、智能化控制与立体化种植等技术，以农旅结合的方式，开展农业游、科普游。南沙现代渔业产业园采用立体化种植和循环型、零排放的鱼菜共生技术，实现了养鱼和种菜的协同共生。（2）形成智能化、数字化技术。广州垂直农场形成了自动化、智能化的无土栽培蔬菜技术，通过智能系统完成蔬菜的播种、育苗、栽植、移栽和收割的全过程。智能监控系统全程监测作物的温度、湿度、光照等作物生长数据，计算机系统精准施肥，赋予蔬菜生长所需的各种元素。（3）举办了相关农业技术展览。广州多次举办与垂直农业相关技术展览与会议，如2021年举办了“广州国际植物工厂与农业照明及智慧农业技术展”，2022年举办了“中国广州国际智慧农业及技术装备展览会”。在展会上同期举办智慧植物工厂与农业照明创新应用高峰论坛、中国智慧农业技术应用论坛等，有利于垂直农业技术的交流与传播。（4）修订完善相关用地制度。广州虽然未出台针对垂直农业的专项政策和设施农业专项政策，但广州不断加大引导力度，促进现代设施装备、生物技术、信息技术与农业产业融合，发展智慧农业与循环农业，强化农业龙头企业的创新主体地位。修订完善了设施农业用地管理政策，规范设施农业的用地备案制度，推动广州设施农业健康有序发展。3.2广州垂直农业的发展制约因素（1）建筑用地与能源成本高，企业难以盈利。垂直农业面临的最大问题是生产成本的控制。一是用地和建筑成本，修一栋高质量垂直农场的成本较高。国外一些城市将废弃仓库、废弃区域甚至海运中使用过的集装箱等改造成垂直农场，形成更经济的发展模式。二是能源成本，垂直种植需要运行大量LED灯，花费巨大电力成本。据统计，在垂直农场中，1 kg食物的产出需要消耗大约38.8 kWh的能量。有效地控制成本，才能实现持续盈利。（2）技术不健全、标准不统一。国外的垂直农业处于产业发展风口。但国内设备成本高昂、生产操作复杂、技术含量高，需要生产经营者有足够充裕的资金，还要有强大的技术储备，对从业者提出了更高要求，相关经营人员、技术人才缺乏，使发展垂直农业有较大难度。技术方面存在决策系统不全面、智控装备传感系统检测单一、营养液离子传感器技术制约等问题。此外，完整的产业链仍未形成。（3）规模化、商业化运作水平低。广州垂直农业处于发展的初级阶段，规模化、商业化运作的垂直农场不超过5家，发展与经营模式较为单一，生产力量偏弱，缺乏办公+农业、高楼植物工厂、移动农场等多模式、多场景运用，产业链条偏短。（4）生产品种单一，阻碍行业竞争力提升。目前，垂直农场适宜种植高价值、可生食、生产快、占地面积小、易腐烂的作物以及有保健作用的蔬菜，种类较为有限。由于产品种类较单一，价格容易受国内外市场供应影响而产生剧烈波动。因此，有必要根据消费市场的需求开发出更多种类的农产品，提升产业竞争力。4广州垂直农业的发展建议垂直农业虽然无法完全取代传统农业，但其潜力有待进一步挖掘。对其商业价值的评估，应从食品、泛食品等切入，延伸到农文旅结合、休闲体验农业等其他盈利模式。广州应充分挖掘多种功能，做到“五个结合”，拓展都市现代农业发展的第四空间。根据城市第三空间理论，居住空间、生产空间和休闲空间分别是城市的第一、二、三空间。生活、生产和休闲结合起来的混合空间是城市的第四空间。发展第四空间既能够满足生活、生产需要，又能够提供休闲功能。一是结合公园改造发展垂直农业。改变现有城市公园以平面布局为主的空间形态，将城市公园与垂直农场结合，打造立体的城市空间绿化，使城市绿线向城市天际线的上部延伸，减轻城市高楼的各种光学、噪声、空气污染，改善生存环境。拓宽城市公园的可利用功能与空间，增加休闲、科普、教育、示范等功能，使市民能够在家门口回归田园与绿色。让垂直的绿色公园在城市中穿插，使城市被绿色环绕，成为真正的生态城市。二是结合房地产开发等发展垂直农业。在房地产开发中，将公共建筑与垂直农业相结合，鼓励开发绿色公共建筑。在商业综合体开发建设中，鼓励将农业融入商业大楼建设，使办公、零售和农业种植能够有效地融合在纵向空间里。在建筑物的立面，通过采用墙面种植法、自然生长法等方法种植作物，不断优化城市风貌、调节微气候，提升商业的价值与吸引力。在大型社区设置垂直农场中心，鼓励居民互助管理社区农场[5]。三是结合城中村改造发展垂直农业。建议将城中村改造为将居住和现代化生产相结合的垂直农场，建设既能够居住又能够生产的立体农场，可以考虑建设可供游客住宿、休闲娱乐、劳动体验的“空中农家乐”和“高层农家别墅”等，将农业生产、农家旅游和民宿结合，打造多功能垂直农场，达到社会效益与经济效益最大化。四是结合特色农业发展垂直农业。考虑将垂直农业与特色农业相结合，如将垂直农场与花卉市场结合，将花卉市场打造成能够种植花卉，满足赏花、购花等活动需求的休闲空间，使其成为一个花卉主题乐园，使赏花、生产、购物、生活、销售、休闲等功能充分融合。五是结合现代能源技术发展垂直农业。在垂直农场的设计中，建议充分使用自然资源，在引入风能、太阳能、雨水收集、无土栽培、垃圾处理和中水系统等绿色技术的同时，将废弃植物和动物的排泄物等加工成燃料，产出清洁的能源，还可以对其进行处理后变成肥料和燃料，并将处理后的污水、雨水等用于灌溉。5结语垂直农业通过高楼或立体的发展模式，利用雨水等可再生资源和温室科学技术等手段，通过模拟作物在户外生长过程中所需的阳光、水分以及温度等，促进农作物的生长。发展垂直农业，会产生较强的社会效益、生态效益和经济效益。广州作为超大城市，发展垂直农业，对推动土地空间资源集约利用，促进都市现代农业高质量发展，提升高密集度城市生活品质，保障供应链的稳定，增进城市发展的可持续性等具有重要的意义。