论文标题： The Skyscraper Crop Factory: A Potential Crop-Production System to Meet Rising Urban Food Demand

期刊：Engineering

作者：张丽, 黄兰, 李涛, 王涛, 杨晓, 杨其长

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.08.014

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在全球城市化浪潮汹涌澎湃的今天，城市人口的持续攀升给传统农作物生产和供应模式带来了前所未有的压力。如何确保城市居民的食物供应，成为了全球关注的焦点话题。中国农业科学院都市农业研究所杨晓、杨其长研究团队在中国工程院院刊《Engineering》发表了以“The Skyscraper Crop Factory: A Potential Crop-Production System to Meet Rising Urban Food Demand”（摩天大厦型作物工厂——保障城市食物快速增长需求的作物高效生产系统）为题的展望文章，为我们展现了一种极具前瞻性的解决方案 —— 摩天大厦型作物工厂，这一创新概念有望重塑城市食物生产格局。

摩天大厦型作物工厂是一种创新的垂直农耕系统，利用超高层建筑进行农作物生产，具有资源高效利用、产能倍增和绿色生产的显著特点。研究团队详细阐述了其在作物高效生产方面的巨大潜力，以及一系列与之配套的新兴技术。

图 1. 摩天大厦型作物工厂模式图。人工光植物工厂、绿色可持续和节能技术使摩天大厦型作物工厂能够全年高效、环保地种植谷物作物。5G+：整合人工智能、物联网（IoT）和第五代移动通信技术（5G）；N：氮；P：磷；K：钾。

在技术应用方面，人工光植物工厂技术是核心。通过多个模块系统的协同运作，能够精准调控作物生长环境，实现周年连续高效生产，不受外界地理和气候条件的限制，为城市食物稳定供给提供了有力保障。节能技术也是关注重点，如保温隔热技术、太阳光传导照明技术、储能技术和光温耦合技术等的应用，有效降低了系统能耗。同时，资源循环利用技术使水、二氧化碳和无机肥料等资源的利用效率大幅提升，采用清洁能源实现了低成本运营和可持续发展。

在作物种植策略上，团队提出了多项针对性措施。选育适宜的专用农作物品种，要求植株矮化、空间利用率高、速生高产、耐弱光且宜机化等，基因编辑技术在这方面发挥着重要作用。立体栽培技术与先进的照明和水耕系统结合，显著提升了作物生产效率，气雾栽培技术更是在节水节肥和促进作物生长方面表现出色。优化作物栽培环境条件，从光合光通量密度到根区环境，都为作物速生高产创造了有利条件。此外，基于机器学习的表型分析技术和物联网智慧管控系统及辅助机器人的应用，使作物生长发育的精准调控成为可能，尽管农业机器人的应用还面临一些挑战。

图 2. 提出的摩天大厦型作物工厂农作物生产模块。每个人工光植物工厂单元包括作物播种机、育苗室、移栽机器人、用于育苗盘和秧苗传送的传送带、多层栽培系统、人工照明系统、气生栽培系统、通风/温度控制系统、净化系统、基于智能传感器的控制系统以及用于作物收获的辅助机械。

不过，摩天大厦型作物工厂目前仍处于发展阶段，面临着诸多挑战。例如，环境可持续性的量化评估尚未完成，光效和能源利用效率有待进一步提高，初始建设成本较高限制了商业化推广。但研究团队也提出了相应的解决方案，如预制装配式建筑技术可降低成本，政府政策支持将助力产业发展。

摩天大厦型作物工厂作为都市型现代农业的重要组成部分，对保障城市食物安全、增强城市食物弹性、减少温室气体排放和推动城市可持续发展具有不可忽视的意义。虽然距离大规模商业化应用还有一段路要走，但这一创新成果无疑为城市农业的未来发展提供了极具价值的方向和可能性。相信在科研团队的不懈努力和各方的共同支持下，摩天大厦型作物工厂有望成为城市食物供应的坚实保障，为城市居民带来更稳定、健康和可持续的食物来源。

文章信息：

The Skyscraper Crop Factory: A Potential Crop-Production System to Meet Rising Urban Food Demand

摩天大厦型作物工厂——保障城市食物快速增长需求的作物高效生产系统

作者：

张丽, 黄兰, 李涛, 王涛, 杨晓, 杨其长

引用：

Li Zhang, Lan Huang, Tao Li, Tao Wang, Xiao Yang, Qichang Yang. The Skyscraper Crop Factory: A Potential Crop-Production System to Meet Rising Urban Food Demand. Engineering, 2023, 31(12): 70–75 https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.08.014

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https://www.engineering.org.cn/engi/EN/10.1016/j.eng.2023.08.014

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