本文源于讀者投稿。作者金文卿，目前就職于荷蘭 Green Simplicity 公司，擔任園藝技術經(jīng)理一職。2022 年于瓦赫寧根大學溫室園藝與作物生理組完成博士學位，研究方向是“提高垂直農場內生菜的光能利用效率”。攻讀博士前曾在荷蘭 Priva 公司北京辦公室擔任客戶經(jīng)理的職務。
今年 6 月，在可控環(huán)境農業(yè)（Controlled Environment Agriculture，簡稱 CEA）領域頗具影響力的垂直農場先鋒企業(yè) AeroFarms 申請使用美國破產(chǎn)法第 11 章進入保護重組。這是繼去年年底大規(guī)模裁員的 Infarm 和今年 4 月同樣申請使用美國破產(chǎn)法第 11 章進入保護重組程序的 Kalera 之后，又一個宣告遭遇經(jīng)營困難的垂直農場企業(yè)。
壞消息接踵而至，不免使人擔心垂直農業(yè)這個領域的發(fā)展是否仍可繼續(xù)下去。尤其是經(jīng)歷了從去年年初延續(xù)至今且波及世界的大幅能源價格波動之后，“垂直農業(yè)是面向未來的果蔬生產(chǎn)系統(tǒng)”這一觀點，因其高度依賴大量能源供給而受到了挑戰(zhàn)。
垂直農業(yè)的發(fā)展當然可持續(xù)。垂直農場的諸多優(yōu)勢，筆者曾在之前的文章中解釋過（請見：從自然光到 LED（番外篇）讓我們來聊聊垂直農場），就不在此過多贅述了。垂直農場能夠緩解甚至解決諸多長期存在于農業(yè)生產(chǎn)上的困境，而其長期發(fā)展面臨最嚴峻的挑戰(zhàn)只是投資成本和用電成本，且這兩個挑戰(zhàn)正在被逐漸解決。
那么，為何這些垂直農場領域的先行者會遇到困境？
▲圖 1 | 立體垂直農場現(xiàn)場拍攝圖（來源：Green Simplicity Concept B.V.）
首先，垂直農場是設備集成程度非常高的專業(yè)化植物種植系統(tǒng)，建造前必須經(jīng)過仔細的計算和考量。即，在預期產(chǎn)量與作物品質的要求下，基于投資預算與日常使用和維護成本的限制，將分別采購自不同供應商的子系統(tǒng)拼接成一個完整的生產(chǎn)系統(tǒng)。
因此，相比于大田或日光溫室中的土壤栽培，垂直農場對前期規(guī)劃的合理性要求非常高，包括設備選型、系統(tǒng)對接、人員動線，以及產(chǎn)品流線，等等。具備充分知識與生產(chǎn)經(jīng)驗的栽培團隊以及一系列高水平的供應商，是垂直農場得以穩(wěn)定高效運行的基礎。
在垂直農場商業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展初期，從業(yè)者的經(jīng)驗有限，只能“摸著石頭過河”，不斷從已建項目中吸取經(jīng)驗教訓，再在新項目中嘗試改進。因此，很多早期建成的項目難以維持高效的運轉狀態(tài)。實際上，直至今日，垂直農場的系統(tǒng)中仍然有許多細節(jié)可以進一步改善。
其次，眾多垂直農業(yè)公司進入這一領域的時間相對較早，比如 AeroFarms 就是創(chuàng)建于 2004 年的企業(yè)。當時垂直農場是全新的行業(yè)，需要大量定制化的產(chǎn)品，并且很多所用產(chǎn)品的造價比當前昂貴許多。如圖 2 所示，垂直農場初期投資占比最高之一的 LED 燈組價格從 2010 年的 12.9 美元每千流明，降低到 2019 年的 0.86 美元每千流明，是十年前的十五分之一。另有預測顯示這一價格還將繼續(xù)降低至 2025 年的 0.45 美元每千流明，2035 年時更會降低到 0.3 美元每千流明。
▲圖 2 | 白光 LED 燈組（LED lights package）價格隨時間的變化趨勢。橫軸為年份，縱軸為 LED 燈組價格。單位：美元每千流明。每個年份對應的數(shù)字即為該研究計算出的當年 LED 燈組價格。
與此同時，LED 燈組不僅價格在這幾年迅速降低，每單位耗電量能夠轉換出的光子數(shù)也成倍增長了。由于 LED 封裝材料等科技的發(fā)展，LED 燈組的電光轉換效率從 2010 年的 2 微摩爾光子每焦耳提升至 2020 年的 4.7 微摩爾光子每焦耳（該數(shù)值計算基于 20% 藍光與 80% 紅光的組合）（圖 3）。
▲圖 3 | LED 燈組（藍光占 20%，紅光占 80%）對光合有效光子的電光轉換效率。橫軸為年份，縱軸為轉換效率，單位：微摩爾每焦耳。本研究發(fā)表于 2020 年。因此曲線前半段（藍色實線部分）為實際值，曲線后半段（橙色段線部分）為該研究的預測值。本表格根據(jù)原文數(shù)據(jù)重新制作，已取得原文第一作者的許可。（來源：[7]）
此外，溫室栽培的自動化系統(tǒng)在這幾年迅速得到提高并完善，越來越多的供應商將應用于溫室的系統(tǒng)進行細節(jié)改造后直接應用于垂直農場，比如制冷與除濕機組、灌溉系統(tǒng)、栽培物流系統(tǒng)，等等。從而幫助垂直農場能夠以更低的價格搭建起運行穩(wěn)定的自動化系統(tǒng)。
再者，栽培植物的高風險以及相對較低的產(chǎn)品售價，使得農產(chǎn)品生產(chǎn)并非是一項高利潤的業(yè)務，因此難以僅憑產(chǎn)品的銷售收入支撐起復雜的業(yè)務矩陣。
對于以銷售果蔬為主要盈利模式的垂直農場企業(yè)而言，任何對提高生產(chǎn)效率沒有直接幫助但需要資源投入的業(yè)務都頗為奢侈，特別是遠離一線生產(chǎn)的科研。對于植物表型或者 AI 算法的研究能夠提高種植者對于垂直農場環(huán)境中的植物與環(huán)境的相互影響，并為將來具有更高靈活性的環(huán)境控制系統(tǒng)提供算法，從而促進整個行業(yè)的發(fā)展。但是對于生產(chǎn)企業(yè)而言，在主要業(yè)務——種植并銷售作物——尚未建立起穩(wěn)定的商業(yè)模式之前，對科研的投入會帶來額外的財務負擔。
因此筆者以為，合理規(guī)劃、尊重規(guī)律并追求資源投入與產(chǎn)出的效率最大化是垂直農場的基本功。若有欠缺，在市場發(fā)生變動時就會容易遇到困境，換言之就是“被發(fā)現(xiàn)在裸泳了”。這幾年各種原材料供應短缺、加息以及能源價格上漲所導致的投資成本和用電成本提高就是整個行業(yè)正在面臨的挑戰(zhàn)。
以及，如果我們繼續(xù)往前推理一步：任何沒有將這幾點基本功作為發(fā)展重點的企業(yè)，即使他們擁有垂直農場的設施，我們也可以合理地質疑其真正的商業(yè)模式是否是以銷售作物產(chǎn)品為盈利模式的生產(chǎn)者。如果我們思考的結果是否定的，那么他們所遇到的困境，以筆者看來，并不能代表垂直農場行業(yè)中真正從事種植生產(chǎn)的那部分。而只有專業(yè)從事生產(chǎn)的垂直農業(yè)企業(yè)，才能夠引導甚至決定這個行業(yè)的發(fā)展。
▲圖 4 | 用于栽培郁金香的垂直農場（來源：Green Simplicity Concept B.V.）
除去這些常見諸于報端的明星企業(yè)之外，市場上存在著眾多中小規(guī)模且不為大眾所知的垂直農場生產(chǎn)企業(yè)。因為工作的原因，筆者與眾多生產(chǎn)者都有接觸。很多專注于生產(chǎn)的垂直農業(yè)種植者目前已經(jīng)或正在考慮擴大規(guī)模，與當前市場與媒體中彌漫的悲觀情緒形成了鮮明對比。很多專業(yè)的溫室種植者也在進入垂直農業(yè)這一領域，特別感興趣于育苗的垂直農場系統(tǒng)。這份個人經(jīng)驗，是前文中筆者質疑這些明星企業(yè)多大程度上可以代表市場總體情況的緣由。
水資源的短缺、對食品安全的考量、增加本地食品供應能力的新趨勢、以及電力供應能力的大幅增長，這是垂直農業(yè)發(fā)展的基本盤，也是決定了垂直農業(yè)勢必會得到發(fā)展。實際上，即使是對這一行業(yè)發(fā)展最為悲觀的文章，也不能否認垂直農業(yè)在節(jié)省自然資源上的效果。
當然，“垂直農場得到發(fā)展”并不意味著筆者認為垂直農業(yè)會代替大田或者溫室農業(yè)。樂觀估計，垂直農場在可見的將來會成為溫室生產(chǎn)的一種較為穩(wěn)定的補充或配套。盡管垂直農業(yè)基本盤中很難說將來哪一項因素會最終真正推動行業(yè)爆發(fā)式發(fā)展，但至少筆者堅信我們對此不必等待太久。
一個技術集成是否能在商業(yè)世界可持續(xù)發(fā)展，決定于其解決了什么問題以及是否提高了資源利用效率，而非嘗鮮企業(yè)的經(jīng)營狀況。垂直農業(yè)也概莫能外。
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