2022-05-20
新加坡室內稻米種植成功！垂直農業突破品種限制，用最小空間種米種菜！全球糧食缺口現曙光？
俄烏戰爭引發的糧食安全問題仍在發酵中，不但烏克蘭農產品因戰事持續而難以輸出，還有乾旱、熱浪等極端氣候威脅著美國、加拿大的農產量，加上第二大小麥生產國印度突然宣布禁止小麥出口，令全球糧食供給雪上加霜。為降低對國際糧食供應鏈的依賴，有別於傳統耕種方式的「垂直農業」（Vertical Farming）開始在世界各地興起！最近，新加坡首次成功在垂直農場種出稻米，更讓這種新型種植技術倍受矚目。
戰事＋極端氣候引發糧食危機
烏克蘭生產了全球15.3%的玉米、12.6%的大麥、10%的小麥、以及49.6%的葵花籽油，可說是世上重要的糧食供應國之一。因著俄烏戰爭的關係，現時約有2,500萬噸糧食滯留在烏克蘭港口，為全球糧食供應帶來很大缺口。
更糟糕的是，氣候變遷的負面影響在2022夏季變得更加明顯，對糧食種植構成嚴重威脅。美國中部的乾旱現象已迫使部分小麥農田棄耕；加拿大阿爾伯塔省 (Alberta) 的小麥耕地過於乾燥，曼尼托巴省 (Manitoba) 則遭受風暴侵襲，以致農民無法進田耕種。歐洲產糧大國法國亦面對高溫和乾旱天氣威脅，估計小麥、大麥、玉米、向日葵產量可能會因此而減少。
美國農業部評估，在極端氣候影響下，2022年美國小麥種植面積為4,740 萬英畝，只比2021年增長1%，創下自1919年以來的第五低水平。（圖片來源：Pixabay.com）
亞洲方面，中國遭受2021年秋季異常水災的影響，使冬小麥收成不佳，所以要增加糧食進口，現時小麥、玉米、大豆的入口量已達創紀錄水平。印度也遭逢熱浪，西北部與中部於2022年4月錄得122年以來最高溫紀錄，影響當地小麥收成，政府預計收成將減少5%以上，因此在5月13日宣布暫停小麥出口，對全球糧食供應帶來又一次打擊。
垂直農業成拯救糧食缺口曙光
面對全球糧食不足的挑戰，不受極端氣候影響的「垂直農業」，遂成為拯救糧食危機的一道曙光。所謂「垂直農業」，意指在垂直堆疊層面種植糧食的做法，有時候也會在工廠大廈、舊倉庫、或貨櫃箱內進行種植。為求在有限空間內獲得最豐富的農產量，垂直農場會利用層架以垂直方式來栽種農作物，有些大型設施甚至可以堆疊到14至16樓層。
垂直農業主要使用控制環境耕種（Controlled-Environment Agriculture）技術，讓所有環境因素都可以控制，所以無懼氣候變化。垂直農場內的農作物不是種植在泥土中，而是養殖在聚氨酯海綿的替代原料、生物降解性的泥炭苔、或是黏土顆粒的無機材料裏；透過水培或氣培系統，向農作物輸送營養配方，直接讓根部吸收以促進生長。
室內垂直農場配備大量實驗室級感測器，負責監察植物的生長變化，並收集溫度、濕度、土壤養分等環境數據，再經由AI人工智能進行分析，得出需微調改善之處，從而調控養分供應與生長環境，以提高農產量和維持穩定品質。
垂直農業初創獲資本市場青睞
以亞馬遜創辦人貝佐斯（Jeff Bezos）參與投資的Plenty為例，其垂直農場每平方英尺的農作物產量是傳統農場的350倍。同時，種植場內採用精準的澆水系統與水循環機制，故此用水量僅為傳統農場的5%，加上種植過程無需施加殺蟲劑，所以被視為環保的耕種方式。
有別於大部分垂直農場在層架上種菜，Plenty將20呎高的長管相隔4吋豎立平排，讓蔬菜沿著長管橫向生長，組成密密麻麻的蔬菜牆。水與養分會從長管的頂部灌注，靠地心吸力向下自然流動，以便把多餘的水回收重用。（圖片來源：Plenty官網）
為確保農產品的衛生水平，Plenty要求工作人員穿著全套的個人防護裝備，又會使用機器人進行採摘，務求讓「第一個用手碰到食物的人就是消費者」。（圖片來源：Plenty官網）
各國政府與企業均看好垂直農業的前景，紛紛投資於相關的農業科技初創公司。美國初創Plenty於2022年1月宣布，在E輪融資中獲得4億美元（約31.2億港元），由One Madison Group與JS Capital領投，參與投資者還包括沃爾瑪（Walmart）與軟銀願景基金（SoftBank Vision Fund）。
德國初創Infarm在2021年12月最近完成2億美元（約15.6億港元）的D輪融資，由卡塔爾投資局（Qatar Investment Authority）領投，讓公司估值超越10億美元（約78億港元），成為歐洲首家「獨角獸」級的垂直農業初創。目前室內農業只佔整體農業市場不到10%的份額，但在垂直農業的帶動下，有業者認為10年內市佔率有望大增至接近50%。
Infarm垂直農場以「種植中心」為單位，每個種植中心由多個垂直模組連接，組成多層式層架，可在6個星期內完成部署，將一個40平方米的空間變成垂直農場，每年可生產逾50萬株農作物。（圖片來源：Infarm官網）
Infarm垂直農場現已進駐美國、加拿大、日本和歐洲，更計劃於2023年在中東卡塔爾開設種植中心，被卡塔爾投資局視為提升國家糧食安全的有效措施。（圖片來源：Infarm官網）
垂直耕種農作物品種有局限性
然而，也有不少人對垂直農業持反對意見。有批評者認為，人工照明過於耗電，不但造成大量碳排放，而且能源成本太高，讓農場難以長期經營。日本設施園藝協會的統計資料顯示，及至2020年2月，日本總共有386座垂直農場，其中4成呈虧損狀態，迫使不少企業接連退出市場。
為應對此困境，部分業者嘗試轉用綠色能源和低耗電照明系統。譬如Crop One與Plantagon採用太陽能為垂直農場供電，並改進LED燈效能，以減少碳排放；GoodLeaf則引入照明方案商Signify的全自動化農業照明系統，能夠精準控制照射光譜，有效縮短農作物的生長週期，幫助降低營運成本。
但最教人頭痛的是，垂直農場能種植的農作物品種有限。農業數據分析公司Agrilyst指出，垂直農場最常見的農作物分別為葉菜類植物、菜苗、番茄、花、以及香草；至於稻米、小麥、粟米、大豆等主糧則很難在這類農場內大量栽種。
例如Infarm主要種植香草、沙律菜、綠葉蔬菜，並計劃在2022年內試種豌豆、蘑菇、櫻桃番茄等；Plenty則以量產生菜、芥菜、羅勒、羽衣甘藍為主，亦曾嘗試種植西瓜、士多啤梨、紅蘿蔔、番茄等，惟卻始終無法大規模種出根莖類蔬菜與樹上水果。
目前Infarm垂直農場能種出75種綠葉蔬菜、沙律菜與香草，最終目標是能夠種出整個水果與蔬菜籃。（圖片來源：Infarm官網）
Plenty能夠把一幅283萬平方米的農田濃縮在95,000平方米的倉庫內，讓種植所需的土地面積縮到最小，再透過人工照明、環境控制來調控生長環境，免去極端氣候影響，故此每年收成次數比傳統耕種方法為多。（圖片來源：Plenty官網）
新加坡垂直農場首次種出稻米
紐西蘭在2019年發表的研究報告指出，垂直農業只適合種植綠葉蔬菜與草本植物，無法取代能種植多種農作物的常規耕種方式。假如依賴垂直農場來取代因日漸流失的傳統耕地，最終可能會造成另一種糧食危機。
不過，隨科技持續改進，垂直農場不能栽種主糧的局限性，終於取得突破進展了。新加坡淡馬錫基金會與淡馬錫生命科學研究院攜手進行的「大樓種稻」試點項目，剛於2022年2月完成，成功在垂直農場中種出稻米。
淡馬錫生命科學研究院在溫室內培育淡馬錫米的幼苗，待稻苗發芽後，便會移送到淡濱尼組屋區的垂直農場繼續栽種。（圖片來源：淡馬錫官網）
研究人員先在溫室中培育「淡馬錫米」的稻苗。這款特種稻米較常見的品種矮小，適合在較擁擠的環境中成長。它不僅具有抗蟲害能力，還兼備良好的耐旱性，可在2個星期沒水灌溉的情況下繼續生長。同時，其生長週期短至4個月，故此一年可以有3次收成。
當稻苗發芽後，便會被轉送到6層樓高的垂直農場，試驗中的淡馬錫米被栽種在頂層大約兩平方米大小的土壤中。負責管理農場的科技公司Netatech，使用精密滴灌系統，精準調控水與養分供應，直接輸送到稻苗根部。
樓高6層的垂直農場由鐵架依組屋外牆搭建而成，試驗中的淡馬錫米生長在頂層約兩平方米大小的土壤裏。（圖片來源：淡馬錫官網）
室內農場種米減省人力與用水
種植區設有感測器，藉由物聯網與人工智能系統，監測稻米的生長狀態與環境變化，一旦發現環境變得高溫乾燥，即會自動調整灌溉。因此，工作人員每週只需到場檢查一次，確保農場裝置運作正常即可，令人力成本得以大幅減省。
除此以外，傳統稻田以漫灌方式栽種稻米，平均每公斤米需用到2,500公升水，惟在垂直農場中使用滴灌法種米，每公斤米只需使用約750升水，耗用的水資源大減7成。
首批在垂直農場種出的淡馬錫米已在2022年2月收成，被帶回實驗室進行測試；後續研究是如何改進淡馬錫米的味道、纖維度、以及升糖指數，讓其質量與傳統農田種植的稻米相若。
淡馬錫生命科學研究院研發的淡馬錫米已在印尼的稻田大量種植，並在新加坡超市販售。這次把淡馬錫米移師至垂直農場栽種，成功產出的首批稻米已被送到實驗室作進一步研究。（圖片來源：淡馬錫官網）
近年受到極端氣候的影響，適合農耕的土地愈來愈少；就算農作物順利成長，也可能在收割前受自然災害侵襲，造成嚴重農損。垂直農場既不用考慮外在氣候影響，又可以利用有限土地來提高農產量，因而備受看好。可是，人類只吃葉菜始終不能填飽肚子，所以垂直農業技術尚有待進一步突破。除稻米以外，假如有一天垂直農場還能種出小麥、大豆、粟米等主糧，才算是真正解救全球糧食危機喔！
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