就目前而言，垂直农业并非适用于所有作物。我们不太可能很快在阿姆斯特丹的仓库里看到柠檬树，但番茄似乎也还没准备好从温室转移到容器栽培。然而，生菜和香草却非常适合这种模式。与此同时，这些作物在西班牙穆尔西亚仍然广泛采用露天种植，然后运往北欧的超市货架。那么，荷兰的室内种植和西班牙的露天种植，哪种系统更具可持续性呢？我们查阅了几项关于碳排放的研究，以找出答案。
垂直农业，即在可控环境中以层叠方式种植作物，与露天生产相比具有几个主要优势。由于采用了封闭式循环系统，它用水量更少，所需土地面积也小得多，而且几乎可以在任何地方建立：城市、沙漠或寒冷气候地区，靠近消费者。由于生长环境完全由气候控制，天气条件不再影响生产，从而实现了全年稳定的产量。封闭的环境也大大减少了对植物保护产品的需求，并生产出更清洁的产品。由于生长条件得到优化，每平方米的产量和每年的收获周期也更高。
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然而，垂直农业并非万能解决方案。能源消耗仍然是其最大的缺点：人工照明和气候控制需要消耗大量电力。此外，投资成本高昂，而且如前所述，这种方法目前仅适用于叶菜类蔬菜、香草和小水果。
本文重点关注生菜种植。所有参考的环境影响研究标题中都包含 "LCA" 这一缩写。生命周期评估（也称生命周期分析）是一种用于绘制产品从种植到消费，甚至更远（包括农业投入和废物处理）整个生命周期内环境影响的方法。
二氧化碳当量
环境影响多种多样。新鲜农产品的种植和销售或多或少都会造成污染，并消耗水、土壤和环境资源。例如，干旱地区过度用水、化肥和植物保护产品的使用以及塑料污染。本文重点关注室内和室外种植系统在二氧化碳当量（CO₂-eq）排放方面的差异。二氧化碳当量（CO₂-eq）是用于概括不同温室气体（包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等）对气候影响的单位。温室气体排放是造成全球变暖的重要因素。
直截了当地说：根据查阅的几项研究，在阿姆斯特丹的垂直农场种植、储存、运输和供应生菜，最终在荷兰一家餐饮场所销售所产生的二氧化碳当量，与在穆尔西亚田地里收获的生菜所产生的二氧化碳当量相当。人们的第一反应可能是："这很合理，因为这样可以节省超过2000公里的卡车运输里程。"然而，实际情况并非如此简单。
运输里程
从西班牙到荷兰的运输里程仅占总碳足迹的一部分。多项研究表明，从种植到零售货架，运输环节的碳排放量不到总碳排放量的一半。假设一辆 15 吨冷藏卡车从穆尔西亚向阿姆斯特丹运输生菜，全程 2,100 公里，平均每百公里柴油消耗量为 40 升，且根据荷兰排放因子数据，每升燃料的二氧化碳当量排放因子为 3.47，则运输过程中每公斤生菜的二氧化碳当量排放量为 0.20 千克。目前，西班牙的卡车运输仍然依赖内燃机，但如果该行业的电气化进程推进，与运输相关的二氧化碳排放量可能会大幅下降。
一些研究估计，西班牙露天种植生菜每公斤产品的二氧化碳当量排放量约为 0.20-0.25 公斤。排放量来自肥料的生产和施用、植物保护产品和灌溉等。种植和运往荷兰的每公斤生菜共产生约 0.45 千克二氧化碳当量。Casey 等人（2022 年）列举了英国配送中心的排放量为 0.68 千克 CO₂-eq，换算成荷兰配送中心的排放量为 0.58 千克 CO₂-eq。在本研究中，这包括包装。
Casey 等人参考英国天然气发电、核能和可再生能源的电力结构，计算出使用电网电力在垂直农场种植的生菜的二氧化碳当量排放量高达 15 倍：每公斤生菜的二氧化碳当量排放量为 8.9 千克。该研究假设每公斤产品消耗 15 千瓦时电力用于照明、气候控制和灌溉，且种植地点位于消费点或附近，因此不涉及运输排放。
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穆尔西亚的冰山莴苣田间种植
全田栽培、温室或垂直农场
Blom 等人（2022 年）的一项研究也使用了类似的数据。该研究比较了生菜的室外栽培、温室土壤栽培、温室水培和垂直农场栽培，每种栽培都在荷兰境内进行，包括 "农场生命周期 "的上游和生命末期（如建造农业大棚、温室或垂直农场的材料和运输），以及 "作物生命周期 "的上游、核心、下游和生命末期：从农业投入到运输到最终目的地。包装不包括在内。
Blom 等人量化了生菜种植过程中的二氧化碳当量排放量，结果为每公斤生菜 0.36 千克二氧化碳当量，略高于西班牙种植的平均排放量 0.25 千克二氧化碳当量。整个种植过程，包括农场生命周期和荷兰境内的分销，排放量为 0.49 千克二氧化碳当量。全地栽温室种植的排放量为 1.21千克，水培温室种植为 1.45 千克，而垂直农业（假设每公斤产品消耗 15 千瓦时电力，并使用电网供电）的排放量为每公斤生菜 8.18 千克二氧化碳当量。
因此，两项研究的排放量级相似：无论种植地点是在荷兰还是西班牙，垂直农业的排放量都远高于露天种植的生菜。
电力消耗是主要挑战
在所有研究的种植方法中，大部分排放都来自种植过程中的农业投入和燃料或电力消耗。对于垂直农业而言，这意味着如果采用可再生能源进行照明和气候控制，则有巨大的改进潜力。Blom 等人评估了由太阳能电池板和地源热泵供电的垂直农业。在这种情况下，温室土壤种植每公斤生菜的二氧化碳当量排放量约为 0.60 公斤，水培温室种植约为 0.75 公斤，而垂直农业约为 2.40 公斤。这代表着一项重大改进。在这种情况下，温室种植的可持续性水平接近或达到从穆尔西亚进口生菜的水平，尽管垂直农业仍然落后。
Casey 等人也研究了风能作为垂直农业除太阳能之外的另一种能源。该研究报告称，当能源通过离网系统中由太阳能电池板充电的85千瓦时电池供应时，每公斤生菜的二氧化碳当量排放量为 1.33 公斤。尽管 Casey 等人和 Blom 等人报告的数据存在差异，但趋势很明显：能源是决定性因素。 Casey 等人报告称，当使用风能为电池充电时，每公斤生菜的二氧化碳当量排放量低至 0.56 公斤。
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这些排放量，如同采用可再生能源的温室种植所产生的排放量一样，与西班牙露天种植以及运往荷兰的排放量相当。此外，太阳能技术的快速发展，加上废弃材料的循环再利用，有望随着时间的推移进一步降低这些排放量，使其达到风力发电系统的水平。
日益清洁的能源结构
因此，多项研究表明，目前垂直农场种植的生菜比从西班牙进口的生菜碳足迹更大。然而，如果垂直农业系统利用合适的可再生能源，它们在温室气体排放方面将具有竞争力。此外，不仅出于对气候的担忧，也由于乌克兰和伊朗战争等地缘政治发展，欧洲各国的电力结构正在稳步向可再生能源占比更高的方向转变。在荷兰，天然气和煤炭在 2022 年（即上述研究提及的年份）仍占发电量的 60%，但根据中央统计局的数据，到 2024 年，这一比例已降至 48%，取而代之的是风能和太阳能。国家能源仪表盘指出，到 2030 年，70% 的电力应以可持续的方式生产。
能源来源并非唯一重要的因素。能源效率也至关重要：照明和气候控制系统的效率越高，单位面积作物产量越高，种植方式就越可持续。同时，能源效率也会因地域而异。在气候极端地区，垂直农场的能源消耗量将高于温带地区的同类设施。
其他优势
垂直农业在碳足迹方面还具有另一优势：减少食物浪费。在露天种植中，恶劣天气会损害作物。一颗最终被用作动物饲料的生菜的碳足迹仍然相当可观。由于垂直农场通常靠近消费者，因此对冷藏的需求也更少，生菜到货时更新鲜，保质期更长，从而减少了商店和家庭的浪费。这一点至关重要，因为每一颗被丢弃的生菜都意味着白白排放了温室气体。因此，一些研究采用实际消费的公斤数，而不是生产的公斤数作为计量单位。
此外，垂直农业还具有其他环境效益。它无需使用植物保护产品，从而减少了土壤、水和空气的化学污染。与传统的户外种植相比，垂直农业用水量也显著减少。Casey 等人估计，在穆尔西亚，垂直农业每公斤生菜的用水量为 1.6 升，而户外种植则为 58.2 升。
然而，还必须考虑水资源短缺的影响。水资源短缺的影响超越了简单的水量测量，它还考虑了消费地水资源的相对稀缺程度。当这一因素被纳入考量时，情况就变得更加复杂。Casey 等人研究计算得出，采用太阳能供电的垂直农业用水量为 111 立方米，采用风能供电的垂直农业用水量为18立方米，而西班牙的露天农业用水量为 13 立方米。由于大多数太阳能板产自中国，而中国往往位于水资源相对匮乏的地区，且生产过程中需要大量超纯水来清洗硅片，因此太阳能系统在该指标上的得分相对较低。该研究指出，用水量影响的计算尚不完全可靠，但总体趋势似乎很明确。
最后，垂直农业所需的土地面积远少于传统的露天种植。如果腾出的土地重新造林，则有助于碳固存，即森林吸收和储存大气中的二氧化碳，从而有助于缓解气候变化。然而，根据 Blom 等人（2022）的研究，这种影响相对有限：如果将之前用于种植生菜的土地改造成森林，每生产一公斤生菜仅能减少 0.09 公斤二氧化碳当量。
我们最后要指出，正如我们开头所说，垂直农业目前仅适用于叶菜类蔬菜、香草、微型蔬菜以及其他一些对生长空间要求不高的作物。另一个限制是盈利能力。目前只有生长迅速、市场价值高且每公斤产量所需能源相对较少的作物才适合这种生产方式。
