主题：亩产万斤，中国问题的解决办法(更新，对网友问题的答复） -- songcla

更新在文末。

不好意思当一回标题党。

最近看到中国私人汽车销量世界第一的消息，并且很多网友都由此担心可持续发展的问题，因为如果中国人均汽车保有量达到中等发达国家的水平，私家汽车总量就至少为五亿辆，那将消耗巨大的土地和能源。新能源是有可能解决能源和污染问题的，但是土地却是不可能增加的（梦想开疆拓土的网友不要砸我）。事实上中国很多其它问题也都是土地资源不足导致的，例如房价。但是人的本性总是难以满足的，人人住别墅开私家车是工业化后民族的必然想法，这里的问题是，科技是否有解决中国可用土地资源稀缺的办法。

答案是有的。关键在于高效的利用土地。工业，第三产业利用土地的效率远远高于农业，所以城市人口密度承载能力远高于农村。设想今日绝大部分农业用地成为城郊和城镇，毫不夸张的说满足一定意义上的“浪费”的生活模式是绰绰有余的。而种植单一作物的土地改成半森林城郊地带对自然环境，减少水土流失等等也是大有裨益。

但是中国作为一个大国决不能在粮食上依靠进口，长远的解决办法可能是彻底改变人类几千年来的农业生产模式。

农业生产的本质是植物利用太阳能固定空气中的碳，生成含有化学能量的碳氢化合物。植物的效率不高，所以必须用大量的土地以获得足够的产量。提高单产的一个办法是改进植物的效率，所以袁隆平的工作对世界人民是一个伟大的贡献。但是亩产万斤似乎仍然遥远。

最近一期的科技美国人提出了另外一个思路，就是高层农业。

http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=the-rise-of-vertical-farms

文中的几个要点如下

传统农业污染环境，浪费水资源，土地资源。

玻璃高层建筑中的农业处于可控状态下，可以人为的循环水，大大减少农药排放，可以提高二氧化碳浓度和温度以增加产量。密集而电气化的生产减少化石燃料的需求。（例如不用每年耕地）

一个街区的三十层玻璃农场生产的食物等同于两千四百英亩土地

现有技术已经比较完善。

农业工厂对自然环境的要求低。由于可以人为控制温度湿度，盐碱地，荒漠，寒带都可以利用。

从实践来说，人类在室内种植作物已经有一定经验，例如蔬菜大棚。

农业工厂可以设置在城市周边，就进运输，减少能量消耗。作物生长不受季节限制。自然灾害例如干旱和洪水不在导致减产。

可控环境下可能完全免除农药的使用。例如只要有一代经过仔细处理，封闭环境下的生产就不在需要新的处理。

文中作者做了简单的计算，一个占地五英亩三十层高的农场等价于两千四百英亩的土地（每层标准楼高有四个亚层）加上寒带地区也可以一年种四季，以及可以人工光照等等优势，单产可以提高一千多倍。真正的亩产万斤！

荒漠中的农场，令人印象深刻。

农场基本构造的设想。

非常感谢大家的探讨。总的看来主要有两点争论

第一，农业工厂周围不能建其它高大建筑。

其实这正是设想的目的，即将大部分农业用地转换成城郊：例如别墅式住宅，公园和公路等等用途的土地，而不是提高总的城市极限。森林，道路，私人别墅等等建筑通常高度都在两层下即可以设想，占地五英亩的农业工厂解放周围两千四百英亩的土地，这些土地可以发展成别墅区，公路，公园等等。原来的农村发展成一群各相距几十英里的农业工厂和郊区化的城市。这样这片土地人口承载能力虽然小于大城市，但是会大大高于原来的农村，而且生活水平可以达到发达国家的水平。事实上西方所谓的郊区化都是非高层建筑。

第二，由于农业工厂需要补充光照，实质上成为能源换土地。（这个科技美国人那篇文章的作者在原文中也有提到，但并未提出解决方法）

这是一个比较严肃的质疑。但是高层建筑的采光面积也是随建筑高度线性增长的。首先考虑直射阳光，当太阳倾角低于层与层之间的限制时是直射的，所以每层大部分区域早晚各能被直射一段时间，而中国处于北半球，大部分疆域即使正午太阳光角度也不会垂直地面。由此可见这项技术对于高纬度地区的国家更加有利。另外，整个大气层对阳光有强烈的漫反射作用，所以白天天空才是明亮的，在非直射区域的光强是不低的。一个例子就是白天北半球朝北的采光良好的室内即使没有被直射也是完全不用人工照明的，而室内人工养殖的植物也并不一定需要让阳光直射。所以通过适当培养较弱光照下生长的作物（既提高植物的光合作用效率），是可能不需要消费额外能源的。