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。
这个方法的基本点是人为增加种植面积；太阳能是不会因为你多盖了几层楼就多照几遍的，所以需要提供光合作用所需要的能量。就是说在用能量换粮食。
土地紧缺，人口压力进一步增加，用能量换粮食是早晚的事情，至于是几十年还是几百年，那就不好说了。
远期看，合成粮食大约也是可能的。天然的光合作用的能量利用率太低了，要找其他方法。
不过真到了那个时候，穷人可怎么活呢？
，可灌溉土地面积仍然很大，单产也很低，如果都达到中国的水平，全球粮食总产再翻一倍都没有问题。从中国来说，近的老挝缅甸的大片未开发水田，远的俄罗斯和中亚土地，更远的非洲大量土地，有了水利设施和农业技术指导及化肥良种，前途大大的有，呵呵。这也是和谐发展的大步骤啊
有了水，不可耕的地方就能变成可耕。
非洲的主要问题是缺水。等不打仗了，会好一些。
（凭印象）
第一级文明是能够充分利用一个行星的能源。如地球
第二级文明是能够充分利用所属恒星星系的能源。如太阳系
第三级文明是能够充分利用整个星系的能源。如银河系
不过在走得那么远以前，看来一定的生育控制、新能源、新节能技术、新农业技术、简约生活方式，还是需要的。楼主转的提案，在能源本身就是个问题的时候，短期内可行性差。
高层建筑可以复用上层植物浪费的阳光。
另外新能源的潜力很大。
文章说的是解决中国的问题并且考虑粮食问题必须自给。不然直接国际市场购买就行了。
当然有一天中国军事力量强到能够完全确保海外利益，把大洋变成内湖，想推翻谁就推翻谁，国际解决粮食问题还是可以考虑的。
这个做法提高的太阳能利用率很有限的。两三层大约可以，但是实际上你很难保证下层植物不在上层的阴影中。整体提高倍数非常有限。
文字里面提到5英亩的实际占地提供2400英亩的产量，增加120倍；而目前光合作用的实际太阳能利用率大约在1-2%。达到这个效率是需要大规模补充能量的。比如文字里面提到的人工光照。
控制环境也是非常耗能的，特别是文字里面提到的在不适合的地区进行种植。温度湿度保持，二氧化碳含量控制，水的循环利用，通风等等，都需要能量。即使使用新能源，也是能量。
这个思路没问题，估计早晚会有这么一天，不过不是目前的短期方向。
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就是太乱了。
那个军阀头子不就是国防大学的学生么？将来同学老师学长学弟的一大堆老朋友上门支援啊打秋风啊什么估计是免不了的。