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本文聚焦都市农业（UA），探讨其在解决城市粮食安全、提升韧性和促进可持续发展方面的作用。分析了 UA 的现状、类型，阐述其经济、社会和环境效益，也讨论面临的挑战与机遇，为推动城市可持续发展提供参考。
1. 引言
20 世纪 60 年代绿色革命的成果与局限，促使人们加大对新农业创新的投入与合作，如绿色革命、双绿色革命、常青革命等。都市农业（UA），涵盖城市及周边农业，利用集约生产和城市废弃物可持续地生产粮食，成为应对粮食安全挑战的解决方案。
随着城市人口预计到 2030 年将占全球人口的三分之二，传统农业系统面临巨大压力。UA 借助城市可用空间，如屋顶、空地和垂直结构进行粮食生产，减少对长供应链的依赖，促进环境可持续性。其创新融合了技术、建筑和农业实践，特别是垂直农业等先进技术，不仅提高粮食产量，还改善城市景观美学，增强社区福祉，助力应对食品沙漠问题，对实现多个可持续发展目标（SDGs）有重要意义。
本文通过检索多个学术搜索引擎，筛选出 2000 - 2025 年发表的相关文献进行综述，旨在探讨 UA 作为构建城市韧性和确保可持续粮食安全战略途径的机遇与挑战。
2. 都市农业的现状
UA 利用城市未利用空间种植作物和养殖牲畜，为城市提供可持续食物来源，增强社区凝聚力，提升城市应对气候变化的韧性。在极端天气时，能保障当地食物供应，减少对外部供应链的依赖。其形式多样，包括养鱼、养蜂、堆肥、有机农业等，有助于加强粮食安全和促进食物主权。
COVID-19 疫情凸显了 UA 在应对粮食供应链中断方面的潜力，但它也面临着城市土地有限、初始设置成本高等挑战。不过，政府、非政府组织（NGOs）和科技公司的合作正在推动创新解决方案的产生，如提供激励补贴、开发低成本高效的农业系统。高科技城市农场，如采用水培、气培、气雾培和垂直农场技术，使 UA 在有限空间和资源条件下实现可持续粮食生产。
2.1 垂直农业
垂直农业是 UA 中的前沿技术，在受控室内环境中进行作物生产。其技术进步，如 LED 照明、自动化气候控制和精准营养系统，提高了作物产量和运营效率。垂直农场可建在多种地方，包括地下，能确保全年供应新鲜本地食物，减少食物运输距离，降低环境影响。
垂直农业技术为未来农业发展提供了可持续解决方案，相比传统水平农业，具有节水、减少土地扩张对自然生态系统破坏等环境优势，还能促进经济可持续性，通过多元化收入来源减少对外部收入的依赖。此外，预防性害虫管理更具成本效益。
2.1.1 垂直农业技术
垂直农业通过垂直堆叠种植作物，实现全年无依赖天气的食物生产，减少对传统农业化学品的需求。在城市室内气候控制的高层建筑中，垂直农业旨在提高生产力和减少环境影响。它整合可再生能源、技术进步和作物多样化潜力，有望成为可持续高效的食物生产方式，还能减少作物运输和储存损失，提供就业机会。
垂直农业由物理布局、照明、生长介质和可持续性特征四个关键部分组成。近年来，无土栽培系统不断升级，如超声雾化系统在气培设置中对营养液流的控制更精确，雾培（“Aeroponic 2.0”）作为更节能的种植方法逐渐兴起。在垂直农业中，作物主要由人工光源（如 LED）照明，城市官员和社会组织也制定了相关政策来规范和支持 UA。
2.1.2 精准化与自动化的都市农业
机器人、纳米技术、合成蛋白、细胞农业、基因编辑技术、人工智能、区块链和机器学习等农业技术，对未来农业和食品系统具有变革潜力。遥感数据和地理信息系统（GIS）的发展，为分析城市景观动态、优化农田测绘和资源管理提供了支持。
垂直农业借助基于传感器的实时监测、大数据和物联网（IoT）技术，实现对生长环境的精准控制，优化作物生产。多项研究调查了 UA 中的创新技术，探讨其应用、益处和局限，为推动城市农业发展提供了参考。
2.1.3 垂直农业的类型
- 水培：水培是在无土或惰性介质中，用富含营养的溶液种植植物的垂直农业方式。它能加速植物生长，降低土传疾病风险，相比传统农业节水 60 - 70%，土地利用效率高，产量显著增加。但水培可能消耗更多电力，不过随着技术发展，能源利用效率正在提高。
- 气培：气培垂直种植技术无需土壤，通过向植物根部喷洒雾状营养液提供养分，比传统农业节水 95%，比水培还节水。但气培初始成本高，需要持续观察，对设备压力要求高，液滴大小对植物生长至关重要。
- 鱼菜共生：鱼菜共生是在水生环境中同时种植植物和养殖鱼类的方法，与水培技术相似。其优势在于作物和鱼类养殖的整合，实现营养物质在两个系统间的交换，水的利用效率高，能提高粮食安全和主权，促进作物快速生长，减少生长面积和维护需求，能源需求取决于系统配置。
- Digeponics：Digeponics 系统用厌氧消化器替代水产养殖，微生物分解有机物质产生沼液和沼气，沼液可作为生物肥料。相关项目展示了该系统将食物垃圾转化为沼气和肥料的过程，目前适用于城市环境的小型沼气消化器正在开发中。
- 天空农场：随着城市化发展，天空农场通过水培方法在摩天大楼中实现大规模粮食生产。一些城市的天空农场取得了显著成果，如新加坡的 Sky Greens 农场，产量高、资源利用少、气候适应性强，还能改善生活质量，减少碳排放和空气污染。
- 绿色屋顶：绿色屋顶是在屋顶进行植被种植，根据种植强度可分为屋顶园艺、屋顶农业和屋顶耕作。屋顶耕作是最集约化的形式，利用先进技术提高产量，促进城市生物多样性和社区绿色空间发展。绿色屋顶在全球得到广泛认可，具有多种环境效益，如雨水管理、缓解城市热岛效应、改善空气质量等，还能为城市提供一定比例的蔬菜需求。
2.2 可食用景观 / 园艺
可食用景观利用水果、蔬菜、草药和花卉实现多种功能，如食物生产、美学装饰等，是传统景观的替代方式。城市绿色区域，如城市菜园和树篱，具有生态、社会、生理和心理等多方面的优势，但建设和维护需要大量基础设施投资，可能引发资源分配的争议。家庭园艺能为人们提供户外活动机会，带来健康和心理益处，但也存在一些风险，如可能导致肌肉骨骼损伤、受到农药污染等。
3. 都市农业的不同贡献
UA 在全球范围内历史悠久，对解决粮食不安全和促进可持续发展具有重要意义。面对全球饥饿问题，预计到 2024 年约 7.35 亿人面临饥饿，若趋势持续，未来三十年这一数字可能增加 20%，因此发展 UA 至关重要。通过加强培训教育、完善政策框架、建立健康安全协议、促进社区参与、鼓励研究创新和推动与当地食品系统融合等措施，可提升 UA 的有效性和可持续性。
3.1 经济视角
UA 的经济影响可从家庭、城市和宏观经济三个层面评估。在家庭层面，能保障粮食安全、降低生活成本和增加补充收入；在城市层面，可促进当地经济发展、创造就业机会和提高城市韧性；在宏观经济层面，有助于推动经济增长、促进可持续性和实现食物主权。不同类型的 UA 经济可行性存在差异，如垂直农业在降低成本、提高产量方面具有优势，能促进当地经济发展。
3.2 社会与福祉视角
垂直农业融入城市环境，不仅能增加美学元素，还对人们的身心健康有益，提供职业和教育机会。UA 还能促进社区交流、增强邻里信任、助力融合和营造社区氛围，如伦敦的 “Skip Garden” 项目，让学生与员工互动，提升了参与者的技能和环保意识。从社会角度看，UA 为居民提供新鲜农产品，加强粮食安全，创造绿色空间，促进社会互动；从环境角度看，有助于生物多样性保护、减少食物运输里程和缓解城市热岛效应；从经济角度看，提供就业机会，支持当地经济发展。
3.3 环境视角
垂直农业，尤其是建筑墙体上的垂直种植，能改善城市环境。它可减少红外线排放、净化空气、降低温度、增强隔音效果。绿色屋顶能有效去除空气污染物，堆肥能节省成本、改善土壤养分和结构。虽然垂直农业依赖人工能源，但因其生产和运输过程产生的有害排放少，作物对化学农药需求低，仍被视为可持续的农业方式。垂直农业在城市中的应用，有助于改善城市气候、减少热岛效应、保护作物免受环境灾害，促进可持续发展。
4. 都市农业与城市环境可持续性
4.1 可持续发展
UA 融入城市的社会、经济和环境系统，对可持续发展有重要贡献。它能带来多种社会经济效益，如环境教育、利用闲置土地、促进小微企业发展、减少贫困、改善社区健康等，还能作为城市绿化和绿色基础设施的一部分，维护绿色走廊和开放空间。UA 与多个可持续发展目标相关，如减少贫困、保障粮食安全、促进健康、推动教育、支持经济增长、建设可持续城市和应对气候变化等。
4.2 排放管理
城市空气质量差，存在大量温室气体。UA 对管理城市排放有积极作用，如城市树木虽能吸收部分空气污染，但在人口密集区种植大量树木可行性低。绿色屋顶可显著减少空气污染物，但在全球南方城市，由于资金限制，推广屋顶园艺面临挑战。因此，这些地区应在土地利用规划中积极纳入 UA，而非仅依赖屋顶园艺。
4.3 水资源管理
全球水资源紧张，预计到 2050 年，超 40% 的全球人口将生活在缺水地区，灌溉农业用水量大，城市灌溉农业可能加剧水资源压力。UA 可通过采用滴灌、雨水收集、生物滞留池和废水再利用等技术，减少对淡水资源的影响。一些城市的实践，如印度艾哈迈达巴德的滴灌应用和肯尼亚内罗毕的雨水收集项目，证明了这些技术在节水和提高作物产量方面的有效性。
4.4 废物管理
UA 可有效利用城市有机废物，如德国鼓励用固体废物作堆肥用于作物种植，纽约市、巴西戈韦纳多瓦尔达里斯市和南非开普敦等城市都有相关举措，将有机废物转化为堆肥用于农业，改善环境卫生，促进城市作物种植，还能处理部分废水。但在发展中国家，由于污染水平高，城市农场处理废水的能力有限。
5. 都市农业促进城市韧性与粮食安全
5.1 粮食安全
随着城市化加速，预计到 2050 年全球约 67.2% 的人口将居住在城市，粮食需求需增加 70%。城市智能垂直农业是满足这一需求的可行方案，通过创造适宜作物生长的环境，提高城市粮食安全，促进可持续城市生活。
5.2 都市农业保障粮食安全
食物系统规划历史悠久，当代问题使这一规划重新受到关注。粮食安全在发达国家也面临挑战，如存在 “食品沙漠” 地区。城市农业通过采用先进技术，增加当地粮食产量，促进家庭和社会受益。研究表明，城市农业能提高粮食安全性，增强城市应对粮食供应中断的韧性。不同城市的实践显示，UA 能满足部分城市的粮食需求，但也面临空间有限、土地成本高、土壤污染、气候影响和监管障碍等问题。
5.3 都市农业与食品沙漠
食品沙漠地区居民获取健康实惠食物困难，易引发多种健康问题。美国部分地区，如密西西比州、纽约市和新墨西哥州农村等地，存在严重的食品沙漠问题。UA 在解决食品沙漠问题上发挥关键作用，通过多种形式，如城市 / 周边农场、社区花园等，增加新鲜农产品供应，降低运输成本，还能提供多种生态系统服务。
6. 机遇与挑战
垂直农业相比传统农业具有诸多优势，如提高作物产量和盈利能力、减少土传疾病、全年生产新鲜农产品、提高资源利用效率等，有助于缓解水资源短缺和减少对土地和水资源的不合理需求。但垂直农业也面临挑战，包括高初始基础设施成本、能源消耗大、适宜种植的作物种类有限等。为应对这些挑战，需要提高作物产量和质量，采用节能技术，利用可再生能源，开发适合垂直种植的作物品种。
推动 UA 发展，需要加强政策支持，提供土地、资金和技术援助，鼓励社区参与，推广可持续农业实践，探索创新经济模式，加强与学校等机构的合作，以构建更具韧性和包容性的 UA 发展格局。
7. 结论
城市的地形、气候、土地商业化、城市化程度和资源稀缺等因素影响着农业发展类型。不同城市应根据自身特点选择合适的农业模式，如在土地稀缺城市发展 UA，在干旱地区推广节水技术。UA 对可持续城市发展意义重大，需要综合考虑技术、经济和环境等多方面因素，加强研究，优化生产效率，降低系统成本，以实现其在城市中的可持续发展。
