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为解决干旱地区传统农业受环境制约的问题，研究人员开展受控环境农业（CEA）中集中式温室与分散式垂直农场的经济对比研究。以卡塔尔为例，分析资本、运营及运输成本，发现温室生产番茄平准化成本（$3.19/kg）低于垂直农场（$3.77/kg），为干旱区农业选择提供依据。
在干旱地区，农业发展长期受低降水、高温和土壤贫瘠等环境因素制约，传统耕作方式面临水资源浪费严重、产量不稳定等挑战。如何在资源有限的条件下实现可持续农业生产，成为全球关注的焦点。受控环境农业（Controlled Environment Agriculture, CEA）作为一种通过调控温度、光照、湿度等条件的新型农业模式，被视为解决干旱区农业困境的重要途径。然而，不同 CEA 系统的经济可行性和环境适应性尚不明确，尤其是集中式温室与分散式垂直农场在特定区域的成本效益差异亟待研究。
为填补这一研究空白，国外研究人员针对卡塔尔这一典型干旱国家展开研究，旨在比较集中式温室与分散式垂直农场生产番茄的经济表现，为干旱地区农业模式选择提供科学依据。该项研究成果发表在《Cleaner and Circular Bioeconomy》。
研究人员采用动态分析模型和车辆路径问题（VRP）优化方法，对两种系统的能源、水和 CO?利用效率进行量化，并结合资本成本、运营成本（含 CO?、电力、水等费用）及运输成本进行综合经济评估。通过构建能量平衡模型、产量模型和成本分析模型，对比不同系统在卡塔尔气候条件下的表现。
3.1 温室成本分析
- 运输成本：通过 Google OR-Tools 优化配送路线，两辆卡车完成每日 37 吨番茄配送，总行驶 217.17 公里，运输成本仅 $0.13 / 吨，显示集中式配送的高效性。
- 生产成本：温室平准化成本为 $3.19/kg，主要成本来自 CO? enrichment（占运营成本 24.73%）和电力，因卡塔尔夏季高温需高强度冷却，玻璃覆盖材料加剧热负荷。
3.2 垂直农场成本分析
- 平准化成本为 $3.77/kg，资本成本比温室高 68.33%，主要源于结构和冷却系统投入。
- 运营成本中电力占比最大（较 CO?成本高 64.86%），因需维持 16 小时人工光照和精密温控，但闭环系统使水消耗降低 80% 以上。
3.3 CO?成本影响
CO?价格波动对两者成本影响显著。温室 CO?成本占比高，价格从$6/kg降至$2/kg 时，温室成本降 25.39%，垂直农场降 8.22%，反映 CO?供应策略的重要性。
3.4 参数敏感性分析
- 电力与水价：垂直农场对电价更敏感，电价升至 $0.044/kWh 时，其成本增 12.20%；水价波动对两者影响较小（<3%）。
- 温度与 CO?浓度：最优温度（日 24°C / 夜 18°C）下成本最低，CO?浓度提升至 1050 ppm 时，两者产量提升显著，成本分别降 37.6% 和 38.5%。
3.5 与现有研究对比
研究发现与其他地区一致：垂直农场能耗高但水效率优，资本投入大。本研究首次结合干旱区运输成本，补充了极端气候下的 CEA 经济数据。
结论与讨论：在卡塔尔当前条件下，集中式温室因充分利用阳光和紧凑地理优势，经济上更具竞争力（$3.19/kg vs $3.77/kg）。然而，垂直农场在水资源节约（80-90% 节水）和城市整合方面优势显著，若未来可再生能源普及（如太阳能降低电力成本）或 CO?回收技术成熟，其环境与经济潜力将进一步释放。研究强调，干旱地区农业模式选择需综合资源禀赋、技术发展和政策导向，CEA 系统的优化应聚焦节能技术（如 LED 照明改进）和循环经济（如工业 CO?捕获利用），以实现可持续食品生产。该研究为全球干旱区农业转型提供了量化分析框架，助力平衡粮食安全与生态保护的双重目标。
