致力發展農業最佳化，犧牲品質只為了兩個終極目標！
作者：亞曼達．利特 Amanda Little
出版社：臉譜出版
出版時間：2021年7月6日
文／ 亞曼達．利特 Amanda Little
美國最大的一座垂直農場坐落在紐華克包鐵區（Ironbound）羅馬街二一二號。「農業的未來一片大好。」大島馬可告訴我，當時是三月某個晴朗的下午，他和哈伍德帶頭，我跟在後面走進一棟前身是鋼鐵廠的無窗建築物。曾經的鋼鐵廠房如今也顯得五光十色：自地板延伸至天花板的塔架矗立於幽深洞穴般的生長室中，整座塔架亮著紫紅色燈光。空間中瀰漫著植物的清新氣味，同時充斥著幫浦、噴霧器和風扇的聲響，看起來不像農場，反而更像亞馬遜的理貨包裝中心。
種在塔架內的葉菜幾乎無從窺見，每座塔架中都設置了層層疊疊共十二畦苗床，苗床深一英尺，每畦長達八十英尺。工作人員頭戴髮網，身穿像是有害物質防護衣的連身褲裝，在混凝土地板上悄無聲息來回穿梭，不時看一眼手中發亮的平板電腦和托盤。為了搆到位置較高的托盤，他們會搭乘活動吊車上下移動。
「自從人類發展農業以來，一直是讓植物去適應環境，而垂直農業則是讓環境去適應植物，」哈伍德說，「你可能覺得很不自然，但從植物的角度來看，一切都再自然不過—它們只會獲得它們需要的，而且恰好、不多不少是它們所需要的。」
大島馬可對於農場運作的描述，與霍爾赫．艾勞德或張同貴描述各自的事業時如出一轍，他們都認為自己是在發展具備生態意識的新科技，相信創新技術是永續理念的支持者而非競爭者。投入垂直農業的其他從業人士則形容室內農業為「後有機」（post-organic），也就是一種不使用殺蟲劑、所需用水和肥料比戶外農業所需的量減少許多的糧食生產方式，而且與自然環境完全隔絕，即使氣候劇烈變化也不影響作物。
氣耕農場公司所使用的照明技術，類似國際太空站上栽培植物所使用的系統，是以高功率LED燈來取代陽光，僅採用藍光和紅光光譜，因此燈光會呈現次水楊酸鉍腸胃藥（Pepto-Bismol）那種亮粉紅色。在托盤上方鋪著一條布，和哈伍德當初在喬安布品坊裡找到的很相似。植株的根部朝布料下方半空中伸出，宛如懸垂半空的羽毛狀冰柱，吸收瀰漫在托盤內富含養分的高壓霧滴。周遭的攝影機和感測器持續追蹤並監控植株的生長進程和需求，同時也蒐集、分析數千個在植株生長過程中提供照護指引的資料點，鉅細靡遺。
種植過程從自動播種機啟動開始。在影像軟體和演算法分析的引導下，一條機械手臂依據最佳生長分布方式在布片上撒下種子，而布片在每一輪生長採收之後可以回收，刮淨清洗後再次利用。種子發芽的速度飛快，所需時間還不到戶外田裡種子的一半。由於熱氣會往上升，種植不同蔬菜的托盤擺設於塔架的高度也不同，喜歡溫暖環境的萵苣在最高層，喜歡涼爽的菜類則放底層。
托盤裡成千上萬顆種苗沐浴在粉紅色生長燈燈光下，懶洋洋的好像躺在巨大的室內日曬機裡作日光浴。哈伍德告訴我LED燈的優點：它們不會散發輻射熱，可以設置在植株正上方；因此植株不需要將能量耗費在向上生長和長出莖梗，可以專心向外長葉子。相較於水耕法，氣耕法成本更高，技術更複雜，也更容易出差錯，但有一個很大的優勢：由於植株根部不是浸在水裡或埋在土裡，而是暴露在更大量的氧氣中，因此植株生長速度會更快。
氣耕農場公司為了進一步加快植株生長，會為植物額外提供行光合作用時要吸入的二氧化碳。在庫房裡流動的空氣經過過濾、換氣、加熱和冷卻。打入儲槽內的二氧化碳後，室內的二氧化碳濃度會達到百萬分之一千，是大氣中二氧化碳平均濃度的兩倍多。「這就是控制整座生長塔架的大腦，」大島馬可邊說邊打開一個金屬大箱，裡頭線路虯結，「我們在各處都裝了攝影機和感測器，有數萬個感測裝置隨時解讀數百萬個資料點。」資料點與植株生長過程和所有可能影響植株生長的變數有關，包括溫度、溼度、光照的光譜和強度、養分吸收程度，以及氧氣和二氧化碳濃度。
塔架的「大腦」是由人工智慧系統主導，類似艾勞德所用系統的「二軍」版本，系統中儲存了數千張植株正常狀態下在各個生長階段的圖像，攝影機會以這些圖像為標準，自動偵測葉片的顏色、形狀和質地是否出現異常。如果有一台攝影機偵測到異常生長情況，系統會經由手機應用程式向科學家發出警示，科學家就能從遠端解決問題，即依據偵測結果調整生長環境條件。「目標一直是提升一致性。」大島馬可說。作物資料全都儲存在雲端系統，而公司的營運、食品安全、財務、研發等各部門團隊則持續透過雲端系統進行資料採礦，以便「針對公司生意的所有層面累積相關知識，並充分掌控」。
環保人士保羅．霍肯贊同垂直農場的做法，但是認為這種農法仍不脫利基型應用的範疇：「生產城市在地糧食和垂直農業都非常有價值，但是後者既無助於減少溫室氣體排放，本身產量也不足以餵飽所有人。無論農場位在室內、戶外或垂直，機械化農業都有它的成本。在追求最高生產速度及最大生產力和一致性的同時，也失去了植物與所生長的地方，以及與身為生產者的人類之間的寶貴連結。」
受到高度人為控制的農業，表示其中的風險也高。由於植株根部沒有土壤或其他屏障保護，即使只是有少量的細菌、黴菌或其他汙染源出現在根部懸吊的空間中，植株都可能因此受傷。由於供應給植株的水分和養分的量剛好是維繫生存所需的量，系統一旦出錯，例如幫浦或灑水器或計時器故障，都會導致植株受害。萬一發生斷電，或托盤容器中的水霧停止供應，植株可能會在一小時內死亡。「氣耕作物就像活在泡泡裡的男孩，」麻省理工媒體實驗室（MITMedia Lab）開放農業計畫（Open Agriculture Initiative）主持人迦勒．哈伯（Caleb Harper）告訴我，「只要泡泡不破掉，男孩就能活得好好的。」
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氣耕農場公司設在羅馬街二一二號的農場開張一個月後，以亞特蘭大為根據地生產萵苣的PodPonics 公司宣告破產。當時全世界僅有極少幾家成氣候的垂直農業公司，PodPonics 正是其中一家，而公司在破產解散不久之前，曾接到克羅格超市的提議：如果能夠擴建農場提高產量，每年預計會下兩千五百萬美金的萵苣訂單。「簡直是美夢成真，當時我們蓄勢待發，那就是我們想要做到的，」前PodPonics 執行長麥特．里歐塔（Matt Liotta）在公司倒閉之後不久出席一場產業研討會時表示，「接著我們才意識到，如此一來必須投入多少資金，雇用多少人員—根本沒辦法依照他們的要求什麼都做到。」里歐塔在評論最後補充：「坦白說，這是一場製造業遊戲，不是藝術。如果想搞藝術，不如找一座花園。」
PodPonics 於二○一四年歇業，之後不久另一家規模較小但相當高調的水耕萵苣公司FarmedHere，關閉位在芝加哥九萬立方英尺的廠房，並宣布要在肯塔基州路易維爾另起爐灶，預計投入數百萬美金建置一座新農場。由於人力和電費成本高昂，垂直農場必須大幅提升產品銷量以免入不敷出，但快速擴廠的風險太高。大約同一時期，曾投資都市農業新創公司的金主，包括谷歌創投基金（Google Ventures）及日本的東芝和三菱集團，都以相關技術尚不成熟為由停止投資。「新生的產業都會碰到這種情況—最初創立的一百間公司裡，只有一間會生還。」哈伍德說。
然而，有愈來愈多玩家願意冒險賭一把。例如特斯拉創辦人伊隆．馬斯克（Elon Musk）的弟弟金柏．馬斯克（Kimball Musk），他在紐約的布魯克林創設「方根」（Square Roots）城市農業公司，種植方式是在貨櫃裡打造出一面面如豎起隔屏的苗床，再裝設懸垂如簾幕的LED燈提供光照。及至二○一八年，谷歌創投基金在退出垂直農業遊戲幾年後復出，主導一輪九千萬美金的融資計畫，投資另一家位在紐澤西州卡爾尼（Kearny）、實務運作大力仰賴資訊科技的氣耕萵苣公司「寶里農園」（Bowery Farming）。傑夫．貝佐斯和其他投資者挹注「豐盛」公司的兩億美金堪稱豪賭，是垂直農業領域有史以來最大一筆投資，但「豐盛」採用的是水耕系統，比氣耕法所需的用水更多，長期來看可能不利發展。
戴維．羅森伯格說氣耕農場公司已拒絕多件八位數投資提案，因為他相信公司成長應循序漸進。即使商品已經上市銷售三年，公司幾乎沒能轉虧為盈。「我們打的是持久戰—利潤會隨著公司規模逐漸成長。」羅森伯格告訴我。然而同時，世界上除了他們以外唯一的著名大規模氣耕農業場址，是美國太空總署（NASA）的「太空農業」實驗室。
無論是哪一家垂直農業公司，在財務經濟上面對的首要挑戰都是能源需求。哈伍德在康乃爾大學的老同事研究發現：「水耕法的萵苣產量是一般農法的十一倍，但是需要消耗的能源卻是八十二倍。」
哈伍德對於這樣的研究數據持相反意見，認為那並未將冷藏儲存、運輸配送和對抗病蟲害等成本納入考量。他補充說，隨著照明設備效率逐步提升，目前已經能有效降低氣耕法的成本。
氣耕農場公司設計了一套照明系統，大島馬可說：「絕不只是混合紅光和藍光那麼簡單，牽涉的層面要更精巧細微」，但他不願透露更多細節。他解釋說，未來必然能夠節省照明成本：僅僅在二○一二到二○一四年間，LED燈的效率就躍升了百分之五十，到二○二○年前，預期將會在成本降低的情況下再提升百分之五十的效率。氣耕農場公司也在進行實驗，測試在作物生長週期調整不同光照強度，只提供作物剛好需要的光照量。「那不只是開燈關燈而已；不同種類的蔬菜每天的光照需求都不同，從發芽到成熟有時候可能每小時都有所差異，還有不同蔬菜各自需要的黑暗無光照時間長度也不同，」大島馬可說，「利用感測器、攝影機和機器學習，我們就能更細膩地管控光照。」
當我追問不依靠陽光的農業的碳足跡議題時，羅森伯格回答氣耕農場公司在場址選擇上有所斟酌，例如設在紐約州水牛城的農場就位在可提供零碳能源的水力發電廠旁，位於紐澤西州紐華克的農場則是利用地熱和一座設在農場裡的燃氣渦輪機發電自用，他另外還在實驗將捕集的二氧化碳灌入生長箱，以加快作物生長速度。而隨著太陽能技術的效率逐漸提升，他也會考慮在農場裝設太陽能發電系統，「如此一來我們的作物即使不是直接曬太陽長大，也算是間接依賴陽光生長的。」
羅森伯格對於由城市農場取代傳統農地，而釋出的傳統農地可當成天然碳匯（carbonsink）的說法也極具說服力。「若比較每英畝的年產量，我們的農場是傳統農地的三百九十倍，」他分析道，「想想看如此一來可以釋出多少面積的農地，我們可以種樹造林，讓大地回復前農業時代的天然樣貌，恢復成能夠吸收二氧化碳的原始荒野。還有什麼能比這個對地球更有益處？」
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凡是需要大量陽光、大規模栽種且可長久儲存的糧食作物，諸如小麥、玉米和稻米，很可能永遠無法改以室內農業生產。只有葉菜類這種易腐敗不耐久放、富含養分且對氣候變化敏感的作物，才適合在嚴格管控的生長環境中栽種。相較於其他作物，葉菜類的生長速度快，很快就可以收成販售，而前期作業需要投入大筆資金的公司就能立即回收現金。採用哈伍德的氣耕系統，每年可以收成二十五到三十次。依據蔬菜種類不同，一顆種子從休眠成長到可以採收，只需要十二到十六天。若將同樣的作物種子種在戶外田地，約需要三十到四十五天才能達到同樣的成熟度，產量不及氣耕農場的四分之一。
栽種出來的葉菜基本上所有部分都能販售也是一項優勢，這就表示沒有任何能量是耗費在作物其他無法利用的部位。「光照要錢，所以比方說只用LED光源去種一棵酪梨樹，會有樹幹、樹皮、樹枝、樹葉和果實這麼多部分，但卻只有果實能夠賣錢，這樣就不划算了。」哈伍德說。
萵苣也是室內農業很好的作物選項之一，因為在戶外種植萵苣有太多問題需要克服。舊金山以南的薩利納斯谷綿延九十英里，氣候涼爽乾燥，全美超過三分之二的葉菜皆產於此區。剩下三分之一的葉菜則大多來自亞利桑納州的尤馬，這裡的菜農於冬季種植萵苣。「這種菜容易腐壞，必須小心呵護，配送至全國各地的運輸費用非常高昂，產品卻在運送過程中持續貶值，」大島馬可說，「我們套利的機會就在這裡—提供品質更好、更新鮮的產品，捨棄長供應鏈，省去低溫運送的成本。」
一位受訪的產業分析師形容葉菜是「農產品中的瓶裝水」，因為生產葉菜需要耗費大量的能源、水和勞力，但產品卻因為受損腐壞而有很大部分必須拋棄，與生產成本完全不成比例。
種植一顆蘿蔓萵苣需要三．五加侖的水—這個數字的意義非比尋常，尤其是在缺水情況日漸嚴重的地區。萵苣也因為曾引發疾病而惡名昭彰。過去十年來，包括有機農業龍頭鄉土農場在內的數家販售袋裝菠菜的業者，都曾售出遭到來自牛糞肥的大腸桿菌汙染的產品，造成五人死亡，數百人染病。二○一八年，全美十五州共有五十二人因為吃了有大腸桿菌汙染的蘿蔓萵苣而染病。
唯一能確保萬無一失的方法是使用化學洗潔劑，或者在室內種植葉菜。「只要看看萵苣有多少缺點：細菌汙染、容易受氣候變化影響、養分流失，還有造成資源浪費，就會知道栽種萵苣這個領域需要改變，」大島馬可說，「我們具備科技上的優勢。」我在羅馬街二一二號看到他們採收的蘿蔓萵苣幼株，長得如此結實富有光澤，作物那些層層褶皺，宛如一顆顆發著青綠光芒的小型大腦。我原本預期從來沒有曬過太陽或接觸過土壤的萵苣，會軟趴趴的且吃起來淡而無味（水耕萵苣多半如此），但是氣耕萵苣的葉片質地竟然相當硬挺，味道也清新爽口。
早在創業初期，哈伍德就假定室內氣耕系統最大的優勢會是水分利用效率高，作物採收量可能很大，以及能夠就近供應當地市場。「但我們發現氣耕法更有價值之處在於我們蒐集到的大量數據，藉此就能了解植物生長行為，以及蓬勃生長所需要的確切資源為何。」氣耕農場公司借助這方面的知識，得以巧妙瞞騙一些生長條件特殊的植物。
「風土」（terroir）是侍酒師常用的法文詞語，指的是產生一支特定產地年分之葡萄酒的特殊環境和氣候條件，從溼度高低、溫度逆境、熱逆境、空氣品質、氧氣濃度到土壤品質，甚至葡萄園灌溉用水所含的礦物質組成等要素都含括在內。若以法國的波爾多（Bordeaux）為例，可說是影響作物表現型（phenotype）如顏色、風味、酸度、質地、氣味種種特徵的波爾多所有環境因素的總合。但風土一詞不只適用於葡萄酒；目前也已有許多不同作物的風土研究，研究對象包括咖啡、煙草、巧克力、辣椒、啤酒花、龍舌蘭、番茄和大麻等風味繁複、予人感官衝擊的高經濟價值作物。而氣耕農場希望透過建立數位化管理的沙拉用葉菜生長環境，調控出某種能夠影響萵苣風味和質地的「數位風土」。
保羅．霍肯對此持保留態度。他認為就算是最理想的情況，人類也不太可能完全理解風土。「別忘了，全世紀最複雜的生態系統莫過於一立方英寸的土壤。微生物群落彼此之間的互動、土壤與植物根部之間的互動、植物與氣候和土地的地質史之間的互動—正是這些互動營造出驚人的奇妙風味，為食物賦予靈魂，這樣的互動絕非演算法所能破解，更超乎我們可理解的範疇。」
哈伍德持相反意見，他認為對於哪些因素會影響植物的風味，他的團隊能夠理解的已經愈加深厚廣博。「我們能夠將很特定的變因獨立出來。比方說，藉由在生長階段中的某個時候，降低溼度或提高溫度，而其他條件維持不變，我們就可以影響某種特徵。」可以影響的特徵可能是萵苣葉片的顏色，或草莓甜度，或番茄的茄紅素含量。假以時日，研究團隊將累積出與所探究的植物特定特徵有關的大量數據，也就能更有效地予以掌控調整。
大島馬可認為氣耕農場公司的未來，是專注發掘作物具有附加價值的特質。「舉例來說，我們可以和特定的主廚合作，專門為主廚生產特別食材，像是比較辛辣，或顏色偏紅，或葉緣鋸齒更多，或口味更甜的萵苣。」在這個未來場景中，調整作物的特徵可能就像用Instagram濾鏡修圖一樣簡單—不過目前仍在初期研發階段。「我們才剛剛開始探索，」他說，「但是隨著逐漸建立有規模的資料庫，沒錯，我們的調控可以到那麼細緻的程度，細緻到可以調整作物吸收的多量養分（macronutrient）和微量養分（micronutrient）多寡，因為我們能在作物根部吸收養分的過程中即時監控吸收速率，在田間幾乎沒辦法做到這麼精細的調控。」
氣耕農場公司正在研發可用來栽種莓果、番茄、葡萄、黃瓜、甜菜和根莖類蔬菜等多種高經濟價值作物的機器設備，有些作物是預計會像萵苣那樣栽種後供零售，有些作物則是栽種後可提供副產品。在羅馬街二一二號場址附近的研發農場，氣耕農場公司團隊與跨國食品企業合作，以植物為對象進行研究，主題包括如何讓植物像有機小型機器一般運作，生成製造加工食品用的天然風味劑、色素和可額外添加的營養素。
這種控制特定條件的作物生長實驗，在食品產業仍屬相當新穎，但在化妝品和製藥產業並非新鮮事，而麻省理工學院的哈伯認為，將具有電腦輔助的精準農耕技術應用於生產特殊食品頗具潛力。他在媒體實驗室研發的「個人食物電腦」（personal food computer）基本上是可在個人家中運作的小型室內生長箱，可連接到資料庫取得所謂的「氣候食譜」（climaterecipe），再據以生產特定蔬果或植物萃取物。
無論是桃福餐飲使用的羅勒，南義富含茄紅素的番茄，或是墨西哥的聖納羅辣椒，哈伯說：「我們需要一個『開放表型體資料庫』（openphenomelibrary），讓所有人無論身在何處，都能利用『氣候食譜』栽種出他們需要的任何植物。」「難處在於目前沒有任何環境控制農業（controlled environemnt farming）適用的基準程式語言，沒有農業用的Linux 作業系統。我們要如何創造一種通用語法，讓世界各地的生產者得以分享生長條件相關資料？那將是糧食網際網路的基礎。」
哈伯說我們從來不曾這麼做過，原因是美國農民一直以來幾乎完全以產量為優先考量。「我們花了很長的時間將農業最佳化，犧牲品質只為了兩個目標：更便宜的糧食、更多更便宜的糧食。我不是在批評前人的努力，我認為綠色革命非常偉大，養活了無數人口。但是現在我們可以做得更多，也能做得更好。」
原文網址：https://udn.com/news/story/12674/5737340
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