【规划师论坛】农业生产视角下的未来城市空间演变新模式
摘要
作者中国城市和小城镇改革发展中心智慧城市和大数据所所长姜鹏，中国城市和小城镇改革发展中心注册城乡规划师曹琳在《规划师》2020年第21期撰文，对于未来城市的研究，不能只有技术视角，而应更多聚焦城市的可持续发展和人的全面发展，关注如何稳健应对各种风险、基本消除饥饿和贫困。作为构建人类命运共同体的重要基础，粮食生产并非乡村的专属义务，城乡关系急需重新审视，党的十九届四中全会强调“城乡融合发展”有着深刻寓意。一直以来，国内外的城市规划很少关注农业议题，农业与城市的关系处于“浅表”状态，学界对未来科技影响下新的农业生产及城市空间形态相关研究甚少。为此，文章系统梳理了未来城市与农业融合发展的现实意义和研究进展，研究了信息科技影响下的农业生产趋势，初步提出农业生产视角下的未来城市形态，并探讨了未来城市涉农产业的组织形式，以及未来城市与农业融合的管理模式，希望对未来城市研究和国土空间规划编制有所启迪。
[关键词]未来城市；可持续发展；人的全面发展；粮食安全；现代农业；空间规划
[文章编号]1006-0022(2020)21-0020-07
[中图分类号]TU981
[文献标识码]A
[引文格式]姜鹏，曹琳．农业生产视角下的未来城市空间演变新模式[J]．规划师，2020(21)：20-26．
谈及未来城市，人们往往更会聚焦基于智慧城市发展演变的智能城市图景。技术变革是推动经济社会发展的重要力量，数字化新技术的渗透比预想的更加迅速，已然引发社会结构、聚居形式、生产方式和文化生态的深刻变革，推动人类社会步入全新时代。然而，技术并非万能的，最终的未来取决于人们的选择。当今世界面临百年未有之大变局，传统城市生活方式正在“塌陷”，各种错综复杂的经济、社会和生态问题无时不在挑战现有的发展模式与规划理念，如何充分认识与沉着应对，更好实现城市的可持续发展和人的全面发展？
长期实践证明，对自然的控制并未真正推动人的自我实现，而技术利用也常引发生存危机，如新型冠状病毒肺炎疫情的全球化扩散。学界对技术的反思由来已久，如法兰克福学派的工具理性批判，致力于寻求一种新的文明模式。其新一代直系弟子安德鲁·芬伯格进一步乐观地提出技术可选择性理论，倡导通过技术来创造世界，强调技术应用不应单纯指向效率和控制，而应更多指向社会、自然和人文向度。技术利用的关键在于使用者的理性与能力，基于人与人之间社会互动的创新循环才能支撑城市超线性增长；缺乏持久不断的社会创新，城市增长也会停滞。
也许有人会说，疫情是难以预测的黑天鹅事件，那么不妨一起谈谈长期存在的大概率问题—粮食生产与人类生存。2015年9月，联合国正式通过2030可持续发展目标(SDGs)，致力于实现没有饥饿和贫困的公平世界。然而，近几年来的世界饥饿状况正出现恶化，2018年全球的饥饿人口达到8.216亿。全球只有33个国家实现了粮食自给，疫情进一步印证了粮食安全的重要性，大规模突发性事件可能间接引发食物获取问题，即便粮食资源丰富的国家，农业产业链也面临断裂危机。除了突发事件和战争冲突，气候变化也在诱发更为严重的粮食危机；粮食浪费也被归结为加剧温室效应和导致8亿多人挨饿的原因之一。习近平总书记日前更是作出重要指示，要高度重视节约粮食，对粮食安全始终要有危机意识。
若连基本的生存供养都不能稳固保障，何谈城市发展与人类繁荣的未来？
1 研究意义与必要性
得益于科技发展和农业生产率提高，世界粮食产量在最近半个多世纪里大幅提高。美国弗吉尼亚理工大学发布的《2019年全球农业生产率报告》指出，目前全球农业生产率年均增速为1.63％；而到2050年，全球农业生产年均增长率需维持在1.73％以上，才能满足全球近100亿人口的需求。同时，农业生产是传统用水大户，随着人口增长及饮食结构转变，牲畜产量增长，尤其是种植饲养作物，大量增加了水量需求，加上生物燃料的推广使用进一步加剧了用水压力，现实中很多地区面临如何通过农业节水更好支撑工业和城镇发展的困境。水是实现可持续发展目标(SDGs) 的重要资源，但人们对于水的认识和重视程度均很不足，或在未来引发与某些粮食安全目标之间的矛盾，包括消除饥饿和使农业生产率提高一倍。
目前至少55％的世界人口已经生活在城市地区，全球生产的食品中有80％都用于城市地区消费；到2050年，全球将有66％的人口生活在城市地区；到2100年前，世界将基本完成城市化。届时，人们都会生活在不同规模的城市或现代化居民点里，传统意义的农业农村或将不会大规模存在，农业生产模式和空间组织方式也会发生剧变。除了城乡生活空间的融合发展，未来城市还需以更加科学、理性的方式对待农业和粮食系统，积极实现农业生产与城市发展的有机融合。
推动城市发展与农业生产高度融合，不仅能在高度城市化趋势下起到保障城市粮食安全、满足基本生存需求的重要作用，还对城市可持续发展具有多重积极效应，助力建设抗逆性更强的未来城市。整合农业和林业多功能地景管理能有效帮助城市应对气候变化可能带来的灾害；城市农业能够带来开阔的生产性绿地、提高地表植被覆盖率，有助于提升空气质量、减少热岛效应、限制侵蚀作用、过滤净化水源与提升生物多样性，促进自然资源的可持续管理。同时，城市农业还能帮助城市以富有生产力的方式回收使用城市垃圾和废水、雨水，提升城市应对灾害时的抗逆性。而在面对新型冠状病毒肺炎疫情这类突发性大范围公共事件时，往往会采取人流、物流管控和紧急措施，城市农业可以缩短粮食供应链环节，保障食物的有效供给。供应链缩短有助于减少物质和能源浪费，目前城市的食物系统是依靠外来供给的线性食物系统，产生高昂的农产品中间成本。远距离运输食物容易发生变质浪费，全球每年在运到商店之前就被浪费掉的粮食相当于年产量的14％ ；同时，也增加了大量碳排放量，导致能源消耗增加，佩尔特关于能源消耗的一项研究揭示美国大多数新鲜食物从农场到餐桌需要运送约2092km的距离。从生态文明角度看，城市农业垂直式和水平式集约生产模式的结合，能降低对森林、湿地空间的侵占，有助于拓展生态空间，增强生态系统的完整性。在区域经济发展方面，农业产生的工业原材料、能源直接与城市工业空间临近，形成更高效的能源、资源配置；城市农业的产销供应链条比传统的乡村农业便捷很多，相应地为城市创造更复合的组织结构和更快捷的资源直供渠道，从而创造更加丰厚的经济收益。在未来基本实现城市化的情境下，强调社会大众参与性的城市农业还将成为满足人类感知自然、亲近自然和领悟生命价值的渠道与平台。
对于我国而言，在城乡融合发展视角下研究未来城市与农业生产的融合更具典型意义。我国能否安全稳固地养活现有14亿人口及未来更多的人口，更好支撑社会主义现代化强国建设，是件十分严肃和异常重要的大事。我国谷物总产量连续30年领衔世界，但人均谷物产量距离世界农业强国仍有较大差距。更令人担忧的是，1961～2018年全球肉类(包括牛、羊、猪、家禽和野味) 总产量增长了3倍多，亚洲产量占比从12％增加到40％～ 45％，成为全球肉类主要生产地，而我国在亚洲年产量中的贡献超过60％。
同时，我国粮食生产存在3条约束底线：耕地、水和环境，粮食供需长期处于紧平衡状态，近年来的粮食自给率有所降低，粮食安全面临严峻挑战。高速城市化侵占大量优质农田，耕地肥力整体下降惊人，“北粮南运”的新格局进一步绷紧了北方粮食主产区的资源约束本底；而产销区距离过远，增加了物流成本，一些食物的物流成本甚至占到其零售价格的70％。粗放的城市化发展模式会导致环境污染和生态破坏等问题，农业生产也是如此。我国目前维持的粮食安全水平是以严重的环境污染和资源消耗为代价的，而很多粮食主产区以牺牲经济利益为代价，支撑了国家工业化和城市化的繁荣发展，粮食主产区与消费区间的利益补偿问题亟待妥善解决。未来20年，中国还将有几亿农民市民化，城市粮食供需矛盾、城市发展与农业用地的矛盾、生产食物的能源浪费问题都将愈加尖锐。
鉴于此，城市研究有必要从更大视角出发，将农业生产这一人与自然长期协调发展的产业形态融入未来城市肌理中，探讨可能的城乡融合空间形态演变，以应对高度城市化进程下农业生产的不确定性，实现未来城市的可持续发展。
2 城市与农业融合的研究回顾
国外的城市规划很少关注农业议题。最早在20世纪初，霍华德的田园城市运动试图通过农业与城市结合来改变城市的拥挤和工业化。田园城市首次提出将农业系统(包括生产、运输、消费和废物利用)融入城市的一部分。除了田园城市，农业对城市规划来说一直是个陌生领域。直到2000年，美国开始探寻其中的原因，总结为历来关于城市和乡村的划分有这样一种观念—城市中不含农业，这种认识一直在误导城市规划师和政策制定者，致使其在制定城市食物供应与生产方面的失败，导致城乡整体的食物系统运转失灵。农业管理与城市规划一般隶属不同部门管理，一直缺乏全局视角，也是其中一个原因。所以，现行的规划体制、当代的城市和城市居民的需求，尤其是食物的需求，一直存在着分离。2014年美国、加拿大规划实践调查显示，各地区政府开始认为农业生产(食物生产) 系统规划应取代投资、基建，成为城市规划最优先考虑的因素。目前，在城市总体规划中纳入农业因子的有波特兰规划2012、伯灵顿区域发展规划2014、多伦多规划2015；战略类规划新增城市农业战略，较典型的有巴尔的摩可持续规划2009、温哥华绿色城市行动规划2020、温哥华健康城市2014—2025、纽约2030和芝加哥2040 等。但城市农业依旧没有得到广泛关注，包括其局限性和成功案例也很少得到研究。
从国际和区域性的议程、倡议看，也没有特别关于农业和城市规划关联的内容。直到2016年联合国《新城市议程》提出城市规划和设计要强化食物系统规划，促进公共空间，提升粮食安全和影响，尤其是气候变化敏感区域的粮食安全。联合国粮农组织发布的《2030年城市粮食议程愿景》提到，尽管城市是全球粮食不安全、农业生产不可持续的重要组成部分，但可通过利用城市空间布局的特点及其密集的相互依存网络来寻求解决办法。联合国主要关注城市粮食安全，特别是城市贫困家庭的粮食安全，改善人民生计、食物可得性及安全性，在城市和国家层面提供政策指导，以将食物和农业作为城市与地区土地使用规划的一部分，但《新城市议程》的局限性在于缺乏对城市扩张造成耕地锐减问题等的具体解决策略。
在城市农业规划理论研究方面，国外基于城市农业改良重构城市空间体系的研究主要有连贯式生产性城市景观(Continuous Productive Urban Landscape)、农业城市主义(Agriculture Urbanism)、食物城市主义(Food Urbanism)、食物敏感型规划与城市设计(Food-Sensitive Planning and Urban Design)。这些理论研究主要从农业对城市的景观价值、生态网络及食物供应链角度出发，构建城市及社区尺度的食物系统。这些理论研究主要基于既有农业生产方式和科技水平，主张将城市农业叠加到城市空间中，农业生产的空间模式主要利用城市的废弃或间隙空间、融合城市绿地空间，缺乏对未来科技影响下新的城市空间及农业生产组织模式的探讨(表1)。
表1 国外城市与农业融合的相关理论、实践一览
国内研究农业生产与城市关系较早的是农业经济学科，以新型农业为研究重点，基本不涉及城市建设用地及城市空间。城市规划领域对城市农业的研究起步较晚，以介绍和学习国外理论为主，尚未建立起城市农业空间和土地使用的发展体系；更多讨论的是如何在现有城市空间格局下被动发展城市农业，应用领域主要在景观基础设施、绿色建筑设计与社区尺度规划等方面，对于城市农业作为城市的新功能和新要素等的研究不足。从实践看，我国城市中自发出现的农业活动处于不稳定、难以持续的状态，一方面缘于城市管理制度的限制，另一方面也缘于农业活动与城市其他活动的关联非常微弱，农业与城市的关系处于“浅表”状态，并不稳固(图1)。
图1 国内城市与农业融合的相关理论、实践总结示意图
目前信息和数字技术快速发展，新基建备受关注，5G通讯、大数据、区块链、云计算、物联网、车联网、人工智能等新技术应用不断涌现，改变人的行为方式、农业的生产方式、城市物质空间和社会空间，给城市融合农业生产带来更多可能。基于农业生产对未来城市可持续发展的重要意义，本次研究的创新点在于，结合新技术发展和合理利用，探讨融合农业生产功能的未来城市空间演变新模式，重建农业与城市的联系，使农业真正“根植”于城市之中，从而更好地认知和应对未来城市之变，促进相关规划理论、技术和政策的形成与发展。
3 未来城市的农业生产方式
目前城市中普遍开展的农业活动存在一定局限性—空间不足、劳动力不足、产出效益低，多为自给自足的小规模经济，而未来科技的发展将带来农业生产的突破性改变，打破农业的传统属性。在新科技力量的推动下，与乡村相比，未来农业与城市反而更容易结合，成为城市的功能主体之一。根据城市农业的主体构成要素的功能、位置、规模与生产技术等的不同，分为水平式和垂直式两种生产方式。
3.1 水平式城市农业生产
城市空间用地紧张，水平式的农业生产一般与城市闲置用地、城市绿地进行有机结合。根据空间类型可划分为点、线两种形式。
点状城市农业通常利用城市中空闲和过渡期的土地及建筑空间，包括屋顶、待复兴的工业区、建筑立面、社区农园等土地，选择合理的城市农业类型。由于规模有限，目前的实践基本以社区自给自足为主，但精准农业的发展则将这种结合变为高效的规模化产出，赋予点状城市农业更多的经济功能。例如，荷兰人口密度超过1300 人/平方英里(约合502人/平方公里)，缺乏大规模农业所需的各种资源，但却成为世界第二大粮食出口国(按价值计算)，仅次于美国。荷兰都是小而分散的密集耕作的田地，由千家万户普通家庭农场产生，见缝插针般分布于城市和郊区之间。在荷兰的主要耕作区，没有哪块土豆菜地、温室、畜棚看不到摩天大楼、工厂或城市蔓延的景象。荷兰的精准农业覆盖率达到80％，使用全球定位系统捕捉农田信息，并对农田状况进行大数据分析，利用无人机提供土壤化学成分、水成分、营养成分和生长情况等信息，测量每株植物的生长状况。全球平均土豆产量约9吨/公顷，荷兰在精准农业作用下，平均土豆产量为20吨/公顷。
线状城市农业借鉴田园城市理论，构建线状城市绿色廊道。廊道从城市周围的农田、林地等自然生态空间中以楔形向城市延伸，连接居住空间、餐馆、集市及烹饪学校，提供市民体验、生产需求，为构建食物供应系统创造契机，并且与绿地系统形成城市安全格局(图2)。
图2 水平式城市农业生产示意图
3.2 垂直式城市农业生产
自一万年前人类从事农业以来，每一次农业技术的进步都推动着社会变革。第一次革命发生在公元前8000年，大规模农业生产开始发展，使人类定居成为可能；第二次革命是在公元600年，马与犁的应用推动技术型社会的兴起；第三次革命便在当下，机械化、化学肥料和生物科技使垂直农业成为可能。随着越来越多的人进入城市，土地将成为人类居住和农业生产的争夺焦点，垂直农业可能是大规模农业的未来(图3)。垂直农业可以商业生产形式出现在工厂、办公室或超市顶部的天空农场、公园和花园的可食用边界、建筑物上的生活墙等空间。总的来说，与传统农业相比，垂直农业可带来巨大的环境效益，具体包括：与传统的田间种植相比，减少了95％～99％的用水量，没有农业径流污染；所需的种植面积大大减少(垂直农业可设置在建筑内部)；零杀虫剂、除草剂或杀菌剂的使用( 因为垂直农业是没有土壤的封闭环境，所以不需要使用杀虫剂、除草剂和杀菌剂)，更少使用化肥(植物使用的剂量很小，没有过量或浪费肥料)。垂直农业的产出效率也远高于传统农业，以美国垂直农场Crop One为例，1英亩(约合0.40hm²) 的产出相当于过去的400英亩(约合161.87hm²) 农田。
图3 垂直式城市农业生产示意图
信息技术的发展使得垂直农业工业化成为可能。MIT 开发的“食物电脑”，采用无土栽培农业技术(包括水耕和气耕)，在室内种植食物，使用自动机械系统控制和监控特制种植容器内的气候、能源和植物生长。控制的气候变量包括二氧化碳、温度、湿度、氧气、氢气、导电性和根系温度等。在植物整个生长期内，通过电表、传感器和化学定量给料器监控和调整能源、水与矿物质，使之保持最适宜植物生长的状态。根据生产和实验的需要，“食物电脑”的规模可大可小，包括个人“食物电脑”、食物服务器和食物数据中心。通过传递和共享粮食信息建立食物数据中心，农业生产也可采用工厂的土地利用方式。
4 基于农业生产视角的未来城市形态
4.1 未来城市与农业融合的空间模式
《信息化的城市》的作者曼纽尔·卡斯泰尔说过，在互联网逻辑之下，城市会出现中心化和去中心化两种不同的趋势。联合国粮农组织在《2030年城市粮食议程愿景》中提到，小城镇和中等城市的粮食需求占城市粮食需求总量的60％，在实现可持续发展和改善粮食安全与营养方面尤其可以发挥关键作用。因此，未来城市与农业融合的空间模式也将根据大城市、中小城镇分类施策(图4)。
图4 融合农业的未来大城市空间模式示意图
基于未来科技影响下的城市农业生产方式分析，对于中心极化的大城市来说，城市与农业融合呈现圈层式布局特点。城市中心地带用地紧张，以农业点状镶嵌融合为主，利用闲置用地、屋顶、建筑立面与社区花园等空间点状生产，更多融合城市绿地的功能，满足人们田园牧歌的精神层面的享受与体验。农业生产主要集中在第二圈层的工业园区，利用大城市较为丰富的科技创新资源及高端人才资源，发展大规模的垂直农业工厂，成为城市建设用地的一部分，是农业经济效益的主要产出主体。随着城市化基本完成，城市边缘地带零散的农村建设用地将更为集约，保留部分普通农地，但赋予更为多元化的功能，包括生产、景观、休闲与体验等功能，满足城市居民以健康和可持续的方式获得最佳设施。城市边缘地带的收缩将会腾挪出更多用地留给生态空间，使得自然生态空间有机渗透到城市空间中(图5)。
图5 融合农业的未来中小城镇空间模式示意图
对于中小城镇，密度相对较低，未来城市与农业的融合则更多呈去中心化的网络式布局特点。农业生产以点状、线状相结合的水平式精准农业生产为主，镶嵌在城市化内部地区的点状农田、团块状成片分布在外围郊区的农业用地、连接城市与自然的楔形带状农业廊道，整体构成点、线、面的网络格局。多尺度的城市农业生产场地、加工空间、运输空间、分配空间、食用空间与废物处理空间有序地组织到城市空间中，通过农业及生态廊道的串接，形成本地化的农业生产、加工、运输、分配、消费与废弃物回收再利用的完整循环，构成全新、连贯、多功能、可持续的基础设施网络，为城市的建成环境提供补给和支撑。
4.2 未来城市涉农产业的组织模式
未来农业承载了生物技术、工程技术和信息技术等一系列高新技术，城市中的农业与工业、服务业也将会发生深度融合。原材料、能源相关的农业生产，通过精准农业、垂直农业技术，实现工厂化运营，可与下游的工业以小组团产业链的方式布局。城市化降低了农村劳动力强度，新技术将对减轻剩余农民的工作量至关重要，农业生产的操作将远程化，流程将自动化，风险将由机器识别，问题将通过向中央指挥中心键入命令来解决。在未来，农业生产的技能将越来越多地是技术和生物能力的结合，而不是纯粹的农业知识。城市将会产生更多为农业服务的生产性服务业，提供育种、培育相关的生物、工程、信息等技术服务。这也解释了未来农业越来越离不开城市的原因，相比农民，农业更需要城市中的码农与工程师。同时，融入城市的农业可将食物的生产地、消费地融为一体，缩短食物流转里程，减少能源浪费并催生新的物流、商贸等生产性服务业。从生活角度看，城市农业还具有休闲娱乐、宣传教育和示范作用，相应地带来娱乐、教育、园艺等生活性服务业。由此，城市的产业用地布局也应随农业的融入而重新组织(图6)。
图6 未来城市涉农产业的组织模式示意图
4.3 未来城市与农业融合的管理模式
未来城市与农业的融合将会产生新的城市用地分类，催生新的管理模式。美国已在各层次规划(总体规划、专项规划和区划) 中纳入与城市农业相关的内容，主要策略包括：修订区划代码，新增城市农业用地类型，提高其他类型城市用地对农业的兼容性，确立城市农业的合法地位；出租公有土地，制定减税等措施，保障城市农业用地供给；制定管理条例，涉及土壤、堆肥和动物管理等方面，以控制城市农业的负面影响。荷兰鹿特丹则以绘制农业机会地图的形式，指出某种农业活动形式在某个地区有可能找到合适的具有潜力的空间，协助政府在公共政策层面决定最大限度有利于城市农业活动的形式，使城市农业成为城市向可持续系统进化的战略部分。新加坡农业用地匮乏，大量依靠进口，近年来政府提供公有土地投资建设农业科技园，集农产品生产、销售、观赏于一体，提供给经营者付租金使用，租期为10年，这一做法将都市农业发展与城市发展融为一体。参考既有实践，未来城市与农业融合的用地管理工作，首先需明确城市农业在城市空间规划法律法规体系中的合法地位，增加部分城市建设用地对农业的兼容性，构建城市农业的技术标准体系；其次绘制农业机会地图，引导不同类型的农业生产空间布局，并与上下游第二、第三产业的功能空间整合；最后协调好城市农业周边基础设施、公共设施的综合利用，促进食物、原料循环系统的形成。此外，在城市的有机更新过程中，逐步利用闲置空间，增加点状农业生产空间，集约城市用地，增强农业廊道与自然的联通性，增强城市农业绿色基础设施网络的完整性和系统性(图7)。
图7 未来城市与农业融合的管理模式示意图
5 思考与建议
库哈斯说，人类文明最本质的改变来自乡村，而非城市。以城市的视角看待乡村，以城市的规划覆盖乡村，以城市的发展牺牲乡村，绝非人的城市化。农业是立国之本，粮食安全是构建人类命运共同体的重要基础，气候变化、资源退化、环境恶化和突发状况等造成的威胁无处不在，未来城市的发展面临越来越多的挑战和抉择，不能只关注眼前的表象。城市研究者和规划师，不能只了解传统城市，而对乡村和农业停留在村庄整治的层面，要勇于打破惯性思维，不断提高站位视野，重塑城乡关系，推动城乡融合发展，筑牢新时代粮食安全格局。
新技术创造了无限可能，被视为公共政策的转折点，也促进规划研究走向理性和智能化。未来科技革命带来的农业变革，使城市与农业的联系更为紧密。农业与城市的融合，有助于增强城市对气候变化、疫情灾害的抵御力，保障粮食安全和社会公平，带来更高效的能源、资源配置和管理，保护自然生态空间，提供景观、休闲场所。当然，将农业纳入城市空间，是一项复杂的系统工程，在空间布局之外还需涉及经济、管理、运营等诸多方面，本次研究出于简化问题的考虑，并未将其他影响因素纳入考量，目的是通过概念性的模型探讨，对未来融入农业的城市空间进行理想化构建，作为对未来基本完成城市化后解决农业问题的积极探索和方案畅想，希望能对相关研究与实践的开展提供有益借鉴。
新媒体编辑：苏子语
审读：王青
终审：杨一虹
文章全文详见《规划师》2020年21期
《农业生产视角下的未来城市空间演变新模式》
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