什么是种植屋面(屋顶农业发展的意义、实践与对策)

“屋顶农业” 是指用农业方式对一切脱离地气的建筑物或构筑物平台、屋顶、露台、阳台、墙体立面等进行利用。

当前“屋顶农业”仍是一个新兴事物，有待学术界进一步探索与研究。

一、发展屋顶农业的意义

屋顶农业的利用研究与推广在生态、经济、社会、安全等多个领域具有重要的战略意义，对浙江省而言尤其如此。

（一）弥补耕地占用，突破发展瓶颈

近年来，我国耕地数量和质量持续下降，开发补充耕地的潜力有限。浙江省人多地少，耕地资源十分紧张。据浙江农业厅的统计，浙江省人均耕地只有0.53亩，不到全国水平的一半，人均粮地更只有0.34亩。与其它省份相比，浙江省解决发展与良田保护的矛盾更为突出，亟需从省情出发，增强土地资源对社会经济可持续发展的保障能力，探寻解决科学统筹耕地与经济社会发展矛盾的新思路与新方法。

实现屋顶农业利用，向空间要地，可使建筑占地与造地同步，边占边补，达到占补动态平衡，突破浙江省的经济社会发展瓶颈，有效缓解耕地紧张的矛盾，同时满足经济社会发展、耕地保护和优化城市生态的需求。屋顶造地具有基本农田相仿的功能，同样能生产粮食、蔬菜、水果。从实用、经济的角度出发，屋顶农业完全可以作为现代农业发展的组成部分。

（二）增强基本农产品供应能力，保障粮食安全

目前中国城乡居民蔬菜人均消费量为122.3～130 kg/年，对于大中城市而言，蔬菜供应需求量庞大。而近郊菜地逐渐被住宅区或工业区所占，城市蔬菜供应地离城市越来越远。远距离无特定目标的市场供求关系，导致与城市稳定的消费需求脱节，蔬菜生产的盲目性、风险性均有所增加。蔬菜生产地的外移还必定伴随“鲜菜不鲜”、高损耗与中间商抬价等因素，菜贱伤农（农民）、菜贵伤民（城市居民）不可避免。

若能利用建筑屋顶生产蔬菜，建设“城市新菜篮子工程”，就可使蔬菜生产与消费无逢对接，将部分蔬菜生产从农村引入城市，扩展城市屋顶无公害廉价果、菜园，既节省城市用地资源，保障城市居民对蔬菜的巨大需求，又减少损耗，确保蔬菜的鲜嫩，直接惠及城市居民。

（三）优化城市环境，突显生态效益

建筑对地球表面造成破坏，使地球表面水泥化、硬壳化，雨水瞬间流走，不能正常参与水汽循环导致建筑物上部空气干燥，建筑表面昼夜温差大于地表，大规模的城市建筑群甚至可引起周边小气候异常。而屋顶造地种植农作物，能吸纳雨水，还可利用生活废水，水分通过蒸发与蒸腾参与大气水循环，保持建筑物上部空气湿润，使小气候平稳，修复了建筑对自然生态系统的破坏。屋顶农业不仅为人类提供食物，也能为鸟类提供食物与栖息场所，使建筑功能扩展为工作、生产、生活、生态多方综合，让建筑与人都最大限度接近自然，获得良好的生态环境。

屋顶农业其功效与优越性与一般屋顶绿化相同，不但能使一般城市建筑第五立面彻底改观，由原先统一、单调、冷漠的水泥基调（灰色）改变为一片生机盎然的绿色或随季节变换的五彩斑斓，而且能释放氧气、降温隔热、防渗、蓄水、吸尘、保护屋面防水层，延缓屋面混凝土老化，等等。浙江省农业科学院研究表明，不用隔热材料的种植屋面均具良好的降温隔热与保温性能。这是因为屋顶作物种植层、土壤阻挡了阳光的照射，光能不能触及屋面；作物通过光合作用将“太阳能”转化成“生物能”贮存了部分能源；植物蒸腾与土壤蒸发水汽时带走了大量的热能，凡此种种因素降低了种植屋面的温度。农用种植屋面与一般植绿屋面一样，对净化城区空气、改善建筑室内温度环境与室外小气候、减轻“城市热岛”、节能节材，及优化城市鸟瞰景观等等方面均有良好效益。

此外，有机生活垃圾、污水可通过农业生产过程，作为作物肥料或灌溉用水利用，在产生地源头消化，做到零排放。同时，屋顶覆土种植作物可吸收大量氮氧化合物、硫化物、二氧化碳等温室气体，按照屋顶干物质生产量22.5~45t/hm推算，相当于吸收32.6~65.2t/hm二氧化碳、生成25.5~51吨氧气，可有效降低PM2.5值。净化、优化城区空气。

（四）多方的经济效益

屋顶农业能够增加土地效益。浙江省如果每年屋顶造地占新建筑面积的50%，就至少可节约用地10万亩以上。如以每亩20万元的购地指标价计算，每年可节约开支200亿元以上。如按浙江省城镇工业与住宅用地出让价每亩100—500万元计算，则将产生1000—5000亿的收益。如果增加10万亩土地招商引资，引入的企业与产生的税收难以估量。

屋顶的农业利用能够节约屋顶建造成本。土层在15—20cm时的荷载与以往现浇屋顶普遍采用的薄板架空隔热层的荷载相当，但可降低建筑成本10%左右（屋顶部分）。与目前现浇屋面采用的20—25cm“充气混凝土”做“建筑找坡+保温隔热层”材料，荷载、造价相当。在一些富裕农村，农居中的欧式尖顶房，仅尖顶成本就占整幢房子造价的一半或1/3强，若改用“平屋顶+菜园”替代“欧式尖顶”，屋顶成本至少可节约一半以上。

屋顶农业的栽培作物具有一定的产出效益。屋顶种蔬菜，采用一年三季或四季栽培，可收获蔬菜0.5—1万公斤/亩年，以每公斤3—4元计算，每亩、每年可增产值1.5—4万元。

屋顶的农业利用可降低屋顶维修成本。屋顶造地后可减轻屋面遭受太阳爆晒与冰冻及温差剧烈波动造成的风化，消除太阳紫外线对屋面的破坏。浙江省农业科学院屋顶农业试点工程2004年建成至今，覆土下面的屋面混凝土还保持浇筑时的光洁，而无覆土屋面混凝土表层已严重风化，露出粗糙的沙子。只要在耕作中注意不伤及屋面防水与防护层，屋顶覆土种植有利于屋面结构维护，能降低屋顶维修成本。

屋顶农业具有节能效益。农业种植屋顶夏季室内温度比裸屋顶低6.1℃，可少用空调达到节电的效果。屋顶农业在利用生活废水的同时，水中氮、磷、钾等营养元素被作物反复吸收利用，避免了开放式循环中营养元素的损失，可减少化肥生产过程中能源的消耗。城市蔬菜在城内生产供应，也相应减轻蔬菜长途运输过程中的能源消耗。

（五）社会效益潜能无限

屋顶菜园是离人们生活最近的菜园，是城乡融合，集休闲、观光与农作一体的“城市新菜篮子工程”，具有潜在的社会效益。

屋顶农业能够增强防灾、抗灾能力。屋顶菜园具备旱涝保收的潜力。屋顶造地栽培作物，可缓解居民对外地蔬菜、粮食的依赖，一旦出现大的自然灾害造成粮食危机，屋顶可随时种速生蔬菜自救。

屋顶农业可以缓解（甚至消除）土地对建筑的制约。建筑设计得当可达到“建房只占空间不占地”，建房占地与耕地保护二者矛盾基本解决。

屋顶农业带来就业机会，解放农村劳动力，促进城市化进程。目前大部分蔬菜生产依靠人工栽培与管理，城市通过屋顶利用蔬菜自给，可吸纳一部分农村中、老年农民从事屋顶菜园管理。城市蔬菜自给，地面基本农田就可让位以大型机械操作的粮食生产，有利解放农村劳动力，还可为进城青年农民与父母在城市团聚与定居创造条件，消除目前普遍的人在城市，根在农村的假城市化现象，推进真正的城市化与城乡一体化进程。

屋顶农业利用提高了市区中老年居民生活质量。生命在于运动，城市离退休中老年人若能在居所屋顶种菜、种花，既能够获得无公害廉价果菜，又能够锻炼身体。

屋顶农业能够为青少年提供劳动锻炼场所，帮助孩子感知农业生产过程。现在的孩子缺少劳动锻炼，虽然与现代教育方式关系密切，但与无安全劳动场所也有一定的关系，而农业环境与劳动方式对孩子应该是最安全的，通过农业劳动体验不仅能培养孩子劳动兴趣，还能让他们了解食物生产的知识与过程，从小培养珍惜粮食的意识。

二、如何发展屋顶农业

新建的工业园区厂房，城市住宅区，专业市场，机关、学校、创意园、医院等公用或办公场所批量建造的建筑群或单个农居建筑屋顶，只要设计时充分考虑都可实现屋顶农业的利用。老旧的平房，假如荷载上没有问题，也可实施屋顶农业利用。

（一）对老工业园区厂房的屋顶农业利用

老工业园区厂房，有混凝土框架结构+屋面混凝土现浇结构的标准厂房，有框架结构+屋面多孔预制板结构的普通厂房，也有钢架结构+屋面泡沫夹心板的简易厂房，还有简易大棚结构的简陋厂房。同时厂房规模与跨度也很不一样，种类繁多。因此对于老旧厂房屋顶的农业利用必须十分谨慎。首先要获得此类厂房的建筑设计图纸，对荷载进行验算，并根据建筑年限长短，重新确定其安全荷载。当在荷载允许的前提下才能考虑屋顶做菜园。

具体利用措施包括：（1）加固或提升安全防护设施；移动或拆除部分管线，进行全面防渗、防漏处理。（2）确定屋顶农业利用方式，精细设计菜园布局，灌溉系统，采用轻建筑材料与轻栽培基质造园，栽培基质厚度不宜过高，以大棚设施的雾培最安全。（3）造价：根据屋顶大小、楼层高低、建筑材料运送难易以及造园要求，一般在200~500元/ m2之间（包括建材、基质、灌溉系统等）。屋顶连栋大棚造价在150~180元/ m2之间，屋顶玻璃温室造价在650——1000元/ m2之间。

（二）对新建工业园区厂房的屋顶农业利用

对新建工业园区厂房的屋顶农业利用需从规划入手，尽量压缩地面绿化面积，节约企业用地成本。（1）要对建筑全方位精心设计，厂房屋顶尽可能相连，扩大单体屋顶面积。（2）至少设计有一台电梯直达屋顶，便于今后菜园管理与蔬菜的运送。（3）设计专用中水与自来水管道直达屋顶，并设计专门贮水设施；屋面按种植屋顶设计，灌溉系统与排水设施设计到位。（4）加高女儿墙设置，在保证人员安全的同时，预防风灾与杨灰。（5）预留或预埋屋顶菜园所需的一切构件与设施，撤销屋面找坡层和保温隔热层，加高避雷装置等的系统设计。

（三）新农村与城镇建设中的屋顶农业利用：经过近10年对屋顶农业利用，蔬菜种植研究，依目前的城市人口密谋计，只要设计得当蔬菜可以自给。在新农村、城镇建设中可以采纳，屋顶农业是城市化过程中城与乡完美融合的可靠手段，也可能达到真正意义上的城乡一体。

（四）屋顶农业利用的成本与产出

在对新建工业园区厂房的屋顶农业利用中，由于去掉了不必要的建筑找坡层与保温隔热层，因此屋顶造地农业利用的荷载与原建筑设计荷载相当，建筑的基础性荷载并没有实际增加或增加有限，只要屋面板设计适当加强即可，虽然屋顶建筑结构被改变，但总造价变化不大甚至有所节约。对于要求建造屋顶花园式菜园和屋顶设施农业而言，因为设施增加，成本亦会相应增加，而屋顶设施的基准成本要高于地面建设成本。但即使如此，屋顶农业的利用仍然具有可观的经济效益，同样的土地，城区屋顶农田比山区农田价值高。这是因为：首先，城区屋顶菜园可以做到旱涝保收，而山区大多数是靠天田。其次，城市蔬菜价格始终是边远地区的5~10倍，在目前情况下城区农民经营管理2亩菜园，年收入为5~6万元，基本可以达到城市中等职工的年收入，而山区农民管理同样面积的菜园不一定能有5~6千的收入。再次，城区菜农一人屋顶种菜，因为损耗浪费少，基本可满足150人的蔬菜需求。从经济角度计算，假如屋顶造地每平方200元的投入，以年产蔬菜12.5kg/ M2计算， 菜价平均以6元/kg，每年产值75元，三年就能收回造地成本。

三、浙江省农科院发展屋顶农业的实践

对于屋顶进行农业利用，加拿大、日本、美国等国外媒体有过相关报导，但目前尚未有系统研究。浙江省农业科学院自2004年起开始关注屋顶农业的应用，并率先从建筑设计、屋顶造地构件、造地方式、基质种类与配比、农作物筛选与栽培、灌溉设施等进行了实践，现已在省内外建立了16个不同建筑结构的屋顶农业示范基地，形成了具有一定规模和效益的试点工程，在浙江省绍兴、富阳、余杭、丽水等不同区域不同类型建筑屋顶及地下室顶扳造地，已累计屋顶造地6万多平方米，将屋顶农业从零星、娱乐层面提升到了系统化、产业化层面，为大面积屋顶农业利用提供了样板。

屋顶农作物种植采用覆土栽培（经济土层为20—25cm）、轻基质栽培、雾培（水培）、种植箱栽培和大棚设施栽培等方式，种植浙江省常规农作物中的绝大部分的粮油、蔬菜、经济作物、花卉及部分果树，共40余种作物，50多个品种。

屋顶种植的农作物（无论是土培、基质栽培、雾培、箱式栽培，露地栽培或设施栽培）因季节或栽培方式不同，产量有所差异，但都能成功种植，且绝大多数作物单产均高于浙江大田平均单产水平。以屋顶9个蔬菜组合（耕作制）统计为例，一年4熟的2个组合青菜-黄瓜-豇豆-青菜，青菜-西红柿-青菜-青菜产量分别为21.57～21.59 kg/ M2；一年3熟的2个组合青菜-茄子-茄子，青菜-黄豆-萝卜分别为12.39～13.89 kg/ M2；一年2熟3个组合青菜-青菜、黄豆-青菜、葫芦-葫芦产量在8.14～9.35 kg/ M2之间；一年1熟的丝瓜与冬瓜产量在5.99～8.57 kg/ M2。四种耕作制，平均生产蔬菜12.69 kg/ M2年。如果按现有的蔬菜生产水平和消费量，城镇居民人均如有10 M2屋顶菜地，就基本能满足全年的蔬菜需求。

在2012年的世界屋顶绿化大会上，浙江省农业科学院获得了“世界屋顶农业设计、建造金奖”、“世界屋顶农业个人金奖”等多项奖励，近400位参会者参观了淳安屋顶农业利用基地，给予高度评价。在2013年的世界屋顶绿化大会上，浙江省农业科学院作了《屋顶农业与生态城市建设》专题报告，与会的近700名学者参观了浙江省农科院与南京紫东国际创意园合作的屋顶菜园中试基地。浙江省农业科学院的屋顶农业实践受到了江苏省政府高度关注，昆山市“千灯安居工程新社区”采纳了我院提供的“建筑立体绿化与平台农业利用”方案，此项工程将成为2017年世界屋顶绿化大会的展示工程。在2013年9月召开的APEC“生态城镇建设”国际研讨会上，浙江省农业科学院的《屋顶农业与未来城市》引起了来自香港、台湾、泰国、越南、日本等国内外学者的极大兴趣，并获得一致好评。

浙江省农业科学院的屋顶农业探索与实践也获得了浙江省领导的高度关注。时任浙江省副省长的茅临生同志对此项工作给予了很大的支持。当前分管农业的浙江省副省长黄旭明同志将我院的屋顶农业利用提升到了战略的高度。关于在浙江省发展屋顶农业的专题研究备忘录已下发到我省各级人民政府，许多地方已经开始了屋顶农业利用的行动，如淳安经济技术开发区管委会组织组织了有意愿实践屋顶农业的企业拿出25000平方米的屋顶进行农业利用。

四、发展屋顶农业存在的问题

由于当前屋顶农业利用仍是一个新兴事物，科学研究工作尚处于起步阶段，因此存在着如下一些问题。

（一）屋顶农业起步晚，研究时间短。由于没有国内外成功经验与案例借鉴，基础数据缺乏，需要加强投入进行跟踪测定，掌握第一手材料。

（二）屋顶农业的发展与创新需要农业、建筑、国土、环保等多部门的联合支持，比如，争取与常规地面农业和屋顶绿化类似的各种优惠政策与补贴等等。

（三）由于屋顶农业的生长环境与常规地面农业不同，技术和经济效益还需进一步提升，需要提出相关行业技术标准。

（四）科研经费缺乏，制约了科研工作的进一步展开。

（五）公众对屋顶农业的认可度有待提高，需要通过媒体的宣传逐步推广，让公众知晓“屋顶农业”，进而参与到屋顶农业的实践中来。

五、发展屋顶农业的对策

屋顶农业及以屋顶农业为载体资源综合利用研究是一个跨领域、部门、行业、学科的综合性研究课题，涉及到政府各行业管理部门和科研院校，横跨自然科学和社会科学领域，是一个庞大的系统工程。

（一）大型综合试点必须有规划部门的支持和参与，确定区域规划与容积率。若要让屋顶农业与资源综合利用发挥最大的效率必须从规划入手，打破僵化的容积率限制，为建筑设计松绑。

（二）组织由国土、建设、建筑、消防、人防、能源、环保、绿化、农业、工商、民政等部门参与的设计团队。以人为本，从“生产、生活、生态”的角度精心设计，以屋顶农业为载体，达到区域资源最大化合理利用和生活废弃物零排放。只有打破常规的深度综合设计，才有彻底克服现代城市“综合症”，建设超前功能的新城。

（三）屋顶农业的应用推广离不开政府部门的政策支持。（1）绿化管理部门要及时研究调整屋顶绿化与屋顶农业关系，让屋顶农业享受屋顶绿化同等的政策待遇和资金补贴，屋顶农业应同样计算绿地率。（2）农业管理部门也要研究屋顶农业与地面农业的关系，让屋顶农业享受与地面农业相同的待遇，包括农业设施与农机补贴。（3）国土管理部门更要研究屋顶造地农业利用与占补平衡的问题，让屋顶农田也成为耕地的一部分，让屋顶造地也同样享受到土地指标省内调节的“异地占补”造地费用补偿。

浙江省农业科学院李伯君