当提及谷物生产，人们脑海中浮现的往往是广袤无垠的田野。然而，一场静默的革命正在城市边缘的垂直农场（Vertical Farm）和植物工厂（Plant Factory）内发生。2024 年，中国可控环境农业（CEA）面积已超过 1000 公顷，虽然其当前产出以高价值叶菜、草莓为主，但其底层技术体系的快速迭代与成本下降，正在为部分谷物，特别是高附加值、功能性谷物及种子的生产，开辟出一条从实验室到产业化、从都市到乡村的全新路径。
垂直农业的核心优势在于对生长环境的绝对控制。在完全人工光型植物工厂内，光照的波长、强度、光周期，温度、湿度、CO?浓度，营养液的成分、pH 值、EC 值，全部由计算机精准调控。这为谷物研究提供了一个前所未有的“理想实验台”。传统的田间育种，一年只能进行 1-2 个世代，且受气候和季节限制。在垂直农场中，通过优化光温条件，水稻、小麦等作物的生育期可以缩短 30%-50%，实现一年 4-6 个世代循环，将育种速度提升数倍。2024 年，中国农业科学院与多家商业垂直农场合作，已在水稻、大豆的快速加代育种和性状筛选上取得成功，特别是对于耐荫、耐密、营养高效等适合未来集约化农业的性状筛选，垂直农场的高通量、标准化环境展现出巨大潜力。
对于部分具有特殊功能成分的“微型谷物”或“药用谷物”，垂直农业正从研究走向小规模商业化生产。例如，富含γ-氨基丁酸（GABA）的发芽糙米、高花青素的黑小麦苗、用于提取特定活性肽的豆类品种。在田间，这些功能成分的含量受环境影响大，不稳定。在垂直农场中，可以通过精准的“环境胁迫”调控（如特定光质、温度波动、营养调控）来定向诱导和富集目标物质。2024 年，已有企业实现了在 2000 平方米的垂直农场内，全年稳定生产 GABA 含量超过 100mg/100g 的发芽糙米，作为高端功能性食品原料，其单位产值的利润空间是传统大田水稻的数十倍。这为谷物产业开辟了一个全新的、高溢价的“成分农业”赛道。
垂直农业的另一项颠覆性贡献在于“种子脱毒”与优质种苗的工厂化生产。马铃薯、甘薯等无性繁殖作物易携带病毒，导致品种退化，传统上需在海拔高、虫害少的基地生产脱毒种薯，成本高、周期长。在完全密闭、无虫害的垂直农场内，通过组织培养结合多层架栽，可以实现脱毒种薯/种苗的标准化、规模化、本地化周年生产。2024 年，该项技术已扩展至部分用于鲜食的玉米、高粱等作物的优质种苗培育。农民可以直接订购健壮、整齐、不带土传病害的“谷物种苗”，而非种子，这不仅能缩短大田生长周期，提高整齐度，还能从源头上减少农药使用。
垂直农业的技术溢出效应，正在反哺和提升传统大田谷物生产的智能化水平。为垂直农场开发的环境智能控制系统、多层立体栽培架、低能耗 LED 补光方案、水肥气一体化精准调控技术，在经过适应性和成本优化后，正被应用于传统温室的升级，甚至开始探索与高标准农田的结合。例如，在东北地区的水稻育秧大棚中，应用来自垂直农业的智能环境控制系统，使秧苗质量显著提升；在西北的戈壁温室中，尝试应用多层立体水培技术生产优质饲用大麦草，以节约土地和水资源。垂直农业作为农业技术集成度最高的“创新策源地”，其不断迭代的硬件、软件和算法，如同“技术母机”，持续为传统农业的现代化输送着经过验证的解决方案。
展望未来，垂直农业或许永远不会替代广袤的田野，成为主粮的主要生产者。但它正在重新定义谷物生产的边界与可能性。它是一个超级育种加速器，一个功能性成分的定制工厂，一个优质种源的核心车间，更是一个不断孕育未来农业技术的创新孵化器。在保障粮食安全的宏大叙事下，垂直农业代表的是另一种维度的安全：技术自主的安全、供应链韧性的安全、产业价值高端化的安全。它从城市中拔地而起，其根系却深深扎入未来谷物产业的核心。