現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的新技術(shù)

｜文/ Linly Ku 譯/宋彥英 姜紅

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，創(chuàng)新比以往任何時候都更加重要。就整個行業(yè)而言，農(nóng)業(yè)發(fā)展正面臨著巨大的挑戰(zhàn)，包括生產(chǎn)資料等供應(yīng)投入品成本的上升、勞動力的短缺，以及消費(fèi)者偏好，如對整個農(nóng)業(yè)各環(huán)節(jié)透明度和可持續(xù)性的日益關(guān)注等。農(nóng)業(yè)企業(yè)越來越認(rèn)識到，這些挑戰(zhàn)需要應(yīng)對解決。在過去的10 年里，農(nóng)業(yè)技術(shù)的投資出現(xiàn)了巨大的增長，全球過去5 年間投資了67 億美元，僅2020 年一年就投資了19 億美元。該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新主要集中在室內(nèi)垂直種植、自動化和機(jī)器人、畜牧養(yǎng)殖、現(xiàn)代溫室、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和人工智能以及區(qū)塊鏈等領(lǐng)域。

室內(nèi)垂直種植

室內(nèi)垂直種植可以提高作物產(chǎn)量，克服有限的土地面積，甚至通過減少供應(yīng)鏈中的移動距離來減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響。室內(nèi)垂直種植，是一種在一個封閉和控制的環(huán)境中，通過上下疊放分層種植的種植方式。與傳統(tǒng)的種植方法相比，通過使用垂直安裝的種植架，顯著減少種植所需的土地空間，由于它能使植物在有限的空間中茁壯成長，這種類型的種植通常在城市和城市農(nóng)業(yè)中得以應(yīng)用。垂直種植的獨(dú)特之處在于，有些裝置不需要植物種植的土壤。大多數(shù)要么是水培，蔬菜在裝有豐富營養(yǎng)液的水缽中生長；要么是氣培，植物根系沐浴在富有營養(yǎng)的水氣系統(tǒng)之中。此外，室內(nèi)垂直種植，還可以使用人工生長燈來代替自然陽光。

從城市的可持續(xù)發(fā)展，到降低勞動力成本、獲取最大化作物產(chǎn)量，室內(nèi)垂直種植的優(yōu)勢是顯而易見的。室內(nèi)垂直種植可以通過控制光照、濕度和水分等變量，精準(zhǔn)地管理測算全年的生產(chǎn)情況，以可靠的生產(chǎn)收獲來保障提升食物產(chǎn)量；還可以節(jié)能節(jié)水，優(yōu)化資源利用，與傳統(tǒng)種植方式相比，可節(jié)省70%以上的用水。室內(nèi)垂直種植可以利用機(jī)器人進(jìn)行收獲、栽培和物流處理等環(huán)節(jié)的作業(yè)，以大大減少勞動力的投入，從而解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)勞動力短缺帶來的挑戰(zhàn)問題。

農(nóng)業(yè)自動化

農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)，通常與“智能農(nóng)業(yè)”關(guān)聯(lián)在一起，它是一種使農(nóng)業(yè)更有效率、使作物種植或牲畜養(yǎng)殖各循環(huán)生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動化的技術(shù)。越來越多的企業(yè)正在致力于機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)無人機(jī)、自主式拖拉機(jī)、機(jī)器人收獲機(jī)、自動灌溉技術(shù)和播種機(jī)器人等。盡管這些技術(shù)相當(dāng)新，但越來越多的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者已經(jīng)將這些自動化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程之中。

從機(jī)器人、無人機(jī)到計(jì)算機(jī)視覺軟件等，這些技術(shù)的新發(fā)展已經(jīng)徹底改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。農(nóng)業(yè)自動化的主要目標(biāo)是將一些比較簡單的、通常的生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動化，目前最為普遍應(yīng)用的一些自動化技術(shù)，主要包括：收獲自動化、自主式拖拉機(jī)、播種和除草自動化，還有無人機(jī)等。農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)可以應(yīng)對諸如農(nóng)業(yè)勞動力短缺、改變消費(fèi)者偏好等一些主要問題，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化，在應(yīng)對消費(fèi)者偏好、勞動力短缺和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境影響等問題中，彰顯其里程碑式的重大意義。

現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖

傳統(tǒng)畜牧養(yǎng)殖業(yè)是一個被廣泛忽視和服務(wù)不足的領(lǐng)域，盡管這一行業(yè)對我們來講，它可以說是最必要的。畜牧養(yǎng)殖提供了我們每天都在依賴的急需的可再生自然資源。從傳統(tǒng)上講，畜牧養(yǎng)殖管理通常被認(rèn)為是家禽飼養(yǎng)場、奶牛養(yǎng)殖場、養(yǎng)牛牧場或其他與畜禽相關(guān)的農(nóng)業(yè)企業(yè)的運(yùn)營管理，管理人員必須要做準(zhǔn)確的財(cái)務(wù)記錄、雇傭監(jiān)護(hù)人員，以確保畜禽得以正確的護(hù)理和飼養(yǎng)。然而，近來的發(fā)展趨勢已經(jīng)證明，世界畜牧養(yǎng)殖管理正在經(jīng)歷著一場徹底的技術(shù)變革。從過去8 ～10 年的技術(shù)發(fā)展來看，畜牧養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平有了巨大的改善，使其生產(chǎn)經(jīng)營過程的可追溯和管理更加容易，并且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)化，這些現(xiàn)代技術(shù)的表現(xiàn)形式主要有營養(yǎng)技術(shù)、遺傳學(xué)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)等。

現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖技術(shù)可以提高動物的生產(chǎn)能力，改善動物福利或管理水平。

現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖技術(shù)可以提高動物的生產(chǎn)能力，改善動物福利或管理水平。有一種現(xiàn)代技術(shù)，就是通過在奶牛身上安裝傳感器，以監(jiān)測其健康狀況，提高其生產(chǎn)能力。隨著這種技術(shù)的廣泛應(yīng)用，便產(chǎn)生了一個被稱為“連接?！钡母拍?。在每頭牛身上都安裝上可配戴的與之對應(yīng)的傳感器，以跟蹤監(jiān)測其每天的活動和健康狀況，而匯總起來就對整個牛群的健康活動狀況提供了重要的數(shù)據(jù)支撐，從而使生產(chǎn)管理人員能夠比較容易快速地做出相應(yīng)的管理決策。

動物基因組學(xué)是一門研究觀察活體動物的整體基因景觀，以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔靡杂绊憚游锷L和發(fā)育的科學(xué)?；蚪M學(xué)可以幫助生產(chǎn)管理者了解其畜群的遺傳風(fēng)險，并確定其未來的盈利能力。因此，牛的基因組可以被生產(chǎn)商用以從戰(zhàn)略上對牛群個體做出選擇和育種決策，以優(yōu)化畜群的盈利能力和產(chǎn)量。

傳感器和數(shù)據(jù)技術(shù)可以給當(dāng)前的畜牧業(yè)發(fā)展帶來巨大利益。利用這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對病弱動物的及時檢測診斷，并智能化地識別顯示出可以改進(jìn)的地方，從而使動物產(chǎn)能得以提高， 使動物福利得以改善。其中，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以使我們擁有各種客觀公正的數(shù)據(jù)，從中總結(jié)提煉出重要可行的認(rèn)知和舉措。數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策將帶來更好、更有效和及時的決策，從而推動畜群生產(chǎn)力的提高。

現(xiàn)代溫室

近幾十年來，溫室產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從主要用于研究和美學(xué)觀光目的的小型設(shè)施（即植物園）轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯优c大田傳統(tǒng)食物生產(chǎn)競爭的大規(guī)模設(shè)施。目前，整個全球溫室產(chǎn)品市場，每年生產(chǎn)近3500 億美元的蔬菜，其中美國的產(chǎn)量不到1%。

當(dāng)今，在很大程度上，由于最近日益發(fā)展的技術(shù)的巨大進(jìn)步，該行業(yè)正處于前所未有的蓬勃發(fā)展期。今天的溫室設(shè)施，越來越明顯地呈現(xiàn)出其大規(guī)模的、資本密集型的、以城市為中心的特點(diǎn)。

目前，整個全球溫室產(chǎn)品市場，每年生產(chǎn)近3500 億美元的蔬菜。

隨著市場的急劇增長，近年來，溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出一些明顯的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)代溫室的技術(shù)含量越來越高，如通過使用LED 燈和自動控制系統(tǒng)，完美地營造出適宜的生長環(huán)境。成功的溫室產(chǎn)業(yè)企業(yè)，正在大幅度擴(kuò)大規(guī)模，并將其日益增長的溫室設(shè)施建設(shè)，靠近城市樞紐中心，以更好地滿足和利用無論任何季節(jié)都不斷增長的對當(dāng)?shù)厥澄锂a(chǎn)品的需求。為了實(shí)現(xiàn)這些宏偉目標(biāo)，溫室產(chǎn)業(yè)正在注入越來越多的資本，利用風(fēng)險投資和其他資源，擴(kuò)大市場競爭中必要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正在經(jīng)歷著一場變革——技術(shù)正在成為每個商業(yè)農(nóng)場都不可或缺的一部分。新出現(xiàn)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)企業(yè)正在開發(fā)一些新的生產(chǎn)技術(shù)，通過控制影響作物生長的每一個因素變量，如濕度、病蟲害、土壤條件和微氣候等，以最大限度地提高作物產(chǎn)量。作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，在作物栽培和生產(chǎn)過程中采用更為精準(zhǔn)的生產(chǎn)技術(shù)，可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，同時也增加了管理成本。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)公司已經(jīng)找到了一個巨大的發(fā)展機(jī)會。據(jù)大視野研究有限公司（Grand View Research, Inc.）最近的一份報告預(yù)測，到2025 年，全球精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)市場將達(dá)434 億美元；新一代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者正在興起，被一批更快更靈活的新興企業(yè)所吸引，這些企業(yè)的目標(biāo)就是系統(tǒng)地促進(jìn)作物產(chǎn)量的最大化。

區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈對所有權(quán)記錄的跟蹤功能和抗篡改功能，可用于解決當(dāng)前食品系統(tǒng)中的食品欺詐、安全召回、供應(yīng)鏈低效和可追溯性等緊迫問題。區(qū)塊鏈獨(dú)特的分散結(jié)構(gòu)，確保經(jīng)過驗(yàn)證的產(chǎn)品及其生產(chǎn)和處理過程，能夠創(chuàng)造出一個透明的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品市場。

食品質(zhì)量的可追溯性一直是最近食品安全討論的焦點(diǎn)，特別是隨著區(qū)塊鏈應(yīng)用的新進(jìn)展，這一點(diǎn)更為大家所關(guān)注。由于食品的易腐性，就食品產(chǎn)業(yè)整體而言，非常容易出現(xiàn)最終會影響人們生活的錯誤問題。當(dāng)食源性疾病威脅到公眾健康的時候，從根本上，首先就是要追蹤查清污染源，否則是不能容忍的。

因此，可追溯性對食品供應(yīng)鏈來說是至關(guān)重要的。但是，目前的食品生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的信息溝通狀況，使可追溯性成為一項(xiàng)非常耗時的任務(wù)，因?yàn)槠湫畔⒌母櫲匀灰揽烤€下紙質(zhì)信息來進(jìn)行。區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)，確保食物價值鏈上的每一方，都能生成并安全地分享每個數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而創(chuàng)建一個負(fù)責(zé)任的和可追蹤的系統(tǒng)，使帶有明確所有權(quán)身份標(biāo)簽的大量數(shù)據(jù)點(diǎn)可以及時得以記錄，而且無法更改；這樣一來，就可以對食物從農(nóng)場到餐桌的整個旅程，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控了。

區(qū)塊鏈在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用，不僅僅局限在確保食品安全這一范圍。它還可以通過在網(wǎng)絡(luò)中建立分類賬目，平衡市場定價，從而提高當(dāng)前市場價值。傳統(tǒng)的買賣價格形成機(jī)制是依賴于當(dāng)事方的判斷，而不是整個價值鏈提供的信息。擁有對數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限，就可以掌握供需市場的整體情況。區(qū)塊鏈在貿(mào)易中的應(yīng)用，將使傳統(tǒng)的商品貿(mào)易，還有期貨交易，發(fā)生徹底性變革。區(qū)塊鏈可以使食品供應(yīng)鏈上的每個人，都能安全地分享每條已驗(yàn)證的交易記錄，從而創(chuàng)造一個極其透明的交易市場。

人工智能

數(shù)字農(nóng)業(yè)及其相關(guān)技術(shù)的興起，為數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了大量的新機(jī)遇。遠(yuǎn)程傳感器、衛(wèi)星和無人機(jī)可以在整個領(lǐng)域內(nèi)每天24 小時收集信息，以用來監(jiān)測植物的生理狀況、土壤狀況、溫度、濕度等，其數(shù)據(jù)量是巨大的，其重要價值也隱藏在這雪片般一樣多的數(shù)據(jù)之中。

這樣，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者就可以通過先進(jìn)技術(shù)（如遙感）更好地了解掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況，比僅靠肉眼、徒步或駕車檢查了解到的還要更多、更快、更準(zhǔn)確。

遠(yuǎn)程傳感器，可以使計(jì)算程序?qū)⒁粋€領(lǐng)域環(huán)境的具體情況表述和解釋為一系列的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)則可以被農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者用來做生產(chǎn)決策。計(jì)算程序處理這些數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)和積累學(xué)習(xí)，收集輸入的統(tǒng)計(jì)信息越多，該計(jì)算程序就越能更好地預(yù)測一系列的結(jié)果，其目的是讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者，利用這種人工智能，做出更好的生產(chǎn)決策，來實(shí)現(xiàn)更好的收獲目標(biāo)。

（ 原 載：h t t p s://w w w.plugandplaytechcenter.com/resources/new-agriculture-technologymodern-farming /，發(fā)表于2021 年10月5 日。譯者單位：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)人文與發(fā)展學(xué)院）