全球新興農業科技的發展之路

2018-03-02 02:44:39

農經 2018年2期

關鍵詞：農業

科技進步引領大農業的智慧之路。

農業科技是現代科技中最具革命性和影響力的領域之一，糧食需求和不斷增長的人口是其快速發展的主推力。它開啟了一個新的時代，在這個時代，動力機械完成了以前由人和動物所做的大部分工作，極大地增加了農業產量，改變了世界各地人們的就業方式和生產方式。近年來，隨著技術的進步，農業工具的效率也在不斷提高，現代農業正在擺脫陳舊思維，發生著翻天覆地的變化。

動力機械極大地增加了農業產量

新興農業科技都帶來了什么？

新興農業科技的加速變化主要集中在以下四個關鍵領域:自動化、傳感器、食品、工程技術。農業機械自動化的一個著名例子就是拖拉機，目前，機械化農業還涉及飛機和直升機的使用。最早的農民靠棍棒和石頭來幫助他們完成狩獵和采集工作，隨后鐮刀、犁等工具被開發出來，每個家庭只能靠有限的技術來為自己籌措足夠的食物。隨著工業革命的到來和機械化產品的進步，農業生產取得了長足的進步，人們不再用棍子打谷粒，通過打谷機便可以輕松獲取種子。隨后，由汽油、柴油發動機驅動的新一代拖拉機誕生了，它們可以連續不斷地切割谷物，并將谷物運送到固定的脫粒機中。古代農民在耕種中用到的最重要的工具是犁，1838年，John Deere升級了這項工具。目前美國犁的使用頻率較低，他們主要使用偏移的圓盤來翻轉土壤以獲取適當的深度來保持土壤濕度。有些作物是通過鉆種來種植的，插秧機的出現推動了移植秧苗的自動化；隨后塑料薄膜的廣泛使用，使得種植植物之后可以更加高效地清除田間雜草。

通過傳感器和智能網絡，關鍵信息會被及時地反饋給維修人員或機器人。傳感器使作物、牲畜和農場機器的實時追蹤和診斷成為可能；通過實驗技術手段生產出類似于肉類口感的“素肉”，從而減少肉類的消耗量；自動化技術可以使機器人幫助檢查和維持作物的產量，用于自動化農業生產過程，如收獲、摘采、犁地、土壤維護、除草、種植、灌溉等；工程技術則涉及通過新經濟領域的技術加速農業發展，特別是合成生物學，它可以有效地重新規劃單細胞生物來制造燃料，從有機化學和智能設備中獲得所需要的產品。

未來，還會出現機器人農場和垂直農場。機器人農場由幾十種或數百種農業機器人，以及成千上萬的微型傳感器所構成，在完全沒有人類的干預下，它們一起監測土壤環境、種植植被，并獲取作物。垂直農場是城市農業的自然延伸，它主要借助于玻璃房，利用節能照明來增加自然光，從而直接在城市的摩天大樓內培育動植物，這些新形態的農業科技將會為農業發展帶來信心和曙光。

荷蘭農場

各國的農業現代化之路

荷蘭：科研與生產的結合是第一生產力

荷蘭的面積和人口均相當于我國重慶市的一半，但荷蘭卻是位列美國和法國之后的世界第三大農產品出口國。事實上，荷蘭只有2%的人口直接從事農業。

荷蘭農業的最大特點是科研與生產的緊密結合，科技成果能夠較好地轉化成生產力。荷蘭瓦赫寧根大學的農業教授魯迪·拉賓日介紹，農業研究所的專家們往往與基層試驗站的推廣人員保持密切聯系，有的本身就兼任試驗站的負責人，這使得應用研究不會脫離生產實際。值得一提的是，自20世紀70年代以來，試驗站逐步從完全依賴政府資金轉為公私合營，目前其經費至少一半來自農戶，其負責決策的成員也有一半是農民。這意味著試驗站的工作必須圍繞一個中心展開，那就是盡可能使科技成果轉化為農民的實際收益，而不是“為科研而科研”。

在荷蘭的農業科技推廣中，農業咨詢公司和生產資料公司的技術服務部門的作用也不可小覷。這類公司分工很細，從牲畜飼料到作物育種，農民有任何問題都能找到相關公司進行技術咨詢或要求上門服務，公司根據服務項目收取費用。此外，由于互聯網的普及，近年來荷蘭農業科技傳播更加迅捷。許多農民家中都接上了互聯網，可以隨時到農業部或農業協會等網站上了解信息。荷蘭的農業教育從初級職業教育到大學教育一應俱全，隨著科技更新的加快，農民接受終身培訓在荷蘭已成為現實。荷蘭的農業成人教育十分成功，各地區的農業教育培訓中心完全向社會開放，開設不同層次、不同領域的課程，不同時間的授課。在這樣的大環境下，農民的進修激情高漲，受過高等教育的人比比皆是，拿到碩士、博士學位的農民也不乏其人。正是由于對科技創新的高度重視，才使得荷蘭從傳統的農業弱國發展為現代農業強國。

美國：IT系統助力實現精細化管理

從無人機、商業智能到物聯網，現代農業因為這些新技術的應用大大提升了生產能力，同時也變得更為環保。

Tim Malterer從小就在田地里耕作，是美國的第四代農民。他的很多農業知識來自父母，而父母的知識來自于祖父母，就這樣代代相傳下來。Malterer至今已經有了20多年的實際耕作經驗，他也在世代相傳的這些農耕經驗中受益匪淺。他現在開始認識到計算機在農耕知識方面可能更有優勢，以物聯網為基礎，農業正在形成基于傳感器和各種監控的生態系統。去年，他在為自己的玉米施氮肥時，考慮了各種因素（包括降雨和土壤條件），準備每英畝施氮肥20—30磅，但他使用的The Climate公司一個名為Nitrogen Advisor（氮顧問）的分析工具推薦每英畝40—50磅?！霸诮^大多數時候，我們都會接受這些工具的推薦。我們和我們父母掌握的那些直覺和實際經驗只能算基礎知識，而新的技術給我們提供了更有針對性的方法。”Malterer說。有些地塊上他會根據自己的經驗，而有些土地上他會接受軟件的建議。到了收獲季節，采用了軟件推薦量的土地產量明顯要高一些?！斑@么做我們的前期投入要高些，但回報明顯也更高?！盡alterer說。

實際上，越來越多的農民正在使用復雜的IT系統來幫助他們耕作。先進的分析工具和復雜的軟件可以更好地幫助人們對農業生產進行合理的規劃和管理。目前一些高端技術，比如衛星圖像和無人駕駛飛機已經陸續開始使用，不久機器人也將進入農業，越來越多的新技術開始進入農業領域，使農場實現更精細化的管理。

用于農田灌溉的無人機

技術正在改變傳統農業，使糧食生產更有效率，作物產量更高，也使農民以更環保的方式進行農業生產。在農業領域，IT還有很大的機會來改變農場的經營和日常管理。隨著全球人口數量持續走高，饑餓已經越來越成為一個巨大的挑戰，在這樣的背景之下，利用各種IT技術來增加產量，同時降低對資源的消耗，既有助于提供更多的食物來滿足人類所需，同時也能更好地保護我們的環境。

“IT技術的應用最直接的意義是確保糧食安全，這事關我們每一個人?！泵绹r業部國家食品和農業研究所所長桑尼·拉馬斯瓦米表示。根據聯合國的統計信息，到2050年，地球要養活全球95億人——這是一個常被引用的數字。然而，在人類對食物總量需求上升的同時，可耕作的農田和水的供應量都在下降，也就是說我們必須在更少的土地上生產出更多的糧食。在這樣的條件下，要保證全球人吃飽真的很難，在全球都一樣，需要采用一些根本性的措施來提高糧食的產量，而且是在上述約束條件之下，此時技術就變得極為重要。糧食生產的計算機化是農業幾千年來發生的最重要的技術革命之一，在之前是機械犁的發明。這些計算機不僅幫助農民提高了生產效率，提升了管理水平，同時也獲得了之前從來沒有過的寶貴數據。隨著計算機變得更加專業，并與GPS技術相結合，農民們能夠對他們的車輛行進路線進行精確控制，從而能在特定地點播下指定數量的植物種子。

34歲的Aaron Ault從小在農場里長大，也是美國第四代農民。他在印第安納州擁有約3000畝土地，種有玉米、大豆，還養了3000頭牛。他親身經歷了計算機給農業所帶來的變化，Aaron Ault還記得很多農民用一張作物產量圖來記錄各個地塊的產量，這張圖上會記錄每個地塊的產量，據此了解今年的收成如何，除此之外，這張圖就沒有其他的價值了。“現如今可以通過與GPS結合，我們就可以確切知道各個地塊的產量，從而優化明年的生產安排。”Aaron Ault介紹說。

農業經營者學會了如何利用IT技術，并把它們與更新的其他技術結合來取得實際的回報。比如，農民正在和其他專業人士一樣，借助大數據分析和云計算技術，對所獲取的那些數據以前所未有的方式進行存儲、組合和分析。這賦予他們新的能力，這種能力不僅幫助他們做出更好的決策，同時也讓他們在更精細的級別上來解決問題，比如他們的規劃不只是就整個農場，而是可以具體到每畝甚至具體到某1平方米的土地。這意味著農民可以根據土壤條件、水和其他因素詳細規劃他們種植什么、種多少以及種在哪里。他們還可以更有針對性地使用水、營養素和其他物質，從而減少浪費，以減少對環境的影響。

利用農業數據精準記錄種子生長情況

精準數據傾力打造未來的生態大農業

在農業世界，一些世界知名的公司扮演了IT技術引領者的角色。迪爾（Deere & Co.）有限公司是約翰·迪爾品牌機械的制造商迪爾公司車載應用總經理Ron Zink介紹說，出于監控設備運行狀況、方便維修的目的，迪爾公司在20世紀70年代末期首次在其收割機和拖拉機上裝備計算機。從那時開始，約翰迪爾的計算機系統一直在不斷改進和完善。在90年代后期，迪爾在它所有的設備中配備了計算機系統，其中連接各個控制模塊的數據總線為控制噴霧機、打包機、播種機創建了一個生態系統。后來有一些新的技術公司加入進來，幫助農民實踐今天所說的精準農業。迪爾公司的產品包括 AutoTrac GPS 輔助控制轉向系統，它讓設備操作員可以雙手離開方向盤；JD Link使機械設備可自動將地塊上的數據上載到云端，同時允許農民把播種或施肥指令以及其他操作信息下載到機械設備中；Machine Sync通過使用GPS數據在衛星照片生成地圖，以提高種植、播種、噴涂和營養效果。精準農業是農業領域最重要的技術進步，它不僅將成為制造行業的未來，而且也將成為未來世界農業發展的指南針。

在精準農業領域另一個熟悉的名字是Land O'Lakes公司，這家位于明尼蘇達州的食品制造商是美國第二大采用會員制的農業合作社。公司副總裁、CIO Michael Macrie介紹說，Land O'Lakes的目標是提高產量，同時最大程度地保護環境。為此，Land O'Lakes于2010年開始涉足數字農業，公司開發和部署各種技術，用來幫助糧食生產者更有效、更低成本，同時更可持續地進行生產。今天，Land O'Lakes提供的很多技術都涉及農業服務。例如，其R7精準農業工具分析大量的數據點，如種子的生長記錄和衛星圖像，以確定哪些種子在哪些地塊生長得最好。今年，Land O'Lakes還發布了R7地塊監測系統，該系統通過分析衛星圖像來發現有問題的區域并將報警信息發送給農民，同時還可以準確定位問題區域，從而避免了浪費。該工具讓種植者能及時發現他們以前通過步行或駕車難以發現的問題，因而管理范圍可能達數千英畝。雖然農民也可以自己發現哪塊土地出了問題，但這個系統會比人快得多，從而為農民盡早采取行動贏得時間。

云計算允許農民和其他農業專家可以存儲海量的數據，這些數據可以來自各種數據源，例如農場、氣象衛星、歷史記錄、土樣、學術研究實驗室和農業公司。其他推動因素還包括高速互聯網服務和移動技術的進步，它們讓農民需要實時訪問和共享數據時保持與數據源的連接，即使他們正在地頭操作設備。大數據和分析工具的崛起也是重要驅動力，現在的農民可以從收集的所有信息中獲得實時洞察，其中GPS發揮了重要作用，它把數據和位置結合了起來。在此之上還有一些更新的技術，如裝有攝像頭的無人駕駛飛機和可以放置在土壤中或者放在一些植物中的傳感器上。