新農民技術貼——機械化的農業未來

科技為何遲遲沒有給農業帶來變革？

高科技與技術的結合讓許多行業煥發了新生。從汽車、通訊到銀行，每個行業都在把他們的技術與最新科技結合。近一二十年我們正在見證著科技創新帶來的便利。正如英國作家馬特·里德利（MattRidley）所說，「人類歷史上從來沒有發生過像今天這樣各種想法的相互碰撞與融合，而這種跨領域的復興才剛剛開始。」

然而，在這股席捲所有的潮流下，農業領域卻不常見到大規模的革新。不得不說，農業錯過了高科技這波風潮。作為農業從業者，我們常常和家人朋友介紹智能灌溉、人工光、感測器等等一些農業新技術。然而，許多人仍然表示，市場上的菜就很好，菜農種出來的菜沒問題，何必那麼麻煩？我們相信醫院、智能手機、汽車背後的技術創新，但我們不相信高科技的方式可以生產出安全的農產品。這是為什麼？

荷蘭國家科技政策研究中心的FransBrom教授說，我們對食物的期望是天然，而不是來自工廠，或跟科技沾邊。農業是歐洲景觀的一部分，散養的家畜，義大利老婦手工製作的橄欖油，這些才符合期望。但這些觀點很大原因是營銷的環境造就的，過去一些科技上的不成熟的行為讓消費者對其喪失了信心，這大概就是第一個原因。

作為第一產業，農業是一個投入高，收益慢的行業。其實，科技和農業的結合併不是沒有出現，環境控制、農業自動化、物聯網、新能源等等，新技術層出不窮，但市場發展的緩慢，對新技術接受程度還不夠，所以認知上也會不太相信，相關內容的傳播也並沒有做好。

為什麼科技是農業的未來？

今年的世界人口日，聯合國報道預測全球人口將在2050年接近百億。在不惡性消耗地球資源的前提下，現有的農業生產方式將無法滿足所有人的需求。顯然，我們需要一種更聰明的方式養活未來的百億人口。目前看起來科技是最有希望的解決方式，我們已經見證了科技為其他行業帶來的變革，科技也將成為農業的未來。

幾千年來，人類在人工開墾的土地上種植作物，錯誤地稱之為「自然」。漸漸發展出農藥和化肥，拖拉機和收割機，傳統的種植方式得到了優化。要想讓農業進入新的階段，就不能延續現有的做法。追本溯源，了解植物的真實需求，更加準確、高效地生產才可以大規模提升產量和資源利用效率。

這種願景能成為現實嗎？這一觀點在農業科技先進的國家已經基本達成了共識，他們甚至認為科技必須成為農業的未來。全世界已經有無數大小規模的發展科技農業的倡議，並且預計還會有更多的。例如，日本政府已經要求改變農業生產，包括東芝、富士通和松下在內的電子巨頭們現在正在利用計算機技術來監測植物工廠里種植的作物。

科技如何餵飽人類？

以有限的資源養活地球，我們需要變得更聰明。現代新農民需要了解作物的生產和分配，農業生產必須以可持續的方式進行，盡量少的消耗自然資源，同時採用更加高效的作業方式。農產品供應鏈也需要轉型，還必須確保農作物價格低廉、安全、營養和美味。

>>>>城市農業

城市農業，顧名思義，城市或城郊的農業，它的特點是空間有限，採用集約生產方式，為當地城市人口提供產品。例如人工光型植物工廠，就可以作為城市農業的一種形式。這其中涉及到信息技術、生物工程、機械工程等領域的技術融合。

雖然現有的生鮮物流已經可以滿足城市中生活的我們，然而我們看不到的是，這條物流鏈背後高昂的代價。

從農場到加工、分配、批發、零售，每一個環節的增加都意味著一部分產品變質，損失，往往最終進入市場的只有總生產量的40%。這無疑給農業生產憑空增加了沉重的負擔，也造成資源的浪費。現代城市農業則最大程度地縮短了供應鏈，不僅可以提供更新鮮的農產品，也是一種更加可持續的生產方式。

城市農業可以做到更精確的環境控制，充分激發植物的潛力。早在上個世紀，科學家們就開始探索植物表象下的秘密，以便了解植物的需求，設計出最佳的種植方式。例如通過研究光和干物質增長之間的數學關係，找出植物每一個生長階段對光照的具體要求，我們可以了解如何使植物發揮出全部的潛力，達到最佳生長狀態。在前面的新農民技術貼系列，我們更詳細地討論過環境控制如何提高農業產量，這裡不再贅述。

>>>>農業機器人

農業機器人近幾年成為了農業領域的熱搜詞，以機器人技術和感測技術為主導的農業技術革命似乎正要拉開序幕。機器人在農業生產上的應用，可以顯著提高產量，並且更加的環境友好。Nature雜誌今年發布了一篇農業機器人的文章，介紹了農業生產中各領域出現的機器人，下面介紹幾個具有代表性的。

在英國哈珀亞當斯大學，農業工程師Richard Green開發了一種草莓採摘機，可以比人工更快地收穫草莓。依靠立體視覺與RGB相機的捕捉，它可以每兩秒摘一顆草莓，而人工每分鐘大約採摘15到20顆草莓。Green的合作夥伴們花費了兩年時間攻克了技術上的難關，目前正在考慮成立一家公司進行該技術在商業上的推廣

提高果蔬採摘效率的另一個關鍵點是採摘的時機。過早地採摘會造成產量上的損失，而過晚則會造成儲藏期成倍的縮短。德國Leibniz研究院的精準農業工程師Manuela Zude Sasse，把感測器連接在蘋果上來檢測其大小和葉綠素、花青素的含量。這些數據經過處理，當果實成熟時，就會在手機上接到通知。Zude Sasse還在梨、柑橘、桃子、香蕉、櫻桃等其他水果上測試這項技術，她說，「如果你可以根據果實發育合理安排最佳的採收期，就可以獲得巨大的經濟效益。」

聯合國糧食及農業組織估計，儘管施用了大約200萬噸殺蟲劑，但每年因病蟲害全球農作物產量損失了20 ~ 40%。農業機器人可以讓農民在施用農藥時更加有針對性，而不是盲目地大面積噴施。根據悉尼大學機器人中心的研究人員的介紹，有針對性地噴施除草劑僅僅需要傳統農藥使用的0.1%。他們研發的機器人原型叫做RIPPA（智能感知和精準作業機器人），可以向雜草噴出微劑量的農藥。RIPPA通過相機識別出雜草，然後定向噴出被激光加熱到95°C的除草劑，雜草就會死亡或者進入休眠。

土壤是農民最豐富的資源，但肥料的過度使用造成了土壤的污染，大型收割機造成地皮損傷，土壤被壓得過於緊實，不僅不利於耕地的重複使用，更加不利於環境。農業機器人可以很好地解決這些問題。

Bonirob（上圖）是一個汽車大小的機器人，裝有多種感測器和計算模型。它可以對土壤進行採樣分析，獲取土壤實時的信息，包括濕度、酸鹼度、磷元素含量等等。有了土壤分析，農民可以了解土壤中缺少哪種元素的肥料，進而有的放矢，避免肥料的過度使用。

除了分析土樣，還有腦洞更大的土壤分析方式。Agribotix公司的科研團隊利用無人機分析土壤的氮含量，公司的作物科學家Jason Barton說，健康的植被比不健康的植被反射更多的近紅外光。通過探測紅光與近紅外光的比例，可以分析出一塊土地是否需要施肥，是農民在施肥時作出明智的決定。這種無人機的使用平均每年每公頃減少了34公斤的氮肥使用，節省107歐元，約合人民幣835元。

大規模的農田中常用大型笨重的農業機械進行作業，以達到更高效的生產。一些最重的機器重達60多噸，它們往往比頂級跑車還要貴，還會留下多年無法消弭的土壤壓實痕迹。如果要擺脫這種大型機器對土壤的傷害，就需要一輛可以覆蓋儘可能大的作業面積的機器。荷蘭瓦赫寧根大學的農業工程學家Eldert van Henten說，一旦這些機械不需要人來駕駛，它的大小就無關緊要了。小型自主機器人可以在不破壞土壤的情況下大面積的自主作業。

今年四月份，英國哈珀亞當斯大學展開了一項實驗，計劃一片農田從種植到收穫的全過程沒有人進入農田。這項實驗對現有的農業設備進行改良，比如拖拉機，利用這些改良設備進行自主作業。他們的目標是發展出一個可以作為未來機器人「大腦」的軟體。

「機器人可以促成一種新的農業生產方式，」van Henten說。這些顛覆性技術許多目前仍然在開發階段，它們可能還沒有為黃金時期做好準備，但農業技術革命即將到來。幾個世紀以來，人們不斷的採用新技術增加農業產量。近20年科技超高速發展，未來也必將給農業帶來大的飛躍，相信這種飛躍不僅僅體現在產量的增加，更有品質、種類、和生產方式的提升。

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