3月23日,今天的農業(yè)已經進入高科技領域,大多數20世紀的農民甚至無法再認出它們。畢竟僅僅在100年前,美國農業(yè)剛剛用內燃機取代畜力。而在過去20年間,全球定位系統(tǒng)(GPS)、電子傳感器以及其他新式工具的出現,已經將農業(yè)進一步推向“科技仙境”。
除了時髦的空調和音響系統(tǒng)外,現代大型拖拉機的封閉艙室內還配備了計算機顯示器,可以顯示 機械性能、農田位置、操作播種機等附帶設備等。今天令人感到驚異的這些技術,還只是未來農業(yè)的開始。自動駕駛機械和無人機將可以自動檢測和治療出現病蟲害 的農作物,這些工具在那些被稱為“精準農業(yè)”的農場中將變得司空見慣。
所有這些高科技產品的最終目的是優(yōu)化農業(yè),無論是從經濟角度還是環(huán)境角度來看。我們只想找到最佳投入量(包括水、化肥、殺蟲劑、燃料以及勞動力等),以便更高效地種植高產作物。
GPS提供超本地化信息
每次至少有3顆軌道衛(wèi)星可參與計算你的距離,幫助GPS提供你在地球上任何地方的精確位置信息。因此,配置有GPS接收器的農業(yè)機械能夠識別它們在農場中的位置,調解操作,以便在這個位置上最大化地提高生產力或效率。
以土壤施肥為例。農民可使用GPS接收器確定預選的農田,并收集其土壤樣本。然后 對樣本進行實驗分析,并建立地理信息系統(tǒng)施肥圖。在本質上,這是一種計算機數據庫程序。利用這類地圖,農民就可精確確定每個取樣農田區(qū)的施肥量。變量技術 (VRT)施肥機可以精確地在農田中噴灑所需肥料。這個過程就是“精準農業(yè)”的典范。
信息、分析與工具
“精準農業(yè)”要求在3個方面取得成功。它需要特定位置信息,比如土壤-肥力圖;它要求對特定位置信息進行理解,并有作出決策的能力;做出決策往往需要計算機的模擬幫助,后者需要利用數學和統(tǒng)計學分析土壤肥力與作物產量之間的可變關系。
最終,農民必須擁有實施管理決策的物理工具。比如,配置有GPS系統(tǒng)的變量技術施肥機可根據每塊農田位置自動調節(jié)施肥量。“精準農業(yè)”的其他例證還包括:根據土壤類型不同,施行不同的播種率;利用傳感器來識別雜草、疾病或害蟲,以便使用最相配的殺蟲劑等。
特定位置信息的作用除了幫助繪制土壤條件地圖和提高產量外,還可利用衛(wèi)星圖片顯示 農作物的健康狀況?,F在,無人機可以收集高度清晰的農作物和農田照片。這些照片通過計算機分析可顯示不同的反射光,據此科學家可了解農作物的健康狀況和土 壤類型等。比如,圖中健康作物呈現清晰的亮色,而有病作物則呈現暗色,這可以被用于確定棉根腐病的存在。將來,農民或只需對感染區(qū)進行治療。無人機的優(yōu)勢 還包括成本低廉、照片細節(jié)清晰等,但有關它們在農業(yè)領域使用的合法性依然在探討中。
自動化
自動導航,即以GPS為基礎的系統(tǒng)可指引拖拉機以更加精確的模式作業(yè),甚至超過真人操作。當前,安全擔憂完全限制了更小機械的無人駕駛潛力。全自動或機器人耕種機械已經開始小規(guī)模地出現在高利潤農業(yè)中,比如葡萄、苗圃作物、某些水果和蔬菜等。
自動機械可以取代人類,完成更加繁瑣的任務,比如手工收割蔬菜。他們利用傳感技術,包括機械視覺,可檢測位置、莖葉大小等信息,然后在作業(yè)過程中通知機械。日本已經成為這一領域的領導者。日本農業(yè)往往被劃分成更小的田塊,該國也是機器人技術也處于世界領先水平。但是自動機械在美國也正在崛起,特別是加州,那里有美國許多特產作物。
飛行機器人的發(fā)展將導致當前大多數人類操作的無人機被取代,它們擁有機械視覺和類 似人手的鉗子。許多偵察任務,比如病蟲害,要求人走到很遠的地方,獲取代表植物的葉片,然后反復查看其是否存在病蟲害。研究人員正開發(fā)一種技術,可以利用 飛行機器人執(zhí)行這些任務,無需人類參與。
育種+傳感器+機器人
高通量植物表型(HTPP)是一種未來化“精準農業(yè)”技術,它是遺傳學、傳感器以 及機器人的結合體。它可被用于研發(fā)新的作物品種,或提高作物營養(yǎng)含量、耐抗旱以及抗病蟲害的能力。HTPP技術采用多個傳感器測量植物的重要物理數據,比 如高度、葉片數量、大小、形狀、角度、顏色、枯萎程度、莖厚、結果數量等。這些都屬于表型特征,也是植物遺傳代碼的物理表達??茖W家可以將這些數據與特定 植物的已知遺傳數據對比。
再加上傳感器,科學家可以非常迅速地獲得成千上萬種植物的表型特征,育種學家和遺傳學家可據此決定哪些品種將被排除,哪些可進一步測試,這將大大加速農作物改良的進程。
過去20年間,農業(yè)生產領域已經發(fā)生巨變。很難想象未來數年內,其將發(fā)展到何種程 度。但是農業(yè)高科技創(chuàng)新的步伐只會越來越大。如果10年后看到這樣一幕,請不必感到驚訝:你沿著高速公路駕車行駛,看到有小型直升機在農田上空飛行,并降 落到農作物身上,利用機器鉗子采摘葉片、利用照相機和機械視覺查看病蟲害,隨后重新起飛查看其他農作物。(風帆)