根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）的數(shù)據(jù)，到2050年，要養(yǎng)活全球91億人口，需要將糧食總產(chǎn)量提高約70%。因此，在未來大約25年內(nèi)，全球糧食產(chǎn)量需要增加近一倍，才能養(yǎng)活近100億人口，然而全球目前仍有約7.33億人面臨饑餓問題。隨著全球糧食需求持續(xù)增長，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率必須在盡可能提升的同時(shí)，盡量減少對(duì)環(huán)境的影響。對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響終將導(dǎo)致可耕地減少、脆弱且必要的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，并使當(dāng)?shù)鼐用癖┞队谖ｋU(xiǎn)污染物中，加劇疾病的發(fā)生。

農(nóng)業(yè)技術(shù)（agritech）是全球清潔技術(shù)倡議中的一小部分，但卻是非常關(guān)鍵的組成部分之一。本文將在減少污染和環(huán)境影響的技術(shù)（即清潔技術(shù)）框架內(nèi)，探討農(nóng)業(yè)技術(shù)的新進(jìn)展。

全球農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀與趨勢(shì)

根據(jù)FAO的數(shù)，全球用于農(nóng)業(yè)的土地面積約為50億公頃，占全球可利用土地面積約38%。其中，約三分之一的土地用作耕地，另外三分之二則是草場和牧場。雖然糧食需求持續(xù)增長，但人均耕地面積卻在下降：從1961年到2016年，全球人均耕地面積減少了超過一半。在全球人口增長的背景下，這種下降趨勢(shì)不是一個(gè)好現(xiàn)象，它讓全球糧食安全問題更加不容樂觀。此外，落后的農(nóng)業(yè)實(shí)踐也可能損害環(huán)境，并減少全球可用于糧食生產(chǎn)的資源。

要滿足未來的糧食需求，我們迫切需要積極改變農(nóng)業(yè)實(shí)踐的效率與可持續(xù)性。這項(xiàng)由全球各國政府支持的新倡議，將使全球農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔化，并順應(yīng)其他眾多清潔技術(shù)倡議。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)清潔化的一大關(guān)鍵點(diǎn)在于提升效率，這直接影響到技術(shù)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響，而農(nóng)業(yè)恰恰又是一項(xiàng)高度依賴人類的技術(shù)領(lǐng)域。通過多管齊下的努力來提升效率與清潔度，將使農(nóng)業(yè)以及全球糧食供應(yīng)的未來充滿光明。

農(nóng)業(yè)清潔技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

農(nóng)業(yè)技術(shù)的許多方面都沿襲了傳統(tǒng)的趨勢(shì)和觀念，過分強(qiáng)調(diào)產(chǎn)量而忽視了其他因素，致使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)和實(shí)踐耗盡了耕地的養(yǎng)分，迫使農(nóng)民采取人工添加養(yǎng)分的措施。此外，這些傳統(tǒng)實(shí)踐還涉及使用化學(xué)農(nóng)藥和其他病害防治方法，盡管這些方法在減少病蟲害方面確實(shí)有效，但其影響遠(yuǎn)不止于提高產(chǎn)量。這些農(nóng)藥和病害防治方法在生產(chǎn)、分銷和清理的過程中還帶來了環(huán)境影響問題，并且貫穿從原材料生產(chǎn)到農(nóng)田應(yīng)用的整個(gè)過程。

農(nóng)用設(shè)備是另一個(gè)可以通過清潔技術(shù)大幅改進(jìn)的領(lǐng)域。傳統(tǒng)農(nóng)用設(shè)備主要依賴內(nèi)燃機(jī)和化石燃料來實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)、運(yùn)輸、加熱和加工。這些功能通常都是高能耗活動(dòng)，因而致使這些環(huán)節(jié)成為了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)污染和碳足跡的主要來源。

可持續(xù)農(nóng)業(yè)方法與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

近年來，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的新方法開始更加注重土壤的健康與質(zhì)量，而非僅僅將其視為植物生長的物理基質(zhì)。許多可持續(xù)農(nóng)業(yè)方法都應(yīng)運(yùn)而生，如再生農(nóng)業(yè)、生物密集型農(nóng)業(yè)以及減少耕作。還有一些可持續(xù)農(nóng)業(yè)做法則完全避免占用耕地，例如室內(nèi)垂直農(nóng)場、飼料加工廠、氣霧栽培、魚菜共生和傳統(tǒng)溫室。

再生農(nóng)業(yè)與生物密集型農(nóng)業(yè)

再生農(nóng)業(yè)涵蓋了多種旨在恢復(fù)和改善土壤健康、水質(zhì)和空氣質(zhì)量的耕作和放牧方法。許多此類方法都與當(dāng)前普遍采用的工業(yè)化農(nóng)業(yè)方法有顯著差異，例如盡量減少耕作，乃至完全避免耕作。雖然耕作可能帶來一些有益效果，但它也可能對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、水分滲透/保持、抗侵蝕能力和根系發(fā)育產(chǎn)生負(fù)面影響。種植覆蓋作物的做法也日益普及，人們正努力提升其效率和經(jīng)濟(jì)效益。

通過合理搭配植物種類、覆蓋作物與輪作技術(shù)，可以改良土壤，并打破病蟲害的循環(huán)。雖然覆蓋作物種植和輪作并非新方法，但優(yōu)化植物種類選擇正是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方法的組成部分之一，這不僅是為了提高主要經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量，更是為了達(dá)到特定的土壤健康指標(biāo)，甚至防治特定蟲害。一些覆蓋作物或輪作方法不再需要在播種前翻耕或清理土地，而是采用了將輪作作物或覆蓋作物推倒作為原地堆肥的方法。

生物密集型農(nóng)業(yè)是另一種可持續(xù)農(nóng)業(yè)模式，通過采用多種再生農(nóng)業(yè)方法，并同時(shí)協(xié)調(diào)利用所有可用土地來提高作物產(chǎn)量、土壤肥力和生物多樣性。將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方法與溫室、種植床等技術(shù)相結(jié)合，可有效防治蟲害，同時(shí)盡可能減小環(huán)境影響，甚至可能產(chǎn)生凈正向環(huán)境效益。

其中一種方法是利用特定植物種類來預(yù)防病蟲害，就是在易感作物周圍種植能夠驅(qū)趕特定蟲害的植物。這些方法不僅可以消除對(duì)農(nóng)藥的需求，還有助于改良土壤并實(shí)現(xiàn)其他目標(biāo)，如提升當(dāng)?shù)孛鄯涞葌鞣劾ハx的種群數(shù)量。

室內(nèi)垂直農(nóng)場、氣霧栽培和魚菜共生

優(yōu)化可用土地的產(chǎn)量（甚至利用不適合種植作物的土地）的一種方法是采用溫室或室內(nèi)種植技術(shù)。傳統(tǒng)溫室本質(zhì)上就是模擬戶外種植方法，而新型的溫室或室內(nèi)種植技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)比戶外種植方法更高的產(chǎn)量和作物質(zhì)量。此外，溫室和室內(nèi)種植方法〔如垂直農(nóng)業(yè)、氣霧栽培和魚菜共生〕能有效保護(hù)作物免受病蟲害侵襲，從而無需再采取可能影響產(chǎn)量和效率的病蟲害防治方法。

垂直農(nóng)場可顯著提高單位面積產(chǎn)量，并在特定區(qū)域內(nèi)種植更多樣化的作物。氣霧栽培和魚菜共生則是利用工程化基質(zhì)（如氣霧栽培中的簡單支撐結(jié)構(gòu)）來種植作物，并將營養(yǎng)物質(zhì)直接輸送到植物根系，而非噴灑在土壤表面，這些做法都是對(duì)傳統(tǒng)地栽的改進(jìn)。這些方法都需要為植物制備豐富的營養(yǎng)來源，而魚菜共生自身就可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。該技術(shù)采用循環(huán)流動(dòng)的水，在水生動(dòng)物環(huán)境中喂養(yǎng)動(dòng)物，隨后提取動(dòng)物排泄物中的營養(yǎng)物質(zhì)，再輸送給植物。

物聯(lián)網(wǎng)解決方案在農(nóng)業(yè)、農(nóng)場自動(dòng)化和電氣化領(lǐng)域的應(yīng)用

與工業(yè)制造、加工和物流領(lǐng)域中探索的工廠自動(dòng)化及其他數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法類似，農(nóng)業(yè)和農(nóng)場應(yīng)用也正在通過大量互聯(lián)傳感器、信息技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和其他自動(dòng)化系統(tǒng)得到增強(qiáng)。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋導(dǎo)航與追蹤傳感器，以及更先進(jìn)的傳感器套件。這些套件可通過視覺或紅外攝像頭、熱傳感器、電磁傳感器、雷達(dá)、分布式土壤健康監(jiān)測系統(tǒng)或其他方法，對(duì)作物或牲畜的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測。

機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化系統(tǒng)〔如自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）〕已用于更高效地監(jiān)測農(nóng)作物和牲畜的健康狀況和活動(dòng)。例如，使用自主無人機(jī)定期飛越農(nóng)作物，并將攝像頭拍攝的圖像傳輸?shù)綄?shí)時(shí)邊緣處理系統(tǒng)或云機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）和人工智能（AI）服務(wù)，就可以監(jiān)測農(nóng)作物的生命體征并檢測雜草和害蟲。另一個(gè)例子是開發(fā)可安裝在農(nóng)用拖拉機(jī)上的自動(dòng)化除草系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通過激光陣列蒸發(fā)雜草幼苗，在雜草生長的早期階段即可將其消滅。其他類似的蟲害防治系統(tǒng)也正在開發(fā)的過程中。

這些自主分布式傳感器必須與先進(jìn)的軟件套件和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的管理系統(tǒng)相結(jié)合，才能在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮作用。通過自動(dòng)化控制，農(nóng)民可以擺脫大量繁瑣的手工操作，專注于質(zhì)量優(yōu)化和創(chuàng)新。

例如，部分奶牛養(yǎng)殖戶已采用訓(xùn)練奶牛的方法，讓它們與自動(dòng)化清潔和擠奶系統(tǒng)互動(dòng)，這樣奶牛就可以自主選擇擠奶時(shí)間，而不必被迫遵循擠奶工的時(shí)間表。這些系統(tǒng)已經(jīng)展現(xiàn)出提高產(chǎn)量、提升奶質(zhì)以及全面改善奶牛健康狀況的能力。針對(duì)動(dòng)物的自動(dòng)化喂食系統(tǒng)可根據(jù)自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)揭示的動(dòng)物當(dāng)前狀態(tài)，為特定動(dòng)物或動(dòng)物群體提供優(yōu)化配制的飼料。

這些概念也可用于作物或牲畜的早期疾病檢測。若借助先進(jìn)的ML/AI，甚至還能夠可靠地預(yù)測某些疾病，從而采取預(yù)防措施。在某些情況下，預(yù)測和預(yù)防疾病比治療或承受作物或牲畜生產(chǎn)力的損失更有效，對(duì)環(huán)境的影響也更小。疾病治療領(lǐng)域的創(chuàng)新，例如使用聲脈沖技術(shù)（APT）治療牛乳腺炎，甚至可以減少或避免使用抗生素。減少抗生素使用有助于遏制耐藥性病原體日益嚴(yán)峻的威脅。

部分此類方法可以歸類為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，這主要是一種以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的資源管理策略。例如，借助實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，可以將農(nóng)機(jī)行駛軌跡限制在預(yù)設(shè)的行進(jìn)通道內(nèi)，防止因農(nóng)機(jī)隨意行駛而導(dǎo)致土壤出現(xiàn)壓實(shí)、排水不暢和結(jié)構(gòu)破壞等損害。這些數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法可以優(yōu)化用水效率，從而顯著節(jié)約用水，并防止漫灌等傳統(tǒng)方法中常見的過度灌溉現(xiàn)象。其他新的灌溉方法包括微滴灌和使用處理過的廢水輸送養(yǎng)分，以減少對(duì)淡水資源的需求。

大多數(shù)傳統(tǒng)農(nóng)用設(shè)備都采用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)來驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸和作業(yè)機(jī)械。此外，天然氣和煤油長期以來也一直用于供熱。即使是電氣化機(jī)械，歷史上大多數(shù)電能也來自化石燃料，并通過龐大的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施高效傳輸?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施和農(nóng)場正越來越多地采用風(fēng)能和太陽能，以減少對(duì)化石燃料和可靠性及穩(wěn)定性不足的電網(wǎng)系統(tǒng)的依賴。

采用可持續(xù)且本地化的能源發(fā)電，并結(jié)合電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能和鹽電池儲(chǔ)能等技術(shù)，可大幅降低電力傳輸過程中的能量損耗，甚至使部分農(nóng)業(yè)設(shè)施實(shí)現(xiàn)能源自給自足。利用可再生能源，結(jié)合電氣化農(nóng)用設(shè)備和系統(tǒng)，可以大幅減少運(yùn)行過程中產(chǎn)生的碳足跡和污染，并顯著提高設(shè)備效率和響應(yīng)速度。有些農(nóng)民甚至在農(nóng)田中安裝太陽能設(shè)施，為喜陰作物提供遮蔭的同時(shí)還能產(chǎn)生可再生能源。

結(jié)語

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)沙掷m(xù)且環(huán)境影響較小的創(chuàng)新需求正在激增。采用更高效、污染更少的農(nóng)業(yè)方法是減少生態(tài)和環(huán)境損害、滿足全球人口增長帶來的日益提升的糧食需求的良好實(shí)踐。