設施農業(yè)顛覆傳統(tǒng)農業(yè)11種路徑

狹義的設施農業(yè)指設施種植，通常也稱為設施園藝或設施栽培。設施農業(yè)是集生物工程、農業(yè)工程、環(huán)境工程為一體的跨部門、多學科的系統(tǒng)工程，指借助一定的硬件設施對作物生長的全部或部分階段所需的環(huán)境條件（如光、溫、水、肥、氣等）進行調節(jié)、控制或者創(chuàng)造，使植物地上部和根部環(huán)境得以改善，提高作物光能利用率，進而增加作物產量、改善作物品質、延長作物生長季節(jié)，并使作物在露地不能生長的季節(jié)和環(huán)境中能正常生長。

1、植物工廠技術

植物工廠是繼溫室栽培之后發(fā)展的一種高度專業(yè)化、現(xiàn)代化的設施農業(yè)。它與溫室生產不同點在于，完全擺脫大田生產條件下自然條件和氣候的制約，應用現(xiàn)代先進設備，完全由人工控制環(huán)境條件，全年均衡供應農產品。

植物工廠的核心技術裝備包括四個方面，即立體多層無土栽培技術裝備、人工光照明技術裝備、智能環(huán)境控制技術裝備、植物生產空間自動化管控技術裝備。近幾年，這些核心技術裝備得到了很大的發(fā)展，正在被逐漸地標準化和大規(guī)模應用。植物工廠的結構設計、功能分區(qū)、各區(qū)域密閉性保證都很重要，直接關系到植物工廠初裝成本和運行成本及能耗，也關系著生產效率。

目前，高效益的植物工廠在某些發(fā)達國家發(fā)展迅速，初步實現(xiàn)了工廠化生產蔬菜、食用菌和名貴花木等。美國正在研究利用“植物工廠”種植小麥、水稻以及進行植物組織培養(yǎng)和快繁、脫毒。由于這種植物工廠的作物生產環(huán)境不受外界氣候等條件影響，蔬菜如生菜種苗移栽2周后，即可收獲，全年收獲產品20茬以上，蔬菜年產量是露地栽培的數(shù)十倍，是溫室栽培的10倍以上。此外，在植物工廠可實現(xiàn)無土栽培，不用農藥，能生產無污染的蔬菜等。目前，世界上只有28個植物工廠，由于設備投資大，耗電多（占生產成本50%以上），因此研究降低成本是今后主要課題。

2、植物組織培養(yǎng)

植物的組織培養(yǎng)廣義又叫離體培養(yǎng)，指從植物體分離出符合需要的組織、器官或細胞，原生質體等，通過無菌操作，在無菌條件下接種在含有各種營養(yǎng)物質及植物激素的培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)以獲得再生的完整植株或生產具有經(jīng)濟價值的其他產品的技術。狹義是指組培指用植物各部分組織，如形成層、薄壁組織、葉肉組織、胚乳等進行培養(yǎng)獲得再生植株，也指在培養(yǎng)過程中從各器官上產生愈傷組織的培養(yǎng)，愈傷組織再經(jīng)過再分化形成再生植物。

植物組織培養(yǎng)技術主要適用于，在植物育種上的應用、在植物有用產物生產上的應用、在植物種質資源保存和交換上的應用及在植物脫毒和快速繁殖上的應用，其中植物脫毒和離體快速繁殖是目前植物組織培養(yǎng)應用最多、最有效的一個方面。

很多農用物都帶有病毒, 特別是無性繁殖植物, 如馬鈴薯、甘薯、草莓、大蒜等。但是，感病植株并非每個部位都帶有病毒，科學家早在1943年就發(fā)現(xiàn)植物生長點附近的病毒濃度很低甚至無病毒。如果利用組織培養(yǎng)方法，取一定大小的莖尖進行培養(yǎng)，再生的植株有可能不帶病毒，從而獲得脫病毒苗，再用脫毒苗進行繁殖，則種植的作物就不會或極少發(fā)生病毒。

3、水肥一體化技術

水肥一體化技術作為將灌溉與施肥兩者合二為一的農業(yè)新技術，是借助壓力灌溉系統(tǒng)，將可溶性固體肥料或液體肥料配兌而成的肥液與灌溉水一起，均勻、準確地輸送到作物根部土壤。采用灌溉施肥技術，可按照作物生長需求，進行全生育期需求設計，把水分和養(yǎng)分定量、定時，按比例直接提供給作物。

其應用領域涉及到農田灌溉、作物栽培和土壤耕作等多方面，水肥一體化的核心技術包括四個方面，即滴灌系統(tǒng)搭建、施肥系統(tǒng)搭建、適宜肥料種類選擇及灌溉施肥的操作。水肥一體化技術是一項先進的節(jié)本增效的實用技術，在有條件的農區(qū)只要前期的投資解決，又有技術力量支持，推廣應用起來將成為助農增收的一項有效措施。

4、無土栽培技術

無土栽培技術是隨著溫室生產發(fā)展而研究采用的一種最新栽培方式。由于它所用的基質營養(yǎng)液或無基質營養(yǎng)液中完全具有、甚至超過土壤所供給的各種營養(yǎng)物質，因此更有利于各類作物的生長發(fā)育。目前世界上已有100多個國家將無土栽培技術用于溫室生產。

無土栽培是現(xiàn)代設施農業(yè)中最常采用的栽培方式?？梢苑譃榛|栽培、水培、霧培和有機生態(tài)型無土栽培等方式。從資源的角度看，耕地是一種極為寶貴的、不可再生的資源。由于無土栽培可以將許多不可耕地加以開發(fā)利用，所以使得不能再生的耕地資源得到了擴展和補充，這對于緩和及解決地球上日益嚴重的耕地問題，有著深遠的意義。

水資源的問題，也是世界上日益嚴重地威脅人類的生存發(fā)展的大問題。所以控制農業(yè)用水是節(jié)水的措施之一，而無土栽培，避免了水分大量的滲漏和流失，使得難以再生的水資源得到補償。它必將成為節(jié)水型農業(yè)、旱區(qū)農業(yè)的必由之路。

5、農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，即通過各種儀器儀表實時顯示或作為自動控制的參變量參與到自動控制中的物聯(lián)網(wǎng)?？梢詾闇厥揖珳收{控提供科學依據(jù)，達到增產、改善品質、調節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟效益的目的。

大棚控制系統(tǒng)中，運用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、PH值傳感器、光照度傳感器、CO2傳感器等設備，檢測環(huán)境中的溫度、相對濕度、PH值、光照強度、土壤養(yǎng)分、CO₂濃度等物理量參數(shù)，保證農作物有一個良好的、適宜的生長環(huán)境。遠程控制的實現(xiàn)使技術人員在辦公室就能對多個大棚的環(huán)境進行監(jiān)測控制。采用無線網(wǎng)絡來測量獲得作物生長的最佳條件。

由于這項技術能有效提高農業(yè)資源的利用效率，比如智能灌溉、水肥一體化等，發(fā)展農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也將有利于推動我國農業(yè)的綠色發(fā)展，保護生態(tài)環(huán)境。未來我國農業(yè)規(guī)?；l(fā)展、居民消費升級等都將從需求方面為農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供有力推動。未來我國農業(yè)規(guī)?；⑵髽I(yè)化經(jīng)營將得到加速發(fā)展，這樣會催生出一大批新的經(jīng)營主體，在對農業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的服務提出更高需求的同時，也將為接受或參與實施農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供重要支持。

6、室內垂直種植

室內垂直種植可以提高作物產量，克服有限的土地面積，甚至通過減少供應鏈中的移動距離來減少農業(yè)生產對環(huán)境的影響。室內垂直種植，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業(yè)中得以應用。垂直種植的獨特之處在于，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、獲取最大化作物產量，室內垂直種植的優(yōu)勢是顯而易見的。室內垂直種植可以通過控制光照、濕度和水分等變量，精準地管理測算全年的生產情況，以可靠的生產收獲來保障提升食物產量;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。室內垂直種植可以利用機器人進行收獲、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，從而解決當前農業(yè)勞動力短缺帶來的挑戰(zhàn)問題。

7、農業(yè)自動化

農業(yè)自動化技術，通常與“智能農業(yè)”關聯(lián)在一起，它是一種使農業(yè)更有效率、使作物種植或牲畜養(yǎng)殖各循環(huán)生產環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化的技術。越來越多的企業(yè)正在致力于機器人技術創(chuàng)新，研發(fā)無人機、自主式拖拉機、機器人收獲機、自動灌溉技術和播種機器人等。盡管這些技術相當新，但越來越多的傳統(tǒng)農業(yè)生產者已經(jīng)將這些自動化技術應用到農業(yè)生產過程之中。

從機器人、無人機到計算機視覺軟件等，這些技術的新發(fā)展已經(jīng)徹底改變了農業(yè)生產方式。農業(yè)自動化的主要目標是將一些比較簡單的、通常的生產環(huán)節(jié)自動化，目前最為普遍應用的一些自動化技術，主要包括：收獲自動化、自主式拖拉機、播種和除草自動化，還有無人機等。農業(yè)自動化技術可以應對諸如農業(yè)勞動力短缺、改變消費者偏好等一些主要問題，傳統(tǒng)農業(yè)實現(xiàn)自動化，在應對消費者偏好、勞動力短缺和農業(yè)生產的環(huán)境影響等問題中，彰顯其里程碑式的重大意義。

8、現(xiàn)代溫室

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

當今，在很大程度上，由于最近日益發(fā)展的技術的巨大進步，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。

目前，整個全球溫室產品市場，每年生產近3500億美元的蔬菜。隨著市場的急劇增長，近年來，溫室產業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出一些明顯的發(fā)展趨勢。現(xiàn)代溫室的技術含量越來越高，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。成功的溫室產業(yè)企業(yè)，正在大幅度擴大規(guī)模，并將其日益增長的溫室設施建設，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?shù)厥澄锂a品的需求。為了實現(xiàn)這些宏偉目標，溫室產業(yè)正在注入越來越多的資本，利用風險投資和其他資源，擴大市場競爭中必要的基礎設施建設。

9、精準農業(yè)

農業(yè)生產正在經(jīng)歷著一場變革——技術正在成為每個商業(yè)農場都不可或缺的一部分。新出現(xiàn)的精準農業(yè)企業(yè)正在開發(fā)一些新的生產技術，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量。作為精準農業(yè)，在作物栽培和生產過程中采用更為精準的生產技術，可以提高農業(yè)生產效率，同時也增加了管理成本。

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

10、區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈對所有權記錄的跟蹤功能和抗篡改功能，可用于解決當前食品系統(tǒng)中的食品欺詐、安全召回、供應鏈低效和可追溯性等緊迫問題。區(qū)塊鏈獨特的分散結構，確保經(jīng)過驗證的產品及其生產和處理過程，能夠創(chuàng)造出一個透明的優(yōu)質產品市場。食品質量的可追溯性一直是最近食品安全討論的焦點，特別是隨著區(qū)塊鏈應用的新進展，這一點更為大家所關注。由于食品的易腐性，就食品產業(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鏈來說是至關重要的。但是，目前的食品生態(tài)系統(tǒng)內的信息溝通狀況，使可追溯性成為一項非常耗時的任務，因為其信息的跟蹤仍然依靠線下紙質信息來進行。區(qū)塊鏈的結構，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，從而創(chuàng)建一個負責任的和可追蹤的系統(tǒng)，使帶有明確所有權身份標簽的大量數(shù)據(jù)點可以及時得以記錄，而且無法更改;這樣一來，就可以對食物從農場到餐桌的整個旅程，實現(xiàn)實時監(jiān)控了。

區(qū)塊鏈在食品領域中的應用，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)絡中建立分類賬目，平衡市場定價，從而提高當前市場價值。傳統(tǒng)的買賣價格形成機制是依賴于當事方的判斷，而不是整個價值鏈提供的信息。擁有對數(shù)據(jù)的訪問權限，就可以掌握供需市場的整體情況。區(qū)塊鏈在貿易中的應用，將使傳統(tǒng)的商品貿易，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鏈上的每個人，都能安全地分享每條已驗證的交易記錄，從而創(chuàng)造一個極其透明的交易市場。

11、人工智能

數(shù)字農業(yè)及其相關技術的興起，為數(shù)字技術的應用創(chuàng)造了大量的新機遇。遠程傳感器、衛(wèi)星和無人機可以在整個領域內每天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，農業(yè)生產者就可以通過先進技術(如遙感)更好地了解掌握生產現(xiàn)場的實際情況，比僅靠肉眼、徒步或駕車檢查了解到的還要更多、更快、更準確。

遠程傳感器，可以使計算程序將一個領域環(huán)境的具體情況表述和解釋為一系列的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)則可以被農業(yè)生產者用來做生產決策。計算程序處理這些數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行自適應和積累學習，收集輸入的統(tǒng)計信息越多，該計算程序就越能更好地預測一系列的結果，其目的是讓農業(yè)生產者，利用這種人工智能，做出更好的生產決策，來實現(xiàn)更好的收獲目標。