设施农业颠覆传统农业11种路径

狭义的设施农业指设施种植，通常也称为设施园艺或设施栽培。设施农业是集生物工程、农业工程、环境工程为一体的跨部门、多学科的系统工程，指借助一定的硬件设施对作物生长的全部或部分阶段所需的环境条件（如光、温、水、肥、气等）进行调节、控制或者创造，使植物地上部和根部环境得以改善，提高作物光能利用率，进而增加作物产量、改善作物品质、延长作物生长季节，并使作物在露地不能生长的季节和环境中能正常生长。

1、植物工厂技术

植物工厂是继温室栽培之后发展的一种高度专业化、现代化的设施农业。它与温室生产不同点在于，完全摆脱大田生产条件下自然条件和气候的制约，应用现代先进设备，完全由人工控制环境条件，全年均衡供应农产品。

植物工厂的核心技术装备包括四个方面，即立体多层无土栽培技术装备、人工光照明技术装备、智能环境控制技术装备、植物生产空间自动化管控技术装备。近几年，这些核心技术装备得到了很大的发展，正在被逐渐地标准化和大规模应用。植物工厂的结构设计、功能分区、各区域密闭性保证都很重要，直接关系到植物工厂初装成本和运行成本及能耗，也关系着生产效率。

目前，高效益的植物工厂在某些发达国家发展迅速，初步实现了工厂化生产蔬菜、食用菌和名贵花木等。美国正在研究利用“植物工厂”种植小麦、水稻以及进行植物组织培养和快繁、脱毒。由于这种植物工厂的作物生产环境不受外界气候等条件影响，蔬菜如生菜种苗移栽2周后，即可收获，全年收获产品20茬以上，蔬菜年产量是露地栽培的数十倍，是温室栽培的10倍以上。此外，在植物工厂可实现无土栽培，不用农药，能生产无污染的蔬菜等。目前，世界上只有28个植物工厂，由于设备投资大，耗电多（占生产成本50%以上），因此研究降低成本是今后主要课题。

2、植物组织培养

植物的组织培养广义又叫离体培养，指从植物体分离出符合需要的组织、器官或细胞，原生质体等，通过无菌操作，在无菌条件下接种在含有各种营养物质及植物激素的培养基上进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他产品的技术。狭义是指组培指用植物各部分组织，如形成层、薄壁组织、叶肉组织、胚乳等进行培养获得再生植株，也指在培养过程中从各器官上产生愈伤组织的培养，愈伤组织再经过再分化形成再生植物。

植物组织培养技术主要适用于，在植物育种上的应用、在植物有用产物生产上的应用、在植物种质资源保存和交换上的应用及在植物脱毒和快速繁殖上的应用，其中植物脱毒和离体快速繁殖是目前植物组织培养应用最多、最有效的一个方面。

很多农用物都带有病毒, 特别是无性繁殖植物, 如马铃薯、甘薯、草莓、大蒜等。但是，感病植株并非每个部位都带有病毒，科学家早在1943年就发现植物生长点附近的病毒浓度很低甚至无病毒。如果利用组织培养方法，取一定大小的茎尖进行培养，再生的植株有可能不带病毒，从而获得脱病毒苗，再用脱毒苗进行繁殖，则种植的作物就不会或极少发生病毒。

3、水肥一体化技术

水肥一体化技术作为将灌溉与施肥两者合二为一的农业新技术，是借助压力灌溉系统，将可溶性固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液与灌溉水一起，均匀、准确地输送到作物根部土壤。采用灌溉施肥技术，可按照作物生长需求，进行全生育期需求设计，把水分和养分定量、定时，按比例直接提供给作物。

其应用领域涉及到农田灌溉、作物栽培和土壤耕作等多方面，水肥一体化的核心技术包括四个方面，即滴灌系统搭建、施肥系统搭建、适宜肥料种类选择及灌溉施肥的操作。水肥一体化技术是一项先进的节本增效的实用技术，在有条件的农区只要前期的投资解决，又有技术力量支持，推广应用起来将成为助农增收的一项有效措施。

4、无土栽培技术

无土栽培技术是随着温室生产发展而研究采用的一种最新栽培方式。由于它所用的基质营养液或无基质营养液中完全具有、甚至超过土壤所供给的各种营养物质，因此更有利于各类作物的生长发育。目前世界上已有100多个国家将无土栽培技术用于温室生产。

无土栽培是现代设施农业中最常采用的栽培方式。可以分为基质栽培、水培、雾培和有机生态型无土栽培等方式。从资源的角度看，耕地是一种极为宝贵的、不可再生的资源。由于无土栽培可以将许多不可耕地加以开发利用，所以使得不能再生的耕地资源得到了扩展和补充，这对于缓和及解决地球上日益严重的耕地问题，有着深远的意义。

水资源的问题，也是世界上日益严重地威胁人类的生存发展的大问题。所以控制农业用水是节水的措施之一，而无土栽培，避免了水分大量的渗漏和流失，使得难以再生的水资源得到补偿。它必将成为节水型农业、旱区农业的必由之路。

5、农业物联网

农业物联网，即通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中的物联网。可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光照度传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO₂浓度等物理量参数，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件。

由于这项技术能有效提高农业资源的利用效率，比如智能灌溉、水肥一体化等，发展农业物联网也将有利于推动我国农业的绿色发展，保护生态环境。未来我国农业规模化发展、居民消费升级等都将从需求方面为农业物联网的发展提供有力推动。未来我国农业规模化、企业化经营将得到加速发展，这样会催生出一大批新的经营主体，在对农业互联网的服务提出更高需求的同时，也将为接受或参与实施农业物联网提供重要支持。

6、室内垂直种植

室内垂直种植可以提高作物产量，克服有限的土地面积，甚至通过减少供应链中的移动距离来减少农业生产对环境的影响。室内垂直种植，是一种在一个封闭和控制的环境中，通过上下叠放分层种植的种植方式。与传统的种植方法相比，通过使用垂直安装的种植架，显著减少种植所需的土地空间，由于它能使植物在有限的空间中茁壮成长，这种类型的种植通常在城市和城市农业中得以应用。垂直种植的独特之处在于，有些装置不需要植物种植的土壤。大多数要么是水培，蔬菜在装有丰富营养液的水钵中生长;要么是气培，植物根系沐浴在富有营养的水气系统之中。此外，室内垂直种植，还可以使用人工生长灯来代替自然阳光。

从城市的可持续发展，到降低劳动力成本、获取最大化作物产量，室内垂直种植的优势是显而易见的。室内垂直种植可以通过控制光照、湿度和水分等变量，精准地管理测算全年的生产情况，以可靠的生产收获来保障提升食物产量;还可以节能节水，优化资源利用，与传统种植方式相比，可节省70%以上的用水。室内垂直种植可以利用机器人进行收获、栽培和物流处理等环节的作业，以大大减少劳动力的投入，从而解决当前农业劳动力短缺带来的挑战问题。

7、农业自动化

农业自动化技术，通常与“智能农业”关联在一起，它是一种使农业更有效率、使作物种植或牲畜养殖各循环生产环节实现自动化的技术。越来越多的企业正在致力于机器人技术创新，研发无人机、自主式拖拉机、机器人收获机、自动灌溉技术和播种机器人等。尽管这些技术相当新，但越来越多的传统农业生产者已经将这些自动化技术应用到农业生产过程之中。

从机器人、无人机到计算机视觉软件等，这些技术的新发展已经彻底改变了农业生产方式。农业自动化的主要目标是将一些比较简单的、通常的生产环节自动化，目前最为普遍应用的一些自动化技术，主要包括：收获自动化、自主式拖拉机、播种和除草自动化，还有无人机等。农业自动化技术可以应对诸如农业劳动力短缺、改变消费者偏好等一些主要问题，传统农业实现自动化，在应对消费者偏好、劳动力短缺和农业生产的环境影响等问题中，彰显其里程碑式的重大意义。

8、现代温室

近几十年来，温室产业已经从主要用于研究和美学观光目的的小型设施(即植物园)转变为直接与大田传统食物生产竞争的大规模设施。目前，整个全球温室产品市场，每年生产近3500亿美元的蔬菜，其中美国的产量不到1%。

当今，在很大程度上，由于最近日益发展的技术的巨大进步，该行业正处于前所未有的蓬勃发展期。今天的温室设施，越来越明显地呈现出其大规模的、资本密集型的、以城市为中心的特点。

目前，整个全球温室产品市场，每年生产近3500亿美元的蔬菜。随着市场的急剧增长，近年来，温室产业的发展呈现出一些明显的发展趋势。现代温室的技术含量越来越高，如通过使用LED灯和自动控制系统，完美地营造出适宜的生长环境。成功的温室产业企业，正在大幅度扩大规模，并将其日益增长的温室设施建设，靠近城市枢纽中心，以更好地满足和利用无论任何季节都不断增长的对当地食物产品的需求。为了实现这些宏伟目标，温室产业正在注入越来越多的资本，利用风险投资和其他资源，扩大市场竞争中必要的基础设施建设。

9、精准农业

农业生产正在经历着一场变革——技术正在成为每个商业农场都不可或缺的一部分。新出现的精准农业企业正在开发一些新的生产技术，通过控制影响作物生长的每一个因素变量，如湿度、病虫害、土壤条件和微气候等，以最大限度地提高作物产量。作为精准农业，在作物栽培和生产过程中采用更为精准的生产技术，可以提高农业生产效率，同时也增加了管理成本。

精准农业公司已经找到了一个巨大的发展机会。据大视野研究有限公司（Grand View Research, Inc.）最近的一份报告预测，到2025年，全球精准农业市场将达434亿美元；新一代农业生产者正在兴起，被一批更快更灵活的新兴企业所吸引，这些企业的目标就是系统地促进作物产量的最大化。

10、区块链

区块链对所有权记录的跟踪功能和抗篡改功能，可用于解决当前食品系统中的食品欺诈、安全召回、供应链低效和可追溯性等紧迫问题。区块链独特的分散结构，确保经过验证的产品及其生产和处理过程，能够创造出一个透明的优质产品市场。食品质量的可追溯性一直是最近食品安全讨论的焦点，特别是随着区块链应用的新进展，这一点更为大家所关注。由于食品的易腐性，就食品产业整体而言，非常容易出现最终会影响人们生活的错误问题。当食源性疾病威胁到公众健康的时候，从根本上，首先就是要追踪查清污染源，否则是不能容忍的。

因此，可追溯性对食品供应链来说是至关重要的。但是，目前的食品生态系统内的信息沟通状况，使可追溯性成为一项非常耗时的任务，因为其信息的跟踪仍然依靠线下纸质信息来进行。区块链的结构，确保食物价值链上的每一方，都能生成并安全地分享每个数据点，从而创建一个负责任的和可追踪的系统，使带有明确所有权身份标签的大量数据点可以及时得以记录，而且无法更改;这样一来，就可以对食物从农场到餐桌的整个旅程，实现实时监控了。

区块链在食品领域中的应用，不仅仅局限在确保食品安全这一范围。它还可以通过在网络中建立分类账目，平衡市场定价，从而提高当前市场价值。传统的买卖价格形成机制是依赖于当事方的判断，而不是整个价值链提供的信息。拥有对数据的访问权限，就可以掌握供需市场的整体情况。区块链在贸易中的应用，将使传统的商品贸易，还有期货交易，发生彻底性变革。区块链可以使食品供应链上的每个人，都能安全地分享每条已验证的交易记录，从而创造一个极其透明的交易市场。

11、人工智能

数字农业及其相关技术的兴起，为数字技术的应用创造了大量的新机遇。远程传感器、卫星和无人机可以在整个领域内每天24小时收集信息，以用来监测植物的生理状况、土壤状况、温度、湿度等，其数据量是巨大的，其重要价值也隐藏在这雪片般一样多的数据之中。

这样，农业生产者就可以通过先进技术(如遥感)更好地了解掌握生产现场的实际情况，比仅靠肉眼、徒步或驾车检查了解到的还要更多、更快、更准确。

远程传感器，可以使计算程序将一个领域环境的具体情况表述和解释为一系列的统计数据，而这些数据则可以被农业生产者用来做生产决策。计算程序处理这些数据，并根据接收到的数据进行自适应和积累学习，收集输入的统计信息越多，该计算程序就越能更好地预测一系列的结果，其目的是让农业生产者，利用这种人工智能，做出更好的生产决策，来实现更好的收获目标。