面朝黄土背朝天——这是人（rén）们对农业的印象（xiàng）。传统农业是一（yī）种（zhǒng）资（zī）源密集型、劳动密集型产业，但科技的发展，特别是生（shēng）物技术、信息技术、物流业的飞速发展，正让农（nóng）业摆脱水（shuǐ）土等资源和劳（láo）动力的束缚。那么（me），未来农业什（shí）么样？一位高一男生曾这样（yàng）回答：我希（xī）望我（wǒ）在（zài）书房里坐着看书的时候，伸手就能从“植物屏风”里摘一颗新鲜的（de）小西红柿放在嘴里；我（wǒ）还希望在（zài）家里（lǐ）点一点（diǎn）计算机或手机屏幕，就可以给庄（zhuāng）稼浇水、施（shī）肥，给牛（niú）羊（yáng）牲畜添加饲料；我再打几个电话，就能把农（nóng）场（chǎng）里收获的（de）粮食、水果分发到各地（dì）的超市；还有，种出让人吃（chī）了不长胖（pàng）的粮食，让妈（mā）妈吃了既健康又（yòu）苗条，永远年轻……如果（guǒ）以专业的眼光（guāng）来分析（xī），他的（de）这段（duàn）话包含着未来（lái）农业（yè）的三个（gè）突破（pò）点：植物工厂、智（zhì）慧农（nóng）业、功能食品。

  植物工厂

  土地是传统农业的载体和根本。但人口的（de）持续增长、土地资（zī）源的枯竭、极端气候事件的频发（fā），已（yǐ）经（jīng）使传（chuán）统农业的发展到了“瓶颈期”。因此，科学家（jiā）们提出了“垂直农（nóng）业”的概念，也（yě）就（jiù）是利（lì）用先进的种植技（jì）术（shù），把农业向上延伸，而不（bú）是向外扩展。这来源（yuán）于对（duì）植物生长机理的理解和利用（yòng）——我们（men）知道，植（zhí）物生长靠太阳，它们利用太阳（yáng）光进行光合作（zuò）用（yòng），把空气中的二氧化碳和水转变成葡萄糖、淀粉等有（yǒu）机（jī）物，这样就可以长高（gāo）、长大，直到开花（huā）结果，繁育后代。垂直农业利用的就是这个原理，即在（zài）适宜的条件下（xià），只要给植物足够（gòu）的光和（hé）必需的营养，就可以实现植（zhí）物的（de）室内种植——把（bǎ）庄稼（jià）“种”到空中去，把一幢（zhuàng）幢高楼大厦变（biàn）成一（yī）座座农场，用车间生（shēng）产的（de）办法来生（shēng）产粮食和瓜果，甚至鸡鸭（yā）鱼肉。

  这种（zhǒng）植（zhí）物产品生产的工厂（chǎng）化农业（yè）系统，就是“植物工厂”。植物工（gōng）厂是对光（guāng）、温、湿、二氧化碳及营养等生长环境条（tiáo）件全智（zhì）能控制的（de）植物高效稳定生产系统。目前（qián），植物工厂是设施农业发展的高（gāo）级阶段，被（bèi）看成（chéng）农业产业化领域的“活（huó）力股”和“潜力股”，代表着（zhe）未来农（nóng）业的发（fā）展（zhǎn）方向。研究（jiū）发（fā）现，只要（yào）对生长环（huán）境进行控制，就可以对植物的生长周期进行调（diào）控（kòng）。通过增加（jiā）光照、改变“光配方（fāng）”、改（gǎi）善营养液成分等，就（jiù）可以实（shí）现对植物生长周期和生长状态的控（kòng）制，比如，生菜和小白菜在农田里栽培需要（yào）30-40天才能收获（huò），但是在植物工（gōng）厂中种（zhǒng）植，仅需20天左右。因（yīn）此，在（zài）植（zhí）物工厂里（lǐ），植物生长在人工王（wáng）国（guó），只要有足够的光照（能量）和营养（水分、空气、矿（kuàng）物质等），水果、蔬菜乃至粮食就可以“长了一（yī）茬又一茬”，几乎（hū）不受（shòu）外界（jiè）的天（tiān）气、光（guāng）照和土壤环（huán）境的（de）影响。

  植物（wù）工厂要求（qiú）固定的设施，首先（xiān）需要计算机和（hé）多种传感器对环境进行精确控制（zhì）、测量和反馈（kuì），简单说来，就是根据不同的植物（wù）来（lái）设置温度、湿度、光照、二（èr）氧（yǎng）化碳浓度等，还（hái）要实（shí）时测量（liàng）植物的生长（zhǎng）和生理状态，生成数据并反馈至控制（zhì）系统，对环境进行（háng）动态调节，因此，植物工厂依（yī）赖的（de）是对（duì）设施的高精度智能（néng）化控制。研究发现，光（guāng）质（zhì）影响植物（wù）光合作用和光信号调节，在（zài）植（zhí）物生长、表型（xíng）与抗性中起重要（yào）作用，不同（tóng）的植（zhí）物对不同（tóng）光谱的光（光质）具（jù）有偏好性。LED植物（wù）生长灯就是室内种（zhǒng）植环境（jìng）的（de）“小太阳”，通过采用不（bú）同的（de）LED光源，可（kě）以实现对光波和光（guāng）谱的精（jīng）确控（kòng）制和（hé）搭配，比如（rú），优化红光（guāng）/远红（hóng）光的比例，可以提高三色堇（jǐn）的开花数量和质量，如果想让石竹（zhú）花的花青苷含量增（zēng）加，花（huā）色（sè）红艳，建议增（zēng）加680nm的光；而要（yào）想长出又大又肥厚的（de）绿油油的（de）生菜（cài），就需（xū）要多用蓝光和（hé）红（hóng）光。我国（guó）的（de）研发人员根据（jù）植（zhí）物对光环境的要求，开发出了80多（duō）种专用光配方，用以满足不同植物的生长发育（yù）需求。

  没有土壤，植物（wù）工厂中的植物“吃”什么？和田野生产不（bú）同，植物工厂要求洁净的栽（zāi）培空间，对某些育苗、组织培养型的（de）植（zhí）物（wù）工厂来说，甚至需要无菌培（péi）养（yǎng）室。在这种（zhǒng）条件要求（qiú）下，就（jiù）需要（yào）以营养液（yè）来“饲喂”植物。植物（wù）工厂采用循环流动的营养液来为植物提（tí）供营养。我们常说，萝卜青菜，各有所爱，不同的植物也有不同（tóng）的“口（kǒu）味”和（hé）“取食偏好”，比如，叶菜类（lèi）、茄瓜类、花菜类的蔬菜，对营（yíng）养液（yè）的（de）要求各不相同（tóng），食用类和（hé）药（yào）用类（lèi）的植物对于营养液（yè）的成（chéng）分、酸碱性、温度（dù）等也有不（bú）同的“挑剔”程度。这就要求植物（wù）工厂内（nèi）对营养液进（jìn）行个性化配制、灭菌（jun1）、输（shū）送和回收，实时监（jiān）控营养液发生的变化并自动补充和校正，确保植（zhí）物时刻处于一（yī）个稳定（dìng）优（yōu）良的营养液环境中。

  由此看（kàn）来，只要做（zuò）到（dào）精准的人工控制，就可以在植物（wù）工厂里实现万（wàn）物生长的梦想（xiǎng）。植物（wù）工（gōng）厂技（jì）术的突破，使高楼农场（chǎng）、荒漠农场、太空农场、航（háng）海（hǎi）农场、极（jí）地农场等成为可能。根据目前的技术（shù）水平，1万平方米（mǐ）的百层大楼（lóu）可（kě）日产生菜、小白菜180吨，如果建设植物工厂，4栋大楼就能满（mǎn）足（zú）新加坡 600万人每年（nián）25万吨蔬菜的需求。我们也（yě）可以想象，只要在舰船上（shàng）、空间（jiān）站上（shàng）建造规模合适的植物（wù）工厂，带上种子、水和营养物质，利用太阳（yáng）能或其他（tā）清洁能（néng）源（yuán），就可以（yǐ）长出既新鲜又有营养的粮食、蔬菜和（hé）水果来，解决航海、航天（tiān）、沙（shā）漠、极（jí）地等环境中的吃饭问题。当然了，你也可以在（zài）自家的厨房、客厅和（hé）书（shū）房（fáng），设置功能不同、格调各异的微型植物工（gōng）厂（chǎng），让生（shēng）活和工作（zuò）更有趣味（wèi）。

  智慧农业

  近几年来，“信（xìn）息化”和“人工智能”不仅是（shì）两个使用（yòng）率非常高的时髦词汇，也变成了很多行业的核心词汇和（hé）努力方向。同样地，在信息化和人工智能的共同帮助下，智慧农业离（lí）我们越来越近。

  进入21世纪，我国农村人口伴随城镇化进（jìn）程（chéng）的加速而大量涌入城市，2011年，中国大陆的城镇人口首次超过了农村。人口分布和人口结构的改变，提出了一（yī）个（gè）很现实的问题：“谁来（lái）种地？”2016年（nián），国务院发布《全国农业现代化（huà）规划（2016-2020年（nián））》，指出农业（yè）的根（gēn）本出路在于现（xiàn）代化（huà），我国将大（dà）力推进农业现代化。近年发（fā）布（bù）的《新一代人工智能（néng）发展规划（huá）》《数字乡村（cūn）发展战略（luè）纲要》《数字农业农村发展规（guī）划（2019—2025年）》等，都对农（nóng）业数字化（huà）和智能化发展做出了顶层设计和系统谋（móu）划（huá）。2019年，国家支（zhī）持在一些省、市（shì）、自治区开（kāi）展示范，建设（shè）“农业信息高（gāo）速公路”。因（yīn）此，我（wǒ）国农业目（mù）前（qián）正处于从“以人为（wéi）本”的传统农业向（xiàng）“以智能机（jī）械为本”的未来（lái）农业（yè）的（de）快速转型期。“让（ràng）机器来种地、管（guǎn）地”也（yě）成了破解“谁来种地”发展瓶颈的（de）出（chū）路（lù）。

  无（wú）人机、智能机器人、大数（shù）据技术在（zài）农业（yè）上的应用，将使农业进入数字化、精准化、网络化（huà）和智（zhì）能化（huà）的（de）智慧农业时代。我们可（kě）以把数据平台看作（zuò）是智慧农业（yè）的“大脑”，它通过数（shù）据应用服务和（hé）集成（chéng）系（xì）统来获取和分析数据并进行（háng）决策，从而指（zhǐ）导农业生产。因此，未来的农（nóng）民将和锄头、水泵说“拜拜”，因为他可以通过（guò）远程操作来完成从播种（zhǒng）到收获的各个环节。毫无疑问，未来的农场将是无人农场，未来的农民将在电（diàn）脑上、甚（shèn）至手机上指挥各种智能机械（xiè），有条不（bú）紊地（dì）完成种（zhǒng）庄稼、长庄稼和收（shōu）庄（zhuāng）稼的工作。春天，无（wú）人驾（jià）驶的农机和机（jī）器人在田野里协（xié）同作业，在翻（fān）整（zhěng）土地的（de）同（tóng）时精准施用（yòng）根据土（tǔ）壤成分和作物需要而制（zhì）备（bèi）的肥料（liào），多机联动完成播（bō）种（zhǒng）和育苗的（de）各个（gè）步骤。通过无人机（jī）和各类传感器、摄像头来监（jiān）测（cè）和掌握农田（tián）的水（shuǐ）、肥、温度、作物长（zhǎng）势、病虫害等（děng）信息，经过“大脑”处理后，针对（duì）不同（tóng）的地（dì）点、农作物、甚至不同的植株，形成特异的工作方（fāng）案，通过远程控制实现按需灌溉、准确施肥以（yǐ）及病虫害（hài）精准生物防（fáng）治。秋天，到了收获的季节，自动化设备可以提前（qián）喷施落叶剂，并在（zài）采收的同时加以生物（wù）保鲜处理（lǐ）并打包，转入流通环节（jiē），进入农业（yè）物联网，使优质、安全、绿（lǜ）色（sè）的农产品及时（shí）出现（xiàn）在人们的餐桌上。

  和传（chuán）统（tǒng）农业（yè）相比，以数字（zì）科技为（wéi）支撑的未来农业将是集（jí）约化（huà）、规模化、环境友（yǒu）好型的高效（xiào）农业，是一场（chǎng）翻天（tiān）覆地的生产方（fāng）式变（biàn）革。因此，农业成了蓬勃向上的朝阳产业（yè），未（wèi）来（lái）的农场是无污（wū）染绿（lǜ）色生态农（nóng）场，农民也将成为人（rén）人羡慕（mù）的职（zhí）业（yè）。

  功（gōng）能（néng）食品

  随着（zhe）人（rén）民生活水平的提高，人们不（bú）再满足于（yú）吃（chī）饱肚子，而更注重（chóng）于摄取绿色、健康的（de）食品。生物技术的发展促进了农业（yè）和健康产业的结合（hé），一来（lái）科（kē）学（xué）技术不（bú）断解析食（shí）品成（chéng）分、膳食结（jié）构（gòu）和营（yíng）养条件（jiàn）与人体健（jiàn）康的关系，使（shǐ）人们了解怎样通（tōng）过（guò）“吃”来增强体质、提高免疫力；二来现代生物技术使培育具有特殊功能的植物成为可能，育种技（jì）术和（hé）栽（zāi）培技术的（de）提高，可以实现农产品（pǐn）定量（liàng）富集某些营养（yǎng）成分（fèn）或功能性物质，引领未来农业向（xiàng）功能性农（nóng）业发展，生产优质、营养和具（jù）有某些特殊功能的食品（pǐn），也常被称为（wéi）功能农产品。

  根据功能（néng）食品（pǐn）的消费群体，可（kě）以把功能（néng）食品分为（wéi）一般（bān）性功能食品和特殊性功能食品。一般性功能食品的着眼点是（shì）营养（yǎng）和保健，针对健康消费（fèi）群体（tǐ）。促进营养均衡、增加膳（shàn）食纤维、调节机体生理状态、提高（gāo）免疫（yì）力等，往往（wǎng）通过食（shí）用（yòng）一般（bān）性功能（néng）食品而实现（xiàn）。比如α-亚麻（má）酸（ALA）属于Omega-3系（xì）列多（duō）不饱和脂肪酸（suān），是机体必需的生命活性因子二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳（tàn）六烯酸（suān）（DHA）的合成前体（tǐ），对健康至关重要，但（dàn）是人（rén）体不能自身合（hé）成α-亚（yà）麻酸，α-亚麻酸在我们的日常食物中（zhōng）含量也很低，因此科（kē）学家将（jiāng）目光投向一些特（tè）殊植（zhí）物（wù）资源，比如牡丹。牡丹一共（gòng）有9个（gè）野生（shēng）种，全部起源于中（zhōng）国。牡（mǔ）丹花国色天香（xiāng），被视为我们的国花，但是你也许不知道，某（mǒu）些油用牡丹品（pǐn）种的种（zhǒng）子含有（yǒu）大量的油脂，其中（zhōng）α-亚（yà）麻（má）酸的（de）含量尤为（wéi）可观（guān），据测算，油用牡丹籽（zǐ）亩产200kg左（zuǒ）右，含（hán）油率20%以上（shàng），其中（zhōng）不饱和脂（zhī）肪酸（suān）含（hán）量高达92%，特别是α-亚麻（má）酸的含量达（dá）43%，因此，牡（mǔ）丹油即是一类可以（yǐ）预防心血管疾（jí）病的保健（jiàn）食用油。再比如（rú）被（bèi）称为“粮食（shí）之母（mǔ）”的藜麦，是唯一一（yī）种单（dān）体植物即（jí）可大体满足人（rén）体基本营养需求（qiú）的食物。锌和硒是人（rén）体必需的微量元素，可以（yǐ）增强免疫力、改（gǎi）善视力、提高（gāo）注（zhù）意力，并减少疲劳感（gǎn），目前已经用（yòng）传统育（yù）种或生物（wù）工程的方法培育出了富含锌（xīn）和硒（xī）的（de）大米，可供脑力劳动者食用。我国（guó）植物资源（yuán）丰富，枸杞、莲子、人（rén）参等药用资（zī）源（yuán）种类繁多，这些植物不（bú）仅具有很高的药用价（jià）值，而且还可以直接拿来或者经过选（xuǎn）育和改造后（hòu）作为“药（yào）食同源”的保健食品服（fú）务于（yú）大众。

  为特殊人群生产特异功（gōng）能食品一直是（shì）科学家们努力的方向。有数据显示，中（zhōng）国人的平均体重超过了其他很多国家，中国也成为世界上“最胖”的国家之一。肥胖症、糖（táng）尿病、高血压、高血脂等“富贵（guì）病（bìng）”也越（yuè）来越常见，为此大（dà）家总在问，有没有让人吃了（le）不发胖的食（shí）物？可不（bú）可以给糖尿病患者生产特殊的粮食（shí）？富含高抗性（xìng）淀粉的（de）谷物是一（yī）个有效的解决途径（jìng），也是国（guó）内（nèi）外作物育种和功（gōng）能食品研究的热点。我们知道，大米、面粉、玉米面（miàn）的主要（yào）成分是淀粉（fěn），比如在小麦种子（zǐ）中，淀粉含（hán）量占（zhàn）胚乳重量的（de）80%以（yǐ）上（shàng）。我们吃（chī）的淀粉首先被淀粉酶水解，逐级消化产（chǎn）生寡糖（táng）、葡（pú）萄糖，直接（jiē）被（bèi）人（rén）体利用（yòng）或者以糖原的形式存储（chǔ）在（zài）肝脏。而抗性淀粉主要存在于高直（zhí）链（liàn）、低支链淀（diàn）粉颗（kē）粒中，被（bèi）称（chēng）为（wéi）“抗酶解淀粉”或“难消（xiāo）化淀粉”，人吃下后难以快速（sù）消化（huà），有（yǒu）助于保（bǎo）持血糖水平的恒定（dìng），还（hái）具有膳（shàn）食（shí）纤维（wéi）的功（gōng）能，促进肠胃蠕动（dòng），增加锌、钙、镁离子的吸收，不仅（jǐn）可以促进人体（tǐ）健康，还是（shì）糖尿（niào）病和肥胖（pàng）症患者的理想口粮（liáng）。

  基因组学研究、分子设计（jì）育种、基因（yīn）编辑（jí）技术、合成生物学（xué）技（jì）术、野生（shēng）种质资源挖掘和植物栽（zāi）培技（jì）术的（de）飞速发（fā）展，已经为科学家们提（tí）供了制造更（gèng）健康的食（shí）品和（hé）培育更多功能农产（chǎn）品（pǐn）的技术、方法和材料。随着（zhe）对基因和分子模块功能（néng）的深（shēn）入研究，某些农作物（wù）的育种过程也越（yuè）来越像模块玩（wán）具的“插件拼装”过（guò）程，而合成生物学（xué）和（hé）基因编辑（jí）技术，不仅可以将（jiāng）植物体原本（běn）不（bú）存在的合成代（dài）谢途径导入植物，还（hái）可以实现野生资源的快（kuài）速（sù）驯（xùn）化，因（yīn）此，在多种分子生（shēng）物研究技术的加（jiā）持（chí）下，将不同的优良性（xìng）状结（jié）合起来，培育出高产、抗逆、绿色、营养、具有特种功（gōng）能的（de）新品种，满（mǎn）足（zú）不同消费者需要，已慢慢成为农（nóng）业生产的现状。人们常说，没有做（zuò）不到，只有想（xiǎng）不到（dào）。试（shì）问，你想要什（shí）么样的高颜值、富营（yíng）养、口感佳的农产品？请提出（chū）来，让科学家们来（lái）为你生产！