英国公司建造地底农场、C4基因计划要让稻米产量提升50%

老一辈的农家常说“看天吃饭”,只要天气不对,或是来一个台风,所有的心血就会化为乌有。《经济学人》表示,如果要喂饱全球持续增长的人口,农业必须变得更像“制造业”。好消息是,随着科技的进步,人类对农业生产的掌握更成熟,天气等外在因素影响逐渐降低,生产效率也持续提高。人类正在从“看天吃饭”转变成“看科技吃饭”。

农业正在经历“工厂化”趋势

联合国的粮食及农业组织(The Food and Agriculture Organisation)表示,在2050年,农业产量必须比2009年再增长70 %,以满足全球人口需求。然而全球的可耕地几乎已经开发,因此解决方案是“提高农地的生产效率”。过去一百年,人类主要运用化学技术提升农业产量,例如哈勃法制氨,让农人可以取得低成本的含氮肥料。然而化学技术已到极限,还产生环保、健康相关的问题,因此精准农业与基因工程将是未来农业的增长关键。

现在人类已通过温室管控作物环境,未来农场将会更像“工厂”。通过大量联网设备,监控环境,管控水源灌溉量与肥料的投放,提高作物的存活率之外也提升资源使用效率。此外,通过基因工程筛选出果实产量最高,或是种植成本最低的品种,可再进一步提升农场产量。

自动化传感与控制农场环境,减少务农人力并调控产量

2000年初,美国农场开始采用GPS系统管理农地,并用飞行器监控产量。随着传感器的技术进步与成本下降,农场开始在机具、飞行器上面装设传感器,搜集气温、湿度等信息,并监测氮、磷等化学肥料物质的含量等数据,作为农夫的决策与管理依据。此外,农场以前会请人驾驶飞机投送肥料、监测作物状况,现在则由成本更低的无人机代劳。随着传感、监测的自动化,加上机器人系统的发展,若未来机器人进入农场,未来农业劳动人口将再下降。

除了地面上的农场,地底农场也正在发产。在英国伦敦,一家名为Growing Underground的农业公司,建造数个地底农场,让作物在完全人工的环境中增长。传统温室会利用阳光作为光源,但Growing Underground的地底农场则采用LED灯,让光源成为可控因素,配合植物生长周期提供适当的光源,提升农产品的产量。

Growing Underground的主导者Steven Dring表示,借由可控的环境,可以提升农产品的增长速度与资源使用效率。例如香菜,一般的增长时间约3周,但Growing Underground把它们的生产期缩短到2周。

基因工程优化农作物,C4稻米计划有望让稻米产量再提升50%

基因工程也是农业学家努力的方向。借由基因分析,农场可以找出果实最大、产量最高,或是种植成本最低的基因,提升农场生产效率。以稻米为例,目前世界正在面对稻米的产量高原(yield plateauing),也即全球的稻米产量已达到高点,多年无法突破。

根据光合作用的碳固化流程差异,植物可分为C3(碳三)和C4(碳四)类型。其中C4类型的糖类生产效率比C3还高,特别是在热带地区。然而人类的主食之一:稻米,却属于C3型植物。现在有18个来自亚洲、澳洲、欧洲和北美的实验室联合,执行C4稻米计划(The C4 Rice Project),想借由基因工程,让稻米可以执行C4类型的光合作用。科学家表示,若热带地区的稻米执行C4型光合作用,产量可以再提升50%。

农业所需的知识水准提升,成为高度专业与分工化的产业

1900年,美国有41%的人务农,但现在只有2%的人从事农业,却喂饱更多的人口。不只是美国,在中国、欧洲等国都有农业人口下降的趋势,然而农作物产量却上升,得以支撑增长的人口。

这一切都是农业科技的进步。从早期的化学肥料,到近代的基因工程,以及未来的AI、机器人、物联网,未来农地的产能将再提升;虽然从事农业的人数将会下降,但拥有化学、机械、信息工程、基因学等专业知识的农业工作者将会增加。如同半导体、航天,农业也将是高知识水准的产业。

在高度专业化的架构下,未来农业产业的价值链,从研发、整地、种植、采收、运送、销售,将会划分的更细,每个环节都会有专业的企业,提供相对应的解决方案。农业已从人类维持生存,自给自足的产业,变成高度专业与分工化的产业,随之而来的是产能提升。联合国的粮食及农业组织表示,2050年的农业产量必须比2009年再增长70%,以满足全球人口需求;现在全球各地的农业公司,正在往这个目标努力着。