根據聯合國糧食及農業(yè)組織（FAO）的數據，到2050年，要養(yǎng)活全球91億人口，需要將糧食總產量提高約70%。因此，在未來大約25年內，全球糧食產量需要增加近一倍，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，農業(yè)生產效率必須在盡可能提升的同時，盡量減少對環(huán)境的影響。對環(huán)境的負面影響終將導致可耕地減少、脆弱且必要的生態(tài)系統遭到破壞，并使當地居民暴露于危險污染物中，加劇疾病的發(fā)生。

農業(yè)技術（agritech）是全球清潔技術倡議中的一小部分，但卻是非常關鍵的組成部分之一。本文將在減少污染和環(huán)境影響的技術（即清潔技術）框架內，探討農業(yè)技術的新進展。

全球農業(yè)現狀與趨勢

根據FAO的數，全球用于農業(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，這種下降趨勢不是一個好現象，它讓全球糧食安全問題更加不容樂觀。此外，落后的農業(yè)實踐也可能損害環(huán)境，并減少全球可用于糧食生產的資源。

要滿足未來的糧食需求，我們迫切需要積極改變農業(yè)實踐的效率與可持續(xù)性。這項由全球各國政府支持的新倡議，將使全球農業(yè)實現清潔化，并順應其他眾多清潔技術倡議。實現農業(yè)清潔化的一大關鍵點在于提升效率，這直接影響到技術生產對環(huán)境的影響，而農業(yè)恰恰又是一項高度依賴人類的技術領域。通過多管齊下的努力來提升效率與清潔度，將使農業(yè)以及全球糧食供應的未來充滿光明。

農業(yè)清潔技術的發(fā)展趨勢

農業(yè)技術的許多方面都沿襲了傳統的趨勢和觀念，過分強調產量而忽視了其他因素，致使傳統農業(yè)技術和實踐耗盡了耕地的養(yǎng)分，迫使農民采取人工添加養(yǎng)分的措施。此外，這些傳統實踐還涉及使用化學農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有效，但其影響遠不止于提高產量。這些農藥和病害防治方法在生產、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到農田應用的整個過程。

農用設備是另一個可以通過清潔技術大幅改進的領域。傳統農用設備主要依賴內燃機和化石燃料來實現運轉、運輸、加熱和加工。這些功能通常都是高能耗活動，因而致使這些環(huán)節(jié)成為了傳統農業(yè)污染和碳足跡的主要來源。

可持續(xù)農業(yè)方法與精準農業(yè)

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

再生農業(yè)與生物密集型農業(yè)

再生農業(yè)涵蓋了多種旨在恢復和改善土壤健康、水質和空氣質量的耕作和放牧方法。許多此類方法都與當前普遍采用的工業(yè)化農業(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，但它也可能對土壤結構、水分滲透/保持、抗侵蝕能力和根系發(fā)育產生負面影響。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濟效益。

通過合理搭配植物種類、覆蓋作物與輪作技術，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代農業(yè)方法的組成部分之一，這不僅是為了提高主要經濟作物的產量，更是為了達到特定的土壤健康指標，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。

生物密集型農業(yè)是另一種可持續(xù)農業(yè)模式，通過采用多種再生農業(yè)方法，并同時協調利用所有可用土地來提高作物產量、土壤肥力和生物多樣性。將傳統農業(yè)方法與溫室、種植床等技術相結合，可有效防治蟲害，同時盡可能減小環(huán)境影響，甚至可能產生凈正向環(huán)境效益。

其中一種方法是利用特定植物種類來預防病蟲害，就是在易感作物周圍種植能夠驅趕特定蟲害的植物。這些方法不僅可以消除對農藥的需求，還有助于改良土壤并實現其他目標，如提升當地蜜蜂等傳粉昆蟲的種群數量。

室內垂直農場、氣霧栽培和魚菜共生

優(yōu)化可用土地的產量（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種植技術。傳統溫室本質上就是模擬戶外種植方法，而新型的溫室或室內種植技術則可以實現比戶外種植方法更高的產量和作物質量。此外，溫室和室內種植方法〔如垂直農業(yè)、氣霧栽培和魚菜共生〕能有效保護作物免受病蟲害侵襲，從而無需再采取可能影響產量和效率的病蟲害防治方法。

垂直農場可顯著提高單位面積產量，并在特定區(qū)域內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（如氣霧栽培中的簡單支撐結構）來種植作物，并將營養(yǎng)物質直接輸送到植物根系，而非噴灑在土壤表面，這些做法都是對傳統地栽的改進。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現這一點。該技術采用循環(huán)流動的水，在水生動物環(huán)境中喂養(yǎng)動物，隨后提取動物排泄物中的營養(yǎng)物質，再輸送給植物。

物聯網解決方案在農業(yè)、農場自動化和電氣化領域的應用

與工業(yè)制造、加工和物流領域中探索的工廠自動化及其他數據驅動方法類似，農業(yè)和農場應用也正在通過大量互聯傳感器、信息技術、機器人技術和其他自動化系統得到增強。物聯網（IoT）技術的應用范圍廣泛，涵蓋導航與追蹤傳感器，以及更先進的傳感器套件。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、分布式土壤健康監(jiān)測系統或其他方法，對作物或牲畜的健康狀況進行監(jiān)測。

機器人技術和自動化系統〔如自主移動機器人（AMR）〕已用于更高效地監(jiān)測農作物和牲畜的健康狀況和活動。例如，使用自主無人機定期飛越農作物，并將攝像頭拍攝的圖像傳輸到實時邊緣處理系統或云機器學習（ML）和人工智能（AI）服務，就可以監(jiān)測農作物的生命體征并檢測雜草和害蟲。另一個例子是開發(fā)可安裝在農用拖拉機上的自動化除草系統。這些系統通過激光陣列蒸發(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的軟件套件和數據驅動的管理系統相結合，才能在農業(yè)應用中發(fā)揮作用。通過自動化控制，農民可以擺脫大量繁瑣的手工操作，專注于質量優(yōu)化和創(chuàng)新。

例如，部分奶牛養(yǎng)殖戶已采用訓練奶牛的方法，讓它們與自動化清潔和擠奶系統互動，這樣奶牛就可以自主選擇擠奶時間，而不必被迫遵循擠奶工的時間表。這些系統已經展現出提高產量、提升奶質以及全面改善奶牛健康狀況的能力。針對動物的自動化喂食系統可根據自動化監(jiān)測系統揭示的動物當前狀態(tài)，為特定動物或動物群體提供優(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。若借助先進的ML/AI，甚至還能夠可靠地預測某些疾病，從而采取預防措施。在某些情況下，預測和預防疾病比治療或承受作物或牲畜生產力的損失更有效，對環(huán)境的影響也更小。疾病治療領域的創(chuàng)新，例如使用聲脈沖技術（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峻的威脅。

部分此類方法可以歸類為精準農業(yè)，這主要是一種以數據為驅動的資源管理策略。例如，借助實時運動傳感器系統進行導航，可以將農機行駛軌跡限制在預設的行進通道內，防止因農機隨意行駛而導致土壤出現壓實、排水不暢和結構破壞等損害。這些數據驅動的方法可以優(yōu)化用水效率，從而顯著節(jié)約用水，并防止漫灌等傳統方法中常見的過度灌溉現象。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，以減少對淡水資源的需求。

大多數傳統農用設備都采用內燃機技術來驅動運輸和作業(yè)機械。此外，天然氣和煤油長期以來也一直用于供熱。即使是電氣化機械，歷史上大多數電能也來自化石燃料，并通過龐大的電網基礎設施高效傳輸?，F代農業(yè)設施和農場正越來越多地采用風能和太陽能，以減少對化石燃料和可靠性及穩(wěn)定性不足的電網系統的依賴。

采用可持續(xù)且本地化的能源發(fā)電，并結合電池儲能、飛輪儲能和鹽電池儲能等技術，可大幅降低電力傳輸過程中的能量損耗，甚至使部分農業(yè)設施實現能源自給自足。利用可再生能源，結合電氣化農用設備和系統，可以大幅減少運行過程中產生的碳足跡和污染，并顯著提高設備效率和響應速度。有些農民甚至在農田中安裝太陽能設施，為喜陰作物提供遮蔭的同時還能產生可再生能源。

結語

農業(yè)領域對可持續(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踐。