面（miàn）朝黄土背朝天——这是人们对农业的印象。传（chuán）统农业是（shì）一种资源密集型、劳动密集（jí）型（xíng）产业，但科技的发展，特别是生物（wù）技术、信息技术、物流业的飞速发（fā）展，正让农（nóng）业摆脱（tuō）水土等（děng）资（zī）源和劳动（dòng）力（lì）的束缚（fù）。那么，未来农业什么样？一位高一（yī）男生曾这样回答：我希望我在书房里坐着看（kàn）书的时候（hòu），伸手（shǒu）就（jiù）能从“植物（wù）屏风”里摘一颗（kē）新鲜的小西红柿放在嘴（zuǐ）里；我还希望在家里点一点计（jì）算机或手机屏幕，就可（kě）以给庄稼浇水、施（shī）肥，给牛羊（yáng）牲畜添（tiān）加饲料；我再打几个电（diàn）话，就能把农场里收获的（de）粮（liáng）食、水果分发到各地的（de）超市（shì）；还有，种（zhǒng）出让人吃了（le）不长（zhǎng）胖的粮食，让妈妈吃（chī）了既健康又苗条，永远年（nián）轻……如果（guǒ）以专业的眼光来（lái）分析，他的这段话包含着未来农业（yè）的三个（gè）突破（pò）点：植物工厂（chǎng）、智慧农业、功能食品。

  植物工厂

  土（tǔ）地是传统农业的载体和（hé）根本。但人口的持（chí）续增长（zhǎng）、土地资源的枯竭、极端气候事（shì）件的频发，已经（jīng）使传（chuán）统农业（yè）的发展（zhǎn）到了“瓶颈期（qī）”。因此，科学家们提出了“垂（chuí）直农业”的概念，也就是利用先（xiān）进的种植技术，把（bǎ）农业向上延伸，而不是向外扩展。这来（lái）源于（yú）对植物生长机理的理解和（hé）利用（yòng）——我们知道（dào），植物生长靠太阳，它们利用太阳光进行光合作用，把空（kōng）气中的二（èr）氧（yǎng）化（huà）碳和水（shuǐ）转变成葡（pú）萄糖、淀粉等有机物，这样就可以长高、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，即在适宜的条件下，只要给植物足够（gòu）的光和必需的营养（yǎng），就可以实（shí）现植物的室内（nèi）种植——把庄稼“种（zhǒng）”到（dào）空中去，把一幢幢高楼大厦变成一座（zuò）座农场，用（yòng）车间生产的办法来生产粮食和瓜（guā）果，甚至鸡鸭鱼肉。

  这种（zhǒng）植物产品生产的工（gōng）厂化农（nóng）业系统，就是“植（zhí）物工厂”。植物工厂（chǎng）是对（duì）光（guāng）、温、湿、二氧（yǎng）化碳（tàn）及营养等生长环境条件全智能控制的植物高效（xiào）稳定生产系（xì）统。目前，植物工厂是设（shè）施农（nóng）业发展的（de）高级阶段（duàn），被看成农业产业化领域的“活力股（gǔ）”和“潜力股”，代表着未来农业的发展（zhǎn）方向（xiàng）。研究发现，只（zhī）要对生长环境进行控制，就可以对植（zhí）物的生长周期（qī）进行（háng）调（diào）控（kòng）。通过增加光照、改变“光配方（fāng）”、改善营养液（yè）成分等，就可以实现对植物生长周期和生（shēng）长状态的控制，比如（rú），生菜和小白菜在农田里栽（zāi）培需要30-40天才能收获，但是在植物工厂中种植（zhí），仅需20天左右。因此，在植物工厂里，植物生长在（zài）人工王国（guó），只要有足够的光照（能量）和（hé）营养（水分、空气（qì）、矿物质等），水果、蔬菜乃至粮食就（jiù）可以“长了一（yī）茬又一茬”，几乎不受外界的天气、光照和（hé）土壤环境的影（yǐng）响。

  植物工厂要求固定的设施，首先（xiān）需要（yào）计（jì）算机和多种传感器对环境进行精（jīng）确控（kòng）制、测量和反馈，简单说（shuō）来，就是根据不同（tóng）的植物（wù）来（lái）设置温度、湿度（dù）、光照、二（èr）氧（yǎng）化碳浓（nóng）度等，还要实（shí）时测量植物的生长和生理状态，生成数据（jù）并反馈至（zhì）控制系（xì）统，对（duì）环境（jìng）进（jìn）行动态调节（jiē），因此（cǐ），植物工厂依赖的（de）是对设施（shī）的高精（jīng）度智能化控制。研究发现，光质影响（xiǎng）植物光（guāng）合作用和光信号调节，在植物生长、表型与抗性中起重要作用，不同的植（zhí）物对不同光谱的（de）光（guāng）（光质）具有偏好性。LED植物生长灯就是室内种（zhǒng）植环境的（de）“小太阳”，通（tōng）过采用不同的LED光源，可（kě）以实现对光波和（hé）光谱的精确控制和搭配（pèi），比（bǐ）如，优化红光/远红光的比例，可以提高三色堇的开花数（shù）量和（hé）质量，如（rú）果想让石（shí）竹花的花青（qīng）苷含量（liàng）增加，花色红艳，建议增加680nm的光；而要想长出（chū）又大又肥厚的绿油油的生（shēng）菜（cài），就（jiù）需（xū）要多用蓝光和红光。我（wǒ）国的研发人员（yuán）根据（jù）植物对（duì）光（guāng）环境的要求，开发（fā）出（chū）了80多（duō）种专用光（guāng）配（pèi）方，用（yòng）以满足不同（tóng）植物的（de）生长发（fā）育需求。

  没有土（tǔ）壤，植物工厂中的植物“吃”什么？和田野（yě）生产不同，植物（wù）工厂要求洁净的栽培空间，对某些育苗、组（zǔ）织培养（yǎng）型的植物工厂来说（shuō），甚至（zhì）需要无菌培（péi）养室。在这种条件要求（qiú）下，就需（xū）要以营养液来“饲喂（wèi）”植物。植物工厂采（cǎi）用（yòng）循环流动的营养液来（lái）为植（zhí）物提供营养。我们常说，萝卜青菜，各（gè）有所爱，不同的植物也有不同的“口味（wèi）”和（hé）“取食（shí）偏好”，比如，叶菜类、茄瓜类、花菜（cài）类的蔬菜，对营养（yǎng）液的（de）要求各不相同，食用类和药（yào）用类的（de）植物对于营养液的（de）成分、酸（suān）碱性、温度等也有不同的（de）“挑剔”程度。这就要求植物（wù）工厂内对（duì）营养液进行个性化配制、灭（miè）菌、输送和回收，实时监控营养液发生的变（biàn）化并自动补充（chōng）和（hé）校正，确保（bǎo）植物时（shí）刻处于一个（gè）稳定优良的营养液环境中。

  由此看来（lái），只要（yào）做（zuò）到精准（zhǔn）的人工（gōng）控（kòng）制（zhì），就可以在（zài）植物工厂里实（shí）现万物生长的梦想。植物工（gōng）厂技术的突破，使高楼农场、荒漠农场（chǎng）、太空农（nóng）场（chǎng）、航海农（nóng）场、极（jí）地农场等成为可（kě）能。根据（jù）目前（qián）的（de）技（jì）术水平，1万平方米的百（bǎi）层大楼可日产生菜（cài）、小白（bái）菜180吨，如果建设植物工（gōng）厂（chǎng），4栋大楼就能满足新（xīn）加坡 600万人每年25万（wàn）吨蔬菜的需（xū）求。我（wǒ）们（men）也可（kě）以想象，只（zhī）要在（zài）舰船上、空间站上（shàng）建造（zào）规模合（hé）适（shì）的植（zhí）物工厂（chǎng），带上（shàng）种（zhǒng）子、水和（hé）营养物质（zhì），利用太（tài）阳能或（huò）其他清洁（jié）能源，就可（kě）以长出既新鲜（xiān）又有营养的粮食、蔬菜和水果来，解（jiě）决航海、航天、沙漠、极地等环境中的吃饭问题。当（dāng）然了，你也可以在自（zì）家（jiā）的厨房、客厅（tīng）和书（shū）房（fáng），设（shè）置功能不（bú）同、格调（diào）各异的（de）微（wēi）型植物（wù）工厂（chǎng），让（ràng）生活（huó）和工作（zuò）更有趣味。

  智（zhì）慧农（nóng）业

  近（jìn）几年（nián）来，“信息化”和“人工智（zhì）能”不仅是两个使（shǐ）用率非常（cháng）高的时髦词汇，也（yě）变成了（le）很多行（háng）业的核心词汇和努力方向。同样（yàng）地，在信息化和人工智能的共同帮助下，智慧农业离我们越（yuè）来越近。

  进入21世纪，我（wǒ）国农村人（rén）口伴随城镇化进程（chéng）的加（jiā）速而大量涌（yǒng）入城市，2011年，中国大（dà）陆的（de）城镇人口首次超（chāo）过了农村。人口分布和人口结（jié）构（gòu）的（de）改变，提（tí）出（chū）了一（yī）个很现实（shí）的问题：“谁来种地？”2016年，国务院发布《全（quán）国农业现代化规划（2016-2020年）》，指出（chū）农业的根本（běn）出（chū）路在于现代（dài）化，我国（guó）将（jiāng）大力推进农业现代（dài）化。近年发（fā）布的《新一（yī）代人工智能发展规划》《数字乡村（cūn）发展战（zhàn）略纲要》《数字农业农（nóng）村发展规划（2019—2025年）》等，都对农业数字（zì）化（huà）和（hé）智能（néng）化发展做（zuò）出了顶（dǐng）层设计和（hé）系统谋划。2019年，国家支持（chí）在（zài）一些省、市、自（zì）治区开展示范，建设“农（nóng）业信息（xī）高（gāo）速公路”。因此，我国农业目（mù）前正处（chù）于（yú）从（cóng）“以人为本”的传（chuán）统（tǒng）农业向（xiàng）“以智能机械为本”的未来（lái）农（nóng）业的快速（sù）转（zhuǎn）型期。“让（ràng）机器来种地、管地”也（yě）成了破解“谁来种地”发展瓶颈的出路。

  无人机、智能机器（qì）人、大（dà）数（shù）据技术在农业上的应用，将使农业进入数字（zì）化、精准化、网（wǎng）络（luò）化和智能化的智慧（huì）农业时代。我们可以把数（shù）据平台看作是（shì）智（zhì）慧农业的“大脑”，它通过数据（jù）应用服务（wù）和集成（chéng）系统来获取（qǔ）和（hé）分析数据并进（jìn）行决策，从而指导农业生产（chǎn）。因此，未来（lái）的（de）农民将（jiāng）和锄（chú）头、水（shuǐ）泵说“拜（bài）拜”，因（yīn）为他可以通过远程操作来完成（chéng）从播种到收获的（de）各个（gè）环节。毫无疑问，未来的农场将是无人（rén）农场，未来的农民（mín）将在电脑上、甚（shèn）至手机上指挥各种智能机械，有条不（bú）紊地完成种庄稼、长庄稼和收庄稼的工（gōng）作（zuò）。春天，无人驾（jià）驶的农机和机（jī）器（qì）人在（zài）田野里协同作业，在翻整土地的（de）同（tóng）时精准施（shī）用根据土壤成分和（hé）作物需要而制（zhì）备的（de）肥料，多机联动（dòng）完成播种和育苗的各个步骤。通过无（wú）人（rén）机和（hé）各（gè）类传感器（qì）、摄像（xiàng）头来（lái）监测和掌握农田的水、肥、温（wēn）度、作物长势（shì）、病（bìng）虫害等（děng）信息，经过“大（dà）脑”处理后，针对不同的地点、农作物、甚至（zhì）不同（tóng）的（de）植株（zhū），形成特异的工作方案，通过远（yuǎn）程控制实现按（àn）需灌溉（gài）、准确施（shī）肥以及病虫（chóng）害精准生物防治。秋天，到了（le）收获的季节，自动化设（shè）备可以提前喷施落叶剂，并在采收的（de）同时加以（yǐ）生（shēng）物保（bǎo）鲜处理并打包，转入流（liú）通环节，进入农业物联（lián）网，使优质、安（ān）全、绿色（sè）的农产品（pǐn）及时出现在人们的餐桌上。

  和传统农业相比，以数字科技为支撑的未来农业将（jiāng）是集约化、规模化、环境友好型的高效农业，是一场翻天覆地的生产方式变（biàn）革。因此，农（nóng）业成了蓬勃（bó）向上的朝阳产业，未来（lái）的农场是无污染绿色生态（tài）农场（chǎng），农民也将成为人（rén）人羡（xiàn）慕的职业。

  功能食品

  随着人民生（shēng）活水平的提高，人们（men）不再满足于吃（chī）饱肚子，而更（gèng）注重于（yú）摄取绿色、健康的食品。生物技术的发展（zhǎn）促（cù）进了农业和健（jiàn）康产业（yè）的结合（hé），一来科学技术不断解析食品成分、膳（shàn）食结（jié）构和营养条件与人体健康的关系，使人们了（le）解怎样通过“吃”来增强体质、提高免疫力；二来现代生物技（jì）术使（shǐ）培育（yù）具有特殊功能的植物成为可能，育种（zhǒng）技术和栽培技术的提高（gāo），可以实现农产品定量富（fù）集某些营养成分或功能性物（wù）质，引（yǐn）领未来农业（yè）向（xiàng）功能性农业发（fā）展，生产优质（zhì）、营养和具有某些特殊（shū）功能（néng）的食品，也常被称为功能农产品。

  根据功能食品的（de）消费群体（tǐ），可以把功能食品（pǐn）分为一（yī）般性（xìng）功（gōng）能食（shí）品和特殊（shū）性功能食品。一（yī）般性功能食品的（de）着眼点是营养和保健，针对健康消费群体。促（cù）进（jìn）营养均（jun1）衡（héng）、增加（jiā）膳（shàn）食纤维、调节（jiē）机体生理状态（tài）、提（tí）高免疫力等，往往通过（guò）食（shí）用一般性功能（néng）食品而实现。比如α-亚麻酸（suān）（ALA）属于Omega-3系列多不饱和脂肪酸，是机体（tǐ）必（bì）需（xū）的生命活性（xìng）因子二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）的合成前体，对健康至关重要，但是（shì）人（rén）体不（bú）能自身合成α-亚麻酸，α-亚麻（má）酸在我们的（de）日常食物中含（hán）量也很低，因此（cǐ）科学家将目光投向一些（xiē）特殊（shū）植物资源，比（bǐ）如牡丹。牡丹一共有9个野（yě）生种，全部起（qǐ）源（yuán）于中国。牡丹花（huā）国色天（tiān）香，被视为我们（men）的国（guó）花，但是你也许（xǔ）不知道（dào），某些（xiē）油用牡丹（dān）品种（zhǒng）的种子含有大量的油（yóu）脂，其中（zhōng）α-亚麻酸（suān）的含（hán）量尤（yóu）为可（kě）观，据测算（suàn），油用牡（mǔ）丹籽亩（mǔ）产200kg左（zuǒ）右，含油率20%以（yǐ）上（shàng），其中不饱和脂（zhī）肪（fáng）酸含量高达92%，特别是α-亚麻（má）酸的含量达（dá）43%，因此，牡丹油即是一类（lèi）可（kě）以预（yù）防心血管疾病的保健食用油。再比如被称为“粮食之母”的藜（lí）麦，是唯一（yī）一种单体植（zhí）物即可大体（tǐ）满足人体基本营养需求的食物。锌和硒是人体必（bì）需的微（wēi）量元素，可以（yǐ）增（zēng）强免疫力、改善视（shì）力、提高注意力，并（bìng）减（jiǎn）少疲劳感，目前已经（jīng）用传统育种或生物工程的方法培育出了（le）富含（hán）锌和硒的大（dà）米，可供脑力（lì）劳（láo）动者食（shí）用。我国植物资（zī）源（yuán）丰富，枸杞、莲子、人参等药用资源种类繁多，这些植（zhí）物不仅具有很高的药用价值，而且还（hái）可以直接拿来或者经过选育和（hé）改造后作（zuò）为“药食同源”的保健食品（pǐn）服（fú）务于大众。

  为特殊人群生产特异（yì）功能食品一直是科学家们努力的方向（xiàng）。有数（shù）据显（xiǎn）示，中国人的平均体重超过（guò）了其他很多（duō）国（guó）家，中国也成（chéng）为世界上“最胖”的（de）国家之一。肥胖症、糖尿病、高血（xuè）压、高血脂等“富贵病”也越来越常见，为此大家总在问，有（yǒu）没有让人（rén）吃了不发胖的食（shí）物（wù）？可不可（kě）以给糖尿病患者生产特殊的粮食（shí）？富（fù）含高抗性淀粉的谷物是一个有效的解（jiě）决途（tú）径，也是国内外（wài）作（zuò）物育种和功能食品研究的热点。我们知道，大米、面粉、玉米面的主要成分是（shì）淀粉，比如（rú）在（zài）小麦种子中，淀粉含量占胚乳重量的（de）80%以上（shàng）。我（wǒ）们吃的淀粉首先被（bèi）淀（diàn）粉酶水解（jiě），逐级消化产生（shēng）寡糖、葡萄糖，直接（jiē）被人体（tǐ）利用或者以糖原的形式存储在肝脏。而抗性淀粉主要（yào）存（cún）在于高直（zhí）链、低支链淀粉颗粒中，被（bèi）称为“抗（kàng）酶解淀粉”或“难消化淀粉”，人吃下后（hòu）难以快速消化，有（yǒu）助于（yú）保持（chí）血糖水平的恒定，还（hái）具有膳食纤维的功能，促进肠胃蠕动，增加（jiā）锌、钙、镁离子的吸（xī）收，不仅可以促进人体健康，还是糖尿病和肥胖症患者的（de）理想（xiǎng）口粮。

  基因组（zǔ）学研究、分（fèn）子设（shè）计育种、基因（yīn）编辑技术（shù）、合成（chéng）生物学技术（shù）、野生种（zhǒng）质（zhì）资（zī）源挖掘和植物栽培技术的（de）飞速发展，已（yǐ）经（jīng）为科学家们提供了制造更健康（kāng）的（de）食品和培育（yù）更多功能（néng）农产品的技术、方法和（hé）材料（liào）。随着对（duì）基因和分子模（mó）块功能的深入研究，某些（xiē）农（nóng）作物的（de）育（yù）种（zhǒng）过程也越来越像模（mó）块玩具的“插件（jiàn）拼装”过程，而合成（chéng）生物学和基（jī）因编（biān）辑技术，不仅（jǐn）可以将植物体原本不存在的合成代（dài）谢途（tú）径（jìng）导入植物，还可以实（shí）现野生资源的（de）快速驯化，因此，在多种分子生物研究技术的加持下，将不同（tóng）的优良性状（zhuàng）结合起来，培育出高（gāo）产（chǎn）、抗逆、绿（lǜ）色（sè）、营养、具有特（tè）种功能的新品种，满足不同（tóng）消费者需要（yào），已慢慢成为农业生产的现状。人们常说，没有做不（bú）到（dào），只有想不到。试问，你想要（yào）什（shí）么样的（de）高（gāo）颜值、富（fù）营养（yǎng）、口感（gǎn）佳（jiā）的农产品？请提出来，让（ràng）科学家（jiā）们来为你生产（chǎn）！