面朝（cháo）黄（huáng）土背朝（cháo）天——这是人们对（duì）农业的印（yìn）象。传（chuán）统农（nóng）业是一种资源密集（jí）型、劳动密集型产业，但科技的（de）发展，特别是生（shēng）物技术（shù）、信（xìn）息技术、物流业的飞速发展（zhǎn），正让（ràng）农业（yè）摆脱水土等资源和劳动力（lì）的束缚。那么，未（wèi）来农业什么样（yàng）？一位高一男生曾这样回答：我（wǒ）希（xī）望我在书房里坐（zuò）着看（kàn）书（shū）的时候，伸手就能从（cóng）“植物屏风”里摘一颗新（xīn）鲜的小（xiǎo）西（xī）红柿放在嘴里；我还（hái）希望在家（jiā）里点一点计算机或（huò）手机（jī）屏幕（mù），就可（kě）以给庄稼浇（jiāo）水、施肥，给牛羊牲畜添加饲料；我再打几个电话，就能把（bǎ）农场里收获的粮食、水果（guǒ）分发到各（gè）地的超市；还有，种出让人吃了（le）不长胖的粮（liáng）食，让妈妈吃了既健康又苗条，永远年轻（qīng）……如果（guǒ）以（yǐ）专业的眼光来分（fèn）析，他的这段话包含（hán）着未来农业的三个突破（pò）点：植物工厂、智慧农业、功能（néng）食品。

  植物工厂（chǎng）

  土地（dì）是传统（tǒng）农业（yè）的载体和（hé）根本。但（dàn）人口的持续增长、土地（dì）资源的枯（kū）竭、极端气（qì）候事件的频发，已（yǐ）经使传统农业的发展到了（le）“瓶颈（jǐng）期”。因此，科学家们提出了（le）“垂直农业”的概念，也就是利用先进的种植技术，把（bǎ）农业向上延伸，而（ér）不是向外（wài）扩展。这来（lái）源于对植（zhí）物生长机理的理解和利用——我（wǒ）们知道（dào），植物生长靠太阳（yáng），它们利用（yòng）太阳光进行光合作用（yòng），把（bǎ）空气中（zhōng）的二氧化（huà）碳和水（shuǐ）转变成（chéng）葡萄（táo）糖、淀粉等有（yǒu）机物，这样就可以长高、长（zhǎng）大，直到开花结（jié）果，繁（fán）育后代。垂直（zhí）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（zú）够的光和必（bì）需的营养，就可以实现植物的（de）室内种（zhǒng）植（zhí）——把庄稼“种”到空中（zhōng）去（qù），把一（yī）幢幢高楼大厦变成（chéng）一座座农（nóng）场，用车（chē）间生产的（de）办法来生（shēng）产粮食和瓜果，甚至鸡（jī）鸭（yā）鱼肉。

  这种植物产（chǎn）品生产的（de）工厂化农业系统，就是“植（zhí）物（wù）工厂（chǎng）”。植物（wù）工（gōng）厂是对光、温、湿、二（èr）氧化碳及营养等生长环境条件全智（zhì）能控制的植（zhí）物高效稳定（dìng）生产系（xì）统。目前，植物（wù）工厂是设施农业（yè）发展的高级（jí）阶段，被看成农业产业化领域的“活力股”和“潜力（lì）股”，代表着未来（lái）农业的发展方向。研究发现，只要对生长（zhǎng）环境进行控（kòng）制（zhì），就可以对植物（wù）的生长周期进行调控。通过（guò）增加光照、改变“光配方”、改善（shàn）营养液成分等，就可以（yǐ）实（shí）现对植物生长（zhǎng）周期（qī）和（hé）生长状态的控制，比如，生菜和小白菜在农（nóng）田里栽培需要30-40天（tiān）才能（néng）收获（huò），但是（shì）在植物工厂中（zhōng）种植，仅（jǐn）需20天左（zuǒ）右。因此（cǐ），在植物（wù）工厂里，植（zhí）物生长在人工王国（guó），只要（yào）有足够的光照（zhào）（能量）和营（yíng）养（水（shuǐ）分（fèn）、空气、矿物质（zhì）等），水果、蔬（shū）菜乃至粮食（shí）就可以“长了一茬又一（yī）茬（chá）”，几（jǐ）乎不受（shòu）外（wài）界（jiè）的（de）天气、光照（zhào）和土壤环境的影响（xiǎng）。

  植（zhí）物工厂要求（qiú）固定的设施，首先（xiān）需要（yào）计算机和多种传感（gǎn）器对环境进行精确（què）控（kòng）制、测量和反馈，简单说来（lái），就是根据不同的（de）植物来设置温度（dù）、湿度、光照、二氧化碳浓（nóng）度（dù）等，还要实时测量植物的生长和生理（lǐ）状态，生成数（shù）据并反馈至控制系统，对（duì）环境进（jìn）行（háng）动态调节（jiē），因此（cǐ），植物工厂依赖的是对（duì）设施的高精度（dù）智能（néng）化控制。研究发现，光质（zhì）影响植物光合作用和光信号调节，在植物生长、表型与抗性中（zhōng）起重要（yào）作用，不同（tóng）的植物对不同光谱的光（光质）具有偏好性（xìng）。LED植（zhí）物生长（zhǎng）灯就是室内种植环境的“小太阳”，通过采用（yòng）不同的LED光源，可以（yǐ）实（shí）现对光波和光（guāng）谱的精（jīng）确控（kòng）制和搭配（pèi），比（bǐ）如，优化红（hóng）光/远红光的比例，可以提高三色堇的开花数量和质量，如果（guǒ）想让石竹花（huā）的花（huā）青苷含（hán）量增加，花（huā）色红艳，建议增加680nm的光；而要想长出又大又肥厚（hòu）的绿油油的生菜（cài），就需要（yào）多用蓝（lán）光（guāng）和红光（guāng）。我国的研（yán）发人（rén）员（yuán）根据植物对光（guāng）环境（jìng）的要求，开发（fā）出了80多（duō）种专（zhuān）用光配（pèi）方，用（yòng）以满足不同植（zhí）物的生长（zhǎng）发育需求。

  没有土壤，植物工厂中的（de）植物“吃”什么？和（hé）田野生产不（bú）同，植（zhí）物工厂要（yào）求洁净（jìng）的栽（zāi）培空间，对某些育苗、组织培养型的（de）植（zhí）物工（gōng）厂来（lái）说，甚（shèn）至需要无菌（jun1）培养室。在（zài）这种条件要求下，就需要以营养液来“饲喂”植物。植物（wù）工厂采用（yòng）循环流动的营（yíng）养液来为植物提供营养。我们常说（shuō），萝（luó）卜青菜，各有所爱，不同的植物也（yě）有不同的“口味”和（hé）“取食偏好”，比如（rú），叶菜类、茄瓜类、花菜类的蔬菜，对营（yíng）养液的要求各不（bú）相同，食用类和药用类的植物对于营养液的成分（fèn）、酸碱性、温度等也有不（bú）同的“挑剔”程度。这就要求植物工厂内对营养液进行个性化配制、灭菌（jun1）、输送和回收，实时监控营（yíng）养液发生的变化并自动补充和校正，确（què）保植物时刻处于一个（gè）稳定优良的营养液（yè）环境中。

  由此看来，只要做到精（jīng）准的人工控（kòng）制，就（jiù）可（kě）以（yǐ）在植物工厂里实现（xiàn）万物生长（zhǎng）的梦想。植（zhí）物工厂技术的突破，使（shǐ）高（gāo）楼农场、荒漠农场、太空（kōng）农场、航海农场、极（jí）地（dì）农场等成（chéng）为可能。根据目前的技术水平，1万平（píng）方米的（de）百层大楼可（kě）日产生菜、小白菜180吨，如果建设（shè）植物（wù）工厂，4栋大（dà）楼就能满足新加坡 600万（wàn）人每年25万（wàn）吨蔬菜的（de）需（xū）求。我们（men）也可（kě）以想（xiǎng）象，只要在（zài）舰船上、空间站上建造规模合适的植（zhí）物工厂，带上种子、水和营养物质，利用太（tài）阳（yáng）能或其（qí）他清（qīng）洁能源，就可以长（zhǎng）出既新鲜又有营（yíng）养的（de）粮食、蔬（shū）菜和水果来，解决（jué）航海、航天（tiān）、沙（shā）漠、极地等环境（jìng）中的吃饭问题。当然了，你也可以在自家（jiā）的厨房、客厅和（hé）书房，设置功能（néng）不同、格调各异的微型植物工厂（chǎng），让（ràng）生活（huó）和工作更有（yǒu）趣味。

  智（zhì）慧农业

  近几年来，“信息化（huà）”和“人工智能”不仅是（shì）两个使用率非常高（gāo）的时髦词汇，也变（biàn）成了很多行业（yè）的核心词（cí）汇（huì）和努力（lì）方向。同样地，在信息（xī）化和人工智能的共同帮助下，智慧农业离我们越来（lái）越近。

  进入21世纪，我国农村人口（kǒu）伴（bàn）随城镇化进程的加速而大量（liàng）涌（yǒng）入城市，2011年，中国大陆的城镇人（rén）口首次超过了农村。人（rén）口（kǒu）分布和人口结（jié）构的（de）改变（biàn），提出（chū）了（le）一个很现实（shí）的问题：“谁来（lái）种地？”2016年（nián），国务院发布《全国农业现代化规划（2016-2020年）》，指（zhǐ）出农（nóng）业的根本出路在于（yú）现代化，我国将大力推进农业现代化。近年发布的《新一代人工智能发展规划》《数字乡村发展（zhǎn）战略（luè）纲要》《数字农（nóng）业农村发展规划（2019—2025年（nián））》等，都（dōu）对农业（yè）数（shù）字化和（hé）智能化（huà）发展（zhǎn）做出了顶层设计和（hé）系统谋划。2019年，国家支持在一（yī）些省、市、自治区开展示范（fàn），建设（shè）“农业信（xìn）息高（gāo）速公路（lù）”。因（yīn）此，我国农业目前正处于从（cóng）“以人为本”的传（chuán）统农业向“以智能机械（xiè）为本”的未来（lái）农（nóng）业的快速转型期。“让机器来种地、管地”也成了破解“谁来种地”发展瓶颈的（de）出路。

  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（shǐ）农业进入数（shù）字化、精准化、网络化和智能化的智慧农业时代。我们可（kě）以（yǐ）把（bǎ）数据平台（tái）看（kàn）作是智慧农（nóng）业的“大脑”，它通（tōng）过数据应用（yòng）服务和集（jí）成系统来获取和（hé）分析（xī）数据并进行（háng）决策，从而（ér）指导农业生产。因此，未来的农民（mín）将（jiāng）和锄头（tóu）、水（shuǐ）泵（bèng）说“拜拜”，因（yīn）为（wéi）他（tā）可以（yǐ）通过远程操作来完成（chéng）从播种到收获的各个环节（jiē）。毫无疑问，未来的农场将（jiāng）是无人农场（chǎng），未来的农（nóng）民将在电脑上、甚至手机上指挥（huī）各（gè）种（zhǒng）智能机械，有条不紊地完成（chéng）种庄稼、长（zhǎng）庄稼和收庄稼的工作（zuò）。春（chūn）天，无人驾驶的农机和机器人在田野里协同作业，在翻整土地的同时（shí）精准施用根据土（tǔ）壤成分（fèn）和（hé）作物需（xū）要而制备的肥料，多机联动完成播（bō）种和（hé）育苗的各（gè）个步骤。通过无人机和各（gè）类（lèi）传感器、摄像头来监测和掌（zhǎng）握农田的水、肥、温度、作物长（zhǎng）势、病虫害等信息（xī），经（jīng）过“大（dà）脑”处理（lǐ）后，针对不同的地点、农作物（wù）、甚（shèn）至不同的植（zhí）株，形成特异（yì）的工（gōng）作方案，通过远（yuǎn）程控制实（shí）现按需灌溉、准确（què）施肥（féi）以及病（bìng）虫害（hài）精准生物防治。秋天，到了收获的季（jì）节，自动化设备可以提前喷施落叶（yè）剂，并在（zài）采收的同时（shí）加以生物保鲜处理并打包，转入流通环节，进入（rù）农业（yè）物联网，使优质、安全、绿色的农产品及时出现在人们的餐桌上。

  和传统农业（yè）相比，以数字科技为支撑的（de）未来农业将是集（jí）约化、规模（mó）化、环境友好型的（de）高（gāo）效农（nóng）业，是一场翻天覆地的生产方式变革。因此，农业（yè）成了蓬勃向（xiàng）上的朝阳产业，未来的农（nóng）场是无污染绿色生态农（nóng）场（chǎng），农（nóng）民也将成为人人羡（xiàn）慕（mù）的职（zhí）业。

  功能食品

  随着（zhe）人民（mín）生活水平的提高，人们不（bú）再满（mǎn）足于吃饱肚子，而（ér）更注（zhù）重于摄取绿色、健康的食品。生（shēng）物技术的发展促进（jìn）了农业和健康产业的（de）结（jié）合，一来科学技术（shù）不断解析食品成分、膳食结构和营养条件与人体健康的关系，使（shǐ）人们了解怎样通过“吃”来增强（qiáng）体质、提高免疫力；二来现代生物技术使培育具有特殊功（gōng）能的植物成（chéng）为可能，育种技术和（hé）栽培（péi）技术的提高，可以（yǐ）实现农产品定量富集某些营养成分或功能性物质，引领未（wèi）来农业向功能性农业（yè）发展，生产优质、营养和具有某些特殊功能的食品，也常被称为功能（néng）农产（chǎn）品。

  根据功能食品的消费群体，可以把（bǎ）功（gōng）能食品（pǐn）分为（wéi）一般性功能食品和特（tè）殊性功能食品。一般（bān）性功（gōng）能食品的着（zhe）眼点是营养和保健，针对健（jiàn）康消费群体。促进营（yíng）养均衡、增加（jiā）膳（shàn）食纤维、调（diào）节机体生理状态、提高免疫力等（děng），往往通过食用一般性功能食（shí）品而（ér）实现（xiàn）。比（bǐ）如α-亚麻酸（ALA）属于Omega-3系列多不饱（bǎo）和脂肪酸，是机体（tǐ）必需（xū）的生命活性因子二十（shí）碳五烯酸（EPA）和二十二（èr）碳六烯酸（DHA）的合成前（qián）体，对健康至关重要，但是人（rén）体不能自身合成α-亚麻酸，α-亚麻酸在我们的（de）日（rì）常食（shí）物中（zhōng）含量也很低（dī），因此科学家（jiā）将目光投向一些特殊植（zhí）物资（zī）源，比（bǐ）如牡丹。牡丹一（yī）共有（yǒu）9个野生（shēng）种，全部起源于中国（guó）。牡丹花国色天香，被视为我们的（de）国（guó）花，但是（shì）你也许不知道，某些油用牡（mǔ）丹品种的种子含有（yǒu）大量的油脂，其中α-亚麻酸的含量尤（yóu）为可观，据测算，油用（yòng）牡（mǔ）丹籽亩产200kg左右（yòu），含油率（lǜ）20%以上，其中不饱和脂肪酸含量高达92%，特别是（shì）α-亚麻（má）酸的含（hán）量（liàng）达43%，因此，牡丹油即是一（yī）类可以预（yù）防心（xīn）血管疾病的保健（jiàn）食（shí）用油。再比如被称为“粮食之母”的藜麦，是（shì）唯一一种单体植物即（jí）可大体满（mǎn）足人体基本营养需求（qiú）的食物。锌和硒是人体必需的微量元素，可（kě）以增强免疫力、改善（shàn）视力、提高注意（yì）力，并减（jiǎn）少疲劳感，目（mù）前已经用传统（tǒng）育种或生物工程的（de）方（fāng）法培育（yù）出了（le）富含锌和硒的（de）大米，可供脑力劳动者（zhě）食用。我国（guó）植（zhí）物（wù）资源丰富，枸杞、莲子、人参等药用资源种类繁多，这些植物不仅（jǐn）具有很高的药用（yòng）价值，而且还可以直接（jiē）拿来或者经（jīng）过选（xuǎn）育和（hé）改造后（hòu）作为“药食同源”的（de）保健食品服务于大众。

  为特殊人群（qún）生产特（tè）异功能食（shí）品一直是科学家们努力的方向。有数据显（xiǎn）示（shì），中（zhōng）国人的（de）平均体重超过了其他很（hěn）多国家，中国也成（chéng）为世界（jiè）上“最胖”的国家之一（yī）。肥胖症、糖（táng）尿病、高血压、高血脂等“富贵病（bìng）”也（yě）越（yuè）来越常见，为此大家总在（zài）问，有（yǒu）没（méi）有让（ràng）人（rén）吃了不发（fā）胖的食物？可（kě）不（bú）可以给糖尿病患者生（shēng）产（chǎn）特殊的粮食？富含高抗性淀粉的谷物是一个有（yǒu）效的（de）解决途径，也是国内（nèi）外作物育种（zhǒng）和功能食（shí）品研究（jiū）的热点。我们知道（dào），大米、面粉、玉米（mǐ）面的主要成（chéng）分是淀粉，比如在小（xiǎo）麦种（zhǒng）子（zǐ）中，淀粉含（hán）量占胚乳重量的80%以上。我们吃的淀粉首先被淀粉酶水解，逐级消化产生寡糖（táng）、葡萄糖，直接被人体利用或者（zhě）以糖原（yuán）的形式存储在肝（gān）脏。而抗性淀粉主要存（cún）在（zài）于高直链、低支链淀粉颗粒中（zhōng），被（bèi）称为（wéi）“抗酶（méi）解淀粉”或“难消化淀粉”，人吃下后难以快速消化，有助于保持血糖（táng）水平的恒定，还具（jù）有膳食（shí）纤维的功能，促（cù）进肠胃（wèi）蠕动，增加（jiā）锌、钙、镁离子的吸收（shōu），不仅可以促进人体健康（kāng），还是（shì）糖尿病和肥胖症患者的理想口粮。

  基因组学研究、分（fèn）子设（shè）计育种、基因编辑技术、合成生物学技术、野生种质资源挖掘（jué）和植（zhí）物栽培技术的飞速（sù）发（fā）展，已经为科（kē）学家们提供了（le）制造更健康的食（shí）品和培育更多功能（néng）农产品（pǐn）的技术、方法和材料。随着对基因（yīn）和分子模块功能的（de）深入（rù）研（yán）究，某些农作物（wù）的育种过程也越来（lái）越像（xiàng）模（mó）块玩具的“插（chā）件拼（pīn）装”过程，而合成生物（wù）学和基因编辑技术，不仅可以（yǐ）将植物体（tǐ）原本（běn）不存（cún）在（zài）的合成代（dài）谢途径（jìng）导（dǎo）入植物，还可以实现野生资源（yuán）的快速驯化，因此，在多种分子生物研究技术的加持下，将不同（tóng）的优良性状结（jié）合起来（lái），培育出高产、抗逆（nì）、绿色、营养、具有特种功能的新品种，满（mǎn）足不同（tóng）消费者需要，已（yǐ）慢慢成为农业生产的现状。人们常说，没（méi）有做不到，只有想（xiǎng）不到。试问，你想要什么样的（de）高颜值、富（fù）营养、口感（gǎn）佳的农产品？请提出来（lái），让科学家们来为你生产！