面朝黄土背朝天——这是人们对农业的印象。传统农业（yè）是一种（zhǒng）资源密（mì）集型、劳动密集型产业（yè），但科技（jì）的发展，特别是生物（wù）技术、信息技术、物流业的飞速发展，正（zhèng）让农业摆（bǎi）脱水（shuǐ）土等资源和劳（láo）动力的束缚。那么，未来农业什么样？一位高一男生曾这样回答：我希望我在书房里坐着看书的时（shí）候，伸（shēn）手就能从“植物屏风（fēng）”里摘一颗新鲜的（de）小西红柿放在嘴里；我还希望在家里点一（yī）点计算机（jī）或手机屏幕，就可以给（gěi）庄稼浇水、施肥，给牛羊牲畜添加（jiā）饲料；我再打几个电话，就能把农场里收获的粮食（shí）、水果分发到各地的超（chāo）市；还有，种（zhǒng）出让人吃了不长胖的粮食（shí），让妈妈吃了既健康又（yòu）苗条，永远年轻……如果以专业（yè）的眼光来分析（xī），他的这段（duàn）话包含着未来农业的三个突破点：植物工（gōng）厂、智慧农业、功能食品。

  植物工厂

  土地是传统农业的（de）载体和根本。但人口的（de）持续增长（zhǎng）、土地资源的枯竭、极端气（qì）候事件的频（pín）发，已经使传统农业的发展（zhǎn）到（dào）了“瓶颈期（qī）”。因此，科学家们提出了“垂直农（nóng）业”的概念，也就是利用（yòng）先（xiān）进的种植技术，把（bǎ）农业向上延伸，而不是向外扩展。这来源于对植（zhí）物（wù）生长（zhǎng）机理（lǐ）的（de）理解和利（lì）用（yòng）——我们知道（dào），植物生长（zhǎng）靠太阳，它们利（lì）用太阳光进行光（guāng）合（hé）作（zuò）用，把空气中的二（èr）氧化碳和水转变成葡萄糖、淀（diàn）粉等（děng）有机物，这样就可以长（zhǎng）高、长大，直到开（kāi）花结果，繁育后代。垂直农业利用（yòng）的就是这个原理，即在适（shì）宜的条件下，只要给植物足（zú）够的光和（hé）必需的营养，就（jiù）可以实现植物的室（shì）内（nèi）种植——把庄稼（jià）“种”到空中去，把一幢幢高楼大（dà）厦（xià）变（biàn）成一座座农场，用车间生产的办（bàn）法来生产粮食和瓜果，甚（shèn）至鸡鸭鱼（yú）肉。

  这种（zhǒng）植物产品生（shēng）产的工厂化农业系统（tǒng），就是“植物工厂”。植物工厂（chǎng）是对（duì）光、温（wēn）、湿、二氧化碳及营养等生长环（huán）境条件全智能控制（zhì）的植物高效稳（wěn）定生产系统。目前，植物（wù）工（gōng）厂是设施农业发展的（de）高级阶段，被看成农业产业化领域的“活力股”和（hé）“潜力股”，代表着（zhe）未来农业（yè）的发展（zhǎn）方向。研（yán）究发现，只（zhī）要（yào）对（duì）生长环境进行控制，就可以对植物的生长周（zhōu）期（qī）进行调控。通（tōng）过增加光照、改变“光配方”、改（gǎi）善营养（yǎng）液成分等，就可以实（shí）现对植物生长周期和生长状态的控（kòng）制，比如（rú），生菜和小白菜在农田（tián）里栽（zāi）培需要30-40天才能收获，但是在（zài）植（zhí）物（wù）工厂（chǎng）中种（zhǒng）植，仅需20天左右。因（yīn）此，在植物工厂里，植（zhí）物生（shēng）长在人工王（wáng）国，只要有足够的光照（能量）和营养（水（shuǐ）分（fèn）、空气、矿物（wù）质等（děng）），水果、蔬菜（cài）乃至粮食就可（kě）以“长了一茬又一茬”，几乎（hū）不（bú）受外（wài）界的天（tiān）气、光照和土壤环境的影响。

  植物工厂要求固定的设施，首先需要计算机和多种传感器对环境进行精（jīng）确控制（zhì）、测量和反馈，简单说（shuō）来，就是（shì）根据（jù）不同的植物来设置温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等，还要（yào）实时（shí）测量植物的生长和生理状态，生成数据（jù）并（bìng）反馈至控制系统，对环（huán）境进行（háng）动（dòng）态调（diào）节，因此，植物工厂依赖的是对设施的高精（jīng）度智能（néng）化（huà）控制（zhì）。研究发现，光质影响（xiǎng）植物光合作用和光信号调节，在植物生（shēng）长、表型与抗（kàng）性中起重（chóng）要作（zuò）用，不（bú）同的植物对不同光谱的光（光质）具有偏好性。LED植物生长灯就是室内（nèi）种植环境的“小太阳”，通过采（cǎi）用不同的LED光源，可以实现对光波和光谱的精确（què）控制（zhì）和（hé）搭（dā）配，比如（rú），优（yōu）化红光/远红（hóng）光的（de）比例，可（kě）以提高（gāo）三色（sè）堇（jǐn）的开花（huā）数量和质量，如（rú）果想让石竹花的（de）花青苷含量增（zēng）加（jiā），花色红艳（yàn），建议（yì）增（zēng）加680nm的光；而要想长出（chū）又大又肥厚的绿油油的生菜，就需要多用（yòng）蓝光和红光。我国的（de）研发人员根据植（zhí）物对光环境（jìng）的要求，开发出了80多种专用光配方，用以（yǐ）满足不同植（zhí）物的生长发育需求（qiú）。

  没有土壤，植物工厂中的（de）植（zhí）物（wù）“吃”什么？和田野生产不（bú）同，植物工厂要求洁净的栽培空间，对某些育（yù）苗（miáo）、组织培（péi）养型（xíng）的植物工厂来说（shuō），甚至需要无菌培养室。在（zài）这种条件要（yào）求下，就需（xū）要以营（yíng）养液来“饲（sì）喂”植物。植物工厂（chǎng）采用循环流动的营养液来为植物提供营养。我们常（cháng）说，萝卜青（qīng）菜，各有（yǒu）所爱，不（bú）同的（de）植物也有（yǒu）不同（tóng）的“口味”和“取（qǔ）食偏好”，比如，叶菜类（lèi）、茄（qié）瓜类、花菜类（lèi）的（de）蔬菜，对（duì）营养液的要求各不相同，食用类和（hé）药用类（lèi）的植物对于（yú）营养液的成分、酸碱性、温度等也有不同的“挑剔”程度（dù）。这就要求（qiú）植物工厂内（nèi）对营养液进行个性化配制（zhì）、灭菌、输（shū）送和（hé）回收，实时监（jiān）控营养（yǎng）液发生（shēng）的变化并自动补充和校正，确保植物时刻处于（yú）一个稳定优良的营养液环境中。

  由（yóu）此看来，只要做到精准的人工控制（zhì），就可以在植物工厂里实现万物生长的梦想。植物工厂技术的突破，使高楼农场、荒漠农场、太空农场、航海（hǎi）农（nóng）场、极地农场等成为（wéi）可能。根据目前（qián）的技术（shù）水平，1万平方（fāng）米的百（bǎi）层大楼可日产生菜、小白（bái）菜180吨，如果建设植物工厂，4栋大楼就能满足新加坡（pō） 600万人每年25万吨蔬菜的需求（qiú）。我们也可以想象，只要在舰船（chuán）上、空间（jiān）站上建造规模（mó）合适的（de）植物工厂，带上种子、水和营养物质，利用太阳能或其他清（qīng）洁（jié）能（néng）源，就（jiù）可以长出既（jì）新鲜又有营养的粮食（shí）、蔬菜和水（shuǐ）果（guǒ）来，解决航海、航天、沙（shā）漠（mò）、极地等环境中的吃饭问题。当然了（le），你（nǐ）也可以在（zài）自家的厨房、客厅和书房（fáng），设置功能（néng）不同、格调各异的微型（xíng）植物工厂，让生活（huó）和工作更有趣味（wèi）。

  智（zhì）慧农业（yè）

  近几年来，“信息化”和“人工（gōng）智能”不仅是两个使（shǐ）用率非常高的时髦词汇，也变（biàn）成了很多（duō）行业的核心（xīn）词汇和努力（lì）方向。同样地，在信息化和人工智（zhì）能（néng）的（de）共（gòng）同帮助下，智慧农业离我（wǒ）们越来（lái）越近。

  进入21世纪，我国农村人（rén）口伴随城（chéng）镇化进程（chéng）的加速而大量涌入城（chéng）市，2011年，中（zhōng）国大陆的城镇人口首次（cì）超过了农（nóng）村。人口分（fèn）布和人口（kǒu）结构的改变，提（tí）出了一个很现实的问题：“谁来（lái）种（zhǒng）地？”2016年，国务院发布（bù）《全国农业现代化规划（2016-2020年）》，指（zhǐ）出农业的根本出路在于现代化，我国将大力推进（jìn）农业现代（dài）化（huà）。近年发布的（de）《新一代人工智能（néng）发展规划》《数字乡村（cūn）发展战（zhàn）略纲（gāng）要》《数字农业农（nóng）村发（fā）展（zhǎn）规划（huá）（2019—2025年）》等（děng），都对（duì）农业数字化和智能化发展做出了顶层设计和系（xì）统谋划。2019年，国家支持（chí）在（zài）一（yī）些省、市、自治区开（kāi）展（zhǎn）示范，建设“农业信息（xī）高（gāo）速公（gōng）路”。因此，我国农业目前（qián）正处于从（cóng）“以人为本”的传统农业向“以智（zhì）能机械为（wéi）本”的未来（lái）农业的快速转型期。“让机器来种地、管地”也成了破解（jiě）“谁（shuí）来种地”发展瓶颈的出路。

  无（wú）人机、智能机（jī）器人、大数据技术在农业上的（de）应用，将（jiāng）使农（nóng）业进入数字（zì）化、精准化、网络化和智能化的智慧农业时（shí）代。我们可（kě）以把数据（jù）平台看作是（shì）智慧农业（yè）的“大（dà）脑”，它通过数据应用服（fú）务和集成系统来获取和分析数据并（bìng）进行决策，从而指导农业生产。因此，未来的农（nóng）民将和锄头、水泵说“拜拜”，因为他（tā）可以通过远程操（cāo）作来完成从（cóng）播种到收获的（de）各（gè）个环节。毫（háo）无疑问（wèn），未来的农（nóng）场将是无人农场，未（wèi）来的（de）农民将（jiāng）在电脑上、甚至手机（jī）上指挥各种智能（néng）机械，有条不紊地完成种庄稼、长庄稼和收庄稼的（de）工作（zuò）。春天，无人驾驶的农机和机（jī）器人在田野里协（xié）同作业，在翻整土（tǔ）地（dì）的（de）同时精准施用根据土（tǔ）壤成分和作（zuò）物需要而制（zhì）备（bèi）的肥料，多机联动完成播（bō）种和育苗的（de）各（gè）个步骤（zhòu）。通过无人机和各（gè）类传（chuán）感器、摄像头来监测和掌（zhǎng）握农（nóng）田的水、肥、温度、作物（wù）长势、病虫害（hài）等（děng）信息，经过“大脑”处理后，针对不同（tóng）的（de）地（dì）点、农作物、甚至不同（tóng）的植（zhí）株，形成特（tè）异（yì）的工（gōng）作方案（àn），通过远程控制实现按需灌溉（gài）、准（zhǔn）确施肥（féi）以及病虫害（hài）精准（zhǔn）生（shēng）物防治。秋天，到了收获的季节，自动化设（shè）备可以提前（qián）喷施（shī）落叶剂，并在采（cǎi）收的（de）同时加以生（shēng）物保鲜处理并（bìng）打包，转入（rù）流（liú）通环节，进入农业物联网，使优质、安全（quán）、绿色的农产（chǎn）品及时（shí）出（chū）现在人们的餐（cān）桌上。

  和传（chuán）统农业相比，以数字（zì）科技为支撑的未来农业将是（shì）集约化、规模化、环境（jìng）友好型的高效农业，是（shì）一场翻天覆地的生产方式变革。因此，农业（yè）成了蓬勃向上的朝阳产业，未来的农场是（shì）无污染绿色（sè）生态农场，农民也将成为（wéi）人人羡慕的职业（yè）。

  功能食品

  随着人民生活水平的提高，人们不再满足（zú）于（yú）吃饱肚子，而更注重于摄取（qǔ）绿色、健（jiàn）康（kāng）的食品。生物技术的发展（zhǎn）促（cù）进了农业（yè）和健康产业的结（jié）合，一（yī）来科学技术（shù）不断解析食品成分、膳食结（jié）构和营（yíng）养条（tiáo）件与人（rén）体健康的关系，使人们了（le）解（jiě）怎样通过（guò）“吃”来增强体质、提高免疫力；二来现代生（shēng）物技术使培育（yù）具有特殊功能的植物成（chéng）为可能，育种（zhǒng）技术和栽培技术的提高，可（kě）以实现农产（chǎn）品定量富集某（mǒu）些营养成分或功（gōng）能性物质，引领未来农业（yè）向功能性农业（yè）发展，生产优质、营养和具有（yǒu）某些（xiē）特殊功能的食品，也常被称为功（gōng）能农产品。

  根据（jù）功能（néng）食品的消费群体，可以（yǐ）把功能食品分（fèn）为（wéi）一般性（xìng）功能食（shí）品和特殊性功能食品。一般性（xìng）功能食（shí）品（pǐn）的着眼点是（shì）营养和保健，针对健康（kāng）消费群体。促进营养均衡（héng）、增加膳食纤（xiān）维（wéi）、调节机体（tǐ）生（shēng）理状态、提高免疫力（lì）等，往往（wǎng）通过食用一般性功能食品而实现。比如α-亚麻酸（ALA）属于Omega-3系列多不饱和（hé）脂（zhī）肪酸，是（shì）机（jī）体必（bì）需的（de）生命活性因子二十（shí）碳五烯（xī）酸（EPA）和二（èr）十二碳六烯酸（DHA）的合成（chéng）前（qián）体，对健康至关（guān）重要，但（dàn）是人体不能自身合成α-亚麻酸，α-亚麻酸在（zài）我们的（de）日常食物中含量也很低，因此科（kē）学家将目光投向一些特殊植物资（zī）源，比如牡丹（dān）。牡（mǔ）丹一共有9个野（yě）生种，全部起源于中国。牡丹花（huā）国色天香，被视为我（wǒ）们（men）的国花，但是你也许不知道，某些油用（yòng）牡丹（dān）品种的种子含有大量的油脂，其中α-亚麻酸（suān）的（de）含量尤（yóu）为（wéi）可观，据测（cè）算，油用牡丹籽亩产200kg左右（yòu），含油（yóu）率20%以上，其中不饱和脂肪酸（suān）含量高达92%，特别是α-亚麻酸的含量达43%，因（yīn）此，牡丹油即是（shì）一类可以预防心血管（guǎn）疾病的保健食用油。再比如（rú）被称（chēng）为“粮食之母（mǔ）”的藜（lí）麦，是唯一一种单体植物即（jí）可（kě）大体满足人体基（jī）本营养需求的食物。锌和（hé）硒是人体必（bì）需（xū）的微量（liàng）元素（sù），可以增强免疫力、改善视力、提高注意力，并（bìng）减少疲劳感，目前已经用传统育（yù）种或生物工程的方法培（péi）育出了富含锌和硒的（de）大米，可供脑力（lì）劳动（dòng）者食用（yòng）。我国植物资源（yuán）丰富，枸杞、莲（lián）子、人参等药用资（zī）源种类繁多（duō），这些植物不（bú）仅具有很高的药用价值，而且还可以直接（jiē）拿来或者（zhě）经过选育和改造后作为“药食同源”的保健食品服务于大众。

  为（wéi）特殊人群生产特异功能食品一直是科学家们努力的方向。有数（shù）据显（xiǎn）示，中国人（rén）的平均（jun1）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（zhī）一（yī）。肥（féi）胖症、糖尿病、高血压（yā）、高血脂等“富（fù）贵病”也越来（lái）越常见（jiàn），为（wéi）此大家总在问（wèn），有没有（yǒu）让（ràng）人吃了不（bú）发胖的食物？可（kě）不（bú）可以（yǐ）给糖尿病患（huàn）者（zhě）生产（chǎn）特殊（shū）的粮（liáng）食（shí）？富含（hán）高抗性淀粉的谷物是一个有效的解决途径（jìng），也（yě）是（shì）国内（nèi）外作物育种和功能食品（pǐn）研究的热点（diǎn）。我们知道，大米、面粉、玉米面（miàn）的主要成分（fèn）是淀（diàn）粉，比（bǐ）如在小麦种（zhǒng）子中（zhōng），淀（diàn）粉（fěn）含量占胚乳重量的80%以上。我（wǒ）们吃的淀粉首先被淀粉酶水（shuǐ）解，逐级（jí）消化（huà）产（chǎn）生（shēng）寡糖（táng）、葡萄糖，直接被人体利用或者以糖（táng）原的形（xíng）式存储在肝脏。而抗性淀（diàn）粉主要存在于高直链、低（dī）支链（liàn）淀粉（fěn）颗粒（lì）中，被称为“抗酶解淀粉”或“难消化淀粉”，人（rén）吃下后难以（yǐ）快速消化，有助于保持（chí）血糖水平的恒定，还具有膳食纤维的功能，促（cù）进（jìn）肠胃蠕（rú）动，增（zēng）加锌、钙、镁离子（zǐ）的吸（xī）收，不仅可以促进人体健康，还是糖尿（niào）病（bìng）和肥胖症患者的理（lǐ）想口粮（liáng）。

  基因（yīn）组学（xué）研（yán）究（jiū）、分子（zǐ）设计（jì）育（yù）种（zhǒng）、基因编辑技（jì）术、合成生物学（xué）技术、野生种质资源挖掘和植（zhí）物栽培技术的（de）飞速发展，已经为科（kē）学家们提供了制造更健康的（de）食（shí）品和培育更多功（gōng）能农产（chǎn）品的技术、方法和材（cái）料。随着对（duì）基因和分子模块功能的（de）深入研究，某些（xiē）农作（zuò）物的（de）育种过程（chéng）也越来越像模块玩具的“插件拼（pīn）装”过程，而（ér）合（hé）成生物学（xué）和基（jī）因（yīn）编辑技术（shù），不仅可以将植物（wù）体原本不存（cún）在的合成代谢途（tú）径（jìng）导入植物（wù），还可以（yǐ）实现野生资（zī）源的快速驯化，因此，在多种分（fèn）子生物研（yán）究技（jì）术的加持下，将不同的优良（liáng）性状（zhuàng）结合起来（lái），培（péi）育出高产、抗逆、绿（lǜ）色、营养、具（jù）有特种功能的新品种（zhǒng），满（mǎn）足不同消（xiāo）费者需要，已慢慢（màn）成为农业（yè）生产的（de）现状。人们常说，没有（yǒu）做不到，只有想不到（dào）。试问，你想要什么（me）样的高（gāo）颜值、富（fù）营养、口感佳的农产（chǎn）品？请提出来，让科学家们来为你（nǐ）生产！