面朝黄土背朝天——这是人们对农业的印象。传统（tǒng）农业是（shì）一种资（zī）源（yuán）密（mì）集型（xíng）、劳动（dòng）密集型产业，但科技（jì）的发展，特（tè）别（bié）是生物技术（shù）、信息（xī）技术、物流（liú）业的（de）飞速（sù）发展，正（zhèng）让农业摆脱水土等资（zī）源和劳动力的束（shù）缚。那么（me），未来农业什么样？一位高一男（nán）生曾这（zhè）样回答：我希（xī）望我在书房里坐着看书的时候，伸手就能（néng）从（cóng）“植物屏风”里摘一颗新鲜的小西红柿放在嘴里；我还希望在家里（lǐ）点一点计算机或手机（jī）屏幕（mù），就可以给庄稼（jià）浇水、施（shī）肥，给牛（niú）羊牲畜添加饲料；我再打几个电话（huà），就能（néng）把农（nóng）场里（lǐ）收获的粮食、水果分发到各地的超市（shì）；还（hái）有（yǒu），种出让人吃了不长胖（pàng）的粮食，让妈妈吃（chī）了既健康又苗条，永远年（nián）轻……如果以专业的眼光（guāng）来（lái）分（fèn）析（xī），他的这（zhè）段话包含着未（wèi）来农（nóng）业的三个突破点（diǎn）：植（zhí）物（wù）工厂（chǎng）、智慧农业、功（gōng）能食（shí）品。

  植物工厂

  土地是（shì）传统农业的载体和根本。但人口的持续增长、土地（dì）资源（yuán）的枯（kū）竭、极（jí）端气（qì）候事件（jiàn）的频发，已经使传统农业（yè）的发展（zhǎn）到了（le）“瓶颈（jǐng）期”。因（yīn）此，科（kē）学家们提出了（le）“垂直农业”的概念，也就是利用（yòng）先（xiān）进的种植技术，把农业向上延伸，而（ér）不是向外扩展。这来源于（yú）对（duì）植物生长机理的理解和利（lì）用——我（wǒ）们知（zhī）道，植物生（shēng）长靠太阳，它们利用太阳光进行光合作用（yòng），把空气中的二氧化碳和水转变成葡（pú）萄糖、淀粉等有机物，这样就可以长高、长大，直到开花结果，繁育后代。垂（chuí）直农业利用（yòng）的（de）就是（shì）这个原理，即在（zài）适宜（yí）的（de）条件（jiàn）下（xià），只要给植物足够的光（guāng）和（hé）必需的营养，就可以（yǐ）实现（xiàn）植物的室内（nèi）种植——把庄稼“种”到空（kōng）中去，把一幢幢高（gāo）楼大厦变成一座（zuò）座农场，用车间生产的办法（fǎ）来生产粮食（shí）和瓜果，甚至鸡鸭（yā）鱼肉。

  这种植（zhí）物产品（pǐn）生产的工厂化农（nóng）业系统（tǒng），就是“植物工厂（chǎng）”。植物工厂是对（duì）光、温、湿、二氧化碳（tàn）及（jí）营养等生长环境条件（jiàn）全智能控（kòng）制的植物高效稳定生产系统。目（mù）前，植物工厂（chǎng）是设施农业发展的高级（jí）阶段，被（bèi）看成农（nóng）业产业（yè）化（huà）领（lǐng）域的（de）“活（huó）力（lì）股”和（hé）“潜力股”，代表（biǎo）着未来农业的（de）发展方（fāng）向。研究发现，只要对生长（zhǎng）环境进行（háng）控制，就可以对植（zhí）物的生长周期进行调控。通（tōng）过增（zēng）加光（guāng）照（zhào）、改变“光配方”、改善营（yíng）养液成分等，就可以实现（xiàn）对植物生（shēng）长周（zhōu）期和（hé）生长状态的控制，比如，生菜和小白菜在农田（tián）里栽培需要30-40天才能收（shōu）获，但是在植物工厂中种（zhǒng）植，仅需20天左（zuǒ）右。因（yīn）此（cǐ），在植物工厂里（lǐ），植物生长在人工王（wáng）国，只要有足够（gòu）的（de）光照（能量）和营养（yǎng）（水分、空气、矿物质等（děng）），水果、蔬菜（cài）乃至（zhì）粮食就可以“长了一茬又一茬（chá）”，几乎不受外界的天气、光照和土（tǔ）壤环境的影响。

  植物工厂要（yào）求固定的设施，首先需要计算机和多种传感器对环（huán）境进行精（jīng）确控制、测（cè）量和反馈，简单说来，就（jiù）是（shì）根据不同的植物来（lái）设置（zhì）温度、湿（shī）度、光照、二氧化碳（tàn）浓度（dù）等，还（hái）要实时测量植物的生（shēng）长和生理状态，生成数据并反馈至控制系统，对环境进行动（dòng）态调节，因此，植物工厂依（yī）赖的是对（duì）设施的高精度智（zhì）能化控制。研究（jiū）发现，光质影响植物（wù）光合作用和光信号（hào）调（diào）节，在植（zhí）物生长、表型与抗性中起重要（yào）作用，不（bú）同的植物对不同光谱的（de）光（光质）具（jù）有偏好性。LED植物生（shēng）长灯就是室内种植环（huán）境的“小太阳”，通过采（cǎi）用不同（tóng）的（de）LED光源，可以（yǐ）实现对光波和光谱的精确控制和（hé）搭配，比如，优化红光/远红光的比例，可以提（tí）高三（sān）色（sè）堇（jǐn）的开花数量和（hé）质量，如果想让石竹（zhú）花的花青苷含量增加，花（huā）色红艳，建议增加680nm的光；而要想长出又大（dà）又肥厚的绿油油的（de）生（shēng）菜，就需要多用（yòng）蓝光和红光。我国的研发人员根据（jù）植物对（duì）光环境的要求（qiú），开发出了80多（duō）种专（zhuān）用（yòng）光配方，用以满足不同植物（wù）的生长发育需求。

  没有土（tǔ）壤（rǎng），植物工厂中（zhōng）的植物“吃”什么？和田野生产（chǎn）不同，植（zhí）物工厂要求（qiú）洁（jié）净的栽培空间（jiān），对某些育苗、组织（zhī）培养型的植（zhí）物工厂来说，甚至需（xū）要无菌培养室。在这种条件要求下，就需要以营（yíng）养（yǎng）液（yè）来“饲喂”植物。植物工厂采（cǎi）用循环流动的营养液（yè）来为植物提供营养。我们常（cháng）说（shuō），萝卜（bo）青（qīng）菜，各有所爱，不同的（de）植物也有不同（tóng）的“口（kǒu）味”和“取（qǔ）食偏好”，比如（rú），叶（yè）菜（cài）类、茄瓜（guā）类、花菜类的蔬菜，对营养液的要求各不相同，食用（yòng）类和药用类的植（zhí）物（wù）对于营养液的成分、酸碱性、温度等也有不同的“挑剔”程度。这就要求植物工（gōng）厂内（nèi）对营养液进行个性化（huà）配制、灭菌、输送和回收，实（shí）时监控营养液发（fā）生的变化并自动补充和（hé）校正，确保植物时刻处于一个稳定优良的营养液（yè）环境中。

  由此（cǐ）看来，只要做到精准的人工控（kòng）制，就可以（yǐ）在植物（wù）工厂里实（shí）现万物生长的（de）梦想。植物工厂技（jì）术的突破，使高楼农场、荒（huāng）漠农场、太（tài）空（kōng）农场（chǎng）、航海农（nóng）场、极地（dì）农场（chǎng）等成（chéng）为可能。根（gēn）据目前的技术水平，1万平方米的百层大楼可（kě）日产（chǎn）生菜（cài）、小白菜180吨，如果建设植物工厂，4栋大楼就（jiù）能满足（zú）新加坡 600万人（rén）每年25万吨蔬菜的需求。我们（men）也可（kě）以想象（xiàng），只要在舰船上（shàng）、空间站上建造（zào）规模合适（shì）的植物工厂，带上种子（zǐ）、水和（hé）营养物质，利用太阳能（néng）或其（qí）他（tā）清洁（jié）能源，就（jiù）可以（yǐ）长出既新鲜又有（yǒu）营养的粮食（shí）、蔬（shū）菜和（hé）水果来，解决（jué）航（háng）海、航天（tiān）、沙漠、极（jí）地等环境中的吃饭问（wèn）题。当然了，你也可（kě）以在自家的厨房（fáng）、客厅（tīng）和书（shū）房，设置（zhì）功能不同、格调各（gè）异的微型植物工厂，让生活和（hé）工作更有趣味。

  智慧农业

  近几年来，“信息化”和（hé）“人工（gōng）智（zhì）能”不仅是两个使（shǐ）用率非常高的时髦词汇（huì），也变成了（le）很多行业的（de）核心词汇和努力方向。同样地，在（zài）信息（xī）化和人工（gōng）智能的共同帮助下，智（zhì）慧农业离我们（men）越来越近。

  进入21世纪（jì），我（wǒ）国农村（cūn）人口（kǒu）伴随城镇化进程的加速而大量涌入城市，2011年，中国大（dà）陆的城镇人口首次超过了农村。人口（kǒu）分布和人口结构的改变，提（tí）出了一个很现实的问题：“谁（shuí）来种地？”2016年，国（guó）务院发布《全国农业（yè）现（xiàn）代化规划（2016-2020年（nián））》，指出农业的根本出（chū）路在于现（xiàn）代化，我（wǒ）国将大力推（tuī）进农业现代化。近年发布的《新一代人工（gōng）智能发（fā）展规划》《数字乡村发（fā）展（zhǎn）战略纲要》《数字（zì）农业农（nóng）村发展（zhǎn）规（guī）划（2019—2025年）》等，都（dōu）对农业数字化（huà）和智能（néng）化（huà）发展做出（chū）了顶层设计和系统谋（móu）划（huá）。2019年，国家支持在一些（xiē）省、市、自治区开展示范，建设“农业（yè）信息高（gāo）速公路”。因此，我国农（nóng）业目前正处（chù）于（yú）从“以人为本”的传统农业向（xiàng）“以智能机（jī）械为本”的未来农业的快速（sù）转型期。“让机器来种地、管地”也成了破解“谁来（lái）种地”发（fā）展瓶（píng）颈的出路（lù）。

  无（wú）人机、智能机器人、大数据技术（shù）在农业上的应用，将使农业（yè）进入数（shù）字化、精准（zhǔn）化、网络化和智能化（huà）的智慧农业时代。我（wǒ）们可以把数（shù）据平台看作是（shì）智慧农（nóng）业的“大（dà）脑”，它通过数据应用服务和集成系统来（lái）获取和分析数据并（bìng）进（jìn）行（háng）决（jué）策（cè），从而（ér）指导农业（yè）生产。因（yīn）此，未来的农民将和锄头（tóu）、水泵说“拜拜（bài）”，因为他可以（yǐ）通过（guò）远程（chéng）操（cāo）作来（lái）完成从播种到（dào）收获的各个（gè）环节。毫无疑问，未来的农场（chǎng）将（jiāng）是无人农场，未（wèi）来的农民将在电脑（nǎo）上、甚（shèn）至手机上指挥（huī）各种智能机械，有条不紊地完成（chéng）种庄稼、长庄稼和收庄稼的（de）工（gōng）作。春天，无人（rén）驾（jià）驶的农机和机器（qì）人在田野里（lǐ）协同作（zuò）业，在翻整土地的同时精准施用根据土壤（rǎng）成分和作（zuò）物需要而制备的肥料，多机联动完成播种和育苗的各个步骤。通过无人机（jī）和（hé）各类传感器、摄（shè）像头来监（jiān）测（cè）和掌握农田的水、肥、温（wēn）度、作物长势（shì）、病虫害等信息，经过“大脑”处（chù）理后（hòu），针对不同的地点（diǎn）、农作物、甚至（zhì）不同的植株，形成特异（yì）的工作方案，通过远程控制实现（xiàn）按需灌（guàn）溉（gài）、准（zhǔn）确施肥以及（jí）病虫害精（jīng）准生物（wù）防治（zhì）。秋天，到了（le）收获（huò）的季节（jiē），自动化设备可以提前喷施落叶剂，并在采收的同（tóng）时加以生物保鲜处理并打包（bāo），转入流通环节，进入农业物联（lián）网，使优质、安全、绿色的农（nóng）产品及时出现在人（rén）们的餐（cān）桌上。

  和传统农业相比，以数字科（kē）技（jì）为（wéi）支撑的未来农业（yè）将是集约化、规模化、环境友（yǒu）好型的（de）高效（xiào）农业，是一场（chǎng）翻（fān）天覆地的生产方式变革。因此，农业成了蓬勃向上的朝阳产业，未来（lái）的农场是（shì）无污染绿色生态农场，农（nóng）民也（yě）将（jiāng）成为人人羡慕的职业。

  功能食品

  随（suí）着人民生活水平（píng）的提高，人们（men）不再（zài）满足于吃饱肚子，而更注重于（yú）摄（shè）取绿色、健康（kāng）的（de）食品。生物技术的发展促进了农（nóng）业（yè）和健（jiàn）康产业的（de）结合（hé），一来科学（xué）技术不断解析食品成分（fèn）、膳（shàn）食结构（gòu）和（hé）营养条件与人体健（jiàn）康的关系，使（shǐ）人（rén）们了解怎样（yàng）通过（guò）“吃”来（lái）增强体质、提高免疫力；二（èr）来现代（dài）生物技（jì）术使培育具有特殊功能的植物成为可能（néng），育种技术和栽培技术的（de）提高，可以实现农产品定量富（fù）集某些（xiē）营养（yǎng）成分或功能性物质，引领未来农业向功能性（xìng）农业发展（zhǎn），生产优质、营养和具有某（mǒu）些特（tè）殊功能的（de）食品（pǐn），也常被称（chēng）为功能农产品。

  根据功能食（shí）品（pǐn）的消费群体，可以把功能食（shí）品（pǐn）分为一般性（xìng）功能食品和特殊性功能（néng）食品。一般性功能食品（pǐn）的（de）着眼点是营养和保健，针对健康消费（fèi）群体。促进营养均（jun1）衡、增加膳食纤维（wéi）、调节机体生理状态、提高免疫力等，往往通过食用一般性功（gōng）能食品而实（shí）现（xiàn）。比如α-亚麻酸（ALA）属于Omega-3系列多不（bú）饱（bǎo）和脂（zhī）肪酸，是机体必需的生命活性因子二十碳五烯酸（EPA）和二十（shí）二碳六烯酸（DHA）的（de）合（hé）成前体，对健康至关重要，但是人体（tǐ）不能自身（shēn）合成α-亚麻酸，α-亚麻酸在我们的日常（cháng）食物中含量也很低，因（yīn）此科学家将目（mù）光投向一些特殊植（zhí）物资源，比如（rú）牡丹。牡丹一共有9个野生种，全部起源于中国。牡丹花（huā）国色天香，被视为我们的国花（huā），但是你也许不知道，某些（xiē）油用（yòng）牡丹品（pǐn）种的（de）种子含有大量的油脂，其中（zhōng）α-亚麻酸的含量尤为可观，据测算，油（yóu）用牡丹（dān）籽亩产200kg左（zuǒ）右，含油率20%以上，其中不饱（bǎo）和（hé）脂肪酸含量高达92%，特别是α-亚（yà）麻酸的含量达43%，因此，牡丹油即是一类可以预防心血（xuè）管疾病的保健食（shí）用（yòng）油。再比如被称为（wéi）“粮食之（zhī）母”的藜麦，是唯一一种单体植物即可大体满足人体基本营养需求的（de）食物。锌和硒是（shì）人体必需（xū）的微量元素，可以增强免疫力、改善视力、提高注意力，并减少疲（pí）劳感，目前已（yǐ）经用传（chuán）统育种或生物工程的方法培育出（chū）了富含锌和（hé）硒的大（dà）米（mǐ），可供脑力劳（láo）动者食用。我国植物资源丰（fēng）富，枸杞、莲子、人参等（děng）药（yào）用资源（yuán）种类繁多，这些植物不（bú）仅具有很（hěn）高的药用价（jià）值（zhí），而且还可以直接拿来（lái）或者经过选育和改（gǎi）造后作为（wéi）“药食同源”的（de）保健食品服务于大众。

  为特殊人群生产特异功能食品一直是科学家们努（nǔ）力的方向（xiàng）。有数（shù）据显（xiǎn）示，中国人的平均体重超过了其他很多国家，中国也（yě）成为（wéi）世界上“最胖（pàng）”的国家（jiā）之一。肥胖症、糖尿病、高血压、高血脂等“富贵病”也（yě）越（yuè）来越常见（jiàn），为此（cǐ）大家总在问，有没（méi）有让人吃了不发胖的食物？可不可以给糖尿病患者生产（chǎn）特（tè）殊（shū）的粮食（shí）？富（fù）含（hán）高抗性淀（diàn）粉（fěn）的谷物是一个有（yǒu）效（xiào）的解（jiě）决途径（jìng），也是（shì）国内（nèi）外（wài）作物育种（zhǒng）和功能食品研究的热（rè）点。我（wǒ）们知道，大米（mǐ）、面粉、玉米面的主要成分是淀粉，比如在小麦种子中，淀粉（fěn）含量占胚乳重量的80%以上。我们吃的淀粉首先被淀粉酶水解，逐级消（xiāo）化产（chǎn）生寡糖（táng）、葡萄糖，直接（jiē）被人体（tǐ）利（lì）用（yòng）或者（zhě）以糖原的（de）形（xíng）式存储在肝脏。而抗性淀粉主要存在于高直（zhí）链、低支（zhī）链淀粉颗粒中，被称（chēng）为“抗酶解淀粉”或“难消化（huà）淀粉（fěn）”，人吃下后难以快速（sù）消（xiāo）化，有（yǒu）助（zhù）于保持血糖水平的恒定，还具有（yǒu）膳食纤维的功能，促进肠（cháng）胃蠕动，增加锌（xīn）、钙、镁离子的吸收（shōu），不仅可以（yǐ）促进人体健康，还是糖尿（niào）病和（hé）肥胖（pàng）症患者（zhě）的理想口粮。

  基因组学（xué）研究、分子设计育种（zhǒng）、基因编辑技（jì）术（shù）、合（hé）成生物学（xué）技术、野生种质（zhì）资源挖掘和植物栽培（péi）技术的飞（fēi）速（sù）发展（zhǎn），已经为科学（xué）家们提供了制造（zào）更健康的食品（pǐn）和培育更多功能农产品的技术、方法和材料。随着对（duì）基因和（hé）分子模块功能的（de）深入研究，某些农作物的育种过程也越来越像模块玩（wán）具的“插件拼装”过程，而（ér）合成生物学和基因编辑（jí）技（jì）术，不仅可以将植物（wù）体（tǐ）原本不（bú）存在的（de）合成代（dài）谢（xiè）途径导入植物，还可以（yǐ）实现野生资源的快速驯化，因此，在（zài）多（duō）种分子生（shēng）物研（yán）究技术的加（jiā）持（chí）下，将不同的优良性（xìng）状结合起来（lái），培育（yù）出高（gāo）产、抗逆、绿色、营养、具有特种功能的（de）新品（pǐn）种，满足不同消费（fèi）者需要，已慢慢成为农（nóng）业生产的现状。人们常（cháng）说（shuō），没有做不到，只有想（xiǎng）不到（dào）。试问，你（nǐ）想要（yào）什么（me）样的高颜值、富营养、口感佳（jiā）的农（nóng）产品？请提（tí）出来，让科（kē）学家（jiā）们来为你生产！