面朝黄土背朝天——这是人们对农业的印象。传统农业（yè）是一（yī）种资（zī）源密集型、劳动密集型产业，但科技的发展，特别（bié）是生物技术、信（xìn）息（xī）技术、物流业的飞速发展，正让农（nóng）业摆脱水土等（děng）资源和劳动力的束缚。那么，未来农业什么样？一位高一男生曾这样回答：我（wǒ）希望（wàng）我（wǒ）在（zài）书房里坐着看书的时候，伸手就能从“植物屏风（fēng）”里摘一颗新鲜的（de）小西红柿放在嘴里；我（wǒ）还希望在家（jiā）里点一点（diǎn）计算（suàn）机或手机屏幕，就可以给庄稼浇水、施肥（féi），给牛羊牲（shēng）畜添加（jiā）饲料；我再打几个电话，就能把（bǎ）农场里收获的粮食、水果分发到各地的超市；还有，种出让（ràng）人吃了（le）不（bú）长胖的粮食，让妈妈吃了（le）既健康又苗条，永远年轻……如果以专业的眼（yǎn）光来分析（xī），他的这段话包含着未来（lái）农业的三个突破点：植物工厂（chǎng）、智慧农业、功能食品。

  植物工（gōng）厂

  土（tǔ）地是传统农业的载体和根本（běn）。但人口的持续增长、土地资（zī）源（yuán）的枯竭、极端气候（hòu）事件的频（pín）发，已经使（shǐ）传统农业（yè）的发（fā）展（zhǎn）到了（le）“瓶颈（jǐng）期”。因（yīn）此（cǐ），科学家们提出了“垂直农（nóng）业（yè）”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（bú）是向外扩（kuò）展。这（zhè）来源（yuán）于对植物生（shēng）长机理的理（lǐ）解和利用——我们知道，植物（wù）生长靠太（tài）阳（yáng），它们利（lì）用太阳光进行光合作用（yòng），把空气中的（de）二氧化碳和水转变成葡萄糖（táng）、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（dài）。垂直农业利（lì）用（yòng）的就是这个原理，即在适宜的条件（jiàn）下，只要给植（zhí）物足（zú）够（gòu）的光和必需的营养，就可以实现植物的室内种植——把庄稼（jià）“种”到空中去，把一幢幢（zhuàng）高楼大（dà）厦（xià）变（biàn）成一（yī）座座农场（chǎng），用车间生（shēng）产的办法来（lái）生产粮食和瓜果，甚至鸡鸭（yā）鱼肉。

  这种植物（wù）产品生产的工厂化农业系统，就（jiù）是“植物工厂”。植物工（gōng）厂是对（duì）光、温、湿、二氧化碳及营（yíng）养（yǎng）等（děng）生（shēng）长环境（jìng）条件全智能控制的植（zhí）物高效稳定生产（chǎn）系统（tǒng）。目（mù）前（qián），植物工（gōng）厂（chǎng）是设施农业发展的高级（jí）阶（jiē）段，被看成农业产业化领（lǐng）域的“活（huó）力（lì）股”和“潜力股”，代（dài）表着（zhe）未来（lái）农业的发（fā）展方（fāng）向。研究发现（xiàn），只要对生长环境进行控制，就（jiù）可（kě）以对植物的生长周（zhōu）期进行调控（kòng）。通过增（zēng）加光（guāng）照、改变“光配（pèi）方”、改（gǎi）善营养液成分等，就可以实现对植物生长（zhǎng）周期和生长状态的控制，比如（rú），生菜和小（xiǎo）白菜在农田（tián）里栽培需要30-40天才（cái）能收获，但是在植物工厂中种（zhǒng）植，仅需20天左右（yòu）。因此，在（zài）植物（wù）工（gōng）厂里（lǐ），植物生长在人工（gōng）王（wáng）国，只要有足够的光照（能量）和营养（水分、空气、矿物（wù）质等），水果（guǒ）、蔬菜乃至（zhì）粮食就可以“长了一（yī）茬又一（yī）茬”，几乎不受外界的天气、光（guāng）照和土壤环境的影响。

  植物工厂要求固定的设施，首（shǒu）先需（xū）要计算机（jī）和多种（zhǒng）传感器对（duì）环境（jìng）进行精确控制、测量和反馈，简单说来，就是根据不（bú）同（tóng）的（de）植物来设置温度、湿度、光（guāng）照、二氧化碳浓度等，还要实时测量植物的生（shēng）长和生（shēng）理状（zhuàng）态，生成数据并反馈至控（kòng）制系统，对环境进行动态调节，因此，植物（wù）工厂依赖的是对设（shè）施（shī）的高精度智能化控（kòng）制。研究发现，光（guāng）质影响（xiǎng）植物光合（hé）作用和光（guāng）信号调节（jiē），在（zài）植（zhí）物生长、表型与抗性中起重要作用，不（bú）同（tóng）的植物对不同光谱的光（光质）具有（yǒu）偏好性。LED植物生长灯就是室内（nèi）种植环境的（de）“小太阳”，通过（guò）采用不同的（de）LED光源，可以实现（xiàn）对光波和光谱的精确控制和搭配，比如，优化红（hóng）光/远红（hóng）光（guāng）的比例，可以提高（gāo）三（sān）色堇的开花（huā）数量和质量（liàng），如果想让石（shí）竹花（huā）的花青苷（gān）含量增加，花（huā）色（sè）红艳，建议增加680nm的光（guāng）；而要想（xiǎng）长出又大（dà）又肥厚（hòu）的绿（lǜ）油（yóu）油的生菜，就需要多（duō）用蓝光和（hé）红光。我（wǒ）国的研发人员根据植物对光环（huán）境的要求，开发（fā）出了80多种专用光配方，用以满足不同植物（wù）的生（shēng）长发育（yù）需求。

  没（méi）有土壤，植物工厂中的（de）植（zhí）物“吃（chī）”什么（me）？和田野（yě）生产（chǎn）不同（tóng），植物工厂（chǎng）要求（qiú）洁净（jìng）的栽培空间，对某（mǒu）些育苗、组织培养型的（de）植物工（gōng）厂来说，甚至需要无菌培养（yǎng）室。在这种条（tiáo）件要求（qiú）下，就（jiù）需（xū）要以营养液来“饲喂”植物（wù）。植物（wù）工厂采用循（xún）环（huán）流动（dòng）的营养液来为植物提供（gòng）营（yíng）养。我们常说，萝（luó）卜青菜，各有所爱（ài），不同的植物也有不同（tóng）的“口味”和“取食偏好（hǎo）”，比（bǐ）如（rú），叶（yè）菜类、茄瓜（guā）类、花（huā）菜类的蔬菜，对（duì）营（yíng）养（yǎng）液的要求各不相同，食用类（lèi）和药用类的植物对（duì）于营（yíng）养液的成分、酸碱性、温度（dù）等（děng）也有不同的“挑（tiāo）剔”程度。这（zhè）就（jiù）要求植物工厂内对（duì）营养液（yè）进行个性化（huà）配制、灭菌、输送和回收，实时（shí）监控营养液（yè）发生的变化并自动补充和（hé）校正，确保（bǎo）植（zhí）物时刻处于一个稳定（dìng）优良的营养液环境中（zhōng）。

  由此看（kàn）来，只要做到精准的（de）人工控制，就（jiù）可以在植物工厂里（lǐ）实现万物生长的（de）梦想。植物工厂技术的突破，使高楼农场（chǎng）、荒漠农场、太空（kōng）农场、航海农场、极地农场（chǎng）等（děng）成为（wéi）可（kě）能。根据目前的（de）技术水平，1万平方（fāng）米的百层大楼（lóu）可日产生菜、小白菜180吨，如（rú）果建设植物工（gōng）厂（chǎng），4栋大（dà）楼就能满足（zú）新加坡 600万人每年25万吨蔬菜的需求。我们（men）也可以想象，只（zhī）要（yào）在舰船上、空（kōng）间（jiān）站上建造规模合适（shì）的植物工厂，带上种子、水和营（yíng）养物质，利用太阳能或其他清洁能源，就可（kě）以长出既（jì）新鲜又有（yǒu）营（yíng）养的粮食、蔬菜和水果（guǒ）来，解决航海、航天、沙漠（mò）、极地（dì）等环（huán）境中的吃饭问题。当然了，你（nǐ）也可以在自家的（de）厨房、客厅和书房，设置功能不同、格调各异的（de）微型植（zhí）物（wù）工厂，让生活和工作更有（yǒu）趣味。

  智慧（huì）农业

  近几年来，“信（xìn）息化”和“人工智能”不仅（jǐn）是两个使用率非常高的时髦（máo）词汇，也变成了很多行（háng）业的（de）核心词汇和（hé）努力（lì）方向。同样地，在信息化和人（rén）工智能的共同（tóng）帮助下（xià），智慧农业（yè）离我（wǒ）们（men）越来越近（jìn）。

  进入21世纪，我国农（nóng）村人口伴随城镇（zhèn）化进程的（de）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（cūn）。人（rén）口分布和人（rén）口（kǒu）结构的改变，提出（chū）了一个很现实的问题：“谁来种地？”2016年，国务院发布（bù）《全国农业现代（dài）化规划（huá）（2016-2020年）》，指出农业的根本出路（lù）在于现代（dài）化，我国将大力推进农业现代（dài）化。近（jìn）年发布的《新一代人工智能发展规划》《数字乡村发展战略纲要》《数字（zì）农业农村发展规划（2019—2025年（nián））》等（děng），都对农业数字化和（hé）智能化发展做（zuò）出（chū）了顶层设计和（hé）系统（tǒng）谋（móu）划。2019年，国家支持在（zài）一些省（shěng）、市、自治（zhì）区开（kāi）展示范，建设“农业（yè）信息（xī）高（gāo）速公路”。因此，我国农业目前正处于从“以（yǐ）人为本”的传统（tǒng）农业向“以智（zhì）能机（jī）械为本”的未（wèi）来农（nóng）业（yè）的快（kuài）速转型期。“让机器来种地（dì）、管地”也（yě）成了破解“谁来种（zhǒng）地”发展（zhǎn）瓶（píng）颈的（de）出路。

  无人机、智能（néng）机器人、大（dà）数（shù）据（jù）技术在农业上的应（yīng）用，将使农业进入数字（zì）化、精准化、网（wǎng）络（luò）化和（hé）智能化的智慧农（nóng）业时代。我们可以把（bǎ）数据平（píng）台（tái）看作是智慧（huì）农（nóng）业的“大脑”，它通过数据应用（yòng）服务和集成系统来获取和分（fèn）析（xī）数（shù）据并进行决策（cè），从而指导农业生产。因（yīn）此，未（wèi）来的农民（mín）将和锄头、水泵（bèng）说（shuō）“拜拜（bài）”，因为他可以通过远程操作来（lái）完成（chéng）从播种到（dào）收（shōu）获的各个环节。毫无疑（yí）问，未来的农场将是无人农（nóng）场，未来的农民将在电脑上（shàng）、甚至手机（jī）上（shàng）指挥（huī）各种智能机械，有条不紊地完成种庄稼、长庄稼和收庄稼的工作。春（chūn）天，无（wú）人（rén）驾驶（shǐ）的农（nóng）机和机器人在田野（yě）里协同作业，在翻整土地的同（tóng）时（shí）精准施用（yòng）根据土壤成分（fèn）和作物需要而制备的肥料，多（duō）机（jī）联动完（wán）成播种和育苗的各个步（bù）骤。通过无人机和（hé）各类（lèi）传感（gǎn）器、摄（shè）像（xiàng）头来监测和掌握农田（tián）的水、肥（féi）、温度、作（zuò）物（wù）长势、病（bìng）虫害（hài）等（děng）信息，经（jīng）过“大脑”处理（lǐ）后（hòu），针对不同的地点、农（nóng）作物（wù）、甚至不同的植株，形成特异的工（gōng）作方案，通过远程控制（zhì）实现按（àn）需灌溉、准确施肥以及病（bìng）虫害精准生（shēng）物防治。秋天，到（dào）了收获的季节，自（zì）动化设备（bèi）可以提前喷施落叶（yè）剂，并在采（cǎi）收的同时加以（yǐ）生物保鲜处理并（bìng）打包，转入流通环节（jiē），进入（rù）农业物（wù）联网，使（shǐ）优质、安全、绿色的农（nóng）产（chǎn）品及（jí）时出（chū）现在人们的餐桌上。

  和传统农（nóng）业相比（bǐ），以数字科技为支撑的未来农（nóng）业将（jiāng）是集约化、规（guī）模化、环境友好型的高效农业，是一场翻天覆地（dì）的生产方式变革。因此（cǐ），农业（yè）成了（le）蓬勃（bó）向上的朝（cháo）阳（yáng）产业（yè），未（wèi）来的农场是无污染绿色生态农（nóng）场（chǎng），农民也将成为人人羡（xiàn）慕的职业。

  功能食品

  随着人民生活（huó）水平的提高，人们（men）不再满足于吃饱肚子，而更注重于（yú）摄取绿色、健（jiàn）康的食（shí）品。生物技（jì）术的发展促进了农业和健（jiàn）康产业的结合（hé），一来科学技术不断解析食品成（chéng）分、膳食结（jié）构和（hé）营养条件与人体（tǐ）健康（kāng）的关系，使人们（men）了解怎（zěn）样通过“吃”来（lái）增强体（tǐ）质、提高免疫力；二来现代生物技术使培育具有特殊功能的植物成为可能（néng），育种技术（shù）和栽培技术的提高，可（kě）以实现农产品定（dìng）量（liàng）富（fù）集某些营养成分或功能性物质，引领未（wèi）来农业向（xiàng）功能性农（nóng）业发（fā）展，生产（chǎn）优质、营（yíng）养和具有某些特殊功能（néng）的食品，也常被称为功能（néng）农（nóng）产品（pǐn）。

  根据（jù）功能食品（pǐn）的（de）消费群体，可（kě）以把功能食品分为（wéi）一般性功能食（shí）品和特（tè）殊性功能（néng）食品。一般（bān）性功能食品的着眼点（diǎn）是营养和保健，针对健（jiàn）康（kāng）消（xiāo）费群体。促进营养均衡、增加膳食纤维、调节机（jī）体（tǐ）生理状态、提（tí）高免疫（yì）力等，往往通过食用一（yī）般性功能食品而（ér）实现。比如（rú）α-亚麻酸（ALA）属于Omega-3系列（liè）多不饱和脂肪酸，是机体必需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）的合成前体，对健康至关重要，但是人体不能自（zì）身合成（chéng）α-亚麻酸，α-亚麻酸在我们的日常（cháng）食物中含量也很低，因此科学家将（jiāng）目光投向一些特殊植物资源，比（bǐ）如牡丹。牡丹（dān）一共有9个野（yě）生（shēng）种，全（quán）部起源于中国。牡丹花国色天香，被视为（wéi）我们的国花，但是你（nǐ）也许（xǔ）不（bú）知道，某（mǒu）些油用（yòng）牡（mǔ）丹（dān）品种的种子含有大量的（de）油脂，其中（zhōng）α-亚（yà）麻酸的（de）含量尤为可观，据测算，油用牡丹籽亩产200kg左右（yòu），含油（yóu）率20%以上（shàng），其中（zhōng）不饱和（hé）脂肪酸（suān）含量高达92%，特别（bié）是（shì）α-亚麻酸的（de）含量达43%，因此，牡（mǔ）丹油即是一类可以预防（fáng）心血管（guǎn）疾病的保健食（shí）用油。再（zài）比如（rú）被（bèi）称为“粮食之（zhī）母”的（de）藜麦，是（shì）唯（wéi）一（yī）一种单体植物即可（kě）大体满足人体基本营（yíng）养需（xū）求的食（shí）物（wù）。锌（xīn）和硒是人体必需的微量元素，可以（yǐ）增强免疫力、改善（shàn）视力（lì）、提高注意（yì）力（lì），并减少疲（pí）劳（láo）感，目前（qián）已经用传统育种或生物工程的方法培育出了富（fù）含（hán）锌和硒的（de）大（dà）米，可供脑力劳动者食用。我国植物资源（yuán）丰富，枸（gǒu）杞、莲子、人参等药用资源种类繁多，这些植物不仅具有很高的药用价（jià）值（zhí），而（ér）且还可以直接（jiē）拿来或者经过（guò）选育和改造后作为“药食同（tóng）源”的保健食品服务（wù）于大众（zhòng）。

  为特（tè）殊人群生产特（tè）异功能食品一直是科学家们（men）努力的方向。有数据显示，中国人的平（píng）均体（tǐ）重超过（guò）了其他很多国家（jiā），中（zhōng）国也成为世（shì）界上（shàng）“最胖”的国家之一。肥胖症、糖尿病、高血压、高（gāo）血脂等“富贵（guì）病”也越来越常见，为此大家总（zǒng）在问，有（yǒu）没有（yǒu）让人吃了（le）不发胖的食物？可不可以给糖尿病患者生产特殊（shū）的（de）粮食？富含高抗性（xìng）淀粉的谷物是一个（gè）有效的解决途径（jìng），也（yě）是国内外作物育种和功（gōng）能食品研究的热（rè）点（diǎn）。我们知（zhī）道，大米、面粉、玉（yù）米面的（de）主要成分（fèn）是淀粉（fěn），比如在小麦种子中（zhōng），淀粉含量占胚（pēi）乳（rǔ）重量的80%以上。我们吃的淀粉首先被淀粉酶（méi）水解（jiě），逐级（jí）消（xiāo）化产生寡糖、葡萄糖，直接被（bèi）人体利用（yòng）或者以糖原的形（xíng）式存储（chǔ）在肝脏。而抗性淀粉主（zhǔ）要存在于高直链、低支链淀粉颗（kē）粒中（zhōng），被称为“抗酶（méi）解淀粉”或“难（nán）消化淀（diàn）粉（fěn）”，人吃下（xià）后（hòu）难以快速消化，有助（zhù）于保持血糖水（shuǐ）平的恒定，还具有膳食纤维（wéi）的功能，促进肠胃蠕动，增（zēng）加锌、钙（gài）、镁离子的吸收，不仅可以促（cù）进人体（tǐ）健康，还是糖尿病和肥胖症患者的理想（xiǎng）口（kǒu）粮。

  基因组学研究、分子（zǐ）设计育种、基因（yīn）编辑技术、合成生物（wù）学（xué）技术（shù）、野（yě）生种质资源挖掘（jué）和（hé）植物栽培技术的飞速发展，已经为（wéi）科（kē）学家们提供了制造（zào）更健康的食品和培育（yù）更多功能农产品的技术、方法和材（cái）料。随着对基因和分子模块（kuài）功能的深入研究，某些农作物的（de）育（yù）种过程也越来（lái）越像模（mó）块玩具的“插（chā）件拼装”过程，而合成生（shēng）物学（xué）和基因编辑技术，不仅可以将植（zhí）物体原本不存在的合成代谢途径导入植物，还可（kě）以实现野生资源的（de）快速驯化，因此，在多种分子（zǐ）生（shēng）物（wù）研究技术的加持下（xià），将（jiāng）不同（tóng）的优良性状结合（hé）起来，培育出（chū）高产（chǎn）、抗逆、绿色、营养、具有特种功能的新品种，满足（zú）不（bú）同消费者需（xū）要，已慢慢（màn）成为农业生产的现状。人们（men）常说，没有做不（bú）到，只（zhī）有想不到（dào）。试问，你想要什么样的高（gāo）颜值（zhí）、富营养、口感佳的（de）农产品？请提出来，让科学家们来为你（nǐ）生产！