農(nóng)業(yè)的數(shù)字革命,或許有益于企業(yè),也有益于地球。農(nóng)業(yè)的數(shù)字革命旨在用更少的農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營,生產(chǎn)更多的糧食。這就意味著,農(nóng)用化學(xué)品減少、重型機(jī)械減少、消耗的水也變少了,也不需要額外的土地了；并且對(duì)農(nóng)民們來說,更重要的是,花在農(nóng)耕上的時(shí)間也少了。

三大發(fā)展,吹向了農(nóng)業(yè)數(shù)字革命的號(hào)角。首先,傳感器技術(shù)的發(fā)展。如今的傳感器,體積異常小又極為便宜；其次,在農(nóng)場(chǎng)和計(jì)算云之間傳輸數(shù)據(jù)的通信技術(shù)發(fā)展；以及最后,使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)處理海量信息數(shù)據(jù)的技術(shù)。

康奈爾數(shù)字農(nóng)業(yè)研究中心的主管蘇珊.麥庫奇說：“這可以幫助農(nóng)民知道,牛羊群中有事情要發(fā)生或者果園需要照看。”麥庫奇預(yù)測(cè),未來,灌溉系統(tǒng)中的傳感器將可以接受衛(wèi)星信號(hào)以決定是否需要澆灌農(nóng)作物--前提是土地已經(jīng)干燥且沒有降雨預(yù)測(cè)。

她說：“這就是物聯(lián)網(wǎng)與生物互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合,當(dāng)然這需要海量數(shù)據(jù)分析能力。比如,我們正在研究奶牛。我們?cè)谀膛５牧鑫钢蟹胖昧思{米傳感器,當(dāng)奶牛的反芻行為有異樣時(shí),農(nóng)場(chǎng)主和獸醫(yī)就可以在癥狀顯現(xiàn)之前及時(shí)找到生病的奶牛?！?/P>

到目前為止,農(nóng)業(yè)中的大多數(shù)進(jìn)步都屬于定義比較寬泛的“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”。全球定位系統(tǒng)的到來和農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展,讓農(nóng)民們現(xiàn)在可以更精準(zhǔn)地播種、保護(hù)和收獲農(nóng)作物,盡管精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重點(diǎn)通常以大規(guī)模商品作物為主,如小麥、大豆和芥花籽油作物等。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)如今已經(jīng)與衛(wèi)星和無人機(jī)攝像相結(jié)合,以監(jiān)測(cè)雜草水平和綠蔭覆蓋、土壤分析、天氣模式和特定土地的歷史農(nóng)作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)等,接著再將這些數(shù)據(jù)輸入處理系統(tǒng),處理系統(tǒng)會(huì)使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)來指導(dǎo)田間決策。

這種海量數(shù)據(jù)的分層與后續(xù)的建模,可以幫助農(nóng)民做出更好的決策,提供種植的成功可能性。他們擁有的信息越多,他們就可以更加精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)耕種決策的結(jié)果。他們是否應(yīng)該在那塊田地里種這種莊稼呢？根據(jù)當(dāng)前的天氣預(yù)報(bào),這周播種跟下周播種會(huì)有什么區(qū)別？這種作物品種是否更適應(yīng)這類型的土壤呢？知識(shí)為農(nóng)業(yè)帶來強(qiáng)大的可預(yù)測(cè)性,并且也有大量企業(yè)正在收集數(shù)據(jù),推動(dòng)農(nóng)業(yè)的數(shù)字革命。

航空航天工程公司Planet就是這樣一家公司。Planet每天使用150個(gè)鞋盒大小的微型衛(wèi)星,以3-5米(10-16英尺)的分辨率在全球拍攝300萬張單個(gè)圖像。圖像的拍攝節(jié)奏對(duì)農(nóng)民尤其重要,因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)的時(shí)效十分短暫。

Planet的聯(lián)合創(chuàng)始人羅比.辛格勒說：“每日衛(wèi)星拍攝可以在全球范圍內(nèi),在當(dāng)?shù)剞r(nóng)場(chǎng)層面,使得實(shí)時(shí)決策成為可能。農(nóng)民可以用更少的投入獲得更多的收入,減少營養(yǎng)溢出,并有效擴(kuò)大再生耕作方式,比如免耕法(有證據(jù)證明,犁地會(huì)釋放土壤中的碳元素)和覆蓋作物耕作法。下游的消費(fèi)品公司可以提高供應(yīng)鏈的透明度,并兌現(xiàn)零森林砍伐的承諾。我們?cè)?010年創(chuàng)辦Planet的時(shí)候,我們的愿景是創(chuàng)建一家可以從太空獲取信息,然后用這些信息幫助地球生命的公司。十年后,有了數(shù)百顆衛(wèi)星之后,我們的技術(shù)現(xiàn)在可以協(xié)助政策的制定,并使農(nóng)業(yè)成為應(yīng)對(duì)氣候變換的一個(gè)不可或缺的工具?！?/P>

讓我們回到地面。地球上最大的公司之一也打算深入田間,將自己的數(shù)據(jù)專家與傳感器技術(shù)和機(jī)器人創(chuàng)新相結(jié)合。X-The Moonshot Factory是谷歌母公司Alphabet旗下的創(chuàng)新引擎。這些年來,X公司一直在鉆研他們所謂的“計(jì)算農(nóng)業(yè)”領(lǐng)域。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人埃利奧特.格蘭特解釋說,Project Mineral項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)了一種現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人,該機(jī)器人可以通過3D成像與多層數(shù)據(jù)收集,監(jiān)控作物中的每一株植物,以制定針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)措施。

格蘭特說：“Mineral的原型機(jī)器人將硬軟件與傳感技術(shù)相結(jié)合,利用我們?cè)谌斯ぶ悄?、仿真、傳感器和機(jī)器人領(lǐng)域取得的突破,幫助農(nóng)民、飼養(yǎng)者還有農(nóng)學(xué)家理解和預(yù)測(cè)植物的生長(zhǎng)方式和與周圍環(huán)境的互動(dòng)方式。在過去幾年中,我們與合作伙伴們共同努力,嘗試?yán)斫鈴?fù)雜的植物世界,努力進(jìn)一步掌握這種復(fù)雜性,并致力于建立一個(gè)更加可持續(xù)、適應(yīng)力更強(qiáng)和更高產(chǎn)的糧食系統(tǒng)?！?/P>

ApisProtect在歐洲和北美洲監(jiān)測(cè)著2000萬只蜜蜂,關(guān)注生產(chǎn)力下降的跡象

說到食品生產(chǎn),大自然中最重要的一個(gè)活動(dòng)就是授粉。正是傳感器技術(shù),在為植物的授粉活動(dòng)保駕護(hù)航。菲奧娜.愛德華茲.墨菲從事傳感器技術(shù)的研究已有十多年。2013年,墨菲注意到蜜蜂中間的蜂群崩壞癥候群。從小在愛爾蘭鄉(xiāng)間長(zhǎng)大的墨菲,十分清楚蜂群崩壞癥候群可能會(huì)對(duì)食品生產(chǎn)造成的影響。在拿到無線傳感網(wǎng)絡(luò)與嵌入式系統(tǒng)的博士學(xué)位之后,她選擇將自己所學(xué)到的尖端技術(shù)應(yīng)用于解決蜜蜂的問題。為此,她成立了ApisProtect公司。她和她的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種監(jiān)測(cè)技術(shù),使用智能手機(jī)大小的設(shè)備全天候24小時(shí)不間斷地監(jiān)測(cè)每一個(gè)蜂箱。接著,這項(xiàng)技術(shù)再運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法,來解鎖數(shù)據(jù)背后的故事。今天,愛德華茲.墨菲和她的團(tuán)隊(duì)在歐洲和北美洲監(jiān)測(cè)著2000萬只蜜蜂,同時(shí)也在與愛爾蘭的商業(yè)養(yǎng)蜂人、業(yè)余養(yǎng)蜂人合作。

她解釋說：“簡(jiǎn)而言之,我們將傳感器技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合,從而幫助養(yǎng)蜂人在養(yǎng)蜂過程中,減少損失,提高生產(chǎn)效率。我們將小型傳感器放置在蜂箱中,不斷收集數(shù)據(jù)--尤其是溫度、濕度、聲音和運(yùn)動(dòng)等數(shù)據(jù),然后使用我們?cè)谶^去三年中開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的信息,能告訴我們蜂箱中的情況?！?/P>

如果蜂箱遇到問題,傳感器可以監(jiān)測(cè)并記錄下蜜蜂的行為變化,然后數(shù)據(jù)處理會(huì)提醒蜜蜂主人,蜂箱內(nèi)可能出了一些問題。這不僅可以幫助養(yǎng)蜂人及時(shí)定位出問題的蜂箱,也可以減少對(duì)健康蜂箱的非必要檢查,從而避免打擾蜜蜂們的正?；顒?dòng)。

墨菲說：“從本質(zhì)上講,我們?yōu)轲B(yǎng)蜂人提供了講述他們的蜂箱內(nèi)一切情況的圖片,然后他們可以據(jù)此選擇,哪一個(gè)蜂箱在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)需要實(shí)際干預(yù)。我們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),80%的蜂箱不需要人為的干預(yù)。我們會(huì)找出哪些蜂箱行為異常,接下來就需要依靠養(yǎng)蜂人的專業(yè)技能了。所以,我們不是要成為醫(yī)生,我們其實(shí)是設(shè)備,告訴醫(yī)生應(yīng)該關(guān)注哪些患者的設(shè)備。”

荷蘭是全球番茄作物產(chǎn)量最高的國家,每平方英里產(chǎn)量接近132000噸

數(shù)字革命也可以在食物鏈的另一側(cè)發(fā)揮作用,比如預(yù)測(cè)農(nóng)作物的產(chǎn)量。盡管荷蘭的面積相對(duì)較小,但該國卻是全球番茄作物產(chǎn)量最高的國家。每平方英里產(chǎn)量接近132000噸。這些番茄的生長(zhǎng)十分依賴溫室,因?yàn)槊芊獾臏厥铱梢宰屴r(nóng)民精準(zhǔn)地控制園藝條件,而且他們?cè)谶@一領(lǐng)域的創(chuàng)新也屬世界一流。最近,Hortikey公司的安德里亞.霍夫蘭德解釋說,他們開發(fā)了一個(gè)名為“Plantalyzer”的機(jī)器人。

霍夫蘭德說：“我們需要提高整個(gè)供應(yīng)鏈的透明度,因?yàn)楣?yīng)和需求的匹配之間存在一個(gè)很大的問題。預(yù)測(cè)作物產(chǎn)量,以前完全是靠人工完成的--靠眼睛觀察,無法規(guī)?；瘮U(kuò)展,而且就算是專家來估計(jì),也會(huì)存在很大的誤差率。”

所以,我們引入了Plantalyzer。這個(gè)機(jī)器人可以通宵工作,測(cè)量底部?jī)傻饺齻€(gè)番茄藤,每晚對(duì)5000株植物的果實(shí)顏色和數(shù)量進(jìn)行繪制。然后,這些視覺數(shù)據(jù)會(huì)使用與華盛頓大學(xué)合作開發(fā)的專業(yè)軟件進(jìn)行處理,在第二天計(jì)算出預(yù)期產(chǎn)量,準(zhǔn)確率在85%到95%之間。所有這些結(jié)合在一起,可以讓種植者在出售番茄時(shí)商定更好的價(jià)格協(xié)議,獲得更高的利潤率,高效地規(guī)劃運(yùn)輸物流,避免浪費(fèi),更重要的是,避免超市貨架上缺貨。

眾所周知,到2050年,地球上預(yù)期將再多出20億人口,如果我們希望喂飽這么多的人口,生產(chǎn)更多糧食迫在眉睫。與此同時(shí),科學(xué)證據(jù)亦毫不留情地提醒我們,我們?cè)谏a(chǎn)更多糧食的同時(shí),必須減少對(duì)環(huán)境的影響。根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織的數(shù)據(jù),26%的全球溫室氣體排放來自于農(nóng)業(yè)；全球使用的淡水,有70%用于農(nóng)業(yè)；78%的全球海洋和淡水富營養(yǎng)化(農(nóng)用化學(xué)品流入水道,破壞原有水生生態(tài)系統(tǒng)的過程),也歸咎于農(nóng)業(yè)。這些都是導(dǎo)致人為氣候變化和生態(tài)危機(jī)的重要因素。除此之外,我們還面臨其他日益嚴(yán)重的挑戰(zhàn),比如土壤貧瘠、農(nóng)用化學(xué)品使用以及野生棲息地減少所造成的生物多樣性損失等。如今,地球上約有一半的可居住土地用于農(nóng)業(yè),而在一千年前,用于農(nóng)業(yè)的可居住土地僅4%。

農(nóng)業(yè),因其造成的種種問題,已經(jīng)越來越受到嚴(yán)密的關(guān)注。但是,不斷以盡可能低的成本生產(chǎn)糧食,這一個(gè)壓力仍舊是減少破壞性活動(dòng)的政治與經(jīng)濟(jì)障礙。數(shù)字技術(shù)和深度數(shù)據(jù)處理的引入,或許是協(xié)調(diào)地球與人類需求的一個(gè)催化劑,它可以幫助我們減少有害化學(xué)品的使用、在植株層面上定制作物養(yǎng)護(hù)方案,以及了解我們所依賴的生態(tài)系統(tǒng)。

在康奈爾,蘇珊.麥克庫奇解釋說：“數(shù)字技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用對(duì)‘同一健康’這個(gè)概念具有巨大的影響。如今,在公共衛(wèi)生政策領(lǐng)域,同一健康這個(gè)概念正變得越來越重要。這是地球的健康,也是人類的健康、動(dòng)物的健康、植物的健康--所有構(gòu)成整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的生物的健康。當(dāng)你開始把這一切視為一整個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí),由于它的復(fù)雜性遠(yuǎn)超過了我們?nèi)祟惔竽X的能力,你就需要新的工具來監(jiān)測(cè)這個(gè)系統(tǒng),從而實(shí)時(shí)地輸入數(shù)據(jù)并采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施?！?/P>

這一次非同尋常的農(nóng)業(yè)革命,將給我們帶來巨大的希望和收獲。但麥克庫奇的言語中不乏警示之意。她說：“農(nóng)業(yè)數(shù)字革命可以解決這個(gè)世界上的許多糧食過剩和糧食不平等的問題。我們可以創(chuàng)造一個(gè)更加健康的糧食供應(yīng),我們可以更加平等的分配糧食。但是,任何變化,在惠及一部分的人時(shí)候,也會(huì)損害到另一部分人的利益。如果機(jī)器人和信息管理可以勝任大量工作,那么先前以此為生且教育水平不高的人們將逐漸失去工作,失去收入來源。我們的社會(huì)又該如何處理這個(gè)問題呢？政府政策不能缺失,而且由于新的設(shè)備和維護(hù)需要大量投資,許多小農(nóng)場(chǎng)主未必能夠及時(shí)享受到數(shù)字農(nóng)業(yè)帶來的美好前景?！?/P>

麥克庫奇還說：“同樣重要的是,我們又該如何整體評(píng)估系統(tǒng)即時(shí)生成的這些耕種建議呢？畢竟了解這些系統(tǒng)的人少之又少。”

麥克庫奇提醒說,我們不能簡(jiǎn)單的將農(nóng)業(yè)視為一種生產(chǎn)卡路里的機(jī)械方式--純粹由投入和產(chǎn)生構(gòu)成的系統(tǒng)。相反,我們需要思考,如何通過我們與大地之間的紐帶,與自然世界保持有意義的關(guān)系。