農業正在經歷「工廠化」趨勢:英國公司建造地底農場、C4 基因計畫要讓稻米產量提升 50%

老一輩的農家常說「看天吃飯」,只要天氣不對,或是來一個颱風,所有的心血就會化為烏有。《經濟學人》表示 ,如果要餵飽全球持續成長的人口,農業必須變得更像「製造業」。好消息是,隨著科技的進步,人類對農業生產的掌握更成熟,天氣等外在因素影響逐漸降低,生產效率也持續提高。人類正在從「看天吃飯」轉變成「看科技吃飯」。

農業正在經歷「工廠化」趨勢

聯合國的糧食及農業組織(The Food and Agriculture Organisation)表示,在 2050 年,農業產量必須比 2009 年再成長 70%,以滿足全球人口需求。然而全球的可耕地幾乎已經開發,因此解決方案是「提高農地的生產效率」。過去一百年,人類主要運用化學技術提升農業產量,例如哈伯法製氨,讓農人可以取得低成本的含氮肥料。然而化學技術已到極限,還產生環保、健康相關的問題,因此精準農業與基因工程將是未來農業的成長關鍵。

現在人類已透過溫室管控作物環境,未來農場將會更像「工廠」。透過大量聯網設備,監控環境,管控水源灌溉量與肥料的投放,提高作物的存活率之外也提升資源使用效率。此外,透過基因工程篩選出果實產量最高,或是種植成本最低的品種,可再進一步提升農場產量。

自動化感測與控制農場環境,減少務農人力並調控產量

2000 年初,美國農場開始採用 GPS 系統管理農地,並用飛行器監控產量。隨著感測器的技術進步與成本下降,農場開始在機具、飛行器上面裝設感測器,蒐集氣溫、溼度等資訊,並監測氮、磷等化學肥料物質的含量等數據,作為農夫的決策與管理依據。此外,農場以前會請人駕駛飛機投送肥料、監測作物狀況,現在則由成本更低的無人機代勞。隨著感測、監測的自動化,加上機器人系統的發展,若未來機器人進入農場,未來農業勞動人口將再下降。

除了地面上的農場,地底農場也正在發產。在英國倫敦,一家名為 Growing Underground 的農業公司,建造數個地底農場,讓作物在完全人工的環境中成長。傳統溫室會利用陽光作為光源,但 Growing Underground 的地底農場則採用 LED 燈,讓光源成為可控因素,配合植物生長週期提供適當的光源,提升農產品的產量。

Growing Underground 的主導者 Steven Dring 表示,藉由可控的環境,可以提升農產品的成長速度與資源使用效率。例如香菜,一般的成長時間約 3 週,但 Growing Underground 把它們的生產期縮短到 2 週。

基因工程優化農作物,C4 稻米計畫有望讓稻米產量再提升 50%

基因工程也是農業學家努力的方向。藉由基因分析,農場可以找出果實最大、產量最高,或是種植成本最低的基因,提升農場生產效率。以稻米為例,目前世界正在面對稻米的產量高原(yield plateauing),亦即全球的稻米產量已達到高點,多年無法突破。

根據光合作用的碳固化流程差異,植物可分為 C3(碳三)和 C4(碳四)類型。其中 C4 類型的醣類生產效率比 C3 還高,特別是在熱帶地區。然而人類的主食之一:稻米,卻屬於 C3 型植物。現在有 18 個來自亞洲、澳洲、歐洲和北美的實驗室聯合,執行 C4 稻米計畫(The C4 Rice Project),想藉由基因工程,讓稻米可以執行 C4 類型的光合作用。科學家表示,若熱帶地區的稻米執行 C4 型光合作用,產量可以再提升 50%。

農業所需的知識水準提升,成為高度專業與分工化的產業

1900 年,美國有 41% 的人務農,但現在只有 2% 的人從事農業,卻餵飽更多的人口。不只是美國,在台灣、中國、歐洲等國都有農業人口下降的趨勢,然而農作物產量卻上升,得以支撐成長的人口。

這一切都是農業科技的進步。從早期的化學肥料,到近代的基因工程,以及未來的 AI、機器人、物聯網,未來農地的產能將再提升;雖然從事農業的人數將會下降,但擁有化學、機械、資訊工程、基因學等專業知識的農業工作者將會增加。如同半導體、航太,農業也將是高知識水準的產業。

在高度專業化的架構下,未來農業產業的價值鏈,從研發、整地、種植、採收、運送、銷售,將會劃分的更細,每個環節都會有專業的企業,提供相對應的解決方案。農業已從人類維持生存,自給自足的產業,變成高度專業與分工化的產業,隨之而來的是產能提升。聯合國的糧食及農業組織表示,2050 年的農業產量必須比 2009 年再成長 70%,以滿足全球人口需求;現在全球各地的農業公司,正在往這個目標努力著。

參考資料來源:
1.《The Economist》:〈THE FUTURE OF AGRICULTURE
2.《AFN》:〈What is Precision Agriculture?
3.《科學 Online》:〈 光呼吸作用-上(Photorespiration)
(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Wikimedia Commons

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