全球性的飢荒與食物短缺,該怎麼解決?智能農場結合科技和創新,開啟農場革命

2017-05-13 08:30

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21世紀我們還將面臨另一個棘手挑戰:預計到2050年,在地球上生活的人口數將達90億,如何養活那麼多人?智力分享研發的科技,面對這一挑戰,扮演何種角色?

隨著全球人口數量增加,依賴本地資源的生產需求也愈來愈大。新一代溫室、自動擠乳系統之類的創新科技,將從新定義糧食的生產方式和產地分布,從而滿足不斷增長的需求。許多全球領先的智能科技區也在鑽研這一問題,比如矽谷附近有大批科技新興企業,藉助無人機和大數據分析,幫助農場主提高產量;一些名氣較小的地方,如荷蘭的瓦赫寧恩(Wageningen),針對溫室未來發展展開大量研究;瑞典的隆德則專注研發擠乳機器人。

美國是世界上最大的出口農業食品生產國,出口量占世界總量的11.5%,這一點大家並不意外。但是,此方面排名第二的國家,的確讓人意想不到:居然是荷蘭。該國人口密集,面積極小,甚至比不上美國面積的0.5%,其食品出口量卻占了世界總量的7.5%。荷蘭表現如此突出,歸功於多個不同因素,包括荷蘭農業極高的生產力和生產效率,瓦赫寧恩的農業大學之間的智力共享和積極合作,農場主組織和私有企業之間的合作,加上有效的市場營銷等

瓦赫寧恩大學(University of Wageningen)起初專為培養專業農場主而設立,大部分學生來自荷蘭。而如今,在農業領域的世界排名中,該大學排名第二,所有相關課程都深受好評,學校近半數的研究生都從國外而來。世上只有少數幾所大學,其學生可在任意一家歐洲教育機構轉換自己的學分,瓦赫寧恩大學便是其中之一。

這所大學與當地最先進的農業研究所、瑞典及世界其他地方的農業研究所都有合作。瓦赫寧恩的研究員,不但積極探索荷蘭農業可持續發展的新方式,更根據氣候變化情況,力求解決中亞食品安全問題,同時努力探尋提高非洲產量的方法。他們還與植流電(Plant-e)等新興企業緊密合作。植流電公司正研究各類方法,希望利用正在生長的植物發電,而另一家麥克羅斯食品安全公司(Micreos Food Safety),正在研究用「有益」細菌代替抗生素的可能性。要完成這一研究,需要微生物群系計畫(Microbiome Project)提供大量數據支持。這項全球性的計畫專門描繪人體細菌的基因足跡(geneticfootprint)。這些細菌遍布人體內臟,對人類非常重要。

當然,荷蘭給人的典型印象,就是漫山遍野的鬱金香和黃水仙,國家也憑此聞名於世。但有很多刻板印象,雖不算錯誤,但也稍顯片面或早已過時。這一印象也不例外。如今,荷蘭生產的大部分花卉、植物、蔬菜都是溫室作物。

但這些植物與其他溫室作物不可相提並論。這些作物更為先進,藉「未來溫室」(Greenhouse of the Future)計畫培育生長。1997年,荷蘭政府與荷蘭種植商組織主張改革,希望減少汙染,提高能源效率,隨後成立了這一項目。計畫的初始目標是尋求方法,控制溫室內部溫度,適應不同作物的需求,同時,儲存溫暖時期的熱量,供天氣寒冷時利用。大家堅信,要實現這些目標,可以在蓄水層利用熱能儲存技術(thermal energy storage)存儲多餘熱量,並結合熱電聯產技術(cogenerating heat and power),將熱能回輸網格。

這一理念最終發展成著名的「閉路循環溫室」(Closed-circuit greenhouse)。2001年,荷蘭番茄種植商西美多(The mato),是世界首個建立這種溫室的種植商。 隨後數十年內,愈來愈多種植商讓自己的溫室更新換代,使得如今花卉蔬菜種植商的發電量,達整個荷蘭的9%。

郝威林(Casey Houweling)原是荷蘭人,後移民到美國。當他打算在加州洛杉磯北部的一個城市開展種植業時,卻反映了一個新難題。郝威林請荷蘭公司庫博(KUBO)針對加州南部異常炎熱的環境,設計一間特別溫室。 庫博公司應其要求,鑽研溫室控溫裝置,利用風扇管控其內部溫度。

2009年,此類倉儲以「超恆」(Ultra Clima)為名開放。如今美國猶他州、法國、斯洛維尼亞、墨西哥和俄羅斯,都在進行類似項目。郝威林種植的番茄,在全食超市(Whole Foods)的持續保鮮上,數一數二。因為全年不間斷生產,郝威林在加州的設備雖然僅有125公頃,但其番茄產量,竟相當於傳統3000公頃的農場在常規季節時的總值。而且,其溫室用水採閉環回收,這個特點對於水資源稀缺的加州而言十分重要。2015年9月,我們參觀了他的溫室。從洛杉磯出發,才一小時多一點的車程後,我們走進大型溫室,看到大片的成熟番茄,和周圍乾旱龜裂的土地形成強烈對比,的確讓人印象深刻。

溫室還在繼續升級。溫室內部燈光的特性和強度,將大大影響溫室運作效果和作物品質。2014年,總部設在芝加哥的綠色意識農場(Green Sense Farm,簡稱GSF)和飛利浦宣布合作,共同發展戶內商業農場裝置,利用LED燈,將植物產量提到最高。在此方面,飛利浦正鑽研燈光對植物的影響及增產作用。

飛利浦園藝照明部主管斯盧丹(Udo van Slooten)透露,當每種植物暴露在其最喜歡的特殊波長光照下時,產量達到最高。他更解釋道:「針對不同植物種類,我們發明了不同光照『食譜』。 同時,合作夥伴綠色意識農場也在一間舊倉庫裡展開實驗,研究水耕生產技術。使用垂直疊層(vertical stacks),用礦物培養液代替傳統土壤栽培,還不需要任何直接日曬。透過多層疊加,這種方式將溫室內部容積利用到極致,從而增加產量,同時對有害殺蟲劑、肥料、防腐劑的也減少了。因此,所有植物都為有機生長,幾乎不含任何化學添加劑。對消費者和公共健康而言,都大有裨益。」

經重新設計的設施,可能讓每年收成次數,從2、3次,增加到20至25次,同時還能減少85%的能耗。食物不足的開發中國家以及加州等供水不足的州,應用類似設施後,將有力證明,「智能」不僅對製造業非常重要,對農業更是如此。「智能」讓農業更多產、更可持續、能效更高,還帶來額外好處,讓消費者能用超市的價格,享用本地生長的新鮮食品。

智能生產歡迎各種不同的解決方式,並不只依賴機械和電子生產。1990年代,大家推動乳業機械化改革,由此產生一系列進步,如發明乳牛個性化電子項圈,可以控制其食草習慣;還發明了第一台擠乳機器人。乳業領先公司有瑞典的利拉伐(DeLaval)和荷蘭的雷利集團(Lely Group)。他們開發了自動飼養棚,用感測器監控和控制擠乳的品質,用自動導航機器人清掃地面,其他機器人則根據乳牛需要來分發飼料。在許多發達國家,類似設施已然成了業界定律,毫無例外。農場主可以數字化監測牲口,並管理掌握的信息,創造出更高效的擠乳設施。

乳業的生產收益和價值提升不限於農場;整個過程都經歷了改革。在荷蘭阿麥斯福(Amersfoort),我們會見了梅傑(Emmo Meijer),即菲仕蘭(FrieslandCampina)的首席技術總監。他闡釋了荷蘭在農業研究方面的全球領導力:「這個國家(荷蘭)對世界食品問題瞭解最深入,研究最先進。荷蘭的食品部門,2013年在食品研發上花了6%的銷售利潤,僅僅次於花了7%的丹麥。」

菲仕蘭運用其專業知識,致力解決產量與品質平衡問題,該問題由來已久。比如,乳製品生產者至今仍致力生產牛奶、黃油、起司,產量愈多愈好,實際上卻降低了品質。以乳清為例,這是現今模式下牛奶生產的副產品,產量豐富、具有營養,在目前的生產過程中卻極少利用。2005年,菲仕蘭開創研究,探尋其他生產方式,以使所有產品的品質提高。

該公司提出了新生產方式,在一個試驗基地中,得到了積極的成果,證實了生產方式的有效性。隨後,公司在2010年啟動了批量生產裝置,專門「精煉」牛奶。將牛奶中的乳脂分離出來後,剩下的液體依次用孔篩從小到大過濾隔膜。首先,先篩去細菌、較大的微生物等物質,然後分別篩去酪蛋白、乳清蛋白和乳糖。梅傑說:「新的生產方式能製造出高品質的產品流,如酪蛋白用於生產起司,乳清蛋白生產速食品,乳糖為藥物生產作基本成分。」類似該公司牛奶精煉等技術,透過創新刺激效率增長,以保證有限的自然資源能夠滿足我們不斷增加的需求,實在意義重大。

智能農場這個極佳例子,展示了如機器人、感測器、清潔能源、水資源管理、生物技術和資訊科技等先進科技如何被整合利用,運用到集商業、本地社區、大學為一體的生態系統中,帶來巨大產品收益。創新技術如智能溫室、疊層水培生產、新一代光照系統將大大增加現代農場的效率,並且在實現食物本地生產、提高產量方面,扮演舉足輕重的角色。

而且,此類科技將在世界各地廣泛使用。蔬菜和其他作物,可以在我們最大城市的中央倉儲或者屋頂上獲得,以滿足大家對本地生長作物不斷增加的需求,同時還減少使用化肥和農藥。對遠距離運輸的需求減少,從而降低了整個行業的碳排放。智能農場讓氣候炎熱的開發中國家有機會在任何地方生產本地新鮮的蔬菜,對解決21世紀如全球飢餓、食物短缺、分配不公等挑戰,貢獻極大。

本文經授權轉載寶鼎出版《世界上最聰明的地方:從鏽帶到智帶,看智力共享如何引領全球鏽帶城市聰明轉型》(原標題:智能農場,離家更近)

責任編輯/林安儒

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