自動化機器人為農(nóng)業(yè)提供監(jiān)測、分析和采摘一條龍

引言：自動化農(nóng)場的概念起步于20世紀初的農(nóng)村電氣化建設(shè)，用機器人取代勞動力想想法有著明顯的吸引力，但至今在許多國家的農(nóng)村，還在依靠著廉價的勞動力，這使得自動化的應(yīng)用在農(nóng)村很難普被及開來。盡管如此，悉尼大學工程和信息技術(shù)學院的Salah Sukkarieh教授正率領(lǐng)著一個團隊，旨在開發(fā)機器人系統(tǒng)并將它們應(yīng)用到亞洲國家。

       為了找到答案，中國一直在進行世界上**的試驗，其結(jié)果將從根本上改變這個世界上人口最多國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。從新疆偏遠的戈壁沙漠到東部的發(fā)達沿海地區(qū)，中國政府資助的一個“電氣栽培”項目正在全國范圍內(nèi)展開，共有面積超過3,600公頃的蔬菜大棚參與其中。上個月，中國農(nóng)業(yè)科學院(Chinese Academy of Agricultural Sciences)和其他政府研究機構(gòu)公布了近30年來在氣候、土壤條件和種植習慣不同的地區(qū)進行此項研究的結(jié)果。他們將結(jié)果視為一項突破。

       這項技術(shù)使蔬菜產(chǎn)量提高了20%至30%，殺蟲劑的使用量減少了70%至100%，化肥的使用量減少了20%以上。這些蔬菜生長在裸露的銅線下。這些銅線高出地面約3米，在蔬菜大棚屋頂下從頭到尾延伸開來。通電后，這些銅線能產(chǎn)生高達50,000伏的快速正電荷，相當于美國標準住宅電壓的400多倍。

       高頻電流能夠殺死空氣或土壤中的細菌和病毒，從而抑制疾病的傳播。它還能夠抑制葉子上水的表面張力，加速蒸發(fā)。在植物內(nèi)部，高頻電流使得天然帶電粒子（如如碳酸氫鹽和鈣離子）的運輸加速，諸如吸收二氧化碳和光合作用等代謝活動也有所增加。劉濱疆教授是政府農(nóng)業(yè)科學家，也是該項目的主要成員。他說，通過銅線的電流只有百萬分之一安培，比智能手機的工作電流還要低。

       他說:“這對植物和站在附近的人絕對沒有傷害。”劉指出，由于這項研究的積極發(fā)現(xiàn)，中國電氣化農(nóng)場的面積正以前所未有的速度增長，每年增長量高達1000公頃到1300公頃。這意味著，在未來12個月內(nèi)，中國電氣栽培的增長率可達40%。

       “最近的投資大多來自私營部門，”劉說。“業(yè)務(wù)正在騰飛。我們正在向荷蘭、美國、澳大利亞和馬來西亞等其他國家提供技術(shù)和設(shè)備。”“中國已經(jīng)領(lǐng)先于世界。”

       歷史

       情況并不總是如此。事實上，中國在這方面落后了200多年。1746年，就在本杰明·富蘭克林(Benjamin Franklin)用風箏在暴風雨中捕捉閃電的幾年前，蘇格蘭愛丁堡的邁姆布雷(Maimbray)博士給兩株桃金娘科植物進行了電刺激。他觀察到樹在十月份長出了新枝，這是以前從未有過的事。消息隨之傳播開來。歐洲各地進行了許多類似的研究，一些證實了邁姆布雷的發(fā)現(xiàn)，另一些則沒有。

       例如，在意大利都靈進行的一項試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一段不同尋常的高產(chǎn)時期后，這些植物開始變得不結(jié)果實，逐漸枯萎。1902年，物理學教授S. Lemstroem造訪了北極地區(qū)，發(fā)現(xiàn)一些樹木在北極光的照耀下比南部氣候溫和地區(qū)的同類植物生長得要更快。Lemstroem把這種現(xiàn)象歸因于極光(也被稱為北極光)產(chǎn)生的自然電環(huán)境。為了證明這一點，他在實驗室里做了一系列實驗，甚至還寫了一本書來推廣他的假設(shè)。

       英國物理學家奧利弗?洛奇爵士(Sir Oliver Lodge)是無線電發(fā)展的關(guān)鍵發(fā)明人，他讀過這本書并進行了相關(guān)試驗。據(jù)報道，在對8公頃小麥田開展的試驗中，其小麥產(chǎn)量提高了24%至39%。這引起了各國政府的注意。英美兩國在20世紀初分別委托科研機構(gòu)進行了關(guān)于電氣栽培的研究。

       英國得到的結(jié)果是積極的，但美國的結(jié)果是消極的。這些試驗大多是小規(guī)模的，往往在開闊的田野中進行，條件因地點而異。不同自然條件的影響使得結(jié)果各不相同，而且關(guān)于電器栽培并沒有通用的硬件設(shè)計標準或技術(shù)細節(jié)，比如實驗中所采用的電壓和頻率各不相同。在這些開拓性的研究中，科學家們也缺乏先進的設(shè)備。比如他們并沒有今天的便攜式光譜分析儀，來研究植物在分子水平上對電的反應(yīng)。

       因此，對觀察現(xiàn)象的解釋仍然是推測性的。隨著化學肥料和殺蟲劑的出現(xiàn)，大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得以實現(xiàn)，人們的興趣也隨之減退。

       中國領(lǐng)先

       隨著有機農(nóng)業(yè)的興起，公眾又重燃了對電氣栽培的興趣。1990年，中國政府開始資助這項技術(shù)的實驗。北京**的蔬菜生產(chǎn)商之一榆垡京南蔬菜產(chǎn)銷有限公司(Yufa Jingnan vegetables Production and Sales)高級技術(shù)員何峰(音譯)表示，該公司自2014年以來就參與了該項目，結(jié)果“非常令人滿意”。在短短兩年內(nèi)，蔬菜的電器栽培為公司帶來了近120萬元人民幣的額外收入。

       一公頃的電氣化溫室大棚每天需要大約15度電力，大約是美國普通家庭用電量的一半。在溫室大棚里，空氣中彌漫著夏天雷暴過后的味道。濕度低，植物很少生病。他說，**的開支是安裝成本，必要的硬件成本高達數(shù)萬元。如果沒有政府的支持，這家公司就無法承擔為所有溫室大棚安裝電線的費用。

       劉永義是北京市大興區(qū)北京都市綠海興華觀光農(nóng)業(yè)有限公司的老板，該公司也從事電氣栽培的研究。他說，這項技術(shù)將通過大量減少農(nóng)藥的使用來顯著改善作物品質(zhì)。“農(nóng)藥殘留是對公眾健康的一大威脅。電氣栽培為防治疾病和害蟲提供了物理解決方案。它比化學制品干凈得多。”他說。

       劉說，當游客們看到這個系統(tǒng)時都很好奇，他相信公眾會很快接受這項技術(shù)。“這個理論很容易理解。我相信，在不久的將來，人們會愿意為電氣栽培的蔬菜和水果支付更高價格。”劉表示。中國科學院植物研究所研究員郭亞龍教授表示，電對植物的影響“肯定存在”。郭亞龍雖然沒有參與該項目，但他表示，“電就像空氣和水。這是自然環(huán)境的一部分。植物中的許多電離子都攜帶負電荷或正電荷。它們可以對附近存在的人造電場做出反應(yīng)。”

       中國的溫室大棚面積超過400萬公頃，每年生產(chǎn)的蔬菜產(chǎn)值近1萬億元。劉濱疆教授說，由于大多數(shù)農(nóng)民無法獨立承擔這筆投資，因此目前還沒有將所有這些大棚通電的計劃。他的項目團隊采用了一種不同的方法，利用電氣栽培技術(shù)開發(fā)了一種緊湊的、一體式蔬菜種植室。“每個家庭都可以在廚房、陽臺或后院種植自己的食物，”他說。這種小型蔬菜種植室使用人工光源和電場刺激植物生長，預(yù)防疾病。操作是完全自動化的，幾乎不需要維護。“總有一天，這些小房子會成為大型農(nóng)場的替代品，”劉說，“這會引發(fā)另一場農(nóng)業(yè)革命。”