五种农业技术应对气候变化威胁——《华尔街日报》

科学家们预测，未来几年农业将面临气候变化带来的一些严峻挑战。预计暴雨将更加频繁，由此导致的土壤侵蚀会减少可用养分。预计各地区生长条件将发生变化——有些地方可能会看到更长的生长季节，但其他地方会看到更干燥、更寒冷的季节。致病害虫和昆虫预计将扩大其活动范围。

种植者很快就可以转向新的技术解决方案来帮助应对。以下是其中一些最新技术。

自播种种子

随着气候变暖，野火变得更大、更频繁，有时会导致难以到达的山坡植被被夷为平地。作为让山坡恢复生机的可能解决方案，科学家们设想用无人机投放树种。

种子载体钻入土壤后，种子发芽并长出植物。照片：卡内基梅隆大学变形物质实验室匹兹堡卡内基梅隆大学的机械工程师和材料设计师Lining Yao以及一组科学家提出了一种令人惊讶的低技术设备，以确保无人机投放的种子发芽成树苗。

这些带有弯曲尾巴和紧密盘绕茎干的种子载体由薄如纸的木片制成，附着在种荚上。当雨水接触尾巴时，材料会膨胀，使种子载体立起，尖端插入土壤。姚和她的同事在《自然》期刊二月发表的研究中表明，带尾巴的种子在实验室测试中埋入土壤的成功率至少达到80%。研究显示。

研究人员测试了不同大小的种子，包括生长在美国西部高海拔地区、野火频发区域的白皮松种子。团队已与对空中播种感兴趣的团体进行讨论，并正在寻找大规模生产和试点测试的合作伙伴。

“真正的瓶颈在于规模化生产，”姚说道。

含有种子的载体钻入土壤后，辣椒苗破土而出。图片来源：卡内基梅隆大学变形物质实验室### “可穿戴”植物传感器

植物传感器网络可能有助于延长农民作物的寿命。北卡罗来纳州立大学机械工程师Yong Zhu表示，放置在植物叶片上的小型柔性传感器可以监测作物如何应对环境压力，从炎热干旱到因大雨冲刷导致土壤养分流失的情况。

朱是一个团队的成员，该团队构建并展示了一种传感器，能够收集植物及其周围环境中的水分和温度等信息，以及植物在感染或环境压力下释放的化学激素。这些传感器由嵌入柔性聚合物的银、金和碳纳米材料制成，能够在四天内检测到番茄植株的感染情况，该团队报告在四月份发表在《科学进展》杂志上的一项研究中。

植物叶片上的柔性传感器可以随着植物的生长而伸展。图片来源：Giwon Lee与朱合作的北卡罗来纳州立大学化学工程师青山伟表示，这种传感器可以为农民提供个性化报告，逐株植物地精确输送水或肥料，仅在植物需要时进行。当前的设计存在局限性：聚合物在阳光下会变硬，且装置通过电线连接到计算机并由外部电源供电。团队表示，未来的版本可能由廉价、耐用、可生物降解的材料制成，利用太阳能供电，并无线传输环境数据。

高科技蜂巢

当农作物由蜜蜂授粉时，农民收获巨大。但授粉昆虫数量正在减少，而气候变化正在改变蜜蜂赖以在寒冷季节储备食物的花期，并导致冬季更加严酷。当气温下降时，蜜蜂会退回蜂巢并依赖储存的食物，但如果食物耗尽，或蜂群聚集在离储存食物太远的蜂巢角落，它们可能会饿死。欧洲的一个机器人专家团队希望改变这一现状。

传感器和加热元件集成于系统中，使研究人员能够观察蜜蜂的群体行为。图片来源：MOBOTS/EPFL/Hiveopolis该团队开发了一种设备，用于监测农业用木制蜂箱内蜂群越冬时的温度。热传感器和加热元件嵌入蜂巢框架，外层覆盖着涂有融化蜂蜡的六边形图案木质层，以吸引蜜蜂在此筑巢。

研究人员在冬季蜜蜂静止并聚集成团时为其加温，并通过加热蜂箱特定区域引导它们前往不同位置的食源，团队在3月发表于《科学机器人》的研究中报告称。该研究作者、瑞士洛桑联邦理工学院研究动物行为的机器人专家罗伯·米尔斯表示，这取得了部分成功：虽然蜂王未能存活，但工蜂比当季蜂王多存活了两个月。

这些蜂箱尚未达到成熟应用阶段。一方面，实验室外建造成本高昂，且需外部电源维持运转。

为了抵御寒冷气温，蜜蜂会聚集成“冬团簇”。图片来源：格拉茨大学人工生命实验室/Hiveopolis### 垂直农业

在潮湿或酷热的环境中，超过40个国家的种植者正在使用波士顿公司Freight Farms生产的高科技集装箱种植农产品。该公司作物研发总监大卫·哈里斯表示，生菜和羽衣甘蓝等绿叶蔬菜，以及芜菁和萝卜等根茎类作物，在专门设计的垂直排列中生长，采用人工LED照明，并密切监测营养、水酸度、温度等指标。

全球使用的淡水中，超过三分之二用于农业。在许多地方，气候变化预计将导致水资源供不应求，而需求却在增加。有趣的是，在水中而非土壤中种植植物——即所谓的水培农业——可以缓解这一紧张局面，因为总体用水量更少。

Freight Farms表示，超过40个国家的人们正在使用该公司的标志性集装箱种植农产品。图片来源：Freight Farms据该公司估计，与亚利桑那州田间种植的生菜相比，集装箱中的生菜每棵用水量约为0.3%。哈里斯说，在波多黎各等潮湿地区，这些农场几乎不使用额外的水。但哈里斯表示，运行集装箱所需的能源是大规模推广的障碍。这些设备平均每天消耗约170-270千瓦时的能源，是美国普通消费者用电量的5倍多。哈里斯说，目前种植玉米等作物在田地里更便宜。此外，一些高科技农业公司报告称，投资者的兴趣正在降温。

哈里斯表示：“未来20到30年内，如果我们开始看到水培系统实现工业化规模的玉米种植，我一点都不会感到惊讶。“随着气温升高，一些地区的农业正逐渐转向室内种植。

据货运农场介绍，垂直立柱上的植物会横向朝光源生长，每平方英尺可容纳更多植株。图片来源：货运农场### 水果采摘机器人

随着气候变化导致生长季节偏移，水果成熟期可能比种植者预期更早。

以色列公司Tevel开发了一组水果采摘机器人。该公司美国总经理伊泰·马罗姆表示，当水果意外提前成熟面临树上腐烂风险时，这些机器人可提供额外劳动力。

Tevel表示其采摘机器人能通过颜色和大小识别成熟果实。图片来源：Tevel移动平台搭载八台机器人，每台都配有末端带抓取器的采摘臂。当平台在果园中移动时，机器人会飞向树枝，识别成熟果实并进行采摘，最后将果实放置在平台上。机器人配备摄像头，Tevel的软件通过分析颜色和大小来识别成熟果实。

“如今担任采摘队队长的人，在不久的将来可能会在开着空调的皮卡车里，轻松监控机器人采摘机的工作，”马罗姆说道。

Tevel无人机连接到一个带轮子的平台上，该平台在果园中穿行。照片：Tevel作为少数合作项目的一部分，这些机器人已经在意大利和智利采摘苹果，在加利福尼亚采摘桃子、油桃和李子。马罗姆表示，在速度方面还有提升空间——目前人们从树上摘水果的速度仍然更快。

–蔡斯·加维斯基，马西·艾尔斯和迈克尔·布赫对本文亦有贡献。

请写信给尼迪·苏巴拉曼，邮箱：[email protected]

本文发表于2023年6月8日的印刷版，标题为《农业科技应对气候变化》。