五種農業技術應對氣候變化威脅——《華爾街日報》

科學家們預測，未來幾年農業將面臨氣候變化帶來的一些嚴峻挑戰。預計暴雨將更加頻繁，由此導致的土壤侵蝕會減少可用養分。預計各地區生長條件將發生變化——有些地方可能會看到更長的生長季節，但其他地方會看到更乾燥、更寒冷的季節。致病害蟲和昆蟲預計將擴大其活動範圍。

種植者很快就可以轉向新的技術解決方案來幫助應對。以下是其中一些最新技術。

自播種種子

隨着氣候變暖，野火變得更大、更頻繁，有時會導致難以到達的山坡植被被夷為平地。作為讓山坡恢復生機的可能解決方案，科學家們設想用無人機投放樹種。

種子載體鑽入土壤後，種子發芽並長出植物。照片：卡內基梅隆大學變形物質實驗室匹茲堡卡內基梅隆大學的機械工程師和材料設計師Lining Yao以及一組科學家提出了一種令人驚訝的低技術設備，以確保無人機投放的種子發芽成樹苗。

這些帶有彎曲尾巴和緊密盤繞莖幹的種子載體由薄如紙的木片製成，附着在種莢上。當雨水接觸尾巴時，材料會膨脹，使種子載體立起，尖端插入土壤。姚和她的同事在《自然》期刊二月發表的研究中表明，帶尾巴的種子在實驗室測試中埋入土壤的成功率至少達到80%。研究顯示。

研究人員測試了不同大小的種子，包括生長在美國西部高海拔地區、野火頻發區域的白皮松種子。團隊已與對空中播種感興趣的團體進行討論，並正在尋找大規模生產和試點測試的合作伙伴。

“真正的瓶頸在於規模化生產，”姚説道。

含有種子的載體鑽入土壤後，辣椒苗破土而出。圖片來源：卡內基梅隆大學變形物質實驗室### “可穿戴”植物傳感器

植物傳感器網絡可能有助於延長農民作物的壽命。北卡羅來納州立大學機械工程師Yong Zhu表示，放置在植物葉片上的小型柔性傳感器可以監測作物如何應對環境壓力，從炎熱乾旱到因大雨沖刷導致土壤養分流失的情況。

朱是一個團隊的成員，該團隊構建並展示了一種傳感器，能夠收集植物及其周圍環境中的水分和温度等信息，以及植物在感染或環境壓力下釋放的化學激素。這些傳感器由嵌入柔性聚合物的銀、金和碳納米材料製成，能夠在四天內檢測到番茄植株的感染情況，該團隊報告在四月份發表在《科學進展》雜誌上的一項研究中。

植物葉片上的柔性傳感器可以隨着植物的生長而伸展。圖片來源：Giwon Lee與朱合作的北卡羅來納州立大學化學工程師青山偉表示，這種傳感器可以為農民提供個性化報告，逐株植物地精確輸送水或肥料，僅在植物需要時進行。當前的設計存在侷限性：聚合物在陽光下會變硬，且裝置通過電線連接到計算機並由外部電源供電。團隊表示，未來的版本可能由廉價、耐用、可生物降解的材料製成，利用太陽能供電，並無線傳輸環境數據。

高科技蜂巢

當農作物由蜜蜂授粉時，農民收穫巨大。但授粉昆蟲數量正在減少，而氣候變化正在改變蜜蜂賴以在寒冷季節儲備食物的花期，並導致冬季更加嚴酷。當氣温下降時，蜜蜂會退回蜂巢並依賴儲存的食物，但如果食物耗盡，或蜂羣聚集在離儲存食物太遠的蜂巢角落，它們可能會餓死。歐洲的一個機器人專家團隊希望改變這一現狀。

傳感器和加熱元件集成於系統中，使研究人員能夠觀察蜜蜂的羣體行為。圖片來源：MOBOTS/EPFL/Hiveopolis該團隊開發了一種設備，用於監測農業用木製蜂箱內蜂羣越冬時的温度。熱傳感器和加熱元件嵌入蜂巢框架，外層覆蓋着塗有融化蜂蠟的六邊形圖案木質層，以吸引蜜蜂在此築巢。

研究人員在冬季蜜蜂靜止並聚集成團時為其加温，並通過加熱蜂箱特定區域引導它們前往不同位置的食源，團隊在3月發表於《科學機器人》的研究中報告稱。該研究作者、瑞士洛桑聯邦理工學院研究動物行為的機器人專家羅伯·米爾斯表示，這取得了部分成功：雖然蜂王未能存活，但工蜂比當季蜂王多存活了兩個月。

這些蜂箱尚未達到成熟應用階段。一方面，實驗室外建造成本高昂，且需外部電源維持運轉。

為了抵禦寒冷氣温，蜜蜂會聚集成“冬團簇”。圖片來源：格拉茨大學人工生命實驗室/Hiveopolis### 垂直農業

在潮濕或酷熱的環境中，超過40個國家的種植者正在使用波士頓公司Freight Farms生產的高科技集裝箱種植農產品。該公司作物研發總監大衞·哈里斯表示，生菜和羽衣甘藍等綠葉蔬菜，以及蕪菁和蘿蔔等根莖類作物，在專門設計的垂直排列中生長，採用人工LED照明，並密切監測營養、水酸度、温度等指標。

全球使用的淡水中，超過三分之二用於農業。在許多地方，氣候變化預計將導致水資源供不應求，而需求卻在增加。有趣的是，在水中而非土壤中種植植物——即所謂的水培農業——可以緩解這一緊張局面，因為總體用水量更少。

Freight Farms表示，超過40個國家的人們正在使用該公司的標誌性集裝箱種植農產品。圖片來源：Freight Farms據該公司估計，與亞利桑那州田間種植的生菜相比，集裝箱中的生菜每棵用水量約為0.3%。哈里斯説，在波多黎各等潮濕地區，這些農場幾乎不使用額外的水。但哈里斯表示，運行集裝箱所需的能源是大規模推廣的障礙。這些設備平均每天消耗約170-270千瓦時的能源，是美國普通消費者用電量的5倍多。哈里斯説，目前種植玉米等作物在田地裏更便宜。此外，一些高科技農業公司報告稱，投資者的興趣正在降温。

哈里斯表示：“未來20到30年內，如果我們開始看到水培系統實現工業化規模的玉米種植，我一點都不會感到驚訝。“隨着氣温升高，一些地區的農業正逐漸轉向室內種植。

據貨運農場介紹，垂直立柱上的植物會橫向朝光源生長，每平方英尺可容納更多植株。圖片來源：貨運農場### 水果採摘機器人

隨着氣候變化導致生長季節偏移，水果成熟期可能比種植者預期更早。

以色列公司Tevel開發了一組水果採摘機器人。該公司美國總經理伊泰·馬羅姆表示，當水果意外提前成熟面臨樹上腐爛風險時，這些機器人可提供額外勞動力。

Tevel表示其採摘機器人能通過顏色和大小識別成熟果實。圖片來源：Tevel移動平台搭載八台機器人，每台都配有末端帶抓取器的採摘臂。當平台在果園中移動時，機器人會飛向樹枝，識別成熟果實並進行採摘，最後將果實放置在平台上。機器人配備攝像頭，Tevel的軟件通過分析顏色和大小來識別成熟果實。

“如今擔任採摘隊隊長的人，在不久的將來可能會在開着空調的皮卡車裏，輕鬆監控機器人採摘機的工作，”馬羅姆説道。

Tevel無人機連接到一個帶輪子的平台上，該平台在果園中穿行。照片：Tevel作為少數合作項目的一部分，這些機器人已經在意大利和智利採摘蘋果，在加利福尼亞採摘桃子、油桃和李子。馬羅姆表示，在速度方面還有提升空間——目前人們從樹上摘水果的速度仍然更快。

–蔡斯·加維斯基，馬西·艾爾斯和邁克爾·布赫對本文亦有貢獻。

請寫信給尼迪·蘇巴拉曼，郵箱：[email protected]

本文發表於2023年6月8日的印刷版，標題為《農業科技應對氣候變化》。