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设施农业发展前景

世界设施农业大国巡礼|综合实力带来强大表现的美国农业 营销视频课程

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舔伤

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一个国家的农业发展能力取决于它所具有的生产力水平,一般来讲大家都会认为劳动力的数量是至关重要的因素,但其实不仅取决于此,还有更重要的衡量标准。比如,美国的农业人口仅有600万,不足全国人口的2%,但就是这600万人不仅养活了全国98%的人口,生产出了世界上数量最多且品种丰富品质上乘的粮食、畜产品以及其它农产品,还使美国成为了世界农业现代化程度最高的国家。美国人是如何做到这些的呢?

优越的自然条件,高效的机械化生产

美国位于北美大陆南部,国土面积达937万平方公里,总人口约2.7亿,人均耕地面积达0.6公顷,平均年降水量为760毫米,且分布均匀,淡水资源丰富。总面积达24.5平方公里,与加拿大交界的五大湖驰名于世。这些丰富的自然资源,是美国的农业发展得天独厚的条件。

美国全境有10个主要的农业生产区域,每个区域主要生产1~2种农产品。如北部平原以生产小麦为主 ,中部平原以玉米为主,南部平原和西部山区则以养牛、羊为主,太平洋沿岸地区生产水果和蔬菜。这种按区域划分生产方向的方法极大的促进了农场生产经营的专业化发展,方便管理,集约化生产,使市场供需得到合理控制。

美国丰富的耕地资源

美国农业带分布图

美国拥有全球最大的耕地面积,与其他发达国家发展农业优先提高土地效率的道路不同,美国农业优先实行的是提高生产者的生产效率。而让人更高效,借助机器就是最快的途径。

1987年美国农业劳动力人均产值已经达到了5.53万美元,超越其他发达国家4倍,居世界第一位,成为世界上第一农产品出口大国;2010年,美国有220万个农场,总面积为3.73亿公顷。每个农场主平均经营162公顷(大约等于2400亩)的土地,但是每个农场的劳动力平均为1.6个人。农场主人的仓库里都会有联合收割机、四轮驱动拖拉机、风钻机、农用轨道拖车、捆草机、播种机等先进生产工具极大的提高了农场生产效率,即使在农忙的时期也不用雇工。

精准控制,智能操作

美国约有7000多种农机,几乎覆盖了农业生产的所有领域。

以拖拉机为例——“挑战者MT775”拖拉机,马力强劲,一天就可以开垦150英亩土地,相当于100个足球场的面积。该型号拖拉机不仅配备了全球卫星导航(GPS)驾驶系统,保证行驶路线精准无误。还在驾驶室内配有DVD影音播放系统、可加热真皮座椅这样的人性化配置,为驾驶员提供了舒适的环境,改变了我们对传统农业耕地环境的印象。

挑战者MT775拖拉机

所采用的喷药飞机翼有36米,喷药完全自动化,飞机会按照设定的路线工作,GPS上面还会显示出喷过药和没有喷药的农田。

美国发达的农用飞机

农场可以实时监管,卫星图像和无人机会被用来拍摄田地的照片,遍布田间的传感器用于测量土壤和周围空气的温度与湿度,控制中心实时收集并处理数据,平板电脑里的内置APP软件会提醒农场主要要进行的工作。电脑会根据未来48小时的天气情况建立模型,并进行模拟,从而预测未来的情况,并帮助农场主做出前瞻性的决策。

目前,美国约20%的农场已经开始用直升机进行耕作管理,多数中等规模的农场和几乎所有大型农场已经安装了GPS定位系统,可以说是在现实中做到了一个人耕3000英亩土地的奇迹。美国约翰迪尔公司、凯斯万国公司、福特公司(拖拉机)等大型跨国农机公司生产的农业机械让美国农业在机械领域有先进的实力。

美国约翰迪尔生产的大型采棉机

不会种菜的宇航员不是好科学家

“你要是在一个地方种了庄稼,那里就算是你的殖民地了。”

在2015年10月上映的电影《火星救援》中,身为植物学家男主人公为了生存,利用手头上的所有材料,在火星上面中了一片土豆农田,成为了火星上面第一个“农场主”。在现实生活中,由于宇航员带去太空的蔬菜需要进行脱水干燥,食用时再在太空舱内进行复水处理,运输成本高昂。所以决定让宇航员在太空自己种植蔬菜,保证他们用餐的营养问题。

2015年8月,美国NASA的四名宇航员在太空自己成功培育出了红叶生菜,并在午餐时享用了它。NASA表示,这项名为“蔬菜1号(Veg-01)”的实验目的在于“研究植物生长设施和包含植物种子的基底在太空轨道上的运作和表现情况”。

3名宇航员在午餐时享用了这颗生长在太空中的红叶生菜。(图片来源:NASA twitter)

宇航员斯科特在太空红叶生菜前自拍。(图片来源:宇航员Scott Kelly twitter)

系统配备感应器和照相机等设备,用来监测植物生长情况,并提供植物如何适应非陆生环境的信息。科学家认为,微重力、辐射以及其它太空因素可能会以意想不到的方式影响有机物的生长。

如今,美国对航天飞机上应用的植物生产技术已经进行了20多年的研究,在空间站上开展无土栽培已小有成就,美国垂直空中植物工厂、太空植物工厂已开始由设计图向现实转变。

NASA的太空蔬菜种植系统。(图片来源:NASA twitter)

我国在1999年11月21日我国成功发射的“神舟”号飞船亦搭载10多种植物种子飞越太空,经过太空失重、缺氧等特殊环境变化,内部结构发生激变。返回地面后,经农业专家多年培育,使太空蔬菜的维生素含量高于普通蔬菜2倍以上,口感比普通蔬菜更加美味可口,如太空甜椒可直接生吃,味道微甜,清脆爽口。太空紫红薯生食味甜,水分足,是城市居民、宾馆、饭店的上等保健食品。

商用表现优秀的垂直农场型“城市农业”

“垂直农场”(Vertical Farm)早在1998年就由哥伦比亚大学的生态学家迪克森·德斯波米尔(Dickson De-spommier)首次提出。他的设想是在城市里30层以下高度的建筑上生产食物(包括养殖鱼类和家禽)来供给附近居。

迪克森·德斯波米尔的“垂直农业摩天大楼”(skyscrapers for verticalfarm

完全实现这种设想的公司还没有出现,但是类似的垂直植物工厂在美国已经商用。Aero Farms 的新工厂坐落在新泽西州纽瓦克市,在一间69,000平方英尺(约合6410平方米)的大仓库中,无土壤、无农药、无阳光的条件下,每年将产出200万磅(约合91万公斤)新鲜的绿叶蔬菜。作物在垂直堆叠的槽中生长,并配备了LED照明及追踪作物生长状况的传感器。

AeroFarms新农场渲染图,一旦建成,将成为全球最大的垂直农场

在这里,250种草本植物及蔬菜被种植在30英尺(约合9米)高的种植架上,看上去非常震撼。他们通过买下一些废旧厂房,重新翻修和扩建,来解决场地问题,同时提高了城市废旧场地使用率。

同时他们也非常注重于大数据的收集和利用,安装在种植槽中的传感器对30,000个数据点进行采样,来跟踪植物的生长情况。得到的数据会发送给麻省理工学院或哈佛大学的科学家们进行分析,以不断改进植物的种植方式。

工作人员甚至可以通过对“算法”的调整来改变蔬菜的味道,可以让它们更辣一点或者甜一点。

相比传统的土壤种植蔬菜,这种方式能节省95%的水和50%的肥料。植物因与外界隔离,所以全程不需要喷洒农药。

在植物工厂领域重要的灯光环节美国也有非常先进的技术,包括高压钠灯以及荧光灯在内的新一代低成本光源也有望解决光照问题,或者像芝加哥的Green Sense Farms这样与飞利浦公司合作,用红外LED来模拟薄暮冥冥的黄昏,只需5分钟,胡椒和西红柿就会更快进入开花期。

美国成为世界第一农业大国主要是源于其先进生产思想和高科技生产技术,这也就说明了与国家农业发展前景息息相关的不止是生产力的数量,更取决于生产力的质量。如今的世界农业环境已经今非昔比,科技的迅猛发展,生活水平的提高都影响了人们对农业生产的传统观点,如何更精确高效的进行农业生产,如何为农业生产创造一个更舒适的环境,如何将科技运用于农业生产出更有益于人类身体健康的农产品,这些问题已经取代传统农业考虑观点成为新时代新农民所关心和努力的方向。

中美之间的农业技术交流

来自美国密西西比州立大学、德克萨斯农工大学、弗罗里达大学、夏威夷大学、威斯康辛大学等5所大学的学者们参观了中国农科院国家农业园

中环易达每年都会和美国农业界举行多次的技术交流,相互学习先进的技术和管理经验;2016年中环易达在北美建立了研发中心,专注从事技术设备研发和技术交流。并成为了Association for vertical farm协会和AmericanHort协会的会员单位,在设施农业、植物工厂、农业机械等领域积极拓展和研究,更好的服务中国农业。

设施农业 颠覆你对农业的认知! 公司视频课程

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巫怡

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谈及设施农业,很多人脑海中都会浮出以色列、荷兰等国的农业画面。近年来,随着科技的快速发展,我国以塑料大棚和日光温室为主体的设施农业获得快速发展,智能传感器、远程控制系统等,在设施农业中的应用逐步拓宽。

设施农业的主要模式有:

①简易覆盖型,主要使用塑料薄膜,进行地膜或拱膜加草苫覆盖,可以调节小环境的温度和湿度,促进生长;

②普通设施型,使用塑料大棚、地窖、废矿坑、房屋等进行蔬菜生产、动物养殖、食用菌培育等农业生产活动;

③现代设施型,设专门的生产车间,采取工厂化的生产流程,从种苗的繁育到产品的加工等,进行一体化、产业化操作。

设施农业的内容有:

①设施种植业,如温室栽培、塑料大棚栽培、无土栽培等;

②设施畜牧业,如畜禽舍、养殖场及草场建设等;

③农畜产品贮藏保鲜设施,如地窖、冷库等;

④环境调节控制设施,如地膜覆盖、温室和畜舍外补光、加温、通风、微滴灌、CO2施肥设备以及产品贮运中气调、冷藏设备等。

目前我国大部分地区都已经陆陆续续开始进行了设施农业工程的建设,越来越多的传统型日光温室向现代化的设施温室升级。然而并不是所有的温室都有发挥设施农业应有的作用,有些甚至是失败的。

如从1979年至1994年,我国从日本、荷兰、美国等国家引进约20hm现代温室,由于不符合中国的气候条件、没有研究配套的种植品种、缺乏现代温室管理经验、温室产品目标市场不明确等原因,导致运转经济效益很低,基本上都是失败的。

所以,在引进成功的基础上,我们来谈谈怎样进行优化升级,这也是之后温室工程的发展趋势。

规模化和产业化

设施农业是高投入、高产出、高效益的产业,只有形成相当的规模,才有利于规范化、标准化的生产,才有可能形成有影响力的品牌,从而占有市场,使资源优势得到有效的开发与持续利用,同时带来巨大的经济效益。

工厂化

农产品工厂化生产是农村城市化的重要手段和途径。只有工厂化生产才能使动植物不受地区、气候的限制,按照人们的意愿和要求全年生产,达到优质、安全、高产,而且工人可在舒适的环境下进行省力、轻松的操作。

降低成本

降低成本需要采取综合措施。

①规模化

规模化可降低建设成本。如同型号温室比较,大型连片温室的单位建设成本更低,例如,2hm的温室建设比0.3hm温室将平均每平米节约20%的成本。

②温室农业工程规范化、标准化

温室工程规范化、标准化包括温室设施、设备与农业生产两方面。设施建筑及配套设施设计、结构、安装、建设、使用等有了规范和标准,就能大大节约建设和运转的成本;设施农业生产建立了规范和标准。

③研制优质、价廉、耐久的新材料

硬质塑料轻量化,将逐渐代替玻璃,在地震和台风发生灾害受到破坏时危害性减小。例如,最近研制的塑料薄膜树脂塑料膜(0.01mm厚)使用寿命有了很大提高,寿命可达20年以上。

④节能

为了节能,现在已经开发出一种三层透明的塑料膜作为温室覆盖材料,外夹层内通入加压空气,以将覆盖层支撑起来,内夹层通过循环水,将吸收的太阳能(白天水温可达20℃)通过地下管储存在低下土壤中,夜间将土壤内储存的热能用于温室保温。

⑤引进、开发新种植技术

如采用无土栽培可大大提高单位面积产量,种植番茄,每年每公顷可产60.8t,比传统种植方法高11倍。以加拿大为例,该国平均每人每年消费9.1kg番茄,全国2000万人口每年共消费182000t。若采用无土栽培,520hm的土地即可满足全国需要。

温室作业机械化

温室生产作业机械主要包括温室用小型农机具、建筑设施传动机构等配套产品。温室小型农机具能够进行温室内耕翻、定值、铺膜、消毒、嫁接、作埂、开沟、施肥、打药、收获等机械作业,尤其收获作业是操作最复杂和劳动强度最重的工序,机器人采收可能是解决这项作业的不错选择。应首先解决种植最大、收获期短、工作量大而辛勤的作物,如草莓、鲜切花等。

日本研制了水果和蔬菜收获机器人,只选摘成熟的果实进行收获。它可确定果实的位置并鉴别它的成熟度,达到像人工收获一样不损伤果实的效果。例如,用于高位结果的草莓收获机器人,可判别果实的大小或成熟度,抓住果实,切断果柄并把他们放到容器内。草莓的成熟期短,采摘量大,收获工作紧张,繁重,机器人夜间可以工作,可大大缓解草莓收获的工作量和运输量。而且机器人可以减少果实的碰伤。

设施农业是我国农业资源高效利用的重要途径,在我国具有广阔的发展前景。设施农业在可控条件下,产品品质好,单位面积产量、产值数倍于大田露地生产,可谓是高产、高效、优质的农业生产。

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