细数可能颠覆未来农业发展的黑科技
专题介绍：数据分析那些事儿是瑞典农业科学大学的一名科研工作者。在生物大数据分析领域已经有七年的科研经验。希望通过分享过去7年在国内外硕士、博士、博士后申请、求学、科研、求职、统计学、R&Python编程、生物大数据分析、国内外高校企业求职 生命科学发展对我们当下社会的影响 中收到的个人启发 来让1000个人受益 让求学求职生活变得容易一点点。如果你也想持续学习，克服懒惰的话。关注他参与“100天生信/数据科学自我挑战”的话题吧。
被邀请去做一个报告，所以总结了全球农业领域，在动植物方面有可能颠覆未来生产模式的黑科技。整理完报告，觉得有了这些内容总算可以和我妈说清楚我到底是做什么的了，所以通过一篇文章分享给大家，希望学农学、生物的同学挺起腰杆，因为我觉得我们农业还有搞头、有前途的。
2050年，全世界人口将达到100亿，粮食产量需要增加一倍，才能让每个人都有饭吃，这一期视频我们聊聊，那些正在发生在世界各个角落里悄悄颠覆农业生产的未来科技。100年前，美国有14%的人口从事农业生产，而现在只有不到2%，短短100年中农业机械的应用让农业生产力提高了7倍。
回到我国，100年前我们处在农耕社会，而100年后，农业机械在我国的普及率依然很低。2019中国统计年鉴数据显示，当前我国依然有农村人口7亿多人，排除农民工和无业农民外，职业农民在3-4亿人之间。我们用接近30%多劳动力，养活了14亿人口，是美国的15倍。
能不能利用好接下这几个方面的科技进步，可能就是我们能弯道超车的机会
1.智慧农业装备的广泛使用。
利用人工智能和计算机视觉，英国科学家已经制造出来一台草莓自动采摘机器人，这台机器人全程无人作业，相同时间内采摘速度是人工的两倍。除了草莓机器人以外，橘子、苹果的机器人也进入了田间试验阶段，估计不久就会上市。在栽培管理方面，他们还研制了自动除草机器人，这个机器人不光精准的识别杂草，还可以通过机械臂或者精准喷洒除草剂来除掉杂草。该机器人利用太阳能工作，所用的除草剂用量是传统喷洒方式的10%。把对环境的危害降到了最低。为了进一步降低对环境的，有的科学家还考虑给他装上激光，通过激光把杂草烧死的方式做到对环境0污染。
每年大约有20-30 %的作物在田里的时候就被虫子吃掉，所以农业生产，离不开农药的喷洒。但是在一片几千亩的田里，农民无法精确知道哪里发生了虫害、到底发生了什么样的虫害。所以一旦虫害出现，往往需要整块地全部喷洒广谱的杀虫剂，造成了人力物力的极大浪费和环境的破坏。因此科学家设计了一个叫trap view的捕虫装置，这个装置可以把虫子引诱到一个密闭的盒子里，通过拍照自动识别，把虫害的种类和在田间的位置数据传回农民的手机中，帮助农民采取相应的措施，一些大的农场已经在使用trapview。
如果你觉得这个办法太笨，请看EarthSense制造的terracentia机器人，它可以在农田里自由穿梭。利用照相机和激光雷达和GPS等传感器来收集关于植物生理和应激反应数据，包括植物高度，茎秆宽度和生理。生成详细报告通过手机app汇总给农民，让农民足不出户就知道千亩地的生长状况，帮助他们在田间管理作中做出更明智的判断。这类机器人不仅可以自主学习，而且可以在云平台上被编程，所获取的数据在数据库里不断更新，可以全天候测量作物生理，形态、生物量和病虫害等多个指标，这些数据的广泛采集和挖掘，将为田间管理提供明确的指导，显著提高农业的效率。也许你会想到，尽管这个机器人，潜力无限，但是在上万亩、亿亩的地里大规模普及。为此MAVRX公司雇了100多个全职的飞行员，驾驶这装载有多光谱相机的飞机在大半个美国搜集农场的植物生长、土壤氮含量等数据，一家planetlab的公司，每周都通过卫星扫描方式在全球范围内搜集农场信息。其余公司则把这些数据整合到一个数据库中，通过向所有加入Farmerbusiness联盟的农民分享，让中小农场主也实时获得海量的农田信息。
2.土地、水等资源的高效利用。
说起种地，离不开水、和土地，谁能在有限的土地上利用有限的资源种出更多粮食就能在未来农业发展中占领高地。垂直农场通过工厂化无土化栽培，实现了对水和空间的高效利用，由于工厂可以建在城市中央，省去了物流中成本和采后运输损耗。此外，长距离运输过程中除了有经济损耗，也产生了大量的二氧化碳排放，所以工厂话栽培为我们提供了环境友好型的农业发展模式。但是这种生产模式最大的挑战是高能源消耗。由于是全封闭栽培没有自然光，所以垂直工厂完全采用人工光源提供植物生长所需要的能量，需要大量电能。好在随着近10年中的LED照明突飞猛进的发展，人工照明的用电量成本实现指数级下降，在高栽培密度、24小时光照的栽培环境下，植物的生长周期可以缩短到传统栽培方式的一半。目前所有叶菜已经可以实现工厂化栽培并且产生可观的利润，随着清洁能源和遗传育种的发展，黄瓜西红柿等园艺作物已经成为了下一个工厂化栽培的目标物种。
说了半天都是主食和菜 ，没有肉怎么能行。
每年发展中国家有数百万人迈入中产阶级，随着生活水平的提高，对肉的需求原来越高。距统计我国每年食用7亿头猪，4000万头牛，平均每人每年半头猪+一条牛腿。大量的需求在畜牧业也催生出很多让人想不到的黑科技。通过给牛带上智能手环，科学家可以通过检测牛每天的活动，来估计牛的健康状况和运动量，推算出牛的生长和繁殖能力。苏格兰科学家则通过给农场装上超光谱照相机，来检测牛乳腺的感染疾病，在早期通过采取病牛隔离，和抗生素治疗的方式，来避免疾病的发生和扩散提高。于此同时，通过三维相机可以迅速的对牛的体脂率、肌肉含量进行建模，在每头牛最佳的年龄把它们出售，实现私聊利用率的最大化。甚至有公司在猪的下巴埋入传感器，来检测猪的咳嗽，在猪患病10天前就开始对病猪进行隔离治疗，避免疾病传播。还有通过在鸡场装摄像头来检测鸡的活动，来对肉鸡饲养做出应急。
如果你觉得这些还不够大开脑洞，那请接着往下看。
据联合国统计，目前大概有2百万人靠食用昆虫来提供身体所必须的蛋白。尽管昆虫营养丰富，但是吃起来还是让人毛骨损然。所以就有很多公司想通过包装昆虫蛋白，来降低大家的不适感，比如蛋白粉，还有昆虫面粉。尽管如此大家听起来还是有点不舒服，所以还是让动物帮我们转化一下比较好。
比起昆虫蛋白，公众对于人造肉接受程度可能更高。2017年荷兰一家实验室就通过培养肌肉细胞，做出了全人类第一个人造汉堡，美国相继制造出来了人造肉丸子，虽然据说口感并无差异，这一定是地球上最贵的汉堡和肉丸。随着技术进步，生产成本会不断降低，这种对环境友好的人造肉未来确实有走上餐桌的可能。
说了这么多的黑科技，其实这些黑科技所解决的问题都是由于我们人类自身活动对全球生态系统破坏的结果。全球人口还在不断的增加，气候变化的威胁也越来越严重，应对吃饭问题，我们还有最后两道杀手锏，
基因编辑，来源于细菌中这一项重大发现，允许我们在全基因组上编辑控制作物生长的基因，实现比传统转基因更加精准的基因改造。于此同时由于没有转基因，转基因食品安全问题也就无从谈起。例如，水稻是一个C3植物，它的光合效率利用率不如C4植物玉米高，通过基因编辑的手段将C3水稻改良成C4水稻，理论上可以提高30%以上的产量。科学家也正在通过猪的基因编辑来让猪肉生产拜托瘟疫的折磨。
第二道杀手锏是，全基因组选育。以前我们做育种是靠检验。而现在靠数据，利用DNA测序技术，先正达和和杜邦已经选育出来具有优良抗逆性状的玉米，如果这种选育技术被推广到全球范围的多个物种，提高全球作物粮食产量和人民生或水平就指日可待了。
虽然目前我们无法预知这些技术中哪一项会真正的改变未来农业发展。但是就在你观看这个视频的时候，全世界有无数科学家、农民、企业家正在孜孜不倦的发挥着他们的创造力，用尽全力发展每一项技术。当然也包括屏幕前正在观看的你，好了这期视频就到这里，请为了全人类有饭吃，而奋起读书吧。
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