一個國家的農(nóng)業(yè)發(fā)展能力取決于它所具有的生產(chǎn)力水平，一般來講大家都會認為勞動力的數(shù)量是至關重要的因素，但其實不僅取決于此，還有更重要的衡量標準。比如，美國的農(nóng)業(yè)人口僅有600萬，不足全國人口的2%，但就是這600萬人不僅養(yǎng)活了全國98%的人口，生產(chǎn)出了世界上數(shù)量最多且品種豐富品質上乘的糧食、畜產(chǎn)品以及其它農(nóng)產(chǎn)品，還使美國成為了世界農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度最高的國家。美國人是如何做到這些的呢？

優(yōu)越的自然條件，高效的機械化生產(chǎn)

美國位于北美大陸南部，國土面積達937萬平方公里，總人口約2.7億，人均耕地面積達0.6公頃，平均年降水量為760毫米，且分布均勻，淡水資源豐富?？偯娣e達24.5平方公里，與加拿大交界的五大湖馳名于世。這些豐富的自然資源，是美國的農(nóng)業(yè)發(fā)展得天獨厚的條件。

美國全境有10個主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域，每個區(qū)域主要生產(chǎn)1~2種農(nóng)產(chǎn)品。如北部平原以生產(chǎn)小麥為主 ，中部平原以玉米為主，南部平原和西部山區(qū)則以養(yǎng)牛、羊為主，太平洋沿岸地區(qū)生產(chǎn)水果和蔬菜。這種按區(qū)域劃分生產(chǎn)方向的方法極大的促進了農(nóng)場生產(chǎn)經(jīng)營的專業(yè)化發(fā)展，方便管理，集約化生產(chǎn)，使市場供需得到合理控制。

美國豐富的耕地資源

美國農(nóng)業(yè)帶分布圖

美國擁有全球最大的耕地面積，與其他發(fā)達國家發(fā)展農(nóng)業(yè)優(yōu)先提高土地效率的道路不同，美國農(nóng)業(yè)優(yōu)先實行的是提高生產(chǎn)者的生產(chǎn)效率。而讓人更高效，借助機器就是最快的途徑。

1987年美國農(nóng)業(yè)勞動力人均產(chǎn)值已經(jīng)達到了5.53萬美元，超越其他發(fā)達國家4倍，居世界第一位，成為世界上第一農(nóng)產(chǎn)品出口大國；2010年，美國有220萬個農(nóng)場，總面積為3.73億公頃。每個農(nóng)場主平均經(jīng)營162公頃（大約等于2400畝）的土地，但是每個農(nóng)場的勞動力平均為1.6個人。農(nóng)場主人的倉庫里都會有聯(lián)合收割機、四輪驅動拖拉機、風鉆機、農(nóng)用軌道拖車、捆草機、播種機等先進生產(chǎn)工具極大的提高了農(nóng)場生產(chǎn)效率，即使在農(nóng)忙的時期也不用雇工。

精準控制，智能操作

美國約有7000多種農(nóng)機，幾乎覆蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的所有領域。

以拖拉機為例——“挑戰(zhàn)者MT775”拖拉機，馬力強勁，一天就可以開墾150英畝土地，相當于100個足球場的面積。該型號拖拉機不僅配備了全球衛(wèi)星導航（GPS）駕駛系統(tǒng)，保證行駛路線精準無誤。還在駕駛室內配有DVD影音播放系統(tǒng)、可加熱真皮座椅這樣的人性化配置，為駕駛員提供了舒適的環(huán)境，改變了我們對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕地環(huán)境的印象。

挑戰(zhàn)者MT775拖拉機

所采用的噴藥飛機翼有36米，噴藥完全自動化，飛機會按照設定的路線工作，GPS上面還會顯示出噴過藥和沒有噴藥的農(nóng)田。

美國發(fā)達的農(nóng)用飛機

農(nóng)場可以實時監(jiān)管，衛(wèi)星圖像和無人機會被用來拍攝田地的照片，遍布田間的傳感器用于測量土壤和周圍空氣的溫度與濕度，控制中心實時收集并處理數(shù)據(jù)，平板電腦里的內置APP軟件會提醒農(nóng)場主要要進行的工作。電腦會根據(jù)未來48小時的天氣情況建立模型，并進行模擬，從而預測未來的情況，并幫助農(nóng)場主做出前瞻性的決策。

目前，美國約20%的農(nóng)場已經(jīng)開始用直升機進行耕作管理，多數(shù)中等規(guī)模的農(nóng)場和幾乎所有大型農(nóng)場已經(jīng)安裝了GPS定位系統(tǒng)，可以說是在現(xiàn)實中做到了一個人耕3000英畝土地的奇跡。美國約翰迪爾公司、凱斯萬國公司、福特公司（拖拉機）等大型跨國農(nóng)機公司生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)機械讓美國農(nóng)業(yè)在機械領域有先進的實力。

美國約翰迪爾生產(chǎn)的大型采棉機

不會種菜的宇航員不是好科學家

“你要是在一個地方種了莊稼，那里就算是你的殖民地了?！?/p>

在2015年10月上映的電影《火星救援》中，身為植物學家男主人公為了生存，利用手頭上的所有材料，在火星上面中了一片土豆農(nóng)田，成為了火星上面第一個“農(nóng)場主”。在現(xiàn)實生活中，由于宇航員帶去太空的蔬菜需要進行脫水干燥，食用時再在太空艙內進行復水處理，運輸成本高昂。所以決定讓宇航員在太空自己種植蔬菜，保證他們用餐的營養(yǎng)問題。

2015年8月，美國NASA的四名宇航員在太空自己成功培育出了紅葉生菜，并在午餐時享用了它。NASA表示，這項名為“蔬菜1號（Veg-01）”的實驗目的在于“研究植物生長設施和包含植物種子的基底在太空軌道上的運作和表現(xiàn)情況”。

3名宇航員在午餐時享用了這顆生長在太空中的紅葉生菜。（圖片來源：NASA twitter）

宇航員斯科特在太空紅葉生菜前自拍。（圖片來源：宇航員Scott Kelly twitter）

系統(tǒng)配備感應器和照相機等設備，用來監(jiān)測植物生長情況，并提供植物如何適應非陸生環(huán)境的信息?？茖W家認為，微重力、輻射以及其它太空因素可能會以意想不到的方式影響有機物的生長。

如今，美國對航天飛機上應用的植物生產(chǎn)技術已經(jīng)進行了20多年的研究，在空間站上開展無土栽培已小有成就，美國垂直空中植物工廠、太空植物工廠已開始由設計圖向現(xiàn)實轉變。

NASA的太空蔬菜種植系統(tǒng)。（圖片來源：NASA twitter）

我國在1999年11月21日我國成功發(fā)射的“神舟”號飛船亦搭載10多種植物種子飛越太空，經(jīng)過太空失重、缺氧等特殊環(huán)境變化，內部結構發(fā)生激變。返回地面后，經(jīng)農(nóng)業(yè)專家多年培育，使太空蔬菜的維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。太空紫紅薯生食味甜，水分足，是城市居民、賓館、飯店的上等保健食品。

商用表現(xiàn)優(yōu)秀的垂直農(nóng)場型“城市農(nóng)業(yè)”

“垂直農(nóng)場”（Vertical Farm）早在1998年就由哥倫比亞大學的生態(tài)學家迪克森·德斯波米爾（Dickson De-spommier）首次提出。他的設想是在城市里30層以下高度的建筑上生產(chǎn)食物（包括養(yǎng)殖魚類和家禽）來供給附近居。

迪克森·德斯波米爾的“垂直農(nóng)業(yè)摩天大樓”（skyscrapers for verticalfarm

完全實現(xiàn)這種設想的公司還沒有出現(xiàn)，但是類似的垂直植物工廠在美國已經(jīng)商用。Aero Farms 的新工廠坐落在新澤西州紐瓦克市，在一間69,000平方英尺（約合6410平方米）的大倉庫中，無土壤、無農(nóng)藥、無陽光的條件下，每年將產(chǎn)出200萬磅（約合91萬公斤）新鮮的綠葉蔬菜。作物在垂直堆疊的槽中生長，并配備了LED照明及追蹤作物生長狀況的傳感器。

AeroFarms新農(nóng)場渲染圖，一旦建成，將成為全球最大的垂直農(nóng)場

在這里，250種草本植物及蔬菜被種植在30英尺（約合9米）高的種植架上，看上去非常震撼。他們通過買下一些廢舊廠房，重新翻修和擴建，來解決場地問題，同時提高了城市廢舊場地使用率。

同時他們也非常注重于大數(shù)據(jù)的收集和利用，安裝在種植槽中的傳感器對30,000個數(shù)據(jù)點進行采樣，來跟蹤植物的生長情況。得到的數(shù)據(jù)會發(fā)送給麻省理工學院或哈佛大學的科學家們進行分析，以不斷改進植物的種植方式。

工作人員甚至可以通過對“算法”的調整來改變蔬菜的味道，可以讓它們更辣一點或者甜一點。

相比傳統(tǒng)的土壤種植蔬菜，這種方式能節(jié)省95%的水和50%的肥料。植物因與外界隔離，所以全程不需要噴灑農(nóng)藥。

在植物工廠領域重要的燈光環(huán)節(jié)美國也有非常先進的技術，包括高壓鈉燈以及熒光燈在內的新一代低成本光源也有望解決光照問題，或者像芝加哥的Green Sense Farms這樣與飛利浦公司合作，用紅外LED來模擬薄暮冥冥的黃昏，只需5分鐘，胡椒和西紅柿就會更快進入開花期。

美國成為世界第一農(nóng)業(yè)大國主要是源于其先進生產(chǎn)思想和高科技生產(chǎn)技術，這也就說明了與國家農(nóng)業(yè)發(fā)展前景息息相關的不止是生產(chǎn)力的數(shù)量，更取決于生產(chǎn)力的質量。如今的世界農(nóng)業(yè)環(huán)境已經(jīng)今非昔比，科技的迅猛發(fā)展，生活水平的提高都影響了人們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的傳統(tǒng)觀點，如何更精確高效的進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如何為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造一個更舒適的環(huán)境，如何將科技運用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出更有益于人類身體健康的農(nóng)產(chǎn)品，這些問題已經(jīng)取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)考慮觀點成為新時代新農(nóng)民所關心和努力的方向。

中美之間的農(nóng)業(yè)技術交流

來自美國密西西比州立大學、德克薩斯農(nóng)工大學、弗羅里達大學、夏威夷大學、威斯康辛大學等5所大學的學者們參觀了中國農(nóng)科院國家農(nóng)業(yè)園

中環(huán)易達每年都會和美國農(nóng)業(yè)界舉行多次的技術交流，相互學習先進的技術和管理經(jīng)驗；2016年中環(huán)易達在北美建立了研發(fā)中心，專注從事技術設備研發(fā)和技術交流。并成為了Association for vertical farm協(xié)會和AmericanHort協(xié)會的會員單位，在設施農(nóng)業(yè)、植物工廠、農(nóng)業(yè)機械等領域積極拓展和研究，更好的服務中國農(nóng)業(yè)。

談及設施農(nóng)業(yè)，很多人腦海中都會浮出以色列、荷蘭等國的農(nóng)業(yè)畫面。近年來，隨著科技的快速發(fā)展，我國以塑料大棚和日光溫室為主體的設施農(nóng)業(yè)獲得快速發(fā)展，智能傳感器、遠程控制系統(tǒng)等，在設施農(nóng)業(yè)中的應用逐步拓寬。

設施農(nóng)業(yè)的主要模式有：

①簡易覆蓋型，主要使用塑料薄膜，進行地膜或拱膜加草苫覆蓋，可以調節(jié)小環(huán)境的溫度和濕度，促進生長；

②普通設施型，使用塑料大棚、地窖、廢礦坑、房屋等進行蔬菜生產(chǎn)、動物養(yǎng)殖、食用菌培育等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動；

③現(xiàn)代設施型，設專門的生產(chǎn)車間，采取工廠化的生產(chǎn)流程，從種苗的繁育到產(chǎn)品的加工等，進行一體化、產(chǎn)業(yè)化操作。

設施農(nóng)業(yè)的內容有：

①設施種植業(yè)，如溫室栽培、塑料大棚栽培、無土栽培等；

②設施畜牧業(yè)，如畜禽舍、養(yǎng)殖場及草場建設等；

③農(nóng)畜產(chǎn)品貯藏保鮮設施，如地窖、冷庫等；

④環(huán)境調節(jié)控制設施，如地膜覆蓋、溫室和畜舍外補光、加溫、通風、微滴灌、CO2施肥設備以及產(chǎn)品貯運中氣調、冷藏設備等。

目前我國大部分地區(qū)都已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)開始進行了設施農(nóng)業(yè)工程的建設，越來越多的傳統(tǒng)型日光溫室向現(xiàn)代化的設施溫室升級。然而并不是所有的溫室都有發(fā)揮設施農(nóng)業(yè)應有的作用，有些甚至是失敗的。

如從1979年至1994年，我國從日本、荷蘭、美國等國家引進約20hm現(xiàn)代溫室，由于不符合中國的氣候條件、沒有研究配套的種植品種、缺乏現(xiàn)代溫室管理經(jīng)驗、溫室產(chǎn)品目標市場不明確等原因，導致運轉經(jīng)濟效益很低，基本上都是失敗的。

所以，在引進成功的基礎上，我們來談談怎樣進行優(yōu)化升級，這也是之后溫室工程的發(fā)展趨勢。

規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化

設施農(nóng)業(yè)是高投入、高產(chǎn)出、高效益的產(chǎn)業(yè)，只有形成相當?shù)囊?guī)模，才有利于規(guī)范化、標準化的生產(chǎn)，才有可能形成有影響力的品牌，從而占有市場，使資源優(yōu)勢得到有效的開發(fā)與持續(xù)利用，同時帶來巨大的經(jīng)濟效益。

工廠化

農(nóng)產(chǎn)品工廠化生產(chǎn)是農(nóng)村城市化的重要手段和途徑。只有工廠化生產(chǎn)才能使動植物不受地區(qū)、氣候的限制，按照人們的意愿和要求全年生產(chǎn)，達到優(yōu)質、安全、高產(chǎn)，而且工人可在舒適的環(huán)境下進行省力、輕松的操作。

降低成本

降低成本需要采取綜合措施。

①規(guī)模化

規(guī)?；山档徒ㄔO成本。如同型號溫室比較，大型連片溫室的單位建設成本更低，例如，2hm的溫室建設比0.3hm溫室將平均每平米節(jié)約20%的成本。

②溫室農(nóng)業(yè)工程規(guī)范化、標準化

溫室工程規(guī)范化、標準化包括溫室設施、設備與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)兩方面。設施建筑及配套設施設計、結構、安裝、建設、使用等有了規(guī)范和標準，就能大大節(jié)約建設和運轉的成本；設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建立了規(guī)范和標準。

③研制優(yōu)質、價廉、耐久的新材料

硬質塑料輕量化，將逐漸代替玻璃，在地震和臺風發(fā)生災害受到破壞時危害性減小。例如，最近研制的塑料薄膜樹脂塑料膜（0.01mm厚）使用壽命有了很大提高，壽命可達20年以上。

④節(jié)能

為了節(jié)能，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種三層透明的塑料膜作為溫室覆蓋材料，外夾層內通入加壓空氣，以將覆蓋層支撐起來，內夾層通過循環(huán)水，將吸收的太陽能（白天水溫可達20℃）通過地下管儲存在低下土壤中，夜間將土壤內儲存的熱能用于溫室保溫。

⑤引進、開發(fā)新種植技術

如采用無土栽培可大大提高單位面積產(chǎn)量，種植番茄，每年每公頃可產(chǎn)60.8t，比傳統(tǒng)種植方法高11倍。以加拿大為例，該國平均每人每年消費9.1kg番茄，全國2000萬人口每年共消費182000t。若采用無土栽培，520hm的土地即可滿足全國需要。

溫室作業(yè)機械化

溫室生產(chǎn)作業(yè)機械主要包括溫室用小型農(nóng)機具、建筑設施傳動機構等配套產(chǎn)品。溫室小型農(nóng)機具能夠進行溫室內耕翻、定值、鋪膜、消毒、嫁接、作埂、開溝、施肥、打藥、收獲等機械作業(yè)，尤其收獲作業(yè)是操作最復雜和勞動強度最重的工序，機器人采收可能是解決這項作業(yè)的不錯選擇。應首先解決種植最大、收獲期短、工作量大而辛勤的作物，如草莓、鮮切花等。

日本研制了水果和蔬菜收獲機器人，只選摘成熟的果實進行收獲。它可確定果實的位置并鑒別它的成熟度，達到像人工收獲一樣不損傷果實的效果。例如，用于高位結果的草莓收獲機器人，可判別果實的大小或成熟度，抓住果實，切斷果柄并把他們放到容器內。草莓的成熟期短，采摘量大，收獲工作緊張，繁重，機器人夜間可以工作，可大大緩解草莓收獲的工作量和運輸量。而且機器人可以減少果實的碰傷。

設施農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)資源高效利用的重要途徑，在我國具有廣闊的發(fā)展前景。設施農(nóng)業(yè)在可控條件下，產(chǎn)品品質好，單位面積產(chǎn)量、產(chǎn)值數(shù)倍于大田露地生產(chǎn)，可謂是高產(chǎn)、高效、優(yōu)質的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。