《技术将农业提升到新的水平》

  • 来源专题:农机装备
  • 编译者: 袁雪
  • 发布时间:2025-04-29
  • Paul 和 Karin Cluver 兄妹团队来自西开普省埃尔金附近的 De Rust Estate,他们不仅以顶级水果和葡萄酒而闻名,还以新颖的生产方法而闻名。董事总经理 Paul 和生产经理 Karin 在他们的农场中使用了一系列最新的技术创新,该农场包括 140 公顷的苹果和梨以及 80 公顷的葡萄园。

    天空之眼

    Paul 最喜欢的小工具是他的 DJI Phantom 2 无人机。虽然该型号没有配备红外成像功能,因此可以实现监控植物生长等高级功能,但它确实允许 Paul 调查农场中无法进入的区域。

    最近,他用它沿着电线的长度飞行,以识别损坏的电缆。今年早些时候,他使用无人机监控 Elgin 地区发生火灾的进展情况,并评估了 De Rust Estate 的损失。Paul 还使用无人机来确定正在清除入侵的外来植物的植被密度,并监控农场的山地自行车道。

    “过去,农民必须支付数千兰特才能让飞机飞越他们的农场。现在,他们可以以极低的成本使用无人机并获得即时反馈。随着技术的进步和价格的提高,越来越多的农民将开始使用它,“他说。

    遥感

    虽然无人机可用于快速扫描农场活动,但另一种技术——遥感——更适合监测植物生长和发现问题。为此,Cluvers 夫妇使用了西开普省农业部的 Fruitlook 技术。

    “Fruitlook 使用卫星图像,每周为生产者提供各种参数的最新信息,例如每公顷的用水量和植物压力,”Karin 说。

    她解释说,这些数据使农民能够识别问题区域,并将区块相互比较,并与其他农场的区块进行比较,使他们能够确定可以提高产量的领域。Karin 认为,Fruitlook 在未来几年将变得更加重要,因为从今年 6 月开始,作为 GlobalGap 认证的一部分,农民将被要求申报他们的用水量。

    “Fruitlook 帮助农民准确记录他们在每个区块中使用了多少水。随着消费者越来越关注环境,这将是一个有用的工具,可以证明一个人正在负责任地使用水,“她解释说。

    根据 Karin 的说法,Fruitlook 的唯一缺点是它在年轻的果园中无法有效工作,因为那里的树木树冠很小,而且有大量的地面覆盖物。

    “Fruitlook 无法区分地被植物和树木。根据 Fruitlook 的数据,我们有几个年轻的果园,树木没有表现出缺水或缺水,但当我们挖剖面洞时,很明显树木受到了压力,“她说。

    Agrimotion 使用无人机进行了一项试点研究,以查明出了什么问题。“无人机的遥感分辨率比卫星高得多,”Karin 解释说。“因此,它更清楚地了解了农场上发生的事情,尤其是在年轻的果园中,每棵树在地图上都由一个点表示。使用无人机证实了我们对树木受到水胁迫的怀疑,并显示了哪些树木受到影响。

    灌溉问题

    农业团队出去调查问题区域,发现灌溉系统工作不正常。新果园安装了悬挂式微型喷头,而不是传统的立式微型喷头种植在地下。这使得果园能够机械除草,而不会损坏灌溉系统。

    然而,问题在于灌溉面积比直立洒水器小。事实上,其中一位生产经理意识到,直立时覆盖面积最大的洒水器在倒挂时灌溉面积最小。因此,洒水器被直立安装。

    Cluvers 夫妇还使用无人机来识别因营养缺乏而生长不良的树木。仔细检查后发现,施肥机一直将肥料浇在树周围的山脊上,而不是树的顶部。Cluvers 没有向整个果园添加均匀数量的肥料,而是使用遥感技术,通过手动施用缓释氮来仅处理受影响的树木。

    灌溉

    遥感和土壤评估也被用于确定最适合放置水探头的区域。必须正确放置水探针,以提供土壤水分含量的代表性读数,以便农民可以相应地调整灌溉。遥感为农民提供特定时间的树木和土壤数据,使他们能够监控灌溉决策的效率并确定可以改进的区域。

    Karin 使用 IRRICON 的灌溉调度系统来管理灌溉。该程序使用 G100 连续测井探头在土壤的 5 个深度进行水分测量。读数每小时在线更新一次。

    “我可以在果园里通过手机获取信息,并在任何地方通过计算机或手机调整灌溉计划。数据也采用颜色编码。因此,如果我在探头底部看到蓝色读数,我知道我们一直在过度灌溉和浪费水,“她解释说。

    移动跟踪

    最近在 De Rust 上购买的数字设备是超宽带跟踪设备 Farmtrack,它可以监控拖拉机和其他农用车辆。18 台拖拉机仅用于对果园和葡萄园进行喷洒。

    “[该系统] 可以准确地向我们显示每辆拖拉机的行驶位置,让我们能够看到拖拉机何时偏离路线。例如,您可以查看在农药施用过程中是否跳过了特定行,“Karin 解释道。此外,该程序还指示拖拉机是否以正确的速度行驶。

    在过去的一个季节中使用该程序揭示了农场系统的效率。例如,Paul 和 Karin 了解到,某些区块的转弯圈并不总是足够宽,而且土地和柴油加油站之间的距离有时相距太远。

    激励员工

    该设备背后的想法不是“监管”员工,而是为他们提供自我监控的工具。目前正在测试对该系统的调整,这将允许工人自己监控他们的驾驶速度。红灯表示拖拉机何时开得太快,而黄灯表示它以正确的速度行驶。

    使用 Farmtrack 也使司机对错过一行格外小心;他们经常亲自检查每行是否都能看到拖拉机履带。错过一行可能会导致害虫或疾病蔓延到整个农场,Karin 强调说。

    Farmtrack 会指示已喷洒和未喷洒的果园,并提供数据,例如每位驾驶员喷洒的果园数量以及喷洒所需的时间。结果用于激励工人,前三名拖拉机司机每个月都会得到认可。

    收割管理

    Karin 最喜欢的工具是 Keyphase 收割程序,该程序为农场采摘和包装的每种水果创建一个代码,并实时提供有关每批水果质量的数据。

    “过去,我们通常需要大约一天的时间才能记录水果的质量和疾病状况,”她解释说。“现在,我们可以跟踪每个果园采摘的水果量,并及早发现问题。如果水果因处理不当而瘀伤,我们可以在采摘员仍在工作时与他们交谈,以防止任何进一步的损坏。如果我们遇到某些疾病的很多问题,我们会记下下个赛季采取额外的预防措施。

    管理人员可以在果园工作时通过手机访问数据。对于 Karin 来说,新的数字技术具有许多优势,但其中有三个突出:用户友好、提供实时解决方案以及显著减少文书工作。


  • 原文来源:https://www.farmersweekly.co.za/crops/field-crops/technology-takes-farming-to-new-levels/05/
相关报告
  • 《“863计划”提升我国农业育种效率技术水平》

    • 来源专题:食物与营养
    • 编译者:潘淑春
    • 发布时间:2008-04-09
    • 2008-04-09 中国农业信息网讯:国家“863计划”为构筑适合我国动植物品种分子设计的技术体系,大幅度提升育种效率和技术水平奠定了基础。
  • 《合成生物学技术驱动上海农业创新场景》

    • 来源专题:耕地与绿色发展
    • 编译者:张毅
    • 发布时间:2024-10-16
    • 今年9月初,在科技部和上海市人民政府共同主办的2024浦江创新论坛上,一项关于“RNA生物农药绿色制造”的参赛项目斩获全国颠覆性技术创新大赛最高奖“卓越奖”,奖项颁发给了硅羿科技(上海)有限公司创始人、上海交通大学农业与生物学院首席研究员唐雪明教授。奖项的授予,也让与会者的目光聚焦在对RNA生物农药的关注上。 要理解RNA生物农药对国家农业生产和粮食安全意味着什么,要先认识我国农业绿色发展的未来走向。新一轮的科技革命和产业革命加速演进,被誉为第三次生物技术革命的合成生物学迎来全球化高速发展期。当前,国家对合成生物学研究支持力度大增,在2022年5月由国家发改委印发的《“十四五”生物经济发展规划》中,多次提及合成生物学在农业、医药、食品等领域的应用。尤其在农业领域,关于节能减排、病害防控、提升生长效率等绿色话题成为重点。今年6月,上海市政府办公厅发布的《关于加快推进本市农业科技创新的实施意见》中,也将合成生物学技术应用作为布局农业科技新赛道的重点方向之一,对挖掘生物制造潜力、推动农业绿色发展给予了很高的期待。 合成生物学之于农业科技创新的推动,表现在生物育种、生物制造、食品营养与健康等诸多领域。近两年,在市农业农村委的支持下,不少科技创新项目正瞄准相关学科的技术创新和成果转化,积极为新赛道布局投石铺路,而像硅羿科技这样一些有竞争力的上海本土企业及科研团队犹如黑马,为上海农业新质生产力增添新动能。 加快生物绿色农业布局。 “RNA生物农药在环境(土壤或水流)当中,基本在3-4天内就能降解。在可检测范围内,硅羿科技进行了多方面检测验证,结果表明,RNA生物农药的安全性能好,降解之后的残留很少,但速效性快,持药性长,它通过叶片进入到植物体内,在植物叶片甚至根茎中能够保留到20-30天,被国际同行喻为‘植物疫苗’。”唐雪明说。 普遍来看,传统化学农药研发周期长,费用高,同时使用过程产生的环境污染,农作物易产生抗性等问题难以解决,对农业绿色可持续发展带来负面影响。唐雪明说,RNA生物农药的“颠覆性”在于,以RNA干扰的方式,靶向干扰宿主(昆虫或病菌)关键因子mRNA,实现对病虫害的精准灭杀。 具体说来,就是通过细胞工厂或无细胞合成的方法,制备出具有特异性靶向宿主(昆虫或病菌)的dsRNA,直接作用于mRNA,作用时,大片段dsRNA会被多次切割,其中一个与靶标基因结合一次就会激发靶基因沉默;在自然环境中,dsRNA可实现快速降解,降解的产物还能作为植物生长的促进剂,被作物再次吸收,不仅环境友好还能促进增产。 新技术的优势还在于,其研发周期仅3-6个月。目前,团队正从无到有地创制以纳米技术搭载RNA农药,以进一步提升农药的吸附能力,降低研发成本;同时,形成了基于AI智能算法靶点筛选技术平台和dsRNA生物规模化合成,进行制剂研发的全链路生产工艺。 我国“十四五”全国农药产业发展规划中,首次将RNA生物农药列入优先发展规划。而国际上,像孟山都、拜耳、先正达等农化龙头企业,也更早落子布局,瞄准了对RNA生物农药关键核心技术的攻克。 2017年,唐雪明创立硅羿科技时,看准了RNA干扰技术应用于农业绿色防控领域的巨大潜力空间。这是他在耶鲁大学从事博士后研究,到10年后在牛津大学担任客座教授时,持续关注并感到得心应手的技术领域。事实印证了他的判断,硅羿科技成为中国首家RNA生物农药高新技术企业。 不过,从国际国内相关领域发展来看,仍然普遍缺乏产品研发标准,新材料获批和监管难度也很大。硅羿科技领跑于新赛道,主持制定了全球首个RNA生物农药的产业化标准,获得国内最早颁发的4张RNA农药“核酸干扰素”命名函,目前,已获得8张;也创制了全球第一个RNA杀菌剂和国内第一个RNA杀虫剂。 在上海,除了像硅羿科技这样的“黑马”,同样瞄准以合成生物学来推动绿色农业技术革新的农业创新企业还有不少。位于崇明陈家镇的长三角农业硅谷科创企业孵化园,正加快对农业新兴产业和未来产业的布局。比如,康码高产(上海)生物有限公司基于全球领先的D2P蛋白制造技术,研发为农作物提供替代化肥的蛋白营养液生物肥料,已建成目前全球最大的体外合成蛋白质工厂;上海植科优谷生物技术有限公司也正进行RNA农药开发等。 寻找更多农业应用突破点。 在上海市农业科学院生物技术研究所-农业合成生物学研究中心,有我国最早成立的从事农业合成生物学研究团队。近来,在市农业农村委科技创新项目支持下,团队创始人姚泉洪研究员正带领团队着手一项新课题,以水稻种子反应器为平台创制富含麦角硫因的稻米。 麦角硫因是一种天然氨基酸,能够清除自由基、有抗氧化、抗衰老、抗辐射等多种生理功能。该课题相关负责人彭日荷介绍,水稻种子合成麦角硫因,不存在人类病原或微生物毒素等安全顾虑,且在稻种中的生物活性物质比较稳定,有望让麦角硫因生产变得简单、经济,同时提升稻米附加值。 事实上,这样的科研创新并非只是在植物中合成营养成分的简单逻辑。在研究团队眼中,水稻被喻为“植物细胞工厂”,他们通过寻找或改造植物底盘,找到合适的“植物细胞工厂”,从而借助其丰富的酶库、各种细胞区室及其高度发达的细胞内膜系统,实现复杂的生物合成。 在国内,青蒿素和紫杉醇的商业化生产就成为典型案例,证明了合适的植物底盘作为“植物细胞工厂”在植物活性天然产物生产中的重要作用。而在上海,姚泉洪团队通过合成生物学技术,以水稻种子为底盘,创制出了富含β-胡萝卜素的金水稻、甜菜红素水稻、高含量虾青素稻米、核黄素稻米、叶酸水稻和Vc稻米等;以毕赤酵母为底盘创制出了高比活耐高温饲用植酸酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶等重要饲料酶工程菌种;以大肠杆菌为底盘研制获得一步法生产Vc、VB2、天然抗癌物质terrequinone A、抗衰老物质NMN、助眠物质褪黑素以及完全降解各种有机污染物工程菌种。 这些看似繁复的成果的取得,对高附加值农作物生产和健康生活品质改善有重要影响。目前,该团队正在促进相关科技成果转化,这也是商业化生产所看中的重要价值。 近两年,合成生物学技术推动农业科研创新,其显示度不断提升。新形势下,合成生物学农业交叉学科建设正积极推进,更大程度鼓励高校、科研院所和企业开展产学研协同创新,并通过跨学科、跨领域的专家引进,引育一批生物育种、生物制造等顶尖科学家及创新团队。 今年以来,浦东的张江种谷、崇明的长三角农业硅谷和奉贤的上海农业科创谷等产业园区的落地和错位发展持续收获关注热度,一批生物育种、生物制造的农业企业和科研团队作为“隐形冠军”引驻,其创新项目也引来期待,这些为推动未来农业的绿色转型升级,形成新兴农业产业链打下潜在基础。