農(nóng)業(yè)跟大數(shù)據(jù)怎么掛鉤

　　幾千年前，農(nóng)業(yè)開始時(shí)是一種高度地點(diǎn)特異性的活動(dòng)。第一代的農(nóng)民是培植個(gè)別植物的園丁。他們會(huì)去尋找適合這些植物的小氣候及小塊的土地。但是，隨著農(nóng)民取得科學(xué)知識(shí)及機(jī)械專門知識(shí)，他們利用了標(biāo)準(zhǔn)化的方法，如耕土、散布動(dòng)物糞便作為肥料、每年輪替作物，以擴(kuò)大土地，從而提高產(chǎn)量。經(jīng)過幾個(gè)年代，他們開發(fā)了較好的方法，預(yù)備土地，保護(hù)植物不被昆蟲破壞，最終也發(fā)明了機(jī)器，以減少所需要的人力。19世紀(jì)開始，科學(xué)家發(fā)明了化學(xué)農(nóng)藥，又利用新發(fā)現(xiàn)的基因原理，選擇更高效的植物。雖然這些方法將整體的生產(chǎn)力最大化，但是它們也造成了田地里某些區(qū)域的表現(xiàn)欠佳。盡管如此，產(chǎn)量還是升到曾經(jīng)不可思議的程度：有些作物的產(chǎn)量從19世紀(jì)到現(xiàn)在，增加了整10倍。

　　但是，今天，邁向更統(tǒng)一的做法的趨勢(shì)已經(jīng)開始反轉(zhuǎn)，這多虧了“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)“。農(nóng)民現(xiàn)在能利用信息技術(shù)，收集關(guān)于他們的田地的精確數(shù)據(jù)，又能制定如何培植每一平方英尺的土地。

　　其中一個(gè)影響就在產(chǎn)量上面：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)讓農(nóng)民能從每一顆種子提取最高的價(jià)值。這么做，應(yīng)該能幫助養(yǎng)活全球的人口，總數(shù)經(jīng)聯(lián)合國(guó)估計(jì)，2050年之前將達(dá)到96億。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)有望能減少農(nóng)業(yè)對(duì)環(huán)境的影響，因?yàn)樗軠p少浪費(fèi)、節(jié)約能源。它的影響力不局限于生產(chǎn)一年生作物，如小麥及玉米。它也有潛力革新人們?nèi)绾伪O(jiān)控與管理葡萄園、果園、牲畜以及森林。它或許會(huì)有一天甚至讓農(nóng)民能依靠機(jī)器人為個(gè)別植物進(jìn)行評(píng)估、施肥、澆水，從而消除了農(nóng)業(yè)自發(fā)明以來所帶來的苦差事。

　　一步一畝地

　　美國(guó)政府在1983年宣布將美國(guó)軍方開發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即全球定位系統(tǒng)(GPS)，開放給平民使用的時(shí)候，鋪下了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)原來的基礎(chǔ)。不久之后，企業(yè)開始開發(fā)”可變速率技術(shù)”，讓農(nóng)民以不同的速度為田地施肥。農(nóng)民將土地的種種特征(如酸度、磷和鉀含量)測(cè)量并加以制圖，然后對(duì)照需求而施肥。大致上，就連今天，田地還是以人工探測(cè)。過程需要農(nóng)民本身或職員在預(yù)定位置采取樣本，將之裝袋，并送往化驗(yàn)室進(jìn)行分析。之后，一位農(nóng)學(xué)家會(huì)制作地圖，標(biāo)示每個(gè)區(qū)域相應(yīng)的所需肥料，以優(yōu)化生產(chǎn)。最后，一臺(tái)連接GPS的肥料撒布器就會(huì)在每個(gè)地點(diǎn)依照所選擇的肥料量進(jìn)行施肥。

　　超過六成的美國(guó)農(nóng)業(yè)投入品經(jīng)銷商有提供某種形式的可變速率技術(shù)服務(wù)，但是美國(guó)農(nóng)業(yè)部的數(shù)據(jù)顯示，盡管有了多年來所提供的補(bǔ)貼及教育工作，少過20%的玉米種植面積正利用此科技管理。目前，其中一個(gè)主要的限制是經(jīng)濟(jì)。人工泥土測(cè)試昂貴，因此，那些有利用可變速率技術(shù)的農(nóng)民與農(nóng)業(yè)企業(yè)，往往使用稀疏采樣策略。比方說，美國(guó)大多數(shù)農(nóng)民每2.5英畝采取一個(gè)樣本;巴西方面為每12.5英畝采取一個(gè)樣本。但是，這么做的問題是：一英畝之內(nèi)的泥土差別時(shí)常很大，而且農(nóng)業(yè)科學(xué)家同意，每英畝要采取樣本幾次，才能測(cè)出差別。換言之，農(nóng)民在田地的某些區(qū)域忽略了提高生產(chǎn)力，又在田地的其他區(qū)域施太多的肥料及其他投入品。

　　調(diào)查人員已開始著手處理這個(gè)問題。他們開發(fā)了廉價(jià)的傳感器，讓農(nóng)民提高他們的采樣密度。舉例說明，一種新的酸度傳感器每幾英尺就將電極插入泥土，以采取讀數(shù)，并記錄其GPS坐標(biāo);以那樣的密度進(jìn)行人工采樣將會(huì)太過昂貴。但是這種傳感器還沒來到大多數(shù)的農(nóng)場(chǎng)。有些不夠可靠，用了幾英畝就壞了;又有其他的不夠準(zhǔn)確。但是世界各地的幾個(gè)研究小組正在努力開發(fā)更牢靠的傳感器。

　　比較實(shí)用的，就是能夠探測(cè)植物顏色以決定其營(yíng)養(yǎng)需求的傳感器。例如，缺乏氮的植物會(huì)呈淡綠色或黃色，而氮充足的植物會(huì)呈深綠色。幾家歐美公司已經(jīng)開發(fā)能夠探測(cè)綠色深度的傳感器，以便產(chǎn)生測(cè)量，可用來產(chǎn)生地圖，推薦各區(qū)域之后所應(yīng)施的氮量。另外，這些測(cè)量可以直接和氮敷料器連接，以便同時(shí)更改施肥速度。一個(gè)拖拉機(jī)可以在前面裝置傳感器，在后面裝置敷料器;當(dāng)敷料器經(jīng)過早前傳感器經(jīng)過的位置的時(shí)候，電腦就已經(jīng)通過算法計(jì)算出應(yīng)該使用的肥料量。這方面的研究由于只局限于小雜糧，如小麥、大麥、黑麥和燕麥，因此這種科技只適用于歐美種植這類作物的地區(qū)。根據(jù)普渡大學(xué)2013年的一份調(diào)查，只有7%的農(nóng)業(yè)投入品經(jīng)銷商提供植物顏色傳感器。但是，鑒于這個(gè)領(lǐng)域的初創(chuàng)公司的數(shù)量，很明顯地，許多投資者視這種科技為一個(gè)潛在的金礦。

　　田地與產(chǎn)量

　　政府開放GPS的決定，也使另一種革新性的科技誕生：產(chǎn)量監(jiān)控。歐美絕大多數(shù)的收割機(jī)已經(jīng)裝有特別的傳感器，能測(cè)量所收割的糧的流量。一個(gè)專用于該種作物的算法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)常用的單位，如每英畝蒲式耳，或每公頃公斤。這些資料就會(huì)以七彩的地圖呈現(xiàn)，顯示出田地各區(qū)域的變化。

　　這些地圖已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)雜志及貿(mào)易展覽不可或缺的內(nèi)容，而且有很好的理由：它們讓農(nóng)民對(duì)生產(chǎn)技術(shù)、天氣狀況及泥土種類的影響有了史無(wú)前例的洞察力。這樣的地圖能讓農(nóng)民得到產(chǎn)量數(shù)據(jù)，能用于保險(xiǎn)或政府計(jì)劃，測(cè)量基因改造作物的特性或各種耕種做法的效用，以及挑出田地的哪些區(qū)域沒能盡其所能。在美國(guó)東部，農(nóng)民只有通過產(chǎn)量監(jiān)控，才得以說服地主，說明他們和洪水有關(guān)的作物損失不只局限于被水淹沒的區(qū)域，而是也包括了那些區(qū)域周圍的一圈地區(qū)。農(nóng)民的應(yīng)對(duì)，就是裝置了更多的地下排水系統(tǒng)。在阿根廷，這種科技已經(jīng)起飛，因?yàn)槟抢锏拇筠r(nóng)場(chǎng)的管理者很少像美國(guó)的同行一樣親自操作器材，這是由于當(dāng)?shù)氐耐恋厮袡?quán)的特殊歷史。對(duì)他們來說，產(chǎn)量地圖提供了他們之前得不到的關(guān)于生產(chǎn)力的實(shí)地洞察力。

　　但是，論數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的話，產(chǎn)量監(jiān)控還有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的路要走。將流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成體積或重量測(cè)量的算法，必須每年依個(gè)別作物與農(nóng)場(chǎng)校準(zhǔn)，而許多農(nóng)民并沒有這么做。數(shù)據(jù)也會(huì)被其它特質(zhì)所影響，如駕駛收割機(jī)的速度。雖然研究調(diào)查可以嚴(yán)格地分析產(chǎn)量監(jiān)控所得來的數(shù)據(jù)，農(nóng)場(chǎng)及農(nóng)業(yè)企業(yè)通常會(huì)缺乏所需的統(tǒng)計(jì)技能與軟件。產(chǎn)量監(jiān)控的下一步，就是讓農(nóng)業(yè)企業(yè)采用研究者目前所使用的統(tǒng)計(jì)技巧。既然他們所發(fā)現(xiàn)的知識(shí)會(huì)使用于上百萬(wàn)英畝地，他們應(yīng)該會(huì)有理由花這筆錢。

　　通過電線耕田

　　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)科技最常見的用途是利用GPS引導(dǎo)拖拉機(jī)。以人力駕駛農(nóng)場(chǎng)器材需要已受訓(xùn)的操作人員，而且工作相當(dāng)累人。就算是最好的駕駛員，也會(huì)為了避免省略田地的部分區(qū)域而交疊路線最多10%。90年代末期見證了LED燈條的采用。每個(gè)燈條是裝入一英尺長(zhǎng)的塑料盒的一系列LED燈泡。此燈條裝置于拖拉機(jī)、收割機(jī)或其它車輛前面。若中間的燈亮起，器材就正在航道中;若左邊或右邊的燈亮起，駕駛員就必須調(diào)整操舵。

　　越來越多農(nóng)民將這種科技帶到下一步，就是將燈條換成自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，把GPS的數(shù)據(jù)直接傳給器材的操舵機(jī)制。雖然還是要有操作員坐在機(jī)器里，它大致上還能無(wú)人駕駛。這種科技最先于90年代在澳洲廣泛使用。在那里，富含粘土的泥土，加上缺少冷凍解凍循環(huán)，使田地特別容易被有輪機(jī)器擠壓。澳洲農(nóng)場(chǎng)利用GPS自動(dòng)導(dǎo)航，將機(jī)器交通限制于狹窄的通道，因而避免其余的泥土被壓實(shí)。今天，在美國(guó)，有大約四成的肥料及其他農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)是利用自動(dòng)導(dǎo)航加以施用。

　　這種系統(tǒng)已經(jīng)造成好幾種副產(chǎn)品的開發(fā)。其中一種是能夠追蹤拖拉機(jī)的航道的機(jī)制。當(dāng)拖拉機(jī)經(jīng)過已經(jīng)被處理過或者環(huán)境較敏感的區(qū)域時(shí)，就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉其播種及噴灑化學(xué)物的功能。這種科技尤其有用于形狀奇特的田地，因?yàn)樗鼈兒苋菀妆贿^度播種或過度噴灑。

　　但是，地理空間數(shù)據(jù)不單是用于以直線耕田。美國(guó)航空航天局以及其外國(guó)同行這幾十年來，都在呼吁農(nóng)民利用它們的衛(wèi)星圖像。加上了空中攝影，這些圖像成為“地理信息系統(tǒng)”的依據(jù)，讓農(nóng)民儲(chǔ)存并分析空間數(shù)據(jù)。這種科技在有多年數(shù)據(jù)的地區(qū)特別適用，因?yàn)樗屴r(nóng)民將田地分成不同的區(qū)域，以接受不同的種子、肥料及農(nóng)藥。

　　有些農(nóng)場(chǎng)的管理者甚至利用GPS來觀察田里的職員，尤其是在前蘇聯(lián)，特別是在烏克蘭。當(dāng)?shù)刈畲蟮脑S多農(nóng)場(chǎng)面積超過10萬(wàn)英畝，而且往往依靠受雇人員而非業(yè)主運(yùn)營(yíng)商，因此農(nóng)場(chǎng)管理者喜歡即時(shí)追蹤田里的所有營(yíng)運(yùn)活動(dòng)。例如，當(dāng)一輛拖拉機(jī)停頓超過幾分鐘，總公司就會(huì)注意到，并且能致電駕駛員，詢問有什么問題。這種追蹤科技也讓管理者取締那些將公司的機(jī)器用于自己的田地的職員。

　　夢(mèng)想中的收成

　　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已經(jīng)將最古老的行業(yè)之一變成最高科技的之一，但是好戲還在后頭。下一步或許會(huì)牽涉到“大數(shù)據(jù)”。農(nóng)民與農(nóng)業(yè)企業(yè)已經(jīng)逐漸地在考慮如何利用他們所收藏的大量數(shù)據(jù)來增加盈利、使農(nóng)業(yè)更加可持續(xù)。例如，農(nóng)業(yè)巨頭孟山都(Monsanto)在2013年收購(gòu)了氣候公司(Climate Corporation)。后者是一家兩名前谷歌職員創(chuàng)辦的初創(chuàng)公司，他們利用天氣和泥土的數(shù)據(jù)來為農(nóng)民制作保險(xiǎn)計(jì)劃，以及推薦某塊地最適合種植哪些作物。另一個(gè)大數(shù)據(jù)能容易做到的事，就是它可幫助進(jìn)行關(guān)于如何利用器材的研究。舉例說明，拖拉機(jī)種植玉米時(shí)應(yīng)該以什么速度駕駛，目前還不清楚。速度太慢，造成過程不夠效率;速度太快，造成種植不均勻，影響產(chǎn)量。但是，如果收集了關(guān)于拖拉機(jī)的速度、作物的最終產(chǎn)量及其他因素，就能計(jì)算出種植的最佳速度。

　　要利用大數(shù)據(jù)的力量，多家企業(yè)或許要綜合各農(nóng)場(chǎng)的數(shù)據(jù)。在歐美，個(gè)別農(nóng)場(chǎng)太小，無(wú)法產(chǎn)生足夠的數(shù)據(jù)量;就連拉丁美洲和前蘇聯(lián)的超大農(nóng)場(chǎng)，也會(huì)因?yàn)楹透羿彽霓r(nóng)場(chǎng)共享數(shù)據(jù)而獲益。但是，目前的問題是，農(nóng)民沒有動(dòng)機(jī)去收集高品質(zhì)的數(shù)據(jù)。在美國(guó)，有些初創(chuàng)公司試圖獎(jiǎng)勵(lì)農(nóng)民以換取數(shù)據(jù)，但成效不大。迄今，能夠收集最多數(shù)據(jù)的組織是農(nóng)業(yè)投入供應(yīng)商及農(nóng)業(yè)合作社，但是，連他們的數(shù)據(jù)庫(kù)還是相對(duì)地小。

　　這些大數(shù)據(jù)一部分可能會(huì)來自無(wú)人機(jī)。美國(guó)大致上已從阿富汗和伊拉克撤退，因此有些軍事硬件供應(yīng)商已經(jīng)把注意力轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè)市場(chǎng)。此舉或許聰明：小型無(wú)人機(jī)可以定期拍攝作物的圖像，以指導(dǎo)灌溉、農(nóng)藥施用及收割。無(wú)人機(jī)基本上也不受云層影響，不像衛(wèi)星一樣。鑒于無(wú)人機(jī)所需要的操作費(fèi)用及專業(yè)知識(shí)，無(wú)人機(jī)將最有可能最先以商業(yè)性質(zhì)使用于高價(jià)值作物上，如酒用葡萄。在美國(guó)，聯(lián)邦航空管理局也必須開放天空讓商業(yè)無(wú)人機(jī)使用。

　　能夠真正改造我們所熟悉的農(nóng)業(yè)的科技就是機(jī)器人學(xué)。GPS導(dǎo)航的快速采用，為更自主的農(nóng)場(chǎng)器材打開了大門，而且大多數(shù)的主要制造商已經(jīng)測(cè)試了他們的拖拉機(jī)的無(wú)駕駛員版本。一旦駕駛員被排除在外，一臺(tái)器材的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)就有了巨大的變化：它可以變得更小。我們有可能想象農(nóng)場(chǎng)充滿了幾百臺(tái)自主的小機(jī)器人，進(jìn)行從播種到收成的各種任務(wù)。機(jī)器人可以不斷探測(cè)田地，在害蟲與疾病問題的初期將它辨認(rèn)出來。它們可以對(duì)準(zhǔn)個(gè)別的昆蟲或病株施用微量的農(nóng)藥。它們可以有效率地管理小而形狀奇特的田地，像美國(guó)東部常見的田地那樣。這樣的田地難以利用傳統(tǒng)的人類操作器材有利地耕種。在美國(guó)，機(jī)器人通過減少對(duì)墨西哥勞工的需求，甚至可能影響移民政策。

　　一旦涉及到新興的技術(shù)時(shí)，要選擇贏家是不可能的事。但是農(nóng)業(yè)在20世紀(jì)的歷史為它的未來提供了一些線索。20世紀(jì)中絕大多數(shù)被廣泛采用的農(nóng)業(yè)技術(shù)，都具有經(jīng)濟(jì)學(xué)家稱為“體現(xiàn)知識(shí)”的特性，意思是科學(xué)的進(jìn)步包含在它們之內(nèi)。農(nóng)民不需要知道農(nóng)藥如何殺蟲，或者汽油拖拉機(jī)如何操作;他們只需要知道如何噴農(nóng)藥、駕駛車輛。

　　相同地，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的工具必須先以易用的形式發(fā)售，才能得到廣泛使用。這就是為什么GPS導(dǎo)航已經(jīng)變得那么廣泛;農(nóng)民不需要知道理解它，也能利用它。舉例說明，當(dāng)肥料的可變速率技術(shù)能做到農(nóng)夫按一個(gè)按鈕就能啟動(dòng)的時(shí)候，它就會(huì)起飛。最終，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可能將人類從整個(gè)過程中完全除去。一旦發(fā)生了，世界不只會(huì)看到生產(chǎn)力大幅度增長(zhǎng)，也會(huì)看到農(nóng)業(yè)歷史上根本的轉(zhuǎn)移：沒有農(nóng)民的農(nóng)業(yè)。