植物工厂：农业智能化之路

农业生产如何智能化？只要农业生产能像工业生产那样，也可以由自动控制进入智能控制，就能实现生产过程的智能化。已经出现的植物工厂，就是走向智能化的一条途径。

日本横河电机公司将电子计算机控制技术用到农业领域，开发出保持植物生长优化环境的植物工厂。1989 年建立的横河绿色农场，使用植物工厂生产和销售蝴蝶兰和微型番茄。过去在温室里，无论是加温还是通风，都要靠人来测试。在植物工厂，这一切都由计算机来调整。培养液也不例外，会自动配好。过去采购来的种苗是在烧瓶里繁殖的，种苗在植物工厂里培育开花。如今该工厂增加了独自育种的品种，建立了从撒种到开花的一条龙生产线。今后还打算采取组织培养法繁殖种苗。在横河农场，1994 年蝴蝶兰的销售额为 1.9 亿日元，1996 年则达到 2.5 亿日元。

日本爱知县 M 式水耕研究所社长村井邦彦设计和建造的“空中菜园”， 从外观上看就像一座很大的塑料大棚，但一走进去就感到这里的的确确像座工厂。生菜和水芹在栽培床上整整齐齐地排放着，就像工业产品由传送带传给下一道工序一样。这是“绿色工厂”。它的内部构造，简单地说，植物的根不是埋在土里，而是用氨酯和苯已烯来固定，然后用泵将含有养分的水运

送到栽培床里。村井通过把 M 式独自的计算机系统和水耕栽培技术结合起来，计算机极其细微地把握多栋大棚的植物生长状况，自动地进行温度和湿度等环境管理，调整养分，促进植物生长。据说，植物在这个工厂每年收获的次数，葱为 7 次，番茄为 18 次。这是真正的高效农业。因此，当 M 式水耕栽培设备投入市场后，受到许多农家的欢迎。现在引进这项设备的农家数在日本全国已达 1800 家，水耕面积也达到 200 公顷。自称农业设计师的村井说： “只要是在土里栽培的作物，都可以用水耕栽培。”实际上，“绿色工厂” 已培育出苹果和柿子。“绿色工厂”当前主要是生产鸭儿芹、葱、春菊和波菜等。

植物工厂同露天栽培的传统型农业采取了完全不同的形态，能够像工业产品那样有计划地生产农业产品。植物工厂展示了农业工厂化，进而智能化的广阔前景。

农业专家系统是人工智能在农业生产中的应用。利用农业专家的知识与经验，建造农业专家系统，可以在不改变现有农业生产形态与生产环境的条件下，因地制宜地管理田间作业，从选种、播种、栽培、施肥、治虫、锄草直至收割的各个环节，实现科学管理，使成本降低，产量提高。农业专家系统在北京郊区大面积地应用，取得了好效益。

中国科学院合肥智能机械研究所熊范纶研究员于 1983 年在我国率先将专家系统应用于农业领域。从那时以来，他们在研制施肥专家系统的同时， 还研制了有关病虫害防治、作物综合栽培，以及畜禽饲养管理与疾病诊治专家系统，并将机器学习、人工神经网络等技术应用于知识的自动获取，具有人机交互功能。

他们承担的国家“七五”科技攻关项目“施肥专家系统”，建造了 10 多种作物、20 多个施肥专家系统，建立了由数十个施肥知识库组成的综合施肥专家系统。这些系统集中各地农业专家的知识与经验，可以根据土壤、气候、品种、作物长势等因素，因地制宜地提出合理施肥的方案；能以产定肥， 以肥估产；可以指导施肥方法，提供注意事项和配套措施；可以进行经济效益分析，核算成本，以及投入、产出比。同时，这套系统运用微机、汉字与图形显示，便于农村技术人员使用，收到了良好的经济效益与生态效益。该系统在安徽蒙县推广使用的面积为 8 万公顷，小麦每公顷平均增产 562.5 公

斤，节约碳铵 187.5 公斤。目前，该系统已被推广到黑龙江、辽宁、河南、河北、宁夏等省与自治区。

农业机器人是智能机器人在农业方面的应用，它将逐步替代农民在田间和果园作业。这种机器人要有识别、判断的能力，并且要有触觉。例如，采摘水果，首先要识别其颜色，再依据这种识别，判断它是否成熟，最后操作机械手将水果摘下来。机械手如果没有触觉，用力过度，果子就会破裂。现在已有一种摘苹果的机器人，不仅能摘苹果，而且能依其特征和大小对苹果分类，以便依质论价，取得经济效益。

正在研制的采收机器人，还可采收番茄、黄瓜、葡萄、柑桔、莴苣、西瓜、哈密瓜等蔬菜和水果，它利用传感器找寻所结果实的所在，判断果实是否成熟，然后区分果实和叶、枝，摘下成熟的果实。目前番茄采收机器人已进入实用阶段。这种机器人接近植株后，“手臂”会找到成熟的红色番茄， 并用“手臂”抓住番茄旋转后摘下。但有待进一步改进的是，从寻找熟番茄到摘下需时 40 秒，应研究如何缩短工时，而且机器人采收常会造成番茄“落

蒂”，使商品价值打折扣。

农业机器人虽已有重大发展，但如上所述，仍有不少瓶颈问题等待突破。农业机器人和工业机器人最大的不同点，在于农作物的形状、大小、色泽、成熟度千奇百怪，而且农作物易受损伤，作业又大都在室外，机器在这种复杂的环境中颇为不易。但是，农业机器人一定会不断完善，它的应用前景很广阔。机器人是农业智能化不可缺少的重要环节。

农业生产的智能机管理，将与卫星遥测相结合，根据遥测资料，判断农作物生长状况、遭受虫害情况，然后指令农业机器人施肥、灭虫。农业机器人在农业生产中将发挥越来越大的作用。农业的智能机管理，进一步推动农业产业化，将农业生产、农业产品的加工、加工后产品的销售，作为一个统一的过程进行处理，并作经济效益的分析，促进农业经济智能化。