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2017-9-16 19:43
荷兰先进的农业技术

摘要 : 荷兰是个人口稠密的小国,每平方英里有1300多名居民。为此有人认为,要想发展大规模农业,荷兰几乎需要将所有资源都投入其中。然而,荷兰已经成为仅次于美国的全球第二大食品出口国,而其国土面积仅是美国的1/270。

习斋2017-9-16 19:43470
原作者: 译者|小小/来自: 网易科学人栏目组

出品|网易科学人栏目组

译者|小小

在荷兰与比利时边境附近的土豆地里,荷兰农民雅各布·范登·伯恩(Jacob van den Borne)正坐在巨大收割机的机舱里,他面前的仪器面板看起来就像《星际迷航》中星际飞船“企业”号的操控装置。在距离地面3米多高的地方,他正在监测两个无人机器,分别是在田里游荡的无人驾驶拖拉机,以及正在空中飞行的四轴飞行器,后者可提供详细的土壤化学、水含量、营养以及生长数据,并测量每株植物乃至地下每个土豆的生长态势。

伯恩的生产数据证明了这种“精准农业(precision farming)”的巨大潜力。每英亩(约合0.4公顷)土豆地的全球平均产量约为9吨,而伯恩田地的产量超过20吨。同样引人注目的是,即便如此高产,伯恩的投入却非常低。大约20年前,荷兰人做出了“可持续农业”的国家承诺,其口号是“用1半资源生产出2倍的粮食”。自从2000年以来,伯恩和许多荷兰农民都减少了关键作物对水的依赖,减少幅度达90%。他们几乎完全放弃了在温室中使用化学杀虫剂的做法,自2009年以来,荷兰的家禽和家畜生产商已将抗生素的使用减少了60%。

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图1:荷兰威斯兰德(Westland)农民住宅及其周围环绕的大量温室,荷兰已经成为农业创新领域的领导者,并为战胜饥饿开辟了新的途径

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图2:威斯兰德已经成为荷兰的“温室之都”,大量人工照明给这里带来一种超凡脱俗的气息。诸如此类的气候控制农场可以全天候种植作物

还有一个值得惊奇的理由:荷兰是个人口稠密的小国,每平方英里有1300多名居民。为此有人认为,要想发展大规模农业,荷兰几乎需要将所有资源都投入其中。然而,荷兰已经成为仅次于美国的全球第二大食品出口国,而其国土面积仅是美国的1/270。那么,荷兰人到底是怎么做到的?

从空中可以看出,荷兰与其他粮食大国并无相似之处。在这些产粮国家,有许多密集耕作的田地,按照农业标准来看,大部分田地规模都较小,而且不时被繁忙的城市和郊区所隔断。而在荷兰的主要农业区,几乎没有成片的土豆地、温室以及养猪场,也没有深入天际的摩天大楼、生产工厂或城市扩张。全国超过半数的土地被用于农业和园艺。

看起来像巨大镜子的建筑在乡间伸展,在阳光照射下闪闪发光,而当夜幕降临时,诡异的室内灯光开始闪烁。事实上,它们是荷兰非凡的温室建筑群,其中有些占地达175英亩(约合70公顷)。这些可以控制气候的农场使距离北极圈仅1600公里的国家成为西红柿出口的全球领导者。荷兰也是世界上最大的土豆和洋葱出口国,全球第二大蔬菜出口国。在全球蔬菜种子贸易中,超过1/3的种子来自荷兰。

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图3:这名男子在鸡雏保育箱的货架旁走来走去。随着对鸡肉需求的增加,荷兰公司正在开发新技术,使家禽产量最大化,同时确保符合人道的养殖条件。这个高科技肉鸡设备容纳了15万只鸡,囊括了从孵化到宰杀的全过程。

这些令人震惊的数字背后有个智囊团,它就是瓦格宁根大学与研究中心(WUR),它位于阿姆斯特丹东南80公里处。格宁根大学与研究中心是世界上最大的农业研究机构,它也是“食谷”(Food Valley)的重要节点。所谓“食谷”,是指荷兰农业科技初创企业和实验农场的广泛集群。这个名字对应加州的硅谷,瓦格宁根大学与研究中心效仿斯坦福大学,在学术界和创业界的合并中扮演着的突出角色。

瓦格宁根大学与研究中心下属植物科学集团(Plant Sciences Group)的董事总经理恩斯特·范登·恩德(Ernst van den Ende)具体阐释了“食谷”代表的混合含义。恩德是一位著名学者,曾在一家时髦咖啡馆里充任咖啡师,他是植物病理学的世界权威。但是他说:“我不只是一个学院的院长。我的半数时间花在经营植物科学集团上,而另一半则负责管理涉及商业合同研究中的9个独立业务单位。只有这种科学驱动和市场驱动相混合的模式,才能应对未来的挑战。”

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图4:身穿白色实验服的男子正在查看番茄植株。当沐浴在上方、旁边或各种组合的LED灯下时,西红柿的生长最好吗?植物学家汉克·卡尔克曼(Henk Kalkman)正在Bleiswijk的Delphy改进中心寻找答案。学者和企业家之间的合作是荷兰创新的关键驱动力。

什么样的挑战?恩德表示,在未来40年时间里,地球必须生产出“比历史上所有农民在过去8000年里收获的更多食物”。这是因为到2050年,地球上的人口将会达到100亿,而现在为75亿。如果农业产量没有大幅增加,与之相应的水和化石燃料消耗没有大量减少,那么10亿以上的人将面临饥饿。饥饿可能是21世纪最紧迫的问题,而在“食谷”工作的梦想家们相信,他们已经找到了创新的解决方案。

恩德坚持认为,避免灾难性饥荒是可以实现的。他的乐观来自于全球140多个国家和地区的1000多个项目反馈,以及与六大洲的政府和大学签署的正式协议,以分享和实施这些项目。非洲干旱?恩德表示:“水并不是最根本的问题,贫瘠的土壤更为关键。缺乏养分可以通过培养与某些细菌共生的植物来抵消,从而产生肥料。”饲养动物的饲料价格飞涨?他认为:“可以喂给它们吃蚱蜢。”一公顷土地每年可产出1吨的大豆蛋白质(普通的牲畜饲料),而同等数量的土地可以产生150吨的昆虫蛋白质。

谈到LED照明,它允许在精确控制气候的温室里进行24小时培育。然而,恩德又发现了一种误解,即可持续农业意味着人类对自然的干预最小化。恩德惊呼“看看巴厘岛!”在至少一千年的时间里,那里的农民已经在稻田里养鱼和鸭子,这是一种完全自给自足的食物系统,人类利用双手在山坡上打造出的复杂运河系统进行灌溉。恩德说:“这就是可持续发展模式!”

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图5:在瓦格宁根大学的牛奶场,这样的旋转挤奶机可以让操作员1小时内为150头奶牛挤奶。这里的研究人员正寻求在人口密集的荷兰解决奶牛养殖所带来的挑战。

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图6:位于海牙的旧工厂里,在这个有屋顶的温室里,利用鱼类废物充当肥料的西红柿植株长得比农民保罗·詹尼特(Paul Jeannet)更高。该项目始于2016年,包括一个农产品市场和一个酒吧。

在荷兰的每次转型中,可持续农业的未来都不是在大公司董事会的会议室里决定的,而是在数千个中等规模的家庭农场中成型。你可以在泰德(Ted Duijvestijn)和他的兄弟彼得(Peter)、罗纳德(Ronald)以及雷科(Remco)等人的“天堂”里看到这样的场景。像巴厘岛人一样,泰德几兄弟建造了自给自足的食物系统。在这个系统中,人类的聪明才智与自然潜能之间达到近乎完美的平衡。

在德尔夫特(Delft)旧城附近,泰德有个占地14.5公顷的温室,游客们漫步在成排深绿的番茄藤中,它们可以长到6米多高。这些植物并非根植于土壤中,而是由玄武岩和白垩纤维织成的纤维,这些长满果实的植株重量都很重,有15个品种,能够适合最挑剔的味蕾。2015年,由园艺专家组成的国际评审委员会称泰迪等人是世界上最具创新精神的番茄种植者。


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图7:小小的荷兰已成为全球第二大农业大国,其食品出口仅次于美国。而实际上,荷兰可用农业耕地只是其他国家的一小部分。它是如何做到这一点的?通过使用世界上最高效的农业技术。

在过去30年里,荷兰番茄产业成为世界领袖(平均产量),其每公顷番茄产量比其他地方更高。荷兰其他主食作物的产量也非常高。按产量排名,中国用于耕种番茄的土地比任何其他国家都多,为此其总产量也最多。无论是在耕地面积还是产量方面,美国都排名第三位。尼日利亚是番茄种植第三大国家,但其产量却比较低。

荷兰农业主要依赖温室,农民可以密切控制生长条件,并使用更少的资源(如水和肥料)。利用大规模的创新,比如水培农业(在营养丰富的培养液中种植植物,无需使用土壤)可以减少径流,节约用水和资金。自从在2004年重新安置和改造他们70年的农场以来,泰德等人就已经宣布在各个方面资源独立。

这个农场几乎可以生产其所需的所有能源和肥料,甚至还有些用于作物分销的包装材料。这里全年都保持在最适宜的温度下,由地热含水层产生的热量供热,在荷兰至少有一半的地方如此。唯一的灌溉水源是雨水,泰德精心管理着种植计划。从他的纤维根植物中收获每公斤番茄需要不到4加仑的水,而在开放的田地里需要16加仑。

每年,每种作物都要播种重新生长,而旧的藤蔓则被加工成包装箱。很少有害虫能够进入温室,它们受到成群贪婪守卫者的“欢迎”,比如凶猛的Phytoseiulus persimilis,这是一种掠食性螨,它对番茄毫无兴趣,但却对数百种破坏性的蜘蛛螨很有“胃口”。在我参观泰德等人的农场后,他参加了农民和瓦格宁根研究人员之间的会议。他对我说:“这就是我们不断想出创新方法保持继续前进,并不断改进的原因。来自荷兰各地的人们聚在一起讨论不同的观点和共同的目标。没有人能知道所有问题的答案。”

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图8:在这个大棚里,两个金发碧眼的孩子坐在土豆山上。伯恩家的2个女孩在自家的土豆山上玩耍,这里的土豆产量是全球平均水平的两倍。至于原因吗?无人机和其他工具被用于评估单个植物的健康状况,并确定它们具体需要多少水和营养才能茁壮成长。

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图9:在瓦格宁根大学和研究中心的AlgaePARC上,茹德·韦洛(Ruud Veloo)监测着实验“光生物反应器”。光促进微藻的生长,微藻则被用来产生蛋白质和脂质,这是许多食物链的基础。

寻找生死问题的答案,造就了荷兰最具创新力的公司之一。半个世纪前,简·科佩特(Jan Koppert)在他的土地上种植黄瓜,并使用有毒的化学喷雾来抵御害虫。当有医生宣称他对杀虫剂过敏时,科佩特开始了解所有昆虫和蜘蛛的天敌。如今,科佩特生物系统公司(Koppert Biological Systems)成为生物害虫和疾病控制的全球领跑者,在96个国家拥有1330名员工和26个国际子公司。

科佩特的公司可以为你提供瓢虫幼虫,它们成熟后会成为蚜虫的天敌。这家公司也出售装有2000个掠食性螨的瓶子,它们能在植物上捕捉蜘蛛螨,并把它们吸干。此外,还有装有5亿条线虫的盒子,它们会对那些破坏蘑菇的苍蝇幼虫发动致命袭击。科佩特还有狂热的大黄蜂军团,没有任何人工授粉的方式能与蜜蜂的高效相匹配,这些蜜蜂在不同的花丛中飞行,采集花蜜来供养它们的蜂王,并帮助植物授粉。科佩特的每个蜂巢每天可以访问50万朵花。使用蜜蜂的农民通常报告称,其水果产量和重量分别增加了20%到30%,而成本还不到人工授粉的一半。

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图10:学生穿着白色实验服检查植物。瓦格宁根大学与研究中心的教师和学生表示,知识是荷兰最有价值的出口产品,那里半数的研究生都来自其他国家,而有些国家面临着反复出现的饥荒威胁

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图11:瓦格宁根大学与研究中心坐落于“食谷”,那里是荷兰农业科技版硅谷,是荷兰农业取得成功的关键。这所大学也在全球范围内输出他们的创新方法。地图显示该大学在欧盟以外展开的研究项目,有些项目在多个国家或地区都很活跃。拉丁美洲:过渡区,热带森林正受到农业和其他土地利用方式的威胁,这个项目旨在找出管理农场和森林之间过渡地带的方法。肯尼亚:人工授精,小型乳品饲养者获取AI服务和高品质母牛的渠道有限,这个项目研究如何更好地访问以改善食品安全。哈萨克斯坦:蒲公英橡胶,橡胶工业导致亚洲大量森林砍伐,这个项目寻求从蒲公英的根中寻找天然橡胶。加纳:蔬菜生产,GhanaVeg项目的目标是发展可持续竞争的蔬菜市场,以满足不断增长的中产阶级的需求。埃塞俄比亚:更好的土豆,对于根茎作物来说,这里的产量很低作物,这个项目的目的是改善种子质量,并分析这种变化带来的经济后果。印度:大米创新,劳动密集型、低水位种植水稻最近几十年里产量不断增加,这个项目研究农业政策如何能进一步刺激创新。孟加拉国:水的质量,气候变化导致洪水爆发更频繁,这个项目研究水传播病原体的防治。中国:安全运输,从荷兰鹿特丹到重庆的新铁路经历季节性的极端寒冷和炎热,这个项目目的是确保沿途食品安全。印尼:景观恢复,森林正在被开发和发展农业而破坏,这个项目是通过公私合作优化可持续的商业模式。

荷兰的农业技术非常先进,而大多数技术都取决于种子。而且,围绕农业未来的争论,也没有比荷兰的争议更激烈。其中最主要的是转基因生物的发展,从而产生更大、更抗害的作物。对它们的批评者来说,转基因生物将会引发“弗兰肯斯坦式的场景”,对活体实验充满了不确定性后果。

荷兰企业是种子行业的世界领导者,2016年出口额接近17亿美元。然而,他们没有销售转基因产品。KeyGene公司总裁Arjen van Tunen表示,在欧洲受到严格监管的转基因生物领域,研发新的种子品种可能需要花费1亿美元,耗时12到14年。相比之下,在未来5到10年里,在分子繁殖方面取得的最新成就有望带来显著的收益,其开发成本低至10万美元,而且很少超过100万美元。它是一万年前“新月沃地”(Fertile Crescent,中东两河流域及附近)农民所用方法的改良。

另一个荷兰育种家Rijk Zwaan的销售目录中有超过25种蔬菜高产种子,许多蔬菜都能自然抵御主要害虫。海伦·博斯(Heleen Bos)负责该公司的有机账户和国际开发项目。她没有谈论这样的事实:Rijk Zwaan在温室中播下番茄种子,成本还不到0.5美元,但却可以产出70多公斤番茄。相反,她称全球依然有数亿人缺乏足够的食物,其中大部分是妇女和儿童。

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图12:站在大型发电机旁的人。番茄种植者Jasper Oussoren检查了这台发电机,它可将天然气转化为电力以供照明。发电过程中的副产品——热量和二氧化碳都被捕获,并用于为温室供暖,并促进植物生长。

与“食谷”许多企业家那样,博斯曾在世界上许多最贫穷的国家的野外和城市工作过。在过去的30年里,她曾在莫桑比克、尼加拉瓜和孟加拉国工作,知道饥饿和毁灭性的饥荒都是真实存在的威胁。她说:“当然,我们无法立即实现在荷兰看到的那种超高科技农业模式,但我们很好地引入了可以带来巨大影响的中等技术解决方案。”她引入了相对廉价的塑料温室,与那些开放农田相比,这些作物的产量增加了两倍,而且更不容易受到害虫和干旱的影响。

自2008年以来,Rijk Zwaan就在坦桑尼亚马扎罗山附近50英亩的试验田中展开了一项育种项目。这些种子被送到荷兰进行质量控制测试,提高种子发芽率、纯度和对病虫害的抵抗力。在肯尼亚、秘鲁和危地马拉,相关合作项目也在进行中。博斯说:“我们试图为这些国家开发符合其特定环境的种子。”但她强调,起点并不是那种自上而下的方法,它注定要以外国援助项目的形式进行。她说:“我们与小种植者们进行了持续的、非常重要的对话,内容包括他们的需要、所面临的天气、土壤条件以及成本等。”

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图13:许多人在工厂里包装产品。荷兰是仅次于美国的全球第二大食品出口国,这在一定程度上要归功于像Greenpack这样的现代加工公司,它们连续不断地将新鲜的水果和蔬菜运送到世界各地的市场。大部分产品都是在其他国家生产的,大量运往荷兰鹿特丹港,包装后通过空运、铁路和海运进入市场。

对有些荷兰研究人员来说,担心人们受到饥饿威胁部分来自于该国自身所受过的创伤:荷兰是最后一个遭受严重饥荒的西方国家,在第二次世界大战的最后一年,在德国占领的土地上,有近2万人死于饥荒。几十年后,在瓦格宁根大学与研究中心的可持续发展和食品安全名誉教授Rudy Rabbinge的帮助下,该校对教师、学生以及课程中做出了广泛的改变,使学校变成了他所称的“世界性大学,而不仅仅是荷兰人的大学”。如今,在这所大学的学术和研究活动中,很大一部分都集中在贫穷国家面临的问题上。

大约有45%的研究生(包括将近2/3博士生)都是外国留学生,他们来自100多个国家和地区。以中国人和印尼人为首的亚洲人,数量几乎超过了几乎所有非荷兰留学生的总和。在非洲、亚洲和拉丁美洲的农业部门,许多瓦格宁根大学与研究中心的校友担任着高层。在学校的食堂里,我和该校几名最有前途的学生坐下来交流。这三人来自乌干达、尼泊尔和印尼,而且都是年轻女性。

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图14:瓦格宁根大学与研究中心下属世界土壤博物馆馆长的史蒂芬·曼特尔(Stephan Mantel),这个博物馆收集了来自世界各地的1200个土壤样本,对于研究人员和土地使用管理人员来说,这些都是宝贵的资源。

当我问及她们如何来到这里的时候,莉亚(Leah Nandudu)称:“我在乌干达上学的时候,遇到了瓦格宁根的校友。她是表型(phenotyping)专家,主要对植物的特性和潜力进行详细描述。他鼓励我,非洲人也可以做这些事情。她代表着未来,那里也是我们需要前往的地方。”这次会面最终使莉亚获得了瓦格宁根大学与研究中心的奖学金。她的父亲拥有自己的农场,分种咖啡和香蕉。母亲在一所小学教英语,并在农场帮忙。她说:“今天,我们面临着所有农民面临的问题,而且更糟糕,尤其是气候变化带来的后果。”


普拉格雅(Pragya Shrestha)在尼泊尔农村长大,那里有些地区多年来始终依赖农药和化肥。到目前为止,更健全、更可持续性的方法几乎没有取得进展。她说“这是一个政治问题。她说。由于缺乏公共资金,新的耕作方法无法实施。这也是一个人口问题,将土地分割成越来越小的地块,导致效率低下,浪费人力,而且收入也更少。”

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图15:威斯兰德的农民很少担心天气,那里80%的耕地都在温室里。该地区占荷兰园艺生产的近一半

蕾娜(Renna Eliana Warjoto)来自印度尼西亚第三大城市万隆。她说:“人们不信任那些来自国外的想法,农民已经习惯了他们的生活和收入方式,他们很难相信事情会有所不同。”1944年至1945年,万隆所在的爪哇岛发生了一场致命饥荒,造成约240万人死亡。2005年,毁灭性的地区作物歉收困扰着印度尼西亚。由于干旱和重要进口商品的价格升高,尼泊尔农村地区的粮食供应周期性地出现短缺。2011年,非洲之角的饥荒影响了1300万人,而在2017年,160万乌干达人在没有国外快速援助的情况下,也陷入饥饿。

所有这些事件在当时都是不可想象的,但与未来可能发生的事情相比,它们就显得“小巫见大巫”。联合国数据显示,在三个非洲国家和也门红海的饥荒中,受饥荒威胁的人数就已经超过了2000万,而且正在不断上升。联合国紧急救援协调员史蒂芬·奥布莱恩(Stephen O’Brien)在3月警告说:“我们正面临自联合国成立以来最大的人道主义危机。”莉亚表示:“我们最困难的任务是改变本国人民面临危机的看法,以及我们必须采取什么样的行动来解决这个问题。当我回国的时候,这就是我的工作。我们不能脱离现实。”

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图16:海牙前工厂屋顶上的农场,它可以在自给自足的循环中提供蔬菜和鱼。鱼的排泄物可充当肥料,而这些植物可以过滤水。当地的餐馆自豪地提供蔬菜和“城市游泳者”

在瓦格宁根以南约6400公里处,位于东非大裂谷一个家族式豆场里,来自荷兰农业技术公司SoilCares的团队正在测试一种小型手持设备的功能。在启动手机上的应用后,该设备可分析土壤中的pH值、有机物和其他属性,然后将结果上传至荷兰的一个数据库,并可在10分钟内返回一份关于最佳肥料使用和营养需求的详细报告。该报告的成本只有几美元,它提供的投入建议可以帮助那些从未获得过任何土壤取样的农民获得更多利润,并减少作物损失。

全世界约5.7亿个的农场中,只有不到5%的农场样本可以进入土壤实验室,这是荷兰人所认为的一项挑战。瓦格宁根大学与研究中心动物科学集团(Animal Sciences Group)主管马丁·朔尔滕(Martin Scholten)说:“对发展中国家来说,我们的工作意味着什么?这个问题总是在这里被提出,也是每次谈话的必要组成部分。” (小小)

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