科學也可以如此靠近

我的心上人是個荷蘭農民,有一天他會提著一麻袋土豆來娶我


2017年10月30日16時 今日科學 新農資360
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在荷蘭與比利時邊境附近的土豆地里,荷蘭農民雅各布·范登·伯恩(Jacob van den

Borne)正坐在巨大收割機的機艙里,他面前的儀器面板看起來就像《星際迷航》中星際飛船「企業」號的操控裝置。在距離地面3米多高的地方,他正在監測兩個無人機器,分別是在田裡遊蕩的無人駕駛拖拉機,以及正在空中飛行的四軸飛行器,後者可提供詳細的土壤化學、水含量、營養以及生長數據,並測量每株植物乃至地下每個土豆的生長態勢。

伯恩的生產數據證明了這種「精準農業(precision farming)」的巨大潛力。每英畝(約合0.4公頃)土豆地的全球平均產量約為9噸,而伯恩田地的產量超過20噸。

同樣引人注目的是,即便如此高產,伯恩的投入卻非常低。大約20年前,荷蘭人做出了「可持續農業」的國家承諾,其口號是「用1半資源生產出2倍的糧食」。自從2000年以來,伯恩和許多荷蘭農民都減少了關鍵作物對水的依賴,減少幅度達90%。他們幾乎完全放棄了在溫室中使用化學殺蟲劑的做法,自2009年以來,荷蘭的家禽和家畜生產商已將抗生素的使用減少了60%。

圖1:荷蘭威斯蘭德(Westland)農民住宅及其周圍環繞的大量溫室,荷蘭已經成為農業創新領域的領導者,並為戰勝飢餓開闢了新的途徑

圖2:威斯蘭德已經成為荷蘭的「溫室之都」,大量人工照明給這裡帶來一種超凡脫俗的氣息。諸如此類的氣候控制農場可以全天候種植作物

還有一個值得驚奇的理由:荷蘭是個人口稠密的小國,每平方英里有1300多名居民。為此有人認為,要想發展大規模農業,荷蘭幾乎需要將所有資源都投入其中。然而,荷蘭已經成為僅次於美國的全球第二大食品出口國,而其國土面積僅是美國的1/270。那麼,荷蘭人到底是怎麼做到的?

從空中可以看出,荷蘭與其他糧食大國並無相似之處。在這些產糧國家,有許多密集耕作的田地,按照農業標準來看,大部分田地規模都較小,而且不時被繁忙的城市和郊區所隔斷。而在荷蘭的主要農業區,幾乎沒有成片的土豆地、溫室以及養豬場,也沒有深入天際的摩天大樓、生產工廠或城市擴張。全國超過半數的土地被用於農業和園藝。

看起來像巨大鏡子的建築在鄉間伸展,在陽光照射下閃閃發光,而當夜幕降臨時,詭異的室內燈光開始閃爍。事實上,它們是荷蘭非凡的溫室建築群,其中有些占地達175英畝(約合70公頃)。這些可以控制氣候的農場使距離北極圈僅1600公里的國家成為西紅柿出口的全球領導者。荷蘭也是世界上最大的土豆和洋蔥出口國,全球第二大蔬菜出口國。在全球蔬菜種子貿易中,超過1/3的種子來自荷蘭。

圖3:這名男子在雞雛保育箱的貨架旁走來走去。隨著對雞肉需求的增加,荷蘭公司正在開發新技術,使家禽產量最大化,同時確保符合人道的養殖條件。這個高科技肉雞設備容納了15萬隻雞,囊括了從孵化到宰殺的全過程。

這些令人震驚的數字背後有個智囊團,它就是瓦格寧根大學與研究中心(WUR),它位於阿姆斯特丹東南80公里處。格寧根大學與研究中心是世界上最大的農業研究機構,它也是「食谷」(Food

Valley)的重要節點。所謂「食谷」,是指荷蘭農業科技初創企業和實驗農場的廣泛集群。這個名字對應加州的矽谷,瓦格寧根大學與研究中心效仿史丹福大學,在學術界和創業界的合併中扮演著的突出角色。

瓦格寧根大學與研究中心下屬植物科學集團(Plant Sciences Group)的董事總經理恩斯特·范登·恩德(Ernst van den

Ende)具體闡釋了「食谷」代表的混合含義。恩德是一位著名學者,曾在一家時髦咖啡館裡充任咖啡師,他是植物病理學的世界權威。但是他說:「我不只是一個學院的院長。我的半數時間花在經營植物科學集團上,而另一半則負責管理涉及商業合同研究中的9個獨立業務單位。只有這種科學驅動和市場驅動相混合的模式,才能應對未來的挑戰。」

圖4:身穿白色實驗服的男子正在查看番茄植株。當沐浴在上方、旁邊或各種組合的LED燈下時,西紅柿的生長最好嗎?植物學家漢克·卡爾克曼(Henk Kalkman)正在Bleiswijk的Delphy改進中心尋找答案。學者和企業家之間的合作是荷蘭創新的關鍵驅動力。

什麼樣的挑戰?恩德表示,在未來40年時間裡,地球必須生產出「比歷史上所有農民在過去8000年里收穫的更多食物」。這是因為到2050年,地球上的人口將會達到100億,而現在為75億。如果農業產量沒有大幅增加,與之相應的水和化石燃料消耗沒有大量減少,那麼10億以上的人將面臨飢餓。飢餓可能是21世紀最緊迫的問題,而在「食谷」工作的夢想家們相信,他們已經找到了創新的解決方案。

恩德堅持認為,避免災難性饑荒是可以實現的。他的樂觀來自於全球140多個國家和地區的1000多個項目反饋,以及與六大洲的政府和大學簽署的正式協議,以分享和實施這些項目。非洲乾旱?恩德表示:「水並不是最根本的問題,貧瘠的土壤更為關鍵。缺乏養分可以通過培養與某些細菌共生的植物來抵消,從而產生肥料。」飼養動物的飼料價格飛漲?他認為:「可以餵給它們吃蚱蜢。」一公頃土地每年可產出1噸的大豆蛋白質(普通的牲畜飼料),而同等數量的土地可以產生150噸的昆蟲蛋白質。

談到LED照明,它允許在精確控制氣候的溫室里進行24小時培育。然而,恩德又發現了一種誤解,即可持續農業意味著人類對自然的干預最小化。恩德驚呼「看看巴厘島!」在至少一千年的時間裡,那裡的農民已經在稻田裡養魚和鴨子,這是一種完全自給自足的食物系統,人類利用雙手在山坡上打造出的複雜運河系統進行灌溉。恩德說:「這就是可持續發展模式!」

圖5:在瓦格寧根大學的牛奶場,這樣的旋轉擠奶機可以讓操作員1小時內為150頭奶牛擠奶。這裡的研究人員正尋求在人口密集的荷蘭解決奶牛養殖所帶來的挑戰。

圖6:位於海牙的舊工廠里,在這個有屋頂的溫室里,利用魚類廢物充當肥料的西紅柿植株長得比農民保羅·詹尼特(Paul Jeannet)更高。該項目始於2016年,包括一個農產品市場和一個酒吧。

在荷蘭的每次轉型中,可持續農業的未來都不是在大公司董事會的會議室里決定的,而是在數千個中等規模的家庭農場中成型。你可以在泰德(Ted

Duijvestijn)和他的兄弟彼得(Peter)、羅納德(Ronald)以及雷科(Remco)等人的「天堂」里看到這樣的場景。像巴厘島人一樣,泰德幾兄弟建造了自給自足的食物系統。在這個系統中,人類的聰明才智與自然潛能之間達到近乎完美的平衡。

在德爾夫特(Delft)舊城附近,泰德有個占地14.5公頃的溫室,遊客們漫步在成排深綠的番茄藤中,它們可以長到6米多高。這些植物並非根植於土壤中,而是由玄武岩和白堊纖維織成的纖維,這些長滿果實的植株重量都很重,有15個品種,能夠適合最挑剔的味蕾。2015年,由園藝專家組成的國際評審委員會稱泰迪等人是世界上最具創新精神的番茄種植者。

圖7:小小的荷蘭已成為全球第二大農業大國,其食品出口僅次於美國。而實際上,荷蘭可用農業耕地只是其他國家的一小部分。它是如何做到這一點的?通過使用世界上最高效的農業技術。

在過去30年里,荷蘭番茄產業成為世界領袖(平均產量),其每公頃番茄產量比其他地方更高。荷蘭其他主食作物的產量也非常高。按產量排名,中國用於耕種番茄的土地比任何其他國家都多,為此其總產量也最多。無論是在耕地面積還是產量方面,美國都排名第三位。奈及利亞是番茄種植第三大國家,但其產量卻比較低。

荷蘭農業主要依賴溫室,農民可以密切控制生長條件,並使用更少的資源(如水和肥料)。利用大規模的創新,比如水培農業(在營養豐富的培養液中種植植物,無需使用土壤)可以減少徑流,節約用水和資金。自從在2004年重新安置和改造他們70年的農場以來,泰德等人就已經宣布在各個方面資源獨立。

這個農場幾乎可以生產其所需的所有能源和肥料,甚至還有些用於作物分銷的包裝材料。這裡全年都保持在最適宜的溫度下,由地熱含水層產生的熱量供熱,在荷蘭至少有一半的地方如此。唯一的灌溉水源是雨水,泰德精心管理著種植計劃。從他的纖維根植物中收穫每公斤番茄需要不到4加侖的水,而在開放的田地里需要16加侖。

每年,每種作物都要播種重新生長,而舊的藤蔓則被加工成包裝箱。很少有害蟲能夠進入溫室,它們受到成群貪婪守衛者的「歡迎」,比如兇猛的Phytoseiulus

persimilis,這是一種掠食性蟎,它對番茄毫無興趣,但卻對數百種破壞性的蜘蛛蟎很有「胃口」。在我參觀泰德等人的農場後,他參加了農民和瓦格寧根研究人員之間的會議。他對我說:「這就是我們不斷想出創新方法保持繼續前進,並不斷改進的原因。來自荷蘭各地的人們聚在一起討論不同的觀點和共同的目標。沒有人能知道所有問題的答案。」

圖8:在這個大棚里,兩個金髮碧眼的孩子坐在土豆山上。伯恩家的2個女孩在自家的土豆山上玩耍,這裡的土豆產量是全球平均水平的兩倍。至於原因嗎?無人機和其他工具被用於評估單個植物的健康狀況,並確定它們具體需要多少水和營養才能茁壯成長。

圖9:在瓦格寧根大學和研究中心的AlgaePARC上,茹德·韋洛(Ruud Veloo)監測著實驗「光生物反應器」。光促進微藻的生長,微藻則被用來產生蛋白質和脂質,這是許多食物鏈的基礎。

尋找生死問題的答案,造就了荷蘭最具創新力的公司之一。半個世紀前,簡·科佩特(Jan Koppert)在他的土地上種植黃瓜,並使用有毒的化學噴霧來抵禦害蟲。當有醫生宣稱他對殺蟲劑過敏時,科佩特開始了解所有昆蟲和蜘蛛的天敵。如今,科佩特生物系統公司(Koppert Biological

Systems)成為生物害蟲和疾病控制的全球領跑者,在96個國家擁有1330名員工和26個國際子公司。

科佩特的公司可以為你提供瓢蟲幼蟲,它們成熟後會成為蚜蟲的天敵。這家公司也出售裝有2000個掠食性蟎的瓶子,它們能在植物上捕捉蜘蛛蟎,並把它們吸干。此外,還有裝有5億條線蟲的盒子,它們會對那些破壞蘑菇的蒼蠅幼蟲發動致命襲擊。科佩特還有狂熱的大黃蜂軍團,沒有任何人工授粉的方式能與蜜蜂的高效相匹配,這些蜜蜂在不同的花叢中飛行,採集花蜜來供養它們的蜂王,並幫助植物授粉。科佩特的每個蜂巢每天可以訪問50萬朵花。使用蜜蜂的農民通常報告稱,其水果產量和重量分別增加了20%到30%,而成本還不到人工授粉的一半。

圖10:學生穿著白色實驗服檢查植物。瓦格寧根大學與研究中心的教師和學生表示,知識是荷蘭最有價值的出口產品,那裡半數的研究生都來自其他國家,而有些國家面臨著反覆出現的饑荒威脅

圖11:瓦格寧根大學與研究中心坐落於「食谷」,那裡是荷蘭農業科技版矽谷,是荷蘭農業取得成功的關鍵。這所大學也在全球範圍內輸出他們的創新方法。地圖顯示該大學在歐盟以外展開的研究項目,有些項目在多個國家或地區都很活躍。

拉丁美洲:過渡區,熱帶森林正受到農業和其他土地利用方式的威脅,這個項目旨在找出管理農場和森林之間過渡地帶的方法。

肯亞:人工授精,小型乳品飼養者獲取AI服務和高品質母牛的渠道有限,這個項目研究如何更好地訪問以改善食品安全。

哈薩克斯坦:蒲公英橡膠,橡膠工業導致亞洲大量森林砍伐,這個項目尋求從蒲公英的根中尋找天然橡膠。

加納:蔬菜生產,GhanaVeg項目的目標是發展可持續競爭的蔬菜市場,以滿足不斷增長的中產階級的需求。

衣索比亞:更好的土豆,對於根莖作物來說,這裡的產量很低作物,這個項目的目的是改善種子質量,並分析這種變化帶來的經濟後果。

印度:大米創新,勞動密集型、低水位種植水稻最近幾十年里產量不斷增加,這個項目研究農業政策如何能進一步刺激創新。

孟加拉國:水的質量,氣候變化導致洪水爆發更頻繁,這個項目研究水傳播病原體的防治。

中國:安全運輸,從荷蘭鹿特丹到重慶的新鐵路經歷季節性的極端寒冷和炎熱,這個項目目的是確保沿途食品安全。

印尼:景觀恢復,森林正在被開發和發展農業而破壞,這個項目是通過公私合作優化可持續的商業模式。

荷蘭的農業技術非常先進,而大多數技術都取決於種子。而且,圍繞農業未來的爭論,也沒有比荷蘭的爭議更激烈。其中最主要的是轉基因生物的發展,從而產生更大、更抗害的作物。對它們的批評者來說,轉基因生物將會引發「弗蘭肯斯坦式的場景」,對活體實驗充滿了不確定性後果。

荷蘭企業是種子行業的世界領導者,2016年出口額接近17億美元。然而,他們沒有銷售轉基因產品。KeyGene公司總裁Arjen van

Tunen表示,在歐洲受到嚴格監管的轉基因生物領域,研發新的種子品種可能需要花費1億美元,耗時12到14年。相比之下,在未來5到10年里,在分子繁殖方面取得的最新成就有望帶來顯著的收益,其開發成本低至10萬美元,而且很少超過100萬美元。它是一萬年前「新月沃地」(Fertile Crescent,中東兩河流域及附近)農民所用方法的改良。

另一個荷蘭育種家Rijk Zwaan的銷售目錄中有超過25種蔬菜高產種子,許多蔬菜都能自然抵禦主要害蟲。海倫·博斯(Heleen Bos)負責該公司的有機帳戶和國際開發項目。她沒有談論這樣的事實:Rijk Zwaan在溫室中播下番茄種子,成本還不到0.5美元,但卻可以產出70多公斤番茄。相反,她稱全球依然有數億人缺乏足夠的食物,其中大部分是婦女和兒童。

圖12:站在大型發電機旁的人。番茄種植者Jasper Oussoren檢查了這台發電機,它可將天然氣轉化為電力以供照明。發電過程中的副產品——熱量和二氧化碳都被捕獲,並用於為溫室供暖,並促進植物生長。

與「食谷」許多企業家那樣,博斯曾在世界上許多最貧窮的國家的野外和城市工作過。在過去的30年里,她曾在莫三比克、尼加拉瓜和孟加拉國工作,知道飢餓和毀滅性的饑荒都是真實存在的威脅。她說:「當然,我們無法立即實現在荷蘭看到的那種超高科技農業模式,但我們很好地引入了可以帶來巨大影響的中等技術解決方案。」她引入了相對廉價的塑料溫室,與那些開放農田相比,這些作物的產量增加了兩倍,而且更不容易受到害蟲和乾旱的影響。

自2008年以來,Rijk

Zwaan就在坦尚尼亞馬扎羅山附近50英畝的試驗田中展開了一項育種項目。這些種子被送到荷蘭進行質量控制測試,提高種子發芽率、純度和對病蟲害的抵抗力。在肯亞、秘魯和瓜地馬拉,相關合作項目也在進行中。博斯說:「我們試圖為這些國家開發符合其特定環境的種子。」但她強調,起點並不是那種自上而下的方法,它註定要以外國援助項目的形式進行。她說:「我們與小種植者們進行了持續的、非常重要的對話,內容包括他們的需要、所面臨的天氣、土壤條件以及成本等。」

圖13:許多人在工廠里包裝產品。荷蘭是僅次於美國的全球第二大食品出口國,這在一定程度上要歸功於像Greenpack這樣的現代加工公司,它們連續不斷地將新鮮的水果和蔬菜運送到世界各地的市場。大部分產品都是在其他國家生產的,大量運往荷蘭鹿特丹港,包裝後通過空運、鐵路和海運進入市場。

對有些荷蘭研究人員來說,擔心人們受到飢餓威脅部分來自於該國自身所受過的創傷:荷蘭是最後一個遭受嚴重饑荒的西方國家,在第二次世界大戰的最後一年,在德國占領的土地上,有近2萬人死於饑荒。幾十年後,在瓦格寧根大學與研究中心的可持續發展和食品安全名譽教授Rudy

Rabbinge的幫助下,該校對教師、學生以及課程中做出了廣泛的改變,使學校變成了他所稱的「世界性大學,而不僅僅是荷蘭人的大學」。如今,在這所大學的學術和研究活動中,很大一部分都集中在貧窮國家面臨的問題上。

大約有45%的研究生(包括將近2/3博士生)都是外國留學生,他們來自100多個國家和地區。以中國人和印尼人為首的亞洲人,數量幾乎超過了幾乎所有非荷蘭留學生的總和。在非洲、亞洲和拉丁美洲的農業部門,許多瓦格寧根大學與研究中心的校友擔任著高層。在學校的食堂里,我和該校幾名最有前途的學生坐下來交流。這三人來自烏干達、尼泊爾和印尼,而且都是年輕女性。

圖14:瓦格寧根大學與研究中心下屬世界土壤博物館館長的史蒂芬·曼特爾(Stephan Mantel),這個博物館收集了來自世界各地的1200個土壤樣本,對於研究人員和土地使用管理人員來說,這些都是寶貴的資源。

當我問及她們如何來到這裡的時候,莉亞(Leah

Nandudu)稱:「我在烏干達上學的時候,遇到了瓦格寧根的校友。她是表型(phenotyping)專家,主要對植物的特性和潛力進行詳細描述。他鼓勵我,非洲人也可以做這些事情。她代表著未來,那裡也是我們需要前往的地方。」這次會面最終使莉亞獲得了瓦格寧根大學與研究中心的獎學金。她的父親擁有自己的農場,分種咖啡和香蕉。母親在一所小學教英語,並在農場幫忙。她說:「今天,我們面臨著所有農民面臨的問題,而且更糟糕,尤其是氣候變化帶來的後果。」

普拉格雅(Pragya Shrestha)在尼泊爾農村長大,那裡有些地區多年來始終依賴農藥和化肥。到目前為止,更健全、更可持續性的方法幾乎沒有取得進展。她說「這是一個政治問題。她說。由於缺乏公共資金,新的耕作方法無法實施。這也是一個人口問題,將土地分割成越來越小的地塊,導致效率低下,浪費人力,而且收入也更少。」

圖15:威斯蘭德的農民很少擔心天氣,那裡80%的耕地都在溫室里。該地區占荷蘭園藝生產的近一半

蕾娜(Renna Eliana

Warjoto)來自印度尼西亞第三大城市萬隆。她說:「人們不信任那些來自國外的想法,農民已經習慣了他們的生活和收入方式,他們很難相信事情會有所不同。」1944年至1945年,萬隆所在的爪哇島發生了一場致命饑荒,造成約240萬人死亡。2005年,毀滅性的地區作物歉收困擾著印度尼西亞。由於乾旱和重要進口商品的價格升高,尼泊爾農村地區的糧食供應周期性地出現短缺。2011年,非洲之角的饑荒影響了1300萬人,而在2017年,160萬烏干達人在沒有國外快速援助的情況下,也陷入飢餓。

所有這些事件在當時都是不可想像的,但與未來可能發生的事情相比,它們就顯得「小巫見大巫」。聯合國數據顯示,在三個非洲國家和葉門紅海的饑荒中,受饑荒威脅的人數就已經超過了2000萬,而且正在不斷上升。聯合國緊急救援協調員史蒂芬·奧布萊恩(Stephen

O』Brien)在3月警告說:「我們正面臨自聯合國成立以來最大的人道主義危機。」莉亞表示:「我們最困難的任務是改變本國人民面臨危機的看法,以及我們必須採取什麼樣的行動來解決這個問題。當我回國的時候,這就是我的工作。我們不能脫離現實。」

圖16:海牙前工廠屋頂上的農場,它可以在自給自足的循環中提供蔬菜和魚。魚的排泄物可充當肥料,而這些植物可以過濾水。當地的餐館自豪地提供蔬菜和「城市游泳者」

在瓦格寧根以南約6400公里處,位於東非大裂谷一個家族式豆場裡,來自荷蘭農業技術公司SoilCares的團隊正在測試一種小型手持設備的功能。在啟動手機上的應用後,該設備可分析土壤中的pH值、有機物和其他屬性,然後將結果上傳至荷蘭的一個資料庫,並可在10分鐘內返回一份關於最佳肥料使用和營養需求的詳細報告。該報告的成本只有幾美元,它提供的投入建議可以幫助那些從未獲得過任何土壤取樣的農民獲得更多利潤,並減少作物損失。

全世界約5.7億個的農場中,只有不到5%的農場樣本可以進入土壤實驗室,這是荷蘭人所認為的一項挑戰。瓦格寧根大學與研究中心動物科學集團(Animal Sciences Group)主管馬丁·朔爾滕(Martin Scholten)說:「對發展中國家來說,我們的工作意味著什麼?這個問題總是在這裡被提出,也是每次談話的必要組成部分。


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