以色列的节水农业和大数据科技举世闻名。农业科技如何因地制宜,大数据科技如何与农业“强强联合”,以色列的农业科技发展之路值得学习借鉴。
农业技术因缺水而发展起来
以色列地处干旱地带,南部大部分地区都是沙漠,十分缺水。通过高科技手段节约水资源,势在必行。在农业科技方面,以色列的滴灌技术、废水利用和海水淡化技术等取得巨大成就。
灌溉技术。一位从事创新产业的工作人员指出,以色列农业灌溉技术经历了大水漫灌、沟灌、喷灌和滴灌等几个阶段。20世纪50年代,喷灌技术代替了长期使用的漫灌方式。60年代,以色列水利工程师首次提出滴水灌溉的设想,并研制出了实用的滴灌装置。现在,以色列超过80%的灌溉土地使用滴灌方法,使单位面积耕地的耗水量大幅下降,水的利用效率大大提高。
滴灌是将具有一定压力的水,过滤后经管网和出水管道(滴灌带)或滴头以水滴的形式,缓慢而均匀地滴入植物根部附近土壤的一种灌水方法。相比于传统农业的漫灌方式,滴灌技术可节水35%~50%,水和肥的利用率高达90%。
以色列推广滴灌技术以后,耕地面积从16.5亿平方米增加到44亿平方米,全国农业用水总量30年来一直稳定在每年13亿立方米左右,农业产出却惊人地翻了5倍,当之无愧地跻身世界农业最发达国家之列。
目前,以色列每年都在推出新的滴灌技术与设备,并从滴灌技术中派生出埋藏式灌溉、喷洒式灌溉、散布式灌溉等,这些技术有的已经进入了包括中国在内的国际市场。
废水利用。以色列还引领了另一项水技术革命:废水循环利用。85%的污水经过高度净化可以农业再利用,以色列位列世界水资源循环利用第1位。
对于用污水浇灌作物,农民们起初确实感到不适应,而且还要计算如何保持作物和农田地下含水层(淡水的来源)不受毒素污染,工作量巨大。
直到上世纪70年代,特拉维夫展开实验:将废水泵入城市以南8英里的数座沙丘之中。沙子作为一种天然的过滤器,可以逐渐将水引入附近的含水层。结果成功了。待处理的水继续向南引流过滤,供农业使用。这个自然过程需持续六个月到一年左右,另一端过滤的水除了不能饮用,与淡水几无二致。
以色列建立了一系列的废水处理设施和水库基础设施,从污水处理、储存到运送再生水,几乎能够覆盖国内每个城市。
再生水改变了以色列的水面轮廓,与滴灌和特殊培育的抗旱种子的作用一样,全面处理的污水改变了农业景观。无论雨水丰沛还是稀少,以色列都能够养活自己,成为一个具有重要意义的农业出口国。今天,以色列农业使用的水源当中约一半是经过高度处理的废水。
海水淡化。当陆地淡水资源短缺时,人们把目光对准了海水。历经50年的研发,以色列海水淡化技术在安全性、经济性、稳定性等方面取得重大进展。
自1999年起,在政府大力鼓励下,以色列相关企业开始通过海水淡化彻底改变了国家缺水的状态。目前以色列大约70%的饮用水来自海水淡化。2020年计划整个以色列的海水淡化水源将完全替代水库水源,海水淡化将100%覆盖全国用水要求。
IDE公司作为以色列海水淡化领域的王牌企业,利用先进的热法和膜法技术,成为世界海水淡化领域的先驱和领导者。该企业在阿什科隆的工厂是世界第一个超大产水量海水反渗透淡化厂,每日产水量40万立方米,淡化水生产成本仅为0.53美元每吨。阿什科隆使用的海水淡化技术主要是RO反渗透技术,主要系统包括IDE专有的压力中心设计、三根管路取水、能量回收系统(ERS)和独特的脱硼系统。索莱克水厂每日产水量62.4万立方米,于2013年开始运行,是当前世界上规模最大的反渗透海水淡化厂。此外,IDE还在世界各地修建海水淡化厂,包括中国天津等。
运用大数据技术实现农业技术革命
现在,以色列农业技术公司正越来越多地运用大数据技术,通过大数据技术的分析指导,让随后的农业生产活动标准化,农业生产各环节能够“可控”。
以色列农业科技大数据公司AKOL(农业数据在线)首席执行官罗恩·沙尼相信,生产者可以利用大数据,让农业生产活动标准化,各项种植活动可控,从而提高农作物产量。他说:“我们的平台能够使用户清楚地看到种植庄稼的最佳方式、适宜时间及适宜用量,以得到最好的收成。”
AKOL技术可以将传感器安装在树干、藤蔓、庄稼地里,或附着在奶牛身上、挤奶系统、饲料存储罐及其他适合的设备上,记录下环境信息,如温度、湿度、动物数量及活动、植物土壤状况、区域内害虫指数等等。这些数据随后会被分析,并用来与理想产出对比,之后再将明确的指导建议发送给农民。
比如,在奶牛场等场所,AKOL的大数据技术通过指导乳制品生产商在炎热季节增加奶牛的饮水量,以确保奶牛尽可能多地产出牛奶,或者给他们提供明确的混合饲料配方,以减少农舍害虫及细菌的数量。AKOL系统甚至也将文化因素考虑在内,分析特定区域内农夫的工作方式。
运用农业大数据技术还可以实现全面科学种植、养殖。AKOL技术将传感器安装在树干、藤蔓、庄稼地里时,可以通过温度、湿度、微生物数量等数据反馈进而调控农民的种植行为,实现全面科学种植。
早在两年多前,中国的农业管理部门就与AKOL公司签订协议,在中国渔场使用该公司的“农业云端”技术。渔场操作人员通过AKOL系统获取通过传感器及系统服务器分析得出的详细信息,这些数据能够指导操作人员清理池塘时间、喂鱼时间以及喂量等。
此外,运用大数据技术,还可以实现农作物品种优化、培育精英种子等。NRGene创始人吉尔·罗南和盖·科尔于2010年开始开发软件,利用大数据技术加速精英种子的培育,并招募以色列国防军8200部队的代码破译高手编写运算法则。这些以军前破译人员与一组软件专家和生物信息学家高强度地工作了4年,最终打造了一套协助NRGene快速精确对比最复杂基因组的技术。
特拉维夫大学乔治·怀斯生命科学学院院长丹尼尔·查莫维奇称:“NRGene的员工拥有以军8200部队的创新作风,并将这种作风带入生物学的研究。这种大数据支撑的农业科技将极大推动植物培育的发展,并影响我们哺育子孙的能力。”
大数据技术在农业领域得到广泛应用
从事大数据相关工作要求用特定技术存储大量数据,并进行精准的数据运算和特定的技术分析。利用大数据技术,以色列农业技术公司将各项指标量化,例如土壤环境的数据化、温度湿度的传感器测量、奶牛场每一头牛身体状况的量化等等,进而得出各项数据。
这些公司利用自己的数据库和软件进行分析,然后决定产奶、母鸡下蛋是否被工厂化,以及是否雇用工人收割庄稼、挤奶或收集鸡蛋等等。简单说,以色列农业活动的决策已逐渐由人执行转变为大数据技术执行。各农业技术公司在应用大数据方面,先从土壤种植业开始,随后已逐渐扩展到奶牛场、渔场养殖等各农业生产领域,正朝着实现“农业大数据”全覆盖迈进。
全球知名大数据公司赛仕软件全球总经理兼德国、瑞士、奥地利及以色列地区负责人沃尔夫·利希滕斯坦说,他现在在以色列做的事情之一就是到处寻找可以与之合作的公司,他已找到心仪的合作伙伴。他认为,以色列是全球闻名的技术中心,包括数据处理、大数据分析等。
现阶段,以色列农业科技已经做到了全部大数据化,几乎每家农业科技公司都有自己的数据库。更为重要的是,这些公司擅长对大量数据做数据分析,其大数据技术的处理器速度越来越快、运算越来越精准,大数据技术已在该国农业科技领域得到广泛应用。从某种程度上说,大数据技术是整个以色列农业科学技术的核心所在。
农业运用大数据的技术优势和未来趋势
数据分析是以色列农业大数据科技的技术优势,其特点是通过传感器记录数据,然后进行大数据分析。每家农业高科技公司都有自己的大数据分析平台和模式,这些基于云计算等方法的大数据技术,将硬件和软件结合在一起,可以最终指导农民的生产活动,实现产量最优化。
以色列是一个干旱缺水的国家,人均水资源可利用量仅为271立方米,沙漠面积占国土面积的67%,年蒸发量达2500毫米。但是由于他们发展了先进的节水用水技术,“不毛之地”变成了“粮果之乡”。该国在水资源利用方面有哪些独到之处呢?
一、管道引水,形成网络
以色列重要的水源地是位于约旦河上游叙以边境的太巴列湖,该湖面积166平方千米,蓄水42.4亿立方米。为了充分发挥其效能,以色列从50年代开始投资数亿美元,修建了长达440多千米的引水管道工程。他们把太巴列湖水抽高到360米,然后通过直径2.74米的钢筋混凝土管道,依靠北高南低的地形把水送到中部和南部,形成覆盖国土60%的“国家引水渠”地下网络。
该工程每年总引水量9.9亿立方米,由于使用管道引水减少了渗漏和蒸发,线路损耗很少。它的建成使以色列核心区域的沙龙平原成为旱涝保收的粮果基地,使内格夫沙漠地区出现了5.7万公顷的绿洲,同时也缓解了耶路撒冷的用水紧张状况。
二、咸水淡化,多方集水
微咸水、生活污水和暴雨洪水被称作边缘水,是人类未来的新水源。以色列很早就重视边缘水的利用,他是世界上最早开发利用微咸水的国家之一。该国通过先进技术把地下咸水淡化为Cl-低于400毫克/升的微咸水,并探索出一套成功使用微咸水灌溉的路子。他们采用先进的喷灌、滴灌和夜间灌水措施,让棉花、小麦与苜蓿这些对土壤盐分有不同要求的作物轮作,建设排水系统,利用雨季降水洗盐,使土壤盐分保持了周年平衡,防止了次生盐碱化。
三、电脑微灌,系统控制
以色列的电脑微灌技术给农业灌溉赋予了新概念,为世界干旱地区农业发展树立了榜样。该国的微灌设备由控制枢纽、管材部件和灌水系统三大部分组成。农业专家根据气象条件、土壤含水量、农作物需水量等参数编好程序,由太阳能驱动的计算机控制,利用塑料管道灌水系统密封输水,适时适量缓慢均匀地把含有肥、药的水送到植物根系或喷洒在茎叶上。应用该技术比大畦灌水节水90%,节能50%,平均增产30%。以色列的农业用水较前大为减少,可出更多的水用于工业和环保
为了利用暴雨洪水,防止弃水,该国在北部年降水量200毫米~400毫米的丘陵区的每个可集水的小峡谷都兴建了小型水库,用于局部灌溉。在年降水量200毫米以下的干旱农作区,采用地面喷洒化学物质阻止水分下渗,增加小雨的地表径流,使有限的降水集中流入农田。在大田,他们还实行作物残茬留田集水,增加了土壤的水分含量。以色列在利用微咸水的同时,还在内格夫沙漠南部兴建了海水淡化厂,采用闪蒸法获取淡水,同时,又在对海水蒸发处理时发电,一举两得。
以色列重视“开源”更重视“节流”,对水资源管理非常严格,明确规定了各部门用水的定额:每年居民用水占20%,农田环保用水占40%,工业用水占40%,任何部门不得突破。国民节水意识也很强,对生活污水都要集中处理后再用于农田灌溉,工业废水也大多实现了循环利用。以色列是世界上淡水利用率最高的国家。
开源节流,技术用水,使以色列95%的粮食靠自己生产,每年生产的蔬菜、瓜果、花卉大量向欧洲出口,为跻身于世界经济最发达的十二国之列发挥了重要作用。
一年只下30天雨,人均水资源量不足世界人均的3%,国土面积2.57万平方公里,比北京市略大,其中65%的土地是沙漠和山地,可耕地面积只占20%。
可就在这区区4000多平方公里贫瘠而缺水的土地上,却创造了一个农业奇迹--
奶牛平均产奶量稳居世界第一,一头牛每年产奶约1.2万升,是中国的两倍;民众人均每年消费500克以上的蜂蜜,基本依靠国内自产;棉花单产早已是世界之首,亩产近千斤。
虽然农业从业人员仅占整个从业人员总数的5%,农产品自给率却达到95%,年净出口近2亿美元,占据40%的欧洲瓜果、蔬菜市场。
每年3000多农业专家在外国讲学,60多个国家的人员来这里培训。按照他们的农业水准,中国可以养活全球的人口,地球可以养活3倍于现在的人口。
这块土地便是美国《新闻周刊》在文章所说的:硅谷在美国国境之外唯一真正的劲敌:以色列。
一个世界上自然资源最匮乏的国家之一,也是世界上农业最发达的国家之一。
“只要给我们一碗水,一颗种子,这个民族就能生存!”--以色列开国总统魏茨曼
而中国,同样也是农业大国,早在2006年的时候就已经完全自给自足,还出口了一千万吨粮食,可在10年后,粮食总产已达12324亿斤的今天,进口粮食却高达2500亿斤,成为世界上最大的粮食进口国。
粮食产量不断增加,进口量和库存量也不断增加。
为什么我们一个有着丰富的自然资源的农业大国要依靠进口?
归根究底,是我们的竞争力远远落后别人,产出来不见得卖得出去,只好进仓库。
那么我们应该如何提升我们的竞争力呢?
不妨向前文所说的以色列学习学习。
1. 精确控制水肥,学习如何保证量的同时,保护生态环境。
目前我国在作物的水肥管理上,仍有大量的人员按照“经验”来给作物浇水施肥,采取的手法还是老式的大水灌溉,人工撒肥。
导致的结果是:
人工和水资源的大量浪费,利用率不到10%,成本上来了,卖出的价格也高了,国外的低价农产品进来了,也就失去了价格上的竞争力;
土地污染愈发严重,土壤侵蚀、盐碱化加深(一块地,如果被污染了,可能要等上百年才能够稀释掉土里的毒素),污染物被农作物吸收,失去了品质上的竞争力。
再看以色列,虽然自然资源极为匮乏,但为了让沙漠开满鲜花,以色列人对土壤和水的利用非常谨慎。
更为此极力发展水肥利用率高的水肥一体技术。
将灌溉与施肥融为一体,将肥液与灌溉水一起,均匀、准确地输送到作物根部。
相比一般的水肥施用方法,水的利用率提高40%—60%,肥料利用率提高30%—50%。
而且灌溉系统的水量和施肥一般由计算机控制,用量也更精准,同时省工省时。
这样下来,不仅保护了生态环境,实现绿色可持续发展,更能让一般作物提高50%的产量。
2. 积极使用新兴的高科技设备
为了对抗恶劣的自然环境,以色列温室农业系统,已经发展到了第三代。
温室结构非常坚固,能够抵抗强风的袭击。
根据作物习性,利用电脑自动调节大棚的温度、湿度、气体浓度以及光照强度,使作物时刻保持在最佳环境中生长。
拿柑橘来说,通过温湿度、光照、水肥的调节,能让结果期长达8个月,更能分多批采摘,还不影响下一年度的柑橘挂果,无大小年之分。
以色列农民在1亩温室中,一季可收获20万支玫瑰,20吨番茄。而大田番茄的产量只有它的1/4。
3. 强化政府投入,鼓励研究开发,培养农业人才
以色列农业的发展不是一日之功,政府的投入和引导也是非常重要因素。
以色列每年都投入8000万美元用于农业研发。按照以色列目前从事农业生产的16万人口计算,相当于给每个人投入500美元。农业的投入使农民和企业积极参与农业技术的研发,使全国在有限的资源下发展高水平的农业。
以色列对农业人才的培训也十分重视。
例如位于特拉维夫郊外的以色列国际农业培训中心,每年都免费举行农业培训教育,由专家讲课,授课内容包含水利、农业气象、农产品储藏加工等方面的知识。
综上所述,学习先进的科学农业技术,使用新兴的高科技设备,积极响应国家政策,正是我们所要向以色列学习的重点。终有一天,我们能够成为真正的农业大国,拥有养活全球人口的能力。
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