养活世界人口是可持续发展的一个关键目标，也是确保地球为子孙后代保持可居住性的集体努力。但是，随着人口的增加，对食物的需求不断增加，环境条件的恶化使作物产量下降，农业正面临着巨大的压力。该部门现在正转向光子学，以收获生产力的提高，使其能够在未来几年继续提供粮食。

农业行业采用光学和光子设备，以避免重型机械伤害附近的野生动物种群，为大数据分析收集关键指标信息，并在早期检测作物的疾病。这使农民能够朝着更可持续、更高效、更少毒性的方法生产食物。

将光子学引入农业来自于结束全球饥饿的集体努力。联合国（UN）在2015年通过了可持续发展目标（SDGs），其中之一是全球零饥饿。为了实现这一目标和其他可持续发展目标，农业必须转向技术进步以提高产量。

在增加对食物来源的需求的同时，农业也必须找到减少其环境影响的方法。农业占世界总用水量的三分之二以上，占温室气体排放总量的近四分之一，并通过土地使用造成大规模的环境破坏。

如果不解决农业对环境的影响，将产生严重的后果，其中最重要的是使我们首先能够种植足够的食物的环境条件的退化。

将光子学引入农业
 

光子学帮助农民提供营养丰富、价格合理的食品的一个重要方式是引入光谱测量设备和高光谱相机，例如，使农民能够检测小麦作物的蛋白质水平，或发现水果和蔬菜的污染物。

诸如此类的光学传感器被安装在无人驾驶飞机、调查飞机上，甚至在大气层边缘和卫星上。它们可以从很远的地方绘制大面积的土地，这种绘图产生的光学数据被用来检测和确定作物的健康和生长变化。

光子学也被用来收集农业对附近环境影响的证据。这是很有价值的数据，被用来尽量减少这种影响，并测试为减少影响所采取的措施的有效性。

除了监测作物及其生态邻居的健康和生长外，光子学还被应用于解决食物浪费问题。

食物浪费是一个日益严重的问题。全世界生产的所有食物中，有三分之一在收获到消费的某个阶段被浪费了。高光谱相机等光子设备帮助农民在水果和蔬菜采摘前确定它们的成熟度，从而减少收获时的浪费。

基于光子学的成像和标签系统也已到位，为食品加工和分销提供了更短的准备时间。这意味着食品在收获后能更快地到达消费者手中，从而减少了因在使用前变质而造成的食品浪费。

荧光光谱设备通过在监管环境下测量氨基酸、过敏原、维生素和其他食品成分的水平，有助于增强消费者的信心。这意味着食品在购买时无法使用的可能性较小，进一步消除了食品浪费。

光子学如何应用于农业？
大型农业设备制造商生产的自动化系统和重型机械集成了光学传感器以提高生产力。

一个例子是部署在重型田间机器上的光子设备，它有助于?；ぬ锛涞亩铩?br>
位于奥地利因斯布鲁克的Optronia公司开发的Sendosafe传感器就是这样一个传感器系统。它将光学传感器和计算机视觉与人工智能（AI）相结合，自动检测野生动物并提高机器的切割装置。

农业光子学的另一个不断增长的应用领域是垂直耕作。垂直耕作将多层作物种植空间置于建筑物或其他基础设施的顶部。

总部设在意大利的Agricola Moderna公司采用光子传感器来自动控制垂直农场。它们提供关于农场环境和疾病存在的数据，这些数据被处理以优化农场的流程，从而获得最大产量。

高光谱成像技术与光子学传感器相结合，用硬数据支持作物管理活动。高光谱成像可以描述特定农业区的氮、磷、黄酮和钾的水平。这些数据可以帮助农民在最佳位置和时间进行种植和收割，以提高产量。

随着农民继续投资于新技术--以及垂直农场等创新解决方案的开发--产量应该增加，但不能以地球为代价。

参考资料

Case Study: Agricola Moderna – hyperspectral imaging enters vertical farming. (2021) [Online] Specim. Available at: https://www.specim.fi/case-study-agricola-moderna-hyperspectral-imaging-enters-vertical-farming/ (Accessed on 22 July 2022).

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Vergyris, P. (2022). Photonics applications emerge for agriculture. [Online] Laser Focus World. Available at: https://www.laserfocusworld.com/detectors-imaging/article/14276564/photonics-applications-emerge-for-agriculture (Accessed on 22 July 2022).

Work Group 6: Agriculture & Food. [Online] Photonics 21. Available at: https://www.photonics21.org/about-us/structure/workgroups/workgroup-6-agriculture-and-food.php (Accessed on 22 July 2022).

Written by

Ben Pilkington