物聯網時代 探尋農業產業鏈的藍海

2010年8月，無錫市洛社鎮張皋莊物聯網農業示范區內的南瓜、冬瓜、西紅柿、空心菜等瓜果蔬菜喜獲豐收。該物聯網農業示范區依托電信網絡和IDC(Internet DataCenter)托管等服務支撐，利用物聯網技術，通過溫度傳感器使農民隨時了解植物的生長溫度，調節濕度傳感器顯示空氣濕度，而光照傳感器的數據可以讓農民快速了解各時間、各地塊的光照情況，參照植物所需要的最佳生長環境標準進行調節，使植物生長處于全程監控之中。通過智能化的作物管理。該示范區內的瓜果蔬菜不僅個頭大，營養價值也很高。

張皋莊物聯網農業示范區的成功實踐表明，中國農業要走出傳統粗放式經營的“紅海”，探尋精細化經營的“藍海”，離不開農業技術的創新。隨著物聯網時代的到來，我國農業有望通過與物聯網技術的融合，逐步實現農業的現代化轉型和產業鏈升級。

傳統農業產業已陷入“紅海”

縱觀世界農業的發展歷史，農業產業鏈最早產生于19世紀50年代的美國，之后迅速傳入西歐、日本、加拿大等發達國家，充分顯示了農業產業鏈給農業乃至整個國民經濟帶來的積極作用。

所謂農業產業鏈是指與農業初級產品生產密切相關、具有關聯關系的產業所組成的結構。根據農業生產的時間順序，農業產業鏈可分為為農業生產做準備的科研、農資等前期產業部門，農作物種植、畜禽飼養等中間產業部門和以農產品為原料的加工業、儲存、運輸、銷售等后期產業部門。同時，可根據農業生產的關聯順序分為五個環節：生產資料生產→農產品種養→農產品加工→農產品流通一農產品消費，如圖1。

近50年來，中國農業走過了一條高投入、高產出、高速度和高資源環境代價的道路。目前，我國農業水平和以生產效率高、經濟效益好、技術密集與可持續發展等為主要標志的現代農業相比，存在較大的差距。整個農業產業鏈的現狀是“兩高兩低”，即：產量高、消耗高、效率低、品質低。

生產資料生產環節的可持續發展能力弱。

在科研、農資等生產資料生產環節，可持續發展技術水平不高，重復建設嚴重。例如，除草劑、塑料薄膜等給農業生產帶來短期效益的同時也造成土壤板結、明顯酸化、養分減少等惡果。俗話說“莊稼一支花。全靠肥當家”，化肥等土壤肥料的過度使用不僅提高了農民的種植成本，而且導致農用物資的利用率降低。據測算，我國農業生產化肥利用效率僅為35％，有65％左右的化肥被白白浪費。

農產品種養環節的生產經營模式粗放。

中國工程院院士汪懋華指出，由于耕地環境質量問題嚴重，經營規模小，集約化、規模化、機械化、標準化生產水平低等因素，使我國農業一直持續粗放式增長。千百年來的農業生產，都是以地區或田塊為基礎。在區域或田塊的尺度上，把耕地看作是具有均勻生長條件的對象進行管理。在區域尺度上進行品種選擇、土肥檢測。實際上，即使在同一農田內，地表上下也存在影響農作物生長條件和產量的明顯時空分布差異。據統計，農業的粗放式經營造成我國勞動生率極為低下。我國每個勞動力平均只能生產糧食1，320kg，僅夠養活1.66個人。而美國，每個農業勞動力生產糧食為11，746kg，可以養活83.6個人；在德國，2％3％的人口就養活了整個國家。

農產品加工環節的產品附加值較低。

中國農產品主要是以初級產品的形式進入國內外市場，資源消耗高，產品附加值低，經濟效益差。對農業產業鏈影響最大的是農產品加工業，目前中國農產品下游產業發展滯后，大量的農產品沒有經過精加工和深加工就進入市場，沒有實現相應的附加價值，農民和農業企業處于國際農業產業鏈“微笑曲線”的中低端，自動化程度非常低。

農產品流通環節的運行效率低下。

由于受環境條件和存儲要求的限制，農產品流通環節的交易成本居高不下，嚴重影響了流通各環節的效率。例如，因缺乏技術含量較高的產業配套和鏈接，加之中間環節較多，導致農產品運輸、儲藏、銷售中的腐爛浪費損失嚴重。據統計，發達國家食品和鮮活農產品的冷藏運輸率達到80％-90％，中國僅有10％左右；發達國家的鮮活農產品損耗率在5％左右，而我國高達25％，每年我國農產品的損耗約700-900億元人民幣。如果有針對性地開發相應的技術體系，完全有可能把損耗降下來，平均每位農民可望增收100元。

農產品消費環節的安全問題層出不窮。

目前我國農產品安全問題層出不窮，產業鏈風險幾近失控。從2008年受三聚氰胺污染的“毒奶粉”事件到2011年河南“瘦肉精事件”，無不凸顯出農產品安全問題的危害性、嚴重性和廣泛性。究其原因，從育種到初級產品再到加工，農業產業鏈的各環節都伴隨著嚴重的資源浪費與環境污染，加上農業分散落后的經營方式，不能有效地形成完整可追溯的農業安全產業鏈，導致對全民的安全健康造成傷害。

西方正加速農業技術創新

西方各國均把大力推進科技進步和創新作為優化農業產業鏈，促進農業發展的戰略舉措。從農業生產要素角度來看，國際農業發展方式可分為：一是美國和俄羅斯等人少地多的國家，大力發展以機械技術為依托的勞動力替代技術，走勞動力節約的發展道路；二是日本和荷蘭等人多地少的國家，大力發展資源替代技術，利用生物、化學技術彌補土地的不足，走資源節約的道路；三是英國和德國等人地比例中等的國家，既用機械替代勞動力，也用生物、化學技術彌補土地的不足，走綜合提高土地生產率和勞動生產率的道路。

無論哪種發展形式，各國無一例外地把科技進步和創新作為提高農業產業鏈競爭力水平的重要戰略，采取一系列積極有效的政策措施積極推進。自2009年美國總統奧巴馬將“物聯網”提升為美國的國家戰略方向后，以射頻識別(RFID)、傳感器、二維碼、網絡互連和智能信息處理為代表的物聯網技術正加速應用于西方農業生產領域。

黨的十七屆三中全會通過的《中共中央關于推進農村改革發展若干重大問題的決定》強調，要想在愈益變小的資源空間上生產出越來越多和越來越好的農產品，就必須依靠農業科技進步與創新。只有通過不斷的科技進步，才能提高土地產出率、資源利用率和勞動生產率，增強農業抗風險能力、國際競爭能力和可持續發展能力。

研究和實踐也表明，現代經濟競爭已不是單個生產環節和單獨產品的競爭，而更多地表現在整個產業鏈之間的競爭。中國農業的發展應從產業鏈角度來提升競爭力，這就需要借助科技對農業全產業鏈進行升級轉型。

物聯網助力農業駛向“藍海”

2009年11月，溫家寶總理提出，要著力突破傳感網、物聯網關鍵技術，及早部署后IP時代相關技術研發，使信息網絡產業成為推動產業升級。邁向信息社會的“發動機”。這拉開了全面建設中國物聯網的序幕，也為物聯網在農業領域的應用提供了契機和動力，現代農業可望迎來新的春天。

物聯網(The Internet of Things)是通過各種信息傳感設備，如傳感器、RFID、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器、氣體感應器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，與互聯網結合形成的一個龐大網絡。

物流網不是一項全新的技術，而是在計算機、通訊技術、傳感技術、網絡技術以及信息處理技術發展到今天而產生的集成性創新技術。農業物聯網核心是通過物聯網技術實現農產品生產、加工、流通和消費等信息的獲取。通過智能農業信息技術實現農業生產的基本要素與農作物栽培管理、畜禽飼養、施肥、植保及農民教育相結合。提升農業生產、管理、交易、物流等環節智能化程度。

實現生產資料生產環節智能化

利用智能傳感器可實現農業生產環境信息的實時采集，組織智能物聯網可以對采集數據進行遠程實時報送。采用不同的傳感器節點構成無線網絡來測量土壤濕度、土壤成分、pH值、降水量、溫度、空氣濕度、氣壓、光照度和CO2濃度等物理量參數，同時將生物信息獲取方法應用于無線傳感器節點，通過各種儀器、儀表實時顯示或作為自動控制的參變量參與到自動控制中，為農作物大田生產和溫室精準調控提供科學依據，優化農作物生長環境。不僅可獲得作物生長的最佳條件，提高產量和品質，還可以提高水資源、化肥等農業投入品的利用率和產出率，從而實現生產資料生產的智能化、科學化及集約化。

實現農產品種養環節精細化

精細夜業(PrecisionAgriculture)是利用3S，即全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIs)、遙感(RS)的差異對地塊水平精確到平方厘米的一整套綜合農業管理技術，實現農田操作的自動指揮和控制。在土壤檢測階段，通過采用高精度土壤溫濕度傳感器，依據土壤墑情和作物用水次第施行精準灌溉，不但能有效提高農業灌溉用水使用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，并且為作物提供了更好的生長環境，充分發揮現有節水設施的作用，優化調度。提高效益，使灌溉更加簡約有效；在環境監測階段，有線或無線網絡可以將溫室內溫度、濕度、光照度、土壤含水量等數據傳遞給數據處理系統，如果傳感器上報的參數超標，系統將出現閾值(ThresholdValue)告警，并自動控制相關設備進行智能調節。

實現農產品加工環節自動化

物聯網技術將進一步滲透到農產品的深加工技術與設備中，使農產品的深加工設備朝著自動化和智能化方向發展。在品質分級階段，計算機視覺和圖像識別技術可用于農產品的品質自動識別和分級方面，如種蛋、谷粒表面裂紋檢測。梨、蘋果等農產品表面缺陷和損傷的檢測。根據大小、形狀和顏色對黃瓜、土豆、蘋果、玉米和辣椒等果蔬進行自動分級，從而實現農產品加工過程的自動遠程控制，實現降低成本、提高生產效率和產品品質的且標。

實現農產品流通環節信息化

在農產品運輸階段，可對運輸車輛進行位置信息查詢和視頻監控，及時了解車廂內外的情況和調整車廂內溫濕度。還可對車輛進行防盜處理，一旦發現車鎖被撬或車輛出現異常，自動進行報警。在存儲階段，通過將糧庫內溫濕度變化的感知與計算機或手機的連接進行實時觀察，記錄現場情況以保證糧庫內的溫濕度平衡，為糧食的安全運送和存儲保駕護航。在農產品銷售階段，農產品可以實現網絡展示于交易，瞬間完成信息流、資金流和實物流的交易，農產品電子商務已不再僅僅是產品供求交易的操作平臺，而是前延至產前訂單，后續至流通配送等一體化的綜合平臺，即緊緊圍繞產業鏈環節，在信息化管理的平臺上實現信息共享、管理對接和功能配套。

實現農產品消費環節可溯化

由集成應用電子標簽、條碼、傳感器網絡、移動通信網絡和計算機網絡等構建農產品和食品追溯系統，可實現農產品質量跟蹤、溯源和可視數字化管理，即對農產品從田頭到餐桌、從生產到銷售全過程實行智能監控，及農產品安全信息在不同供應鏈主體之間進行無縫銜接，大大提高了農產品質量。消費者購物時，只需根據商家提供的EPC(產品電子代碼)標簽，就可以通過電腦、手機、電話及掃描查詢機等各種終端設備快捷方便地查詢到農產品從原料供應、生產、加工、流通到消費整個過程的信息(見圖2)，從而作出適當的購買決策，滿足了消費者的安全權、知情權、選擇權和監督權。

展望未來，國家和政府已經明確提出了發展物聯網“感知中國”的宏偉戰略目標，這也為構建農業物聯網“感知農業”指明了方向。物聯網在農業上的應用必將越來越廣泛和重要，一批關鍵農業信息感知技術和新興產業培育問題也可望實現突破。預計未來物聯網技術在農業領域的重點是朝著低成本、可靠性、節能型、智能化和環境友好型等五大方向發展。

應用物聯網技術是現代農業發展的需要，也是衡量現代農業發展水平的一個重要標志。隨著今后農業物聯網技術的不斷成熟和普及，預計物聯網技術對農業增加值的貢獻率將從2010年的17％增長到2015年的28％左右。物聯網技術源源不斷產出的技術成果，為農業的全產業鏈升級提供了必要的技術手段，將不斷提升農業的競爭力。