我國園藝產業信息化發展現狀與建議*

陳亞東，郭淑敏，劉現武，趙崎儒

（1.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081；2.中國農業科學院，北京 100081；）

園藝產業作為農業的重要組成部分，是一個典型的勞動密集型產業[1]。我國的園藝業目前還處于發展階段，在栽培和生產中常出現產量質量低下、農藥殘留嚴重、栽培技術落后、自動化程度低、產銷脫節等一系列問題[2-3]。近年來，信息技術與農業交叉結合，有效解決了農業生產中存在的一些問題，園藝產業正朝著生產智能化、經營網絡化、以信息化促進產業升級的方向發展[4]。目前，加快和加強我國園藝產業的信息化發展已成為推動農業改革進程中的必經之路。

1 我國園藝產業信息基礎設施建設現狀

近年來，我國園藝產業信息基礎設施建設初見成效。在硬件建設方面，至2010年，全國能上網的城鄉比例已經達到100%，寬帶上網、手機、電視、電話、廣播等在農村已經普及[5]。截止2015年12月，我國網民中農村人口占28.4%，規模達1.95億[6]。農民對于信息基礎設施建設需求的增加，標志著信息化在園藝產業發展中的重要作用。軟件建設方面，各地政府部門為生產者提供了信息保障系統，例如果樹服務站、信息聯絡站、果樹服務咨詢中心專業合作社等。一些地區還建立了農村信息服務機構，如圖書資料室、農村圖書室等設施，全面提升了信息基礎設施水平，為生產者更好的獲取農業信息提供了有利的保障。

2 信息技術在園藝產業的應用現狀

2.1 智能農業—農業專家系統

基于數據庫技術、數據存儲技術和數據挖掘技術等現代信息技術的引領，各種智能化的專家系統在園藝生產中應運而生，具有代表性的專家系統可分為以下3類。

2.1.1 解釋型專家系統

解釋型的專家系統是根據事物的基本表征現象和信息來解釋其深層含義的智能系統，例如將無線通訊網、固定電話網和互聯網絡連接在一起，快速為果農提供服務的“無公害果樹生產管理知識系統”，就是利用現代信息技術手段構建的信息服務平臺[7]。農戶可以將移動手機和電話作為終端實時交互信息，通過在線提問和信息咨詢將表象數據輸入，系統經過數據處理和分析后反饋給用戶所需要的信息，農民可以根據反饋的數據信息來進行相關操作，專家系統在果樹產業上的應用，有效解決了生產者栽培技術落后，知識水平薄弱的問題。

2.1.2 決策型專家系統

決策型專家系統是通過對各種數據和信息的綜合分析，從而對各種可能發生的決策進行綜合評判。3G技術目前實現了對園藝作物農情信息的實時采集與監測，農技推廣人員可以通過農技推廣信息平臺快速地了解蔬菜病蟲害發生和當前防控的情況[8]。相關的數據通過定線傳遞后，采取標準化處理、數據關聯與數據挖掘，可用于種植分析與價格推斷，從而為管理者提供科學決策的依據，基于決策型專家系統的推斷與分析，可以優化蔬菜產業的生產模式，提升市場效益。

2.1.3 預測型專家系統

預測型專家系統是根據以往的數據來預測未來發生事物和情況的智能系統，預測型專家系統在園藝領域應用較多，主流的模型是作物生長模擬模型。生長模擬預測是將計算機技術和人工智能技術有機結合，融合作物科學和計算機科學后形成的現代農業信息技術[9-10]。園藝領域常見的是番茄干物質生產與干物質分配的生長發育動力學模型和黃瓜干物質生產模擬模型[11-16]，通過定量和動態的描述園藝作物的生長發育和產量分配形成過程，系統性的分析環境因子對園藝作物生長發育和產量的影響與線性關系，可以規律性的探索干物質分配的影響因素。在生產過程中可以通過調控環境因子，利用模型來精準化配置作物的生長發育外源可調控因素，優化生長發育和促進產量的提高，從而實現智能化與現代化的生產管理模式。

2.2 精準農業

基于全球定位系統、地理信息系統、遙感技術等現代信息技術發展起來的精準農業，是以提高農作物產量和品質、降低生產成本、精確調控作物生長發育的知識化、智能化集成系統[17]。部分發達國家的園藝產業已經實現了精準化生產，例如荷蘭的無土栽培切花生產[18]、日本的水培蔬菜生產[19]、美國的生菜生產線等[20]，都是通過精準定位與導航，精確控制園藝作物生長過程中的生產類物質使用劑量，如營養液濃度，肥料等，最佳程度適應土壤等生長環境的需求，實現精確投入，產出效益最大化。信息技術的進步將我國的傳統農業帶入到了新的發展階段，實現了粗放型農業向精細型農業的轉型。20世紀90年代起，北京、上海、黑龍江等地相繼開始建立了精準農業的示范園區，開發了蔬菜花卉育苗、溫室栽培等基地，并實現計算機化管理[21]。由于精準農業投資較高，需要引進昂貴的設備，在我國大范圍推廣目前還有一定的難度。

2.3 物聯網技術

物聯網的概念最早于1999年正式提出，是基于光聲電磁的傳感器、3S技術、激光掃描器等各類裝置與互聯網結合起來從而實現數據采集、融合、處理和智能化識別管理[22]。基于物聯網的果園環境信息檢測系統就是物聯網技術在園藝學上的一個重要應用，系統由數據采集模塊、數據傳輸模塊和數據管理模塊組成[23]，通過位于不同地理位置的傳感器來準確采集環境因子的相關參數，實現果園的數字化和智能化管理。我國寧波地區的葡萄栽培[24]、基于物聯網的家庭園藝養護[25-26]也是利用互聯網隨時隨地感知與傳輸各類信息，如土壤情況、水分控制、空氣濕度等，通過數據處理和智能化的分析來科學化和精密化的實現栽培。物聯網技術從一定程度上將以人類生產為中心的生產模式逐步轉變為以信息為中心，通過數據分析來判斷與調控生產的模式。通過實時監控農業種植環境，提高生產效率，科學的進行生產判斷和智能化管理。

2.4 多媒體技術

多媒體技術是利用計算機對文本、圖形、視頻及圖像等數據和信息進行綜合處理后，建立數據間的邏輯關系和人機交互的現代化技術[27]。多媒體技術在園藝產業較為典型的應用是園藝植物的可視化，通過多媒體技術可以建立不同類園藝植物的三維參數化模型及圖像，根據其拓撲結構，可以提取不同部位和整個植物的參數。在建模的基礎上，可以真實模擬園藝作物各器官的生長發育情況，實現植物的可視化。目前，園藝作物可視化研究開展較少，僅在部分蔬菜和花卉上有些報道[28-29]。園藝植物的可視化研究為園藝作物的生長提供了虛擬平臺，但從技術角度來看，還需要更多的算法來支持。

2.5 數據庫技術

數據庫技術是通過對數據存儲、數據結構及數據管理的理論與方法研究來實現數據庫中的數據處理的一門信息技術[30]。近年來，園藝產業在發展的過程中積累了大量的數據，包括實驗數據、文本文檔、圖片和視頻等等[31]，形成了紛雜無序的信息流，數據庫技術為園藝產業數據的管理提供了技術支撐。近年來，各網站與實體機構中規模與存儲量不同的各類數據庫和數據平臺，從一定程度上將園藝產業的數據進行了整理與整合，為產業發展提供數據資源支撐，如病蟲害防治系統、農業科學數據共享中、國家種質資源數據庫等，都是利用數據庫技術將多源異構數據進行清洗、裝載和處理后保存，實現園藝產業中分散無序、無法利用的數據變成有序、可利用的數據資源，如我國蘋果產業數據資源的專業整合[32]。數據庫技術與園藝產業的結合意義重大，是園藝產業基礎資源體系的重要支撐。

3 園藝產業信息化發展的建議

3.1 建立完善的信息服務保障體制

園藝產業實現信息化普及有著較多制約因素，主要原因有兩個，一是我國信息化基礎設施條件比較落后；二是從事園藝產業的生產者大部分是地處偏遠和偏僻地區的農民，文化程度較低，對農業的信息化認知能力有限[33]。在推進園藝產業信息化的進程中，首先需要加大政府的重視和投入，進一步建立和規范服務機制，提升園藝產業公益化服務的能力和水平，同時加強基礎設施建設，盡可能實現分區域制定個性化信息服務政策，發達地區可率先試行人員的培訓和設施購進，“引進來”和“走出去”相結合，逐步探索適宜的發展模式。

3.2 加強信息技術與產業的融合

園藝產業信息化發展的前提條件是信息技術的進步與產業融合。近年來，各種信息技術應運而生，包括數據采集技術、數據處理技術、數據存儲技術、數據組織技術等，最近興起的大數據技術，就是數據處理技術中的一種[34]。目前來看，信息技術與園藝產業交叉融合的滲透度及融合的高度和密度還有所欠缺。從實現園藝產業的生產技術專業化、管理現代化和服務團隊化的目標來看，促進產業融合十分必要。首先，需要在實踐中培養一批既懂信息技術又懂農業的專業人才。受待遇和地域條件影響，高精尖人才到偏僻地區工作受到了一定限制[35]，國家政策性支持及高校專業創新性設置是解決這個問題的有效路徑。另一方面，促進科技立項與重視產業發展導向，可以普及和推動園藝產業的信息化發展。

3.3 加強信息資源整合和數據庫建設

在信息泛濫爆炸的時代，信息超負荷反而給使用者造成一定的負擔，無法區分和快速提取有效信息[36]，因此，信息資源的深度整合和數據挖掘顯得至關重要。目前，園藝產業的數據和信息資源過于分散，大大小小的數據庫質量良莠不齊。加強信息資源的整合與分類，開展知識挖掘和數據建設是提高信息利用率的必要措施。數據庫的建設首先應朝多元化的方向發展[37]，如為科研工作者建立以實驗數據、科研報告、論文文獻為主的知識型數據庫；為農民建立以生產知識、專利技術為主的生產實踐型數據庫；為消費者和果蔬供應商建立以價格和供需信息為主的市場信息動態數據庫。其次，園藝產業的信息資源建設還是應該注重信息的準確性、時效性與完整性，通過建立專業權威的平臺來實現資源整合。

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