農業信息技術在江蘇農業現代化進程中的應用*

張海東，張 青，田 婷，姜紅衛

（江蘇太湖地區農業科學研究所，蘇州 215155）

農業信息技術在江蘇農業現代化進程中的應用*

張海東，張 青，田 婷，姜紅衛

（江蘇太湖地區農業科學研究所，蘇州 215155）

農業信息技術是傳統農業向現代農業轉變的主要手段之一。文章回顧了農業信息技術在江蘇省農業現代化過程中的研究與應用進展，概括并總結了農業信息技術中農業遙感監測、農業信息獲取與管理、農業信息平臺建設、“互聯網+農業”4個主要研究內容與應用現狀。結合農業信息技術在推廣應用過程中存在的問題進行分析，對未來農業信息技術的發展趨勢進行了展望。

“3S”技術 大數據 物聯網 互聯網+ 農業現代化

農業現代化是傳統農業向現代農業轉變的過程和手段，通過應用現代先進的科學技術和管理組織方法，提高農業生產過程中的物質裝備水平，調整農業產出結構，成為農業現代化的主要內涵[1]。依靠處于科學技術最前沿的高新技術作為支撐，是實現農業現代化的關鍵環節。目前，農業高新技術主要包括農業生物技術、農業信息技術、設施農業技術、特色農業技術、綜合技術群（移植、常規技術組裝配套）等多個方面[2，3]。作為農業高新技術的高度濃縮與傳播載體，農業信息技術的廣泛應用在農業現代化轉變過程中發揮了顯著作用。農業信息技術依托于計算機技術、網絡技術、通訊技術、航天航空技術及傳感技術的發展[4]，使信息技術與農業科學有機結合而產生的一門新興交叉學科，廣泛應用于農業土壤、氣候、水、生物資源的監測與管理等各個方面。主要內容包括農業遙感技術、農業信息系統技術、農業數據庫技術、農業互聯技術等。位于我國東部沿海地區的江蘇是一個農業大省，擁有優越的地理環境，多樣的農業資源及國內外人才、資金和體制等有利因素。近年來，依靠農業信息技術對傳統農業進行改造，已經形成了具有區域特色和競爭優勢的現代農業體系。該文以農業信息技術為主，就其在江蘇省農業現代化過程中的發展歷程和應用現狀進行分析，并對其發展趨勢與存在的問題進行歸納和總結。

1 發展歷程

江蘇省農業信息技術的研究與應用開始于20世紀80年代，與國外相比具有起步晚、發展快的特點。按照開展研究與應用的技術內容和層次水平差異，大致可分為起步、發展及躍升3個階段。

1.1 起步階段（20世紀80年代中期至20世紀末）

該階段的農業信息技術應用發展主要以江蘇省農業相關部門對農情、農業科技及市場信息的采集傳遞為主，傳播途徑多為紙質的農業刊物及電話傳真等，如省農委農業信息中心主編的《江蘇農業信息》《江蘇農林信息報》等一系列刊物。1984年，設在江蘇省農科院內的南京農業遙感分中心的成立，標志著遙感技術在江蘇省農業上的應用研究初步啟動。但該階段的農業遙感技術在農業上的研究淺嘗輒止，主要研究內容為大宗作物面積監測[5]。

1.2 發展階段（20世紀末至2010年）

依賴于計算機、網絡、通訊及“3S”（遙感、地理信息系統和全球定位系統）技術的進步，江蘇省農業信息技術迎來了一個快速發展期。農業電子政務的建設發展，擴大了對農業信息的需求，拓寬了農業信息技術在信息采集、整理、分析、發布、信息資源開發與利用、信息服務體系建設等多方面工作中的應用渠道，2 000多個農業政務網、農產品電子商務網站逐步建成，“12316”農業電話服務熱線與惠農短信系統及“農信通”等服務平臺建成并投入使用[6]，標志著江蘇省農業信息技術已廣泛使用于日常的農業生產管理中。此外，基于“3S”的空間信息獲取和分析技術，多源遙感影像和多尺度農作物種植面積、產量、長勢與品質監測評價工作逐步開展[7～9]，農作物生長機理模型得到了進一步研究[10～14]，并通過關鍵技術的集成、開發、示范，取得了較好的效益。

1.3 躍升階段（2010年至今）

信息技術中的“3S”技術繼續服務于農業生產，在作物常規生產過程監測、作物病蟲害預警方面得到深入研究[15]。2010年，國家信息農業工程技術中心在南京成立。同時，圍繞農情信息監測診斷、農業精確管理決策、信息產品等進行研制開發，并開展農業信息技術的創新、系統集成、轉化應用的研發，實現了江蘇省農業信息技術與現代農業的有機結合。全省各地積極探索信息技術在農業生產領域的應用，且農業物聯網技術逐步在高效設施農業、水產養殖、畜禽養殖、大田作物等農業生產領域得到應用[16]，建成了一批農業生產自動化、智能化應用示范基地。近年來，利用移動互聯網、大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術與農業的跨界融合，加強了信息技術在農業生產、加工、流通和經營管理中的應用，將“互聯網+”技術深度滲透到農村信息服務、農業生產管理、農產品銷售等環節，使農業生產管理方式、農業生產效率、農業形態進一步優化。

2 應用現狀

目前，農業信息技術在江蘇省農業現代化中的應用研究主要體現在農業遙感監測、農業信息獲取與管理、農業信息平臺建設、“互聯網+農業”等4個方面。

2.1 農業遙感監測

利用遙感技術覆蓋面積大、重訪周期短的特點，江蘇省農業科研院所、高校等研究主體在江蘇省及市、縣范圍內，開展了大面積農業生產的調查、評價、監測和管理工作，對農作物生長信息遙感監測、農業災害監測、農業生態環境調查及農業尺度效應識別等關鍵技術進行了研究[17～21]，以實現對農業信息的精準獲取與有效利用。農業遙感監測主要集中在幾個方面。（1）利用作物對可見光、近紅外光譜波段吸收和反射理論，構建不同物候期作物植被指數，如歸一化植被指數（NDVI）、比值植被指數（RVI）及增強植被指數（EVI）等，進行水稻和小麥等農作物長勢、產量、品質、病蟲害等方面的監測[22-25]。江蘇省農業科學院農業經濟與信息研究所在揚州和泰州的高郵、寶應、姜堰與興化等縣進行了長期的研究[7，26～27]。（2）采用單時相、多時相或長時間序列遙感數據對作物進行分類及面積提取[28]，并通過對不同空間分辨率的遙感源（如Landsat TM、HJ-1，TM，MODIS，GF-1）的融合與同化[29]，增強融合影像的信息量和光譜特征，從而提高判別精度。如林子晶等選用PCA、Brovey、HPF 和Wavelet 4 種融合方法對HJ 星和GF1 號遙感數據進行融合，對如皋市水稻種植面積進行提取，并比較融合方法對判別精度的影響[30]。（3）結合遙感植被指數與作物模型，基于作物生長機理研究作物種植面積與產量的遙感監測方法[31]，降低溫度、土壤水分、光照等因素的影響，提升預測結果的精確性和解釋性。

2.2 農業信息獲取

農業生產在產前、產中及產后信息的多源采集與處理是農業信息技術應用研究的一個重要環節。除了傳統的統計方法外，目前應用最廣泛的主要為“3S”技術和物聯網方法。長期以來，根據遙感源反演區域農業信息指標，再借助地理信息系統與全球定位系統，將信息數字化、可視化是獲取大范圍農業數據的有效途徑。如，翟孟源等利用“3S”技術，結合耕地空間分布和農作物物候變化特征，對江蘇省冬閑田空間分布信息進行了提取[32]。此外，無人機技術的發展，增強了遙感平臺的靈活性、實時性、移動性，并借助小型化航空成像光譜儀、航空CCD數字相機等儀器，大幅提升了農業信息遙感源的時間和空間分辨率。近年來，隨著江蘇省高效農業與設施農業的發展壯大，生產過程中的農業信息獲取成為亟須解決的問題。2010年前后，物聯網技術逐步應用于農業生產，利用各種傳感器測量農業生產、養殖環境中的溫度、空氣濕度、土壤溫度、水質、二氧化碳、禽畜生命特征等各項關鍵指標，能夠為制定農業生產標準提供第一手資料，最大限度地發揮農業生產潛力，提高農業資源利用效率提供了技術支持[33]。以無錫市為代表，通過農業物聯網技術獲取農業信息的方法已在糧油種植、設施農業、禽畜養殖及水產養殖等多種農業生產中進行了應用[34～37]。

2.3 農業數據庫與信息平臺建設

通過研究農業生產過程中的水、土、氣、生多源異構數據快速采集的方法與技術，對采集數據進行集成、分析與挖掘，從而構建農業數據庫及面向農業生產與基層服務的信息管理與決策系統平臺，可記錄分析農業種養過程、流通過程中的動態變化，促進農業高效有序的發展。目前，江蘇省已建立了多個農業數據庫及信息平臺。江蘇省耕地質量管理數據中心采用“3S”技術匯集了全省農田的耕地質量、測土配方施肥、土壤墑情等數據，建立了耕地質量空間數據庫和屬性數據庫，并將其用于所開發的縣域耕地質量信息管理平臺，實現了全省耕地信息的數字化管理[38]。2013年，蘇州開始建設首個基于信息網絡技術的農業基礎數據庫。該數據庫包含了蘇州歷史上所有的農業信息，包括產業面積、品種及其發展變化。數據庫的建成及信息平臺的應用，健全了蘇州市農業信息的收集、發布、查詢及更新功能，有力助推了現代農業的全程監管。泰州市建立的“泰州市智慧農業服務管理平臺”，將農業生產、經營、管理和服務集為一體，僅需通過手機平臺上傳語音、文字、圖片、視頻等資料，即可為家庭農場、種養大戶等新型農業經營主體提供日常生產幫助。此外，江蘇省即將啟動農業大數據建設，以現有的農業信息監測為基礎，將農產品市場信息監測、農情災情監測預警、農產品質量追溯、重大動物疫病防控等集成到統一平臺，不斷提升數據挖掘應用水平，發揮平臺體系智能決策作用，為農業生產、災情預警、市場需求等提供服務支撐。

2.4 “互聯網+農業”

網絡通信技術的發展為傳統農業向現代農業的轉變提供了有效途徑。2015年起，“互聯網+農業”模式逐步興起，通過應用物聯網、云計算、大數據、移動互聯等現代信息技術，不僅擺脫了傳統農業信息流通不暢，服務體系滯后等缺陷，而且結合互聯網高效便捷的優勢，推動著農業全產業鏈的改造升級。隨著網絡通訊技術的成熟應用，電子商務快速發展，“互聯網+農業”將整合農業產出、網絡銷售、物流運輸模塊，建成互聯網農業生產銷售線路[39]，已逐步成為實現小型生產與大型市場的有效對接，解決農產品階段性、區域性銷售難的重要手段[40]。2016年9月，在蘇州召開的全國“物聯網+農業”大會，全面展示了江蘇“物聯網+農業”的最新成果，標志著江蘇省“物聯網+農業”發展到了一個新的高度。

3 問題與對策

江蘇省農業信息技術經過近30年的快速發展，應用范圍逐步滲透到農業的各個領域，在農業智能化生產、信息服務、管理與決策等技術領域取得了長足進步。江蘇省農業信息技術的研究應用，已經從學習國外的先進經驗到因地制宜地發展自身特色農業，并建成一批具有代表性、示范性的應用示范點，奠定了江蘇省農業信息技術在現代化農業應用中的發展優勢[41]。但是，在實際生產過程中，仍然存在著一定的問題。

3.1 基礎數據建設水平低

海量的農業基礎數據是農業信息技術在現代農業中高效應用的前提條件，盡管江蘇省農業信息技術的應用已初見成效，但信息資源的數量與質量仍然無法滿足農業生產、科學管理的需要。江蘇省雖然已經建立了部分農業數據庫，但信息采集手段和資源建設落后，缺乏標準的信息組織方法進行統籌，暴露出數據庫種類不全、規模小而分散、標準化程度低等缺陷，并導致數字化、可視化、可交互查詢應用水平偏低，數據共享困難。農業信息技術的優勢在于具有較快的處理速度，只有把農業信息用數據表示出來，才能進行有效的應用。因此，大農業信息數據的集成建庫意義重大。只有采用統一的標準數據元及其表示法，加強農業信息標準化，實現農業信息的存儲、交換和共享，才能對江蘇省農業數據驅動創新起到較大的推進作用。

3.2 應用成本高

農業信息技術應用的主要目標之一是提升農業生產效率，降低生產成本。在實際應用過程中，還需兼顧2個方面。即初期投入成本及中長期投入產出比，只有將兩者控制在農業生產者期望的范圍內，才能夠調動其主動參與的積極性[42]。如果應用成本過高，農戶決策將仍然維持原有狀態，則會阻礙農業信息技術的發展前景。以物聯網技術為例，較高的設備投入成本，包括機房增建、設備配置和監測點擴容，較大程度上，減緩了農業物聯網技術大范圍推廣應用的速度，仍有待于物聯網普及后，配置成本的降低。類似物聯網這種處于科技最前沿的信息技術，必須與傳統農業無縫融合，才能發揮最大的產業效益[43]。但目前，尚未完全實現從生產、采摘到銷售的全面物聯網化，使用主要是田間種植的管理系統。因此，除了將物聯網技術應用于精確灌溉與施肥外，還可以將農業物聯網進行小范圍試驗，將研究結果作為制定區域科學種植技術的標準，實現數字農業、精準農業的生產模式。

3.3 推廣應用體系不健全

農業信息技術在現代農業中的推廣是實現其應用價值的主要途徑。推廣應用體系包括組織結構、平臺、人員等3個重要部分。組織結構以政府部門主導為主，將各涉農科研院所研制相應的農業信息技術進行推廣運用；其次由企業投資進行針對性的研發推廣，使整體結構較為穩健。但平臺和人員構成2個部分仍有較大的提升空間。農業信息技術在農業生產、流通、管理、監控等平臺的應用還不夠廣泛，缺少典型示范[34]。研發人員要與各級農業主管部門和地方農業工作者緊密聯系，根據農民群體特征，使信息技術的應用簡單化，著力構建農民易于接受的信息平臺，針對不同地區、不同農戶研發及推廣農業信息化實用軟件，向農民提供生產過程中亟須的實時信息，并盡快建立精確農業示范基地和樣板。人員方面，需從農業技術人員和生產者2方面考慮。一方面，江蘇省雖然擁有農業技術人員約3.9萬人，但層次相對不高，以初級農技人員為主，占比61.9%，懂信息技術又懂農業技術的復合型高級人才極為缺乏；另一方面，農業生產者以老齡化為主，全省持證農業勞動力占農業勞動力的比重僅為2.8%，勞動力素質整體偏低，信息意識不強，難以掌握農業新技術與新方法，不利于農業信息技術的推廣與應用[44～46]。

3.4 南北區域差異大

蘇南與蘇北人均GDP比值由20世紀70年代末的2∶1，擴大為當前的2.8∶1，整體經濟發展水平及工業反哺農業程度差異顯著，導致蘇南、蘇北2個區域的農業現代化建設水平存在著一定的差距，農業信息技術的推廣應用程度呈現出南高北低的格局。而從江蘇省農業分布來看，蘇北的農業面積優勢明顯。因此，全省農業現代化的實現，較大程度上依賴于蘇北的農業化進程。在當前情形下，可以將蘇南地區的農業信息技術應用經驗進行總結，并將有效技術移植于蘇北的農業生產，從而在縮短蘇北地區農業信息技術研究歷程的同時，帶動蘇北地區農業現代化的發展。

4 展望

2016年，江蘇省“十三五”規劃綱要明確強調，農業信息技術是改造提升傳統農業的重要手段，要大力推廣信息技術在農業生產中的應用，完善農業大數據采集、整理、分析、發掘、展現、應用等領域突破關鍵技術，推進信息平臺管理建設的進程，在全國率先開展農業物聯網相關工作，加快實施“互聯網+現代農業”行動，推進現代信息技術應用于農業生產、經營、管理和服務。要通過宏觀政策支持，為江蘇省農業信息技術帶來新的機遇，及時總結農業信息技術發展經驗，進一步明確該省農業信息技術發展前景及其應用潛力。通過省內科研院所、部分高校、企業等單位，加大農業信息技術的研究與應用，必將有效促進信息技術和農業資源的深度融合，推動江蘇省農業現代化發展進程。

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