智慧農業裝備依賴進口情況、潛在風險及對策建議

張保輝，查 燕，史 云

（中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京100081）

0 引言

隨著新一輪信息技術革命的發展，發達國家引領當下全面信息化的新型時期，促進了包括農業在內的各產業與信息技術的深度結合［1］?；ヂ摼W、云計算、物聯網、大數據、人工智能等信息技術與傳統農業的跨界融合，促使農業進入了智能化時代，農業生產向無人化方向發展，農業資源得到更加充分的利用，農業生產效率和生產質量得到大幅度提升［2］。作為新型的農業形態，智慧農業通過整合不同領域軟硬件資源，使農業發展煥發新的生機。2018年1月中共中央、國務院頒布的《關于實施鄉村振興戰略的意見》中提出“提升農業發展質量，培育鄉村發展新動能，大力發展數字農業，實施智慧農業林業水利工程，推進物聯網試驗示范和遙感技術應用，同時通過智慧農業將全部的農業產業特性融合在一起并運用信息技術，創造出循環化的農業產業鏈”，將智慧農業發展作為農業新產業鏈的創新發展方向，在農業發展中占據了重要的地位和作用。智慧農業以信息知識為核心，依托智能裝備的技術支撐，在農業全產業鏈中分別實現精準化種植、互聯網化銷售、智能化決策和社會化服務，逐步實現數字化、自動化、精準化和智能化［3］。

從20世紀90年代發展至今，智慧農業發展出農業大數據與云計算、農業傳感器與物聯網、動植物生命與環境信息感知、多尺度農業遙感信息融合、動植物生長數字化模擬與設計、農產品質量安全無損檢測、農業飛行器智能控制與信息獲取、農業機器人智能識別與控制、農業精準作業技術與裝備、全自動智能化動植物工廠等不同應用方向的核心技術體系和框架［4］。但由于技術創新能力、產業化水平和體制機制等方面的問題，我國智慧農業的發展步伐慢于其他農業發達國家。根據科技部《“十三五”數字農業領域國內外技術競爭綜合研究報告》，我國智慧農業各項技術中，除了“農業傳感器與物聯網技術”和“動植物生命與環境信息感知技術”與國際先進水平持平以外，其他大多數智慧農業關鍵技術落后于國際先進水平，智慧農業技術的總體發展水平與國際領先水平平均相差12年。我國智慧農業技術大部分還處于實驗室研發應用階段，還未實現產業推廣層面的應用，同時我國信息技術集成程度不高，核心技術的成果轉化能力較弱［5］。

智慧農業作為一種全新的農業生產經營方式，在我國進入高速增長階段。據國際咨詢機構研究與市場（Research and Market）預測，以2025年為時間點，亞太地區尤其是中國和印度將成為全球智慧農業發展最快的地區和國家，主要內容包括大田精準農業、智慧畜牧業、智慧漁業、智能溫室，主要技術包括遙感與傳感器技術、農業大數據與云計算服務技術、智能化農業裝備（如無人機、機器人）等［6］。而精準農業、無土栽培、溫室生產、質量溯源、電子商務等智慧農業生產經營模式的實現，離不開智能裝備的支撐和穩步發展。在我國智慧農業快速發展的勢頭下，我國農業智能裝備的研究發展并沒有如期跟上節奏，在此情況下，具有先進技術和功能的進口農業裝備成為我國智慧農業應用實施中的首選，如在我國植物工廠、農田精準作業、物聯網應用等多個智慧農業應用中，均大量使用國外設備。

文章在分析農業智能裝備研究現狀基礎上，調研了我國市場上國外農業企業的裝備行情，分析了農業傳感器、大馬力農業裝備、多光譜成像系統、畜牧智能裝備等重要農業裝備技術產品的進口現狀，從市場角度、技術角度分別提出了智慧農業裝備依賴進口的潛在風險，并從政策扶持、產學研結合、農業人才培養、基礎設施建設等方面提出了應對策略。

1 農業智能裝備研究現狀

農業智能裝備是集成了計算機、電子控制、通信技術、信息感知、人工智能等多種現代化信息技術的農業機械高新技術產品的統稱，其主要特點是對各種傳感器和通訊技術的應用，結合各種人工智能算法，使農業機械產品更加智能化、智慧化，從而有力支撐智慧農業的發展。自20世紀90年代美國將衛星導航系統應用到農業機械上，開啟了農業機械裝備的智能化發展道路。機器學習、深度學習、計算機視覺和機器人等高新技術的進一步發展及其在農業上的應用，促使整個農業生產發生了質的改變。按照智慧農業不同應用場合，智能裝備可分為農業種植類、畜牧養殖類、水產養殖類、農產品流通管理類、農產品溯源類、農產品存儲類等類別。在不同應用中，無人機、物聯網、農業機器人等新興技術和產品在其中扮演了重要角色，如無人機不僅被應用到土壤監測、植物侵染檢測、病蟲害防治、農藥化肥施用以及不同空間尺度測量等方面［7］，也在畜牧養殖中實現牧群跟蹤監測等功能［8］；農業機器人在果實采摘［9］、施肥噴藥［10］等方面取得了多種研究成果。

歐美等發達國家在農業機械化、裝備智能化方面起步較早，在農業智能裝備應用研究上取得了較高水平，而我國農業智能裝備總體處于研發試驗階段，產品實際應用程度較低。以拖拉機為例，歐美等發達國家已經擁有完善的產品生產技術和產品提供商，而國內拖拉機產品雖然已經日趨成熟，但在大馬力技術等方面還有一定差距［11］；美國研制成功的激光導航拖拉機，對位置的定位和導航精度誤差在25 cm以內［12］。國內農業企業也逐漸意識到農田作業機械智能化、信息化和自動化的重要性，開始著手研發智能化機械裝置，并取得了一系列成果，如2010年羅錫文院士團隊成功實現了在東方紅X-804拖拉機上自動轉向操縱控制，自主研發了基于RTK-DGPS（載波相位差分全球定位系統）的自動導航控制系統，實現了拖拉機在田間作業的自動導航和轉向控制，導航精度已接近國際先進水平。

國外農業企業在我國農業智能裝備市場中占據了較大位置。日本的久保田占據中國收割機品牌網的十大品牌之首，與美國迪爾、美國凱斯、日本洋馬、德國科樂收等在國內農機裝備市場占據較大份額。德國科樂收（CLAAS）是農機行業高科技的代表，自2004年進入中國市場，其生產的克拉斯系列青貯機帶動了國內奶牛養殖產業鏈從飼料環節開始注重高品質的原料投入；收獲機械裝備采用不同的收獲技術與方式，減少糧食損失率，對國內廠商和農民觀念起到了促進作用。德國雷肯（LEMKEN）是世界著名的耕整地機具，播種機和植保機械的生產商，其生產的農機具70%以上出口到世界50多個國家，主要的產品有卡拉特（Karat）系列聯合整地機，魯賓（Rubin）系列滅茬缺口圓盤耙，奇康（Zirkon）系列動力驅動耙，索力特（Solitairt）系列播種機和普利姆斯（Primus）系列噴霧機等，自1995年進入中國市場以來，經過20多年的發展，其市場占有率名列前茅，在用戶群中口碑極佳。以色列耐特菲姆是滴灌技術的發明者，其生產的水肥一體化系列產品是精準灌溉領域的佼佼者，近年來在中國發展勢頭迅猛，耐特菲姆中國區已成功打造出一支中國灌溉行業完整、專業的綜合團隊，在全國各地打造了一批精準水肥一體化灌溉項目，在業內口碑良好，同時針對數字農業的發展，其打造的數字化農場管理平臺（NetBeat）為中國種植者提供了先進的種植管理理念和工具。美國托羅（Toro）公司為蔬菜、大田作物、果園和葡萄園的種植者提供節水型微灌產品，其生產的新型優質滴灌產品在降低用水、能源和勞動成本上表現突出。此外，以色列伯爾梅特、以色列OTL、美國戴維斯（Davis）、以色列納安丹灌溉（Naandan jain）、Spectrum、阿速德、AWL、中以艾瑞、以色列瑞沃樂斯、奧地利普賽、美國愛科等眾多國外知名企業攜其新技術和產品進入我國智慧農業的發展應用中，包括精準農業領域、檢測儀器領域、溫室控制、智能滴灌、物聯網管控、水肥一體化、植物工廠、溫室設施等。

2 智慧農業裝備進口現狀分析

隨著我國農業現代化的不斷發展，越來越多的國外優質農機產品流入中國市場、進入農業生產經營中。根據對進口裝備的應用方法不同，可以將對進口裝備的應用分為完全應用和改進應用，前者是對進口設備整機的采購和應用，包括軟硬件產品及配件，后者則是在進口設備、配件基礎上進行再次開發、改進。我國部分智能農機裝備的發展通常分為仿制、自行研制、聯合設計與攻關等階段。近年來，我國農業智能裝備研發取得飛速發展，成為全球第一農機制造大國，但卻大而不強，大部分高端農機產品仍需進口，核心技術及精密儀器研發生產方面能力不足。該文從農業傳感器、大馬力農業裝備、多光譜成像系統、畜牧智能裝備等對智慧農業具有重要影響的裝備技術上展開調研，分析進口現狀。

2.1 進口農業傳感器及芯片

農業傳感器是智能農業發展的基礎，在眾多農業智能裝備中起到了信息采集、控制的核心功能。目前農業中常用的傳感器有溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳等氣體濃度采集傳感器、營養元素傳感器等，為智慧農業的實施提供了各種環境信息的感知和傳輸等重要作用［13］。而我國農用傳感器的研發生產能力遠未成熟，特別是傳感器芯片等材料嚴重依賴國外進口。

我國傳感器產業基礎薄弱，核心技術缺乏，產品技術水平偏低、企業研發能力較弱。我國傳感器產業對原理、器件和材料的研發及創新不足，缺乏高精度、高敏感度以及特殊應用的高端傳感器產品研發能力，據2016年中國智能傳感器市場分析報道，我國中高檔傳感器產品幾乎100%從國外進口，90%芯片依賴國外［14］。我國傳感器工藝裝備研發與生產被國外壟斷，設計技術、封裝技術、裝備技術等方面都存在較大差距，國內傳感器性能普遍比國外同類產品低。

2.2 進口大馬力農業裝備

新型大馬力農業裝備包括大馬力拖拉機、水稻聯合收割機、馬鈴薯聯合收獲機、青貯飼料收獲機、馬鈴薯種植機、大型小麥免耕播種機、水稻覆土直播機、采棉機等。在農業機械應用市場上，由于大馬力農業裝備技術性能好、科技含量高、操作標準化高、節約燃油、人力和時間成本等優點，逐漸成為大型農田的主流耕種裝備。黑龍江省墾區可以找到全世界最頂尖的各種農業機械，如迪爾、凱斯、久保田、洋馬，在友誼農場有世界上最大的480馬力凱斯9120大型收割機等［15］。

幾年前，國內高端大馬力拖拉機市場基本被跨國公司壟斷。而現階段，國內的大馬力智能拖拉機也逐漸崛起并進入市場角逐，我國東北地區和西北地區國內品牌和國外品牌大馬力拖拉機形成角逐之勢，打破了國外品牌占據主要市場的局面。然而，我國大馬力農機核心技術如變速箱、電液系統等關鍵零部件依然缺乏競爭力，其智能核心技術包括農機傳感器高性能芯片、智能終端、基于國際標準的控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）總線技術控制模塊、拖拉機自動駕駛技術等依然依賴國外技術［6］。

近年來，全國的水稻機收率已經超過70%，在我國水稻收割機市場上，國外大型設備依然占據了很大份額，根據農機通大數據平臺統計，2016年第一季度水稻收割機品牌關注度中久保田依然占據榜首，在其先進的產品制造工藝和嚴謹的質量管理體系下，久保田產品在國內一直處于供不應求的狀態，其中久保田的PRO688Q聯合收割機和PRO988Q聯合收割機更是占據當年收割機關注度的榜單第一和第二名的位置。

2.3 進口多光譜成像系統

在智能農業中，無人機遙感系統成為低空遙感的應用主流，在無人機平臺上配備可見光相機、多光譜相機、高光譜儀、紅外傳感器、激光雷達等數據獲取設備，是獲取目標地物的高分辨率影像及數據的重要手段［16］。多光譜相機、高光譜儀等多光譜成像系統是常見的彌補高空遙感的數據獲取方式，在農業病蟲害監測、估產、分類等方面應用廣泛。2019年4月我國中科院長春光學精密機械與物理研究所張軍強團隊研發出新型多光譜相機并宣布投入量產，打破了我國多光譜相機被國外壟斷的局面。而在此之前，我國農林勘測使用的多光譜相機多是從美國、瑞士等國進口。

我國成像光譜技術經過近30年的發展已取得較大進步，研發的儀器實現了對高光譜、超光譜的覆蓋，光譜的分辨率、分光方式也達到了國際先進水平；但我國對光譜成像技術的研究依然較為落后，小型化、商業化、低成本的光譜儀研發較為緩慢［17］。

受限于小型無人機的負荷能力，多光譜相機等設備必須質量輕、體積小、精度高、功耗低。而目前在我國市場上，我國多光譜成像軟硬件設備對國外進口設備依賴嚴重，具有代表性的小/微型多光譜相機主要有美國Tetracam的輕便型多光譜數碼相機ADC lite、美國Micasensen公司的多光譜相機RedEdge、法國Parrot公司的多光譜相機Parrot Sequoia、美國FLIR公司的紅外熱成像儀FLIR Tau 2等。此外，針對攝影測量中的影像拼接、校正和配準處理，目前主流的也是瑞士的Pix4D SA的Pix4Dmapper、俄羅斯Agisoft LLC的PhotoScan、德國Leica Photogrammetry Suite的ERDASLPS、美國Trimble的INPHO等。

2.4 進口畜牧智能化裝備

隨著智慧農業在牧場應用的推進，我國在牧場管理方面逐漸向自動化、智能化、標準化發展。在21世紀初期國內自動化養豬已經逐漸進入穩步發展階段，引進和研發了一系列自動控制裝置，如干濕喂料器、保育豬料槽等［18］。但國內設備普遍技術含量較低、制造粗糙、穩定性不強［19］。而大型養殖企業在進行智能化發展中，普遍傾向于采用國外設備。

荷蘭Nedap公司的Velos智能化母豬管理系統在2008年進入我國養豬市場并快速發展，該系統實現了通過計算機控制中心實現對母豬發情的鑒定、豬場內的溫度、濕度、通風、采光等的全自動化管理，推動了養豬業的模式改革。以色列阿菲金的牧場管理系統、自動擠奶系統在國內市場表現活躍，眾多牧場直接引進其軟硬設施。而國內公司研發的牧場管理系統及擠奶設備等，大多也會采用以色列阿菲金的轉盤、計量器以及美國進口的羅茨真空泵等進口配件。

3 潛在風險

3.1 市場風險

在我國智慧農業發展進程中，對智能農業裝備的需求會越來越大。而進口設備的成本受到國際關系、國外企業及關稅等的影響。高精尖技術通常處于賣方市場，買方處于被動地位，市場價格不透明，特別是一些高新技術產品包含了專利、專有技術，往往價格較高。為了扶持國內農機生產企業，防止進口過剩，我國對農機進口設備的稅收減免政策也在逐步改革和取消，如國家發改委等部門聯合印發《關于調整重大技術裝備進口稅收政策有關目錄的通知》，2018年起10種中小型農機進口將不再享受免稅。此外，進口設備的維修、配件更換等存在周期長、價格昂貴等問題，使得采用進口設備的企業投入成本過大，不利于企業的長期發展。

3.2 技術風險

高端農業裝備長期進口將不利于我國農業核心技術的研發和轉化，將會威脅到我國農業裝備產業的安全。我國農業裝備技術經濟性能指標遠遠落后于國外技術水平，產品可靠性僅為國外的1/3，90%以上同質生產、低價競爭，形勢十分嚴峻。歐美、日本、意大利、德國、法國等國外知名企業紛紛在中國市場搶占一席之地，設立了銷售總部、制造工廠、研發中心等，在為中國農業裝備帶來技術推動的同時，也成為國內技術發展的強烈競爭對手。我國農業裝備技術及企業要在激烈的市場競爭中發展并生存，在對核心技術的研發上還需加大投入，并加快技術應用轉化進程。

4 對策建議

隨著中國科技與經濟的快速發展，中國農機化事業進入前所未有的良好發展時期，也為農業機器人的發展提供了機遇，國家發布《農機裝備發展行動方案（2016—2025）》等系列文件，要求利用農業機器人等農業機械的有效供給能力，提升現代農業生產水平，促進我國從農機制造大國向農機制造強國轉變。第4次工業革命驅動的新興技術如大數據、物聯網、人工智能和機器學習、自主車輛以及機器人等技術為農機行業轉型升級提供重大機遇，農業機械裝備向信息化、自動化、智能化發展［20］。為了打破我國智慧農業發展中對進口裝備的依賴，我國可以從政策扶持與推動、產學研結合、農業人才培養、基礎設施建設等方面開展智慧農業核心技術、企業、產品、人才的培養和儲備，從而提升農業機械科技和產業發展水平。

（1）完善智慧農業產學研體系，提高成果轉化應用能力

強化政府頂層設計職責，建立統一協調的智慧農業科研體系，加大智慧農業科研體系資金、物質和人才投入，通過國家智慧農業科技創新聯盟，推動產學研聯動發展。完善科技研發投入機制，提高對農業裝備基礎技術的研發投入，加強對企業的研發支持力度，按照《中國制造2025》重點領域技術路線圖中有關農業裝備的發展要求，加快農業生產中急需而短缺的智能化農機裝備研發，同時加大智能化農機裝備補貼與推廣力度。雖然目前我國智慧農業裝備領域發展已取得了許多成果，但與國際先進水平還有差距，還不能滿足國內智慧農業發展的需求。提高智慧農業設施的精準研發能力，支持信息技術、人工智能技術等多學科在農業機械領域的交叉融合應用，推動行業共性關鍵技術創新，采用自主研發、聯合開發等手段提高關鍵核心零部件的自主研發、制造能力。在政府引導和市場需求下，加強企業、高校、科研院所等機構的合作，針對農業不同環節進行深入研發，共同攻克技術難關，實現成果的轉化應用，提高每個階段的智慧科技水平。

（2）完善農業高素質人才培育體系，提高農民職業素養

各級政府在政策、資金、物資、人力方面加大對我國智慧農業建設發展的支持力度，通過多渠道媒體在農村全方位宣傳智慧農業。發揮農業農村部數字農業試點基地的示范帶頭作用，組織農民定期學習智慧農業運行模式。提高農業教育培訓水平和手段，拓寬農戶對新鮮事物的接受能力，培養年輕人快速掌握各類涉農設施的運營能力，提高涉農職業素養，打造專業的農業人才培養體系，加強實踐教學能力。

（3）完善智慧農業基礎設施建設，促進農業機械設備應用實施

加強高標準農田建設，統籌農田水利工程，為智慧農業的實施和開展提供有利條件。建設標準化畜牧養殖環境，推動自動化、智能化畜牧管理。建立專項資金支持和鼓勵農民積極使用現代化農機設備，加強設備采購和應用補貼，實現精準化、智能化、科學化遠程控制管理農業生產。從國家層面建立智慧農業數據庫、大數據管理平臺等，提高對農業數據的跟蹤、分析和利用效果。