數字農業已成農業發展新趨勢

策劃/本刊編輯部 文/本刊記者 陳艮霞

近日，由農業農村部信息中心組織的農業農村信息中心系統全國縣域數字農業農村發展研討會在廈門召開。會議釋放重大信號——我國將首次開展縣域數字農業農村發展水平評價工作。農業農村部信息中心相關負責人表示，當前數字經濟已成為經濟增長的動力源、產業轉型升級的驅動力，數字農業農村在鄉村振興戰略實施中發揮著重要引領驅動作用。為順應經濟社會數字化新階段的迫切需要，中央網信辦正在組織編制數字鄉村戰略規劃，農業農村部正在抓緊編制國家數字農業農村發展規劃，建立數字農業農村發展水平評價體系，對數字農業農村發展水平進行評價迫在眉睫。

在21世紀的今天，尤其是最近十年，整個世界都在提數字農業的概念。我們從以前簡單的對天和作物的了解，跨越到通過數據、氣象、衛星遙感更好地感知農作物的生長條件，及時預知天氣與各類風險，減少農藥、化肥的施用，打通農業的各環節，從而產生更高效、更抗風險的農業整體解決方案。那么，到底什么是數字農業?

數字農業概述

數字農業是指將遙感、地理信息系統、全球定位系統、計算機技術、通信和網絡技術、自動化技術等高新技術與地理學、農學、生態學、植物生理學和土壤學等基礎學科有機地結合起來，從而實現在農業生產的全過程中，對農作物從規劃、投入、生產，到農產品收獲、加工、營銷等全過程模擬、監測、判斷、預測和建議等，達到提高資源利用率，降低成本，提高生產效率和產品質量，改善生態環境的目的。

數字農業在其他“互聯網+”的基礎上，與技術和政策支持緊密融合在新型經濟主體的主要驅動力，致力于大數據、人工智能、物聯網、云計算、區塊鏈等新的技術，從產業鏈的角度來講，數字農業是深化數字經濟改革的一個重要的趨勢和力度，能進一步提升農業產業鏈，提高運行效率，優化綜合配置，同時也是一種新型的農業產業形態。主要方面有以下幾點：一是智能化，人工智能是未來數字經濟里面很重要的管理技術。二是系統化，農業經濟從數字農業來講，就是從原始端到最終的消費端整體的系統化的產業。三是可持續化，數字農業發展一定是有可持續性的，具有一些顛覆性的技術，如果不能夠做到持續，就需要有一個時間維度上的考慮。

從農業發展的角度看，農業發展分成三個階段，第一是傳統農業階段，這個階段稱之為主要依靠包括手工勞動的階段；第二是石油農業，數量依靠石油、天然氣和煤衍生物，做農業資源的配置，這方面現在基本上處于第一和第二階段；第三是數字農業階段，依靠物聯網、大數據云平臺新興技術構成數字農業的技術體系，依靠信息化、智能化、品牌化、數據化、可視化水平得到全面提升，這里面其實是講把農業從數據到信息、到知識、到未來的決策，是我們希望建立這樣一個數字農業的階段，這個階段現在來看是處于起步階段。數字農業還分為四個環節，分別是智能化的生產、網絡化的運營、高效化的管理、便利化的服務。通過這四個環節，實際上把農業從第一產業、第二產業、第三產業串在一起，是一個完全的全鏈條的產業結構。

自“數字地球”概念提出以來，全球數字信息化迅猛發展，數據爆發增長、海量聚集，目前進入了新的大數據發展階段。世界各國將推進經濟數字化作為實現創新發展的重要動能，在前沿技術研發、數據開放共享、人才培養等方面進行了前瞻性部署。美國、歐洲和日本等國家和地區抓住數字革命的機遇，紛紛出臺了“大數據研究和發展計劃”“農業技術戰略”和“農業發展4.0 框架”，將數字技術廣泛應用于整個農業生產活動和經濟環境，加快推進數字農業發展，激活數字農業經濟，迅速成為數字農業強國。

目前，在數字農業建設上，很多國家已取得一定成績。以色列的智能育種、自動灌溉、物聯網技術在農業中得到廣泛應用和推廣。美國的智慧農業融合了發達農業科技服務體系，監控科學，調控精細，智慧農業的推廣與發展一定程度上促進了美國經濟的增長。加拿大的家庭農場生產的谷種、乳制品、蔬菜、精肉在世界范圍享有良好的口碑，得益于智慧農業技術在相關領域的應用。日本的農業產業順利轉型升級，農業信息網絡、生物信息、農業數據庫系統等技術應用領域廣。

具體說來，在遙感技術方面，目前國外主要有美國的凱斯 AFS 系統、GreenStar 系統、天寶（Trimble）系統以及英國的Fieldstar 系統等，它們針對大田作物栽培，采用GIS 中的空間抽樣方法獲取關鍵點上的土壤信息，應用高分辨率衛星遙感及低空遙感數據實現對作物生長全過程的狀態監測、分析和決策的循環，運用高精度GPS 動態差分技術完成農田的精確定位，研發變量施肥模型，通過施肥處方圖來實施農機導航和肥料的田間投放控制。在信號傳輸方面，美國、英國、德國、瑞典、日本等國家的RFID 技術較為成熟，且具有了RFID 先進產品。

在決策支持系統方面，美國的DSSAT 系統是目前國際上最具有代表性的農業決策支持系統。英國的Katsuyuki 開發的專家系統能實現變量施肥決策。美國芝加哥大學的Dils R.A.研發了計算機網絡的大豆專家決策管理系統，可實現在線決策。美國農業部建立了棉花生長發育模擬模型GOSSYM/COMA。美國農業科學院Manoj K.G.開發了針對番茄的溫室育苗決策支持系統，分為長期規劃和日常溫度管理兩個模塊，系統應用的控制算法能最大限度地利用環境條件，盡可能降低能源的消耗。

目前，國內外在數字農業方面各自有大量的研究成果。從技術成熟度來看，在歐美等地，不少相關的產品和裝備已經進入生產應用，而國內更多還在研發階段，可批量生產用于生產實踐中的技術及設備還相當有限。農業傳感器的核心專利技術主要被國外擁有。中國數字農業相關的期刊論文雖然數量不少，但被引用的文章很少，未能形成國際影響力。從應用場景來看，國外土地相對集中，以美國為例，地廣人稀，而且是以平原為主，農業機械化程度高，大面積種植都是靠機械，使得農業信息化的推廣較易。而我國的土地較分散，以小規模種植為主，且很多是丘陵山地，難以大面積使用機械。此外，我國農村信息化條件落后，農民知識水平不足，生產管理平臺推廣難。因此，我國的智慧農業技術發展的方式及技術需要考慮中國實際情況，任重而道遠。

科技在數字農業上的運用

大數據、人工智能、互聯網等技術的應用，讓農業這一傳統產業變得“智能”起來。現代數字農業的發展離不開技術的支撐。

到目前為止，農業技術最大的發展是傳感器連接和物聯網。在數字轉型中成功的農業生產正在變成一場數字游戲。在農業技術的幫助下，聯網農民開始共享數據，并在輸入、效率和操作流程方面進行改進，這在很大程度上得益于人工智能驅動的傳感器。這些傳感器可以是地面的、空中的或基于機器的，它們都具有巨大的農業生產潛力。

例如，在地面上，傳感器可以監測植物、土壤、動物健康和天氣情況。他們可以決定在什么地方種植產量最高，以及種植多少可以防止浪費。在空中，無人機和衛星可以監測作物的健康狀況和病蟲害，防止作物在收獲季節突然減產。農業設備還可以獲取預期作物產量的數據。例如，高速種植設備可以提供作物產量和收獲產量的“已種植”估計值，使農民能夠對銷售預測、過剩和短缺進行計劃。還不止這些：機器人收割設備甚至可以使用人工智能在合適的時間采摘成熟的水果和蔬菜，節省時間、人力和浪費。

數字農業受益的不僅僅是農民。例如，Blue River Technologies 公司的研究表明，通過使用人工智能傳感器采集的數據，從廣播噴灑轉向定向噴灑，可以將除草劑的使用量減少90%。減少除草劑對我們人類和地球都有好處。顯然，農業的數字化轉型不僅有利于糧食生產，也有利于地球的健康。

就像人工智能通過縮短試驗和錯誤開發階段的時間來幫助加快藥物試驗一樣，它對農業也起到了同樣的作用。例如，Monsanto的人工智能團隊發現，算法可以幫助他們更快地確定哪種雜交植物在現實種植條件下生長得最好，從而節省大量產品開發時間。例如，在過去，Monsanto公司會對玉米雜交品種進行多年的田間評估，然后將其推向市場——從發現到商業化，這一過程可能需要8 年時間。該育種計劃將挑選大約500 個品種進行試驗，這一過程成本和時間都很高。使用一種使用了過去15 年的分子標記和田間試驗信息的算法，他們將育種過程縮短了整整一年。這是一個難以置信的飛躍，尤其是考慮到我們在未來幾十年將面臨的人口激增。更妙的是：從理論上講，全球聯網的農民將能夠共享這類信息，不僅在Monsanto的農場，而且在全世界范圍內實現更大、更快的產品開發。

在人工智能中的圖像識別上。谷歌正致力于訓練人工智能識別5 000種動植物，這將提高無人機檢測病蟲害和農作物損害的能力。這一進步是巨大的，因為它將使農民比以往任何時候都能更快更準確地監測他們的耕地面積，并隨著時間的推移了解害蟲的模式。

目前數字農業在農業上的技術運用是通過數據、氣象、衛星遙感更好地感知農作物的生長條件，及時預知天氣與各類風險，減少農藥、化肥的施用，打通農業的各環節，從而產生更高效、更抗風險的農業整體解決方案。

比如在設備中的物聯網和傳感器，物聯網正在利用設備和材料上的傳感器簡化農業資源的收集、檢查和全面分配。同時，將傳感器在農田中進行戰略部署，再加上圖像識別技術的幫助，可以讓農民在世界任何地方看到他們的作物。這些傳感器實時地向農民發送最新信息，因此他們可以根據作物當時的生長情況做出相應的改變。在這一點上，也有團隊做得非常好，比如以云計算、物聯網等高新技術為依托，深度融合農業生產技術，通過智能傳感設備、高速移動互聯網以及數據云計算幫助農業生產者實時監控管理生產基地的氣候環境、土壤墑情、作物長勢、病蟲害情況，同時可遠程自動化控制現場農業設施設備。

運用無人機對作物進行監測時，你通常可以一眼看到所有植物。但是農民在橫跨數百公頃的土地上工作，這意味著他們能夠鳥瞰農田的唯一方法就是依靠無人飛機。

據了解，目前，無人機正被廣泛用于美國各地的農作物監測，作為對抗干旱和其他有害環境因素的手段，能夠產生三維圖像的無人機可以通過分析和規劃種子種植模式來預測土壤質量。此外，無人機也被用來為作物噴灑農藥，并且可以將噴灑速度提高5倍。

而國內，也有專業的植保無人機飛行隊伍，例如針對南方多山地丘陵的特點，有的項目團隊開發了一套適合南方山地丘陵地帶的植保無人機飛行保障系統，該系統能根據地形特點、農作物生長特性、農作物不同生長周期、蟲害防治特性、氣象特性等各項參數實時生成最佳作業方案，專業植保飛行員根據方案規范作業，同時團隊飛行隊提供完善的售后服務，植保無人機飛行操作培訓以及農藥勾兌噴灑等方面的知識講座等，徹底解決農業生產者對植保無人機及植保服務的后顧之憂。

運用RFID傳感器和追蹤，收獲莊稼后，RFID傳感器可以被用來追蹤食品從田地進入市場再到終端用戶廚房的過程。中端用戶或消費者能夠追蹤他們從市場中購買的食物的詳細生產路線。這種技術可以增加制造商的可信賴度，迫使它們總是提供新鮮產品。從田間到家庭餐桌全鏈條精準監測，多維度科學干預，通過溯源查詢，為消費者提供從農場到餐桌的全程溯源信息，保障農產品安全，提升農產品品牌價值。

數字農業的優點與不足

數字農業有大量數據可用，可使大量可用的數據進入系統中去，這些數據包括產量、畜群健康、定價、天氣、土壤環境、產品性能、維護需求、勞動力等。技術和自動化使用戶能夠基于全面、正確的數據做出決策，進而提升效率。

數字農業在經濟效益上體現在提高農業生產的產出率；打造農產品的品牌，從國內看，農產品里面很好的品牌較少，農業里面國際性品牌也很少；高效管理實現降本增效，農業降低農產品和服務總體經用成本；發揮農業要素的資本價值，現在很多的技術，包括二、三產業里面，在資本市場，利用資本實現產業整體發展、快速發展，農業里面就很少。特別在上市公司里面，做農業題材的特別做農業第一個產品的很少，這里面也代表了一個不平衡。

數字農業在社會效益上表現在促進農業產業結構調整；促進農產品生產流通加工銷售服務一體化，從而創造農業的產業鏈；根據“一物一碼”的標準作為應用深入的標識，包括現在二維碼用得比較多，現在看到超市里面很多產品加了二維碼，能夠實現全產業鏈的監控。

在生態效益上數字農業有利于減少污染，將數字農業運用到監控體系中能降低我們對化肥、農藥的使用，減少對生態環境的污染。利用數字農業技術，比如我們在農藥噴灑的時候不是做全面的噴灑，而是劃區域，有的地方噴，有的地方不噴，這樣對病蟲害起到屏障作用，這樣從技術上是可以做到的，這里面有很多應用的場景可以做。數字農業是農業發展的必然方向，區塊鏈在農業里的應用前景會更好。還會對農村環境有所改善，通過建設農業綜合體，發展生態旅游，建立美麗鄉村，這也是未來的發展方向。現在有很多城市在做田園綜合體，其實田園綜合體到目前為止沒有看到太成功的案例，未來有可能這里面對生態旅游有一個前景。

數字農業不僅會產生效益，它的發展也存在很多問題，一是農業大數據數量不足，質量不高。我國幅員遼闊，土地分散，農業大數據流動性差、難以共享，給數據挖掘和數據分析增加了難度。二是智慧農業的成本很高，但是農產品本身價值低，還有設備貴，冷鏈成本高，生產經營成本高，特別是人力成本特別高。三是技術成熟度不高，核心技術欠缺。我們很多傳感器雖然有技術的優勢，但是由于數量不夠，成本降不下來。

我國數字農業發展趨勢與展望

隨著人口增加、城鎮化發展，農業從基于資源的時代轉向基于知識與數據的時代。將來的農業將是競爭的、知識密集的、市場驅動的農業。從技術方面來說，智能技術的發展和普及，如云計算、大數據、物聯網、人工智能及智能控制等，使得數字農業的發展已具備技術條件。從需求來說，社會的老齡化、農業從業人員的缺失，需要數字農業來提高生產效率。從社會發展來說，民眾對安全食品的需求，環境的改善，呼喚農業的精細管理，增加農業生產的透明度。從國家政策來看，農業始終是國家非常重視的領域，出臺了各種有利于農業現代化的政策，例如三權分離，為數字農業的應用創造了條件。

數字農業要發展必須要場景要擴大化，數字農業要有更多場景來應用。只有場景應用得越多，成本才能下來，才能體驗效益。數字農業的發展是一項系統工程，涉及政策、資本、技術標準、研發、成果轉化、商業模式等諸多方面的內容，需要形成一套良好的智慧農業產業體系，并不僅僅是技術的簡單應用和堆砌。開展數字農業，必須善于處理好科學、技術、經濟、管理、社會和環境等多要素的集成、選擇和優化。隨著生產領域的精準農業實施、流通領域的農產品智能物流的應用，銷售領域的網絡化，我國農產品將逐步實現品牌化。全生態的農業產業鏈條，幫助農產品打入國際、國內高端市場，促進農業全環節升級、全鏈條升值。

數字農業的發展與社會的經濟、文化、觀念息息相關，而不僅僅是農業種植技術和信息技術的結合。復雜的種植環境和社會環境都難以建模，難以預測。將社會因素的影響考慮到農業系統內，發展面向農業的人工物理社會系統（CPSS），將是農業未來發展的趨勢。而以描述、預測、處方為三部曲的平行農業，則為智慧農業提供了一個總體發展框架。

信息化時代，數字農業作為一種新型的農業發展模式，將信息技術綜合、全面、系統地應用到農業生產經營的各個環節，為農業生產提供精準化種植、可視化管理、智能化決策，從而使農業更具有“智慧”，實現農業系統發展升級的整體目標。大力發展數字農業既能補“短板”，又能實現“直道超車”，為中國農業發展與世界同步提供國際領先的全新平臺。但是，在數字農業發展中仍然存在展望中提到的客觀問題，需要政府、科研單位、高校企業及各個相關行業共同努力來解決。