農業物聯網技術作用及其對鄉村空間的影響趨勢

曹春 馬曉菡 王信

摘要：以互聯網為核心并拓展的物聯網促進了傳統農業生產由精耕細作向規模化智慧化方向發展，并帶來鄉村空間的變化。文章首先對物聯網在農業領域的技術拓展與方向進行概述，簡要總結農業物聯網與大數據、區塊鏈和電子商務等技術的融合與應用，以及其可能帶來的鄉村空間影響，包括中西部地區的鄉村成長機遇、新鄉村增長極的出現、勞動密集型農業耕作半徑擴大化、鄉村公共服務供給均等化、鄉村人群結構調整等變化，并探討對未來鄉村空間需要予以關注的研究方向。

關鍵詞：農業物聯網；鄉村空間；鄉村增長極；密集型勞動；耕作半徑

doi：10.3969/j.issn.1009-1483.2020.07.013 中圖分類號：TU982.29

文章編號：1009-1483（2020）07-0088-07 文獻標識碼：A

Agricultural Internet of Things Technology and its Impact on Rural Space

CAO Chun， MA Xiaohan， WANG Xin

[Abstract] The Internet of Things， which is centered on and expanded from the Internet， has promoted the development of traditional agricultural production from intensive cultivation to large-scale intelligentization， and brought about changes in rural space. The article first outlines the technical expansion and direction of the Internet of Things in the agricultural field， briefly summarizes the integration and application of agricultural Internet of Things and big data， block chain and e-commerce technologies， and the possible impacts on rural spatial， including the rural growth opportunities in central and western regions， the emergence of new rural growth poles， the expansion of labor-intensive agricultural farming radius， the equalization of rural public service supply， the adjustment of rural population structure and other changes. Also it discusses the research directions which need to be paid attention to in the future rural space.

[Keywords] agricultural internet of things； rural space； rural growth pole； labor-intensive； cultivation radius

引言

2013年國家印發《國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》，提出將物聯網技術發展作為國家戰略性新興產業的重要組成部分，借助高度集成的信息技術促進社會生產和生活向智能化、網絡化和精細化方向推進。作為國家扶持的重要應用領域，我國農業物聯網相關技術的實踐和應用尚處于初級階段，對于農業物聯網所帶來的鄉村空間變化的研究則更少，本文將以此為核心展開討論。

1物聯網技術及應用

1.1物聯網技術與概念

物聯網概念最早由麻省理工學院Auto-ID研究中心提出[1]，強調以互聯網為核心，通過感知設備獲取信息、利用通訊技術傳送信息、借助智能技術處理信息和以調節對象狀態的施效信息[2]，從而即時高效地將世界范圍內各類物品有效聯系起來，并廣泛應用于智慧城市、工農業物聯網和安全防護等方面。

有鑒于其廣泛的創新應用價值，世界各國各團體已開始積極制定本國基于物聯網體系的相關發展戰略，如歐盟2009年發布的《物聯網歐洲行動計劃》，日本2004年制定的“U-Japan”戰略，韓國2004年啟動的“IT839行動計劃”等。在城市中，隨著視頻監控等物聯網感知技術的發展應用，城市披上了“數字皮膚”“數字孿生”助力打造智慧城市，物聯網為城市治理提供了新的思路。同樣的，作為農業生產大國，我國三農的現代化、科技化發展至關重要。農業物聯網技術作為物聯網領域的重要應用方向，可以貫穿農業的生產加工、運輸、經營管理與服務等全產業鏈，通過監測、傳感、傳輸、分析、決策等多種應用場景，增強生產者對農業活動的認知與調控能力，并提高農業生產抵御風險的能力[3]。

1.2農業物聯網技術研究與應用

農業物聯網技術由感知層、傳輸層和應用層三個層面構成[4-6]：

（1）感知層是農業物聯網的關鍵和基礎，主要包括農業生產環境和動植物體兩類傳感器。

（2）傳輸層以PAN網絡、LAN網絡和WAN網絡為主要技術手段。

（3）應用層又可分為技術平臺、應用平臺和應用系統三個部分。應用數據平臺在完成標準化數據處理后，可以將分析模型和決策結果傳輸至相關管理預調度部門，從而為智慧化種養殖提供決策依據。

1.2.1農業物聯網+大數據技術：農業生產的監測、分析和預測

農業大數據是大數據理念、技術和方法在農業的實踐，其涉及到耕地、播種、施肥、殺蟲、收割、存儲、育種等各環節，是跨行業、跨專業、跨業務的數據分析與挖掘，以及數據可視化。隨著大數據技術不斷演進和應用持續深化，以數據為核心的大數據產業生態正在加速構建，數據的獲取、分析和解決手段越來越多樣，精度也不斷提高，其對于農業產業領域的影響力正逐漸凸顯。

當前，黑龍江省基于WSN構建了智能農業信息采集平臺、Hadoop云計算平臺、Mysql數據庫和相關算法完成農業物聯網大數據儲存分析任務[7]，美國中西部地區的FarmLogs與Cropx公司廣泛利用農業物聯網云平臺與大數據綜合應用實時監測農作物生命周期與生產流程，以實現“智慧農業”這一更高階段的現代農業發展[8]。在農業物聯網的大發展下，生產智能監管、農業精準作業程度和產品溯源體系等農業物聯網核心問題借助大數據云平臺，拓寬了生產者數字化管理范疇，提高了農業作業效率[9]。

農業物聯網技術與大數據技術的結合，可以將農業物聯網技術的感知和監測數據依托GPS或北斗系統進行收集、傳輸、匯總，并依靠PAN網絡實現數據傳輸與共享。大數據技術可以通過支持構建數據中心（中臺），高效完成環境監測、資源監測、農機調度、農牧業管理、溫室大棚智能化監控等工作。

目前，我國將GPS定位技術與傳感技術和移動通信技術相結合，研制了地面監測站和遙感技術結合的墑情監測系統，建立了農業部至各省、重點地縣的農業環境監測網絡系統等一批環境監測系統，并可以利用GIS技術實現對農業資源的規劃動態管理。

1.2.2農業物聯網+區塊鏈技術：農業生產的管理和溯源

以農業為核心的區塊鏈尚處于初級應用階段，區塊鏈從智慧農業、信貸金融、品牌產權等方面與農業大數據、云平臺和人工智能相結合拓展區塊鏈的農業應用深度[10]，區塊鏈共識機制、智能合約及安全隱私等關鍵技術也在不斷與物聯網、云計算、5G等融合，跨鏈技術與拓展成為未來發展方向[11]。

總體而言，“農業物聯網+區塊鏈技術”將在以下四個方面給我國的現代農業帶來巨大變革：

（1）構建去中心化的農民信用體系，支持建立農村小微金融體系；

（2）提升農業綜合保險賠付能力：提升農業知識產權保護和農業產權交易的安全性，構建高效率賠付系統，增強農業生產在面對自然災害等沖擊時的抗風險能力；

（3）提高農產品供應鏈管理效率：以完整流暢的信息流覆蓋整個生產消費產業鏈，確保在供應鏈系統任何一個環節出現問題時，都能夠得到及時的反饋和有針對性的解決；

（4）建立公開透明的農產品追溯系統，實現農產品生產的實時監管，保障數據的真實有效性，構建良好的消費與生產信任關系。

1.2.3農業物聯網+電子商務及物流體系：構建低成本的農業物流與運營平臺

農產品電子商務與物流信息化主要包括電子商務解決方案、電子商務平臺與物流信息化系統等，是軟件與信息服務的專業應用領域，其發展的核心是軟件與信息服務產業的發展水平。

在“互聯網+”與共享經濟的雙重作用下，以農業生產資料、休閑農業和村莊民宿為代表的電子商務迅速發展，線上線下的實踐活動推動了工業品牌化經營，超過10個省市、1500億的網絡零售極大推動了農業品牌經營[12]。湖南省依托物聯網搭建智慧化管理可視農業，通過“互聯網+農業”縮小了務農人員與高技能要求的鴻溝，推出了“一縣一品”電商扶貧專項，全面提升當地農產品競爭力[13]。浙江省諸暨市以“三化”為目標，以智慧農業為基礎，推動大數據、云計算、物聯網和人工智能的跨域融合，轉變農業生產方式，創新產品流通渠道，高效管理農業[14]。

目前，農業物聯網與電子商務的結合在應用上需求迫切，但維護成本較高。而隨著區塊鏈等技術可以切實解決大數據平臺的數據真實性和即時性問題，提升農業物聯網的智能化與規模化水平，從而為大幅降低農業生產物流與運營成本提供可能。

2農業物聯網支持下的未來鄉村空間變化

2.1東中西部農業產業發展均衡化

2.1.1物聯網、互聯網新技術支持下的中西部農業產業化

巨大的區域差異一直是我國農業生產的重要特征之一。東部沿海地區農村人口密度較高，有精耕細作的生產傳統，農業地均產出高，生產優勢明顯。而東北和西北部地區是我國人均耕地面積較大的地區，更適合以大規模機械化耕作支持現代農業發展。中部地區是我國的糧食主產區，也是我國人均農業收益最低的地區，勞動力外流、耕地拋荒現象依然突出，部分深丘陵地區的縣仍面臨嚴峻的貧困問題。西南地區是生態環境敏感脆弱、貧困人口分布密集的地區，也是國家推動高山移民和退耕還林政策的主要執行地區。新技術手段為縮小這些差異提供了可能。

美國經濟學家托馬斯·弗里德曼在《世界是平的：一部二十一世紀簡史》一書中，專門針對科技和通信領域的技術革新可能對世界格局的改變進行了深入的分析。針對國內情況，有專家認為：在一定時期內，有鑒于東中西部地區在技術、知識水平和管理水平等方面的差異，互聯網技術反而“可能會使東中西部鄉村地區的差異進一步擴大”[15]。然而近年來，隨著互聯網技術日趨成熟，筆者認為，中西部地區在技術獲取能力、生產組織能力、生產監管能力等方面的瓶頸性問題都有可能依賴新技術加以解決，從而為縮小不同地區農業發展差距提供了可能。其主要可能體現在以下幾個方面。

（1）生產監管的高效與透明化

中西部地區農業生產空間廣闊且類型豐富，不僅擁有諸多地方性優勢農產品，而且農業勞動力資源豐富。然而，隨著傳統自然經濟向大規模的商品經濟轉化，農業現代化客觀要求從生產工藝流程到最終成品的標準化。而中西部地區的農業生產管理水平相對較低，導致其農業生產標準化問題一直未能妥善解決。物聯網和區塊鏈技術的結合，能以監控設備為農業種植提供實時信息反饋和技術指導，從而克服西部地區農業生產管理能力不足的壁壘。而從成本核算的角度來說，雖然物聯網的種植模式需要大量監測設備植入，但是中西部地區的勞動力成本較低、土地成本價格優勢明顯，加之區塊鏈技術可以讓技術管理層級更少、管理成本更低等特點，可以預見在新技術加持下的東、中、西部地區農業產業化管理能力差距將不斷縮小，因此諸如西北地廣人稀勞動力不足、中部勞動力外流拋荒問題嚴重等問題，都可能在新技術的支持下獲得解決方案。

小型農業企業是構建我國現代農業產業化的基石。以杭州建德市為例，2012年該市小微農業企業數量占全市農業企業數量的98%，產值占90%[24]。雖然沒有更為準確的全國性統計數據，但是筆者相信這一比例是符合全國農業企業基本狀況的。此外，即使是大型農業企業，也多通過建立農業產業基地的方式與小型農業企業形成緊密合作關系。可以說，中小型農業企業的成長事關鄉村振興的大局。由于小型農業企業大多選址于村鎮，因此其對鄉村空間格局也具有重大影響。而農業物聯網技術和區塊鏈技術的應用將會給中小型農業企業成長帶來更多的機會。

（1）通過建立更公開透明的可追溯質量體系，支持中小企業參與市場競爭，使得信息更加透明，提升消費者對生產的信任度。傳統農業具有交易數據碎片化、交易節點多樣化、交易網絡復雜化的特點，難以判斷農產品包裝的真實性，其溯源認證采用中心式的記賬模式易受人為因素控制，接受認可程度低。物聯網和區塊鏈支持的二維碼溯源技術可以實現高度透明化的農產品質量安全追溯。從而改變傳統消費者依賴大型農業企業品牌進行消費的局面，給予中小型農業企業更多的發展機會。

（2）大幅降低農業物聯網技術的應用成本和維護成本，以規模化的方式來解決大數據平臺的數據真實性和有效性問題，支持更多中小型農業企業可以以更為低廉的價格享受高級別的技術服務。以美國為例，土壤抽樣分析服務商Solum致力于提供精細化農業服務，幫助農民提高產出、降低成本，兼顧軟、硬件系統實現高效、精準的土壤抽樣分析，以幫助種植者在正確的時間、正確的地點進行精確施肥。

（3）建立完善的農村小微金融體系和去中心化的農民信用體系，支持中小型農業企業的創業創新。

（4）提升農業保險在農業知識產權保護和農業產權交易方面的安全性，預測農業生產風險并搭建高效的災害賠付系統。作為高風險產業門類，各種自然或非自然的不可知風險一直是影響農業企業穩定發展的重大隱患。以物聯網技術支持農業保險賠付體系的做法在國內尚未開展，但在國外已經具有較為成熟的應用范例。例如，美國天氣意外保險公司Climate就應用綜合氣象和農業的大數據系統為農業種植者提供TWI天氣保險項目，根據農場一年的產出計劃評估盈利潛力及政府保險之外的風險。當公司監測到天氣變化對農作物的負面影響時，農場主將自動獲得賠償，無需申報、裁決和等待。

（5）農產品電子商務及物流信息化支持中小型農業企業獲得更加平等的物流服務能力與銷售機會。無論是阿里巴巴的“菜鳥”，還是京東的“亞洲一號”，未來結合大數據、云計算、ArcGIS等技術的智能化物流，將通過網絡平臺打破時間和地域的限制，擴大產品的流通半徑，減少不必要的中間環節，從而更快地聯系到消費者，為中小農業企業參與市場競爭提供便利。

絕大多數農業小微企業分布于小城鎮和村莊，其對于鄉村空間格局的影響遠大于大型農業企業。物聯網等新技術的廣泛應用，將使得農業產業領域更加扁平化，也將進一步在鄉村空間中引導更多新增長極出現，并影響村鎮體系的空間格局。

2.3勞動密集型農業耕作半徑擴大

2.3.1勞動密集型農業耕作半徑問題

我國大部分鄉村地區人多地少，加之許多農業地區地形條件復雜，不利于大型農業機械耕種，農業長期采取精耕細作的方式。同時，在國際市場上我國土地密集型農產品一直處于競爭劣勢，而以精耕細作為核心的勞動密集型農產品占據相對優勢。近年來，在國際貿易出口中，勞動密集型農產品一直保持著增長優勢，也成為農業產業化發展的增長重點。

勞動密集型農業，特別是部分高收益的農作物甚至在生產期要求農民就近照顧，導致農業生產者可接受的耕作半徑極小。而農業耕作半徑問題一直是用以確定農村居民點空間布局的重要分析依據。一般而言，農村居民點居住規模越大，公共服務設施配置成本越低。但以精耕細作為代表的農業地區，則必須考慮耕作半徑問題對農村居民點布局的影響。

2.3.2物聯網技術可能帶來的改變

一方面，物聯網技術將有助于擴大勞動密集型農業的耕作半徑。物聯網可以通過對農田地表數據的感知和監測，借助傳感器對農田濕度、溫度和氣體構成類型進行監測，通過大數據分析獲得更為精準的種植指導，并指導人工智能設備部分替代人力。我國每年通過農業環境監測網絡開展農業環境常規監測工作，獲取監測數據10萬多個；融合智能傳感器技術的墑情監測系統已在貴陽、遼寧、黑龍江、河南、南京等省市推廣應用。

另一方面，雖然目前物聯網相關技術尚處于起步期，傳感器等設備鋪設成本較高，但隨著我國勞動力成本的逐漸推高，以傳感器等設施農業替代部分勞動力將成為未來發展趨勢。高成本的生產投入將有可能將部分傳統勞動密集型農業生產方式和生產者逐步擠出市場。而傳統農業的退出將進一步助推人口城鎮化趨勢，并對人口流動和城鄉布局產生間接影響。

2.4改變鄉村公共服務供給能力，促進公共服務均等化

物聯網技術將為鄉村地區提供更為均等的公共服務，從而帶來縣域空間的扁平化趨勢。近年來，鄉村居民對社會管理、醫療衛生、電子通訊、文化生活等要求日益增長。以物聯網為支持的公共服務型平臺可以提高鄉村地區資源與信息的整合速率，并通過物流采集技術和衛星定位追蹤技術構建智能物流體系[25]，提高物流效率，最大程度地避免了由于公共服務設施布局而產生的縣域聚集，從而使公共服務設施更為均等化。同時，道路交通與電子通訊等設施的不斷優化，降低了居民出行的距離和時間成本。在此基礎上，大型農村居民點所具有的公共服務供給便利優勢將大幅消減。鄉村居民點遷并集聚等舉措對農民的吸引力將下降，縣域鎮村體系可能會更趨于扁平化發展。

2.5鄉村人群構成多樣化

過去“鄉愁”“傳統文化”等因文化思潮曾引起一批返鄉就業，城市中許多自由職業者和藝術工作者涌入鄉村，成為新村民。然而，從目前情況看，基于文化思潮帶來的鄉村人口結構調整僅限于少數自然或人文資源稟賦優異的村落，對一般鄉村地區的影響有限。但是，隨著新技術開始大規模進入農業，與之對應，將有大量的新型技術人員、創業者進入鄉村地區。近年來我們可以看到，以物聯網和新技術所帶來的跨學科大融合與過去不同，所涉及的人員流動、物流運輸、信息往來和技術交互的覆蓋面將更加廣泛，各行業人群規模遠高于從前。可以大膽預測，由此帶來的職住布局方式和鄉村產業企業格局也會在新技術刺激下發生變化，以適應即時高效、靈敏智能的農業物聯網服務體系，其所導致的鄉村人群結構調整才將真正對總體鄉村空間格局造成影響。

3結論與啟示

農業物聯網技術、大數據技術、區塊鏈技術等新興技術是近幾年來國家發展的重點，也必將深刻的影響著各行業、各領域的成長。

在中觀層面上，依托農業物聯網技術，將可能使得中西部農業產業化發展差距縮小、非優勢農業地區獲得新增長機遇。農業產業的扁平化將給更多鄉村地區帶來新的空間成長可能。而這些可能性會在多大程度上影響傳統的鎮村空間格局？由城鎮化推動的空間集聚趨勢及因為鄉村新增長空間出現帶來的分散趨勢將會如何平衡？特別是地廣人稀的西部地區，在新技術的助力下是否會產生顯著的空間格局變化？

在微觀層面上，農業領域新技術的引入推動傳統農業逐漸由精耕細作向智能化、規模化方向發展，擴大了勞動密集型農業的耕作半徑。同時，在工業4.0時代的定制化、差異化風潮影響下，借助新技術，中小型農企和家庭式小農場企業向利好方向發展，并吸引行業新興技術人才進入鄉村地區，從而改變鄉村地區的人群結構。隨著信息技術與智能體系的不斷完善，公共服務設施均等化水平也將不斷提升。那么，未來鄉村居民點的空間特征是否會發生顯著變化？無論是鄉村居民點的“顆粒度”還是其內部功能結構，是否會因為新人群、新功能、新產業形式而發生顯著變化？未來與生產方式相匹配的鄉村住宅形式和鄉村居住空間模式是怎樣的？為了應對鄉村人群構成多樣化，鄉鎮交通系統和基礎服務設施將如何布局？以村鎮為核心的生活圈的結構特點是什么？以及城鄉融合和人員流動所帶來的職住平衡等問題，都將是后續值得探索和研究的問題。

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