智慧城市興起背景下河南省智慧農業發展研究

鄧 巖

(河南財經政法大學 公共管理學院，河南 鄭州 450046)

農業是立國之本，農業發展不僅關系到人民的溫飽問題，而且還影響到國家的安全問題。特別是現在糧食安全成為擺在我們面前的重大問題，如何發展好農業，提高農業產率，保證農業的發展質量是關鍵。李克強總理在2018年《政府工作報告》中指出，加快建設現代農業產業園和特色農產品優勢區，發展“互聯網+農業”，穩定和優化糧食生產。習近平總書記更是在《擺脫貧困》一書中提到走一條發展大農業的路子，并對2020年全國春季農業生產工作作出指示，強調各級黨委要把“三農”工作擺到重中之重的位置，農業基礎打得更牢，把“三農”領域短板補得更實。2020年6月，農業農村部辦公廳發布的《關于國家農業科技創新聯盟建設的指導意見》指出，深化農業科技體制改革與機制創新、深度推進產學研一體化的重要舉措，是科學配置農業科技創新資源、培育農業農村發展新動能、支撐引領鄉村振興的重要平臺和載體。

智慧城市建設是提升我國城市治理水平、完善城市服務功能、滿足人民日益增長的經濟文化需要的重要戰略支撐[1]。在智慧城市興起的背景下，農業生產要充分利用現代信息技術與互聯網技術,為農業的發展提供全方位的信息服務且更加準確的管理,使得農業系統運行得更加具有效率、更加智能化，成為現代化農業發展的新引擎，故而集新興的互聯網、移動互聯網、云計算和物聯網技術為一體的智慧農業發展是形勢所趨。

一、智慧農業的內涵

何為智慧農業？廣而周知，農業是指利用動物植物等生物的生長發育規律，通過人工培育來獲得產品的各部門。智慧農業則是在支撐國民經濟建設與發展基礎產品的農業基礎上圍繞“大數據”、依托大數據驅動從而實現農業的全產業鏈智能化、精準化的高級農業形式[2]。

智慧農業將農業作為一個中心系統，從獲取信息、傳輸信息、比較分析、做出決策、實踐應用五個層次了解農作物、牲畜、水產品的生長狀態。獲取信息層是智慧農業利用多種攝像頭及傳感設備得到各類農業信息及生長數據；傳輸信息層是將采集到的信息和數據傳輸并儲存到智慧農業動態數據庫中；比較分析層處于智慧農業五個層次中的核心位置，利用先進的數據挖掘技術對半結構化及非結構化的農業數據進行分析和處理,從而提取出關鍵信息作為支撐農業預警、控制、決策和管理的基石；做出決策層是依據比較分析層的結論對實施遠程自動控制的農業裝備和設施提供決策支持；實踐應用層即智慧農業最終目的是投入到農業的智能管理及應用實踐。

二、河南省農業建設概況

河南省地處中原，絕大部分地區位于北亞熱帶和暖溫帶，由于具備天然的地理位置和氣候優勢，充足的光、熱、水資源和肥沃的土地為其農業的發展奠定了良好的基礎。因此，河南省作為中國農業大省，糧棉油等主要農產品產量均居全國前列，是全國重要的優質農產品生產基地。

1.耕地面積

耕地作為糧食生產的重要前提與保障，能夠為農村人口提供主要生活保障，也是城市居民生活資料的主要來源。河南省作為國家糧食生產核心區，當前在推進堅守耕地數量質量、永久農田規劃工作“雙紅線”等方面，做出了不少探索。

在堅守耕地數量質量方面，河南省自然資源廳為嚴守耕地紅線，要求各級國土部門強化“管控、約束、補救、建設、倒逼、懲治”六重保護措施，同時建立以縣級平衡為主、省轄市調劑為輔、省級適度統籌為補充的耕地統籌機制，以確保耕地數量不減少。在“十二五”期間，河南省共整治土地近3069.53千公頃，新增耕地120.73千公頃。據2019年河南省統計年鑒顯示，截至2018年底，河南省耕地總面積達8162.37千公頃，與2009年第二次全國土地調查結果相比，實現耕地凈增加30.05千公頃。近五年河南省耕地面積具體變化情況如下圖1所示。

圖1 河南省耕地面積年度變化情況(千公頃)

永久基本農田作為耕地組成部分，是指為確保土地資源可持續利用和經濟社會可持續發展，根據土地管理法律法規，在土地利用總體規劃中確定不得占用的具有較高或潛在生產能力的農用地。2017年底隨著河南省第三批縣級永久基本農田劃定數據庫上報自然資源部，全省永久基本農田劃定工作全部完成，基本農田保護率由劃定前的83.75%提高到84.04%。2018年河南省印發《關于進一步加強耕地保護的實施意見》，提出到2020年，全省耕地保有量不少于8027.35千公頃，永久基本農田保護面積不少于6807.40千公頃，確保建成4248.12千公頃、力爭建成4949.14千公頃高標準農田。

2.糧食種植

糧食作物是農作物種植中的主導作物，目前河南省主要種植的糧食作物有水稻、小麥、玉米等，主要分為夏收與秋收糧食。2020年河南省人民政府《關于堅持三鏈同構加快推進糧食產業高質量發展的意見》中指出，要深入貫徹李克強總理關于加快建設糧食產業強國的批示要求，抓住我省糧食這個核心競爭力，加快延伸糧食產業鏈，優化服務著力提升價值鏈，積極打造供應鏈，完善原糧供應、倉儲物流、市場供應、食品安全保障四大體系，加快推進糧食產業高質量發展，發揮糧食龍頭企業和產業園區示范帶動作用。

在糧食播種面積方面，近年來河南省糧食種植總面積呈現穩中有增的變化態勢，如圖2所示。截至2018年底，河南省糧食種植面積10906.80千公頃，比上年減少9.05千公頃。但河南省為提高糧食綜合生產能力、保障糧食安全，從2015年開始實施高標準糧田建設計劃，并出臺了相關保護條例，如《河南省高標準糧田保護條例》，以規范河南省高標準糧田的規劃、建設、管理和保護。

圖2 河南省糧食播種面積年度變化情況(千公頃)

在糧食產量方面，2020年河南省認真貫徹落實黨中央經濟工作會議精神，對標全面建成小康社會目標，強化舉措、狠抓落實，集中力量完成打贏脫貧攻堅戰，持續抓好農業穩產保供和農民增收，推進農業高質量發展。河南省2013—2018年糧食總產量變化情況如圖3所示，截至2018年底，全省全年糧食總產量6648.91萬噸，比上年增加124.66萬噸，是歷史第一高產年。其中夏糧產量3613.7萬噸，同比減少102.28萬噸，是歷史第二高位；秋糧總產量為3035.21萬噸，比上年增加226.54萬噸。此外，其他農作物如棉花、油料作物、蔬菜及食用菌，以及豬牛羊禽肉、禽蛋等總產量也都實現了不同程度的增長。

圖3 河南省糧食產量年度變化情況(萬噸)

3.生產條件

糧食產量不僅會受到糧食播種面積、作物品種的影響，同時也會受到機械化水平、化肥施用量等多種外部條件的影響。因此，在作物生長期進行科學管理，通過改進外部生產條件，能更好地促進農業生產方式轉變、加快農業現代化。

農業機械化能夠提高勞動生產率，當前河南省農業機械化正處于速度加快、質量優先發展階段，機械化水平和機械總動力都呈現逐步上升趨勢。一方面，機械化程度逐步提高。據河南省統計年鑒數據顯示，截至2019年上半年，全省主要農作物耕種收綜合機械化水平達82.6%，達到歷史新高，其中小麥生產基本實現全程機械化，機收水平均穩定在98%以上，玉米機播率達92%。另一方面，農機裝備更加優良。2019年初河南省農業機械總動力達1.0204億千瓦，同比增加166萬千瓦，大中型拖拉機保有量和總動力分別達34.715萬臺、大中型拖拉機配套農具63.18萬部，較上一年度增速減緩。為進一步改善農機裝備結構，提升農機化綜合水平，河南省自2010年開始推行實施農機購置補貼政策。2018年底河南省共安排農機購置補貼資金超18億元，重點向合作社、家庭農場等新型農業經營主體傾斜。

河南省主要的農業生產模式是化學農業，這種模式會依賴于化肥和農藥等人工合成化學品，對此河南省相繼出臺《河南省2018—2020年化肥使用量零增長行動方案》《河南省清潔土壤行動計劃》等文件對農藥、化肥的使用進行管控，旨在到2020年，實現全省主要農作物化肥、農藥使用量零增長，利用率提高到40%；測土配方施肥技術推廣覆蓋率達到90%以上；有機肥養分還田率達到60%。2018年河南省化肥使用量增幅降至6.2%以下，增幅明顯降低，農藥使用量下降，如表1所示，2014年以來河南全省化肥農藥使用量呈不同程度的下降趨勢，零增長行動效果顯著。

表1 河南省農藥施用實物量年度變化情況

三、河南省智慧農業建設的現狀分析

1.大田農業智慧化

農業生產承載著農業資產與農業流通兩大領域的發展[3]。大田農業作為河南省的農業支柱，將大田農業生產與互聯網技術相結合使糧食種植的運行更具有效率和活力。

在作物種植信息化建設方面，河南省主要利用3S技術(遙感技術(RS)、地理信息系統(GIS)和全球定位系統(GPS))對作物種植面積、作物長勢、作物產量、病蟲害監測等方面進行監控。對于作物種植面積監測，河南省主要應用多源遙感影像數據的方法，在全球定位技術和地理信息系統的輔助下，提高作物面積的估算精度。對于作物長勢監測，河南省“主要農作物生長動態監測與定量評價技術研究”項目通過驗收，并在關鍵技術方面取得了較大突破。如作物生長參數與作物地表環境參數遙感反演優化技術、遙感作物生長模型和復雜下墊面作物面積提取的混合像元分解技術等，最終為河南省構建了基于多遙感反演參數的主要作物長勢綜合監測指標與定量評價技術體系。對于作物產量監測，目前河南省主要采用具有多波段和較高分辨率并且覆蓋范圍大、免費的MODIS數據展開作物大面積產量估測作業。對于病蟲害監測，河南省啟動全省1000多個病蟲害監測網點以及數字化監測預警平臺，借助衛星遙感技術利用光譜反射率、不同類型的植被指數等方法對病蟲害進行研判。

在農業用水灌溉應用方面，河南省大力推廣應用以低壓管灌、噴灌、微灌為代表的高效節水灌溉技術，節水增糧，節水增效，生態環保效益顯著，為糧食生產核心區建設打下堅實基礎。近年來河南省農田水利基本建設得到大發展，通過分析河南省統計年鑒可知2000—2018年全省農業有效灌溉面積不斷增加，節水灌溉面積也在不斷攀升，具體發展狀況如表2所示。按照河南省的規劃，到2020年，農業灌溉水有效利用系數將提高到0.616，高效節水灌溉面積占有效灌溉面積的比重達30%以上。

表2 河南省農業灌溉面積年度狀況分析表

2.溫室農業智慧化

日光溫室作為反季節作物種植的重要基礎設施，能夠突破農作物對于地域、光照、水源等生長條件的限制，緩解季節性作物市場供應緊張的局面。目前河南省利用現代農業技術推進溫室農業的整體情況較好，內黃縣、滑縣等地積極開展高效農業日光溫室建設，成果顯著，已建設的高標準日光溫室已逾200多座。通過采用大棚溫控技術，利用溫度、濕度、氣敏、光照等多種傳感器對作物生長過程進行全程數據化管控，保證作物生長過程綠色環保、有機生產，促進了高效農業的發展。

課題組以焦作市新源鑫高效農業日光溫室基地為主開展實際調研，該基地占地56畝，完全采用荷蘭進口設備。對于溫度把控，該溫室內部安裝有溫度傳感器，可以收集到各區域微小的溫度變化，根據作物需要可以自動控制雙層濕簾風機、高壓噴霧、降溫、升溫系統，并啟動通風系統，為溫室智能創造適宜氣候環境；對于施肥灌溉，該溫室采用自動化滴灌施肥，引進原裝進口的滴灌系統，自動對作物進行營養液補充。此外，該溫室還采用無土栽培技術、自動化陽光控制系統、自動化補給CO2系統等，從而實現了電腦遙感控制溫室農作物生產的全過程。

3.信息服務系統智慧化

信息服務系統智慧化是利用物聯網、云計算等先進信息技術對涵蓋農業市場、農業科技、農業金融等方面的信息數據進行采集、加工與傳播的過程，能夠幫助農民準確高效的定位市場、及時把握農產品市場價格，進而直接影響農作物的種植結構[3]。

河南省農業農村廳目前已開設河南省農產品價格信息監測系統、河南省農業產業化重點龍頭企業監測系統、小麥價格周報系統、高產創建信息平臺四大模塊，同時設置網上批發市場，及時更新各類農產品最新價格，為農戶種植、銷售提供相關資訊。此外，為有序推進“互聯網+農業”，河南省開展信息進村入戶工程，截至2019年10月，河南省已建成運營益農信息社40285個，覆蓋全省85.8%的行政村，構建省信息進村入戶綜合信息服務平臺，并努力推動全省益農信息社運營，初步在全省鄉村建起了一條“信息高速公路”。預計到2020年底，河南將形成比較完善的信息進村入戶服務網絡和運行機制，實現服務延伸到村、信息精準到戶。

四、河南省智慧農業建設存在的問題分析

1.建設研發資金匱乏

智慧農業需要充分依托大數據收集傳輸系統、終端遠程控制系統等多種現代化技術裝備[3]，而該類技術裝備大多價格高昂，需要政府及社會資金的投入幫扶，單靠企業或個人無法完全承擔。目前，資金已成為制約河南省農業智慧化生產規模擴大的一大瓶頸。

據河南省統計公報數據顯示，在固定資產投資中，第一產業投資金額連續多年遠低于二、三產業，基礎建設資金相對較為缺乏。以焦作新源鑫公司為例，該公司從產品種類到育種、施肥、生產等設備都是依靠荷蘭進口，成本較高，由于租借土地承包經營權，無土地所有權，無法從銀行獲得貸款，故而前期資金投入均需依靠負債，從母公司進行貸款，資產負債率高達90%以上。此外，國家雖出臺相關政策支持農業技術創新，省里補助部分資金，但要求該項目所在縣必須配套同等資金，由于縣政府資金不足，使得此項目缺乏外部資金投入。

2.農業復合型人才不足

智慧農業是物聯網、大數據等現代信息技術在農業領域的全新應用，屬于知識技術密集型產業，不僅需要掌握農業生產技能和操作現代化機械設備的高素質農民，更需要掌握電子信息化的農業技術人員[3]。但就目前而言，河南省仍存在農民勞動力素質有待提高、復合型人才缺乏等問題。

一方面，由于城鄉勞動力轉移，青壯年勞動力離開農村，大多數農業從業人員整體文化水平較低，傳統觀念根深蒂固，農業生產決策往往依賴傳統經驗，接受和使用現代信息化技術能力較弱。另一方面，我國現有農業技術的院校教育主要集中在種植業和畜牧業等傳統產業，缺乏農業生產經營管理和電子信息化的復合型人才，河南省農業技術人才存在較大缺口，尤其是高職稱、高層次的農業人才。因此，高素質農民和高層次專業技術人員的匱乏限制了智慧農業的發展。

3.信息化應用水平有待提高

現代信息化技術是農業發展智慧化的技術前提，信息化的應用和發展水平也影響著智慧農業發展的水平[4]。但就目前河南省信息化建設和應用程度來看，仍存在以下兩個問題。

一是規模化農業生產力度不足限制了現代化信息技術的應用。智慧農業的發展方向將是在大規模集約化生產的基礎上實現網絡統一監測和購銷等。而河南省人多地少，當前小規模的細碎化經營模式占比較大，大多數農墾區的農業經營仍以單農戶家庭為單位，不能形成集中管理、科學種植、按需生產，如焦作市國營博愛農場仍以集體土地承包給農戶的方式進行獨立生產。二是信息化基礎建設阻礙了現代化信息技術的應用。農業智慧化發展需要依賴一定信息技術手段，如物聯網、大數據等。2018年河南省信息社會指數不足0.3972，且顯著低于全國平均水平，仍處于信息社會轉型期，全國排位第28名，較上一年度退后兩個名次，信息化建設程度較為落后，在一定程度上影響了智慧農業相關技術的應用和推廣。

五、河南省智慧農業建設的結論與建議

1.研究結論

智慧農業就是將物聯網、大數據、云平臺等信息技術運用到傳統農業中去，通過互聯網平臺或移動終端實現對農業生產過程的控制，使傳統農業更具有“智慧”。開展智慧農業建設能夠提升農業生產效率、改善農業生產環境、整合農業生產資源、轉變傳統農業生產者身份，從而推進農業現代化建設。課題組通過對河南省農墾區、農產品加工企業、現代智慧農業企業進行實地調研和訪談，對河南省農業建設概況、農業智慧化應用現狀及存在的問題進行整理分析，得出以下結論：

(1)河南省農業發展工作成果顯著，在耕地面積、糧食產量以及生產條件等方面均處于全國前列。首先，河南省耕地面積穩步增長。通過推進堅守耕地數量質量、永久農田規劃等工作，提高了農用耕地的生產能力以及耕地總體面積。其次，河南省農作物產量逐年增加。目前河南全省各級糧食部門主動適應改革新形勢、積極應對發展新任務，其中高標準糧田面積及產能增速較快、糧食生產能力持續保持穩定。最后，河南省農業種植條件逐漸改善。當前河南省農業機械化正處于速度加快、質量優先發展階段，機械化水平和機械總動力都呈現逐步上升趨勢。同時，河南省化肥農藥零增長行動效果顯著，肥料和農藥的利用率都有不同程度的增幅。

(2)河南省智慧農業建設取得一定成效，但也存在不足。一方面，河南省積極推進大田農業、溫室農業以及信息服務系統智慧化建設。對于大田農業，河南省主要利用3S技術對農作物種植面積、長勢、產量、病蟲害監測等方面進行監控，同時大力推廣應用以低壓管灌、噴灌、微灌為代表的高效節水灌溉技術，實現節水增糧、節水增效。對于溫室農業，河南省主要采用大棚溫控技術，利用溫度、濕度、氣敏、光照等多種傳感器對農作物生長進行全程電腦管控，實現綠色環保生長。對于信息服務系統，河南省農業農村廳主要開設網絡信息發布系統、網上批發市場、信息進村入戶工程等，及時為農戶種植、銷售提供相關資訊，實現服務延伸到村、信息精準到戶。另一方面，河南省智慧農業建設仍面臨一些制約因素，如智慧農業所需專業技術裝備大多價格高昂，亟須政府及社會資金投入；由于城鄉勞動力轉移、高校教育集中于傳統模式，使得農業復合型人才供不應求；規模化農業生產力度不足，以及信息化基礎建設有限等阻礙了現代化信息技術的應用等。

2.政策建議

隨著互聯網、物聯網等新興技術的大幅崛起，人工智能、大數據、深度學習等新興概念已逐步滲透到生活的方方面面。農業作為三農問題的根本，在與新興技術的融合中出現了不太和諧的因素，為推動智慧農業建設順利開展，應妥善解決這些不和諧的因素，因而本文就現存問題提出以下三點建議。

(1)統一規劃整合建設資金，加大研發資金投入。一方面，智慧農業具有一次性投入大、受益面廣和公益性強等特點，需要政府的支持和引導。各地方政府應統籌規劃，立足于智慧農業發展現狀，加強對推進智慧農業的宏觀指導,加大政策扶持力度,積極鼓勵探索適宜本土發展的智慧農業建設模式。另一方面，智慧農業發展需要依托的關鍵技術(如智能傳感、作物生長模型、溯源標準體、云計算、大數據等)還存在可靠性差、成本居高不下、適應性不強等難題，需要加強研發技術與投入資金，攻關克難。政府應盡快制定一套完善的財政補貼體系，鼓勵商業銀行及金融機構提供支持智慧農業發展的融資貸款服務，號召具有實力的企業家及農村集體加入智慧農業建設的體系中，多渠道地募集資金以支持智慧農業的研發投入。

(2)培養高素質復合型人才，提高農民綜合素質。智慧農業的發展有賴于大數據、互聯網高新技術的創新與支持,農業技術的創新和器械設備的操作應用都有賴于人才的支持,復合型人才對智慧農業的可持續發展具有無可比擬的作用。首先，要加強智慧農業人才高校培養計劃,加強高校、農業企業及科研機構三者之間的協作關系,形成產學研一體化的培養方式。其次，要進一步完善公共服務體系，適當提高科研人才待遇能夠“留住人”，同時大力引進人才落戶為本地智慧農業的發展作出貢獻。最后，結合河南省農業從業人員綜合素質偏低的現狀，鼓勵農民學習農業信息知識,主動融入現代農業潮流，培養農民的互聯網思維、經營理念，有序有效地對其教育及培訓高新技術設備的操作,使農民能夠適應智慧農業發展的步伐逐漸成長為新型職業農民。

(3)加強信息化建設與應用,推動智慧農業發展。一是搭建智慧農業發展的綜合信息服務平臺，發揮頂層設計的宏觀指導作用，為農業生產者、經營者提供生產情況、市場供求關系及物流等多方面的最新信息，統籌省內的農業發展。如2018年，河南省自然資源廳基于云架構遙感監測“一張圖”建設成果，搭建了“智慧耕地”一體化監測監管平臺，完成了基于云架構的河南省國土資源遙感監測“一張圖”工程整體建設，形成了“一池、一庫、兩體系、三應用、四平臺”，構建了集業務全面管理、審批高效便捷、數據深度挖掘、資源綜合監管、智能輔助決策、社會便民服務于一體的信息化平臺。二是利用新興技術,如互聯網、大數據等技術深入開發農業生產數據的潛在價值,并將其成果轉化為商業模式,提升智慧農業的利潤空間。如在農產品的銷售階段,可以利用大數據技術搜集消費者的消費行為,并將其數據化，進而通過云計算技術分析消費者的消費習慣與特征,為其推薦適合的產品,由此來提升農產品的銷量，推動智慧農業的發展。