數(shù)字技術(shù)對德國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義

文│閆燕 楊濤 王思雪（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對外經(jīng)濟(jì)合作中心）

德國不僅是一個充滿工程創(chuàng)造力的工業(yè)國，同時也是一個農(nóng)業(yè)強(qiáng)國。盡管人口密度很高，但德國耕地面積占到了國土面積的一半。德國275,400個農(nóng)業(yè)企業(yè)、近一百萬農(nóng)業(yè)員工的年產(chǎn)值超過500億歐元，農(nóng)業(yè)早已實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域數(shù)字技術(shù)的發(fā)展使得田間和農(nóng)場的自動化早已成為現(xiàn)實。多年來德國農(nóng)業(yè)科技發(fā)展迅速，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)日常工作二十多年，智慧農(nóng)業(yè)早已成為新型農(nóng)業(yè)發(fā)展形式。

數(shù)字農(nóng)業(yè)是1997年由美國科學(xué)院、工程院兩院院士正式提出。指在地學(xué)空間和信息技術(shù)支撐下的集約化和信息化的農(nóng)業(yè)技術(shù)。數(shù)字農(nóng)業(yè)是指將遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、計算機(jī)技術(shù)、通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)等高新技術(shù)與地理學(xué)、農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物生理學(xué)、土壤學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科有機(jī)地結(jié)合起來，實現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對農(nóng)作物、土壤從宏觀到微觀的實時監(jiān)測，以實現(xiàn)對農(nóng)作物生長、發(fā)育狀況、病蟲害、水肥狀況以及相應(yīng)的環(huán)境進(jìn)行定期信息獲取，生成動態(tài)空間信息系統(tǒng)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)象、過程進(jìn)行模擬，達(dá)到合理利用農(nóng)業(yè)資源，降低生產(chǎn)成本，改善生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)作物產(chǎn)品和質(zhì)量的目的。

數(shù)字農(nóng)業(yè)是將信息作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素，用現(xiàn)代信息技術(shù)對農(nóng)業(yè)對象、環(huán)境和全過程進(jìn)行可視化表達(dá)、數(shù)字化設(shè)計、信息化管理的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。數(shù)字農(nóng)業(yè)使信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)有效融合，對改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式具有重要意義。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術(shù)的加持催化下，數(shù)字技術(shù)正在逐步滲透到農(nóng)業(yè)價值鏈的每一個環(huán)節(jié)，從而幫助農(nóng)民、農(nóng)商從業(yè)者、決策者和研究人員等更加科學(xué)、有效地分析、決策與應(yīng)用。

一、德國數(shù)字農(nóng)業(yè)在實際中是如何應(yīng)用的呢？

數(shù)字技術(shù)讓自動駕駛已經(jīng)成為現(xiàn)實，GPS導(dǎo)航拖拉機(jī)在田地間行駛，機(jī)器上的傳感器可以檢測植物是否需要肥料，土壤中的水分含量和農(nóng)作物狀況。拖拉機(jī)上的傳感器可以針對不同工廠的要求，助力實現(xiàn)精確施肥，不僅可以避免過量的化肥使用，而且對環(huán)境保護(hù)也是有益的。德國大規(guī)模的農(nóng)場都進(jìn)行著現(xiàn)代化的養(yǎng)殖與管理：在奶牛場，農(nóng)民日常工作時普遍使用帶有傳感器的擠奶系統(tǒng)和設(shè)備，該傳感器可以分析牛奶成分或奶牛的身體狀況，并及時向農(nóng)民報告。牛棚里有擠奶、喂食和清除糞便的機(jī)器人，機(jī)器人可以保持牛舍清潔。在養(yǎng)豬場，計算機(jī)控制的飼喂系統(tǒng)已成為標(biāo)準(zhǔn)配置，豬成長的每個階段都有專用豬舍。在養(yǎng)豬過程中，利用現(xiàn)代生豬視覺識別技術(shù)、在線稱重技術(shù)，可以監(jiān)測整個豬群的狀態(tài)、日增重、飲水和飼料情況，以及豬的活動量是否正常等。關(guān)于預(yù)測重量，可以提前五天或一周預(yù)測豬可能出欄的重量，再決定是否需要進(jìn)行飼料限制等操作。

利用數(shù)字技術(shù)獲得大量準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，農(nóng)民們可以對養(yǎng)殖的動物進(jìn)行長時間的跟蹤，對雞群或豬群的生產(chǎn)狀態(tài)提前做出預(yù)警，以便準(zhǔn)確判斷是否需要人為干預(yù)整個動物群的健康，預(yù)防大規(guī)模的群體性疫病的發(fā)生。在養(yǎng)豬或家禽養(yǎng)殖場，還利用現(xiàn)代技術(shù)模擬豬或家禽最佳的生產(chǎn)環(huán)境，比如宰雞或宰豬的環(huán)境里安裝傳感器、安全執(zhí)行器，比如風(fēng)機(jī)這些設(shè)備可以提供給農(nóng)民準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、反饋，也就是需要數(shù)字化來對整個農(nóng)場的生產(chǎn)進(jìn)行協(xié)助。同時，德國的農(nóng)民必須遵守動物福利型和環(huán)境友好型畜牧業(yè)的法律法規(guī)，例如包括豬舍通風(fēng)和糞尿儲存。

德國農(nóng)業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新快速地促進(jìn)著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展，還為農(nóng)業(yè)及其上游和下游產(chǎn)業(yè)提供了許多機(jī)會。例如，農(nóng)民可以以更加可持續(xù)和透明的方式生產(chǎn)食物，現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)可以使體力勞動或單調(diào)的工作變得輕松。數(shù)字解決方案使農(nóng)業(yè)部門能更有效地管理使用水和土壤等有限的資源。畜牧業(yè)的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用改善了動物的生活狀況，例如通過改善飼喂管理或盡早發(fā)現(xiàn)動物是否生病，監(jiān)控動物健康狀態(tài)，這有益于改善動物福利。

◎圖1 農(nóng)業(yè)施肥管理系統(tǒng)，使用近紅外光譜NIRS在線測量肥料成分

◎圖2 養(yǎng)殖棚互聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)養(yǎng)殖棚環(huán)境、擠奶（AMS）、飼喂（AFS）、墊料、糞便清除、能源管理機(jī)器之間的互聯(lián)

二、德國通過數(shù)字技術(shù)解決了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的哪些問題呢？

1.農(nóng)業(yè)施肥管理。近紅外光譜技術(shù)在施肥管理中可以起到很好的作用，有助于在不同的地塊上實現(xiàn)精準(zhǔn)的施肥，也可以根據(jù)測得的營養(yǎng)成分實時調(diào)整施肥的漿液量，以提高養(yǎng)分利用效率并減少土壤的養(yǎng)分過剩。同時，也可以減少地下水污染的風(fēng)險，通過精準(zhǔn)的施肥，可以了解到這個地塊的產(chǎn)量，高產(chǎn)量和低產(chǎn)量地區(qū)所需要的施肥量有什么不同，對于農(nóng)民和研究人員來說都可以獲得非常透明、直接的數(shù)據(jù)。

2.基于傳感器的產(chǎn)量測定。其可持續(xù)性體現(xiàn)在可以通過傳感器精確了解每個地塊的產(chǎn)量和營養(yǎng)成分，根據(jù)具體物質(zhì)產(chǎn)量和收獲物的養(yǎng)分含量調(diào)整漿液分布，可以加強(qiáng)對比較肥沃土地的利用。對于相對不肥沃的土地而言，可以適當(dāng)擴(kuò)大作物的面積。通過這些技術(shù)手段，可以同時保證精細(xì)作業(yè)以及生物多樣性。

3.飼養(yǎng)管理。在飼養(yǎng)過程中，利用精準(zhǔn)的數(shù)字技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以增進(jìn)對營養(yǎng)成分、飼喂量等情況的詳細(xì)了解，避免定量配比中的氮和磷過剩，有效防止養(yǎng)分含量過剩，可以更加合理地配比利用飼料，以減少精飼料的使用。通過對養(yǎng)分流進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)在整個循環(huán)過程中的薄弱環(huán)節(jié)。這在可持續(xù)發(fā)展中非常重要。

◎圖3 連接每個牲畜個體的傳感器系統(tǒng)

4.養(yǎng)殖棚互聯(lián)技術(shù)。這些設(shè)備之間實現(xiàn)的互聯(lián)可以接收來自彼此的信息。通過互聯(lián)技術(shù)可以看到在牛舍里的傳感器，利用刮糞機(jī)器人可以接收有關(guān)奶牛位置的信息。由此奶牛排泄后快速清除尿液和糞便，改善了養(yǎng)殖棚過道中氨氣的排放，有利于奶牛的健康，大大提高了動物福利。

5.連接每個牲畜個體的傳感器系統(tǒng)。通過連接個體的傳感系統(tǒng)可以監(jiān)測個體動物的各種表現(xiàn)行為，從而判斷它們的健康情況，做到提前預(yù)判和更改善。可見個體動物傳感器對于提升動物的健康狀況非常關(guān)鍵，在奶牛場中可以提高奶牛的經(jīng)濟(jì)壽命。

對畜牧業(yè)中例如養(yǎng)殖奶牛而言，數(shù)字化的技術(shù)有助于更好了解牛奶生產(chǎn)的過程，可以提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)量，更有利于持續(xù)性措施的實施。在整體農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，不僅利用數(shù)據(jù)做關(guān)于生產(chǎn)或生產(chǎn)過程本身的控制，同時也可以利用這些數(shù)據(jù)的變化對可能發(fā)生的生物安全風(fēng)險進(jìn)行整體的提報。可以用聯(lián)網(wǎng)終端將一些生物安全風(fēng)險提供給其他的農(nóng)場或提供給其他的區(qū)域來進(jìn)行提前的預(yù)防。