智慧農業可持續發展路徑選擇分析

李秀英 杜東菊 張青松

摘要：智慧農業是一種新的農場管理理念，是農業可持續發展的路徑選擇。實踐中的深刻變化，既有機遇，也有巨大挑戰，只有綜合考慮技術、生物系統的多樣性以及網絡和機構的各個方面，數字時代的農業才能被稱為可持續發展的智慧農業。通過對基于物聯網的智慧農業的分析，探索了智慧農業可持續發展的路徑及策略。

關鍵詞：智慧農業;物聯網;可持續發展

一、智慧農業

智慧農業是一種新的農場管理理念，通過生產領域、經營領域以及服務領域的全方位信息化服務，推動農業可持續發展。

在過去的一百年中，重型機械的使用和生產鏈的工業化等給農業生產帶來了重大變化，這些變化對當前農業發展至關重要。智慧農業是一種新的農場管理理念，也是將計算機科學和信息技術融入傳統農業的一種技術手段，智慧農業允許創建大量數據，在將智慧轉化為有組織的信息的過程中逐步引入智能，并提取有意義的信息，作為這一虛擬行動鏈的最后一環。在農業生產的各個層面和規模上采用智慧農業，能夠應對糧食生產需求增加和勞動力減少方面的挑戰。智慧農業可以使用不同類型的傳感器收集數據，經通信網絡發送和接收數據，然后由管理信息系統和數據分析系統進行管理和分析，并通過允許在正確的時間和地點采取必要的行動來最大限度地減少浪費。利用人工智能技術和機器設備對農情進行高效、可靠和準確的預測，降低相應的生產成本，減少環境約束，使用智慧農業提供的數據有助于提高生產力，在現代農業活動中具有重要意義。

二、基于物聯網的智慧農業

正如世界資源研究所（WRI）2018年報告中所表述的那樣，可持續農業的目標是到2050年提高農業產量滿足100億人的糧食需求，而智慧農業是實現這一目標的必然途徑。智慧農業是指將現代尖端技術與傳統農業方法相結合，從而實現無人化、自動化、智能化管理的智慧經濟形態，以提高農業生產的質量和數量為目的，同時顯著降低投入成本。智慧農業的目標是通過利用科學技術提高生產力，增加產量和盈利，并減少環境足跡。物聯網的發展實現了可持續智慧農業的愿景，是智慧農業的關鍵技術，通過自動處理、分析和訪問傳感器、繼電器、網關等不同設備之間的數據流，為獲取的數據增值。因此，智慧農業能夠實現農業生產的效益最大化，能夠更及時地處理生產和管理實踐。無線通信技術在物聯網系統中起著關鍵作用，物聯網的結構主要包括三層：感知層進行感知，網絡層處理數據傳輸，應用層進行數據存儲和數據操作。

感知層：由各種終端設備、傳感器、無線傳感器網絡、RFID標簽和讀卡器、近場通信（NFC）設備等組成。在這一層，傳感器用于收集溫度、風速、濕度、營養水平、植物病蟲害等信息，收集的信息通過嵌入式設備進行處理，并通過網絡上傳到更高一層的處理器進行進一步的處理和分析，這些終端設備和傳感器用于監測、控制、識別和跟蹤農牧產品。無線傳感器網絡通常用于氣候控制、監測儲存和物流設施，RFID作為物聯網感知層的核心，以電子產品代碼的形式存儲數據，然后由RFID閱讀器讀取、觸發和操作。通過RFID射頻識別技術，不需要和目標物近距離接觸就可以在一定距離內識別信息。

網絡層：傳感器和設備需要連接到其相鄰節點和網關，以便構建網絡。在該層，傳感器節點與網絡內的其他節點和網關交互和通信，以便將數據轉發到遠程基礎設施，在存儲這些數據的地方對其進行進一步的分析、處理和傳播，以獲得有用的信息。就覆蓋范圍而言，遠程技術是唯一可靠和理想的解決方案。在精準農業中，需要傳輸和處理大量實時數據，3G、4G、LTE（長期演進技術）和5G蜂窩通信技術是精準農業最合適、最可靠的依托，與LTE相比，5G可以在更高的頻帶上工作，特別是在農村地區，5G技術可以在實時連接模式下提供更高的數據傳輸速率和更遠的傳輸距離，實現農場設備的遠距離操控。

應用層：物聯網架構的最高層次是應用層，這一層的好處和效用最為明顯。例如，在應用層有許多智慧平臺或系統，用于監測和控制土壤狀況、水分和營養水平，還支持病蟲害和農產品安全可控性的預警和管理。

三、智慧農業的可持續發展路徑選擇分析

無論是幾千年前動物和植物的馴化，幾百年前作物輪作的系統化使用和農業實踐的其他改進，還是幾十年前育種、人造肥料和殺蟲劑的廣泛使用，農業經歷了一場巨大的變革。筆者認為，農業所經歷的這場變革是由農業中信息和通信技術的使用呈指數級增長所引發的。總之，這些技術的改進催生了一場技術革命，使農業生產實踐發生翻天覆地的變化。這些新興技術和設備不僅適用于發達國家的農業，也適用于發展中國家的農業，因為在一些發展中國家中，信息和通信技術的基礎設施建設正在迅速擴大，且這些國家對新設備和新技術的接納程度非常高，并可能在未來成為“游戲規則”的制定者和改變者。

（一）智慧農業的發展現狀分析

智慧農業可以減少農業的生態足跡。利用當前的信息和通信技術，可以創建一個傳感器網絡，允許設備對農場進行幾乎連續的監測。特定天氣預報、產量預測、疾病和災害概率預警的運用將使農民以最佳方式種植作物。如果所有與農業相關的數據都由自動化傳感器記錄，那么確定資源應用優先級和進行行政監控所需的時間就會減少。在精準農業系統中，盡量減少或針對具體地點施用化肥和農藥等投入物，將可以有效緩解浸出問題以及溫室氣體排放。同樣，將植物、動物和土壤的狀態與生產投入的理論數據和實踐操作數據進行對比分析，還可以減少不必要的資源投入，節省農民的資金投入和勞動力投入。

智慧農業可以提高消費者的接受度。原則上，智慧農業的分析系統可以根據果園的最佳密度，增加抗氧化劑和其他次級代謝產物的含量，優化管理、提高產品質量，或者根據牲畜的個體化飼養配給，增加生理上更適宜的給料量。這樣產出的產品不僅更健康，而且更受大眾的歡迎。

（二）智慧農業在發展中存在的問題

智慧農業的發展盡管擁有充足的機會，但仍有許多障礙需要克服。需要解決的主要問題包括：誰擁有這些數據？誰可以使用、調閱這些數據？記錄、統計數據占用大量的移動通信資源，是否會造成網絡擁堵？記錄并公開資源投入信息、產品產出信息會涉及知識產權等問題。智慧農業在采用商業模式運行的情況下，設備終端必需全程采集所有數據，然后將大數據轉化為信息和建議，以此來創造附加值，這些信息和建議不僅適用于農民的日常管理，也適用于相關監管機構。因此，政府部門及相關的監管部門必須建立一套完善的監管體系，以確保所采集數據的真實性和安全性，以此來增加從業者之間的信任度，從而促進行業內健康有序的發展。智慧農業技術的使用將會加劇移動通信基站的負荷，負荷過載會使傳輸速度下降、數據采集延遲，后續還可能導致一系列嚴重的后果。例如，當殺菌劑施用得太晚時，會導致所收獲的果蔬上殘留微量殺菌劑，在下一步的農殘檢測中便會顯示不合格，也增加了智慧農業不可持續發展的風險。另外，在工業化環境中，殺菌劑可能會推遲疾病的爆發，但也會增加農作物產生抗藥性真菌菌株的風險，一旦抗藥性真菌攻破了預防措施，這些菌株的作用會更具破壞性。

（三）智慧農業可持續發展的路徑

1、規劃全局，資源聚合。智慧農業的可持續發展需要通過整合技術供應系統、農業生產要素以及農業生產部門的所有參與者，依據智慧農業系統發出的預警及提示，結合當地當下實際情況統一調配資源。沒有一種單一的政策或辦法能夠實現這一愿景，政府需要支持和促進信息通信技術適當利用，考慮技術特性、農業系統的多樣性以及相關市場和政策，才能使數字時代的農業發展成為智慧農業。盡管包括農業機械在內的“物聯網”可以用來管理標準的農業生產，但農民仍然需要充當管理者和監督者，密切關注農情。加強對農民等技術人員的教育與培訓，可以使農民將智能化生產所節省出來的時間用于病蟲害防治或以更個性化的方式監測目前已有地塊農情。

2、培育共識，搶抓機遇。智慧農業的實現需要各方力量不斷加強農業技術創新，攻堅克難。支持農業監測技術的使用與推廣，加大對教育和培訓的投資，可以促進智慧農業的可持續發展。為了增加透明度，需要建立具有不同監管功能的數據傳輸系統。例如，傳輸給政府和供應商的行政和生產數據必須對農民透明，消費者必須能夠洞察整個食品生產鏈。

3、政府支持，重點突破。基于信息和通信技術的數據管理可以為農業發展提供新的途徑，使環境（如土壤、水、氣候）因素更加利于生物多樣性，為了實現這一目標，需要政府制定配套政策，提供智慧農業發展所需的技術、資源、法律、資金和市場架構。例如，政策應提供明確的法律環境，明確所有權和用戶權利，協調各方力量，實現優勢資源的互聯互通，以推進現代信息技術與農業生態系統各種要素的深度融合。基于地理位置、環境因素以及眾多的利益相關者，可能不會形成一個全球統一且迅速被接受的農業系統，因而應該支持建立多樣性的農業系統。為實現農業的可持續發展，經濟學家們必須關注生物多樣性問題，布局農業景觀多樣性、配置物種多樣性的種養體系，建設田間檢測設施、開發新型的農業機械，并建立以信息化為基礎的管理體系。如果提供的管理建議具有高度的可靠性和清晰度，即使農民以前沒有生產過某種作物，同樣可以參照數據進行生產與加工。

基金項目：2018年度吉林省社會科學基金項目“吉林省高校圖書館創客空間構建與服務創新研究”，項目編號：2018885。

作者簡介：李秀英（1977-），女，吉林長春人，碩士，副研究員，研究方向：高等教育。

（責任編輯 李琳）

1832500520361