數字農業技術在山區果樹產業中的應用研究

陳紅艷，饒薔薇，肖 祎，鐘思玲，安 星

(安順市農業科學院，貴州安順 562100)

蜂糖李是貴州安順山區的優良地方品種，依托當地特有的氣候環境資源優勢，其生產出的蜂糖李含糖量高、品質優且經濟效益極高，當地政府高度重視，將其定為地方支柱產業之一，在適宜區域大面積推廣種植。但是，受破碎的山區地形條件限制及基礎設施設備投入不足等影響，蜂糖李主產區的生產方式仍以傳統的勞動力耕作為主，在陡峭的半坡上工人一擔一擔地將肥料挑入果園中，然后又一擔一擔地將蜂糖李挑出果園是目前山區果園常見的生產狀態。落后的栽培模式導致用工密集、投入成本高、生產管理粗放、產品質量低、溯源難等問題，各地蜂糖李以次充好，優良地方品種產品品牌保護面臨巨大的挑戰，傳統農業轉型升級勢在必行。

數字農業是將信息作為農業生產要素，用現代信息技術對農業對象、環境和全過程進行可視化表達、數字化設計、信息化管理的現代農業。數字農業使信息技術與農業各個環節實現有效融合，對改造傳統農業、轉變農業生產方式具有重要意義[1-3]。早在1998年，美國就首次提出“數字地球”的概念，引發全球數字化發展熱潮，并揭開數字經濟發展大幕[4]。美國、英國、德國、日本、挪威、法國、澳大利亞、新西蘭、韓國等發達國家都在加速推進農業現代化進程，在數字鄉村、智慧農業等領域形成了較快的發展態勢，尤其是美國、歐洲的大型農業企業憑借其資金、技術等優勢，在全球數字農業發展中占有較大的份額，并在全球數字農業市場規模中也占有較大規模和比重[5-6]。2022年國發2號文件專門對貴州提出了建設數字經濟發展創新區的戰略定位，作為欠發達地區農業省份，貴州積極抓住機會大力發展大數據產業，推動大數據和各產業深度融合，但在數字農業領域還處于起步階段。數字農業技術生產應用方面存在著生產模式落后，智能設備難以配套推廣應用，不同果樹品種、不同生態氣候環境數字化生產技術標準體尚未建立，數據指揮生產處于空白狀態等問題。鑒于此，筆者以安順市蜂糖李產業為例總結山區果樹數字農業技術的發展與應用情況，梳理當前果樹數字技術推廣應用的難點和問題，提出發展山區果樹數字農業的對策和建議，以期為提升山區果樹產業數字化水平、實現山區果樹產業智能化發展提供借鑒和參考。

1 數字果園的內涵

“數字果園”是通過現有信息和通信技術的充分利用，對果園生產、管理、經營、流通、服務等領域進行數字化設計、可視化表達和智能化控制管理[7]。數字果園信息技術應用包含果園數字化管理與控制、果品質量與安全數字化管理與追溯、果品經營流通數字化管理與電子商務3個方面。從信息內容看，數字果園涉及的數字化對象包括果園環境和果樹生長信息數字化、果園檔案和生產履歷信息數字化、果園經營與流通信息數字化3個內容[8]。其中，果樹生長表型信息獲取是構建數字果園的基礎和關鍵步驟，果樹生長環境數據獲取是實施數字果樹技術的重要基礎。通過物聯網傳感器結合人工智能采集果樹生長表型信息數據，通過在果園部署安裝低功耗、多節點的物聯網傳感器節點及網絡系統，自動化采集果園的環境數據，形成果園環境大數據[9]。對果園天、空、地一體化觀測數據進行模式識別、機器學習和深度學習為代表的人工智能算法和專家系統，構建果園監測預警技術體系[10]，結合果樹表型數據形成果園生產管理智能決策技術體系[11]，應用智能決策體系通過物聯網自動指揮生產，實現果園全程智慧生產管理。智能生產系統記錄生產管理全過程，建立果園檔案和生產履歷信息，實現農產品全程監管數字化，形成物聯網+果品溯源區塊鏈的農產品溯源大數據服務中心，有效解決傳統追溯體系缺失所致的產品失信問題。通過一系列可利用的果樹、果園和果品等大數據信息，為果園管理提供數據、知識和服務，為果品營銷、產業融合等提供數字化、智能化和可視化技術、手段和內容[12]。

2 山區果樹數字技術發展現狀

2.1 蜂糖李產業發展基本情況截至2020年底，安順市果園種植面積約56 300 hm2，其中蜂糖李種植面積約13 500 hm2，約占果樹種植面積的24%。蜂糖李產業主要分布在低海拔富熱區域，安順市海拔450～1 400 m地區均有分布，其中鎮寧縣為蜂糖李主產區，種植面積10 773 hm2，占比約80%,關嶺縣2 046 hm2，占比約15%。受喀斯特山區地貌影響，果樹產業幾乎都分布在坡地及丘陵地帶，種植在25°以上坡地的占比60%以上，約40%種植在緩坡丘陵地帶。種植模式落后，大多數果園順應山體形態依山而建，橫不成排豎不成列，果園毫無秩序可言。在修剪整形管理方面，80%以上的處于自然放任生長狀態，采摘困難，果園郁閉度高。在肥水管理方面，90%以上的果園依靠傳統人工勞作，生產管理成本高，肥水施用不科學，病蟲害防治不及時等導致產品質量低。

2.2 數字農業發展的基本情況隨著現代信息技術不斷發展，物聯網農情監測、冷鏈物流貯藏運輸、電商銷售、自動化節水灌溉水泵、水肥一體化滴灌、小型機耕設施等先進農業生產技術裝備在產業中的應用逐步出現。目前，安順市有大型蜂糖李冷鏈物流倉儲庫、分級包裝生產線，農情氣象監測點在各鄉鎮均有分布。在電商物流服務方面，京東、順豐等服務平臺專門在主產區設立貨物轉運服務點、空運物流分撥中心，保證每天都有新鮮產品運往全國各地。電商綜合服務站全面投入運營，產品線上銷售模式也不斷拓寬，淘寶、京東、天貓等各類網店平臺均有貨銷售，抖音營銷、直播帶貨等現代銷售模式蓬勃發展，電商化水平提高迅速。

3 果樹數字技術應用概況

3.1 果園數字化生產管理情況目前，蜂糖李果園在生產管理上主要應用的數字化技術有遙感無人機使用、水肥一體化自動節水滴灌技術應用。其中，遙感無人機和水肥一體化自動節水滴灌技術相對成熟，90%以上果農了解遙感無人機噴藥技術，但由于遙感無人機價格較高，一般果農無購買能力，僅有極少數有條件的果園采取購買服務的方式開展飛機噴灑農藥業務，應用率不到10%。部分果園安裝了水肥一體化設施，果園管網通達，蓄水設施齊全，可實現自動化澆水、施肥，但以種植經驗比較豐富的果農企業為主，蜂糖李產業上90%以上的果園依舊靠自然灌溉，人工施肥。

3.2 數字化社會服務應用情況在數字化社會服務應用方面，目前產品流通銷售環節數字技術應用相對成熟。在產品營銷信息服務方面，產品成熟時間、數量、價格、市場需求量等信息有專門的管理平臺進行收集，及時對外發布，生產者和銷售者可根據信息進行產品采摘銷售。在產品銷售平臺服務方面，電商蓬勃發展，京東、天貓、淘寶等平臺為生產者提供多個銷售渠道，產品銷售市場可面向全國各地，抖音、直播帶貨平臺等可為消費者提供產品生產基地信息、產品實時動態等，深受消費者歡迎，逐步成為電商主流。在氣象預測預報服務方面，目前監測到的數據可準確地為生產區提供天氣預報，預警洪澇災害、冰雹災害等。

4 數字技術應用存在的問題

4.1 栽培模式落后受喀斯特地貌影響，果樹產業幾乎都布局在坡地及丘陵地帶，大多數果園順應山體表面形態依山而建，橫不成排豎不成列，果園毫無秩序可言，果園水、光、熱、氣、土、肥資源利用效率低。果園栽培管理依靠傳統的人工作業，肥料農藥物資投放依靠人工經驗，新的數字智控技術、機械化、智能化生產技術應用困難，生產費工費時、效率低、成本高、效益低。

4.2 數字化基礎設施欠缺一是光纖寬帶、物聯網等信息基礎設施不完善，盡管農村網絡已全面實現100%覆蓋，但在部分生產區物聯網絡尚未實現全覆蓋。二是數據采集硬件設施缺乏，如天空地一體化觀測硬件基礎設施氣象觀測站、傳感器、智能監控等。目前，在各鄉鎮建設有氣象觀測站，但也僅收集到氣象六要素，部分鄉鎮甚至只能收集到溫度和降雨量，在農田小氣候監測方面由于設施缺乏數據收集幾乎處于空白狀態。三是山區生產環境落后，目前蜂糖李產區除剛建設的機械化生產示范點可初步實現機耕機種外，其他地方只有機耕道通往生產區，而無二、三級生產道進行機耕作業，除極個別生產條件較好的區域安裝有相應的肥水一體化設施外，其余地方均無相應設施設備，生產管理完全靠天靠人力。

4.3 智能管控標準體系缺乏蜂糖李在不同生態氣候環境中生長勢不一致，管理技術措施也不一致。而目前在蜂糖李產業的數字化研究中，果樹表型信息獲取方面尚未開展系列研究及信息采集，表型數據缺失，無數據樣本支撐智能決策體系的建設。在果園環境信息采集方面，山區立體環境復雜多變，同一生產區域垂直海拔差異大，氣候環境也不同，而現有農田小環境中氣象監測點數量不足，收集到的數據樣本不足以支撐病蟲害預警體系的建設，果園大數據是支撐智能化生產的前提，數據缺失導致生產管理智能化控制技術形成受阻，果園檔案和生產履歷數字化無法形成，果品溯源也難以實現。

4.4 數字化社會服務不健全一是服務信息數據缺失，不能形成相應的數字服務標準和體系。例如，在病蟲害預測預報方面，由于缺少智能系統預警，常常在病蟲害發生后才進行救治，導致病蟲害發生嚴重，數據預警決策的先進性無法體現。二是在數字農業生產關鍵領域和薄弱環節的規模化服務供給能力不足。例如，在測土配方施肥、病蟲害統防統治、農機服務方面，相應的儀器設備投入過高，中小型生產戶難以承擔，而相應的服務機構，如縣農機服務中心主要針對大田作物開展服務，在果樹產業上服務能力嚴重不足，現代化“一站式”服務無法實現。三是在智庫服務方面，已建的網絡專家庫在匯集專家數量、推進專家信息公開方面有了一定進步,但仍存在覆蓋面小、信息來源單一、用戶使用不友好、功能簡單以及重復建設等問題。培訓指導多數依賴于田間現場指導培訓，由于專業技術人員數量有限、跟蹤服務不及時，技術指導培訓難以見成效。

5 數字果園發展對策

5.1 加大政府對數字農業扶持力度一是加大數字農業項目建設力度，加強數字農業試點項目建設與示范，推進農業數字化轉型。二是積極優化農業農村投資環境，探索村集體經濟股權設置方式，引入社會資本，加大對數字農業建設資金支持力度。三是完善產品和服務政府補貼政策，加大補貼力度，在數據共享平臺建設、數字信息系統運營維護、數字設施裝備采購、人才培養等方面給予更多政策支持和指導，保障數字農業項目具備自我造血功能和可持續性發展。

5.2 加強數字果園基礎設施建設一是加快推進農村地區光纖寬帶、物聯網等信息基礎設施建設，支持電信企業等深化農村及偏遠地區網絡建設和運行。二是加強天空地一體化觀測硬件基礎設施，如氣象觀測站、物聯網傳感器、智能監控等基礎設施建設。三是加強流通環節分選包裝生產線、貯存保鮮庫、物流運輸設施裝備、流通交易市場等建設。四是加強山區生產環境條件改善，借鑒我國臺灣地區和日本的經驗，將一定區域內零散且不便生產管理的山區農地，結合數字化生產使用標準建設機耕道、作業道、水肥一體化設施設備等基礎設施，使每一塊農地都利于機械化、智能化操作。

5.3 加快數字果園配套技術標準體系研發加大農業科技研發力度，開展山區果樹宜機化配套技術研究，改善山區果樹栽培模式，提升機械化水平。開展果樹數字技術體系研究，通過在不同海拔生態區域果園產區陣列多個傳感器，收集果樹表型和生長環境數據，將所獲取和積累下來的大量數據進行整合，通過分析、歸納、推理，掌握數據自身規律和它們之間的固有聯系，提取出對果樹生產經營有效的信息資源，建立果樹生產管理農業專家智慧數據庫，構建果園監測預警技術體系和果園生產管理智能決策技術體系，形成數字農業標準體系，為生產指導提供“數據+模型”的智能決策服務，實現 AI 種植數字化管理。

5.4 完善數字化社會服務體系一是建設數據信息共享平臺，推進農業農村大數據資源應用，強化數據挖掘，分析預測能力建設，深入推進數據開放共享，不斷強化數據對管理決策的支撐。二是強化數字農業生產關鍵領域和薄弱環節的規?；展┙o，搭建區域性農業社會化服務綜合平臺，為農業生產經營主體提供測土配方施肥、病蟲害統防統治、機耕機收、產業鏈管理等現代化 “一站式”服務。三是完善網絡專家服務平臺建設，推動智庫服務供給端信息公開,為智庫服務需求方獲得高質量決策咨詢服務提供支持。四是完善《農產品質量安全追溯管理辦法》及配套制度標準，加強與市場監管、商務等部門的溝通協調，推動跨部門追溯平臺對接，實現農產品生產經營全程追溯業務協同和信息共享。

6 結語

隨著物聯網、大數據、人工智能以及機器人技術的不斷完善和成熟，以全天候、全過程、全空間無人化作業為特征的無人農場生產模式將成為未來農業發展的新模式和方向，而果樹、果園數字化構建將驅動果園機器人、無人機等智能裝備精準作業。通過數字果樹技術和導航技術結合，構建果園作業自動駕駛服務，數字果樹技術和機器人控制技術結合，構建果園植保、修剪和采摘等無人化作業服務，數字果樹技術和物聯網系統結合，構建果園智能灌溉和預警服務，數字果樹生產檔案與信息技術結合，構建果樹產品追溯智能化服務，將果樹從種植和倉儲環節、運輸和銷售環節，進行全產業鏈的數字化可信溯源，以可視化的形式呈現給消費者，形成數字化品牌營銷服務模式，最終實現山區果樹產業數字化、現代化、智能化、品牌化高質量發展。