中國智慧農業研究演進脈絡梳理及前沿趨勢分析

洪 帥，王天尊，符曉藝

(1.河北經貿大學經濟研究所，河北石家莊 050061； 2.河北經貿大學京津冀協同發展河北省協同創新中心，河北石家莊 050061)

隨著物聯網、大數據、人工智能等新興信息技術的推廣應用，我國也逐步開始關注和重視智慧農業的發展，要把建設智慧農業作為“十四五”時期以及面向2035年提高農業質量效益與競爭力的重要內容[1]。2022年中央一號文件提出大力推進智慧農業的發展，拓寬農業農村大數據的應用場景[2]。相關重要文件的出臺表明，未來推進智慧農業發展將是必然趨勢。發展智慧農業對于我國農業生產方式轉變、農業現代化進程加快以及農業強國目標實現都具有重要的理論價值和廣泛的現實意義。當前，我國正處于社會主義新發展階段，培育新動能、發展新經濟是貫徹落實新發展理念的重要體現[3]。因此，通過對我國智慧農業進行深入研究，梳理智慧農業發展脈絡，理清智慧農業發展路徑與需要解決的障礙，以期為今后智慧農業健康發展提供一定的借鑒經驗。

1 智慧農業文獻回顧

我國智慧農業研究主要圍繞智慧農業自身發展、支撐發展、區域發展等3個方面展開。

1.1 智慧農業自身發展研究

智慧農業賦予了農業智慧化、信息化、智能化、數字化、資本技術密集化的特質[4]，著重關注其基本目標、最終目標與產業形態，強調不同智慧系統與農業組織的黏性及可結合性的智慧性活動[5]，將新一代信息技術廣泛運用于農業決策、生產、流通、交易等環節中，形成以數據科學、農業與商業知識、智能終端相互結合的現代農業產業形態[6]。發展智慧農業對于農業生產的精細化智能管理與信息化管理、農業供應鏈信息聯通、農業生產經營模式創新應用、農產品市場變化與消費者需求都有重大的意義[7]。

由于我國農田地塊規模小、耕地細碎化、農業機械化水平比較低、農業信息化基礎設施薄弱、信息技術適用性不強和有效供給不足、復合型高素質農業專業技術人才缺乏等諸多問題普遍存在[8]，使得智慧農業自身發展面臨城鎮化進程中農業萎縮、從事智慧農業意愿不強、創新性農業商業模式匱乏、農業配套服務體系不健全、農業技術短板明顯等矛盾和挑戰[9]。因此可通過劃分農業產前、產中、產后智慧化階段[10]，面向不同生產經營主體和不同產業主體，建立規劃引導、平臺集聚、利益共享、成本分擔、協作創新、差異補貼等機制，以技術集成、人才培育、資金保障、引領示范推動智慧農業持續健康發展[11]。

1.2 智慧農業支撐發展研究

對智慧農業發展起到重要支撐作用的研究主要體現在對智慧農業中人、機、料、環等方面的研究。

為應對涉農人才“離農”傾向、人技關系重構、倫理文化重塑等挑戰，要求職業教育將宏觀層面產教融合、中觀層面資源整合、微觀層面育訓結合更好地服務于智慧農業發展實踐[12]。農戶和承包商選擇行為博弈關系對智慧農業發展尤為重要，承包商運營成本和設備購置成本、農戶學習成本及政府補貼會影響各方博弈結果[13]。

農業機械裝備和新一代信息技術是現代農業轉型升級的物質基礎與硬件條件，而裝備與信息技術協同將成為智慧農業發展的新趨勢[7]。推進三維空間內部署智慧農業傳感器網絡通信節點[14]，構建智慧農業信息傳輸網絡，優化智慧農業物聯網終端節點設計，實現對農業設備的接入[15]。智慧農業裝備信息化系統，提高了農業裝備制造效率，增強了智慧農業競爭力[16]。傳統農業大棚生產管理效率低、環境監測和控制自動化低[17]，而智慧農業大棚通過測控系統及微型能源網優化調度實現遠程實時監測、調節控制、生產效率提高及維持農村電網可靠性和穩定性[18]。

傳統粗放型灌溉難以充分利用自然降水，對作物生長產生不利影響，一定程度上會造成水資源浪費[14]。智慧農業灌溉系統提高了灌溉作業智能化水平，節約了水資源[15]。運用大數據理念、技術和方法，圍繞智慧農業情景開發設計信息采集與數據分析處理的平臺，解決對農業或涉農領域關于溫度、濕度、光照度、CO2含量等數據信息的采集、存儲、計算與應用等一系列問題[16]。

1.3 智慧農業區域發展研究

對智慧農業區域發展的研究主要表現為對國內相關省(市)智慧農業發展的經驗總結以及對國外等發達國家或地區智慧農業發展的經驗借鑒。

國內相關省(市)智慧農業發展研究的經驗總結具有代表性，涉及經濟發達省份、經濟欠發達省份、農業省份、直轄市及縣域等。山東作為經濟發達省份，智慧農業發展呈現生產效率總體上升、空間差異明顯的特征，在技術進步與生產效率之間呈現出“倒U形”的庫茲涅茨曲線關系[17]。廣西壯族自治區作為經濟欠發達省份，農業發展總體上已經呈現顯著的改善態勢，但因可持續發展客觀水平較低，一定程度上偏離了智慧農業的發展理念[18]。黑龍江作為農業省份，發展智慧農業，將有利于減少氨氮排放量，節省對水資源和肥料的消耗，增加農村人均可支配收入，但因技術設備利用率低，使得用電量消耗較大，且智慧農業普及率有待提高[19]。天津作為直轄市，智慧農業雖具備較好的基礎條件，但農業規?；潭刃?、農村土地流轉速度慢、農民綜合職業素質低等現實問題，限制了智慧農業的進一步發展[20]。通過對新疆察布查爾錫伯自治縣涉農人員進行調查，發現從事與農業科技工作關聯度高且文化水平高，普遍對智慧農業建設越支持[21]。

國外智慧農業發展研究的借鑒經驗主要源自美國、日本、歐盟等國家或地區。面對全球智慧農業經歷的探索萌芽、起步發展、理論形成、數據驅動等階段[22]，世界各國積極對智慧農業科技實施戰略布局，推進新興信息技術與農業生產、經營、加工、銷售等各個環節的深度融合與集聚創新[23]。美國智慧農業展現出智能化精準的特征，以規?；洜I促進智能化農業系統完善功能，強化農村區域信息化建設[22]。日本智慧農業呈現出集約化精耕的特點，建設集約型自動化農業產業鏈，強化地域特色，重視生物技術加職業教育[24]。歐盟精準錨定內部差異，發展區域集群智慧農業，重視智慧農業技術差異性和適用性，加強推進信息基礎設施建設，促進歐盟農戶接軌智慧農業[25]。其中，法國以工哺農，推進工業與農業深度融合，建設規模自動化智慧農業模式[26]。

國內學者關于智慧農業的研究已經取得了大量成果。從研究內容上看，主要圍繞智慧農業自身發展、支撐發展、區域發展3個維度展開，但鮮有運用文獻計量學方法梳理和總結智慧農業相關文獻。鑒于此，嘗試探究中國智慧農業研究演進脈絡與前沿趨勢，以期更加全面地掌握智慧農業的研究動態，為未來智慧農業的持續健康發展提供可參考的依據。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

通過使用CiteSpace 5.7.R3版本，對當前中國智慧農業研究文獻中空間內在關聯和規律進行挖掘，以可視化的方式展示中國智慧農業相關研究的進展，方便未來有關研究者準確理解和拓展研究。

2.2 數據來源與處理

以中國知網數據庫作為數據源，檢索“主題=智慧農業”的核心期刊、CSSCI、CSCD等中文期刊文獻。通過人工核驗的方法手動剔除會議、論壇、工作紀實、特約評論、訪談和圖書等，保證數據來源的科學性與有效性，共檢索出245篇。通過Refworks格式保存檢索到的文獻信息，并使用CiteSpace軟件實現格式轉換。CNKI導出日期為2022年5月8日，檢索日期為2022年5月8日。使用CiteSpace 5.7.R3導入數據，設定時間間隔為1年。

3 智慧農業研究現狀

3.1 中國智慧農業研究省際分布

在核心期刊、CSSCI、CSCD等期刊上發表以“智慧農業”為主題的論文的省(市)共涉及27個，其中，北京市與其他各省(市)相比發文數量最多，約占全部文獻的23.4%；其次，是山東、江蘇、河南等省份，分別約占全部文獻的9%左右。在CNKI上發表核心期刊、CSSCI、CSCD期刊論文數量排名前5位的省(市)依次是北京市、山東省、江蘇省、河南省、廣東省。由發文數量看，國內各省(市)在智慧農業研究方面存在重大差異(表1)。北京市雖不是農業大省，但在智慧農業研究方面一枝獨秀，位于全國省份研究第1梯隊，發揮著服務于全國各省份的重要功能；山東省、江蘇省、河南省等省位于研究第2梯隊，同時也都是我國排名前10的農業大省。廣東省、四川省、湖北省、吉林省、河北省、浙江省、遼寧省等省位于研究第3梯隊，黑龍江省、上海市、山西省、陜西省、廣西壯族自治區、重慶市等省份位于研究第4梯隊，其他10個省份則位于研究第5梯隊。黑龍江省、湖南省、廣西壯族自治區等排名前10的傳統農業大省卻沒進入智慧農業研究的前3梯隊[27]，說明這些省雖有較為強大的農業基礎，但對智慧農業的研究不足，在推動智慧農業發展過程中失了先手。

3.2 中國智慧農業研究時間序列發文量分布

中國智慧農業研究發文量總體上呈現上升趨勢，說明對智慧農業的研究越來越深入，表示對其重視程度不斷增強。CNKI時間序列見圖1，可以看出我國智慧農業的研究始于2011年，到目前為止也僅有12年。2011—2013年，我國智慧農業研究處于起步階段，研究增長量較少；2014—2016年，處于緩慢增長階段，研究量小幅增加；2017—2019年，處于穩步增長階段，研究量增長明顯，但出現下降的趨勢；2020—2022年，處于爆發增長階段，研究量大幅增加。

表1 各省份核心期刊、CSSCI、CSCD發文量

3.3 中國智慧農業發文期刊分布

中國知網收錄主題為智慧農業的期刊發文量排名前12位的多數為半月刊和旬刊，其中發文量最多的是《農業工程技術》，而核心期刊、CSSCI、CSCD收錄期刊發文量較多的是《農業經濟》、《江蘇農業科學》等，其中《農業工程學報》、《中國工程科學》、《中國農業資源與區劃》、《農業現代化研究》等復合影響因子較高。通過對比智慧農業發文量前12位的普通期刊與核心期刊、CSSCI、CSCD(表2)，可以看出普刊發文量相對較多，而核心期刊、CSSCI、CSCD發文量相對較少。隨著我國國家層面對智慧農業的關注，核心期刊、CSSCI、CSCD對智慧農業的重視程度將持續增強，發文量也將隨之增加。

表2 智慧農業發文量前12位期刊

3.4 中國智慧農業研究機構情況分析

根據研究機構情況看，網絡節點183個，連線103條，網絡密度0.006 2，說明國內機構關于智慧農業研究的合作并不算太少。最大子網絡成員有節點19個，占比10%(圖2)。從發文量看，全國排名前6的研究機構分別是江蘇大學農業工程學院、華中農業大學公共管理學院、武漢工程大學藝術設計學院、中國農業科學院農業經濟與發展研究所、江蘇大學國家水泵及系統工程技術研究中心、新疆農業大學經濟管理學院，發文量均為9篇。

由圖3可以看出，已經形成了以國家農業信息化工程技術研究中心、中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所、中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所、中國農業科學院農業信息研究所、中國科學院地理科學與資源研究所等為核心的研究機構合作網絡，這幾個機構間的連線較粗且節點多，說明機構間的合作意識較為明顯。從整體上看，核心機構合作網絡雖已初具規模，但其他機構間的合作意識較為淡薄，未來合作還有上升空間。

3.5 中國智慧農業研究作者情況分析

根據作者合作情況看，網絡節點211個，連線182條，網絡密度0.008 2，說明國內學者關于智慧農業研究的合作具備一定程度規模。最大子網絡成員有節點7個，占比3%(圖4)。關于智慧農業主題發文量全國排名前6的作者分別是付輝(12篇)、劉進思(12篇)、余國新(12篇)、呂海洋(11篇)、姜慶志(9篇)、李優柱(8篇)等學者，首篇發表時間均為2011年，當前已成為智慧農業領域研究的中堅力量。

由圖4可以看出，對智慧農業開展研究的學者人數眾多。圖中字體越大，發文量則越多。作者間的連線越粗，說明存在的合作關系更密切。根據普萊斯定律[28]，計算得到核心作者最低發文量應為3篇，由此得到智慧農業研究領域核心作者共現情況(圖5)。

從圖5可以看出，智慧農業研究領域核心作者合作之間形成了諸多合作團體。整體看有6個合作團體呈現星狀或點狀分布，其中以付輝、劉進思為中心的科研團隊發文量最多，合作關系程度最密切；以馮獻、趙春江為中心的科研團隊次之；而其他合作團體規模較小、發文數量與合作關系都較為有限。未來關于智慧農業研究的合作意識還需進一步加強，只有更多的學者深度合作，才能維系穩定的科研團隊深入到智慧農業的研究當中，才會在后續關于智慧農業研究中碰撞出更加熱烈的思想火花。

4 智慧農業研究熱點與前沿分析

4.1 關鍵詞共現網絡研究熱點

關鍵詞是學者共同關注特定學術領域的研究主題，其共現網絡分析可以更加直觀地反映這一領域的研究熱點[29]。一般來說，關鍵詞的詞頻與研究熱度成正比，關鍵詞詞頻出現的頻率越高，則說明其研究熱度越高[30]。通過對2011年以來智慧農業相關文獻關鍵詞進行共現聚類網絡分析，識別智慧農業領域相關熱點。智慧農業研究關鍵詞共現知識圖譜(圖6)共得到245個關鍵詞節點以及374條關鍵詞連線，網絡密度0.012 5。十字形節點為關鍵詞，節點越大表示頻次越高[31]。由此可見，智慧農業、鄉村振興、物聯網、農業機械化、數字鄉村、互聯網+等關鍵詞節點最大，說明這些關鍵詞是當前我國智慧農業領域的研究熱點。

智慧農業研究關鍵詞聚類見圖7，共現關鍵詞245個，其中，以Q值度量聚類網絡的穩定度，其值為0.322>0.3；以S值度量聚類網絡的清晰度，其值為0.865 3>0.5，說明聚類結構穩定且令人信服[32]。

智慧農業、鄉村振興、物聯網、農業機械化、數字鄉村、互聯網+、大數據、農業現代化、信息化等關鍵詞頻率最高，其中介中心性見表3，這從側面驗證了圖譜的真實性。

由圖6轉換成國內智慧農業研究聚類共現時序圖(圖8)。2011—2022年國內智慧農業研究聚類共現時序圖分為25個共被引集群，以智慧農業為核心向數字鄉村、農業、大數據、信息技術、信息化、農業現代化等多方向發散。其中，最重要的聚類標簽#0智慧農業從早期關注農業機械化、丘陵山區等轉變為現在關注全程機械化、農業碳匯、生態農業、低碳農業、物聯網技術等。聚類標簽#1數字鄉村從早期關注鄉村振興等轉變為現在關注供應鏈、農業經濟、農業碳排放等。

表3 智慧農業研究核心關鍵詞

隨著時間推移，智慧農業研究焦點在時間軸上呈現高頻關鍵詞的演化，相應關鍵詞的節點越大，頻次就越高，可以清楚地看到圍繞智慧農業研究的關鍵詞發展脈絡、演化路徑與研究方向變化趨勢的全貌。直觀智慧農業研究不同年份的研究熱點，益于準確理解與科學預測智慧農業研究的未來動態與趨勢(圖9)。

4.2 突現分析方法研究前沿

一般來說，通過突現強度直觀反映一定時間段內更為活躍的關鍵詞或者被引文獻[33]，確定特定學術領域中某一主題研究中的重要文獻經及關鍵節點信息，據此了解此特定學術領域中關鍵詞未來變動的趨勢[34]。智慧農業研究關鍵詞突現圖見圖10，通過軟件計算，生成了自2011年以來16個關鍵詞熱詞，總體來看與智慧農業共現和時序圖結果基本相吻合，客觀驗證了結果的可靠性。

從突現強度來看，戰略對策(3.33)、用工成本(3.21)、熱點分析(3.21)、話域主題(3.21)等關鍵詞的突現強度都維持在3.2～3.3之間，其中，用工成本、熱點分析、話域主題起止時間為2011—2013年，戰略對策起止時間為2017—2018年，說明在相對應的時間段內這幾個關鍵詞具有較高的研究熱度。研究熱度由偏微觀的生產領域向偏宏觀的國家戰略對策方向轉變，也充分說明對智慧農業的研究是隨著認識程度的變化而逐漸深刻。

從突現時間跨度看，突現時間跨越最長的關鍵詞分別是土地流轉、宜機化、建設特征、成本收益、農機農藝等，時間跨度均為2011—2016年。說明這一時期對智慧農業的理解和認識不斷清晰，圍繞土地、機器、技藝、建設、經營等諸多領域開展研究，研究重心與智慧農業發展的支撐領域相匹配，也充分說明對智慧農業的研究更加具象，促進智慧農業發展的支撐體系逐漸形成。

從突現分布來看，大致可分為3個階段。整體來看與智慧農業文獻變化趨勢基本相一致，也驗證了智慧農業發展階段劃分的準確性。第1階段(2011—2013年)，智慧農業發展初期，對智慧農業仍屬探索階段，僅關注生產領域，對智慧農業的理解和認識還不全面。第2階段(2014—2016年)，智慧農業發展中期，由僅關注生產領域向關注土地、機器、技藝、建設、經營等諸多領域轉變，促進智慧農業發展支撐體系逐漸形成。第3階段(2017—2022年)，智慧農業高速發展期，關注信息化技術在智慧農業發展過程中的運用，表現為物聯網、互聯網+、大數據的應用與推廣。值得注意的是智慧農業發展3個階段并不是沒有重疊，在第2階段末期，物聯網就已經被關注，這也為第3階段的發展奠定了堅實的基礎。

5 智慧農業研究熱點與前沿趨勢

5.1 國家宏觀戰略層面

5.1.1 糧食安全重要保障 當前，世界各國糧食安全都面臨著嚴峻挑戰。對于我國而言，糧食安全是國之大者、民生根本，應提升農機裝備研發應用水平，加快高端智能機械研發制造[35]。隨著新一代信息技術越來越多地應用到農業領域中，水肥一體化、飼喂自動化、環境控制智能化不斷推進[36]，智慧農業正發揮著為糧食安全保駕護航的重要作用。

5.1.2 鄉村振興關鍵過程 智慧農業是確保實現鄉村振興戰略總目標及農業農村現代化不可逾越的關鍵過程。智慧農業對于應對農業生產、產品銷售、生產方式轉變、勞動力短缺等一系列問題都大有裨益。2022年中央一號文件指出要推動鄉村振興取得新進展[37]，依靠智慧農業更好更快地推進我國鄉村振興戰略實施和農業農村現代化建設有廣闊天地。

5.1.3 生產決策現實需要 國家為推進智慧農業落地，提出了從2019年技術攻關，到2020年產品研發，再到2021年集成應用和2022年引領農業，直到2025年培育產業的智慧農業未來發展愿景[38]。隨著系統數據處理分析、智能決策能力的進一步提升，符合我國農業發展現實需要的智慧農業生產場景將越來越震撼。

5.2 產業微觀發展層面

5.2.1 現代農業發展必然趨勢 智慧農業實現了農業發展各環節、全過程的智能化管理[39]。無論是信息技術的全面綜合應用，還是農業自身發展的現實需要，以促進和實現智慧農業整體戰略目標為己任將是現代農業發展的必然趨勢。

5.2.2 農業生產方式深刻變革 智慧農業是數字技術與農業的深度融合，將農業生物技術、信息技術和智能化裝備組合在一起，改變了過去面朝黃土背朝天的常態，破解了“誰來種田”和“怎樣種田”的難題，助推全新農業生產方式的深刻變革[40]。

5.2.3 關鍵核心技術廣泛應用 “十四五”期間，科技部將加快推進關鍵核心技術攻關，深入強化智慧農業交流合作，推動智慧農業發展邁向新臺階[41]。通過對智慧農業關鍵核心技術的廣泛應用，引領我國現代農業跨越式發展。

6 結論與展望

6.1 結論

6.1.1 從我國智慧農業研究整體脈絡看 北京是智慧農業研究的核心地區，發文量明顯多于國內其他地區。按照時間序列看，國內對智慧農業的研究整體呈現上升趨勢?！掇r業工程技術》位居國內期刊發表智慧農業主題數量之首，《農業經濟》則是核心期刊、CSSCI、CSCD中發文量最多的。國家農業信息化工程技術研究中心合作網絡排在首位，而以江蘇大學農業工程學院核心的研究團隊發文量排在首位。國內學者付輝、劉進思、余國新關于智慧農業主題發文量排名前列，付輝、劉進思為中心的科研團隊合作關系程度最密切。

6.1.2 從關鍵詞聚類和共現分析來看 受地域、所處發展階段差異影響，我國各地在智慧農業研究熱點領域中既有共識也存在一定的差異。國內智慧農業研究關鍵詞共現涉及25個共被引集群，以智慧農業為核心向數字鄉村、農業、大數據、信息技術、信息化、農業現代化等多方向發散。通過廣泛應用關鍵核心技術，推動農業生產方式深刻變革，以智慧農業推進現代農業發展是當前國內研究的熱點。以智慧農業守護糧食安全、推動鄉村振興、滿足生產決策需要，成為學界關注的重點方向。

6.1.3 從關鍵詞突現分析來看 智慧農業整體發展與文獻變化趨勢基本相一致，大致可分為發展初期、發展中期、高速發展期3個階段。從突現強度來看，研究熱度由偏微觀的生產領域向偏宏觀的國家戰略對策方向轉變。從突現時間跨度看，研究重心與智慧農業發展的支撐領域相匹配，智慧農業發展的支撐體系逐漸形成。

6.2 展望

當前，我國正處于第2個百年奮斗目標的新起點。大力發展智慧農業，將為農業轉型升級提供強勁動力，對提升我國農業農村現代化水平、全面推進鄉村振興建設有著非凡的意義。智慧農業并非一蹴而就，它是一個完整的、動態的、系統的復雜工程，需要一定量的時間經過周密培育才能茁壯成長最終實現成熟。然而我國智慧農業發展仍處于初步探索階段，農村地區信息化基礎薄弱、人才儲備不足等問題仍較為突出。因此，需借助新興技術來為智慧農業培育新動能，奠定新基礎，開拓新渠道[42]，不斷升級改造農機裝備、培養農業技術技能人才、優化延伸農業產業鏈條，促進農業發展向更加信息化、智能化、全面化方向轉型升級[40]。與此同時，還要加大補貼優惠力度，減免農村地區相關網絡傳輸費用，進一步在政策、資金、人才和技術等方面加強對智慧農業發展的傾斜力度。