智慧農業（數字大米）科研示范基地建設初探
——以湖南省賀家山原種場為例

方杰 邵澤毅 李建彬 譚旭生 姜守全 曾躍華 郭文高 李智謀 郭君

（湖南省賀家山原種場，湖南 常德 415123；第一作者：275688710@qq.com；*通訊作者：582655580@qq.com）

智慧農業，智引未來。智慧農業是將先進的技術、理念融入到農業生產、加工、經營、管理和服務等全產業鏈各環節，形成以數字化、精準化和智能化為基本特征的現代農業發展新形態，引領現代農業發展新方向[1-2]。從國際來看，世界主要發達國家都將智慧農業作為戰略重點和優先發展方向，相繼出臺了“農業發展4.0 框架”[2]、“農業技術戰略”[3]和“大數據研究和發展計劃”[4]等戰略，構筑新一輪農業革命新態勢。

近年來，我國不斷對智慧農業發展作出戰略部署。2019 年，《數字農業農村發展規劃（2019—2025 年）》強調，要利用遙感技術、物聯網設施等提升水稻等農作物生產管理信息化水平，建設農業病蟲害測報監測網絡和數字植保防御體系，實現病蟲害智能化識別和防控；提出要推動智能感知、智能分析、智能控制技術與裝備在大田種植和設施園藝上的集成應用，建設農機智能作業、環境控制、水肥藥精準施用、精準種植、智能決策等系統，發展智能“車間農業”，推進水稻等農作物生產經營智能管理。2020 年，農業有關“十四五”規劃明確提出，“提高農業質量效益和競爭力，深入實施藏糧于地、藏糧于技戰略，強化農業科技和裝備支撐，建設智慧農業”[5-8]，體現了黨中央、國務院對發展智慧農業的高度重視。智慧農業已成為鄉村振興的重要抓手，推動著中國農業農村現代化建設。

湖南省賀家山原種場作為國家級水稻原種場，深入貫徹落實習近平總書記關于“我們的飯碗應該主要裝中國糧”的指示要求和省委“三高四新”戰略，主動擔當，積極作為，打造湖南智慧農業（數字大米）科研示范基地，破解“藏糧于技”難題，力爭在智慧農業發展上實現“彎道超車”，為湖南農業現代化、中國農業新革命和國家糧食安全等方面貢獻新力量。

1 賀家山智慧農業（數字大米）科研示范基地建設現狀

2021 年湖南省賀家山原種場與中聯智慧農業股份有限公司共建聯創平臺，充分發揮雙方在智能農機、數字模型、農業科研、技術服務體系、農田水利設施等方面的優勢，高標準、高質量建設賀家山智慧農業（數字大米）科研示范基地。開展“早專晚優”“頭季+再生”“高檔優質一季稻”三種水稻種植模式的科研示范，率先掀起了湖南省智慧農業（數字大米）發展新途徑。如圖1 所示，基地主要依托智能農機、數字農藝、大數據和物聯網等信息技術，構建天、空、地、人、農機“五位一體”全程種植數據采集體系，從“育、種、管、收、標、品”實現水稻生產全過程機械化、數字化、智能化，通過監測數據實時獲取，大數據平臺智能決策與智能農機自動作業聯動，利用水肥藥精準施用、病蟲害綠色高效防控、作物長勢分析、產量預測、農藝數據分析利用等技術手段，打造賀家山原種場智慧農業（數字大米）品牌，實現“數據資源一張圖”“生產經營一張網”和“管理服務一朵云”，為全國智慧農業（數字大米）標準體系搭建、核心標準研制輸出湖南經驗與成果樹立了樣板。

1.1 主要成效

數字化水稻種植與傳統種植相比優勢明顯，通過投入與產出分析及數字農業科研示范基地的專家驗收數據分析，主要成效體現如下。

1.1.1 降本增產

智慧農業水稻種植示范以農業智慧云為依托，實現農藝與農機的深度融合，運用互聯網、大數據和人工智能等高科技手段，達到節本、增收、增效的目的。如表1 所示，相比普通水稻種植，綜合成本每hm2節約3 000余元，增產14.5%；稻米中鎘等重金屬含量明顯低于國家標準，稻米品質優、營養價值高、口感好，備受市場青睞，稻米附加值高，經濟效益好。

表1 水稻數字化種植與傳統種植成本分析

1.1.2 節肥減藥

通過分析土壤肥力、結合作物模型制定的數字化施肥方案比依靠傳統經驗施肥，有效減少了氮肥用量。同時利用衛星平地+草害分析、病蟲害風險分析及預報，改變多次除草及病蟲害風險等級防控方法，精確管理，保證防效，降低病蟲草危害風險，減少農藥使用，降低了農業面源污染。如表1 所示，數字化種植在水稻全生育期氮肥、磷肥和農藥分別減少21.8%、14.3%和29.5%。

1.1.3 區塊鏈可追溯

如圖2 所示，通過建設“以追溯為中心”的區塊鏈追溯體系，覆蓋水稻從種植、加工、儲存、銷售全生產鏈，持續、高效對種植生產實現管控，實現數字大米“生產可記錄、信息可查詢、流向可跟蹤、質量可追溯”。

1.2 主要經驗

1.2.1 智能測報儀器裝備（圖3）

圖3 智慧農業（數字大米）設備體系

由中聯智慧農業股份有限公司牽頭負責完成了核心示范基地環境監控站、水位傳感器、土壤傳感器、自動蟲情測報燈YFCB-IV、氣象站、高清攝像頭等設備的安裝及日常的維護保養、監測監管。

1.2.2 建立多維度、低成本數據采集體系（圖3）

一是完成核心基地試驗田塊土壤養分、重金屬等指標檢測；二是科學規范做好全生育期各項農事操作、農藝性狀田間記載；三是通過無人機遙感測繪、衛星環境等實時動態監測數據、建立天、空、地、人、農機“五位一體”數據采集體系，實現低成本、全方位數據采集。

1.2.3 建立大數據驅動的水稻標準化種植體系

將水稻種植過程分成播種、插秧等13 個環節、49個關鍵決策點，將其分類整合至10 個算法模塊，對應23 類算法，將每個環節的實時數據、歷史數據進行云計算，建立、調優和驗證土壤分析模型、作物長勢分析模型、病蟲害分析模型、農事智能決策模型等，支持種植者在最佳時間做出最佳決策，通過數據化實現標準化種植。

1.2.4 建立數字農業管家系統

圖4 和圖5 分別為智慧農業（數字大米）PC 端和移動端圖樣。智慧農業管家系統覆蓋了智慧農場的數據采集、智能決策、精準作業、農場經營4 個板塊。目前管家系統提供種植季規劃、農事記錄、巡田記錄、投入產出記錄分析、農機看板、農機調度、田間設備看板等7 種農場管理基礎功能；實現育秧、施肥、長勢、灌溉、病蟲、收獲、農事日歷、農業氣象8 個關鍵功能點的半自動決策，同時提供管理駕駛艙功能，幫助農場主總覽農場情況，簡單直白地指導農戶在何時應該做何種農事操作以及農事操作的標準是什么，是連接水稻數字化種植體系、數字水稻模型與科研基地建設以及未來“數字大米”推廣的橋梁和工具。

圖4 智慧農業（數字大米）農業管家系統PC 端

圖5 智慧農業（數字大米）農業管家系統移動端

1.2.5 打造智能農機

由中聯農機提供水稻種植全程機械化解決方案，開展全面升級人工智能技術、推進多系列產品技術覆蓋、建立智能農機數據庫試驗。全面測試智能駕駛、衛星平地、機插拋秧、變量施肥、變量噴藥、收割測產等功能，提升農機作業智能化。

1.2.6 數字化機拋農藝研究

與湖南農業大學唐啟源教授團隊合作，開展了“雙季稻機拋秧密肥互作”試驗，探索最佳農藝。

2 差距分析

賀家山智慧農業（數字大米）科研示范基地建設在湖南省是一個全新領域，沒有現成經驗可學，還處在初級階段，基地建設還存在一些薄弱環節，是未來一段時間工作重心。

2.1 信息化建設水平與智慧農業發展需求還有差距

智能控制是智慧農業追求的目標。對智能控制而言，算法是大腦，系統集成是神經系統[7]，需建設智慧農業數據控制中心，用于大數據分析決策、控制作業和數據處理等系統的集成；傳感器作為物聯網、大數據、人工智能、智能制造等新一代信息技術的感知層，是萬物互聯的重要基礎[8]，需配置具有傳感精度高、連續監測時間長、環境穩定性好的智能傳感儀器、農情自動監測等設施設備。

2.2 農業智能裝備水平還需進一步提升

基地雖然裝備了一定數量的農業機械，排灌設施也比較齊備，但這僅能滿足普通種植需求，與智慧農業發展還有較大差距。缺乏智能化、數字化排灌設施設備，還需要對農機裝備進行智能化改造，配備精準耕地、智能排灌、養分自動管理和智能施肥施藥等設施設備。

2.3 智慧農業科研創新能力還不夠強

基地農業科研技術力量比較雄厚，但與智慧農業相關的科研機制、理論體系建設、技術培訓等還處于起步階段，缺乏既具備農業科技研發能力又擁有一定信息化知識的復合型人才。

3 賀家山智慧農業（數字大米）科研示范基地“十四五”發展戰略目標與重點任務

3.1 戰略目標

綜合國家發展智慧農業與智能農機戰略需求以及“十四五”規劃等因素，賀家山智慧農業（數字大米）科研示范基地戰略目標為：打造一個湖南省乃至全國領先的數字化水稻種植技術科研高地；建設一個湖南省乃至全國領先的智慧農業示范與培訓高地；培育一個國家級智慧農業標準與規范科研應用高地；培育一個多元化的高素質數字農業科研隊伍，打造一個湖南省智慧農業專業人才高地；建設一個湖南省主糧（水稻）產業與作物、作業信息管理監控中心；建設一個集科研、示范、產業化應用、參觀、培訓于一體的綜合現代化農業產業示范與無人（少人）智慧農場示范高地。

3.2 重點任務

3.2.1 深入研究省級數字化水稻種植品種與技術體系

3.2.1.1 全面開展數字化種植技術科研 結合湖南省種業高地與糧食安全戰略相關規劃要求，對湖南省各類地形、地貌及土壤環境進行充分調研、分析，與“洞庭香米”產業集群相關項目開展深度融合研究，搭建湖南省智慧大米體系。

3.2.1.2 分步實施數字化種植技術研究 按照“環洞庭湖”區域及“丘陵、山地”區域兩大類，結合現有的水稻品種分析，甄選主推戰略品種，分別制定科研計劃，在賀家山智慧農業（數字大米）科研示范基地分步實現模型搭建及平臺實現。

3.2.1.3 逐步輸出各類作業規程與標準 研制數字化水稻種植管理與技術、“數字大米”高端農作物管理與技術監督、全省水稻數字化種植體系等相關地方標準和技術規程。同時，針對“無人農場”“智慧農場”建設與運營等方面建立示范，制定行業標準。

3.2.2 開展省級“數字大米”區域品牌科研基地建設

3.2.2.1 搭建湖南省智慧農業（數字大米）科研基地平臺 與中聯智慧農業、華智生物等科技創新、智慧農業發展的龍頭企業實現跨學科交叉融合，強調信息技術與農業的學科交叉、跨界融合、跨機構合作，通過加強信息技術人員與傳統農業科技人員相互協作、共同攻關，在技術、數據、方法、服務等層面實現開放、合作、共享、共贏[9]。

3.2.2.2 搭建湖南省智慧農業（數字大米）檢測與鑒定基地平臺 集中資源、技術、設備等優勢，承接湖南省“數字大米”成品檢測與鑒定，并提供技術指導等相關工作。

3.2.2.3 搭建湖南省智慧農業（數字大米）戰略資源整合與共享基地平臺 策劃智慧農業（數字大米）高端農產品產業集群。對接“洞庭香米”產業集群，實現對湖南省區域內數字大米技術管理、品質管理、品牌策劃、推廣戰略服務等。

3.2.2.4 搭建湖南省智慧農業（數字大米）培訓基地平臺 一是通過梳理新型職業農民對生產經營、專業技能、社會服務等素質要求，行政管理部門對鄉村振興、現代農業等政策法規方面的宣貫安排，整合行業內優質講師資源，搭建高素質的職業農民培訓體系。二是根據智慧農業（數字大米）推進需求，將技術資源與項目推進高度融合，培育一支集農藝、農技、信息化技術于一體的湖南省數字化水稻種植高技能人才隊伍。

3.2.3 建設湖南省主糧（水稻）產業與作物、作業信息管理監控中心

3.2.3.1 建設一個湖南省主糧作物（水稻）專項監督管理子平臺 實現數字化技術（含精準技術、通用信息）覆蓋區域的水稻全程數字化管理與監督平臺，包括實際種植面積、種植品種、作物長勢、產量、農機具種類、數量、作業面積等，為全省的主糧作物農業信息集約化管理建立基礎。

3.2.3.2 建設一個無人（少人）智慧農場管理平臺 根據小批量產業化管理要求，建設專有的科研信息平臺及農場管理平臺，實現對農場管理范圍內的作物信息、作業信息的管理和監控，以及農機指揮調度的功能。

4 賀家山智慧農業（數字大米）科研示范基地建設的對策建議

4.1 加強組織領導，強化資金保障

充分發揮政府主導作用，積極研究國家相關政策，落實省委省政府、省農業農村廳關于開展智慧農業建設文件精神，提高對智慧農業（數字大米）發展戰略地位的認識，切實加強頂層設計和組織領導，借鑒先進的成功經驗，大膽創新，優化內設機構組織，制定落實支持政策，加大財政投入力度。專題研究部署智慧農業（數字大米）科研示范基地建設工作，重點支持關鍵核心技術突破性創新和功能體系應用集成創新，并將智慧農業（數字大米）工作納入相關部門年度績效考核，形成齊抓共管的工作格局，集中力量解決賀家山智慧農業（數字大米）科研示范的重大需求問題。

4.2 打造創新聯盟，深化交叉合作

圍繞智慧農業（數字大米）科技創新發展需求，秉持開放創新、合作共贏的態度，充分發揮湖南省賀家山原種場作為國家級水稻原種場在農業科研、新技術推廣示范的優勢，聯合國內一流的農業各領域合作伙伴（華智生物、中聯農機、中信農業、岳麓山種業創新中心等），充分發揮生物育種、數字農業、智能農技、農業規劃、農技推廣等方面的優勢，深度交叉合作，集聚技術集成和模式創新，謀劃建立產業技術創新戰略聯盟、產業技術創新服務平臺等產學研合作組織，實現研究、示范、應用、轉化、服務等科技創新全鏈條整合。

4.3 重視空間布局，完善功能體系

從頂層謀劃設計入手，上下聯動，加強基礎數據的收集和整合，建立健全智慧農業（數字大米）大數據平臺，一邊對接國家、部委、省廳相關標準數據庫，實現互聯互通、信息共享，一邊與多品種的農機設備、物聯網設備、農田數字化設備實現高效連接，提升系統擴展性和靈活性，同時匹配設計物聯網集成系統、智慧農事管理系統、遙感監測分析系統、農機智能化作業系統、數字大米智能育種評價系統、區塊鏈溯源系統、智能種植決策系統和大屏實時展示系統，打造智慧農業（數字大米）智慧“大腦”。

4.4 培養人才團隊，完善創新機制

加強智慧農業（數字大米）創新團隊建設和人才培養，制定長期人才引進培養計劃，引進與培養并舉，形成人才梯隊，著力打造一批特色與實力兼備的創新團隊，培養一批跨學科、復合型的戰略人才、領軍人才、創新骨干。加強與省內外高等院校、農業科技公司和科研院所合作，打造智慧農業科研、實踐培訓基地。