智慧農(nóng)業(yè)研究的回顧與展望

姚延婷，孟敏霞

（西北政法大學(xué)管理學(xué)院，陜西 西安 710063）

智慧農(nóng)業(yè)的概念最早出現(xiàn)于2009年，由智慧地球衍生而來。2008 年11 月，IBM 提出智慧地球戰(zhàn)略，并于2009 年發(fā)布了《智慧地球，贏在中國》白皮書。智慧地球的核心是通過IT、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)改變政府、公司和人們相互交互的方式，即各行各業(yè)通過感應(yīng)式嵌入等技術(shù)，進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，最終實(shí)現(xiàn)全球智能化，其最顯著的特征表現(xiàn)為更透徹的感知、更廣泛的互聯(lián)互通和更深入的智能化[1]。

20 世紀(jì)80 年代，我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域開始借助計(jì)算機(jī)規(guī)劃模型，并開發(fā)相關(guān)程序。到21世紀(jì)初，微型計(jì)算機(jī)數(shù)量劇增，同時(shí)政府出臺的一系列科技攻關(guān)計(jì)劃促進(jìn)了信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。此后，我國從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)走向以計(jì)算機(jī)、電子通信為主要依靠的自動化農(nóng)業(yè)。而現(xiàn)代信息科技與第四次工業(yè)革命的快速發(fā)展，使得互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術(shù)在世界各國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域開始相繼應(yīng)用，農(nóng)業(yè)發(fā)展也在數(shù)字革命的推動下，進(jìn)入以網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化為主的智慧農(nóng)業(yè)時(shí)代。2015 年，黨中央首次在中央一號文件中提出農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化議題，對農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)行相關(guān)部署與規(guī)劃，并將智慧農(nóng)業(yè)與鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略進(jìn)行緊密銜接。2022 年1 月，中央多部門聯(lián)合印發(fā)《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展行動計(jì)劃（2022-2025 年）》，明確提出“智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動”，旨在加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化、智能化發(fā)展。在世界百年未有之大變局下，推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)，對我國搶占現(xiàn)代農(nóng)業(yè)國際競爭優(yōu)勢與實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略具有重大推動作用。

目前，我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展處于初級階段，國內(nèi)學(xué)者的研究多集中于技術(shù)應(yīng)用層面，對這一領(lǐng)域全面性、系統(tǒng)性的研究分析尚存在一定的局限性。據(jù)此，本文通過梳理歸納2009年—2022年智慧農(nóng)業(yè)的相關(guān)文獻(xiàn)，剖析我國智慧農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀，闡明國內(nèi)熱門研究主題，并提出未來發(fā)展趨勢，為我國智慧農(nóng)業(yè)體系建設(shè)與發(fā)展路徑提供參考。

1 智慧農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵與特征

1.1 智慧農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵

迄今為止，學(xué)術(shù)界對智慧農(nóng)業(yè)的定義尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)知，學(xué)者們嘗試從多角度、多學(xué)科對其內(nèi)涵進(jìn)行界定，且在研究過程中涌現(xiàn)了數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智能農(nóng)業(yè)等一系列與之相關(guān)的專業(yè)術(shù)語。國內(nèi)學(xué)者普遍認(rèn)為，智慧農(nóng)業(yè)作為一種新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，就是將現(xiàn)代信息技術(shù)綜合、全面、系統(tǒng)地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，提高人類對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綜合管控能力[2-4]。在信息化時(shí)代背景下，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)走向智能農(nóng)業(yè)的路徑就是實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的深度融合。智慧農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)運(yùn)用各類高新技術(shù)對農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行智能管理，提高農(nóng)業(yè)各環(huán)節(jié)的智能化操控水平，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、高效能、方便快捷以及生態(tài)安全的目標(biāo)[5，6]。

雖然國內(nèi)學(xué)者對智慧農(nóng)業(yè)的定義表述不盡相同，但核心互不沖突，即智慧農(nóng)業(yè)是以信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的先進(jìn)技術(shù)為手段，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準(zhǔn)化種植、可視化管理、智能化決策、個(gè)性化服務(wù)為目標(biāo)，構(gòu)建農(nóng)業(yè)產(chǎn)銷生態(tài)系統(tǒng)并促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的數(shù)字化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，包含農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到農(nóng)產(chǎn)品銷售的全流程，分為智慧農(nóng)業(yè)管理、智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、智慧農(nóng)業(yè)組織、智慧農(nóng)業(yè)科技、智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)5個(gè)方面[7]。

1.2 智慧農(nóng)業(yè)的特征

智慧農(nóng)業(yè)作為以信息和知識為核心要素的農(nóng)業(yè)高級形態(tài)，主要特點(diǎn)是結(jié)合各類信息技術(shù)（大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5S 技術(shù)等），多樣化采集數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控與決策分析，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、效率化的生產(chǎn)目標(biāo)，其發(fā)展特征表現(xiàn)在信息感知數(shù)字化、生產(chǎn)作業(yè)自動化、要素投入精準(zhǔn)化、裝備控制智能化、管理決策科學(xué)化和信息服務(wù)個(gè)性化等方面[8-10]。但智慧農(nóng)業(yè)經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化到智能化的生產(chǎn)方式變革階段，技術(shù)特點(diǎn)作為表象特征，并不能完全說明現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn)方式的重大變革。因此，學(xué)者趙春江從系統(tǒng)工程的視角出發(fā)，認(rèn)為智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)融合了生物技術(shù)、信息技術(shù)、智能化裝備三大生產(chǎn)力要素，并通過與生產(chǎn)者、生產(chǎn)工具、生產(chǎn)對象之間滲透融合，能極大提高勞動生產(chǎn)率，具備先進(jìn)的生產(chǎn)力特征[6]。而從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度看，在農(nóng)業(yè)技術(shù)融合基礎(chǔ)上的智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)要素集合重構(gòu)，最為突出的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)成為生產(chǎn)要素，信息技術(shù)打破了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)要素的束縛，衍生出了數(shù)據(jù)信息這一現(xiàn)代化生產(chǎn)要素，形成了一種新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均衡狀態(tài)，在這種新的均衡狀態(tài)中，數(shù)據(jù)信息要素作用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程并服務(wù)于其他生產(chǎn)要素的匹配優(yōu)化，使要素配置持續(xù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高效率的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[2]。

2 國外研究現(xiàn)狀

智慧農(nóng)業(yè)作為智慧地球中的一環(huán)，是關(guān)乎人類生存發(fā)展的大問題，國際局勢瞬息萬變，世界氣候變化加快，糧食安全與供給成為各國穩(wěn)定健康發(fā)展的現(xiàn)實(shí)問題。近十年來，美國、西歐、日本等發(fā)達(dá)國家高度關(guān)注智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，并從國家戰(zhàn)略層面積極推進(jìn)信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)深度融合發(fā)展。

2.1 技術(shù)研發(fā)

20 世紀(jì)80 年代末，信息技術(shù)在發(fā)達(dá)國家快速發(fā)展，美國率先提出精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，即利用3S（GPS、GIS、RS）等高新技術(shù)，對農(nóng)作物生長、作物栽培、土壤情況等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作和管理實(shí)行精準(zhǔn)控制，最大程度上減少成本與資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的雙贏[11]。經(jīng)過多年發(fā)展，美國在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)資源，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

農(nóng)業(yè)傳感器是智慧農(nóng)業(yè)的信息之源。目前，發(fā)達(dá)國家開始借助納米與生物科技等新興技術(shù)，研發(fā)微型化、智能化的新型傳感器。這類新型傳感器可以適應(yīng)多種監(jiān)測環(huán)境，同時(shí)具備動植物疾病檢測能力，可以實(shí)現(xiàn)對動植物生命信息的持續(xù)監(jiān)測。通過傳感器采集的信息與數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)化為知識，并利用大數(shù)據(jù)平臺做出智能決策。此外，美國、日本、荷蘭等國家依靠圖象識別、機(jī)器學(xué)習(xí)等方面的基礎(chǔ)研究，研發(fā)了農(nóng)業(yè)數(shù)字模型與模擬、農(nóng)業(yè)可視交互服務(wù)引擎相關(guān)的技術(shù)、算法與模型，并利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行智能控制。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，發(fā)達(dá)國家也逐步實(shí)現(xiàn)了“無人農(nóng)場”，以作業(yè)機(jī)器人替換人工種植，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與農(nóng)業(yè)資源利用效率。

可以看出，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家在農(nóng)業(yè)傳感器、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)智能裝備等方面的研究與應(yīng)用發(fā)展迅速，并借助強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫與物聯(lián)網(wǎng)科技，建立了全產(chǎn)業(yè)鏈智能發(fā)展體系，形成了全程全網(wǎng)化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式，其發(fā)展水平處于世界領(lǐng)先地位[12]。

2.2 政策支持

發(fā)達(dá)國家出臺政策法規(guī)為智慧農(nóng)業(yè)及其全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展提供了公共政策與財(cái)政支持（見表1）。

表1 國外智慧農(nóng)業(yè)重大計(jì)劃與項(xiàng)目Tab.1 Major plans and projects of smart agriculture abroad

2017 年，歐洲農(nóng)機(jī)協(xié)會（CEMA）提出未來歐洲農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心是智慧農(nóng)業(yè)，強(qiáng)調(diào)要大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化和智能化，并于2019 年又發(fā)布了《農(nóng)業(yè)技術(shù)2030》戰(zhàn)略報(bào)告，進(jìn)一步指出要加強(qiáng)人工智能與數(shù)字技術(shù)的研發(fā)，加快推動數(shù)字精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展[13]。2020 年，荷蘭政府發(fā)布《2020 食品和農(nóng)場互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃（IOF2020）及智能農(nóng)業(yè)樞紐計(jì)劃》，提出要利用現(xiàn)代高科技為全國農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)提供80 多個(gè)數(shù)字化解決方案[14]。截至目前，歐洲等國可以利用互聯(lián)網(wǎng)移動端、無人機(jī)、人工智能、數(shù)字化傳感器、衛(wèi)星、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在精準(zhǔn)種植、機(jī)器人割草、植物害蟲檢測、農(nóng)業(yè)電子咨詢方面實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理，逐步形成了以荷蘭為主的工廠化設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)模式、以德國為主的技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動型“互聯(lián)網(wǎng)+”農(nóng)機(jī)制造模式[13]。

總體來看，農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能、農(nóng)業(yè)智能裝備都是國際熱點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)是發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，納米技術(shù)與化學(xué)生物技術(shù)的成熟，會進(jìn)一步加快傳感器的研究進(jìn)展。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能是實(shí)現(xiàn)智能決策與農(nóng)業(yè)可視化交互的前提，農(nóng)業(yè)AI芯片、農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)時(shí)空可視化、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)通過收集農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為知識，完成生產(chǎn)—銷售—反饋的智能化決策。未來以知識為主的大數(shù)據(jù)智能決策將貫穿整個(gè)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村萬物互聯(lián)的理想目標(biāo)[14]。

3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

對中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫2009 年—2022 年發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)行檢索表明，智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域文獻(xiàn)數(shù)量迅速增長，國內(nèi)學(xué)者對智慧農(nóng)業(yè)的研究趨勢逐年上升（見圖1）。從研究地域看，對東部地區(qū)的研究要遠(yuǎn)高于西部地區(qū)，尤其是東部沿海地區(qū)，如江蘇省與浙江省的關(guān)注熱度居于全國前列。從研究方向來看，主要集中在3個(gè)方面：一是智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，主要研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用；二是實(shí)踐應(yīng)用研究，主要集中在大田種植、溫室大棚、設(shè)施園藝、畜牧養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖五大領(lǐng)域；三是路徑與對策研究：①梳理我國或某一地區(qū)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、問題與挑戰(zhàn)，并總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為其他地區(qū)提供借鑒；②研究總結(jié)國外發(fā)達(dá)國家智慧農(nóng)業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對比我國的發(fā)展條件，提出適合我國發(fā)展的對策與措施。

3.1 智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用研究

國內(nèi)智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用研究集中在農(nóng)業(yè)信息感知、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集與傳輸、智能分析與應(yīng)用3方面。農(nóng)業(yè)信息感知是基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集與傳輸是關(guān)鍵，智能分析與應(yīng)用是核心。智慧農(nóng)業(yè)將各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行深度融合和二次創(chuàng)新，以此實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能化、數(shù)字化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[13]。

3.1.1 農(nóng)業(yè)信息感知

農(nóng)業(yè)種植與水產(chǎn)養(yǎng)殖所需的各種環(huán)境參數(shù)主要通過傳感器、5S 技術(shù)、RFID 技術(shù)進(jìn)行采集，這些數(shù)據(jù)為后續(xù)的生產(chǎn)經(jīng)營與管理提供了決策支撐。目前，最為常用的傳感器有溫濕度傳感器[15]、光照度傳感器[16]、氣體傳感器[17]、生物傳感器[18]、營養(yǎng)元素傳感器[19]、pH 傳感器等[20-21]，主要應(yīng)用于大田種植、農(nóng)業(yè)大棚、園藝大棚與植物工廠等領(lǐng)域。雖然我國研發(fā)了多種國產(chǎn)傳感器，但從功能效用方面看，其穩(wěn)定性、應(yīng)用性和可靠性仍與國外產(chǎn)品存在較大差距，且不少核心感知元器件依賴國外進(jìn)口。

3.1.2 農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集與傳輸

農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸一般采取無線通訊傳輸與有線通訊傳輸相結(jié)合的方式。目前，國內(nèi)研究熱點(diǎn)集中在無線通訊技術(shù)的應(yīng)用，如利用ZigBee[22]、Arduino[23]、以太網(wǎng)與Web 等技術(shù)[24]，結(jié)合傳感器檢測，搭建智慧農(nóng)業(yè)信息平臺，集信息感知與數(shù)據(jù)采集為一體，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測與管理，以達(dá)成最優(yōu)調(diào)配，并能在PC 端或手機(jī)終端實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)業(yè)大棚溫室環(huán)境，實(shí)時(shí)采集并儲存溫度、濕度等信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息采集交互與環(huán)境調(diào)控，為農(nóng)業(yè)決策提供支持[25]。

3.1.3 智能分析與應(yīng)用

智能分析與應(yīng)用的核心是對已收集的各種農(nóng)業(yè)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與比較，通過強(qiáng)大的算法系統(tǒng)整合數(shù)據(jù)資源，提高農(nóng)業(yè)信息交互能力。近幾年，云計(jì)算[26]、農(nóng)機(jī)北斗導(dǎo)航[27]、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)[28]等技術(shù)促進(jìn)了智慧農(nóng)業(yè)平臺系統(tǒng)的構(gòu)建。新疆石河子地區(qū)將北斗衛(wèi)星技術(shù)運(yùn)用于整地、除草劑、播種、農(nóng)藥、采棉等多個(gè)環(huán)節(jié)，全過程中能精確控制實(shí)施作業(yè)，在保證精準(zhǔn)化的前提下極大地提高了工作效率[29]。智能化、數(shù)字化裝備與信息平臺實(shí)現(xiàn)了人類對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綜合控制，改變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與作業(yè)的精準(zhǔn)性，實(shí)現(xiàn)了高效能生產(chǎn)。但數(shù)字技術(shù)同時(shí)也是一把雙刃劍，如何保證數(shù)據(jù)平臺的安全性和時(shí)效性將是未來研究的重點(diǎn)。

我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研發(fā)取得了長足進(jìn)步，但仍存在成本高導(dǎo)致應(yīng)用率低、功能單一、性能不穩(wěn)定且易受環(huán)境干擾、依賴國外進(jìn)口、信息數(shù)據(jù)安全等核心問題。另外，針對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與作業(yè)條件，還缺乏適合小地塊應(yīng)用的技術(shù)，難以滿足我國小農(nóng)戶的生產(chǎn)需求。因此，在未來的研究中需要不斷優(yōu)化升級，加強(qiáng)信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的可應(yīng)用性。

3.2 智慧農(nóng)業(yè)實(shí)踐應(yīng)用研究

從廣義角度看，農(nóng)業(yè)主要包含種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和漁業(yè)四大類，而智慧農(nóng)業(yè)是集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理、銷售、服務(wù)于一體的規(guī)模生產(chǎn)過程。因此，在產(chǎn)業(yè)實(shí)踐層面，國內(nèi)學(xué)者的研究集中在大田種植、設(shè)施園藝、畜牧養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域[30]。在大田種植領(lǐng)域，國內(nèi)學(xué)者綜合運(yùn)用農(nóng)業(yè)傳感器、遙感監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能裝備等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大田精準(zhǔn)作業(yè)。夏于等[31]研發(fā)了小麥苗情遠(yuǎn)程診斷管理系統(tǒng)，集信息感知、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)挖掘分析于一體；饒曉燕等[32]研發(fā)了智慧蘋果園“空—天—地”一體化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了果園生產(chǎn)全過程的立體化監(jiān)測，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以精準(zhǔn)監(jiān)測作物生長趨勢和病蟲害、氣象災(zāi)害，提高了生產(chǎn)效率與管理水平，目前廣泛應(yīng)用于東北、西部、黃淮海、長江中下游平原四大小麥主產(chǎn)區(qū)。在設(shè)施園藝領(lǐng)域，主要研發(fā)并采用環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[33]、水肥一體化技術(shù)[34]，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測和智能控制。智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖也取得了較大的發(fā)展，李道亮及其科研團(tuán)隊(duì)突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了水產(chǎn)養(yǎng)殖實(shí)施精準(zhǔn)測控系統(tǒng)，目前已在山東、天津等地推廣應(yīng)用，并且取得良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益[35，36]。智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)在全國范圍內(nèi)得到了初步應(yīng)用，但農(nóng)田規(guī)模小、耕地細(xì)碎化等問題阻礙了智慧農(nóng)業(yè)在小地塊的應(yīng)用，且各項(xiàng)技術(shù)受到復(fù)雜作業(yè)環(huán)境與生態(tài)多樣性的影響，制約了我國智慧農(nóng)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展。

城市化進(jìn)程的加快導(dǎo)致了一系列現(xiàn)實(shí)問題的產(chǎn)生，如勞動力短缺、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境失衡等，“未來誰種地，如何種好地”成為亟待解決的重要問題。蘭玉彬提出了生態(tài)無人農(nóng)場，即在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用無人化作業(yè)手段，該模式已于2020年開始在吉林省農(nóng)安縣進(jìn)行了推廣[37]。在智慧大田應(yīng)用場景下的無人農(nóng)場是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)集成創(chuàng)新模式，其核心思想和關(guān)鍵技術(shù)需要因地制宜、科學(xué)規(guī)劃，逐步應(yīng)用于畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖、智慧果園等不同領(lǐng)域。

3.3 智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展路徑與對策研究

一是梳理我國或某地區(qū)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、問題與挑戰(zhàn)，并總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為其他地區(qū)發(fā)展提供借鑒。在國家政府政策導(dǎo)向與多元主體共同參與下，我國智慧農(nóng)業(yè)在關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面取得了一定的進(jìn)步，但仍存在諸多亟待解決的問題。國內(nèi)學(xué)者普遍認(rèn)為，我國智慧農(nóng)業(yè)在信息化基礎(chǔ)設(shè)施、信息技術(shù)適用、數(shù)據(jù)資源共享、技術(shù)投入成本、政策支持與機(jī)制等方面存在缺陷，并從頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)、人才培養(yǎng)等方面提出了戰(zhàn)略發(fā)展路徑與對策建議[39-43]。另外，也有部分學(xué)者提出都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的“三段式”路徑模式，促進(jìn)農(nóng)業(yè)與城市建設(shè)同步發(fā)展，加快實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程[44]。而對于某一地區(qū)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展研究則相對較少，一般采用定量分析構(gòu)建指標(biāo)體系，通過測評發(fā)現(xiàn)具有正向或拉動作用的影響因素，進(jìn)一步提出相關(guān)對策建議[45，46]。

二是研究總結(jié)國外發(fā)達(dá)國家智慧農(nóng)業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，并對比我國發(fā)展條件，提出適合我國發(fā)展的對策與措施。美國、日本、西歐等國家農(nóng)業(yè)發(fā)展處于世界領(lǐng)先水平，在信息技術(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、商品流通、人才培養(yǎng)等方面形成了完備的體系[47]。通過對比，我國在政策規(guī)劃、技術(shù)研發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施、人才教育等方面存在明顯短板，因此必須加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與基礎(chǔ)建設(shè)、加大政策支持與資金投入、完善人才培養(yǎng)與農(nóng)民教育體系，同時(shí)從戰(zhàn)略層面加強(qiáng)在技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用示范、農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈、宏觀政策等方面的研究，促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)快速發(fā)展[48]。

4 結(jié)論與展望

4.1 研究結(jié)論

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的高級階段，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，是推動鄉(xiāng)村振興的重要?jiǎng)恿Α?022年，《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展行動計(jì)劃（2022-2025 年）》中明確提出智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展活動，通過統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各方面資源，推進(jìn)我國農(nóng)業(yè)數(shù)字化改造升級。智慧農(nóng)業(yè)在產(chǎn)業(yè)振興、人才振興、生態(tài)振興、脫貧致富等方面均有積極的帶動作用。

雖然我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展取得了大量成果和長足的進(jìn)步，但目前尚處于起步階段，諸多問題亟待解決，如基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)方面存在短板，核心技術(shù)仍受制于人，總體發(fā)展程度與水平仍落后于發(fā)達(dá)國家。而政策引導(dǎo)、信息管理體系、發(fā)展模式、核心技術(shù)、人才供應(yīng)等方面也存在明顯不足，因此要科學(xué)制定發(fā)展規(guī)劃、完善信息管理體系、健全知識產(chǎn)權(quán)保障體系、宣傳智慧農(nóng)業(yè)集成示范區(qū)、培養(yǎng)高素質(zhì)農(nóng)民，全面實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

國內(nèi)學(xué)者開始重視智慧農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)理論與農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展研究，研究集中在技術(shù)研發(fā)、實(shí)踐應(yīng)用與路徑對策方面，但仍有較多現(xiàn)實(shí)問題需要進(jìn)一步研究。一是實(shí)踐應(yīng)用與路徑對策方面多采用定性研究，缺少科學(xué)評估智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展水平、構(gòu)建指標(biāo)評價(jià)體系等方面的定量研究；二是缺少智慧農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理研究，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防比減損更重要，如農(nóng)民對數(shù)據(jù)共享的信任危機(jī)風(fēng)險(xiǎn)、智慧系統(tǒng)與智能裝備可能造成的數(shù)據(jù)外泄風(fēng)險(xiǎn)、數(shù)據(jù)共享的所有權(quán)與隱私歸屬風(fēng)險(xiǎn)、農(nóng)民經(jīng)營主體與企業(yè)的權(quán)力分配失衡風(fēng)險(xiǎn)，對以上問題的研究應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.2 研究展望

農(nóng)村區(qū)域與農(nóng)民數(shù)量決定了農(nóng)業(yè)始終是我國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，而發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)則是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的根本方向。我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展不能僅是農(nóng)業(yè)信息化的單一發(fā)展，從全產(chǎn)業(yè)鏈角度出發(fā)，其中還蘊(yùn)含許多的經(jīng)濟(jì)問題、管理問題、社會問題與環(huán)境問題，未來智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展要以基礎(chǔ)理論、核心技術(shù)、智能裝備、智慧系統(tǒng)、戰(zhàn)略規(guī)劃、頂層設(shè)計(jì)為核心，立足于我國國情與實(shí)際發(fā)展情況，不斷提高農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展水平，優(yōu)化全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展路徑，加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。

首先，智慧農(nóng)業(yè)信息化、智能化的關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備是未來研究的重中之重。一是要加強(qiáng)傳感器的功能集成研究，確保信息獲取的實(shí)時(shí)性和有效性，不斷強(qiáng)化傳感器的作業(yè)環(huán)境范圍，開發(fā)具有高效性、穩(wěn)定性和安全性的多功能一體化國產(chǎn)傳感器；二是要善于利用遙感、北斗衛(wèi)星等資源，構(gòu)建農(nóng)業(yè)天基網(wǎng)絡(luò)，提高農(nóng)田高精度觀測與應(yīng)急響應(yīng)能力，同時(shí)為今后農(nóng)田大數(shù)據(jù)庫建設(shè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)；三是加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)深度融合，數(shù)據(jù)處理與挖掘是國內(nèi)研究的短板，在智慧農(nóng)田、智慧畜牧、智慧漁業(yè)等領(lǐng)域如何開發(fā)集數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)維護(hù)的信息綜合服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)集成與多元協(xié)作是未來研究的重點(diǎn)。其次，研究頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃與發(fā)展方案。一是立足于鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景，從不同學(xué)科與視角出發(fā)，將目光轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè)欠發(fā)達(dá)的西部地區(qū)，因地制宜發(fā)展并推廣適合廣大西部地區(qū)發(fā)展的智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式；二是加快研究智慧農(nóng)民教育體系，培養(yǎng)新時(shí)代的智慧農(nóng)民，防止農(nóng)民群體因數(shù)字鴻溝被時(shí)代淘汰，造成貧富差距拉大；三是加強(qiáng)智慧農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理研究，對于農(nóng)業(yè)群體引進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式可能遇到的金融風(fēng)險(xiǎn)、信息泄露風(fēng)險(xiǎn)、信任風(fēng)險(xiǎn)、權(quán)力分配失衡風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行研究，針對相關(guān)問題提供具體的防范措施，完善相關(guān)法律法規(guī)，解決農(nóng)民在智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的后顧之憂。