智慧農業在糧食產業中的應用及創新機制

摘 要：智慧農業通過將物聯網、大數據、人工智能等先進技術與“三農”深度融合，對糧食產業新質生產力的提升及農業現代化發展意義重大。本文從水土資源利用效率、農業新質生產力、農業現代化發展三個方面分析了智慧農業對糧食產業發展的意義，并系統分析了智慧農業在糧食生產、流通和消費環節中的應用，論述了智慧農業在重塑生產要素、資源條件、管理模式、農產品消費四個方面的創新機制。

關鍵詞：智慧農業；糧食產業；要素配置；資源條件；農產品消費

智慧農業作為農業發展的新動能，對于農業提質增效、促進農業轉型升級及提高農業現代化水平具有重要的現實意義。我國高度重視現代農業技術的發展和應用，相繼出臺了一系列支持智慧農業發展的宏觀政策，以加快推動傳統農業向現代農業轉型。2015年中央一號文件《關于加大改革創新力度加快農業現代化建設的若干意見》中首次提出智慧農業，“互聯網+農業”逐漸成為關注熱點。2016年智慧農業被列為“十三五”農業現代化重大工程之一，此后歷年的中央一號文件中都不同形式地提出智慧農業發展的重要性。黨的二十屆三中全會提出，“健全促進實體經濟和數字經濟深度融合制度，加快構建促進數字經濟發展體制機制，完善促進數字產業化和產業數字化政策體系”。具體到糧食產業，就是將物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術與糧食產業深度融合，重新優化配置傳統生產要素，涵蓋生產、銷售、管理、市場等農業全過程、全生命周期，以實現產量更高、質量更好、成本更低、環境污染更低的一種高質量發展新業態。本文重點分析智慧農業在糧食產業發展中的意義、應用以及重塑糧食產業創新的理論邏輯。

一、智慧農業在糧食產業發展中的意義

（一）農業現代化發展的必然方向

農業現代化，關鍵是農業科技現代化。糧食產業是農業的基礎產業，糧食產業現代化是農業現代化的必經之路，而智慧農業則是糧食產業現代化的重要抓手。中國糧食產業由傳統農業生產向現代農業轉型的過程，本質上是“智慧化”賦能糧食產業全產業鏈生產的過程。通過大數據、物聯網、云計算、區塊鏈、人工智能等新型信息技術與糧食生產深度融合，實現糧食生產精準監控、自然災害提前預警、糧食銷售全程跟蹤、糧食加工智能化，這一過程中，由傳統的人力操作、普通機械化為主的低效率模式轉變為以智慧化技術為主的高效率模式是農業現代化發展的必然方向。

（二）農業新質生產力提升的必然要求

農業新質生產力不僅關注傳統意義上的產量提升，還涉及農業生產方式轉變、資源高效利用、生態環境保護、農產品質量和安全等糧食產業的整個鏈條。智慧農業則是通過新一代科學技術對上述糧食產業全過程的干預和升級。如大數據和人工智能技術為生產決策提供了強大的數據分析和決策支持能力；物聯網技術的應用為農業生產提供了實時監測和遠程控制的能力；農業生產設備、傳感器、無人機等設備的互聯互通，可以提高資源使用效率，實現農業的可持續發展。

（三）水土資源約束下的必然選擇

我國農業資源有限，傳統農業經營模式難以實現資源的可持續發展。以耕地資源為例，我國耕地質量總體不高。農業資源是保障糧食安全的基礎，我國人均農業資源在約束條件下亟須通過現代化的農業技術手段提高資源使用效率，因此發展智慧農業是現階段切實可行的路徑。

二、智慧農業在糧食產業發展中的應用

糧食產業活動主要分為作物育種、大田生產、糧食流通和農產品消費四個環節，智慧農業在每一個環節都具有重要的應用潛力。

（一）智慧農業在作物育種中的應用

智慧農業在作物育種中的應用涵蓋了數據分析預測、遺傳改良、作物品種篩選、品種質量監督等多個方面，為作物育種提供更加精準、高效的技術手段。其作用主要表現在三個方面：一是數據分析和預測。智慧農業可以利用大數據分析技術，結合作物基因組數據、環境因素、病蟲害等多種信息，進行作物育種相關數據的分析和預測，識別潛在的遺傳特征和基因型，為育種材料的篩選和作物改良提供科學依據。二是遺傳改良和基因編輯。智慧農業可以應用遺傳工程技術，通過基因編輯等手段對作物的遺傳特征進行改良。利用CRISPR-Cas9等技術，實現對作物特定基因的精準編輯，從而培育出更具抗病性、抗逆性、高產和優質的新品種。三是作物品種篩選和評價。智慧農業可以利用先進的高通量篩選技術，對大量的種質資源進行篩選和評價，通過基于圖像識別和機器學習的方法，實現對作物性狀的高效評價和篩選，加速育種過程。

（二）智慧農業在糧食生產中的應用

智慧農業在糧食生產中的應用主要有四個方面：一是智能化選擇作物品種。不同的作物品種需要與當地的自然環境相適應才能發揮最大的生產潛力。利用遙感技術和地理信息系統，可以對不同地區的土壤、氣候等環境因素進行精準監測和分析，匹配大量作物品種的特性，選擇最優的作物品種，實現精準種植。二是智能化管理農業生產。智慧農業技術可以實現對糧食作物生長環境的精準監測和管理。通過傳感器、遙感技術和無人機等手段，可以實時監測糧食作物的生長環境，如土壤水分、養分含量、病蟲害發生情況等，從而實現精準施肥、灌溉和病蟲害防控，提高糧食作物的產量和質量。三是智能化預測糧食產量。智慧農業可以通過多種方式預測作物產量和質量。最常用的方式是利用作物生長模型，對作物生長過程進行模擬和預測。通過對作物生長的關鍵環節進行建模，如生長速率、光合作用、蒸騰作用等，預測作物產量。四是自動化控制農業機械。智能化農機可以實現自動化操作，如自動駕駛拖拉機、播種機、收割機等，農戶可以通過手機或者電腦進行遠程操作。通過收集到的數據，智能調控施肥和灌溉系統，操控農業機械精準施肥和灌溉。此外，智慧農業也可以根據作業參數進行優化調整，達到農作物適合的播種深度、收割速度等。

（三）智慧農業在糧食流通中的應用

智慧農業在糧食流通中的應用主要有三個方面：一是農產品冷鏈物流和倉儲管理。利用物聯網技術實現對糧食冷鏈物流的實時監控，包括溫度、濕度、運輸路線等參數。通過遠程監控和預警系統，及時發現和解決運輸中的問題，確保糧食在整個流通過程中的質量和安全；實現對糧食倉儲的智能化管理，包括庫存監控、溫濕度控制、防蟲防霉等功能，確保糧食在倉儲過程中的質量和安全。二是電子商務平臺。智慧農業技術可以促進農產品電子商務平臺的發展，提高糧食流通的效率和便利性。消費者通過電子商務平臺直接購買農產品，農民也可以通過電子商務平臺銷售農產品，實現農產品的線上線下銷售渠道互通。三是了解市場信息。通過對糧食流通數據的分析，幫助政府和企業更好地了解市場需求、流通瓶頸、價格波動等信息，有針對性地制定糧食流通政策和市場營銷策略。

（四）智慧農業在糧食消費中的應用

智慧農業技術在糧食消費領域中的應用主要有三個方面。一是農產品溯源。利用物聯網、區塊鏈等技術，實現糧食生產全流程的信息化管理和溯源。通過數字化方式記錄種植、施肥、灌溉、采摘、加工等環節的數據，使消費者掃描商品包裝上的二維碼或者使用手機APP便可以查詢到產品的生產地點、生產過程、質量檢測等信息，增強消費者對農產品的信任度。二是提高供需匹配。智慧農業將流通過程中農產品的產供銷環節通過線上網絡對接，將消費者需求信息與生產者供給信息相匹配，有效提高消費者的滿意度。三是加強營養健康管理。消費者通過使用智能化的健康監測設備和糧食營養價值評估系統，能夠更好地了解糧食的營養成分和健康價值（見圖1）。

三、智慧農業重塑糧食產業的創新機制

智慧農業和糧食產業創新都是農業現代化轉型升級的必要條件，彼此之間存在著一定的內在聯系。智慧農業為糧食產業創新提供技術支持和服務，促進糧食產業高質量發展，糧食產業創新則為智慧農業的發展提供市場需求和技術應用場景，促進智慧農業的應用和推廣。

（一）重塑農業生產要素配置，推動農業生產方式轉型

智慧農業重塑生產要素配置，體現在數據要素的增加及傳統生產要素的改變。以數據為載體的新要素與土地、勞動力、資本等傳統生產要素的有機結合改變了傳統農業生產函數，促進農業生產邊際收益遞增。此處的數據要素不僅是農業基礎數據的簡單收集，更是通過大量的基礎數據，利用強大的算法和算力給出可靠的生產決策方案，提高整體的農業生產效率。在糧食生產過程中，智慧農業通過引入數據信息這一新型生產要素，加快生產要素信息間的轉化與應用，從依靠傳統生產要素轉向以人工智能為指導的數字生產要素。要素配置方式的改變必然引起生產方式的改變，即從以單環節的機械作業、人為決策為主的傳統生產模式轉變為依靠新型設備、模型預測以及現代化管理模式等為主的智慧化生產模式。

（二）重塑資源利用方式，加快農業綠色發展

我國糧食生產的資源約束主要是水土資源的缺失。智慧農業可以利用先進技術提高資源的使用效率，打破傳統農業資源的約束條件，提高糧食產量。具體來講，智慧農業可以利用衛星搭載高精度感知設備，通過精細化生產、測土配方施肥、農業節水灌溉、農業廢棄物利用等方式，構建農業生態環境監測網絡，獲取土壤、水文、氣候等農業資源信息。在水資源利用方面，智慧農業可利用遙感等技術對現有水土資源利用狀態進行動態監測，及時發現水土資源利用分配中存在的問題與隱患，并利用監測數據建立水土資源大數據信息庫實時共享數據，實現水土資源的科學規劃與分配，保證水土資源利用效率的最大化。同時，智慧農業可以減少資源的浪費。基于采集的數據和分析結果，進行定量施肥、施藥、灌溉等，使農戶使用量和農作物需求量相吻合，防止出現過量化工藥品使用而造成的土壤、空氣及水流污染，推動農業的可持續發展。

（三）重塑糧食生產的管理模式，實現農業現代化管理

智慧農業改變了傳統小農戶的農業管理模式，現代化的企業管理模式得到應用。由于農業生產的各個環節緊密相連且生產周期較長，而耕地、打藥、施肥等農業生產環節難以與最終的收獲環節建立聯系，造成農業雇工難以監督，傳統農業生產難以實現像工業生產那樣通過分工、分階段的監督提高勞動生產率。智慧農業更加接近于企業生產模式，可以將現代化工業管理模式應用于糧食生產。一般來講，可以從三個方面改變傳統農業的管理模式：一是智慧農業使農業分工成為可能。通過大田可視化監督和可量化績效，能夠全方位、全過程對農業雇工進行監督管理，提高勞動生產效率。二是智慧農業使農業生產的空間格局發生變化，生產者逐步由室外勞作轉為室內管理。智慧農業的“精準化”屬性使生產者足不出戶即可遠程操控智能設備進行精準作業，打破了傳統農業生產的空間限制，從而實現農業生產在時間與空間上的并存。三是智慧農業的管理設備更加現代化。通過智慧化設備，將遙感系統、地理信息系統、物聯網等高新技術與農學、生態學、植物生理學、土壤學等知識有機地結合起來，通過參數、模型和算法來組合和優化多維和海量數據，為生產操作和經營決策提供依據，并實現部分自動化控制和操作。

（四）重塑農產品消費模式，提高整體社會福利水平

智慧農業主要從三個方面提高社會福利：一是緩解信息不對稱導致的農產品供需失衡問題。生產者通過大數據平臺，建立農產品價格走勢預測模型，指導農業生產主體動態調整產能，高效匹配供給端和需求端，以減少農戶盲目生產、降低農產品損耗、實現農民增收。二是解決信息不對稱引起的農產品質量問題。消費者可以借助互聯網等信息技術，在農產品生產全程信息共享平臺對農產品流通實行全程關注，實現農產品從田間到餐桌的全程可追溯，保障消費者對農產品的安全需求和個性化需求。三是智慧農業改變了農產品的交易方式。通過互聯網、大數據信息，生產者可以及時了解農產品的市場情況，將流通過程中農產品的產銷通過線上網絡對接，足不出戶便可實現農產品的交易并提供定制化的農產品服務，重塑農產品消費模式，帶動交易量的提升。

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（作者系中國社會科學院農村發展研究所副研究員）

The Application and Innovative Mechanisms of Smart Agriculture in the Grain Industry

Wang Shukun

Abstract： Smart agriculture， by deeply integrating advanced technologies such as the Internet of Things， big data， and artificial intelligence with the \"three rural issues\"， is of great significance for enhancing the new quality productive forces in the grain industry and the modernization of agriculture. This paper analyzes the significance of smart agriculture for the development of the grain industry from three perspectives： the efficiency of water and soil resource utilization， new productivity in agriculture， and the modernization of agriculture. It also systematically examines the applications of smart agriculture in the production， circulation， and consumption stages of grain. The paper discusses the theoretical logic of how smart agriculture reshapes the configuration of production factors， resource conditions， production management models， and agricultural product consumption.

Keywords：Smart Agriculture； Grain Industry； Factor Configuration； Resource Conditions； Agricultural Product Consumption