加快数字农业建设为农业农村现代化增添新动能

刘海启

(农业部耕地利用遥感重点实验室/农业部规划设计研究院，北京 100125)

0 引言

党的十九大报告在谈到经济建设取得重大成就时，提出了数字经济等新兴产业蓬勃发展的科学判断。在谈到加快建设创新型国家时，提出了建设数字中国的重要目标[1]。数字农业既是数字经济的组成部分，也是数字中国的重要内容，实施乡村振兴战略、实现农业农村现代化[2]、建设农业强国[4]离不开数字农业的发展和应用。必须发挥大数据的基础资源作用和创新引擎作用[1]，推动农业农村加速向数字化、网络化、智能化发展[3]，加快形成以数据为关键要素的数字农业经济体系。

国外发达国家在后农业现代化阶段，在可持续发展战略指引下，其技术手段主要是加强数字技术的推广应用。2012年，美国政府宣布了“大数据研究和发展计划”[12]，旨在提高从大型复杂数字数据中集中提取知识和观点的能力，加快在科学与工程中的应用步伐，加强国家安全，并改变教学研究。其中在农业方面，主要是利用大数据技术开展生物工程研究。近20年来，美国已经开展了大量的精准农业和智慧农业研究，并一直处于世界领先地位。同时，在对地观测方面，也不断提高全球数据收集分析能力。2013年，英国政府专门启动了“农业技术战略”[11]，该战略高度重视利用“大数据”和信息技术提升农业生产效率。参与该战略制定的爱丁堡大学信息学院科林·亚当姆斯认为，农业可能是最后一个面临信息化和数字化的产业，大数据将是未来提升农业作物产量、畜牧业产量的关键，也是提升农业部门对市场理解的关键。未来的核心问题是将大量的数据融合起来进行适当、科学的分析，以此来推动农业的发展。德国、意大利等欧盟国家仿照德国工业4.0的做法，提出了农业发展4.0的研究框架，主要开展精准农业和智能化作业方式研究应用，以及欧盟共同农业政策(CAP)执行效果遥感核查(CwRS)、自然灾害快速监测评价、跨国农业生产情况监测和粮食产量估算等。

1 数字农业的简介

1.1 数字农业的概念和演变

综合多方面的概念定义和实践做法，该文认为数字农业是指在现代空间信息技术支撑下的农业经济系统，是现代信息技术与现代农业深度融合的产物。具体说来，就是将两类技术有机结合起来，在农业产业体系、生产体系和经营体系中实现融合发展，形成数字农业生产方式。第一类技术主要包括遥感技术、地理信息系统、全球定位系统、网络技术、大数据和云计算等现代信息技术； 第二类技术主要包括农学、植物生理学、生态学、土壤学等现代农业技术。

在这两类技术的结合过程中，第一类技术起着主导作用，且不断地向第二类技术渗透和融合。在融合过程中，主要沿着两条主线快速发展，一是数字产业化，二是产业数字化。

就数字技术产业化来说，在依赖数字技术向现代农业的融合过程中，自身实现了产业化运营，形成了该类技术的企业化和产业化体系[6]。目前，一批新兴的农业科技公司正在将这些高新技术应用于农业实践[7]，收集、分析和应用农业全链条的信息和建议，用信息将亿万农户与大市场相连接，由此形成了依赖数字技术、关联农业全过程的现代农业新型服务体系。这样的高新技术企业如雨后春笋般崛起，风险投资机构也蜂拥而至，而且十分看好这个高新技术的产业化趋势。

就农业产业数字化来说，被数字化技术改造以后，现代农业实现的手段和路径发生了根本性的变化，从而形成了一种新型的生产方式，传统农业逐步走向了精准农业和智慧农业阶段[5]。在产业数字化过程中，政府起到了重要推动作用：一是在拖拉机等机械设备上安装地理信息系统、空间定位系统等数字技术导航装置和水肥药变量施用装置，根据实际需要逐地块进行变量操作，开始了农业生产耕种收的精准作业； 二是利用遥感技术开展作物长势和病虫害防治的监测预测，开始了农业生产全过程的及时监管和当季面积产量的精确清查； 三是在耕种收管机械设备上安装更多的传感器，实现农业生产的智能化作业，这也是当前相关专家们提出的智慧农业的雏形。数字产业化和产业数字化的结果，不但改变了传统的农业生产方式，也改变了传统的农业服务方式，实现了依赖数字技术的现代农业商品生产和服务方式，形成了数字农业经济体系。

总之，数字农业经济体系是依赖数字技术的农业生产和服务体系。它包括现代农业的生产方式、加工方式以及服务方式，是现代农业的具体实现形式。数字技术在生产、分配、交换、消费4个相互联系环节中均发挥着基础的作用，在供给和需求的经济关系中发挥着关键的作用。

1.2 厘清一些名称概念和发展阶段的不同

从国内外的理论和实践来看，由于发展阶段、技术方法、实践条件不同，数字农业出现了不同的名称和叫法。有的叫做精准农业(PA，Precision Agriculture)[13]，有的叫做信息农业(IA，Information Agriculture)，有的叫做智慧农业(SA，Smart Agriculture)。和信息经济、数字经济的概念一样，不同研究者有不同的理解和叫法。但是，虽然叫法不同，做法略有差异，但是方向一致，目标一样，本质相同。

从经济发展的角度来看，习近平总书记指出，要构建以数据为关键要素的数字经济。从2016年9月杭州20国集团会议公报中的数字经济称谓，到2017年3月5日李克强总理政府工作报告中提到的数字经济[8]等，统一叫做数字经济比较适宜。因为科技界一般将信息化区分为数字化、网络化、智能化3个阶段[9]。从发展的眼光来看，数字化是基础，数字化技术还可涵盖网络化、智能化的初期阶段。

由数字农业从低级到高级的发展脉络来看，由数字农业发展到精准农业，进而发展到智慧农业[5]，是一个技术不断进步的科学进程，也是技术产业化应用的普遍规律。从狭义看，数字农业是后两个阶段的基础，从广义看，数字农业在一定程度上可涵盖后两个阶段的内容。因此，当前统一叫做数字农业(DA，digital Agriculture)也比较适宜。

2 数字农业经济体系的逻辑关系

在现代化生产方式下，农业生产要素的范围发生了重大变化，关键生产要素和核心生产要素不断叠加。生产要素类型不断拓展，由最初的土水肥药等要素拓展增加了资本、管理后，又拓展增加了数据、网络及其相关技术。就各类生产要素在生产中所发挥的作用来看，目前还存在一定的模糊认识，需要进一步澄清。

就数字技术产业本身说，其核心生产要素无疑就是数据。比如算法经济、地理信息产业和信息通讯产业等，都是完全依靠数据开展工作的，其输入、输出、库存和应用等都是数据形式。就农业产业来说，其生产要素种类较多，但核心要素仍然是土地，缺乏土地及其空间是无法开展生产的。那么，回答数字农业的生产要素是什么的问题，就澄清了上述的模糊认识。

2017年12月8日，习近平总书记主持中共中央政治局第2次集体学习时指出，大数据是信息化发展的新阶段，要推动实施大数据战略，构建以数据为关键要素的数字经济，发挥数据的基础资源作用和创新引擎作用。因此，可看出数据是数字经济的关键要素，进而推断，数字农业经济体系是以数字为关键生产要素、以土地为核心生产要素的产业形式，是现代农业的具体表现形式。要实现信息时代的现代农业，就必须同时具备数字这个关键要素和土地这个核心要素。因为在信息时代和信息社会，没有现代信息技术支撑的农业体系就不能称之为现代农业体系。

从作业过程来看，数字农业是将农业生产要素首先转化为数字，然后用现代信息技术对农业全过程进行科学设计、信息反馈和精准控制的现代农业生产方式。这种生产方式是依赖数字技术的商品生产和服务过程，实现了信息技术与农业过程的有机融合，形成了数字化设计、可视化表达、信息化管理的现代作业方式，为农业农村现代化提供了新的发展手段，增添了新的发展动能。

从技术路线来看，数字农业是将遥感等现代信息技术，与农学、土壤学、生态学等传统学科有机结合起来，形成空间信息系统，实现对农作物长势、灾害、环境等进行定期监测，对农业生产过程进行及时控制，达到合理利用农业资源、降低生产成本、改善生态环境、提高农作物产品和质量的目的。

总之，数字决策已经由辅助决策走向核心支撑和主要依靠，成为现代农业的关键环节，数字农业成为以数据为关键要素和以土地为核心要素的现代农业生产方式。就数字和农业的关系来看，农业是目的和内容，数字是手段和形式，所以说数字农业是新型的现代农业生产方式。

3 数字农业的发展思路、重点任务、功能及效益

3.1 数字农业的发展思路

经过理论分析和实践总结，我国数字农业发展和建设的总体思路是，利用“天空地”三级平台，集成遥感地理空间信息技术和农业专业技术两大类技术，明确产业数字化和数字产业化两条主线，针对农业生产、生态、生活3类对象实施大数据战略，开展数据获取、分析、应用等一系列重点工作，加快农业资源数据库、农业生产利用库、农户承包权属库三大信息工程建设，开展数字农业、精准农业和智慧农业示范试点，构建现代农业新型的农业生产方式和服务方式，形成数字农业经济体系，为发展数字经济、实现农业农村现代化提供新的动能和路径。

3.2 数字农业的重点任务

按照农业部关于我国“天空地”数字农业管理系统建设的总体要求，该项建设主要包括农业要素的数字化、农业过程的数字化、农业资源权属及变化的数字化、农业管理数字化等4个方面，简称“一平台三系统”建设。为此，要尽快建成农业资源数据库系统、农业生产监测系统、农业权属数字化系统以及农业数字管理平台，构建我国的数字农业管理系统，加快推动数字农业建设。从政府主导推动的角度来看，要在现代农业发展建设既定布局的基础上，加快农业产业数字化工作。主要包括4个方面。

3.2.1 农业要素的数字化

农业生产要素涉及种类较多，大部分种类都有专门部门管理，比如土地利用、水资源分布、土壤类型、地形地貌等，近年来都建立了相应的数据库，只要实现信息共享即可。甚至有关劳动力等社会要素的情况、化肥农药等市场要素的生产销售情况也较为清楚。但耕地、草原、养殖水域的利用状况不清、动态变化掌握不及时，各类要素使用不匹配，这就需要加快自然资源的空间数据库建设。

3.2.2 农业过程的数字化

农业生产首先是对农业资源的开发利用过程，同时受天气、政策、市场等各方面影响，其特点是变化快、可控性差。为此，在农业资源数据库建设的基础上，需要对作物面积、长势、灾害、产量等进行动态监测，以便为国家粮食安全战略提供支撑； 对各类生产要素的使用情况及其使用效果进行空间分布形式的描绘，以便开展精准和变量作业； 对农业政策如结构调整、农业补贴、商业保险等实施效果进行核查，以便及时调整应对措施等。随着经济全球化的深入发展，为应对国际粮食和环境问题，我国作为农业大国要想在全球范围内合理配置资源，还必须建立国外重点地区的数据调查分析系统。

3.2.3 农村权属的数字化

权属清晰是产业发展的基础和前提，我国农村承包耕地确权登记工作将于2018年底全面完成，同时，全国2.4亿农户承包耕地的地块分布及其数量管理信息系统正式上线运行。这项工作为我国农村承包地实行所有权、承包权、经营权三权分置改革提供了基本支撑。目前，国土部正在开展集体用地和宅基地确权工作，国土部也要加快草原、水域等确权登记和数字化建库工作，以便创新抵押融资功能，推动数字农业发展，加快农业农村现代化。

3.2.4 农业管理的数字化

上述三方面数字化工作完成后，数字农业的观测网络基本建成，这只是完成了大数据战略的第一个环节——数据获取环节。另外两个环节即分析环节和应用环节必须在管理平台上实现。如果说第一个环节主要是利用遥感空间信息系统这一类技术的话，那么，分析和应用环节主要是利用农业专业这一类技术。农业各行业专家需要开发一些专家模型[10]，对该行业各项工作进行分析评判，为科学决策、行动方案、实践效果提供有效支撑。在应用环节的另一项任务，就是要实现数字化设计、可视化表达、信息化管理，以便于日常运行管理。

3.3 功能及效益分析

上述4项内容建成后，预计可实现3方面功能。

(1)在微观尺度上。形成“五位一体”的管理，即“谁家的地块”、“轮作休耕了没有”、“种了些什么”、“长势和墒情”、“单产总产、市场价格、收入预测情况”等5个环节，利用“3S”技术了解农户的微观经营效果，建立微观与宏观之间的桥梁，实现微观活动与宏观调控的统一。

(2)在中观尺度上。形成区域发展的监管，在把生产情况落实到田头地块的前提下，及时监测粮食生产功能区和重要农产品生产保护区建设情况和生产情况，实现真理原则(优势区域布局)和价值原则(尊重农民意愿)的统一。

(3)在宏观尺度上。形成农业“全球监测”，针对与我国粮食贸易量有关的地区如南美大豆、美国大豆和玉米等作物，我们已经开展几年的研究应用，下一步要完善技术方案，建立全球农业数据收集分析系统，实现国内与国外两种资源两种市场的统一。

4 数字农业建设的工作措施

在数字农业4项内容和大数据战略三大环节建设的同时，根据实际需要和国际前沿，加强薄弱环节研究，从长远发展考虑，补足数字农业建设当中的短板。

(1)开展高光谱研究。解决农作物长势、灾害等问题，找到农作物长势评价、各种灾害监测所需要的波段组合和计算模型，加强基础理论研究。

(2)加快信息源扩建。在数据获取环节，当前数字农业建设的明显不足是缺乏雷达卫星应对云雨天气问题，缺乏红边波段解决作物区分问题，缺乏荧光波段解决作物“亚健康”监测评价问题。

(3)加强专家模型研究。农业各行业知识需要建成专家数字模型，以方便计算。利用地理空间信息技术开展农业生态环境分区研究，解决区域发展和环境容量监管问题。

5 结论与建议

习近平总书记指出，善于获取数据、分析数据、运用数据，是领导干部做好工作的基本功。各级领导干部要加强学习，懂得大数据，用好大数据，增强利用数据推进各项工作的本领，不断提高对大数据发展规律的把握能力，使大数据在各项工作中发挥更大作用。因此，建议从以下几个方面，学习数字农业关键技术，提高新时代做好三农工作的能力。

5.1 加强“5S”技术培训

对于农业领域的干部来说，天空地数字农业系统建设的技术支撑，主要包括遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GNSS)、专家系统(ES)、决策支持系统(DSS)等5个方面[6]，善于集成使用这5个方面的技术是做好数字农业工作的重要基础，需要多方面、多层次培训推广。

5.2 加强示范引导

数字农业工作需要政府示范引导和推动。一是在我部已经开展一些工程示范项目，总结经验，加大推广力度，逐步形成新型的现代信息化的生产方式。二是用信息把小农户和大市场联系起来，用网络联系农村和城市联系起来，鼓励社会主体建设新型信息化的农业服务体系，实现对农业生产、交换、分配、消费全过程的服务。

5.3 加强制度性建设

以新发展理念为指导，以农业绿色发展引领，以实施大数据战略和乡村振兴战略为目标，加快着手开展国家天空地数字农业管理系统的规划、设计、建设工作。在前沿技术研发、数据开放共享、隐私安全保护、人才培养等方面开展前瞻性布局，形成工作制度性安排，确保数字农业建设顺利推进。

[1] 习近平. 审时度势精心谋划超前布局力争主动实施国家大数据战略加快建设数字中国，人民日报第1版， 2017-12-10

[2] 韩长赋. 大力实施乡村振兴战略，人民日报第7版， 2017-12-11

[3] 屈冬玉. 以信息化加快推进小农现代化，人民日报第7版， 2017-06-05

[4] 叶贞琴. 建设农业强国的根本途径、着力点，新三农， 2017-08-23

[5] 唐华俊. 智慧农业——未来竞争力解决方案，中国智慧农业网， 2016-12-25

[6] 李德仁. 展望大数据时代的地球空间信息学，院士论坛论文版， 2016-05-18

[7] 周成虎.GIS的大数据时代展望，GIS软件技术大会， 2017-08-24

[8] 李艺铭， 安晖.数字经济新时代再起航，北京：人民邮电出版社， 2017.6

[9] 李国杰. 数字经济引领创新发展，人民日报， 2016-12-18

[10]何鼎鼎. 共搭数字经济的发展快车，人民日报第9版， 2017-12-04

[11]蒋华栋. 借力大数据英国向精准农业迈进，搜狐新闻， 2015-11-27

[12]焦月， 张道衢.美国政府《大数据研究和发展计划》全文，慧天地， 2017-02-17

[13]何迪. 美国、日本、德国农业信息化发展比较与经验借鉴，世界农业， 2017, 3：164～168