数字农业已成农业发展新趋势

策划/本刊编辑部 文/本刊记者 陈艮霞

近日，由农业农村部信息中心组织的农业农村信息中心系统全国县域数字农业农村发展研讨会在厦门召开。会议释放重大信号——我国将首次开展县域数字农业农村发展水平评价工作。农业农村部信息中心相关负责人表示，当前数字经济已成为经济增长的动力源、产业转型升级的驱动力，数字农业农村在乡村振兴战略实施中发挥着重要引领驱动作用。为顺应经济社会数字化新阶段的迫切需要，中央网信办正在组织编制数字乡村战略规划，农业农村部正在抓紧编制国家数字农业农村发展规划，建立数字农业农村发展水平评价体系，对数字农业农村发展水平进行评价迫在眉睫。

在21世纪的今天，尤其是最近十年，整个世界都在提数字农业的概念。我们从以前简单的对天和作物的了解，跨越到通过数据、气象、卫星遥感更好地感知农作物的生长条件，及时预知天气与各类风险，减少农药、化肥的施用，打通农业的各环节，从而产生更高效、更抗风险的农业整体解决方案。那么，到底什么是数字农业?

数字农业概述

数字农业是指将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通信和网络技术、自动化技术等高新技术与地理学、农学、生态学、植物生理学和土壤学等基础学科有机地结合起来，从而实现在农业生产的全过程中，对农作物从规划、投入、生产，到农产品收获、加工、营销等全过程模拟、监测、判断、预测和建议等，达到提高资源利用率，降低成本，提高生产效率和产品质量，改善生态环境的目的。

数字农业在其他“互联网+”的基础上，与技术和政策支持紧密融合在新型经济主体的主要驱动力，致力于大数据、人工智能、物联网、云计算、区块链等新的技术，从产业链的角度来讲，数字农业是深化数字经济改革的一个重要的趋势和力度，能进一步提升农业产业链，提高运行效率，优化综合配置，同时也是一种新型的农业产业形态。主要方面有以下几点：一是智能化，人工智能是未来数字经济里面很重要的管理技术。二是系统化，农业经济从数字农业来讲，就是从原始端到最终的消费端整体的系统化的产业。三是可持续化，数字农业发展一定是有可持续性的，具有一些颠覆性的技术，如果不能够做到持续，就需要有一个时间维度上的考虑。

从农业发展的角度看，农业发展分成三个阶段，第一是传统农业阶段，这个阶段称之为主要依靠包括手工劳动的阶段；第二是石油农业，数量依靠石油、天然气和煤衍生物，做农业资源的配置，这方面现在基本上处于第一和第二阶段；第三是数字农业阶段，依靠物联网、大数据云平台新兴技术构成数字农业的技术体系，依靠信息化、智能化、品牌化、数据化、可视化水平得到全面提升，这里面其实是讲把农业从数据到信息、到知识、到未来的决策，是我们希望建立这样一个数字农业的阶段，这个阶段现在来看是处于起步阶段。数字农业还分为四个环节，分别是智能化的生产、网络化的运营、高效化的管理、便利化的服务。通过这四个环节，实际上把农业从第一产业、第二产业、第三产业串在一起，是一个完全的全链条的产业结构。

自“数字地球”概念提出以来，全球数字信息化迅猛发展，数据爆发增长、海量聚集，目前进入了新的大数据发展阶段。世界各国将推进经济数字化作为实现创新发展的重要动能，在前沿技术研发、数据开放共享、人才培养等方面进行了前瞻性部署。美国、欧洲和日本等国家和地区抓住数字革命的机遇，纷纷出台了“大数据研究和发展计划”“农业技术战略”和“农业发展4.0 框架”，将数字技术广泛应用于整个农业生产活动和经济环境，加快推进数字农业发展，激活数字农业经济，迅速成为数字农业强国。

目前，在数字农业建设上，很多国家已取得一定成绩。以色列的智能育种、自动灌溉、物联网技术在农业中得到广泛应用和推广。美国的智慧农业融合了发达农业科技服务体系，监控科学，调控精细，智慧农业的推广与发展一定程度上促进了美国经济的增长。加拿大的家庭农场生产的谷种、乳制品、蔬菜、精肉在世界范围享有良好的口碑，得益于智慧农业技术在相关领域的应用。日本的农业产业顺利转型升级，农业信息网络、生物信息、农业数据库系统等技术应用领域广。

具体说来，在遥感技术方面，目前国外主要有美国的凯斯 AFS 系统、GreenStar 系统、天宝（Trimble）系统以及英国的Fieldstar 系统等，它们针对大田作物栽培，采用GIS 中的空间抽样方法获取关键点上的土壤信息，应用高分辨率卫星遥感及低空遥感数据实现对作物生长全过程的状态监测、分析和决策的循环，运用高精度GPS 动态差分技术完成农田的精确定位，研发变量施肥模型，通过施肥处方图来实施农机导航和肥料的田间投放控制。在信号传输方面，美国、英国、德国、瑞典、日本等国家的RFID 技术较为成熟，且具有了RFID 先进产品。

在决策支持系统方面，美国的DSSAT 系统是目前国际上最具有代表性的农业决策支持系统。英国的Katsuyuki 开发的专家系统能实现变量施肥决策。美国芝加哥大学的Dils R.A.研发了计算机网络的大豆专家决策管理系统，可实现在线决策。美国农业部建立了棉花生长发育模拟模型GOSSYM/COMA。美国农业科学院Manoj K.G.开发了针对番茄的温室育苗决策支持系统，分为长期规划和日常温度管理两个模块，系统应用的控制算法能最大限度地利用环境条件，尽可能降低能源的消耗。

目前，国内外在数字农业方面各自有大量的研究成果。从技术成熟度来看，在欧美等地，不少相关的产品和装备已经进入生产应用，而国内更多还在研发阶段，可批量生产用于生产实践中的技术及设备还相当有限。农业传感器的核心专利技术主要被国外拥有。中国数字农业相关的期刊论文虽然数量不少，但被引用的文章很少，未能形成国际影响力。从应用场景来看，国外土地相对集中，以美国为例，地广人稀，而且是以平原为主，农业机械化程度高，大面积种植都是靠机械，使得农业信息化的推广较易。而我国的土地较分散，以小规模种植为主，且很多是丘陵山地，难以大面积使用机械。此外，我国农村信息化条件落后，农民知识水平不足，生产管理平台推广难。因此，我国的智慧农业技术发展的方式及技术需要考虑中国实际情况，任重而道远。

科技在数字农业上的运用

大数据、人工智能、互联网等技术的应用，让农业这一传统产业变得“智能”起来。现代数字农业的发展离不开技术的支撑。

到目前为止，农业技术最大的发展是传感器连接和物联网。在数字转型中成功的农业生产正在变成一场数字游戏。在农业技术的帮助下，联网农民开始共享数据，并在输入、效率和操作流程方面进行改进，这在很大程度上得益于人工智能驱动的传感器。这些传感器可以是地面的、空中的或基于机器的，它们都具有巨大的农业生产潜力。

例如，在地面上，传感器可以监测植物、土壤、动物健康和天气情况。他们可以决定在什么地方种植产量最高，以及种植多少可以防止浪费。在空中，无人机和卫星可以监测作物的健康状况和病虫害，防止作物在收获季节突然减产。农业设备还可以获取预期作物产量的数据。例如，高速种植设备可以提供作物产量和收获产量的“已种植”估计值，使农民能够对销售预测、过剩和短缺进行计划。还不止这些：机器人收割设备甚至可以使用人工智能在合适的时间采摘成熟的水果和蔬菜，节省时间、人力和浪费。

数字农业受益的不仅仅是农民。例如，Blue River Technologies 公司的研究表明，通过使用人工智能传感器采集的数据，从广播喷洒转向定向喷洒，可以将除草剂的使用量减少90%。减少除草剂对我们人类和地球都有好处。显然，农业的数字化转型不仅有利于粮食生产，也有利于地球的健康。

就像人工智能通过缩短试验和错误开发阶段的时间来帮助加快药物试验一样，它对农业也起到了同样的作用。例如，Monsanto的人工智能团队发现，算法可以帮助他们更快地确定哪种杂交植物在现实种植条件下生长得最好，从而节省大量产品开发时间。例如，在过去，Monsanto公司会对玉米杂交品种进行多年的田间评估，然后将其推向市场——从发现到商业化，这一过程可能需要8 年时间。该育种计划将挑选大约500 个品种进行试验，这一过程成本和时间都很高。使用一种使用了过去15 年的分子标记和田间试验信息的算法，他们将育种过程缩短了整整一年。这是一个难以置信的飞跃，尤其是考虑到我们在未来几十年将面临的人口激增。更妙的是：从理论上讲，全球联网的农民将能够共享这类信息，不仅在Monsanto的农场，而且在全世界范围内实现更大、更快的产品开发。

在人工智能中的图像识别上。谷歌正致力于训练人工智能识别5 000种动植物，这将提高无人机检测病虫害和农作物损害的能力。这一进步是巨大的，因为它将使农民比以往任何时候都能更快更准确地监测他们的耕地面积，并随着时间的推移了解害虫的模式。

目前数字农业在农业上的技术运用是通过数据、气象、卫星遥感更好地感知农作物的生长条件，及时预知天气与各类风险，减少农药、化肥的施用，打通农业的各环节，从而产生更高效、更抗风险的农业整体解决方案。

比如在设备中的物联网和传感器，物联网正在利用设备和材料上的传感器简化农业资源的收集、检查和全面分配。同时，将传感器在农田中进行战略部署，再加上图像识别技术的帮助，可以让农民在世界任何地方看到他们的作物。这些传感器实时地向农民发送最新信息，因此他们可以根据作物当时的生长情况做出相应的改变。在这一点上，也有团队做得非常好，比如以云计算、物联网等高新技术为依托，深度融合农业生产技术，通过智能传感设备、高速移动互联网以及数据云计算帮助农业生产者实时监控管理生产基地的气候环境、土壤墒情、作物长势、病虫害情况，同时可远程自动化控制现场农业设施设备。

运用无人机对作物进行监测时，你通常可以一眼看到所有植物。但是农民在横跨数百公顷的土地上工作，这意味着他们能够鸟瞰农田的唯一方法就是依靠无人飞机。

据了解，目前，无人机正被广泛用于美国各地的农作物监测，作为对抗干旱和其他有害环境因素的手段，能够产生三维图像的无人机可以通过分析和规划种子种植模式来预测土壤质量。此外，无人机也被用来为作物喷洒农药，并且可以将喷洒速度提高5倍。

而国内，也有专业的植保无人机飞行队伍，例如针对南方多山地丘陵的特点，有的项目团队开发了一套适合南方山地丘陵地带的植保无人机飞行保障系统，该系统能根据地形特点、农作物生长特性、农作物不同生长周期、虫害防治特性、气象特性等各项参数实时生成最佳作业方案，专业植保飞行员根据方案规范作业，同时团队飞行队提供完善的售后服务，植保无人机飞行操作培训以及农药勾兑喷洒等方面的知识讲座等，彻底解决农业生产者对植保无人机及植保服务的后顾之忧。

运用RFID传感器和追踪，收获庄稼后，RFID传感器可以被用来追踪食品从田地进入市场再到终端用户厨房的过程。中端用户或消费者能够追踪他们从市场中购买的食物的详细生产路线。这种技术可以增加制造商的可信赖度，迫使它们总是提供新鲜产品。从田间到家庭餐桌全链条精准监测，多维度科学干预，通过溯源查询，为消费者提供从农场到餐桌的全程溯源信息，保障农产品安全，提升农产品品牌价值。

数字农业的优点与不足

数字农业有大量数据可用，可使大量可用的数据进入系统中去，这些数据包括产量、畜群健康、定价、天气、土壤环境、产品性能、维护需求、劳动力等。技术和自动化使用户能够基于全面、正确的数据做出决策，进而提升效率。

数字农业在经济效益上体现在提高农业生产的产出率；打造农产品的品牌，从国内看，农产品里面很好的品牌较少，农业里面国际性品牌也很少；高效管理实现降本增效，农业降低农产品和服务总体经用成本；发挥农业要素的资本价值，现在很多的技术，包括二、三产业里面，在资本市场，利用资本实现产业整体发展、快速发展，农业里面就很少。特别在上市公司里面，做农业题材的特别做农业第一个产品的很少，这里面也代表了一个不平衡。

数字农业在社会效益上表现在促进农业产业结构调整；促进农产品生产流通加工销售服务一体化，从而创造农业的产业链；根据“一物一码”的标准作为应用深入的标识，包括现在二维码用得比较多，现在看到超市里面很多产品加了二维码，能够实现全产业链的监控。

在生态效益上数字农业有利于减少污染，将数字农业运用到监控体系中能降低我们对化肥、农药的使用，减少对生态环境的污染。利用数字农业技术，比如我们在农药喷洒的时候不是做全面的喷洒，而是划区域，有的地方喷，有的地方不喷，这样对病虫害起到屏障作用，这样从技术上是可以做到的，这里面有很多应用的场景可以做。数字农业是农业发展的必然方向，区块链在农业里的应用前景会更好。还会对农村环境有所改善，通过建设农业综合体，发展生态旅游，建立美丽乡村，这也是未来的发展方向。现在有很多城市在做田园综合体，其实田园综合体到目前为止没有看到太成功的案例，未来有可能这里面对生态旅游有一个前景。

数字农业不仅会产生效益，它的发展也存在很多问题，一是农业大数据数量不足，质量不高。我国幅员辽阔，土地分散，农业大数据流动性差、难以共享，给数据挖掘和数据分析增加了难度。二是智慧农业的成本很高，但是农产品本身价值低，还有设备贵，冷链成本高，生产经营成本高，特别是人力成本特别高。三是技术成熟度不高，核心技术欠缺。我们很多传感器虽然有技术的优势，但是由于数量不够，成本降不下来。

我国数字农业发展趋势与展望

随着人口增加、城镇化发展，农业从基于资源的时代转向基于知识与数据的时代。将来的农业将是竞争的、知识密集的、市场驱动的农业。从技术方面来说，智能技术的发展和普及，如云计算、大数据、物联网、人工智能及智能控制等，使得数字农业的发展已具备技术条件。从需求来说，社会的老龄化、农业从业人员的缺失，需要数字农业来提高生产效率。从社会发展来说，民众对安全食品的需求，环境的改善，呼唤农业的精细管理，增加农业生产的透明度。从国家政策来看，农业始终是国家非常重视的领域，出台了各种有利于农业现代化的政策，例如三权分离，为数字农业的应用创造了条件。

数字农业要发展必须要场景要扩大化，数字农业要有更多场景来应用。只有场景应用得越多，成本才能下来，才能体验效益。数字农业的发展是一项系统工程，涉及政策、资本、技术标准、研发、成果转化、商业模式等诸多方面的内容，需要形成一套良好的智慧农业产业体系，并不仅仅是技术的简单应用和堆砌。开展数字农业，必须善于处理好科学、技术、经济、管理、社会和环境等多要素的集成、选择和优化。随着生产领域的精准农业实施、流通领域的农产品智能物流的应用，销售领域的网络化，我国农产品将逐步实现品牌化。全生态的农业产业链条，帮助农产品打入国际、国内高端市场，促进农业全环节升级、全链条升值。

数字农业的发展与社会的经济、文化、观念息息相关，而不仅仅是农业种植技术和信息技术的结合。复杂的种植环境和社会环境都难以建模，难以预测。将社会因素的影响考虑到农业系统内，发展面向农业的人工物理社会系统（CPSS），将是农业未来发展的趋势。而以描述、预测、处方为三部曲的平行农业，则为智慧农业提供了一个总体发展框架。

信息化时代，数字农业作为一种新型的农业发展模式，将信息技术综合、全面、系统地应用到农业生产经营的各个环节，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策，从而使农业更具有“智慧”，实现农业系统发展升级的整体目标。大力发展数字农业既能补“短板”，又能实现“直道超车”，为中国农业发展与世界同步提供国际领先的全新平台。但是，在数字农业发展中仍然存在展望中提到的客观问题，需要政府、科研单位、高校企业及各个相关行业共同努力来解决。