关于湖南智慧农业发展的思考

刘学文，张智优，向绪友，周 超

（湖南省农业信息与工程研究所，湖南省智慧农业工程技术研究中心，湖南 长沙 410125）

当前，我国已经进入信息经济引领科技革命和产业变革的新时代。在信息技术的引领驱动下，农业也逐步迈入了以数字化、网络化、智能化为特点的智慧农业时代（农业4.0）[1]。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》明确提出要加快数字化发展，推动数字经济和实体经济深度融合；要建设智慧农业，提高农业质量效益和竞争力。党中央把智慧农业发展作为未来农业发展的重要方向。“十三五”，湖南把发展“精细农业”作为推进湖南农业现代化的战略举措，把发展农业信息化、推动智慧农业作为实施精细农业战略的重要手段，在智慧农业相关基础设施建设、技术研发及成果应用等方面取得了一定成效，为推动湖南省农业现代化跨出了坚实的步伐，为我国粮食安全和农产品有效供给作出了重大贡献。但同时也面临一些发展瓶颈和问题。“十四五”时期，我国将全面实施乡村振兴战略，深入推动农业农村现代化发展。中国共产党湖南省第十一届委员会第十二次全会再次把“发展精细农业”作为推进农业现代化的战略举措，彰显湖南作为农业大省的“新当担新作为”，是湖南农业高质量发展的“新路子”。因此，为贯彻落实我国“四化同步”国家战略，转变农业生产发展模式、推进农业高质量发展，推动农业全产业链延长与升级改造[2]、促进一二三产业深度融合，建设数字乡村、助推乡村振兴，实现由农业大省 向农业强省迈进，湖南更应着力智慧农业发展，加强顶层设计，加强政策支持，加快发展步伐。

1 湖南省发展智慧农业的需求分析

1.1 智慧农业发展态势

1.1.1 智慧农业的概念 智慧农业是在2008 年美国IBM 公司提出的“智慧地球”（smart planet）的基础上 衍生而来的。目前，业界对智慧农业还没有相对统一的定义。2019 年，赵春江院士指出：智慧农业是以信息和知识为核心要素，通过将互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术与农业深度融合，实现农业信息感知、定量决策、智能控制、精准投入、个性化服务的全新的农业生产方式，是农业信息化发展从数字化到网络化再到智能化的高级阶段[3]。

1.1.2 国外智慧农业发展趋势 世界各国因地制宜，各自提出智慧农业研究计划，探索适合自身的智慧农业发展模式，并研发相关的配套技术体系和装备等。智慧农业正在成为世界农业科技发展的新方向和新趋势。在发达国家，现代信息技术正全面渗透农业各领域。美国使用物联网科技实现“智慧农业”生产的水平程度已经领先全球[4]，农业生产的耕作设备智能化程度较高，可以通过物联网进行平台监控[5]。德国以“工业4.0”的基本理念为基础发展数字农业[4]，致力于发展更高效与精准的智慧农业，在农业技术开发上投入大量资金，并激励大型企业牵头研发“数字农业”技术[5-6]。法国农业现代化智能化生产的发展方向为精耕细作结合信息化体系[4]。荷兰的《数字化战略》明确了数字化技术在开放式耕种、精准农业、温室园艺、畜牧养殖、食品质量安全以及生产链各环节的应用[7]。日本人均耕地面积少、人口老龄化严重，农业以家庭经营为主，选择智能化、工厂化、数据化的智慧农业成为其农业发展的迫切需要[8-9]，日本着重发展食品全程流通电子追溯系统，普及农用机器人进行农业生产[9]。以色列智慧农业发展取得了巨大的成就，例如精确的灌溉技术使当地75%的水实现循环利 用[9]，此外他们的温室系统技术、计算机监测技术、智能化采摘技术等也处于世界领先地位[10]。

1.1.3 国内智慧农业发展现状 “十三五”期间，农业农村部在全国9 个省市开展农业物联网工程区域试点，形成了426 项节本增效农业物联网产品技术和应用模式[3,11-12]。为满足设施温室智能化管理需求、提升温室智能化管理水平，科研单位和相关企业自主研制与水肥智能一体化相关的技术及装备，如作物及环境信息传感器、智能控制仪、节水灌溉控制器等。联合攻关、集成建立了天空地一体化的作物氮素快速信息获取技术体系，实现了不同空间尺度和不同时间尺度的作物氮素营养监测。基于北斗导航系统和智能避障技术以及自动作业技术等，研制了无人驾驶农业机械[3]，实现了农机作业的无人化和智能化，并逐步在全国开展无人农场示范。虽然目前智慧农业的发展场景和应用案例很多，但离真正实现技术落地、解决产业痛点、体现数字经济价值还存在较大差距。目前我国智慧农业技术还有一系列的“短板”问题、“短桶”问题，具体表现在：一是农业专用传感器落后，国产化缺口巨大，高端需求严重依赖进口[13]；二是模型、算法与智能决策准确度低，很多情况是时序控制而不是按需决策控制；三是缺乏智能化精准作业装备，作业质量差[3]。

1.2 湖南省推进智慧农业发展的重大意义

1.2.1 是抓住技术创新机遇，贯彻落实党中央强农战略的重要举措 无论是从我国国情还是政策导向来看，发展智慧农业已是大势所趋。连续多年的中央一号文件强调要发展智慧农业,顶层设计上一直在倡导整个农业产业的数字化转型。2012 中央一号文件年提出推进精准农业技术等、抢占现代农业科技制高点；2015—2016 年中央一号文件均提出在智能农业领域突破技术；2017—2020 年中央一号文件均提出要通过推进农业物联网试验示范和农业装备智能化、推进物联网试验示范和遥感技术应用、扩大农业物联网示范应用、开展国家数字乡村试点来加强智慧农业科技研发与示范应用。此外，《国家创新驱动发展战略纲要》要求到2030 年，农业科技创新整体实力进入世界前列；到2050 年，建成世界农业科技创新强国，引领世界农业科技发展潮流，对全球农业科学发展做出重大原创性贡献，为中国成为世界农业强国提供强大支撑。《新一代人工智能发展规划》和《数字乡村发展战略纲要》都强调智慧农（牧）场建设与示范。2020年10 月29 日，中国共产党第十九届五中全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》明确提出加快数字化发展，推动数字经济和实体经济深度融合；建设智慧农业，提高农业质量效益和竞争力。综上表明，我国智慧农业技术创新发展迎来了难得的机遇。强化智慧农业发展、培育战略性新兴产业增长点、抢占未来农业科技竞争制高点，将成为新时期支撑和引领现代农业发展的重要举措。

1.2.2 是转变农业发展方式，着力推进农业现代化的迫切需求 总体来说，湖南省农业的发展方式是传统与现代并存，农业保持了稳量增收的良好势头，但是数量与质量、总量与结构、投入与产出、成本与效益、生产与环境、当前与长远的矛盾也日益突出。传统农业的粗放生产、经验管理，不仅质量和效益低下，还带来资源的过度消耗，影响农业的生态环境和可持续发展。随着城镇化进程的加快，农业生产经营主体已发生明显变化，高素质农民将是今后农业生产的主力军，他们必然会打破传统农业生产和经验管理的框框，更多地依靠现代科技手段来经营农业。而信息化是农业现代化的主要驱动力。因此，促进信息化和农业现代化深度融合，依靠数据赋能和智能化技术装备的应用，发展智慧农业，切实改变传统的农业发展方式，提高农业现代化发展水平，将成为湖南农业发展的迫切需求。

1.2.3 是推动湖南精细农业发展，实现乡村振兴的重要支撑 自第十一次党代会以来，湖南坚持以精细农业引领农业高质量发展，坚持目标导向、问题导向，精准施策、精细落实，着力促进农业丰收农民增收，为打赢脱贫攻坚战、全面建成小康社会提供产业支撑，取得了良好成效。未来，湖南将继续实施精细农业发展战略，全面推进乡村振兴战略。这需要进一步在顶层设计上做到合理规划，在产业结构上做到精准布局，在生产经营上做到精细管理，在市场营销上做到精准对接。因此，需要先进的技术和精良的智能装备做支撑，特别是要加快信息技术在农业生产、经营、管理、服务、流通等各个环节和农村经济社会各领域的深度融合。当前应充分利用物联网、大数据、5G、区块链、人工智能等新一代信息技术向农业全产业链深度渗透，打造精细型、生态型、共享型智慧农业样板，为农业高质量发展插上科技的“翅膀”，改变农业“看天吃饭”的现状，实现农业产业链条全新变革，为进一步推进湖南精细农业发展、实现全面乡村振兴提供重要支撑。

2 湖南智慧农业的发展现状

2.1 主要成效

湖南作为农业大省，自古以来就是国家重要的粮仓，素有“湖广熟、天下足”的美誉[14]。湖南省高度重视智慧农业建设。近年来，人工智能、物联网、大数据、移动互联网、空间信息等信息技术在农业生产的实时监测、精准作业、智能管理等方面得到不同程度应用[15-18]，相关基础设施建设加快推进。截至2019年底，湖南省全省行政村通宽带率和农村4G 移动信号覆盖率均达100%，全省农村宽带接入用户达626.7万，4G 基站覆盖行政村数量超过1 500 个，5G 部署加快推进，省内已完成2 613 座5G 基站建设；实施全省信息进村入户工程，益农信息社建设2.1 万个，用户注册239.2 万人，服务2 672 万人次；湖南省已经作为全国实施农业物联网区域试验示范工程省份和植保无人机规范应用试点省份，已批复数字农业试点县项目4 个，数字乡村示范县2 个，并在20 个县市区开展农业物联网应用示范，建成了一批农业物联网示范基地；建成的平台和系统有湖南省智慧农业工程技术研究中心、湖南省农业物联网省级平台、湖南省农业农村网络系统、湖南省农业农村电子政务系统、湖南省农业农村应急指挥系统（视频会议系统）、湖南省农业农村政务网站集群、湖南省农业农村融媒体平台、湖南省农产品“身份证”管理平台、湖南省农村土地承包经营权信息应用系统、湖南省动物卫生监督信息平台、湖南省信息进村入户综合服务平台、湖南省智慧农机应用系统、水稻大数据（湖南）公共服务平台等；全省农业生产数字化水平达19.38%，农产品网络零售额逾189 亿元[16-18]。

2.2 面临的问题

湖南省智慧农业发展整体上处于全国中等偏上水平，其存在的问题具体表现在基础研究和技术积累的“短板”问题以及技术水平和应用水平均较低的“短桶”问题上。

2.2.1 缺乏顶层设计 受多种因素的制约，湖南农业大都还是以传统的农业生产方式为主，农业信息化、智慧农业生产示范和应用规模不大，成效不显著，基层政府、农业企业、农户对发展智慧农业的重要性、紧迫性认识还不足。因此，各级政府对推进智慧农业的发展一直缺乏统一的顶层设计和规划，各种投入也缺乏持续性。这导致各县市的智慧农业示范项目难以形成整体的竞争优势和品牌效应，影响力较弱，已经建成的智慧农业示范项目，由于后续的管理、运营以及成本约束等，真正运作良好、盈利突出的并不多见。各级主管部门缺乏对农业农村基础大数据平台的全面、系统、开放的管理，实现数据要素使用价值的主观能动性不足，没有建立起互相支撑的底层制度框架。国家、省级平台分项建设，市县平台欠缺，数据的公开、共享、发布的机制不完善，数据采集、共享、分析、使用的意识薄弱。

2.2.2 创新能力不足 湖南省在智慧农业基础理论和关键技术积累薄弱，智能感知、智能化精准作业等技术研发力量不足，基本上是以系统集成为主，特别是传感器等核心技术和设备基本依靠进口；其次是缺乏适合该省主要产业的农业信息数据库，包括农田土壤信息、农业气象信息、主要农作物品种信息、生物信息、病虫害防治信息等一系列专业性数据库，缺乏各类种养殖产业生产控制模型、病虫害识别与诊断模型、智能决策模型等。在农业产业数字化应用上，有待结合产业进行深入布局，比如病虫害实时监测预警、农产品区块链质量溯源、作物精确栽培、畜禽水产智能养殖、设施农业智能管理等，要有新的集成使用方式。

2.2.3 推广力度不够 由于信息技术及设备成本较高，目前智慧农业主要以政府投入为主，但是政府投入资金有限，大部分用在区域性试点示范上，投入和产出很大程度上不成正比，因此推广应用难度较大。其次是受到湖南地形地貌的影响，山区丘陵地带耕地较多，土地碎片化，特别是在湘西、湘南地区，大面积规模化平整土地较少，高标准农田建设有限，不适宜大型农业机械设备及农业信息化技术的应用推广，大多数智慧农业项目展示成分大于实际应用效果。

2.2.4 人才队伍建设滞后 智慧农业是知识和技术密集型产业，需要强大的人才支撑[19]。在湖南省，一方面现有从事农业生产的一线人员普遍知识技术水平不高，生产效率低下，加之当前从事农业生产的农民年纪偏大，应用智慧农业技术指导辅助生产、提升效率的能力较弱；另一方面农业管理部门、生产经营主体、农业企业普遍缺乏懂农业生产、经营、管理和电子信息化的复合型人才，导致智慧农业技术的创新、推广和落地非常困难和无力。同时，高校在农业信息学科或相关交叉学科的设置和招生方面存在“盲区”，导致培养的人才中懂农业的不懂信息技术、懂信息技术的不懂农业，信息与农业技术融合的复合型人才严重不足。另外基层农民科学素养水平不高，难以接受这些新生技术和现代化的生产经营理念。

3 湖南智慧农业发展的建议

3.1 强化顶层设计，做好政策规划引领

湖南智慧农业发展尚在起步阶段，但也迎来了重大发展机遇期。智慧农业是一个综合性系统工程，作为一种新的农业发展业态，需要规划引领。政府相关部门要立足湖南农业发展现状，着眼于农业产业转型和结构升级做好智慧农业发展的顶层设计，编制好“十四五”湖南省智慧农业发展规划，擘画湖南省智慧农业发展的总体框架、发展目标以及路线图，提出保障措施，对相关基础设施、科技创新、人才队伍、重大项目等建设制定短期和中长期的相关规划。通过规划的编制和发布，进一步提高政府部门、高校、科研院所、经营主体、农户对智慧农业的思想认识，营造良好的发展氛围。

3.2 加强政府投入，完善相关配套措施

加大财政支持力度，推动农村地区水利、公路、电力、冷链物流、农业生产加工等基础设施的数字化、信息化转型与建设，加大智慧农业所需的无线传感器、无线基站、传输设备和科技创新等投入，支持传统农业向数字化、网络化、智能化方向转变，提高农业农村信息化水平。积极完善相关补贴机制，制定支持农户应用智慧农业技术的各种补贴机制，对智慧农业技术产品应用主体给予政策性补贴[7]，将智慧农业相关设备纳入农机购置补贴。积极探索政府购买服务、政府与社会资本合作、贷款贴息等方式，吸引社会力量广泛参与，引导工商资本、金融资本投入智慧农业农村建设。研究出台行业准入、数据开放、市场监管等政策措施，积极推动土地流转制度的不断完善，鼓励土地经营权流转，让有条件的地区因地制宜发展多种形式的适度规模经营，打破小农生产的局限，创造适宜智慧农业发展的条件。

3.3 强化科技创新，加大成果转化力度

加强智慧农业相关核心关键技术的攻关和重大基础设施、重要平台建设，研发具有自主知识产权的农业传感器，研发一批能承担高劳动强度且适应山区、丘陵及恶劣作业环境的农业机器设施设备，如嫁接、除草、授粉、施药和设施温室作业机器人等。积极发展农业人工智能，重点开展农业大数据智能研究，建立重要农产品数据中心，开发各种类别的信息服务系统和平台。加大智慧农业技术及智能装备的集成应用示范，通过重点推动智慧农业示范工程实施、强化智慧农业示范基地建设，来推进互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等智慧农业技术在不同场景的集成与应用示范，推动科技成果尽快转化为现实生产力，促进智慧农业跨领域交叉的深度融合。

3.4 加强人才队伍建设，积极培育市场主体

积极发挥科研机构、高校、企业等各方优势，协同培养一批农业农村数字化和智慧农业领域的科技人才、工程师和高水平管理团队。支持湖南省内科研创新团队承担重大智慧农业科研项目，鼓励涉农高校开设智慧农业相关专业及课程，与重点龙头企业共建实习实训基地。积极引进各类高层次人才，加快培育领军型、创新型、复合型人才和战略运营团队。加强对外交流合作，鼓励国内科研人员参与国际智慧农业领域科研工作，积极引进国外高素质科研人才、团队以及先进的科研成果[20]。加大相关政策支持力度，优先培育一批有示范作用的智慧农业领军市场主体。积极开展业务培训，开展人才下乡活动，普及智慧农业相关知识，建设一大批懂技术、会操作的智慧农业工程队伍和技术推广队伍。