智慧城市兴起背景下河南省智慧农业发展研究

邓 岩

(河南财经政法大学 公共管理学院，河南 郑州 450046)

农业是立国之本，农业发展不仅关系到人民的温饱问题，而且还影响到国家的安全问题。特别是现在粮食安全成为摆在我们面前的重大问题，如何发展好农业，提高农业产率，保证农业的发展质量是关键。李克强总理在2018年《政府工作报告》中指出，加快建设现代农业产业园和特色农产品优势区，发展“互联网+农业”，稳定和优化粮食生产。习近平总书记更是在《摆脱贫困》一书中提到走一条发展大农业的路子，并对2020年全国春季农业生产工作作出指示，强调各级党委要把“三农”工作摆到重中之重的位置，农业基础打得更牢，把“三农”领域短板补得更实。2020年6月，农业农村部办公厅发布的《关于国家农业科技创新联盟建设的指导意见》指出，深化农业科技体制改革与机制创新、深度推进产学研一体化的重要举措，是科学配置农业科技创新资源、培育农业农村发展新动能、支撑引领乡村振兴的重要平台和载体。

智慧城市建设是提升我国城市治理水平、完善城市服务功能、满足人民日益增长的经济文化需要的重要战略支撑[1]。在智慧城市兴起的背景下，农业生产要充分利用现代信息技术与互联网技术,为农业的发展提供全方位的信息服务且更加准确的管理,使得农业系统运行得更加具有效率、更加智能化，成为现代化农业发展的新引擎，故而集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体的智慧农业发展是形势所趋。

一、智慧农业的内涵

何为智慧农业？广而周知，农业是指利用动物植物等生物的生长发育规律，通过人工培育来获得产品的各部门。智慧农业则是在支撑国民经济建设与发展基础产品的农业基础上围绕“大数据”、依托大数据驱动从而实现农业的全产业链智能化、精准化的高级农业形式[2]。

智慧农业将农业作为一个中心系统，从获取信息、传输信息、比较分析、做出决策、实践应用五个层次了解农作物、牲畜、水产品的生长状态。获取信息层是智慧农业利用多种摄像头及传感设备得到各类农业信息及生长数据；传输信息层是将采集到的信息和数据传输并储存到智慧农业动态数据库中；比较分析层处于智慧农业五个层次中的核心位置，利用先进的数据挖掘技术对半结构化及非结构化的农业数据进行分析和处理,从而提取出关键信息作为支撑农业预警、控制、决策和管理的基石；做出决策层是依据比较分析层的结论对实施远程自动控制的农业装备和设施提供决策支持；实践应用层即智慧农业最终目的是投入到农业的智能管理及应用实践。

二、河南省农业建设概况

河南省地处中原，绝大部分地区位于北亚热带和暖温带，由于具备天然的地理位置和气候优势，充足的光、热、水资源和肥沃的土地为其农业的发展奠定了良好的基础。因此，河南省作为中国农业大省，粮棉油等主要农产品产量均居全国前列，是全国重要的优质农产品生产基地。

1.耕地面积

耕地作为粮食生产的重要前提与保障，能够为农村人口提供主要生活保障，也是城市居民生活资料的主要来源。河南省作为国家粮食生产核心区，当前在推进坚守耕地数量质量、永久农田规划工作“双红线”等方面，做出了不少探索。

在坚守耕地数量质量方面，河南省自然资源厅为严守耕地红线，要求各级国土部门强化“管控、约束、补救、建设、倒逼、惩治”六重保护措施，同时建立以县级平衡为主、省辖市调剂为辅、省级适度统筹为补充的耕地统筹机制，以确保耕地数量不减少。在“十二五”期间，河南省共整治土地近3069.53千公顷，新增耕地120.73千公顷。据2019年河南省统计年鉴显示，截至2018年底，河南省耕地总面积达8162.37千公顷，与2009年第二次全国土地调查结果相比，实现耕地净增加30.05千公顷。近五年河南省耕地面积具体变化情况如下图1所示。

图1 河南省耕地面积年度变化情况(千公顷)

永久基本农田作为耕地组成部分，是指为确保土地资源可持续利用和经济社会可持续发展，根据土地管理法律法规，在土地利用总体规划中确定不得占用的具有较高或潜在生产能力的农用地。2017年底随着河南省第三批县级永久基本农田划定数据库上报自然资源部，全省永久基本农田划定工作全部完成，基本农田保护率由划定前的83.75%提高到84.04%。2018年河南省印发《关于进一步加强耕地保护的实施意见》，提出到2020年，全省耕地保有量不少于8027.35千公顷，永久基本农田保护面积不少于6807.40千公顷，确保建成4248.12千公顷、力争建成4949.14千公顷高标准农田。

2.粮食种植

粮食作物是农作物种植中的主导作物，目前河南省主要种植的粮食作物有水稻、小麦、玉米等，主要分为夏收与秋收粮食。2020年河南省人民政府《关于坚持三链同构加快推进粮食产业高质量发展的意见》中指出，要深入贯彻李克强总理关于加快建设粮食产业强国的批示要求，抓住我省粮食这个核心竞争力，加快延伸粮食产业链，优化服务着力提升价值链，积极打造供应链，完善原粮供应、仓储物流、市场供应、食品安全保障四大体系，加快推进粮食产业高质量发展，发挥粮食龙头企业和产业园区示范带动作用。

在粮食播种面积方面，近年来河南省粮食种植总面积呈现稳中有增的变化态势，如图2所示。截至2018年底，河南省粮食种植面积10906.80千公顷，比上年减少9.05千公顷。但河南省为提高粮食综合生产能力、保障粮食安全，从2015年开始实施高标准粮田建设计划，并出台了相关保护条例，如《河南省高标准粮田保护条例》，以规范河南省高标准粮田的规划、建设、管理和保护。

图2 河南省粮食播种面积年度变化情况(千公顷)

在粮食产量方面，2020年河南省认真贯彻落实党中央经济工作会议精神，对标全面建成小康社会目标，强化举措、狠抓落实，集中力量完成打赢脱贫攻坚战，持续抓好农业稳产保供和农民增收，推进农业高质量发展。河南省2013—2018年粮食总产量变化情况如图3所示，截至2018年底，全省全年粮食总产量6648.91万吨，比上年增加124.66万吨，是历史第一高产年。其中夏粮产量3613.7万吨，同比减少102.28万吨，是历史第二高位；秋粮总产量为3035.21万吨，比上年增加226.54万吨。此外，其他农作物如棉花、油料作物、蔬菜及食用菌，以及猪牛羊禽肉、禽蛋等总产量也都实现了不同程度的增长。

图3 河南省粮食产量年度变化情况(万吨)

3.生产条件

粮食产量不仅会受到粮食播种面积、作物品种的影响，同时也会受到机械化水平、化肥施用量等多种外部条件的影响。因此，在作物生长期进行科学管理，通过改进外部生产条件，能更好地促进农业生产方式转变、加快农业现代化。

农业机械化能够提高劳动生产率，当前河南省农业机械化正处于速度加快、质量优先发展阶段，机械化水平和机械总动力都呈现逐步上升趋势。一方面，机械化程度逐步提高。据河南省统计年鉴数据显示，截至2019年上半年，全省主要农作物耕种收综合机械化水平达82.6%，达到历史新高，其中小麦生产基本实现全程机械化，机收水平均稳定在98%以上，玉米机播率达92%。另一方面，农机装备更加优良。2019年初河南省农业机械总动力达1.0204亿千瓦，同比增加166万千瓦，大中型拖拉机保有量和总动力分别达34.715万台、大中型拖拉机配套农具63.18万部，较上一年度增速减缓。为进一步改善农机装备结构，提升农机化综合水平，河南省自2010年开始推行实施农机购置补贴政策。2018年底河南省共安排农机购置补贴资金超18亿元，重点向合作社、家庭农场等新型农业经营主体倾斜。

河南省主要的农业生产模式是化学农业，这种模式会依赖于化肥和农药等人工合成化学品，对此河南省相继出台《河南省2018—2020年化肥使用量零增长行动方案》《河南省清洁土壤行动计划》等文件对农药、化肥的使用进行管控，旨在到2020年，实现全省主要农作物化肥、农药使用量零增长，利用率提高到40%；测土配方施肥技术推广覆盖率达到90%以上；有机肥养分还田率达到60%。2018年河南省化肥使用量增幅降至6.2%以下，增幅明显降低，农药使用量下降，如表1所示，2014年以来河南全省化肥农药使用量呈不同程度的下降趋势，零增长行动效果显著。

表1 河南省农药施用实物量年度变化情况

三、河南省智慧农业建设的现状分析

1.大田农业智慧化

农业生产承载着农业资产与农业流通两大领域的发展[3]。大田农业作为河南省的农业支柱，将大田农业生产与互联网技术相结合使粮食种植的运行更具有效率和活力。

在作物种植信息化建设方面，河南省主要利用3S技术(遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS))对作物种植面积、作物长势、作物产量、病虫害监测等方面进行监控。对于作物种植面积监测，河南省主要应用多源遥感影像数据的方法，在全球定位技术和地理信息系统的辅助下，提高作物面积的估算精度。对于作物长势监测，河南省“主要农作物生长动态监测与定量评价技术研究”项目通过验收，并在关键技术方面取得了较大突破。如作物生长参数与作物地表环境参数遥感反演优化技术、遥感作物生长模型和复杂下垫面作物面积提取的混合像元分解技术等，最终为河南省构建了基于多遥感反演参数的主要作物长势综合监测指标与定量评价技术体系。对于作物产量监测，目前河南省主要采用具有多波段和较高分辨率并且覆盖范围大、免费的MODIS数据展开作物大面积产量估测作业。对于病虫害监测，河南省启动全省1000多个病虫害监测网点以及数字化监测预警平台，借助卫星遥感技术利用光谱反射率、不同类型的植被指数等方法对病虫害进行研判。

在农业用水灌溉应用方面，河南省大力推广应用以低压管灌、喷灌、微灌为代表的高效节水灌溉技术，节水增粮，节水增效，生态环保效益显著，为粮食生产核心区建设打下坚实基础。近年来河南省农田水利基本建设得到大发展，通过分析河南省统计年鉴可知2000—2018年全省农业有效灌溉面积不断增加，节水灌溉面积也在不断攀升，具体发展状况如表2所示。按照河南省的规划，到2020年，农业灌溉水有效利用系数将提高到0.616，高效节水灌溉面积占有效灌溉面积的比重达30%以上。

表2 河南省农业灌溉面积年度状况分析表

2.温室农业智慧化

日光温室作为反季节作物种植的重要基础设施，能够突破农作物对于地域、光照、水源等生长条件的限制，缓解季节性作物市场供应紧张的局面。目前河南省利用现代农业技术推进温室农业的整体情况较好，内黄县、滑县等地积极开展高效农业日光温室建设，成果显著，已建设的高标准日光温室已逾200多座。通过采用大棚温控技术，利用温度、湿度、气敏、光照等多种传感器对作物生长过程进行全程数据化管控，保证作物生长过程绿色环保、有机生产，促进了高效农业的发展。

课题组以焦作市新源鑫高效农业日光温室基地为主开展实际调研，该基地占地56亩，完全采用荷兰进口设备。对于温度把控，该温室内部安装有温度传感器，可以收集到各区域微小的温度变化，根据作物需要可以自动控制双层湿帘风机、高压喷雾、降温、升温系统，并启动通风系统，为温室智能创造适宜气候环境；对于施肥灌溉，该温室采用自动化滴灌施肥，引进原装进口的滴灌系统，自动对作物进行营养液补充。此外，该温室还采用无土栽培技术、自动化阳光控制系统、自动化补给CO2系统等，从而实现了电脑遥感控制温室农作物生产的全过程。

3.信息服务系统智慧化

信息服务系统智慧化是利用物联网、云计算等先进信息技术对涵盖农业市场、农业科技、农业金融等方面的信息数据进行采集、加工与传播的过程，能够帮助农民准确高效的定位市场、及时把握农产品市场价格，进而直接影响农作物的种植结构[3]。

河南省农业农村厅目前已开设河南省农产品价格信息监测系统、河南省农业产业化重点龙头企业监测系统、小麦价格周报系统、高产创建信息平台四大模块，同时设置网上批发市场，及时更新各类农产品最新价格，为农户种植、销售提供相关资讯。此外，为有序推进“互联网+农业”，河南省开展信息进村入户工程，截至2019年10月，河南省已建成运营益农信息社40285个，覆盖全省85.8%的行政村，构建省信息进村入户综合信息服务平台，并努力推动全省益农信息社运营，初步在全省乡村建起了一条“信息高速公路”。预计到2020年底，河南将形成比较完善的信息进村入户服务网络和运行机制，实现服务延伸到村、信息精准到户。

四、河南省智慧农业建设存在的问题分析

1.建设研发资金匮乏

智慧农业需要充分依托大数据收集传输系统、终端远程控制系统等多种现代化技术装备[3]，而该类技术装备大多价格高昂，需要政府及社会资金的投入帮扶，单靠企业或个人无法完全承担。目前，资金已成为制约河南省农业智慧化生产规模扩大的一大瓶颈。

据河南省统计公报数据显示，在固定资产投资中，第一产业投资金额连续多年远低于二、三产业，基础建设资金相对较为缺乏。以焦作新源鑫公司为例，该公司从产品种类到育种、施肥、生产等设备都是依靠荷兰进口，成本较高，由于租借土地承包经营权，无土地所有权，无法从银行获得贷款，故而前期资金投入均需依靠负债，从母公司进行贷款，资产负债率高达90%以上。此外，国家虽出台相关政策支持农业技术创新，省里补助部分资金，但要求该项目所在县必须配套同等资金，由于县政府资金不足，使得此项目缺乏外部资金投入。

2.农业复合型人才不足

智慧农业是物联网、大数据等现代信息技术在农业领域的全新应用，属于知识技术密集型产业，不仅需要掌握农业生产技能和操作现代化机械设备的高素质农民，更需要掌握电子信息化的农业技术人员[3]。但就目前而言，河南省仍存在农民劳动力素质有待提高、复合型人才缺乏等问题。

一方面，由于城乡劳动力转移，青壮年劳动力离开农村，大多数农业从业人员整体文化水平较低，传统观念根深蒂固，农业生产决策往往依赖传统经验，接受和使用现代信息化技术能力较弱。另一方面，我国现有农业技术的院校教育主要集中在种植业和畜牧业等传统产业，缺乏农业生产经营管理和电子信息化的复合型人才，河南省农业技术人才存在较大缺口，尤其是高职称、高层次的农业人才。因此，高素质农民和高层次专业技术人员的匮乏限制了智慧农业的发展。

3.信息化应用水平有待提高

现代信息化技术是农业发展智慧化的技术前提，信息化的应用和发展水平也影响着智慧农业发展的水平[4]。但就目前河南省信息化建设和应用程度来看，仍存在以下两个问题。

一是规模化农业生产力度不足限制了现代化信息技术的应用。智慧农业的发展方向将是在大规模集约化生产的基础上实现网络统一监测和购销等。而河南省人多地少，当前小规模的细碎化经营模式占比较大，大多数农垦区的农业经营仍以单农户家庭为单位，不能形成集中管理、科学种植、按需生产，如焦作市国营博爱农场仍以集体土地承包给农户的方式进行独立生产。二是信息化基础建设阻碍了现代化信息技术的应用。农业智慧化发展需要依赖一定信息技术手段，如物联网、大数据等。2018年河南省信息社会指数不足0.3972，且显著低于全国平均水平，仍处于信息社会转型期，全国排位第28名，较上一年度退后两个名次，信息化建设程度较为落后，在一定程度上影响了智慧农业相关技术的应用和推广。

五、河南省智慧农业建设的结论与建议

1.研究结论

智慧农业就是将物联网、大数据、云平台等信息技术运用到传统农业中去，通过互联网平台或移动终端实现对农业生产过程的控制，使传统农业更具有“智慧”。开展智慧农业建设能够提升农业生产效率、改善农业生产环境、整合农业生产资源、转变传统农业生产者身份，从而推进农业现代化建设。课题组通过对河南省农垦区、农产品加工企业、现代智慧农业企业进行实地调研和访谈，对河南省农业建设概况、农业智慧化应用现状及存在的问题进行整理分析，得出以下结论：

(1)河南省农业发展工作成果显著，在耕地面积、粮食产量以及生产条件等方面均处于全国前列。首先，河南省耕地面积稳步增长。通过推进坚守耕地数量质量、永久农田规划等工作，提高了农用耕地的生产能力以及耕地总体面积。其次，河南省农作物产量逐年增加。目前河南全省各级粮食部门主动适应改革新形势、积极应对发展新任务，其中高标准粮田面积及产能增速较快、粮食生产能力持续保持稳定。最后，河南省农业种植条件逐渐改善。当前河南省农业机械化正处于速度加快、质量优先发展阶段，机械化水平和机械总动力都呈现逐步上升趋势。同时，河南省化肥农药零增长行动效果显著，肥料和农药的利用率都有不同程度的增幅。

(2)河南省智慧农业建设取得一定成效，但也存在不足。一方面，河南省积极推进大田农业、温室农业以及信息服务系统智慧化建设。对于大田农业，河南省主要利用3S技术对农作物种植面积、长势、产量、病虫害监测等方面进行监控，同时大力推广应用以低压管灌、喷灌、微灌为代表的高效节水灌溉技术，实现节水增粮、节水增效。对于温室农业，河南省主要采用大棚温控技术，利用温度、湿度、气敏、光照等多种传感器对农作物生长进行全程电脑管控，实现绿色环保生长。对于信息服务系统，河南省农业农村厅主要开设网络信息发布系统、网上批发市场、信息进村入户工程等，及时为农户种植、销售提供相关资讯，实现服务延伸到村、信息精准到户。另一方面，河南省智慧农业建设仍面临一些制约因素，如智慧农业所需专业技术装备大多价格高昂，亟须政府及社会资金投入；由于城乡劳动力转移、高校教育集中于传统模式，使得农业复合型人才供不应求；规模化农业生产力度不足，以及信息化基础建设有限等阻碍了现代化信息技术的应用等。

2.政策建议

随着互联网、物联网等新兴技术的大幅崛起，人工智能、大数据、深度学习等新兴概念已逐步渗透到生活的方方面面。农业作为三农问题的根本，在与新兴技术的融合中出现了不太和谐的因素，为推动智慧农业建设顺利开展，应妥善解决这些不和谐的因素，因而本文就现存问题提出以下三点建议。

(1)统一规划整合建设资金，加大研发资金投入。一方面，智慧农业具有一次性投入大、受益面广和公益性强等特点，需要政府的支持和引导。各地方政府应统筹规划，立足于智慧农业发展现状，加强对推进智慧农业的宏观指导,加大政策扶持力度,积极鼓励探索适宜本土发展的智慧农业建设模式。另一方面，智慧农业发展需要依托的关键技术(如智能传感、作物生长模型、溯源标准体、云计算、大数据等)还存在可靠性差、成本居高不下、适应性不强等难题，需要加强研发技术与投入资金，攻关克难。政府应尽快制定一套完善的财政补贴体系，鼓励商业银行及金融机构提供支持智慧农业发展的融资贷款服务，号召具有实力的企业家及农村集体加入智慧农业建设的体系中，多渠道地募集资金以支持智慧农业的研发投入。

(2)培养高素质复合型人才，提高农民综合素质。智慧农业的发展有赖于大数据、互联网高新技术的创新与支持,农业技术的创新和器械设备的操作应用都有赖于人才的支持,复合型人才对智慧农业的可持续发展具有无可比拟的作用。首先，要加强智慧农业人才高校培养计划,加强高校、农业企业及科研机构三者之间的协作关系,形成产学研一体化的培养方式。其次，要进一步完善公共服务体系，适当提高科研人才待遇能够“留住人”，同时大力引进人才落户为本地智慧农业的发展作出贡献。最后，结合河南省农业从业人员综合素质偏低的现状，鼓励农民学习农业信息知识,主动融入现代农业潮流，培养农民的互联网思维、经营理念，有序有效地对其教育及培训高新技术设备的操作,使农民能够适应智慧农业发展的步伐逐渐成长为新型职业农民。

(3)加强信息化建设与应用,推动智慧农业发展。一是搭建智慧农业发展的综合信息服务平台，发挥顶层设计的宏观指导作用，为农业生产者、经营者提供生产情况、市场供求关系及物流等多方面的最新信息，统筹省内的农业发展。如2018年，河南省自然资源厅基于云架构遥感监测“一张图”建设成果，搭建了“智慧耕地”一体化监测监管平台，完成了基于云架构的河南省国土资源遥感监测“一张图”工程整体建设，形成了“一池、一库、两体系、三应用、四平台”，构建了集业务全面管理、审批高效便捷、数据深度挖掘、资源综合监管、智能辅助决策、社会便民服务于一体的信息化平台。二是利用新兴技术,如互联网、大数据等技术深入开发农业生产数据的潜在价值,并将其成果转化为商业模式,提升智慧农业的利润空间。如在农产品的销售阶段,可以利用大数据技术搜集消费者的消费行为,并将其数据化，进而通过云计算技术分析消费者的消费习惯与特征,为其推荐适合的产品,由此来提升农产品的销量，推动智慧农业的发展。