智慧农业开启农业新时代

鲁飞

智慧农业（农业4.0）以信息为生产要素，其主要特征是互联网、物联网、大数据、云计算、区块链、人工智能和智能装备应用。在经历了传统农业（农业1.0）、生物-化学农业（农业2.0）、机械化农业（农业3.0）之后，我国农业正向智慧农业迈进。

关键词：智慧农业；农业数字革命；扶贫

近年来，国家连续推出智慧农业相关政策，大力推动智慧农业落地。自2017年以来，中央一号文件更连续四年提到智慧农业。《中国数字乡村发展报告》预测，2020年我国智慧农业潜在市场规模有望达到2000亿元人民币。

中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江表示，世界农业发展经历了以矮秆品种为代表的第一次绿色革命、以动植物转基因为核心的第二次绿色革命，随着现代信息技术与农业的深度融合发展，农业的第三次革命——“农业数字革命”正在到来。发达国家已普遍对智慧农业进行战略布局。目前，我国农业面临劳动力短缺、人工成本增加、产业竞争力不强等问题，对发展智慧农业具有重大需求。

智慧农业的“桐乡样本”

2020年11月23日下午，一年一度的“世界互联网大会”在浙江乌镇开幕，本次论坛主题是“数字赋能、共创未来，携手构建网络空间命运共同体”。作为世界互联网大会 互联网发展论坛的重要组成部分，“乌镇智慧农业发展咖荟”同时举办。

作为世界互联网大会的永久举办地，同时作为首批全国农村创业创新典型县，近年来，运用“整体智治”理念，浙江省桐乡市打造了“桐乡数字三农大脑”、数字农业核心区、智慧农业基地的“一心一核多点”布局；建成了以农业经济开发区、运河省级现代农业园区、国家农创园为核心的“3 X”农业发展平台；连续举办三届农业经济洽谈会，累计引进项目112个，总投资超100亿元（亿元以上项目39个）；出台了土地流转、产业发展、人才新政、乡村建设等系列扶持政策；创新推广了“田保姆”服务体系，为项目招引落地提供一站式服务和全方位保障，桐乡的农业现代化发展水平跃居浙江省第一方阵。

“这一系列成果的取得，得益于互联网大会红利释放、智慧农业高质量的发展，也得益于大会永久落户之后，干部群众互联网思维方式的养成。”桐乡市副市长徐刚表示，希望以本次咖荟为契机，进一步联结区域数字农业产业，助推多地乡村产业蓬勃发展。桐乡也将在新的起点上，让更丰富的数字应用场景得到推广，让最具创新动能的数字农业产业蓬勃兴起，让数字惠民得到充分彰显，真正实现在桐乡、在乌镇看得见互联网和“数字三农”的未来。

在距离互联网大會会址仅10分钟车程、拥有7000年马家浜文化的谭家湾遗址公园原址上，谭家湾云上农业试验场作为大会新推出的“一馆一园一场”之一，以沉浸式体验和交互式场景生动展示了互联网和物联网技术赋予未来农业的全方位变化。

走进谭家湾云上农业试验场的云棚系统试验区，能看到来来往往的穿梭车“熊猫”，能爬坡能巡检的机器人“龙犬”，能让农户在手机上轻轻一点就看到棚内蔬菜的空中轨道机器人“云雀”……40多个不同种类的机器人，成为700亩“云上农场”里的“打工人”。

云棚系统试验区还同时配套建有数据方舱和直播方舱。光是云棚系统根节点内，就配有超过300个各类传感器采集单元、上百个物联网节点，5G微基站已实现全覆盖。

有了云棚系统根节点，远在山东寿光的野虎蔬菜合作社的产业园便有了数据支撑，农户不再依靠经验种田，而是依靠精确的数据种田。

土壤湿度、环境温度、阳光强度等各项数据指标通过物联网实时“上云”，何时该浇水、施肥，在农户的手机屏幕上一目了然。农户生产出标准化的农作物，从农产品变为农业商品，附加值能翻上好几倍。

除了云棚系统试验区，谭家湾云上农业试验场还布局有智慧网格试验区、都市农业试验区，涵盖多种作业场景。在智慧网格试验区，各种农田小环境数据都能直接“上云”“上链”，能够同时支撑多个科研单位开展农业远程科研工作。目前，9个农业新品种已完成试验种植；都市农业试验区则在探索如何利用城市屋顶、阳台空间等打造大型密闭空间植物工厂，让城市人口的部分果蔬需求能够在城市空间内解决。

“我们的试验场可以与世界各地的农业生产场景实现云端互联，就像是未来农业的‘样板间。”谭家湾云上农业试验场负责人傅骞说。

2019年以来，桐乡高标准建设省级乡村振兴产业发展示范建设县项目。以市农业经济开发区为核心，运用互联网思维，应用物联网、大数据、云计算及人工智能等新一代先进信息技术，实施乡村产业数字化应用支撑、畜禽生态养殖数字化、粮油产业链数字化、设施农业数字化、无人农场技术创新示范“六大工程”，建立智慧农业示范应用和乡村产业数字化管理服务体系，加速农业数字化改造、乡村产业转型发展。2020年，桐乡发布了国内首个县域智慧农业发展规划，为未来十年智慧农业发展谋篇布局。近日，2020全国县域数字农业农村发展交流活动在重庆举行，会上，农业农村部信息中心通报2020全国县域数字农业农村发展水平评价工作结果，桐乡获评“2020全国县域数字农业农村发展先进县”。

智慧农业撑起“脱贫伞”

在山东省菏泽市定陶区黄店镇益民蔬菜种植专业合作社，一排排温室大棚有序地坐落在道路两旁，棚前LED屏幕上显示着空气温湿度、土壤湿度、二氧化碳浓度等指标，棚内作物生长情况也在屏幕上全方位展示。

“以前种大棚纯靠人工，通风、浇水、施肥这些活，全凭摸索出来的经验，数量啥的只能粗略估计，浪费人力、物力不说，而且温度、湿度稍微不合适，就极易育苗失败。”合作社负责人何淑超介绍说。

何淑超自从给眼前这四个温室大棚装上了智能设备，通过传感器就可以实时远程获取大棚内部的空气温湿度、土壤水分、二氧化碳浓度、光照强度，实现了信息化、智能化、远程化管理。

“与以往相比，每亩地每年能降低15%的化肥使用量，综合算起来每亩地年减少投入约1000元。投入减少，效益却增加了，同样是种植西红柿，每亩能增加约10%的产量。”何淑超说。

在这家蔬菜种植专业合作社，科技带来的改变肉眼可见：实时监测作物信息，实现了作物生长环境的精细化管理，为高效生产优质、生态、安全的产品创造了更好的条件，提升了农业项目的发展潜力。

目前，合作社蔬菜年育苗量已达到2000万株以上，每年能为周边16个村提供约33万元的项目分红，增加村集体收入10万元左右。

在当地，智慧农业引领了发展方向。目前，定陶区着眼于农业高质量发展，积极推进现代农业生产模式，已经建设智慧农业项目50多个，并积极跟进技术指导。尚谷集团建设了一座占地约14000平方米的玻璃连体温室，“我们正打造智能玻璃连体温室和智能玻璃连栋研学科普教育的示范基地。目前有152座日光温室大棚，在智能化模式下，将实现喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等高度自动化。”该公司总经理王佩说。

黄店镇徐庄村的李爱梅是2016年建档立卡的贫困户，家里缺少劳动力，2019年来到益民蔬菜种植专业合作社务工。“在这里干活，一天能有70元的收入，冬天在大棚里面也比在其他地方暖和。”她说。

黄店镇是菏泽市及周边地区较早大规模种植大棚蔬菜的专业镇，目前种植面积约3.6万亩。近年来，当地在传统优势基础上，依托合作社和企业，大力发展智慧农业，带动了整个区域传统蔬菜大棚的转型升级，逐步走上一条农业高质量发展的新路子。

黄店镇镇长李铭说：“在发展中，我们把智慧农业与扶贫工作相结合，建设了智能双膜玫瑰育苗温室、高标准智能育苗日光温室、农业跨境电商孵化基地等智慧农业扶贫项目，不仅提升了农业发展质量，还使845户1903名贫困户实现了长期稳定脱贫。”

金柚成熟的季节，广东梅县松口镇大黄村的空气里，飘荡着柚子清爽香甜的味道，农民们在现代化产业园区里忙着分拣包装柚子。这些带着“条码”的柚子，隔天就会出现在运往全国各地的货车上，送入千家万户。

在梅州市梅县区金柚现代农业产业园，新一代的果农利用科学技术，运用大数据、网红直播等多种手段，让智慧农业成为了“日常”：一串条码，联结着田间地头与老百姓的“果篮子”。扫一个码，就知道这只果子来自哪个农户的哪片田。一台仪器，无须摘果剥皮就可利用近红外线测出果实糖度。糖度在16以上的金柚收购价是普通柚子的两倍，在大超市一个可以卖50元。果农根据测量结果，将果实按糖度进行分类定价，实现了柚子的标准化生产。一个屏幕，实时显示果林相關动态信息，节省人力物力，监测更加精准。果园的温度、湿度、雨量、风向、气压等自然信息，以及喷灌、杀虫、除草等设施工作状态都可实时监控和记录。

一套覆盖示范种植基地200亩的智慧种植系统，能节省用水2000吨，节省肥料18吨，节省农药1000千克，在省下人力、省下成本的同时，将亩产提升20%。去年，该园区金柚总产量达39.22万吨，产值超过55亿元，产业园内农民人均收入2.32万元。

据悉，作为广东省脱贫攻坚的主战场，经过四年的奋斗，梅州全市145461名建档立卡贫困人口100%达到脱贫退出的标准，全市349个省定贫困村全部达到出列标准，目前共培育省级金柚专业镇两个、龙头企业47家、家庭农场783家。

广东梅县松口镇大黄村户籍2300多人，曾因地处山区、大部分青壮劳力外出务工，成为了“空心村”。可喜的是，近年来，越来越多的年轻人回到村里，用在城市里务工学习的技能、开阔的眼界、创新的思路，助力大黄村走出一条乡村振兴的新路。

大黄村党支部书记廖建明曾在深圳经商十年。2015年开始，他与村里的部分果农一起，成立了股份公司，与全国各地的大型农批市场对接销售当地金柚。自2018年，广东省第一批省级现代农业产业园项目落地大黄村，他们抓住了农村电商发展风口，成为京东、天猫等电商平台的供货商，进一步拓宽了农产品销售渠道。

“现在村里常住人口有1800多人，整个村进驻的快递公司多达15家，这在梅州市不多见。”廖建明说，“平时，村民们在自家果园种种柚子，研究如何提质增量；丰收季节，他们摇身一变成了产业工人，在产业园做清洗、包装等工作。手脚勤快的，高峰时一天收入都接近300元。”

廖建明介绍，他与20多个农户共建的合作社，今年预计可收获3.5万斤柚子。

重塑我国现代农业

中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江撰文分析了智慧农业的国际形势，他指出，世界农业发展经历了以矮秆品种为代表的第一次绿色革命、以动植物转基因为核心的第二次绿色革命，随着现代信息技术与农业的深度融合发展，农业的第三次革命——“农业数字革命”正在到来。

赵春江表示，发达国家已经对智慧农业进行战略布局。美国在经历了机械化、杂交种化、化学化、生物技术化后，正走向数字农业。据测算，目前美国20%的耕地、80%的大农场实现了大田生产全程数字化，平均每个农场约拥有50台连接物联网的设备。加拿大联邦政府预测与策划组织在其发布的《MetaScan3：新兴技术与相关信息图》报告中指出，土壤与作物感应器（传感器）、家畜生物识别、农业机器人等技术将在未来5—10年进入生产实际，颠覆传统农业生产方式。2017年10月12日，欧洲农机协会（CEMA）在欧盟总部召开峰会，提出在农业数字技术革命的背景下，未来欧洲农业发展方向是以现代信息技术装备为核心的“农业4.0”。2014年，安倍晋三牵头“战略创新/创造计划（SIP）”，2015年启动了“基于智能机械+智能IT的下一代农林水产业创造技术”项目。日本未来将大力发展以农业机器人为核心的无人农场。据国际咨询机构预测，到2025年，全球智慧农业市值将达到683.89 亿美元，发展最快的是亚太地区，年复合增长率达到14.12%，主要内容包括大田精准农业、智慧畜牧业、智慧渔业、智能温室，主要技术包括遥感与传感器系统、农业大数据与云服务技术、智能化农业装备（无人机、机器人）。

赵春江对我国发展智慧农业的重大需求进行了分析：一是劳力短缺导致人工成本迅速增加。2019年我国城镇化率为60.60%，“十三五”期间农村将转移人口1个亿。根據世界银行数据，我国农业劳力占比由1991年的60%（世界平均45%）下降到2018年的26%（世界平均28%）。农村劳动力短缺，人工成本迅速增加，目前几乎所有农产品生产的人工成本占比超过50%。农业劳力老龄化日益突出，预计“十四五”我国农业劳力60岁以上占比接近80%。另外，农业从业人员受教育程度低，也是我国农业生产的短板。二是我国农业的产业竞争力不强。生产规模小，我国人均耕地2亩，是美国1/200；我国劳均耕地9亩，美国劳均957亩。小农户生产是我国农业的基本特征，现有农户2.2—2.3亿户，50亩以下农户耕地占全国耕地总面积的80%。生产方式落后，2019年我国主要农作物（小麦、玉米、水稻）耕种收综合机械化率69%，而设施农业机械化率仅31%-33%，畜禽养殖业机械化率35%（其中生猪养殖机械化水平30%，鸡养殖机械化水平40%，肉牛、水禽等机械化水平普遍低于30%）。农业生产效率效益低。欧美农业人均产值5万—7万美元，日韩3万—5万美元，中国7850美元（2016年），是美国1/10、欧洲1/7、日韩1/6。我国智慧农业缺乏技术储备。智慧农业具有显著的多学科交叉的特点，由于农业的生物特性，将工业信息技术直接拿到农业领域往往不能有效解决农业问题，必须开展基于农业生物特性和农业问题的专题研究。由于缺乏基础性和原创性研究，我国智慧农业技术整体上与发达国家差距在10年以上，特别是在农业传感器、农业人工智能、农业机器人等方面，差距更大。我国智慧农业技术不仅仅是“短板”问题，而是整体上的“短桶”问题。

我国农业在经历了人力和畜力为主的传统农业（农业1.0），以广泛应用杂交种和化肥、农药的生物-化学农业（农业2.0），以农业机械为生产工具的机械化农业（农业3.0）之后，正向着以信息为生产要素，互联网、物联网、大数据、云计算、区块链、人工智能和智能装备应用为特征的智慧农业（农业4.0）迈进。

当前我国农业发展面临着谁来种地、怎样把地种好的重大问题，面临着质量效益不高、产业国际竞争力不强等挑战。赵春江指出，围绕农业“保供给、促升级、提效益、可持续”发展理念，“十四五”我国智慧农业应围绕以下三大战略目标进行任务布局：一是电脑替代人脑。通过农业大数据与人工智能等技术，提高涉农人员运用信息与知识水平和管理决策能力。二是机器替代人力。通过农业智能装备的创新发展，核心解决农村劳力短缺、人工成本高的问题。三是自主安全可控。核心解决“卡脖子”与“短板”技术，确保安全自主可控。重点任务是建设人机协同的天空地一体化数据信息采集体系、建设国家农业农村大数据中心与应用体系、加大农业智能装备应用、实施一批智慧农业重大工程。