智慧农业理念下荆州观音垱生态产业园规划设计★

邓玉婷，左 婵，肖国增，李 莎

(1.长江大学园艺园林学院，湖北 荆州 434025;2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410012)

0 引言

自新石器时代出现了农业，经历以体力劳动为主的农业活动，到以机械工具辅助农业生产，随着科学信息技术水平的不断提升，大数据、物联网、云计算等名词也越来越接近我们的生活，传统农业逐渐向着现代化、智慧化和生态化发展。依托互联网等技术，衍生出了“智慧农业”这一新兴的概念，它的出现，极大提升了农业生产效率与效益。

我国是当之无愧的农业大国，农业同时也是我国国民经济的基础，当前，我国的农业正由小规模种植的个体方式向集约化、大规模基地种植方式发展[1]。但是随着人口的激增，城镇化、工业化进程加快，农业经济的发展面临诸多问题与挑战。改革开放以来，中央政府发表了十余个关于农村工作的“1号文件”，在“互联网+”的大背景下，以“互联网+农业”为平台基础的智慧农业得到新的发展契机[2]。在十四五规划中也明确提出，未来将积极建设智慧农业。

因此，本文将以湖北荆州观音垱现有农业资源与产业为基础，旨在打造以智慧农业理念为引领的新型生态产业园，希望可以为加快推进我国智慧农业的发展提供参考，为我国两型社会建设、可持续发展以及实现“绿色生态、智慧崛起”探索出一条创新发展之路。

1 智慧农业

智慧农业涉及多学科交叉，多技术协作，是智慧经济的重要内容。智慧农业以智慧生产为核心，借助物联网、云计算、“5S”技术和人工智能等现代信息技术与农业生产相结合，通过对农业生产环境与信息的实时监测、智能控制、数据分析、终端控制等，实现农业生产的信息化、智能化、集约化、生态化等[3-4]。

自20世纪80年代智慧农业在美国兴起，全球以信息技术为代表的智慧农业呈现较快的发展态势，例如美国利用智能化农机技术形成了机械智能化的智慧农业生产线系统，实现了高效益的农作物精细化耕作[5]；日本提出将围绕农林水产业等主要应用领域, 启动基于“智能机械+IT”的下一代农林水产业创造技术促进农场自动化；加拿大则提出了将利用家畜生物识别技术、农业机器人、垂直(工厂化)农业等技术改变传统农业[6]。

而相对于国外，我国的智慧农业尚处于起步阶段，在实践方面面临着诸多挑战。自2017年起，国家开始支持智慧农业的发展，例如2018年12月12日，李克强总理主持召开的国务院常务会议指出，要推进“互联网+农机作业”，促进智慧农业发展；2019年5月，国务院发布《数字乡村发展战略纲要》提出推进农业数字化转型，打造智慧农业，推动农业装备智能化等。

2 荆州观音垱生态产业园项目概况

2.1 项目地理位置

项目位于湖北省荆州市观音垱镇。荆州是鄂中南地区的中心城市，也是国务院公布的首批24座国家历史文化名城之一，作为自古以来的兵家必争之地，荆州位于江汉平原腹地，东连武汉、西接宜昌、南望湖南常德，北毗荆门、襄阳。观音垱镇地处荆州市东部边缘，北依长湖这一独立水系，南靠岑河与长江相望，有318国道穿镇而过。扼汉宜水陆要冲，交通便利，人文荟萃，是荆州市的卫星城镇之一。

观音垱生态产业园区选址北临内北湖，另三面临近道路，交通便利，区域内有大片水稻田和水塘，具有良好的农田水塘景观，规划总面积为22.26 hm2。

2.2 观音垱镇发展现状

2.2.1 自然条件

观音垱镇地处沿江平原湖区，水系众多，地下水资源也十分丰富，呈现出湿地景观状态，也是鸟类良好的生境。丰富的淡水资源为发展水产养殖业提供了便利的条件，有甲鱼、小龙虾、黄颡鱼、黄鳝、青鱼、莲藕、菱角等水产资源。这里地势平坦，土地面积大且土壤肥沃，四季分明，日照与降水均充足，呈现出广阔的农田景观。

2.2.2 经济发展

观音垱镇是湖北省“综合经济实力百强乡镇”和“水产十强乡镇”之一，现代农业成果凸显。近年来，国家大力支持乡村建设，观音垱镇深入打造现代农业示范区，推进农业供给侧改革，再生稻、小龙虾、瓜果蔬菜、特种养殖四大农业板块特色鲜明，“双水双绿”基地示范作用明显。生态农业发展迅速，运行有鱼鳖生态养殖技术、虾蟹混养技术模式、网箱养鳝模式、虾稻共作模式等特色水产养殖模式。现有各类专业合作社79家，家庭农场31家，新型农业公司72家，其中国家级示范社1家、省级3家、市区级13家。2019年，全镇虾稻共作、稻渔共生等复合种养产值3.6亿元，精品小龙虾产值2.3亿元，农业经济优势显著。

2.3 观音垱镇发展瓶颈

2.3.1 产业模式较为单一

观音垱镇目前以水产养殖和粮棉、饲料等加工为基础产业，尚未形成健全的产业体系。缺乏二三产业的结合，例如文旅、餐饮以及科研等活动的参与。现有的优势产业水产养殖没有形成规模，现有丰富的湿地与河湖农田资源没有得到充分的利用。产业缺乏特色，难以带动经济长期快速发展。

2.3.2 自然资源保护力度不够

观音垱镇作为四湖地区的腹地，拥有丰富的河湖水系与农田资源，但是农业生产与生活产生的废弃物没有得到很好的处理，部分水系存在生活垃圾的污染现象，资源利用率不够，没有形成可持续发展，河道湿地景观处于荒废状态，存在水土流失的现象。难以形成环境的良性发展。

2.3.3 农业科技体系不健全、人口流失

一直以来，观音垱镇采用的是较为传统的耕作模式，近年来引进了很多先进的技术设备，但使用规模不大，推广力度不够。还未建立起传统农业与现代技术的完美对接。且在城镇化与工业化的影响之下，越来越多农村人口纷纷涌向城市寻找工作机遇，造成农业生产人员匮乏。

2.3.4 缺少文化底蕴，人文环境缺乏

观音垱镇有着一定的文化与自然景观基础，但是缺乏承载活动的公共空间，以及体验互动式项目。受到城镇化的冲击，乡村原有的风貌与格局被破坏，游客难以感受到当地独特的风土人情，乡愁难觅。

3 荆州观音垱生态产业园规划设计实践

3.1 规划目标

观音垱生态产业园以智慧农业为主体，以荆州观音垱现有的农业资源与产业为基础，将物联网技术运用到传统农业中，整体形成“一心一环五区”的布局结构。“一心”是指生态产业园的智慧控制中心，为全园智慧管理核心，控制全园的生产生活模式；“一环”指连接环绕园区的主园路；“五区”是指根据产业园的综合性发展定位设置的五个分区，分担着园区内生产养殖、休闲娱乐、产品会展、销售加工和科研创新这五大功能。

除此之外，利用立体养殖发展水产养殖优势，利用楼层式养殖增加养殖特色。通过智慧技术手段与生态技术手段构建智慧微循环系统，充分考虑不同人群的活动需求，力图打造智慧化、生态化与特色并存的新型生态产业园(见图1)。

3.2 规划策略

3.2.1 构建产业融合发展体系，发展综合性产业园区

在常温条件下，一般认为在岩石蠕变过程中，应力球张量的作用影响要远小于应力偏张量[15-16]，故屈服函数选取连续可微的Druck-Prager屈服函数，通常取式(5)为

园区规划将突破传统的单一产业结构模式，形成高度综合完善的发展链。基于观音垱镇现有的丰富养殖模式，以及良好的自然湿地和广阔的农田景观，充分利用318国道和汉宜高速公路横跨境内这一有利条件，生态产业园以第一产业为主，集合农田种植、畜类养殖、水产养殖、设施园艺等产业结构。在大力发展第一产业的前提下，结合二三产业进行规划设计，引入食品加工、自助餐饮、农产品交易、科普会展等产业结构。

通过加强产业融合建设，实行园区内自给自足、产品有效加工利用的运行模式，突出湿地农田景观资源和特色水产养殖模式方面，以此推动发展特色旅游产业，从而促进小镇经济发展，为本区域的产业提质增效。

3.2.2 采用智慧监测和管理系统，构建智慧微循环系统

园区基于智慧农业的发展理念，采用智慧化监测和管理系统进行农业的精准化管理。利用“3S”等技术对农作物、水产类、牲畜类的生长情况和生活环境进行监测，实时信息传输至智慧云平台，云平台将借助云计算、物联网、大数据分析等技术进行对比分析、智能化决策、自动化操控管理，从而实现实时自然灾害预警、耕地质量评估、监测施肥、施药等；农户还可以通过管理系统与专家建立在线交流，专家针对农民咨询的产品病害等问题能及时提出意见反馈和解决方案；农产品销售信息也将通过智慧云平台实时更新，根据市场形势控制产品的运输流通和加工销售，实现利益的最大化。从“田间到餐桌”的一体化操作。促进农民和消费者、专家之间的相互沟通，让消费者能更好更全面地了解产品信息。

园区还将充分利用生态可持续的发展理念，构建智慧微循环系统(见图2)，利用智慧监测和管理系统与特色养殖模式，融合太阳能供电、秸秆发电、沼气发电，废水处理循环利用等可持续发展的绿色原理，形成智慧循环链。从而推进农业智慧化与生态化的融合，有效提高农业的规模化、集约化发展。为农业生产、经营和管理提供全程高质高效服务。

3.2.3 创新利用垂直空间，推广立体养殖模式

注重垂直方向上的空间利用，采用立体养殖形式发展水产、畜类的养殖与作物栽植，发展水产养殖优势，水产养殖方面根据不同鱼类的生活习性进行垂直混合养殖，湖面种植有特色水产植物荷花、睡莲和菱角等，充分利用水塘空间的同时结合监控传感技术，形成水上水下层次性观赏。

突破传统家畜养殖形式，结合机械技术形成自动一体化运作模式的楼层式养殖特色。增大单位面积土地利用率，尽可能使太阳照射到的垂直方向上的空间得以运用，形成多层次的养殖结构和垂直景观。

改进温室大棚养殖模式，利用垂直空间进行花卉、观赏类蔬菜种植，结合悬挂种植、管道种植和漂浮栽植的新型种植形式，利用智慧化技术手段提高生产量。

3.2.4 增强互动与放松体验，营造别样农耕文化氛围

观音垱生态产业园在规划设计时将更加注重互动、放松体验式，强调回归农村生活，通过传统的农耕生活方式的体验，拉近人与自然的关系，感受别样的农耕文化氛围，收获自给自足的喜悦，满足人们身体和精神上的需求。

由于该园区北临内北湖，湖面水生植物群落上栖息了多种鸟类，形成了良好的湿地景观和鸟类生境，设计时充分利用此处现有的景观效果，营造生态舒适的体验氛围。园区将以“放慢脚步，远离纷扰，回归乡村”为主要目的，将科普教育、采摘农贸体验、休闲娱乐与农业文化相结合，打造农耕文化特色，增添智能趣味性观赏休闲式体验活动。

3.3 规划分区

规划设计结合研究区域所处的地理位置与周边环境状况，以及产业园的生产、科研、加工和观光娱乐需求将观音垱生态园区分为五大功能区：生产养殖区、休闲娱乐区、产品会展区、销售加工区和科研创新区。

3.3.1 生产养殖区

生产养殖区规划面积为14.26 hm2，占园区1/2以上的面积，以大田种植、畜类养殖和水产养殖三个方面为主，是观音垱生态产业园的核心区域。

1)大田种植区。

此区域以智慧虾稻田和小麦、油菜种植为主，依托智慧农业的理念建立农业精准管理。设置的智慧控制中心为园区智慧管理系统的CPU，是连接外界进行线上互联网交流的核心平台，主要作用为时刻接收园区内各处监测传感器传导过来的画面图像，并及时自动分析、比对、警报等。

智慧虾稻田基于虾稻共生模式，在田间设置移动式传感采集设备，用以监测田间环境及作物实时状况，借助物联网等技术将采集到的数据传输至智慧云平台进行处理。web或移动终端的智慧管理平台，将自动生成植物生长光谱图供专家会诊；自动拼接实时监控图像供农户查看，预警不良情况；并在移动终端提供农产品销售信息，线上即可销售(见图3)。

2)畜类养殖区。

此区域以生猪饲养为主，与传统地面圈养形式不同的是，该区结合智能技术和机械设备，采用养殖大楼模式进行养殖(见图4)。大楼内部水平方向上以“回”字布局，南北两侧分布有养殖室和走廊，东西侧以廊道连接，中空处水平垂直方向上均设置智能机械科技轨道。楼层式养殖将合理利用垂直空间，中下层为养殖层，幼年养殖层位于成年养殖层之上。每个养殖层设置单独的养殖间，内部安装监控传感、自动通风装置、智能除污系统保证养殖间的舒适生活环境，养殖间底部安有机械化滚轮和智能识别控制器，大楼底层设置养殖升降间和自动化移动钢板，以此实现成年猪及猪崽装载运输等一系列自动化智能操作，减少人力物力。

大楼立面以太阳能板为材料，通过不同角度的变化最大化利用太阳能资源，由此产生的电能供给养殖间的监控传感设备和智能除污系统，同时立面采用垂直绿化，设置三角形种植槽种植绿萝、九里香等植物，柔和建筑线条，调节室内温度，消散中和室内气味，大楼顶部设置屋顶花园供休憩交流。

3)水产养殖区。

该区域位于园区西南角，基于园区内原有的丰富水域，选用当地特色鱼类进行养殖，以荷花+鲤鱼；菱角+青鱼；草鱼+青鱼；黄鳝+甲鱼；鲢鱼+草鱼+鲫鱼；鲢鱼+草鱼+泥鳅这六种立体水产养殖模式为主，利用监控传感技术进行养殖管理与观赏，除此之外还可以体验采荷、摘菱角等活动。

3.3.2 休闲娱乐区

休闲娱乐区规划面积为3.47 hm2，位于园区中北部临湖处，合理利用了内北湖良好的生态湿地景观。休闲娱乐区以农事体验、休闲观赏为目的，给予游客放松心情、接近自然的体验，该区域分为生态垂钓园、趣味果树园、雨水花园和共享农场四大特色园。

1)生态垂钓园。

以垂钓亭、观鸟木屋、生态餐厅和自助厨房为特色景观点，游人在此可以亲身体验垂钓的乐趣，享受自主烹饪品尝的喜悦，体验绿色健康的生活。围绕湿地生态，营造“秋风萧瑟，落日余晖，蛙鸣鸟叫”之景，观察湿地鸟类活动，近距离接触自然，沉淀思想，感受乡野环境的幽静与美好。

2)趣味果树园。

根据不同年龄段小朋友的学习认识能力及兴趣爱好的区别，设有各类果园、果树认植园、智慧果树屋、果汁果品DIY等。在园中认领果树苗后，可以为其取名挂牌，还可以在果农的指导下对认养果树进行杀虫、施肥、修剪等农技劳动，另外通过数字客户端可以随时观察果树的种植管理情况，到了果树采摘季品尝自己的劳动成果。

3)共享农场。

以共享农场、交易大棚为主要特色，充分利用闲置的耕地，打造热闹喧嚣的农贸集市，游客可以通过线上认领土地，自行耕种或者线下托管代种，到了收获季节可以亲自采摘果蔬并在交易大棚进行交换转卖。共享农场可以为教学、科普等提供优良的条件。

4)雨水花园。

以观赏湿地及乡野景观为主，设有生态浮岛带、乡野花田、雨水花园与漫步栈道，营造浪漫清幽的乡村氛围。雨水花园结合水生植物生理生活习性，进行生态型雨水管理的同时满足湿地的景观要求。

3.3.3 产品会展区

产品会展区规划面积为2.42 hm2，位于园区东南角，靠近东边道路，方便客户就近参展。会展区设置有生态停车位、农耕展示园、温室会展大棚、智慧会展馆和花卉展示带。农耕展示园内融合了农耕特色文化，展示具有代表性的农耕方式、农耕器具等，具有一定科普教育作用。温室会展大棚则结合悬挂种植、管道种植和漂浮栽植的新型立体种植模式(见图5)，利用垂直空间进行花卉、观赏类蔬菜种植，不仅节省空间，还创造出了别样的景观效果。智慧会展馆对农耕文化和智慧农业进行科普宣传，而且对于园区内创新型智慧管理也作详细介绍展示，以供合作交流、学习借鉴。

3.3.4 科研创新区

科研创新区规划面积为1.38 hm2，位于园区西北角，设有技术领先的科研中心大楼和各种试验田，科研中心大楼将主要作为农产品的抗性苗木、杂交改良品种和先进生物技术研究，室外培育田则是针对研究农产品的种植试验。科研区不仅具有生产与科研的功能，更为投资商和科研专家近距离了解产品的研究技术应用提供了场所。

3.3.5 销售加工区

销售加工区规划面积为0.73 hm2，为保证产品运输畅通，销售加工区位于园区西部靠近出口，设有农产品加工厂和智慧物流中心，主要用作产品加工处理及线上销售，实行园区产品生产、处理加工、包装销售一体化服务模式。

4 结语

智慧农业是农业经济发展的新思路，荆州观音垱生态产业园区在规划设计时从场地需求出发，通过智慧农业理念的融入，在园区内构建智慧微循环系统与智慧管理系统，在现有养殖模式的基础上加以改良与创新，竭力打造集生产养殖、休闲娱乐、产品会展、销售加工和科研创新为一体的新型生态产业园，力图提高场地经济效益，实现可持续发展，设计提供了现代农业发展的新模式、新业态。但我国实现乡村振兴的道路依然任重道远，需要我们在更多实践中不断积极探索，找到一条“绿色生态、智慧崛起”的康庄大道。