李建军 李道亮：新一轮农业技术革命的主题

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李建军 李道亮（中国农业大学人文与发展学院教授、中国农业大学信息与电气工程学院教授）

  2020年中央一号文件指出，要加强现代农业设施建设，依托现有资源建设农业农村大数据中心，加快物联网、大数据、区块链、人工智能、第五代移动通信网络、智慧气象等现代信息技术在农业领域的应用。近日，中央网信办、农业农村部、国家发展改革委、工业和信息化部联合印发《关于印发〈2020年数字乡村发展工作要点〉的通知》，明确提出要加快构建以知识更新、技术创新、数据驱动为一体的乡村经济发展政策体系，加快以信息化推进农业农村现代化。
  智慧农业是现代信息技术与农业生产、经营、管理和服务全产业链的“生态融合”和“基因重组”，是信息技术、农业技术与装备技术对区域农业资源、生产、市场的重新优化配置，是现代农业发展的一种新业态。以智慧农业、数据农业和精准农业为代表的新一轮农业技术革命将使农业生产经营活动进入智能化、集约化、高效化和个性化发展阶段，从根本上改变农业社会组织体制和管理模式，促进形成大幅度提高农业生产力、资源利用效率和实现农业可持续性的综合性解决方案。
  中国农业大学人文与发展学院教授李建军认为，推动智慧农业科技创新不但需要重视跨学科、跨行业的知识交流和技术集成以及人才培养，更需要智慧农业创新者和管理者具备良好的技术技能、管理经验和生态与环境意识，树立高度的社会责任感。中国农业大学信息与电气工程学院教授李道亮认为，发展智慧农业，应避免误区，加大技术研发力度、鼓励大型工业企业介入、加大大规模试验示范、创新产学研用体系、鼓励市场化机制与模式探索。
  智慧农业的基本内涵是什么？
  智慧农业是移动互联网、物联网、大数据、云计算、空间信息技术与智能装备等新一代信息技术与现代农业融合的产物，是现代信息技术与农业生产、经营、管理和服务全产业链的“生态融合”和“基因重组”，是信息技术、农业技术与装备技术对区域农业资源、生产、市场的重新优化配置，是现代农业发展的一种新业态。
  智慧农业的特征主要表现在以下几个方面：
  一是农业生产要素数字化、在线化。利用先进传感技术、智能处理及远程控制等物联网技术，实现农业生产全过程精准控制和自动化作业，提高产品质量和生产效率，节省人力成本，减少资源浪费。
二是农业决策大数据化、智能化。基于生产过程的海量数据，充分利用大数据技术和人工智能技术，对数据进行加工整理，形成专家知识库，产生最优化决策，保障农业生产全过程决策数据化、智能化。
  三是全天候服务个性化、针对化。通过建设农业云计算平台和区域化模块，使农业系统具备自主运算能力，提高农业系统运算速度，快速得到反馈结果。智慧农业系统可以全天候在线服务，很大程度上提高了智慧农业系统的实用性和针对性。
  四是农业管理信用化、安全化。农业生产中食品安全溯源和大量的数据信息十分重要，区块链技术基于其“不可伪造”“全程留痕”“可以追溯”等特征，奠定了坚实的“信任”基础，使农业管理信用化、安全化。
  五是全区域智慧化、泛在化。智慧农业在全过程、全区域都使用信息化技术手段代替人力劳动，以科学、智能化的方式进行农业生产经营，进而摆脱传统生产的弊端，提高农业生产效率和产品品质。
  01、智慧农业的建设内容
  一是建立以现代科技为支撑的农业生产体系。开展高效的农业环境信息感知、传输、监测和控制系统建设；创建以农情监测、高效管理和自动收获为一体的自动生产模式，提高种植业生产全过程的智慧监测和管理；利用5G技术和物联网等现代信息技术实现智能化和规模化生产；积极推进全球定位系统、地理信息系统等现代信息技术在智慧农业生产中的应用，提高农业装备的现代化和智能化；同时推进畜禽与水产养殖产业的智能化养殖建设，实现养殖环境的科学管理、智慧控制和精准运行。
  二是建立智慧流通体系。在生产环节对农业生产对象及生产环境实时监测，及时调整农业作业流程；在农产品流通环节将电子商务与冷链运输相结合，推进冷链运输在农业流通环境的应用。引入物联网标识技术，建立农产品生命周期档案；推进农产品质量安全追溯管理平台的建设，实现农产品信息的在线化、可视化管理；完善农产品质量安全监督、管理、预警体系，切实保障农产品质量安全。开展电子商务技术培训，推广物联网技术在农户中的使用；协调相关部门建立完善的农产品物流、仓储、金融体系，利用现代信息技术推进农产品流通系统的进一步发展。
  三是构建智慧管理与服务体系。加强对种植业、畜牧业和农业装备制造业的监测和调度，推进农业产业数字化、智能化和集约化生产；加快建设农产品质量安全信用体系，建立健全农业生产规范化管理，提高政府主管部门在生产决策、指挥调度等方面的监管力度。强化互联网平台在农产品生产、流通中的重要作用，促进传统农业服务模式由公益服务向市场化、多元服务转变，使农民通过互联网掌握农业生产、销售相关数据，从而有利于农民结合实际情况决定农业生产的重点。
  02、智慧农业推动新一轮农业技术革命
  自2000年以来，互联网、大数据、云计算、人工智能、无人机和机器人等新兴技术在农业中的应用和集成创新，正在彻底改变现代农业的总体图景，推动新一轮的农业新技术革命。智慧农业、数据农业和精准农业等新术语被用来概念化这场农业新技术革命的总体特征。诸多研究文献通常将这场新技术革命视为继植物育种和遗传学革命之后出现的又一次农业绿色革命，强调其对农业生产、食品供给和社会生活的全方位影响，预言其将彻底改变现代农业的生产经营方式、资源开发与管理模式，使农业生产经营活动进入智能化、集约化、高效化和个性化发展阶段，进而从根本上改变我们对农业、食品和自然的理解与文化观念，改变与农业和食品相关的社会组织体制和管理模式。
  20世纪60年代出现以矮秆品种为代表的第一次绿色革命，通过育种技术创新和化肥、农药等技术创新成果的集成应用，大幅度增加了粮食单产，缓解了全球人口急剧增长与粮食生产能力不足、食品短缺与饥荒等最为迫切的现实问题，并因此强化了以科技创新增加粮食生产和食品供给的生产主义主导的农业范式。但这种农业范式在创造诸多现代农业奇迹和发展神话的同时也产生了诸多严重的负外部性问题，如环境污染、水土资源流失、农业生物多样性减少等，让农业的可持续发展成为更值得关注的重大问题。
  20世纪80年代后期出现的以动植物转基因技术创新为核心的第二次绿色革命，虽然预示着粮食增产和投入品减少等巨大潜力，但也因其可能存在的生态风险、食品安全和商业操控等种种问题，并未形成专家们所预期的美好结果。而基于数据科学、人工智能和生物科技等新兴技术与农业的深度融合，则可能结合生产性更高的农作物品种和基于数据的决策支持系统来实现农业的综合性集成管理，打造系统性的可持续、集约化的农业新范式，形成大幅度提供农业生产力、资源利用效率和实现农业可持续性的综合性解决方案，以产生更好的经济效益、生态效应和社会效果。
  03、智慧农业将为全球农业提供全新的集成性综合解决方案
  随着全球人口增长、全球消费者对食品需求的增加和质量品种的关注，资源短缺问题以及气候变化对农业生产经营活动的多层面影响日益凸显，全球农业生产正逼近生态极限，迫切需要全新的集成性的综合解决方案。智慧农业必将成为下一次农业革命的生长点。
  智慧农业的关键技术包括物联网、大数据、云计算等使能性技术，通过收集土壤、气象和动植物相关的巨量数据来对整个农业生产经营过程进行智慧化管理，以精准高效地利用水肥资源和动植物生产潜能，实现农业绿色发展和高质量发展。智慧农业是数据科技创新的新场景，其与农业经济的深度融合不仅会整体改写农业创新的新范式，而且将引发使用数据分析平台、云连接和多个数据分层模型的数据革命，成为数据科学、人工智能和区块链等新兴技术创新的新动能。世界主要农业创新国家及其商业机构正在通过各种科技创新计划探索将物联网、大数据等新兴技术手段导入农业新战略，以期通过“新一轮绿色革命”探索精准种养业的新模式和新业态，改变农业经营和食品生产方式。
  智慧农业是通过综合应用包括计算机和移动终端、云计算、互联网、物联网、大数据等现代信息通信技术，自动、精准、高效地收集、提取并加工农业大系统的数据，借助于机器学习等人工智能技术快速形成知识体系，实现优质高效、节能环保、生态安全的现代化农业生产目标。基于大数据平台之上的集约化农业生产经营体系，让各类数据“孤岛”相互联通，形成可持续发展的综合效益。智慧农业起始于农业机械的信息化，实现的技术手段和基础平台也有赖于信息技术和数据科学的不断突破，但其创新发展的根本却在于对动植物生产与水土资源、环境之间的复杂关系和生态联系的理解，这是巨量农业数据能否成功转化为农业创新资源和智慧农业实践的知识基础和关键所在。
  智慧农业作为技术密集型的集约化的农业创新体系，需要信息基础设施和数据技术手段支撑，更需要农业科学和生态科学的基础研究和理论突破。智慧农业作为数据科技创新与农业经济深度融合的产物，其创新发展的重要动力有赖于数据科技与农业科学、生态科学、基因科技技术、农业经济和社会科学知识与理论的集成整合，只有与个体动植物的基因组学、转录组学和微生物群等分子信息结合时，新颖的机器学习和数据挖掘技术才可能促进精准农业目标的实现。推动智慧农业科技创新必须重视跨学科、跨行业的知识交流和技术集成，也必须重视跨学科、复合型农业人才的培育和基于数据科学的农业推广服务体系的建设。
  04、智慧农业创新生态对实施者和管理者提出新要求
  智慧农业提供了以更少的投入生产更多产品的技术解决方案，将增强食品安全和植物健康，使耕作方式更可持续，进而引发更广泛的社会变革。智慧农业影响农户和农业生产经营者的田间和养殖场的作业习惯，催生新的农业生产经营模式，因而需要智慧农业创新者和管理者具备技术技能、管理经验和生态与环境意识，高度关注并尊重智慧农业创新生态的多样性。智慧农业创新生态既可能包括基于人工智能、云计算和机器人技术形成的地区性的“大型”智慧农业综合体，也可能包括由农户或乡村社区主导的“小型”智慧农业技术体系等多种形态，它们都可能成为具有适应性和独特作用的可持续的智慧农业选项和创新网络。我们只有尊重智慧农业创新生态的多样性，以及各种智慧农业系统的共生关系，才可能真正以负责任的创新态度，为构建人与自然和谐共生的现代化奠定稳健而可靠的物质和技术基础。
  智慧农业正在成为新一轮农业技术革命的引爆点，其革命性影响正在逐渐超出农业领域，对乡村社会发展、城乡关系以及食品供应链和价值链等产生多层面影响，甚至改变农业的性质以及农民和作物与牲畜的关系，并要求我们重构农业与自然生态系统的关系。智慧农业创新的推动者和管理者必须树立高度的社会责任感，自觉践行负责任的智慧农业创新，通过各种策略包括前瞻性预判和情景构建评估智慧农业技术创新对各种规模的农场、农业生产和食品供应链与价值链，以及对乡村社区和城乡关系的整体影响，系统考虑智慧农业创新的包容性和公平性问题，以使智慧农业创新能够应对各种挑战并具有适用性和可持续性。
  我国作为农业大国，农业生产形式已由粗放型向集约型转变，生产结构不断调整升级，生产水平不断进步。但仍存在生产规模较小，生态环境恶化，劳动力老龄化严重，劳动生产率、农业生产效率以及资源利用率较低等问题，探索生产集约、产出高效、环境友好、产品安全的现代农业道路是解决这些问题的根本途径。要实现集约高效，发展智慧农业是有效途径和发展方向。针对目前我国农业发展现状，党的十八大提出了“工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展”的战略部署。当前，我国在农业现代化方面仍面临较大挑战，其中农业信息化是农业现代化的重要目标，智慧农业是农业信息化的高级阶段，农业现代化对智慧农业提出了更高要求。同时，中共中央、国务院印发的《关于实施乡村振兴战略的意见》中指出，要推进我国农机装备产业转型升级，优化农业从业者结构，大力发展数字农业，实施智慧农业林业水利工程。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。
  05、智慧农业发展的基本路径
大力加强农业生产集约化、组织化，大力推进装备化和设施化。农业生产装备化是基于传统农业发展起来的，是指利用各种农业智能设备装备农业，使用现代农业机械取代人力和畜力作业，从而进入机械化主导的农业生产阶段。农业生产装备化促进了生产力的极大发展，提高劳动生产率，显著降低劳动强度和生产成本，推动农业生产逐步向依靠农业机械等技术的集约型生产模式转变。
  大力加强农业装备的数字化改造，推进装备数字化。装备数字化是指在传统农业机械装备基础上引入信息技术，形成具有自动控制功能的各类农业机械装备。装备数字化使装备精准作业成为可能，为推动农业自动化生产提供了有力保障，有利于节约生产资料，实现土地利用率最大化。农业装备的数字化是改变传统农业机械生产方式、提高农业生产竞争力的重要手段，是实现智慧农业生产高度精准化、自动化的基础。
  大力加强农业物联网发展，推进装备网联化、在线化。装备网联化是运用物联网技术实现农业全程智慧生产、收获的典型应用，是指通过运用各类视觉采集终端、无线传感器、射频识别等感知设备，获取农业生产过程中的现场信息，并按照约定的协议，实现农业产前、产中、产后等相关信息的可靠通信和传输，将传统的农机装备升级为具备计算、通信、控制能力的新型智能装备。实现农业装备和互联网相互关联，最终形成可定位识别、监控跟踪以及智慧管理的巨大智能化网络，这也是进行精准作业的前提。
  大力加强农业大数据和人工智能发展，推进农业决策大数据化、智能化。决策大数据化、智能化是智慧农业发展的高级阶段，是指采用人工智能、大数据、物联网、5G、机器人等新型信息化技术，获取并分析农业生产中的海量数据，由云管控平台自主计划和决策，并由装备自主完成农业生产全过程，实现以机器为核心、数据为驱动的一种新型农业智能化生产模式，这也是智慧农业的终极形态。
  大力发展农业装备智能化和农业机器人，努力推进作业精准化、自动化。作业精准化是我国智慧农业发展的必由之路，是指利用3S技术、物联网、人工智能、智能装备、机器人等现代化技术手段，实现对农业生产过程的精准控制，并对动植物生长状况进行精准监测。结合人工智能、大数据和云计算等先进技术，实现精准定位、精准施肥、精准变量投喂、精准喷药、精准播种、精准收获。农业生产作业的精准化提高了作业效率、作业质量和农作物产量，是智慧农业发展的必经之路。
  06、智慧农业推进建议
  加大技术研发力度。政府部门应在全国层面设立智慧农业发展专项资金，将智慧农业建设和发展经费纳入财政资金预算，明确资金使用时各区县等财政配套比例，发挥智慧农业专项资金的放大和引导作用。各省市应从实际出发，加大智慧农业相关新型技术研发力度，攻克核心技术。
  鼓励大型工业企业参与。政府部门应鼓励互联网、通信、物流等龙头企业加快融入智慧农业建设。充分利用这些企业技术、资源，将互联网工具渗透农业生产全过程，激活农业生产力，带动智慧农业快速发展。
  加大大规模试验示范。在当前智慧农业效益不明显、农民收入不高、市场信息化运作欠佳的情况下，公益行业的加入将促进智慧农业的发展。因此，建议国家相关部门基于我国农业现代化发展需求，基于“发展需要、技术可靠、示范性好”的原则，实施一批影响深远的智慧农业示范工程，加快推进国家级重点智慧农业示范基地建设，促进智慧农业跨领域交叉快速发展。
  创新产学研用体系。针对我国智慧农业发展需求，政府应加强科研高校、科研机构在智慧农业科研方面的投入力度，健全产学研用培养体系，开展农业人才、新型职业农民、农业经纪人等农业从业者科普、教育、培训工作，加快培养大量复合型人才。
  鼓励市场化机制与模式探索。政府部门应针对智慧农业的市场发展需求及方向进行宏观指导，以国家政策带动农业高效益发展，建立政府部门支持、科学技术支撑、企业参与运营的运行机制。借助人工智能、大数据等信息技术，打破智慧农业市场发展的时空限制，开辟农业新市场，实现智慧农业市场多元化发展。