中国农业已经进入高速发展阶段，未来还将迎来这些新契机

gecccn · 发表于 2021-12-29 08:46:04

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  近年来，我国在智慧农业发展方面开展了系列部署，实施了一批重大应用示范工程，农业专家系统、农业智能装备、北斗农机自动导航驾驶等智慧农业科技取得了突破。
  然而相比发达国家，因起步晚、基础薄弱，我国智慧农业研发应用水平整体呈落后态势；
  农业传感器、农业模型与核心算法等关键技术和产品受制于人，仍处于“跟跑模仿”阶段，落后先进国家 10~15 年；
  由于行业顶层设计缺失，各地区的智慧农业建设水平参差不齐。提高农业质量效益和竞争力，建设智慧农业，是国家发展的必然要求；
  进入新发展阶段后，智慧农业的高质量发展，亟需从战略层面进行系统谋划与科学布局。
  现阶段关于智慧农业的研究较多关注概念解析、技术方法创新、技术产出效率测算、技术进展梳理、技术方案论证等方面，而从宏观角度入手，面向 2035 年我国智慧农业发展路线进行的前瞻性分析较为少见，尤其缺乏针对不同规模主体、不同产业类型的路径选择问题研究。
  一、智慧农业发展需求分析
  （一）提高农业生产效率与效益的需要
  技术论证和应用实践都表明，实施智慧农业工程可实现农业大产业的精准布局、技术管控、提质增效，是解决农业生产效率低下问题的有效路径。例如，北京市小汤山国家精准农业研究示范基地的蔬菜无人农场，通过蔬菜规模化生产全生长周期的无人化管理，平均减少人工投入成本约 55%，分别减少水、肥、药施用量 25%、31%、70%。我国要跻身世界农业现代化国家第一梯队，唯有加快部署智慧农业，推动智能装备替代劳力，根本性地提高生产效率。
  （二）提升农业资源利用效率的需要
  人多、地少、各地资源禀赋不均衡、极端气候灾害频发，这是我国的基本农情，同时面临面源污染、疫病防控等压力。根据《2019 年中国土壤环境质量报告》，我国 1~3 等的优质耕地占比仅为 27%，基础地力贡献率约为 50%，均比农业发达国家低 20~30 个百分点。从资源利用率看，尽管近年来农业部门积极推进农业节肥节药行动，至 2020 年年底我国三大粮食作物的化肥、农药利用率已提高至 40% 以上，但相比农业发达国家仍有 20 个百分点的差距。此外，畜禽粪污综合利用率与农业发达国家也相差 20 个百分点以上。
  （三）确保农产品质量安全的需要
  随着生活方式、消费观念的转变，城乡居民对优质、绿色、安全、健康农产品的需求量进一步加大。因食品制造涉及生产、加工、流通、销售等多个环节 / 主体，受到投入品、环境、技术、经营主体机会主义行为等多种因素的制约，生产者、消费者、监管部门之间的信息不对称，导致农产品质量监管难度大、食品安全事件屡禁不止，公众对农产品缺乏信心。
  根据《中国城市公共安全感调查报告（2019）》， 2019 年城市居民食品安全感指数仅为 0.497 2，约 66% 的受访者在过去 1 年中至少经历过 1 起食品安全事件，而反映食品事故违法信息的公开程度较低。确保国家食品安全，更好满足城乡居民多层次、个性化的食物需求，必须尽快构筑安全可控的农产品透明供应链，实施农产品质量安全的全程可追溯管控，确保“舌尖上”的安全。
  （四）提升农产品市场竞争力的需要
  在构建国内国际双循环的新发展格局背景下，发展智慧农业有利于提升我国农产品的市场竞争力，这是我国农业高质量发展的重要方面。亟需通过智慧农业技术来提升农业产业价值链，促进我国农业产业核心竞争力尽快接近农业发达国家水平。
  另一方面是国内市场。在全面推进乡村振兴的过程中，促进小农户与现代农业衔接成为“三农” 工作的重点。小农户在我国农业经营中的占比依然较高，应充分发挥信息服务联农带农的作用，构建面向小农户的大数据智能服务体系，让亿万小农户与大市场有效对接；在巩固拓展脱贫攻坚成果的同时，有效衔接乡村振兴，畅通城乡经济循环，让小农户增收更有底气。
  （五）实现农业科技自立自强的需要
  近年来，我国实施了一批与智慧农业相关的科技项目和工程，推动北斗农机自动导航驾驶、植物工厂、无人机农业应用等技术方向达到或接近国际先进水平。但系统层面之外的一些关键核心技术仍受制于人，如高端农业环境传感、生命信息感知设备被美国、日本、德国等企业垄断，大马力高端智能装备较多依赖于进口，动植物生长模型与核心数据主要来自美国、以色列、荷兰、日本等。
  随着农业进入数字化时代，智慧农业成为传统农业强国抢占农业科技制高点的重要方向。我国应掌握发展主动权，注重并保持科技自立自强，围绕智慧农业高质量发展涉及的“短板”核心关键技术，开展集中攻关与示范应用，推动自主可控，提高国产核心产品的市场竞争力，为农业农村现代化提供有力保障。
  二、我国智慧农业发展总体战略构想
  （一）发展思路
  按照国家部署，从当前到 2035 年是我国基本实现现代化的关键时期。加快智慧农业发展必须立足新的发展阶段，贯彻新发展理念，实现农业高质高效发展；聚焦“保障国家粮食安全、食品安全、生态安全，促进农民持续增收”的目标，针对农业 “新基建”、智慧种养、智慧供应链、农业智能信息服务、智慧农业相关技术产业化等方向，按照“抓重点、补短板、强弱项”的总体思路，开展重点建设。
  突出农业科技自立自强，加强智慧农业的战略性、前沿性、基础性研究与关键共性技术研发，论证实施智慧农业重大科技专项与应用示范工程。攻关农业传感器与高端芯片、农业大数据智能与知识模型、农业人工智能（AI）算法与云服务等关键技术，研制高端智能农机装备、农业智能感知产品、农业自主作业（机器人）智能服务产品等重点产品。推动高端产品在智慧农（牧、渔）场、植物工厂、农产品加工智能车间、农产品智慧供应链等的集成应用示范，培育农业软件开发与智能信息服务、农业传感器与测控终端、农业智能装备制造等配套产业。融合生物技术（品种选育）、信息技术（数字赋能）、智能装备（机器替代），建立以“AI + 大数据 + 新一代通信技术 + 物联网 + 北斗卫星导航”为技术支撑、与农业强国发展目标相适应、达到世界先进水平的智慧农业产业技术体系。推动农业“机器替代人力”“电脑替代人脑”“自主技术竞争力增强”三大转变，提升农业生产智能化和经营网络化水平，强化农业质量效益和竞争力，拓展农民增收空间，助力乡村全面振兴。
  （二）2025 年发展路线与目标
  实施农业大数据融汇治理、大数据认知分析、大数据深度学习等农业大数据共性关键技术突破，制定农业大数据标准规范，建设数字农业农村大数据中心，为数据发现知识提供支撑。研制高端植保无人机、病死畜禽无害化处理自动化装备，推动农机装备自主创新。加强农业 AI、农业虚拟现实（VR）等技术基础研发，发展人机协同与农业智能系统、农业人机混合智能交互与虚拟技术；研究基于农业增强现实（AR）/VR 的表型信息解析技术，利用 VR 技术设计动植物理想表型结构，为突破农业知识模型提供基础（见图 1）。

  图 1 我国智慧农业技术发展路线图（2020—2035 年）
  注：以 2035 年为目标节点，根据两轮共计 150 人次的专家德尔菲调查结果（设计了 16 个客观题、3 个主观题，中高级以上职称专家占比大于 70%），筛选出了 13 项关键核心技术；4G 表示第四代移动通信；5G 表示第五代移动通信。
  到 2025 年，我国农业数字化转型取得重要进展。数字技术与农业产业体系、生产体系、经营体系融合，大田规模化种植基地、设施园艺标准园、规模化生猪 / 蛋鸡 / 肉鸡 / 奶牛养殖场、水产健康养殖示范场率先实现数字化转型。智慧农业科技创新体系更为健全，智慧农业产业体系基本完善，智慧农业引领农业农村现代化取得阶段性进展。
  表 1 我国智慧农业发展的主要指标预测值

  注：除特别标注外，基期值均为 2019 年年底数据。
  （三）2035 年发展路线与目标
  在高品质、高精度、高可靠、低功耗农业环境信息感知，农产品品质信息感知，高端动植物生命信息感知，农机装备专用传感器等技术方向实施攻关，基本实现农业传感器与高端芯片的自主可控，缓解智慧农业高通量信息获取难题。实施农业机器人科技创新，发展承担高劳动强度、适应性强、性价比高、可智能决策的新一代农业机器人，提升嫁接机器人、除草机器人、授粉机器人、打药机器人、设施温室电动作业机器人的技术水平，示范和推广智慧（无人化或少人化作业）农场集成技术。瞄准应用亟需开展农业动植物知识模型、核心算法与支持决策系统等共性关键技术研究，推动农业大数据智能水平提升。运用软件即服务理念，发展可适性农业云服务技术，显著降低智慧农业运维成本，为广大用户提供便捷的定制化服务。
  到 2035 年，农业全产业链数字化、网络化基本实现，智慧农业取得标志性进展，我国进入世界农业强国前列。智慧农业的“新基建”、新理论、新技术、新装备、新产品、新业态取得突破，自主创新能力和水平全面提升，智慧农业学科与创新团队达到国际一流水平。农业主要环节的数字化全面转向农业全产业链、全环节的数字化和网络化，批量建成少人化或无人化的智慧农（牧、渔）场，基本建成“软件定义、数据驱动、装备支撑、产业融合”的智慧农业产业体系。农业传感器与测控终端、农业智能装备制造、农业软件等产业规模不断壮大，智慧农业产业核心竞争力达到国际先进水平。具体而言，预计大田、设施、畜禽、水产生产数字化水平分别达到 50%、70%、75%、75%，农业数字经济占第一产业 GDP 的比重超过 70%。
  三、我国智慧农业重点发展任务
  （一）部署农业领域“新基建”，打牢智慧农业基础
  推进农业农村领域“新基建”工作，建设泛在、先进、开放、共享的农业新型信息基础设施体系。加快 5G 网络、数据中心、仓储保鲜冷链物流等新型基础设施建设，升级国家农业农村大数据中心，形成农业大数据标准化技术和数据交换机制。开展农业大数据的深度应用，建立农业大数据智能关键技术体系；构建全新的农业知识图谱，促进数据信息转化为实际价值，实现农业信息服务精准化、智能化。
  （二）推进生产数字化转型，批量建设智慧农场
  发展“天、空、地”多尺度农业资源环境信息获取网络、农业资源环境信息感知技术系统，构建多时相、多维度、高精度的农业资源环境信息获取系统与智能服务平台，支持农业资源环境监测与信息服务能力提升。攻克大田、园艺作物传感器瓶颈技术，加快“数字农情”建设，形成智能温室设施建设运行集成技术体系。针对规模化农田、温室大棚推广种植环境监测控制、“水肥药”精准施用、土壤作物智慧管理等技术装备，批量建设“无人化（或少人化）农场”“植物工厂”。
  （三）建设透明供应链，构筑质量安全防线
  构建农产品供应链智能化生态，研发农产品采后处理加工与冷链智能设备，革新农产品供应链运行模式以显著提升效率。发展清洁能源驱动的智能设备关键技术、冷库智慧控制技术，推动农产品冷链行业转型升级。在农产品供应链管理中应用区块链、大数据、AI 技术，对农资、生产、加工、储藏、运输等农产品全产业链的诸多环节信息进行全面监管，构建农产品供应链的数字孪生能力，提升农产品质量安全追根溯源水平。探索利用数据联盟链方式来构建新型供应链协作网络，降低供应链的信任成本，支持农产品供应链朝着绿色、智能、高效、开放方向发展。
  （四）加快技术产业化进程，壮大智慧农业产业
  紧跟世界智慧农业科技发展趋势，以推动重大产业项目培育为依托，平衡潜在技术需求、产业增长潜力、产品竞争力、技术带动引领性 [17]。聚焦农业智能装备制造、农业传感器与测控终端设计及制造、农业软件与新兴信息服务业 3 类重点创新领域，实施智慧农业相关技术产业培育工程，促进智慧农业创新链、产业链精准对接，使得“三农”发展更好获益于智慧农业科技及其产品。提高 AI、 5G、边缘计算、新型人机交互等信息技术在智慧农机、农业传感器、农业软件开发中的应用成熟度，提升智慧农业软硬件产品的支撑能力。发展农业智能生产作业装备、农业智能作业机器人等重点智能农机装备，实现适应性好、性价比高、可智能决策的新一代农业传感器的标准化、产业化，构建农业软件产业生态、产业集群。
  （五）突出绿色生态理念，助力碳达峰与碳中和
  应对碳达峰、碳中和的目标要求，以绿色生态为主线，应用数字技术赋能绿色农业，实现高标准的化肥、畜禽养殖碳排放；建设绿色智慧农业示范区，引领绿色农业高能效、高质量发展。实施耕地保护的智慧化转型，推广应用高效节水灌溉技术，提高农业水土资源利用效率。探索基于大数据驱动与多组学融合的动植物生长发育精准调控、环境变化智能应激，建立适应气候变化的现代智慧生态农业生产体系，实现精准种植养殖，减少农业系统碳排放。推动智慧型生态保护建设，建立智慧生态保护与修复示范区，实现生态环境动态监测预警与智能监管。
  四、中国特色智慧农业分类推进路径
  （一）面向不同生产经营主体的推进路径
  1. 小农户
  以促进小农户与现代农业有效衔接为目标，以 “信息进村入户工程”“全国农业科教云平台”为基础，建立功能完善的区域性农业大数据智能服务平台，为小农户提供便捷、高效、精准的农业知识服务，促进农业生产性服务的精准化、个性化。鼓励各类社会化服务组织、信息化企业探索农业智能语音交互服务新模式，为小农户提供专业化、个性化的农业科技信息、生产托管、装备共享等服务，降低智慧农业技术产品与服务的应用成本。继续开展 “互联网 +”农产品出村进城工程，支持电商企业与科研机构共同探索电商兴农新模式，为小农户提供产销对接平台，支持优质特色农产品的产销衔接、优质优价。
  2. 家庭农场
  以提升家庭农场经营管理能力、实现最佳规模效益为目标，研制智慧农业示范农场适度规模标准，支持粮食主产区、大宗农产品优势区、现代农业示范区的家庭农场创建智慧农业示范农场。以“中国农业社会化服务平台”等为基础，引导支持各类社会化服务组织为家庭农场提供菜单式、全程生产托管的智慧农业社会化服务。鼓励市场主体开发适用的数据产品，为家庭农场提供定制性技术套餐和应用方案，支持开展针对性的排产计划。
  3. 合作社、龙头企业等规模化经营主体
  组织力量制定不同区域、不同行业无人生态农场技术应用模式的适用性标准。以国家现代农业产业园为主要载体，优先支持规模以上的粮食、蔬菜、生猪、奶牛、蛋禽等类别农场或入驻企业（合作社）批量建设国家无人农（牧）场示范基地，分阶段、分层次、分领域、分梯次推进无人自主作业的集成应用，尽快形成与我国农业大国地位相适应的生态化、无人化生产技术体系。鼓励社会资本围绕“新基建”农业场景应用落地目标，参与农场 5G 网络、数据中心、基础数据资源体系、农产品数字供应链等新型基础设施建设，批量建设智慧田园、智慧植物工厂、智慧牧场、智慧渔场、智慧果园、农产品智能加工车间等并凸显示范效应。
  （二）面向不同产业主体的推进路径
  1. 智慧种植业
  围绕粮食和蔬菜的稳产保供、提质增效需求，在规模化粮食和蔬菜生产基地，重点开展“天、空、地”一体化智能监测与精准服务应用示范。推动粮食主产区气候智慧型农业模式、西北地区草地气候智慧型管理模式等气候智慧型农业应用示范项目，增强作物生产对气候变化的适应能力。开展农机、农艺与智能化融合应用示范工程，补齐精准作业覆盖环节不全、智能装备协作效率不高等短板。批量建设“无人化（或少人化）农场”“植物工厂”，配套应用嫁接机器人、除草机器人、打药机器人、采摘机器人、设施温室电动作业机器人等，实现无人化或少人化种植场景落地。
  五、对策与建议
  （一）编制智慧农业中长期规划纲要
  按照国家乡村振兴战略、《数字乡村发展战略纲要》要求，注重规划衔接，论证和编制“国家智慧农业发展战略纲要（2021—2035）”。在农产品优势产区、国家农业科技园区和国家现代农业产业园的所在县（市），围绕农业生产数字化转型、农产品透明供应链、农业大数据智能服务等方向，推动智慧农业工程建设，显现智慧农业发展成效。
  （二）实施智慧农业关键核心技术攻关
  立足科技自立自强，瞄准农业产业升级与高质量发展，重点围绕农业传感器与信息采集系统、高端智能农机装备、农业机器人、农业大数据与计算智能、农业模型与算法等短板技术及薄弱环节，布局并实施关键核心技术攻关项目。建设国家智慧农业创新中心、重点实验室等产业助推平台，论证推进“智慧农业科技创新 2035”重大项目，切实提升自主研发能力，为行业用户提供更多用得上、用得起、用得好的软硬件产品。可率先在环渤海经济区、长江三角洲地区、粤港澳大湾区、成渝经济圈等重点区域以及一些现代农业基础较好的城市，创建国家级智慧农业创新发展试验区，开展新技术验证，加速成果转化应用。
  （三）建立差异化的智慧农业补贴机制
  建议将农业物联网成套设备、智能拖拉机配套测控终端纳入农机购置补贴范畴，适度提高智能化高端农机购置补贴标准。针对区域和产业差异性，建立支持各类规模农户应用数字技术的差异化补贴机制：为小规模农户提供智能移动终端补贴与网络接入费用减免；按照生产规模给予适度规模经营主体以定额补贴或比例补贴，按照服务面积给予智能作业服务主体以托管服务补贴；针对生猪、奶牛、家禽养殖大县实施智慧畜禽养殖试点补贴方案；以东北地区、内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区等地为重点，针对大田粮食、露地蔬菜等智能动力设备和专用作业装备，给予购置补贴与作业服务补贴；以设施蔬菜标准园、水产健康养殖示范场为重点，探索农业物联网成套设备与解决方案补贴办法。
  （四）统筹智慧农业与数字乡村发展
  建议以县（市）为单位，以“农业高质高效、农民富裕富足、农村宜居宜业”为目标，就智慧农业和数字乡村开展一体化设计和建设。将农业农村 “新基建”纳入国家乡村建设行动，推进县域农业农村大数据中心、农业农村“天、空、地”一体化观测体系建设，实施农业生产基地、农村物流设施的数字化改造，试点开展 5G、互联网协议第 6 版（IPv6）、窄带物联网等网络协同应用。支持有条件的县（市）打造“乡村大脑”，统筹开展农业农村数字经济、环境数字化治理、乡村数字政务、乡村数字治理等建设，实现农业农村数字化、智能化的普惠应用。
  （五）培养应用型人才队伍
  突出“产业为主、专项服务”的技术推广理念，依托现有农民教育培训体系，开展农村科技特派员、农技员服务能力提升计划。重点围绕农业生产基地数字化标准化改造、智慧农业信息技术操作规程与工艺、农机智能装备操控与管护、应用系统与平台使用及后期维护等方向，开展智慧农业应用型人才专门培训，快速形成人才规模优势，集聚智慧农业建设的内生原动力，为智慧农业工程的应用推广、成效发挥提供智力保障。

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