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  • 生鲜学院
  • 2021.10.27
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智慧农业: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

【内容摘要】 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…

原标题:智慧农业: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

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。

智慧农业发展需求分析

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。

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%。

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。

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。

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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