最近，中國工程院院士，國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任，國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心首席專家趙春江作題為《智慧農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀與展望》專題報(bào)告。

他表示，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、信息技術(shù)迅猛發(fā)展，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要引擎。新的綠色革命推動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)改造升級，包括生物化、信息化、無害化、循環(huán)化和標(biāo)準(zhǔn)化等方面，發(fā)達(dá)國家圍繞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準(zhǔn)化、集約化、高值化已開始了新一輪的戰(zhàn)略部署。智慧農(nóng)業(yè)工程科技的發(fā)展已成為國際上現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展前沿。

01 智慧農(nóng)業(yè)已成為世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢

智慧農(nóng)業(yè)是以信息和知識為核心要素，通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和智能裝備等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)跨界融合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入、個(gè)性化服務(wù)的全新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展從數(shù)字化到網(wǎng)絡(luò)化再到智能化的高級階段。智慧農(nóng)業(yè)整合生物技術(shù)、信息技術(shù)、智能裝備三大生產(chǎn)力要素。

美國、英國、澳大利亞、法國、德國、日本等國家圍繞智慧農(nóng)業(yè)進(jìn)行了廣泛的布局，分別出臺了NSTC“國家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略計(jì)劃”、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略白皮書、農(nóng)業(yè)4.0手冊、農(nóng)業(yè)創(chuàng)新2025、數(shù)字農(nóng)業(yè)、社會5.0等政策，2015-2025全球智慧農(nóng)業(yè)市值將達(dá)到683億美元。智慧農(nóng)業(yè)包括智能農(nóng)業(yè)裝備、智能傳感器系統(tǒng)、智能無人機(jī)、智能機(jī)器人、軟件等主要技術(shù)。

全球智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展迅猛，表現(xiàn)出以下趨勢：

一是大數(shù)據(jù)技術(shù)滲透農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈。未來發(fā)展農(nóng)業(yè)，要從全產(chǎn)業(yè)角度進(jìn)行布局。大數(shù)據(jù)技術(shù)全面滲透了從種子肥料開始，到生產(chǎn)、加工、配送到消費(fèi)者餐桌，再到廢棄物處理的全過程，體現(xiàn)出信息科技對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐作用。

二是智能化裝備廣泛應(yīng)用。智能化的裝備是通過智能化的改造和升級，使機(jī)器具有一定的智能性，可以全面或部分地輔助人便捷、可靠地完成特定復(fù)雜的目標(biāo)任務(wù)。世界智能農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展經(jīng)歷了不同的歷史階段，從機(jī)械化到數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化，現(xiàn)在已經(jīng)衍生了系統(tǒng)。目前，國際上研究農(nóng)機(jī)裝備，重點(diǎn)體現(xiàn)在自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)器人和農(nóng)業(yè)無人機(jī)等方面。

三是無人化、少人化發(fā)展迅速。由于農(nóng)村勞動(dòng)力減少，農(nóng)村出現(xiàn)了無人種地的情況，特別是熱天打藥、冷庫長時(shí)工作等復(fù)雜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境條件，對人的身體有很大危害。基于勞動(dòng)力減少和工作環(huán)境惡劣，無人化、少人化農(nóng)場是未來的發(fā)展趨勢。

四是信息科技推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式變革。我們原來在田里種地、養(yǎng)殖，現(xiàn)在可以進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，比如植物生產(chǎn)工廠、工廠化養(yǎng)豬等模式。

02 我國智慧農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用方興未艾

我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展是一個(gè)緩慢的過程，但在很多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場景和環(huán)節(jié)已經(jīng)得到了初步的應(yīng)用。

場景一：智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)與裝備。在小麥、玉米、棉花、水稻等主要農(nóng)作物從整地、播種、管理到收獲各個(gè)環(huán)節(jié)，都需要智能化的信息技術(shù)和智能化的裝備進(jìn)行耦合，來完成這些操作的工藝。目前，我國各環(huán)節(jié)的技術(shù)和裝備基本具備，需要組合成一個(gè)完整的智能化解決方案。我國北斗精準(zhǔn)導(dǎo)航與測控技術(shù)應(yīng)用在播種上，安裝到拖拉機(jī)、插秧機(jī)上，可以讓機(jī)器走直行，行間銜接好，實(shí)現(xiàn)條帶清壟精準(zhǔn)播種，避免復(fù)播、漏播、轉(zhuǎn)行橫播交叉等問題，提高田間作業(yè)質(zhì)量。應(yīng)用在灌溉上，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對行灌溉。農(nóng)業(yè)航空精準(zhǔn)施藥技術(shù)，通過作業(yè)規(guī)劃、導(dǎo)航監(jiān)管、施藥控制、施藥質(zhì)量評估、防效評估、病蟲情診斷等，實(shí)現(xiàn)探的清、飛到位、施的準(zhǔn)、霧化好、可評價(jià)和全程可控的目標(biāo)。

場景二：園藝作物生產(chǎn)。園藝生產(chǎn)以溫室生產(chǎn)為主，我們在山東壽光建了一個(gè)近八萬平米的大型現(xiàn)代智能溫室，全部用國產(chǎn)的技術(shù)和設(shè)備，從水肥管理調(diào)控各個(gè)方面進(jìn)行了智能化提升。與荷蘭溫室的耗能、成本、效益相比，我們的更好，且成本可以降到每平米50/元。

場景三：智慧果園生產(chǎn)。現(xiàn)在農(nóng)村地區(qū)都是老人、婦女和兒童，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)缺乏勞動(dòng)力，提升果園生產(chǎn)智能化水平具有重要意義。因此，我國研發(fā)了相應(yīng)的設(shè)備，包括采摘、除草、噴藥、開溝、施肥、巡檢、升降作業(yè)平臺等，可實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化作業(yè)。同時(shí)，我們已經(jīng)研發(fā)出很好的水果智能檢測的分析線，一小時(shí)可達(dá)到10噸的檢測線。

場景四：智慧養(yǎng)殖生產(chǎn)。養(yǎng)殖是智慧農(nóng)業(yè)重要的應(yīng)用場景，動(dòng)物的體溫檢測技術(shù)產(chǎn)品可以在線檢測，發(fā)現(xiàn)生病之后溫度升高的畜禽，便于及時(shí)進(jìn)行防治。動(dòng)物禽舍有害氣體專用傳感器非常實(shí)用，符合我國碳達(dá)峰、碳中和政策，減少溫室氣體排放。還可以通過視頻攝像頭監(jiān)測動(dòng)物行為，實(shí)時(shí)監(jiān)測營養(yǎng)狀況、健康狀況等。巡檢機(jī)器人、防疫消毒機(jī)器人，可以代替人從事對身體有害的作業(yè)。

場景五：農(nóng)產(chǎn)品智慧物流。農(nóng)產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的改進(jìn)，生鮮農(nóng)產(chǎn)品中肉類、生鮮水果蔬菜是重要的一部分，都需要智慧冷鏈物流。如何控制溫度、檢測溫度，保持農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，研究超市貨架期，對食品的安全性等，都需要信息科技來支撐。“管理+農(nóng)業(yè)+智能技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈可感、可控、可調(diào)。

場景六：基于大數(shù)據(jù)的信息服務(wù)。我國小農(nóng)戶居多，打藥、播種等方面專業(yè)化社會化服務(wù)企業(yè)組織快速發(fā)展，體現(xiàn)規(guī)模化的生產(chǎn)效益，推動(dòng)小農(nóng)戶生產(chǎn)現(xiàn)代化。當(dāng)前，智能語音服務(wù)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)成熟。作為農(nóng)業(yè)職業(yè)院校的學(xué)生，可提供生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)、信息服務(wù)。

03 我國未來智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)技能人才需求

未來，我國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是一個(gè)重要的趨勢和方向，“十四五”規(guī)劃提出要發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，目標(biāo)是用電腦強(qiáng)化人腦、用機(jī)器替代人力、用自主替代進(jìn)口，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化、作業(yè)精準(zhǔn)化、管理數(shù)字化和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化。

我國未來智慧農(nóng)業(yè)對人才的需求：一是對農(nóng)業(yè)有情懷，喜歡現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；二是知識交叉型，能用計(jì)算機(jī)把不同專業(yè)的知識結(jié)合起來，建立知識系統(tǒng)；三是技能實(shí)戰(zhàn)型，要會操作拖拉機(jī)、植保機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械；四是具有工匠精神，要精益求精；五是懂經(jīng)營會管理，提供專業(yè)化和社會化服務(wù)；六是適應(yīng)信息化趨勢，推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。

作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，近年來中國在提高糧食產(chǎn)量方面取得了巨大的成就。近期中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和國際食物政策研究所（IFPRI）聯(lián)合發(fā)布的《中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2022》指出，2022年中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將繼續(xù)向好，糧食總產(chǎn)量預(yù)計(jì)將達(dá)到1.38萬億斤。

在近日舉行的2022全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)大會智慧農(nóng)業(yè)論壇上，中國工程院院士、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任趙春江介紹了中國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的路線圖。他對中國糧食生產(chǎn)取得的成就予以充分肯定，但同時(shí)也指出，農(nóng)業(yè)仍面對各個(gè)方面的諸多挑戰(zhàn)。

中國農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨五大挑戰(zhàn)

“第一個(gè)挑戰(zhàn)是資源利用率的問題，目前全球都很重視現(xiàn)有資源的利用效率——肥料、水和土地”，趙春江指出，中國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究會公布的數(shù)據(jù)顯示，我國氮肥有效利用率只有40%左右，磷肥也比較低。“農(nóng)藥利用率也是40%左右，但和發(fā)達(dá)國家60%的數(shù)據(jù)相比，還是有很大的差距。”

其次，我國將土地經(jīng)營權(quán)交給農(nóng)民，導(dǎo)致生產(chǎn)經(jīng)營的地塊比較小。小農(nóng)戶、小地塊的碎片化現(xiàn)狀，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率比較低。

第三，隨著大量農(nóng)村勞動(dòng)力向城市轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致從事農(nóng)業(yè)的人口數(shù)量急劇下降。趙春江說：“現(xiàn)在的‘00后’幾乎沒有人愿意從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，未來必須有一種解決方案能持續(xù)地生產(chǎn)食物。

第四，目前中國的農(nóng)業(yè)機(jī)械化率較低，約為72%左右，主要針對作業(yè)的農(nóng)作物包括小麥、玉米、水稻。其他的農(nóng)業(yè)設(shè)施、畜牧業(yè)、水產(chǎn)業(yè)、園藝業(yè)等機(jī)械化率均不高。趙春江說：“一方面我國勞動(dòng)力減少，沒人種地，另一方面機(jī)械率又比較低，這就是面臨的前所未有的挑戰(zhàn)。”

同時(shí)，中國農(nóng)業(yè)在效益方面也存在著一些問題。農(nóng)民由于獲得的利潤不高甚至為負(fù)數(shù)，導(dǎo)致其種地積極性較低。

趙春江指出，未來的勞動(dòng)力短缺、人口老齡化對中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展是巨大的挑戰(zhàn)。“在此背景下，我們必須找到一種能支持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的解決方案。隨著數(shù)字技術(shù)的到來，農(nóng)業(yè)也進(jìn)入了綠色革命、數(shù)字革命的新時(shí)代。我們必須牢牢把握這個(gè)機(jī)遇，發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)與智慧農(nóng)業(yè)。”

去年3月12日，《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》公布，提出要建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化。趙春江指出，未來中國農(nóng)業(yè)發(fā)展要推動(dòng)三個(gè)方面的轉(zhuǎn)變：由傳統(tǒng)生產(chǎn)方式向高生產(chǎn)效率綠色發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，由過度依賴人向機(jī)器為主的轉(zhuǎn)變，由主觀經(jīng)驗(yàn)判斷向大數(shù)據(jù)智能決策轉(zhuǎn)變。

智慧農(nóng)業(yè)路線圖分五步

智慧農(nóng)業(yè)包括四個(gè)重要部分，即信息獲取、以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的智能決策、精準(zhǔn)控制與投入、個(gè)性化的精準(zhǔn)服務(wù)。趙春江指出，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)對應(yīng)對全球氣候變化、水土的保持、保護(hù)、減少農(nóng)藥的使用以及保護(hù)生物多樣性等具有重要的作用和意義。

他表示，未來智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)包括三個(gè)方面：

第一，通過計(jì)算技術(shù)提高人對農(nóng)業(yè)整體生命系統(tǒng)的把控能力；

第二，通過高等智能化的機(jī)械化技術(shù)替換人力勞動(dòng)；

第三，用自有產(chǎn)品替代進(jìn)口產(chǎn)品。

“使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐步地走向智能化，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化，這是中國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。那么每個(gè)階段怎么走？通過研究我們將其分成了五步。”趙春江介紹道，我國從2020年開始已經(jīng)推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，第一步預(yù)計(jì)從2020年到2030年將進(jìn)行持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，重點(diǎn)解決理論、技術(shù)、方法相關(guān)的應(yīng)用場景問題。

第二步重點(diǎn)是技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中智能化的控制與自動(dòng)化的操作以及智能化服務(wù)。趙春江指出，這一步的時(shí)間點(diǎn)將從2022年到2030年，“預(yù)計(jì)經(jīng)過十年的技術(shù)創(chuàng)新，能夠發(fā)展出滿足我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的技術(shù)體系與產(chǎn)品體系。”

在中國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的路線圖中，第三步是集成化的應(yīng)用示范；第四步要實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這一階段預(yù)計(jì)從2030年持續(xù)到2035年，屆時(shí)農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的規(guī)模將達(dá)7.8萬億元；第五步，智慧農(nóng)業(yè)要形成產(chǎn)業(yè)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行廣泛地應(yīng)用，這一階段將從2035年發(fā)展到2050年。

趙春江表示，到2050年我國的社會經(jīng)濟(jì)、人口素質(zhì)、應(yīng)用環(huán)境等將發(fā)生巨大的變化。屆時(shí)農(nóng)業(yè)要全面實(shí)現(xiàn)智慧化的管理，農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)到24萬億元。

統(tǒng)籌智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展和數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)

目前，我國已經(jīng)推動(dòng)了一系列相應(yīng)的措施和政策以推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。趙春江指出，首先是加強(qiáng)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，5G通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在我國農(nóng)村地區(qū)如縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等開始進(jìn)行建設(shè)。一些響應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)則如國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)等也正在推進(jìn)。

第二，支持技術(shù)創(chuàng)新。除了在國家層面上設(shè)立重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)外，還有技術(shù)攻關(guān)的項(xiàng)目以解決智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的技術(shù)問題；第三，各個(gè)省市正在推動(dòng)以場景為驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用示范；第四，制定鄉(xiāng)村政策保證體系，以政策“組合拳”推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

“我國國土面積太大、場景太復(fù)雜，未來發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的模式我們從技術(shù)發(fā)展、技術(shù)應(yīng)用的模式角度分成三大類。”趙春江指出，第一類面向農(nóng)民和家庭農(nóng)場，重點(diǎn)以提供專業(yè)化和社會化服務(wù)為主。第二類瞄準(zhǔn)全國380萬座家庭農(nóng)場，推動(dòng)中等尺度規(guī)模的生產(chǎn)經(jīng)營主體搞技術(shù)的配套和集成。第三類在東北地區(qū)、西北地區(qū)等地的大農(nóng)場實(shí)施完整的技術(shù)集成解決方案，以推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

趙春江表示，我國政府高度關(guān)注農(nóng)業(yè)，除生物技術(shù)外，在推動(dòng)信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用上也給予了很大的支持。比如1999年在小湯山建立了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的國家應(yīng)用示范基地，可以進(jìn)行相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、中試和示范，以及傳感器、生產(chǎn)線式的中試生產(chǎn)。

目前，基于新能源的智能拖拉機(jī)已經(jīng)被大型農(nóng)機(jī)企業(yè)研發(fā)面世。一些大型農(nóng)機(jī)企業(yè)正在探索高端農(nóng)機(jī)裝備的研發(fā)，并將這一技術(shù)和農(nóng)業(yè)的實(shí)際場景，尤其是結(jié)合農(nóng)業(yè)科學(xué)持續(xù)發(fā)展、保護(hù)性耕作等國際熱點(diǎn)和方向進(jìn)行應(yīng)用示范。

此外，我國在探索天空地一體化的信息獲取以及集成應(yīng)用方面也獲得進(jìn)展。如通過遙感無人機(jī)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥。在河北省建設(shè)的79個(gè)智慧農(nóng)場中就有部分農(nóng)場實(shí)現(xiàn)了這一功能。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)也已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，體現(xiàn)出北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)作為數(shù)字的底盤技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的重要作用。趙春江說：“從種到收、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)為中國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，奠定了很好的基礎(chǔ)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)對支持我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，特別是大田智慧農(nóng)業(yè)發(fā)揮了很重要的作用。同時(shí)各地政府正在開展大量的田間新技術(shù)的展示和示范。”

他總結(jié)道，在我國有著強(qiáng)大農(nóng)業(yè)需求的基礎(chǔ)，基于一定的技術(shù)基礎(chǔ)以及各種各樣應(yīng)用場景的驅(qū)動(dòng)，未來中國智慧農(nóng)業(yè)一定會發(fā)展得很好。“發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)要兼顧數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)，將智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展和數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)統(tǒng)籌起來，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興。”