智慧城市吴红辉：浅析智慧农业的发展与应用

什么是智慧农业?

壹

1、智慧农业是现代信息技术与传统农业深度融合形成的数字化农业方式

智慧农业是在信息技术和先进装备条件的基础上，实现生产过程的精准感知、智能控制、

智慧管理，追求农业更高资源利用率、更高劳动生产率和更好从业体验感的农业形态。

2、智慧农业是现代农业的高级形式

智慧农业，以数据、系统、智能装备为特征要素，与传统农业中的土地、动植物、生产工具等生产要素深度融合，实现生产作业精准化、管理决策自主化、产业提升链式化，促进农业进入生产便捷、管理高效、产业协调的现代农业新时代。

3、 智慧农业具有鲜明的数字化、系统化、智能化特征

智慧农业按领域划分，会形成诸如智慧种植业、智慧养殖业、智慧加工业等多个生产类型，按应用场景划分会形成智慧农场、智慧温室、智慧加工厂等多个场所类别，但无论是哪一种形式，都离不开大数据、先进系统、智能装备、数字化基础设施等核心要素。智慧农业就是通过现代信息技术与农业的深度融合，让机器与系统来主动感知信息、定量决策、智能控制、个性化服务，这是一项全新的数字化产业方式。

一、我国农业发展现状

根据国际咨询机构（Research andmarket）分析，2019年全球智慧农业市值167亿美元，2027年将达到292亿美元，2021-2027年全球智慧农业市值年复合增长率（Compound annual growthrate，CAGR）将达到9.7%。

图：农业近年相关政策

目前，我国智慧农业依旧处于初级阶段，智慧农业应用渗透率还不到1%。但是得益于社会环境的支持以及技术的不断提升，我国智慧农业行业正在不断发展，市场规模持续增长。结合中国农业产值，初步预估2021年我国智慧农业市场规模达685亿元，预计2022年我国智慧农业市场规模将进一步增长至743亿元，同比增长8.5%。

智慧农业的提出和发展，对于国家乡村振兴战略的进一步实施有着重大作用。通过云计算及智能化管理多种模式，智慧农业将大大提升农业生产质量，推动农业的全面升级。目前，现代农业新技术则主要体现在智慧农业的生产环节上，主要包括数据平台服务、无人机植保、精细化养殖、农机自动驾驶四大应用场景，并广泛应用在农业种植和畜牧养殖上。其中，数据平台服务和无人机植保累计占比达75%。

近几年，我国农业无人机保有量持续增加，年均复合增长率83.9%。数据显示，2017年农业无人机保有量1.4万架，截至2020年底，我国共生产各类农业无人机保有量10万余架，同比增长81.8%。2021年，我国农业无人机保有量达到16万架，同比增长60%。

企查查数据显示，近年来，中国智慧农业相关企业注册量持续增加，由2017年的1208家增至2020年的3396家，年均复合增长率41.1%。截至2021年年底，我国新增智慧农业相关企业2638家，同比下降22.3%。

二、智慧农业发展需求分析

1、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。

2、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。

3、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、销售等多个环节和 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0.4972，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。

4、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。

5、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。

三、应用场景

我国智慧农业的发展是一个缓慢的过程，但在很多农业生产场景和环节已经得到了初步的应用。

应用场景图

场景一：智慧农业生产技术与装备

在小麦、玉米、棉花、水稻等主要农作物从整地、播种、管理到收获各个环节，都需要智能化的信息技术和智能化的装备进行耦合，来完成这些操作的工艺。目前，我国各环节的技术和装备基本具备，需要组合成一个完整的智能化解决方案。

我国北斗精准导航与测控技术应用在播种上，安装到拖拉机、插秧机上，可以让机器走直行，行间衔接好，实现条带清垄精准播种，避免复播、漏播、转行横播交叉等问题，提高田间作业质量。应用在灌溉上，实现精准对灌溉。农业航空精准施药技术，通过作业规划、导航监管、施药控制、施药质量评估、防效评估、病虫情诊断等，实现探的清、飞到位、施的准、雾化好、可评价和全程可控的目标。

场景二：园艺作物生产

园艺生产以温室生产为主，山东寿光建了一个近八万平米的大型现代智能温室，全部用国产的技术和设备，从水肥管理调控各个方面进行了智能化提升。与荷兰温室的耗能、成本、效益相比更好，且成本可以降到每平米50元。

场景三：智慧果园生产

现在农村地区都是老人、妇女和儿童，农业生产缺乏劳动力，提升果园生产智能化水平具有重要意义。因此，我国研发了相应的设备，包括采摘、除草、喷药、开沟、施肥、巡检、升降作业平台等，可实现全程机械化作业。同时，已经研发出很好的水果智能检测的分析线，一小时可达到10吨的检测线。

场景四：智慧养殖生产

养殖是智慧农业重要的应用场景，动物的体温检测技术产品可以在线检测，发现生病之后温度升高的畜禽，便于及时进行防治。动物禽舍有害气体专用传感器非常实用，符合我国碳达峰、碳中和政策，减少温室气体排放。还可以通过视频摄像头监测动物行为，实时监测营养状况、健康状况等。巡检机器人、防疫消毒机器人，可以代替人从事对身体有害的作业。

场景五：农产品智慧物流

农产品全产业链的改进，生鲜农产品中肉类、生鲜水果蔬菜是重要的一部分，都需要智慧冷链物流。如何控制温度、检测温度，保持农产品的品质，研究超市货架期，对食品的安全性等，都需要信息科技来支撑。“管理+农业+智能技术”，实现供应链可感、可控、可调。

场景六：基于大数据的信息服务

我国小农户居多，打药、播种等方面专业化社会化服务企业组织快速发展，体现规模化的生产效益，推动小农户生产现代化。当前，智能语音服务机器人技术已经成熟。作为农业职业院校的学生，可提供生产技术服务、信息服务。

四、智慧农业发展遇到的问题

1、技术制约因素

由于现阶段，因物联网技术本身的开发及运用时间皆相对较短，故其在诸多环节仍有许多的技术问题有待解决，包括生产、加工、流通以及消费等。至于农业生产，因不同的农作物有着截然不同的特性，加之生长环节的复杂程度也不尽相同，故就当前而言，针对农业生产过程的有效监测及智能化控制也均是我国智慧农业发展过程所必须要解决的重点问题。

然而，因所推进的农业项目仅仅局限于生产环境相对可控的，诸如大棚蔬菜、食用菌等。故其他技术运用的缺乏使得我国智慧农业的发展过程尚呈现出较强的局限性。

2、产业链单一，而且产业链较短

传统的农业产业链主要包含农产品从原料到加工再到生产及销售的全过程。而智慧农业除了覆盖上述环节之外，还要在此基础上予以更进一步的创新及延伸。至于农业产业链本身便是农业生产分工协作之载体，该链条是否完整及科学将直接对农业生产及交易的效率带来影响。

因此，就农业产业化发展而言，产业链网络越是完整的，其抗风险能力往往也更强。

然而，就目前而言，我国农业仍是以传统工业生产方式为主，这便使得我国大多数地区的农业产业链均呈现出较为单一的发展态势，加之产业链各环节的融合程度也相对较低，这便进一步掣肘了我国智慧化农业的稳定发展。

例如水果种植而言，我国当前的水果种植因普遍采取单一品种大面积集中种植的范式，故使得水果的成熟与上市期均较为集中。且因水果本身便有保鲜期方面的限制，这便给成熟果品的销售带来了巨大压力。至于产品业的开发方面虽有加工企业在加工方面予以了一定的创新，诸如将水果原来生产为水果罐头等产品，但因规模方面的限制而使得此创新也不能有效改善我国水果生产的大局面。

不仅如此，就农产品的茶生产与市场需求之间也呈现出了信息极度不对称的状况，加之大多数的农业生产又是以家庭为单位，这便导致了农产品的产量及质量均无法得到有效控制，这也将进一步影响我国智慧农业的有效推广。

3、农业可持续发展基础薄弱

据中共中央于2016年发布的一号文件之指示，即要想切实促进我国农业的稳定发展，必然要秉持生态保护的理念来保证优质的土壤资源，以此方有助于促进我国农业可持续发展目标的顺利实现。

然而，就现实生产而言，诸多地区因盲目追求农产品的产量而大量使用化肥与农药，此举虽可在短时间内提升农产品的供给数量，却也对种植土壤造成了严重损伤，故此产品增长方式显然是与当代绿色及现代化农业发展理念相违背的。

不仅如此，据我国统计局的资料数据显示，我国目前的化肥施用量仍呈现出连年递增的态势，而长期的施肥不合理已然对土壤的生态平衡造成了严重破坏，甚至有部分地区因工业化而造成了严重的城市污染，这些都是我国农业实现可持续发展目标过程中所遭遇的巨大阻碍。

4、尚不具备整体推进智慧农业的条件

一是农业信息化水平较低。发达国家农场信息化率已超过80%，我国农业生产数字化水平仅为23.8%，其中设施栽培信息化水平略好，达41%，畜禽养殖，种植业、水产养殖信息化水平分别为32.8%、17.4%、16.4%。

二是农业机化率较低。我国综合机械化率为69%，发达国家则达到99%以上。三是核心技术受制于人。农业相关传感器和芯片等产品，我国与国际先进水平仍有不小差距。在智能农机、高端农机装备、农业机器人上，对外依存率更是达到了90%以上。

5、数据资源尚未真正打通，存在数据孤岛

国内大多数项目投入偏生产环节，以物联网技术应用为代表，如大田种植的灌溉，设施农业的光照、温湿度、水肥一体控制，水产养殖的自动增氧，畜禽养殖的环境控制、电子标签等。但在农业产业链其他环节，信息化程度投入不足。

目前，国内智慧农业数据的分析、建模水平不高，对产业本身的降本增效作用不明显。此外，在我国当前行政分割体系下，数据壁垒问题频发，农业相关数据分散在不同部门，彼此资源很难实现共享利用。

6、对智慧农业认识不足

自然信息和市场信息是其正常运行的必要条件。

一是农户之前由于信息传播时效慢，来源单一，传播链条长，无法精准、及时、准确获取多方农业信息，导致盲目种植农作物，无法与市场同步，并作出科学决策，导致农产品产值偏低。

二是政府与农户之间信息的传播层级多、链条长，农户与政府、专家、市场等互动信息少，系统建立缓慢，无法有效对接。近年来，农村电商平台迅速发展，但农村交通设施、网络服务以及物流条件、加工储藏等环节依然较弱，制约了农业信息化程度的高效利用和发展。

当前，农村居民数字经济参与程度、结构方面相对城镇地区仍待改善：总量方面，城乡居民网民规模差距依然显著。截至2020年12月，中国互联网普及率达到70.4%，但农村互联网普及率仅为55.9%，农村地区非网民占比为62.7%，高于全国农村人口比例23.3个百分点。同时，非学历教育发展的不足以及高等教育入学率差距，使得农村地区居民能够接触数字技能相关教育或培训的机会远低于城镇居民，制约了相关群体数字技能水平的提升。

7、智慧农业科研体系不健全，农业科技推广能力不足

由于我国政府和社会对其培育支持力度不够，我国当前农业科研体系仍不健全、科研成果转化生产力能力不足，导致我国农业科研进度缓慢且难以应用于智慧农业建设发展之中。

首先，我国还未建立顶层系统化组织全国农业科研体系的组织部门，众多农业科研机构未成统一体系，没有明确的科研分工、合作指导以及沟通渠道，众多科研机构的小型科研课题重复，突破性的大型科研课题难以系统化合作完成。

其次，由于我国农业科研机构缺少统一指导和支持，科研成果应用推广力度不够，使我国当前许多农业科技系统运行的标准参数难以根据大规模生产数据确定，许多科研成果缺乏应用检验，导致一些智慧农业科研成果体系精准度不够，运行波动过于频繁。

智慧农业发展优化对策

1、技术先行，加大技术研发和推广

作为网络、生产及数字技术综合开发利用的结果，农业智慧化要想发挥其作用，就要对诸多先进技术的合理运用给予高度重视，尤其是基于当下对人们生活带来巨大变革的各类信息化平台，包括电子商务、物联网、大数据以及云计算等。通过加大对各项农业科技技术的创新及使用力度，才有助于维护智慧农业的发展和谐与稳定。

就现阶段而言，国外也不乏大量有助于促进智慧农业稳定发展的优秀范例。诸如日本专门成立了农业科研机构并在诸多机构的联合作用下假设了一套完善的农业科技推广平台。

该平台不仅囊括了全国各地的农作物栽培品种、地区特点等详细信息外，还可为农民提供各项服务，甚至包含了农业产品网上交易等。对此，我国在发展智慧农业的过程中也可积极借鉴日本的发展经验，不断加大先进信息技术的研发和推广，全面践行技术先行的原则。

二是加大关于良种培育、栽培技术、环保技术、土壤研究及改良技术、绿色生产技术等的研发和技术推广，保护已有优良品种，注重绿色健康环保生产。

因我国诸多县域并不具备较强的经济实力，故在抵御及承担风险的能力方面也相对较弱。对此，为切实扭转这样的发展劣势，则必然要加大对贫困县域的资金投入来促使智慧农业的有效推广。

与此同时，考虑到上述工作的履行过程势必需要大量的资金支持，因我国智慧化农业发展处于初级阶段，政府需务必给予足够的扶持力度并积极推出各项政策来减轻相关主体的经济负担，以此才能在提高他们的生产积极性的同时切实维护我国农业产业的稳定发展。

2、优化产业结构，拓展产业链

一是加快农村生产组织结构调整，平衡农业产业链中利益分配格局我国智慧农业的发展主要依赖于信息传递、各环节间的资源流动通畅以及完整的产业链，以此方能平衡好各主体的利益，继而来突破发展的瓶颈。

至于产业链中牵涉的各方经济主体则主要包含了土地使用权的农户、农产品生产者、加工企业、各种生产资源的供给方、电子商务交易平台、经销商等。

二是构建生态循环产品链，拓延产业链农产品本身的质量将是维系下游食品安全的第一决定性要素。

而因农产品危害时的不断发生，使得消费者也对农产品质量问题给予了极高的关注度，对此，为确保农产品的食用安全，则必然要加大对农产品质量的管控力度，至于该如何管控，首要之物便是要减少农药及化肥的施用量。

其次便是要对土地资源予以妥善安排，以此才能避免短期供给过剩的现象出现，继而在促进产业链的延长同时也避免更多的问题产生。

3、加强顶层规划设计，完善“慧农”发展机制

国家的支撑亦是“智慧农业”发展过程所不可或缺的重要助力。因此，我国农业主管部门亦当基于对农业大数据的分析来对“智慧农业”的发展过程予以宏观层面的指导，以此在深化我国农业产业的供给结构的同时避免市场失灵的状况发生。

当然，最重要的还是要建立起一套与我国农业发展实际相契合的管理机制，以此才能为我国“智慧农业”的稳步提升提供助力。至于完善的农业管理及发展机制，所需包含的具体内容则体现在以下几方面：

一是为尽可能避免土地撂荒的现象发生，则各地均需对其农业发展过程予以一定的保护，以此方能促进农村土地流转并提高农业的产业化水平；

二是针对农业生产的具体过程亦当予以网格化、智慧化的治理。对此，为促进以上目标的顺利完成，国家除了要在经费方面予以适当的支撑之外，还需对农业科技攻关给予高度关注，以此才有助于促进我国支护农业研发及应用能力与水平的不断提高。

三是为进一步强化信息的流通与共享，则各县、市均需积极建立农业物流综合服务平台来为智慧农业的发展提供便利；

四是要始终基于政府的合理引导来推动农业的产业化发展，继而帮助我国农业从生产到销售的各环节均实现质的飞跃。

4、优化农业可持续发展环境，推动农业服务业的发展

要想切实维护我国“智慧农业”的发展和谐及稳定，关键便是要努力营造可持续发展的环境。

对此，针对“智慧农业”的发展过程，各地除了要对信息技术等合理运用给与高度重视之外，还需基于自身的实际状况来选择与当地各方面条件相契合的耕作模式，其次是要注重对地方特色、人文景观等天然禀赋优势的充分发挥，以此能为我国农业副业向农业服务业方向的转型提供强劲动力，继而在改善农村环境的同时推动农村服务业的进一步发展。

5、增强政府扶持力度

在推进发展智慧农业的过程中，政府和基层单位的扶持力度是不容忽视的，是非常重要的一个宣传推广手段，在发展智慧农业的过程中占据着非常重要的地位。

政府的扶持力度是农业农民应用“互联网+”的一针强心剂，通过建立示范基地或者资金惠农政策等一系列支持项目，将农民心中顾虑打消，带领农业生产者清楚地认识到智慧农业所带来的可视经济效益。政府政策的加持无疑是最有力的带头作用，帮助农民更好地认识了解智慧农业所带来的可观收益。

总之，基于“互联网+”的时代背景，虽然我国农业逐步往现代化的方向转型，但因转型过程仍有诸多问题存在，故严重掣肘了我国农业的发展速率。

对此，为切实维护我国农业的发展和谐与稳定，则政府部门需务必加大对智慧农业的技术研发与经费投入，以此在提高农业科研成果的转化率的同时开拓出更为广阔的农产品销售市场，继而切实促进我国农业的集约化发展。

6、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。