智慧農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展路徑選擇分析

李秀英 杜東菊 張青松

摘要：智慧農(nóng)業(yè)是一種新的農(nóng)場管理理念，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的路徑選擇。實(shí)踐中的深刻變化，既有機(jī)遇，也有巨大挑戰(zhàn)，只有綜合考慮技術(shù)、生物系統(tǒng)的多樣性以及網(wǎng)絡(luò)和機(jī)構(gòu)的各個方面，數(shù)字時(shí)代的農(nóng)業(yè)才能被稱為可持續(xù)發(fā)展的智慧農(nóng)業(yè)。通過對基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)的分析，探索了智慧農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的路徑及策略。

關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè);物聯(lián)網(wǎng);可持續(xù)發(fā)展

一、智慧農(nóng)業(yè)

智慧農(nóng)業(yè)是一種新的農(nóng)場管理理念，通過生產(chǎn)領(lǐng)域、經(jīng)營領(lǐng)域以及服務(wù)領(lǐng)域的全方位信息化服務(wù)，推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

在過去的一百年中，重型機(jī)械的使用和生產(chǎn)鏈的工業(yè)化等給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了重大變化，這些變化對當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。智慧農(nóng)業(yè)是一種新的農(nóng)場管理理念，也是將計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)融入傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的一種技術(shù)手段，智慧農(nóng)業(yè)允許創(chuàng)建大量數(shù)據(jù)，在將智慧轉(zhuǎn)化為有組織的信息的過程中逐步引入智能，并提取有意義的信息，作為這一虛擬行動鏈的最后一環(huán)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個層面和規(guī)模上采用智慧農(nóng)業(yè)，能夠應(yīng)對糧食生產(chǎn)需求增加和勞動力減少方面的挑戰(zhàn)。智慧農(nóng)業(yè)可以使用不同類型的傳感器收集數(shù)據(jù)，經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，然后由管理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行管理和分析，并通過允許在正確的時(shí)間和地點(diǎn)采取必要的行動來最大限度地減少浪費(fèi)。利用人工智能技術(shù)和機(jī)器設(shè)備對農(nóng)情進(jìn)行高效、可靠和準(zhǔn)確的預(yù)測，降低相應(yīng)的生產(chǎn)成本，減少環(huán)境約束，使用智慧農(nóng)業(yè)提供的數(shù)據(jù)有助于提高生產(chǎn)力，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)活動中具有重要意義。

二、基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)

正如世界資源研究所（WRI）2018年報(bào)告中所表述的那樣，可持續(xù)農(nóng)業(yè)的目標(biāo)是到2050年提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量滿足100億人的糧食需求，而智慧農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的必然途徑。智慧農(nóng)業(yè)是指將現(xiàn)代尖端技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方法相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)無人化、自動化、智能化管理的智慧經(jīng)濟(jì)形態(tài)，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和數(shù)量為目的，同時(shí)顯著降低投入成本。智慧農(nóng)業(yè)的目標(biāo)是通過利用科學(xué)技術(shù)提高生產(chǎn)力，增加產(chǎn)量和盈利，并減少環(huán)境足跡。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)智慧農(nóng)業(yè)的愿景，是智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，通過自動處理、分析和訪問傳感器、繼電器、網(wǎng)關(guān)等不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流，為獲取的數(shù)據(jù)增值。因此，智慧農(nóng)業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益最大化，能夠更及時(shí)地處理生產(chǎn)和管理實(shí)踐。無線通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)主要包括三層：感知層進(jìn)行感知，網(wǎng)絡(luò)層處理數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)操作。

感知層：由各種終端設(shè)備、傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID標(biāo)簽和讀卡器、近場通信（NFC）設(shè)備等組成。在這一層，傳感器用于收集溫度、風(fēng)速、濕度、營養(yǎng)水平、植物病蟲害等信息，收集的信息通過嵌入式設(shè)備進(jìn)行處理，并通過網(wǎng)絡(luò)上傳到更高一層的處理器進(jìn)行進(jìn)一步的處理和分析，這些終端設(shè)備和傳感器用于監(jiān)測、控制、識別和跟蹤農(nóng)牧產(chǎn)品。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常用于氣候控制、監(jiān)測儲存和物流設(shè)施，RFID作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的核心，以電子產(chǎn)品代碼的形式存儲數(shù)據(jù)，然后由RFID閱讀器讀取、觸發(fā)和操作。通過RFID射頻識別技術(shù)，不需要和目標(biāo)物近距離接觸就可以在一定距離內(nèi)識別信息。

網(wǎng)絡(luò)層：傳感器和設(shè)備需要連接到其相鄰節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)，以便構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。在該層，傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)交互和通信，以便將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)程基礎(chǔ)設(shè)施，在存儲這些數(shù)據(jù)的地方對其進(jìn)行進(jìn)一步的分析、處理和傳播，以獲得有用的信息。就覆蓋范圍而言，遠(yuǎn)程技術(shù)是唯一可靠和理想的解決方案。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，需要傳輸和處理大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，3G、4G、LTE（長期演進(jìn)技術(shù)）和5G蜂窩通信技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)最合適、最可靠的依托，與LTE相比，5G可以在更高的頻帶上工作，特別是在農(nóng)村地區(qū)，5G技術(shù)可以在實(shí)時(shí)連接模式下提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更遠(yuǎn)的傳輸距離，實(shí)現(xiàn)農(nóng)場設(shè)備的遠(yuǎn)距離操控。

應(yīng)用層：物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的最高層次是應(yīng)用層，這一層的好處和效用最為明顯。例如，在應(yīng)用層有許多智慧平臺或系統(tǒng)，用于監(jiān)測和控制土壤狀況、水分和營養(yǎng)水平，還支持病蟲害和農(nóng)產(chǎn)品安全可控性的預(yù)警和管理。

三、智慧農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展路徑選擇分析

無論是幾千年前動物和植物的馴化，幾百年前作物輪作的系統(tǒng)化使用和農(nóng)業(yè)實(shí)踐的其他改進(jìn)，還是幾十年前育種、人造肥料和殺蟲劑的廣泛使用，農(nóng)業(yè)經(jīng)歷了一場巨大的變革。筆者認(rèn)為，農(nóng)業(yè)所經(jīng)歷的這場變革是由農(nóng)業(yè)中信息和通信技術(shù)的使用呈指數(shù)級增長所引發(fā)的。總之，這些技術(shù)的改進(jìn)催生了一場技術(shù)革命，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)生翻天覆地的變化。這些新興技術(shù)和設(shè)備不僅適用于發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)，也適用于發(fā)展中國家的農(nóng)業(yè)，因?yàn)樵谝恍┌l(fā)展中國家中，信息和通信技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正在迅速擴(kuò)大，且這些國家對新設(shè)備和新技術(shù)的接納程度非常高，并可能在未來成為“游戲規(guī)則”的制定者和改變者。

（一）智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

智慧農(nóng)業(yè)可以減少農(nóng)業(yè)的生態(tài)足跡。利用當(dāng)前的信息和通信技術(shù)，可以創(chuàng)建一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，允許設(shè)備對農(nóng)場進(jìn)行幾乎連續(xù)的監(jiān)測。特定天氣預(yù)報(bào)、產(chǎn)量預(yù)測、疾病和災(zāi)害概率預(yù)警的運(yùn)用將使農(nóng)民以最佳方式種植作物。如果所有與農(nóng)業(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)都由自動化傳感器記錄，那么確定資源應(yīng)用優(yōu)先級和進(jìn)行行政監(jiān)控所需的時(shí)間就會減少。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，盡量減少或針對具體地點(diǎn)施用化肥和農(nóng)藥等投入物，將可以有效緩解浸出問題以及溫室氣體排放。同樣，將植物、動物和土壤的狀態(tài)與生產(chǎn)投入的理論數(shù)據(jù)和實(shí)踐操作數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，還可以減少不必要的資源投入，節(jié)省農(nóng)民的資金投入和勞動力投入。

智慧農(nóng)業(yè)可以提高消費(fèi)者的接受度。原則上，智慧農(nóng)業(yè)的分析系統(tǒng)可以根據(jù)果園的最佳密度，增加抗氧化劑和其他次級代謝產(chǎn)物的含量，優(yōu)化管理、提高產(chǎn)品質(zhì)量，或者根據(jù)牲畜的個體化飼養(yǎng)配給，增加生理上更適宜的給料量。這樣產(chǎn)出的產(chǎn)品不僅更健康，而且更受大眾的歡迎。

（二）智慧農(nóng)業(yè)在發(fā)展中存在的問題

智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展盡管擁有充足的機(jī)會，但仍有許多障礙需要克服。需要解決的主要問題包括：誰擁有這些數(shù)據(jù)？誰可以使用、調(diào)閱這些數(shù)據(jù)？記錄、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)占用大量的移動通信資源，是否會造成網(wǎng)絡(luò)擁堵？記錄并公開資源投入信息、產(chǎn)品產(chǎn)出信息會涉及知識產(chǎn)權(quán)等問題。智慧農(nóng)業(yè)在采用商業(yè)模式運(yùn)行的情況下，設(shè)備終端必需全程采集所有數(shù)據(jù)，然后將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息和建議，以此來創(chuàng)造附加值，這些信息和建議不僅適用于農(nóng)民的日常管理，也適用于相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)。因此，政府部門及相關(guān)的監(jiān)管部門必須建立一套完善的監(jiān)管體系，以確保所采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性和安全性，以此來增加從業(yè)者之間的信任度，從而促進(jìn)行業(yè)內(nèi)健康有序的發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的使用將會加劇移動通信基站的負(fù)荷，負(fù)荷過載會使傳輸速度下降、數(shù)據(jù)采集延遲，后續(xù)還可能導(dǎo)致一系列嚴(yán)重的后果。例如，當(dāng)殺菌劑施用得太晚時(shí)，會導(dǎo)致所收獲的果蔬上殘留微量殺菌劑，在下一步的農(nóng)殘檢測中便會顯示不合格，也增加了智慧農(nóng)業(yè)不可持續(xù)發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。另外，在工業(yè)化環(huán)境中，殺菌劑可能會推遲疾病的爆發(fā)，但也會增加農(nóng)作物產(chǎn)生抗藥性真菌菌株的風(fēng)險(xiǎn)，一旦抗藥性真菌攻破了預(yù)防措施，這些菌株的作用會更具破壞性。

（三）智慧農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的路徑

1、規(guī)劃全局，資源聚合。智慧農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要通過整合技術(shù)供應(yīng)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門的所有參與者，依據(jù)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)發(fā)出的預(yù)警及提示，結(jié)合當(dāng)?shù)禺?dāng)下實(shí)際情況統(tǒng)一調(diào)配資源。沒有一種單一的政策或辦法能夠?qū)崿F(xiàn)這一愿景，政府需要支持和促進(jìn)信息通信技術(shù)適當(dāng)利用，考慮技術(shù)特性、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的多樣性以及相關(guān)市場和政策，才能使數(shù)字時(shí)代的農(nóng)業(yè)發(fā)展成為智慧農(nóng)業(yè)。盡管包括農(nóng)業(yè)機(jī)械在內(nèi)的“物聯(lián)網(wǎng)”可以用來管理標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但農(nóng)民仍然需要充當(dāng)管理者和監(jiān)督者，密切關(guān)注農(nóng)情。加強(qiáng)對農(nóng)民等技術(shù)人員的教育與培訓(xùn)，可以使農(nóng)民將智能化生產(chǎn)所節(jié)省出來的時(shí)間用于病蟲害防治或以更個性化的方式監(jiān)測目前已有地塊農(nóng)情。

2、培育共識，搶抓機(jī)遇。智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)需要各方力量不斷加強(qiáng)農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，攻堅(jiān)克難。支持農(nóng)業(yè)監(jiān)測技術(shù)的使用與推廣，加大對教育和培訓(xùn)的投資，可以促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了增加透明度，需要建立具有不同監(jiān)管功能的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。例如，傳輸給政府和供應(yīng)商的行政和生產(chǎn)數(shù)據(jù)必須對農(nóng)民透明，消費(fèi)者必須能夠洞察整個食品生產(chǎn)鏈。

3、政府支持，重點(diǎn)突破?；谛畔⒑屯ㄐ偶夹g(shù)的數(shù)據(jù)管理可以為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供新的途徑，使環(huán)境（如土壤、水、氣候）因素更加利于生物多樣性，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要政府制定配套政策，提供智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展所需的技術(shù)、資源、法律、資金和市場架構(gòu)。例如，政策應(yīng)提供明確的法律環(huán)境，明確所有權(quán)和用戶權(quán)利，協(xié)調(diào)各方力量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢資源的互聯(lián)互通，以推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)各種要素的深度融合。基于地理位置、環(huán)境因素以及眾多的利益相關(guān)者，可能不會形成一個全球統(tǒng)一且迅速被接受的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，因而應(yīng)該支持建立多樣性的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)學(xué)家們必須關(guān)注生物多樣性問題，布局農(nóng)業(yè)景觀多樣性、配置物種多樣性的種養(yǎng)體系，建設(shè)田間檢測設(shè)施、開發(fā)新型的農(nóng)業(yè)機(jī)械，并建立以信息化為基礎(chǔ)的管理體系。如果提供的管理建議具有高度的可靠性和清晰度，即使農(nóng)民以前沒有生產(chǎn)過某種作物，同樣可以參照數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)與加工。

基金項(xiàng)目：2018年度吉林省社會科學(xué)基金項(xiàng)目“吉林省高校圖書館創(chuàng)客空間構(gòu)建與服務(wù)創(chuàng)新研究”，項(xiàng)目編號：2018885。

作者簡介：李秀英（1977-），女，吉林長春人，碩士，副研究員，研究方向：高等教育。

（責(zé)任編輯 李琳）

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