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。實踐中的深刻變化，既有機遇，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)和機構(gòu)的各個方面，數(shù)字時代的農(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，也是將計算機科學(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)進行管理和分析，并通過允許在正確的時間和地點采取必要的行動來最大限度地減少浪費。利用人工智能技術(shù)和機器設(shè)備對農(nóng)情進行高效、可靠和準確的預(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年報告中所表述的那樣，可持續(xù)農(nóng)業(yè)的目標是到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)是實現(xiàn)這一目標的必然途徑。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，從而實現(xiàn)無人化、自動化、智能化管理的智慧經(jīng)濟形態(tài)，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和數(shù)量為目的，同時顯著降低投入成本。智慧農(nóng)業(yè)的目標是通過利用科學(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，能夠更及時地處理生產(chǎn)和管理實踐。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：感知層進行感知，網(wǎng)絡(luò)層處理數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用層進行數(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)備進行處理，并通過網(wǎng)絡(luò)上傳到更高一層的處理器進行進一步的處理和分析，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)點和網(wǎng)關(guān)，以便構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。在該層，傳感器節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他節(jié)點和網(wǎng)關(guān)交互和通信，以便將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到遠程基礎(chǔ)設(shè)施，在存儲這些數(shù)據(jù)的地方對其進行進一步的分析、處理和傳播，以獲得有用的信息。就覆蓋范圍而言，遠程技術(shù)是唯一可靠和理想的解決方案。在精準農(nóng)業(yè)中，需要傳輸和處理大量實時數(shù)據(jù)，3G、4G、LTE（長期演進技術(shù)）和5G蜂窩通信技術(shù)是精準農(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)可以在實時連接模式下提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更遠的傳輸距離，實現(xiàn)農(nóng)場設(shè)備的遠距離操控。

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)實踐的其他改進，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?？傊?，這些技術(shù)的改進催生了一場技術(shù)革命，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐發(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)達國家的農(nóng)業(yè)，也適用于發(fā)展中國家的農(nóng)業(yè)，因為在一些發(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)場進行幾乎連續(xù)的監(jiān)測。特定天氣預(yù)報、產(chǎn)量預(yù)測、疾病和災(zāi)害概率預(yù)警的運用將使農(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)先級和進行行政監(jiān)控所需的時間就會減少。在精準農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，盡量減少或針對具體地點施用化肥和農(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)和實踐操作數(shù)據(jù)進行對比分析，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)的真實性和安全性，以此來增加從業(yè)者之間的信任度，從而促進行業(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荷，負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)致一系列嚴重的后果。例如，當殺菌劑施用得太晚時，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。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，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?shù)禺斚聦嶋H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信息通信技術(shù)適當利用，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)機械在內(nèi)的“物聯(lián)網(wǎng)”可以用來管理標準的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但農(nóng)民仍然需要充當管理者和監(jiān)督者，密切關(guān)注農(nóng)情。加強對農(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，搶抓機遇。智慧農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)需要各方力量不斷加強農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，攻堅克難。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，消費者必須能夠洞察整個食品生產(chǎn)鏈。

3、政府支持，重點突破。基于信息和通信技術(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，為了實現(xiàn)這一目標，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，實現(xiàn)優(yōu)勢資源的互聯(lián)互通，以推進現(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?；诘乩砦恢?、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)。為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，經(jīng)濟學(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)進行生產(chǎn)與加工。

基金項目：2018年度吉林省社會科學(xué)基金項目“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。

（責任編輯 李琳）

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