新一代信息技術(shù)驅(qū)動下的農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展思考

孫 坦，黃永文，鮮國建，崔運鵬，劉 娟

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，北京 100081；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)實驗室，北京 100081）

1 引言

在國家政策的有力驅(qū)動和“三農(nóng)”發(fā)展的迫切需求下，中國農(nóng)業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已基本完成，開始進入到全方位、多層次的發(fā)展階段，移動互聯(lián)網(wǎng)在解決農(nóng)業(yè)信息化“最后一公里”問題發(fā)揮出了重要作用。2020 年1 月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會辦公室聯(lián)合印發(fā)了 《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025 年）》[1]，提出要大力發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)，實施數(shù)字鄉(xiāng)村戰(zhàn)略，推動農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，進一步加強農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)。

農(nóng)業(yè)信息化是將信息技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，利用信息網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化支持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營和管理，其內(nèi)容涉及農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施信息化、農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)信息化、農(nóng)業(yè)資源環(huán)境信息化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具信息化、農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理信息化、農(nóng)民生活消費信息化、農(nóng)業(yè)科研管理信息化等[2-6]。世界銀行認為國家農(nóng)業(yè)信息化戰(zhàn)略的主要目標是[7]：提供信息獲取能力、加速農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與農(nóng)技推廣服務(wù)、建設(shè)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈與產(chǎn)品可追溯機制、增加農(nóng)業(yè)資本注入。在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，美國、歐盟、日本、英國等發(fā)達國家都非常注重政府強有力的支持與管理、重視農(nóng)業(yè)信息化體系的建設(shè)、注重計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的普及與應(yīng)用，以及開展多元投資機制的構(gòu)建和相關(guān)法律法規(guī)的建立健全等[8-13]。

新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)是中國國務(wù)院確定的7 個國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一[14]，主要聚焦在下一代通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合、新型平板顯示、高性能集成電路和云計算為代表的高端軟件。新一代信息技術(shù)是以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的新興技術(shù)，正在全球范圍內(nèi)引發(fā)新一輪的科技革命。因此，在新一代信息技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境下，中國農(nóng)業(yè)信息化如何進一步發(fā)展是值得思考與討論的重要問題。如何通過新一代信息技術(shù)創(chuàng)新推動中國農(nóng)業(yè)信息化進程，補齊農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化這塊短板，助力“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”[15]，實現(xiàn)工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化“四化同步”發(fā)展，并加速融合發(fā)展，是本文討論的核心問題。

2 新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀

未來10～20 年，“融合與智能”將是信息技術(shù)發(fā)展的兩大并列主題[16-18]，面向認知和決策的大規(guī)模計算與硬件執(zhí)行相互融合。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，極大拓展了人類感知和獲取數(shù)據(jù)的能力，同時也延伸了人類的動作和執(zhí)行范圍；虛擬化和云計算的成熟，為后端透明化的超大規(guī)模數(shù)據(jù)處理提供了基礎(chǔ)設(shè)施；大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習技術(shù)的出現(xiàn)，使人工智能獲得跨越式發(fā)展。這些技術(shù)一直不停地試圖進行更深層次地融合，以獲得更少的人工干預(yù)和更加智能的效果[19-22]。

新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中不斷應(yīng)用和融合，加速了農(nóng)業(yè)全行業(yè)知識、技術(shù)和服務(wù)的積累、擴散、分享與創(chuàng)新，讓整個農(nóng)業(yè)價值鏈中的各方可以捕獲、追蹤和共享數(shù)據(jù)，推動了農(nóng)業(yè)信息服務(wù)范式由細碎零散向規(guī)范系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，極大提升了各環(huán)節(jié)效率，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展與轉(zhuǎn)型。物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生（Digital Twins）等新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，為農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展奠定了強大基礎(chǔ)，推動農(nóng)業(yè)向智慧化轉(zhuǎn)型升級[23-28]。

2.1 新一代信息技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈

新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用為農(nóng)業(yè)帶來革命性影響，技術(shù)創(chuàng)新和資本雙輪驅(qū)動是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的動力[29]。新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用貫穿于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的整個產(chǎn)業(yè)鏈，具體如下[30-33]：①在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，新一代信息技術(shù)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的核心作用是優(yōu)化自然資源配置，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全面自動化。通過對農(nóng)作物的自動管理，實現(xiàn)農(nóng)作物種植、畜禽飼養(yǎng)的管理信息化，以及病蟲害防治信息化等。②在農(nóng)產(chǎn)品流通過程中，借助新一代信息技術(shù)不斷擴大市場信息網(wǎng)絡(luò)，幫助上游和下游企業(yè)（如加工商或出口商）更好地管理農(nóng)產(chǎn)品的運營和產(chǎn)品質(zhì)量，推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。③在農(nóng)業(yè)信息化的管理過程中，借助新一代信息技術(shù)建立相應(yīng)的信息網(wǎng)絡(luò)和針對農(nóng)業(yè)構(gòu)建的虛擬模型，幫助政府部門進行農(nóng)業(yè)宏觀調(diào)控、農(nóng)業(yè)活動智慧管理等。④在農(nóng)業(yè)社會服務(wù)信息化過程中，農(nóng)民可以借助新一代信息技術(shù)充分了解天氣情況、土壤濕度、病蟲害預(yù)警信息、農(nóng)產(chǎn)品價格、農(nóng)業(yè)保險、農(nóng)業(yè)信貸等，幫助農(nóng)民做出更好的決策。

美國、歐盟等發(fā)達地區(qū)占據(jù)了信息技術(shù)高地，不斷推動新一代信息技術(shù)滲透到農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈中[34,35]。新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈中的應(yīng)用與作用如圖1 所示[36]。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)驅(qū)動農(nóng)業(yè)發(fā)展新業(yè)態(tài)

圖1 新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈中的應(yīng)用Fig.1 Applications of a new generation of information technologies in agricultural industrial chain and value chain

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)的發(fā)展，提供了快速收集、整理、存儲、分析和共享異構(gòu)數(shù)據(jù)的能力，極大地提高農(nóng)業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜問題的解決能力，將農(nóng)業(yè)、糧食、資源環(huán)境等領(lǐng)域的研究成果應(yīng)用在生產(chǎn)實踐中，正在改變糧食的種植方式，促進形成數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，新興技術(shù)將引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進入全新發(fā)展階段，并催生農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展新業(yè)態(tài)。地面和空中機器人的增加，從種植到收獲的一些操作實現(xiàn)了自動化，并且更容易得到土壤信息、天氣和污染數(shù)據(jù)，從而做到對害蟲和農(nóng)藥等的精細控制；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，改變了粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式，它提供遠程監(jiān)控、虛擬地理信息系統(tǒng)、作物和土壤健康監(jiān)測以及更好的農(nóng)場管理技術(shù)，在農(nóng)產(chǎn)品種植、制造、營銷等多個環(huán)節(jié)得到了應(yīng)用；通過區(qū)塊鏈技術(shù)可以保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)或消費者方便、安全地獲取信息，區(qū)塊鏈技術(shù)已被成功用于檢測食品鏈中劣質(zhì)食品，為早期有效應(yīng)對創(chuàng)造了條件，還可以為消費者提供食物來源信息；移動技術(shù)、遠程遙感服務(wù)和分布式計算的推廣已在改善小農(nóng)戶獲取信息、市場、金融和培訓(xùn)，新一代信息技術(shù)為將小農(nóng)戶納入數(shù)字驅(qū)動農(nóng)業(yè)食品系統(tǒng)創(chuàng)了新機會[37]。

隨著新一代信息技術(shù)深入應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，精準農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等農(nóng)業(yè)新業(yè)態(tài)將有更大的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用空間[38-41]。波士頓決策咨詢集團開展農(nóng)業(yè)技術(shù)預(yù)見表明[42]，未來15～20 年，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)分析軟件、智能設(shè)備等組成的農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)和分子生物技術(shù)將實現(xiàn)大范圍應(yīng)用，并由此引發(fā)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)價值鏈與農(nóng)業(yè)商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變。當前，新型農(nóng)業(yè)發(fā)展業(yè)態(tài)已經(jīng)引起許多國家重視，歐盟、美國等推出支持新一輪產(chǎn)業(yè)數(shù)字革命的舉措，歐盟投資銀行等加大對該領(lǐng)域的投資傾斜[43,44]。此外，泰國政府也提出積極推進“Agriculture 4.0”，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、電子商務(wù)等信息技術(shù)相互融合，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)更加生態(tài)化、智能化和自由化[45]。

通過物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等可以實現(xiàn)作物產(chǎn)量預(yù)測、雜草檢測、病蟲害監(jiān)測與預(yù)防、物種識別、土壤分析、灌溉管理和預(yù)防干旱等[46-52]，幫助農(nóng)民更好地管理農(nóng)場以及在危機來臨前做出更好的決策，從而提高生產(chǎn)水平，推動精準農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。表1列出了一些面向農(nóng)民的智能服務(wù)平臺或工具。

2.3 數(shù)字孿生技術(shù)為農(nóng)業(yè)信息化提供新的發(fā)展機遇

Gartner 副總裁David Cearley 在Gartner Symposium/ITxpo 2018 上強調(diào)，自主設(shè)備、增強分析、AI 驅(qū)動的研發(fā)、數(shù)字孿生、邊緣計算、沉浸式體驗、區(qū)塊鏈、智能空間、數(shù)字道德和隱私、量子計算十大戰(zhàn)略性技術(shù)在未來5 年將帶來顛覆式創(chuàng)新，在這樣一個數(shù)字孿生的智能空間里，人、設(shè)備、內(nèi)容、服務(wù)、交易將連結(jié)成一個不斷擴張的網(wǎng)絡(luò)，各類數(shù)據(jù)不斷被匯聚和計算并產(chǎn)生新的知識——洞察（Insights）。數(shù)字孿生是現(xiàn)實世界特定實體（如特定的母牛、田地、甚至特定的農(nóng)場）的數(shù)字表示，數(shù)字孿生技術(shù)主要是把現(xiàn)實世界與數(shù)字世界連接起來，結(jié)合感測器、人工智能、機器學(xué)習、軟件分析，生成存在于虛擬空間中的數(shù)字模型，這些模型就像是一個虛擬的孿生體，這樣的數(shù)字孿生體不僅可以代表實體的實際狀態(tài)，還可以再現(xiàn)歷史狀態(tài)和模擬未來狀態(tài)，對這些實體進行預(yù)測，甚至可以考慮進行干預(yù)，以替代現(xiàn)實世界中的實驗，如一頭牛的數(shù)字孿生體可以根據(jù)各種管理和治療決策來表明其患乳腺炎的可能性。數(shù)字孿生技術(shù)使農(nóng)民和利益相關(guān)者有能力應(yīng)對意外情況，通過不斷監(jiān)控從生產(chǎn)到營銷和銷售的整個過程，它可以幫助事先識別問題，并在適當?shù)臅r間安排預(yù)測性維護以及為復(fù)雜問題提供即時解決方案。

數(shù)字孿生技術(shù)可以有效推動農(nóng)業(yè)向優(yōu)質(zhì)、生態(tài)和現(xiàn)代化、信息化的方向發(fā)展。數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)場管理中得到應(yīng)用，因為它消除了與地點、時間和人類觀察有關(guān)的基本限制，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將不再需要物理上的接近，允許對農(nóng)場作業(yè)進行遠程監(jiān)測、控制和協(xié)調(diào)。通過對全球范圍內(nèi)的農(nóng)場和農(nóng)業(yè)活動的數(shù)字孿生，農(nóng)業(yè)價值鏈中各個層面的參與者將可以獲取更多的信息資源，更有效地預(yù)測農(nóng)作物產(chǎn)量，在有限的資源下，擴大生產(chǎn)的規(guī)模。IBM 認為[53]，對真正耕作的農(nóng)場進行數(shù)字復(fù)制，可以為全球農(nóng)場打造一個“數(shù)字孿生”或“虛擬模型”，實現(xiàn)農(nóng)作物的健康管理，還可以對農(nóng)場數(shù)據(jù)進行共享，讓農(nóng)業(yè)各參與方分享想法、研究和材料，交流全球農(nóng)場和作物生長相關(guān)數(shù)據(jù)，并與食品供應(yīng)鏈相互聯(lián)結(jié)。荷蘭的Connecterra 公司基于數(shù)字孿生技術(shù)研發(fā)了數(shù)字奶牛助手服務(wù)[54]，通過遠程監(jiān)視母牛并檢測母牛何時處于發(fā)情期，全面了解母牛的健康狀況，進一步預(yù)測下一個周期的開始日期，并使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向農(nóng)民發(fā)送可行的見解和智能建議；希臘的BeeZon 養(yǎng)蜂場監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計了蜂群的數(shù)字孿生[55]，對蜜蜂的疾病、病蟲害感染、農(nóng)藥暴露和毒性進行程監(jiān)控，幫助養(yǎng)蜂人遠程控制其養(yǎng)蜂場并做出明智的管理決策。

表1 面向農(nóng)民的智能服務(wù)平臺或工具Table 1 Intelligent service platforms or tools for the farmers

3 新一代信息技術(shù)推動中國農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展的路徑分析

在中國農(nóng)業(yè)信息化進程中，政策演變始終與信息技術(shù)變遷相適應(yīng)，由強基礎(chǔ)向重應(yīng)用轉(zhuǎn)變[47]。將新一代信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和農(nóng)村系統(tǒng)的各個領(lǐng)域，通過有效獲取、整合、利用和傳播各類涉農(nóng)信息資源，關(guān)聯(lián)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟、社會、生態(tài)諸要素，推動新一代信息技術(shù)在生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、服務(wù)的全產(chǎn)業(yè)鏈滲透，形成多主體可互聯(lián)互通、信息數(shù)據(jù)可交互和共享的技術(shù)應(yīng)用場景，從而借助信息化手段改變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，創(chuàng)新“三農(nóng)”服務(wù)手段，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營效率提升和農(nóng)村社會全面進步。利用新一代信息技術(shù)推進中國農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展的路徑主要包括以下幾個方面。

3.1 創(chuàng)新信息服務(wù)模式，填平數(shù)字信息鴻溝，推動信息對稱及供需平衡

隨著移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和手機的普及，以及農(nóng)村硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷進步，廣大農(nóng)民和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營新型主體獲取和利用農(nóng)業(yè)信息的渠道已經(jīng)打通。但是，文化素養(yǎng)、信息素養(yǎng)和農(nóng)業(yè)信息供給、傳播與互動服務(wù)等方面的短板，仍嚴重阻礙著農(nóng)業(yè)信息的開放傳播與充分獲取，造成數(shù)字時代更大的信息鴻溝，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者與政府管理部門和市場的信息嚴重不對稱，嚴重制約了農(nóng)業(yè)信息服務(wù)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的“耳目、尖兵和參謀”作用的發(fā)揮。美國農(nóng)業(yè)部所屬的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣體系中的主要內(nèi)容之一，就是充分利用網(wǎng)絡(luò)和信息化手段，由政府資助的農(nóng)技推廣隊伍為農(nóng)場主和農(nóng)民等提供充分、及時和雙向的信息推送、培訓(xùn)和咨詢服務(wù)，不斷提升他們的職業(yè)素養(yǎng)和水平。中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程中必然首先需要持續(xù)為農(nóng)民提供充分的農(nóng)業(yè)信息服務(wù)，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的科技信息與知識、農(nóng)產(chǎn)品市場信息及咨詢分析、農(nóng)業(yè)金融、保險、國家農(nóng)業(yè)政策法規(guī)等各個方面的信息。同時，信息服務(wù)過程和目標不僅僅局限于某個具體問題的解決，更重視通過長期的信息服務(wù)發(fā)揮繼續(xù)教育職能，潛移默化地改善和提高農(nóng)民的信息素養(yǎng)和整體文化水平，支持和引導(dǎo)農(nóng)民更加科學(xué)地從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動，降低“盲人摸象”式或“盲目跟風”式的生產(chǎn)經(jīng)營導(dǎo)致的各類風險。農(nóng)業(yè)信息服務(wù)供給側(cè)需不斷深化改革，建立面向“三農(nóng)”信息服務(wù)的非贏利公益服務(wù)機制，并充分利用信息開放共享、自動信息感知以及大數(shù)據(jù)分析等手段，加強信息技術(shù)和信息服務(wù)創(chuàng)新，有力支撐不同農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的生產(chǎn)經(jīng)營活動過程中的信息需求，顯著緩解各類群體信息需求與服務(wù)供給不充分不平衡的突出矛盾。

3.2 推進全產(chǎn)業(yè)鏈信息管理，支撐農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營與管理精細化智能化

目前，中國農(nóng)業(yè)信息管理水平仍處于應(yīng)用領(lǐng)域及范圍比較局限和技術(shù)手段比較落后的階段，突出表現(xiàn)為先進信息管理技術(shù)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的全面耦合不夠緊密，過程松散，缺少銜接，環(huán)節(jié)缺失。主要表現(xiàn)為：①缺乏全局性信息和數(shù)據(jù)采集機制和先進技術(shù)手段；②缺乏即時性客觀數(shù)據(jù)支撐，人工抽樣采集和統(tǒng)計方法仍是農(nóng)業(yè)信息采集的主要手段；③缺乏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈信息管理系統(tǒng)的銜接、整合與集成，導(dǎo)致信息流斷鏈和“孤島”式的信息管理，難以支撐全局性把控與決策。上述問題的存在直接導(dǎo)致農(nóng)業(yè)管理者和生產(chǎn)經(jīng)營者均存在信息缺失、信息失真等問題，以及相互之間信息不對稱等問題。同時，面向農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的農(nóng)業(yè)管理者與生產(chǎn)經(jīng)營者均缺乏一個有效的農(nóng)業(yè)知識管理平臺，導(dǎo)致在瞬息萬變的市場中，在有限的機會窗口期內(nèi)，大量的時間和精力耗費在面向問題的信息采集、清洗和匯聚過程，嚴重壓縮了分析、洞察和決策的時間，難以產(chǎn)出高質(zhì)量的洞察和決策。因此，通過新一代信息技術(shù)全面開展農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈信息流的垂直整合及與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的信息流水平集成，加強流程、過程和節(jié)點信息采集與控制，必將成為中國農(nóng)業(yè)信息化乃至農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的全局性和基礎(chǔ)性要求。

3.3 開展大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能信息分析，提升農(nóng)業(yè)決策智慧化能力與水平

智慧決策是信息由感知而來、到管理和生產(chǎn)決策中去的中間過程，即依托模型和算法，通過大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習，讓機器像人一樣并超越人去架構(gòu)、去思維并做出決策。其中，模型和算法既是信息技術(shù)領(lǐng)域前沿基礎(chǔ)研究的核心，也是推動農(nóng)業(yè)信息化從信息管理向智慧決策，從自動化農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)跨越發(fā)展的關(guān)鍵。2019 年11 月20 日，在“中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技發(fā)展高峰論壇”上，中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部副部長張?zhí)伊直硎荆骸靶蝿荼迫?，時不我待。我們必須在生物育種、智能農(nóng)機裝備、智慧農(nóng)業(yè)等戰(zhàn)略必爭的重點領(lǐng)域，在合成生物、基因編輯、人工智能、區(qū)塊鏈等受制于人的核心關(guān)鍵技術(shù)上，加快重點布局和創(chuàng)新突破?！睙o論是構(gòu)建支撐政府農(nóng)業(yè)管理的信息分析和知識管理系統(tǒng)，還是發(fā)展支撐智慧農(nóng)業(yè)的農(nóng)業(yè)智能裝備、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智慧決策管理系統(tǒng)，都聚焦于復(fù)雜場景下的多維大數(shù)據(jù)挖掘與分析問題，農(nóng)業(yè)分析理論模型、數(shù)據(jù)模型、機器學(xué)習、數(shù)據(jù)挖掘算法等成為核心關(guān)鍵技術(shù)。目前，中國在大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習乃至深度機器學(xué)習、數(shù)據(jù)挖掘以及農(nóng)業(yè)分析領(lǐng)域的模型和算法等方面缺乏原始創(chuàng)新，主要在美國、歐洲科學(xué)家成果基礎(chǔ)上進行優(yōu)化和應(yīng)用研究。因此，需要瞄準農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和管理問題，引導(dǎo)科研機構(gòu)和企業(yè)聚焦從0 到1 進行智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域核心技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新，加強符合中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的集成應(yīng)用創(chuàng)新，加強符合中國創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略特色的模式創(chuàng)新。

4 加強新一代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)創(chuàng)新與集成應(yīng)用的策略

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)對引領(lǐng)和支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要的作用，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)創(chuàng)新是中國農(nóng)業(yè)信息化與現(xiàn)代化進程的核心驅(qū)動力。合理有效集成科研機構(gòu)、大學(xué)和企業(yè)研發(fā)力量，構(gòu)建國家農(nóng)業(yè)信息技術(shù)創(chuàng)新體系，是落實農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程中創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵支撐和可持續(xù)發(fā)展保障。

4.1 前瞻布局并深入推進基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究探索

隨著中國創(chuàng)新能力的不斷增強和人工智能領(lǐng)域創(chuàng)新水平與美國并跑的趨勢，需要更加關(guān)注中國在信息技術(shù)領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)研究和探索發(fā)現(xiàn)，為中國持續(xù)的信息技術(shù)創(chuàng)新奠定可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)?？蒲袡C構(gòu)和大學(xué)是開展農(nóng)業(yè)信息技術(shù)前沿基礎(chǔ)研究的主力軍，政府資助的科研經(jīng)費需要建立持續(xù)、開放支持新一代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)領(lǐng)域前沿探索機制，鼓勵科學(xué)家對信息技術(shù)領(lǐng)域未知前沿科學(xué)問題的自由探索，為孕育中國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)乃至信息技術(shù)領(lǐng)域前沿基礎(chǔ)研究的原始發(fā)現(xiàn)提供平臺和環(huán)境，為科研機構(gòu)和企業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新提供可持續(xù)發(fā)展動力

4.2 深化農(nóng)業(yè)科技協(xié)同創(chuàng)新，突破“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)

隨著生物技術(shù)和信息通信技術(shù)等新興技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的密集應(yīng)用，農(nóng)業(yè)科學(xué)研究范式、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)形態(tài)均發(fā)生著巨大的改變。同時，大區(qū)域性農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境治理、生物安全、復(fù)雜產(chǎn)業(yè)問題等諸多全局性關(guān)鍵瓶頸問題均需要多個學(xué)科領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新。例如，由于數(shù)據(jù)科學(xué)與組學(xué)的綜合交叉，催生出計算育種（Breeding Informatics），就需要育種學(xué)、組學(xué)（基因組、表型）和數(shù)據(jù)科學(xué)（數(shù)據(jù)工程師、軟件工程師和數(shù)據(jù)科學(xué)家）等不同領(lǐng)域和不同角色的科學(xué)家協(xié)同開展研究和創(chuàng)新。未來10 年美國將圍繞系統(tǒng)認知分析、精準動態(tài)感知、數(shù)據(jù)科學(xué)、基因編輯、微生物組五大關(guān)鍵技術(shù)尋求農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的科技突破[56]，同樣這也是未來中國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵核心技術(shù)。因此，需要聚焦農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程中的重大全局性或大區(qū)域性關(guān)鍵瓶頸問題，在國家層面規(guī)劃農(nóng)業(yè)大科學(xué)計劃，充分重視和發(fā)揮信息技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué)的作用，加強圍繞新一代信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)驅(qū)動的農(nóng)業(yè)科技協(xié)同創(chuàng)新體系建設(shè)。

4.3 持續(xù)投入建設(shè)新型農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究與應(yīng)用創(chuàng)新支撐條件

現(xiàn)代科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新越來越依托大科學(xué)工程基礎(chǔ)設(shè)施，無論是推動中國智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，還是推動中國農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用，均需要強大的信息基礎(chǔ)設(shè)施支撐。因此，中國在發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)過程中，必須充分借助新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的機遇，以貫徹落實 《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025 年）》 為抓手，政府主導(dǎo)大力加強和全面構(gòu)建“空、天、地、海一體化”集信息感知與控制、信息傳播與交互、大數(shù)據(jù)獲取與治理于一體的農(nóng)業(yè)信息基礎(chǔ)設(shè)施，加快5G 網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以及包括農(nóng)業(yè)自然資源、動植物本體感知數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源、農(nóng)獸藥基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)營主體信息、重點農(nóng)產(chǎn)品市場信息等農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)的國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，支撐精準農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)的規(guī)?；瘧?yīng)用，一方面，可以大幅提高產(chǎn)出效益；另一方面，可以分攤和降低農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用直接成本。

4.4 加強體制機制創(chuàng)新，釋放創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略活力

在全球范圍內(nèi)，相對于工業(yè)4.0 而言，吸引企業(yè)和社會資本投入農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)創(chuàng)新均困難重重。中國應(yīng)發(fā)揮獨特的體制優(yōu)勢，在積極推動新一代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)相關(guān)科研成果產(chǎn)業(yè)化政策基礎(chǔ)上，進一步加強機制創(chuàng)新，打造鼓勵科研人員在崗創(chuàng)業(yè)、企業(yè)兼職、技術(shù)入股、離崗創(chuàng)業(yè)等多種促進科研人員參與市場化、企業(yè)化技術(shù)創(chuàng)新的新模式。通過機制創(chuàng)新，以科研人員為紐帶，打造前沿基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新兩支隊伍，搭建科學(xué)研究和產(chǎn)品研發(fā)兩個平臺，突破國立科研機構(gòu)與企業(yè)創(chuàng)新體系的壁壘，形成基礎(chǔ)研究與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新，積極推進科企融合，構(gòu)建科研機構(gòu)與企業(yè)一體兩翼的良性互動格局和協(xié)同創(chuàng)新模式。

5 啟示與建議

通過前述分析討論，信息技術(shù)創(chuàng)新不斷推動著農(nóng)業(yè)信息化向共享、智能、數(shù)字的方向發(fā)展。推動新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，加速中國農(nóng)業(yè)信息化進程，進而引領(lǐng)推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，必須依賴于技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、機制創(chuàng)新和政策創(chuàng)新。

5.1 系統(tǒng)化、針對性、前瞻性地加強農(nóng)業(yè)信息化政策創(chuàng)設(shè)

政策創(chuàng)新是政府破解技術(shù)和資本進入農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域周期長、回報低等諸多障礙的有效法寶。從政府層面上，“四化同步，融合發(fā)展”關(guān)鍵是要建立充分借助新型工業(yè)化、信息化做好農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的政策機制保障。政策機制體系既要覆蓋農(nóng)業(yè)信息、數(shù)據(jù)采集、治理、挖掘、應(yīng)用與服務(wù)的全生命周期，又要貫穿于農(nóng)業(yè)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)應(yīng)用與服務(wù)營銷等全產(chǎn)業(yè)鏈，還要包含農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈與制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、金融業(yè)等其他產(chǎn)業(yè)鏈的水平整合相關(guān)的接口。政策機制的內(nèi)容要點主要包括：①應(yīng)加強數(shù)據(jù)信息的共建共享、開放應(yīng)用的政策和標準的制定工作，積極研究出臺鼓勵信息和數(shù)據(jù)開放獲取、共享應(yīng)用的政策，推動國家公共資金資助產(chǎn)出的各類科研信息、自然資源與環(huán)境數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程產(chǎn)出的數(shù)據(jù)等強制開放獲取，鼓勵大數(shù)據(jù)湖（Big Data Lake）為代表的商業(yè)大數(shù)據(jù)共享模式。②積極研究出臺中央和各級地方政府大力加強農(nóng)業(yè)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的政策，為農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用和農(nóng)業(yè)經(jīng)營等提供基礎(chǔ)信息設(shè)施支撐。③構(gòu)建國家農(nóng)業(yè)信息技術(shù)創(chuàng)新體系，大力鼓勵、引導(dǎo)和支持科研機構(gòu)和企業(yè)的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)領(lǐng)域的前沿探索、原始創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新，著力加強體制機制創(chuàng)新，鼓勵科研人員更加關(guān)注市場和產(chǎn)品創(chuàng)新，鼓勵企業(yè)增加農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研發(fā)投入，發(fā)展創(chuàng)新型企業(yè)，鼓勵社會資本更加積極投入到農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。④借鑒美國、歐盟等發(fā)達國家發(fā)展現(xiàn)代信息農(nóng)業(yè)的經(jīng)驗，建立推動面向農(nóng)民、農(nóng)業(yè)管理部門和新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體的強大信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的政策體系。⑤研究出臺一系列促進農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用的政策補貼措施，克服農(nóng)業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新周期長、投資回報率偏低的弊端。

目前，中國農(nóng)業(yè)發(fā)展正處于爬坡過坎的關(guān)鍵期，應(yīng)根據(jù)中國的資源稟賦條件和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，強化信息化服務(wù)能力的建設(shè)，提升農(nóng)業(yè)信息科技創(chuàng)新，加快推動農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，由粗放向精細、精準、綠色轉(zhuǎn)變，走出具有中國特色的數(shù)據(jù)信息驅(qū)動發(fā)展的綠色農(nóng)業(yè)之路。

5.2 高度重視顛覆性技術(shù)在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程中的引領(lǐng)定位

當今時代，隨著科學(xué)研究突破和技術(shù)創(chuàng)新進步，農(nóng)業(yè)科研模式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)開始進入到轉(zhuǎn)型升級的跨越式發(fā)展階段，將產(chǎn)生全新的創(chuàng)新范式和業(yè)態(tài)。因此，我們必須意識到一些具有顛覆性的技術(shù)，例如以大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的信息通信技術(shù)，以基因編輯、分子生物學(xué)為代表的新興生物技術(shù)，它們之間交叉融合、相輔相成，將徹底改變和重構(gòu)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的基本范式，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合及與其他產(chǎn)業(yè)水平整合，形成全新的多元集成、緊耦合產(chǎn)業(yè)模式，它們對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級起到引領(lǐng)作用，而不僅僅是支撐作用。因此，要把顛覆性改變農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)業(yè)態(tài)的新興技術(shù)放在農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的突出位置，充分發(fā)揮這些新興技術(shù)在重塑與再造全新的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化范式中的前瞻性、基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性作用。

5.3 構(gòu)建有利于農(nóng)業(yè)信息技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用的新機制

信息技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略性關(guān)鍵技術(shù)，但是由于信息技術(shù)和相關(guān)資本投入農(nóng)業(yè)信息化具備周期長、回報低等特點，導(dǎo)致先進信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，特別是發(fā)端于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)部的科技創(chuàng)新，多聚焦于技術(shù)先進性和可行性研究，容易忽略技術(shù)成熟度和可規(guī)模應(yīng)用性。因此，一些應(yīng)用先進信息技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)只能囿于示范基地，缺乏適應(yīng)各種不同自然環(huán)境、市場條件的可復(fù)制性和可操作性。針對上述問題，必須建立市場導(dǎo)向的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新模式。尤為關(guān)鍵的是，如何突破現(xiàn)有科研成果轉(zhuǎn)化機制缺陷，在繼續(xù)夯實政府資助基礎(chǔ)研究前提下，通過體制機制創(chuàng)新，進一步充分發(fā)揮資本和市場作用，建立企業(yè)主導(dǎo)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展模式，即整個創(chuàng)新過程由企業(yè)定制研發(fā)產(chǎn)品和服務(wù)開始，倒逼科研機構(gòu)和創(chuàng)新系統(tǒng)聚焦產(chǎn)業(yè)問題開展目標明確的產(chǎn)品創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和配套的前瞻基礎(chǔ)研究，系統(tǒng)地、規(guī)?；匾龑?dǎo)和推動信息服務(wù)、信息管理、信息感知與控制、信息分析等在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

5.4 加快推進新型農(nóng)業(yè)科研基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和開放共享

重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)越來越依靠重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，以信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)密集型科學(xué)研究對科研數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高要求，推動各個國家加快科研基礎(chǔ)設(shè)施布局，如美國先后發(fā)布“大數(shù)據(jù)研發(fā)計劃”“國家戰(zhàn)略性計算計劃”等，圍繞數(shù)據(jù)知識獲取能力和高性能計算領(lǐng)域開展布局。而歐盟、印度、日本等多家也同樣加速國家信息通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施布局，加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟。因此，農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新作為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的核心驅(qū)動力，中國應(yīng)積極借鑒國內(nèi)外領(lǐng)先機構(gòu)和組織，全面規(guī)劃面向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的科研基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方案，加強頂層設(shè)計，全面部署，并加大對科研所需的技術(shù)、工具、設(shè)備等設(shè)施的投資，這些設(shè)施包括物理基礎(chǔ)設(shè)施，以及能夠共享思想、數(shù)據(jù)、模型和知識的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，為糧食和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域進行前沿研究和解決農(nóng)業(yè)最棘手的問題提供支撐。一方面應(yīng)加快科研數(shù)據(jù)采集、存儲、分析等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)存儲、計算能力建設(shè)，發(fā)展新型國家級農(nóng)業(yè)科學(xué)大數(shù)據(jù)設(shè)施，并搭建虛擬科研平臺。另一方面，加快發(fā)展數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸、管理分析和共享相關(guān)的核心技術(shù)，以及數(shù)據(jù)集成技術(shù)、工作流技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)長期保存技術(shù)、大規(guī)模數(shù)據(jù)智能分析與可視化技術(shù)、農(nóng)業(yè)科研成果開放共享的標準與技術(shù)等。