我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向：從機(jī)械化到智慧化

羅錫文 ，廖娟 ，臧英 ，區(qū)穎剛 ，汪沛

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642）

一、前言

農(nóng)業(yè)是人類的衣食之源和生存之本，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)直接關(guān)系著人類的生存、發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展大致可分為4個(gè)階段：一是農(nóng)業(yè)社會(huì)時(shí)期，以人力和畜力作業(yè)為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)代，稱為農(nóng)業(yè)1.0；二是工業(yè)社會(huì)時(shí)期，以機(jī)械化作業(yè)為主的機(jī)械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)代，稱為農(nóng)業(yè)2.0；三是信息化社會(huì)時(shí)期，以自動(dòng)化作業(yè)為主的自動(dòng)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)代，稱為農(nóng)業(yè)3.0；四是智慧社會(huì)時(shí)期，以無人化作業(yè)為特征的智慧化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)代，稱為農(nóng)業(yè)4.0。實(shí)現(xiàn)食物安全供給是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的首要任務(wù)。到2050年，我國對大米和小麥的需求仍將持續(xù)增長，肉、蛋、奶等農(nóng)畜產(chǎn)品的需求也將大幅增長。具體來看，水產(chǎn)品和奶制品的需求量將是目前的3倍以上，水果、畜產(chǎn)品、飼料用糧、食用油和纖維的需求量將是目前的1.5~1.6倍，食糖、蔬菜的需求量將分別增長100%、75% [1]。目前，由于食物需求的增長以及食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了更高的要求，為保障我國糧食安全，需進(jìn)一步發(fā)揮科技進(jìn)步的支撐作用并加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。

改革開放以來，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水平有了顯著提升，為促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率、土地產(chǎn)出率、資源利用率的提高和保障食物安全作出了重要貢獻(xiàn)。當(dāng)前，隨著科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的加速發(fā)展，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求，“誰來種地，怎樣種地”是中國和全世界農(nóng)業(yè)領(lǐng)域面臨的共同問題。智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以智能農(nóng)機(jī)裝備為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)和知識(shí)為核心要素，將現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度融合，可大幅提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、土地產(chǎn)出率和資源利用率，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的數(shù)字化感知、精準(zhǔn)化作業(yè)、智能化決策和智慧化管理的先進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，也是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢。

本文以水稻生產(chǎn)為例（主要包括耕整、種植、田間管理、收獲和干燥5個(gè)環(huán)節(jié)），介紹我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向智慧化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的社會(huì)需求、面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，提出今后的發(fā)展方向與發(fā)展路線，并提出我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向智慧化方向轉(zhuǎn)變的對策建議。

二、我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著蒸汽機(jī)的發(fā)明，人類進(jìn)入了工業(yè)社會(huì)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也進(jìn)入了機(jī)械化時(shí)代。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入機(jī)械化時(shí)代的時(shí)間略晚，改革開放四十多年來，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已逐步向機(jī)械化轉(zhuǎn)變。為深入了解我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀，將以水稻生產(chǎn)為切入點(diǎn)進(jìn)行分析。

（一）耕整

當(dāng)前，鏵式犁、旋耕機(jī)、深松機(jī)和激光平地機(jī)等耕整機(jī)械逐漸代替了人力和畜力耕整。激光平地技術(shù)已得到較廣泛應(yīng)用，可有效節(jié)水30%~50%，土地利用率提高約9%，在大幅提高土地精細(xì)平地作業(yè)效率的同時(shí)，使產(chǎn)量增加20%~30%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益 [2]。水田耕整的一般要求是“寸水不過田”，即水田田面高差不超過3.3 cm，這對于人力和畜力作業(yè)來說很難實(shí)現(xiàn)，而我國相關(guān)科研單位研制的激光平地機(jī)已成功實(shí)現(xiàn)這一要求 [3~5]。另外，水準(zhǔn)儀、全站儀、地面激光掃描儀和無人機(jī)載激光掃描儀的使用可以快速采集農(nóng)田平整度信息，如基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的農(nóng)田三維地形實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)可以在平整作業(yè)過程中，快速精準(zhǔn)獲取田面的平整度信息 [6]。

目前，我國耕整機(jī)械創(chuàng)新能力不強(qiáng)，80%以上的關(guān)鍵核心技術(shù)來源于國外，重大裝備關(guān)鍵核心技術(shù)對國外技術(shù)的依存度高達(dá)90%以上，產(chǎn)品配套比例偏低。另外，大中型耕整地機(jī)械少，小型耕整地機(jī)械多；復(fù)合耕整地機(jī)械少，單一功能耕整地機(jī)械多；高品質(zhì)耕整地機(jī)械少，中低品質(zhì)耕整地機(jī)械多。為此，需加強(qiáng)耕整機(jī)械自主創(chuàng)新，優(yōu)化調(diào)整耕整機(jī)械配套比例，研發(fā)具備整體結(jié)構(gòu)大型化、聯(lián)合整地以及通過液壓系統(tǒng)調(diào)整機(jī)具參數(shù)、可改變作業(yè)狀態(tài)的裝備與技術(shù)。

（二）種植

水稻種植機(jī)械化是水稻生產(chǎn)機(jī)械化的重要方面，目前常規(guī)稻的機(jī)械化栽插技術(shù)與裝備已較為完善。機(jī)械直播是一種輕簡高效的栽培方式，與人工移栽方式相比可節(jié)省人工約95%以上，與機(jī)械移栽相比可節(jié)省人工約70%以上 [7]，同時(shí)直播稻具有分蘗節(jié)位低、不傷根和沒有返青期等優(yōu)勢，顯著提高了生產(chǎn)效率，提高了水稻產(chǎn)量，稻米品質(zhì)較優(yōu)。當(dāng)前，普遍使用的“三同步”水稻精量直播技術(shù)在直播機(jī)作業(yè)時(shí)，先在田面開出蓄水溝，并同時(shí)在兩條蓄水溝的壟面上開出播種溝，排種器以穴播方式將稻種均勻地播在播種溝中，實(shí)現(xiàn)了行距可選、穴距可調(diào)和播量可控。該項(xiàng)技術(shù)已在全國26個(gè)省（市）和國外6個(gè)國家得到推廣應(yīng)用，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前我國水稻種植環(huán)節(jié)的智能機(jī)械化水平仍然較低，作物和區(qū)域發(fā)展不平衡、不充分問題仍然比較突出，需加強(qiáng)研究適用于南方丘陵地區(qū)和蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物的智能化種植機(jī)械。

（三）田間管理

田間管理主要是對水、肥、藥的管理。目前，滴灌和微噴灌系統(tǒng)、同步播種施肥機(jī)、變量施肥機(jī)、地面和航空噴霧系統(tǒng)等田間管理機(jī)械和技術(shù)已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍推廣和應(yīng)用，顯著提高了水、肥、藥的利用率，節(jié)約了資源，減少了環(huán)境污染。在精準(zhǔn)灌溉方面，在土壤中埋置傳感器以精確獲取土壤中的含水量，根據(jù)作物不同生長期的需水規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)灌溉和水、肥、藥一體化灌溉 [8,9]。在精準(zhǔn)施肥方面，采用自動(dòng)配肥施肥機(jī)，可實(shí)現(xiàn)多種肥料的實(shí)時(shí)在線配比 [10]；變量施肥系統(tǒng)可滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，將淺層和深層排肥量的最大誤差降低，相比傳統(tǒng)施肥方式，可減少施肥量約12% [11]。在精準(zhǔn)施藥方面，噴霧壓力和噴霧流量可調(diào)等先進(jìn)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地面施藥機(jī)械和航空植保機(jī)械 [12]。

由于我國農(nóng)作物種類繁多，種植方式各有不同，現(xiàn)有的灌溉系統(tǒng)、施肥與施藥機(jī)械難以適應(yīng)不同地區(qū)、不同作物施肥和施藥的需求，需研究可以實(shí)現(xiàn)全面（作物和區(qū)域）智能灌溉、施肥和施藥作業(yè)的機(jī)械與技術(shù)。

（四）收獲

水稻收獲機(jī)代替了人工收獲方式，部分收獲機(jī)已開始安裝產(chǎn)量、含水率、流量、損失率和含雜率傳感器，提高了智能化水平。目前，我國已研制開發(fā)出實(shí)用化的大型智能化糧食收割機(jī)，并通過自動(dòng)化、智能化控制等先進(jìn)技術(shù)，打破了國外的技術(shù)壟斷和市場壟斷，可用于收獲水稻、小麥、大豆等糧食作物，如多功能谷物智能聯(lián)合收獲機(jī) [13]?；贕NSS開發(fā)的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)故障遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)診斷和維修指導(dǎo)。

目前，我國水稻收獲機(jī)械的智能化程度還不高，作業(yè)效果不理想，針對馬鈴薯、茶葉、花生、蔬菜等作物的機(jī)械化收獲水平還較低甚至是空白。需針對我國農(nóng)作物種植模式，自主研發(fā)適用于不同作物和不同地區(qū)的收獲機(jī)械，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，提高收獲機(jī)械的智能化水平。

（五）干燥

稻谷烘干是水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化的最后一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是保證稻谷貯藏品質(zhì)的必要技術(shù)手段。目前，熱風(fēng)干燥、真空干燥、微波干燥、熱泵干燥和遠(yuǎn)紅外干燥，以及兩種干燥技術(shù)結(jié)合的技術(shù)，如熱風(fēng)微波干燥、微波真空干燥、熱泵遠(yuǎn)紅外干燥等是我國主要的稻谷干燥技術(shù)。受技術(shù)、成本、場地等因素限制，熱風(fēng)干燥是目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的稻谷干燥技術(shù)。稻谷干燥系統(tǒng)可將稻谷含水率從28.4%降至13.6%，系統(tǒng)工作效率為14.13 t/h，成本為15.16元/t [14]；稻谷變溫?zé)犸L(fēng)干燥系統(tǒng)將傳統(tǒng)的恒溫47 ℃干燥改為以5 ℃和10 ℃為變溫幅度的變溫干燥工藝，干燥后稻谷顆粒的爆腰指數(shù)分別降低了20%和10%，整精米率分別提高了12.6%和7.7%，達(dá)到安全貯藏含水率（14.5%）所需的時(shí)間分別節(jié)約了 30 min 和 60 min [15]，顯著提升了稻谷的品質(zhì)。

隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的大力推進(jìn)，稻谷機(jī)械烘干技術(shù)應(yīng)實(shí)現(xiàn)更加低碳、智能、高效，為確保糧食顆粒歸倉發(fā)揮更大作用。

三、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向智慧化方向轉(zhuǎn)變的社會(huì)需求

（一）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的需要

1952年，我國的總?cè)丝跒?.75億，其中農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力人口為1.73億，即1個(gè)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的勞動(dòng)產(chǎn)出可以滿足3.32個(gè)人的實(shí)際糧食需要；2019年，我國總?cè)丝跀?shù)為14億，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力人口為1.94億，1個(gè)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的勞動(dòng)產(chǎn)出可以滿足7.2個(gè)人的實(shí)際糧食需要 [16]；到2050年，我國的總?cè)丝诩s為13.65億，但農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力人口占比將低于10% [1]。2003—2019年，我國農(nóng)作物綜合機(jī)械化率每提高1個(gè)百分點(diǎn)，城市化率會(huì)提高0.53個(gè)百分點(diǎn)，而農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力在社會(huì)總勞動(dòng)力中的占比則降低0.64個(gè)百分點(diǎn) [17]，這表明農(nóng)業(yè)機(jī)械化可大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)以更少的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力養(yǎng)活更多的人口。到2050年，我國1個(gè)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力需要養(yǎng)活至少10個(gè)人，為此，需要進(jìn)一步發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化，實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

（二）提高土地產(chǎn)出率的需要

1949年，我國水稻、小麥和玉米三大糧食作物的單產(chǎn)分別為 1892.29 kg/hm2、642.10 kg/hm2和961.66 kg/hm2；隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)和良種良法等先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的采用，2020年，三大作物的單產(chǎn)分別提高至 7043.22 kg/hm2、5742.09 kg/hm2和6317.74 kg/hm2，分別是1949年的3.7倍、8.9倍和6.6倍。當(dāng)前，我國人均耕地面積僅為0.86 hm2/人 [18]，且隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)用地將更為緊張，因此，通過智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提高土地產(chǎn)出率是實(shí)現(xiàn)用有限的耕地養(yǎng)活眾多的人口的根本途徑之一。

（三）提高資源利用率的需要

1991—2020年，通過采用精準(zhǔn)灌溉技術(shù)，我國灌溉水有效利用系數(shù)從0.358提高至0.56；通過采用精準(zhǔn)施肥技術(shù)，節(jié)約肥料約15%~40% [19]；通過采用精準(zhǔn)施藥技術(shù)，節(jié)約農(nóng)藥約40%~60% [20,21]。2020年，我國水稻、玉米和小麥三大糧食作物的化肥、農(nóng)藥和農(nóng)田灌溉用水利用率分別為40.2%、40.6%、55.9% [22]，而歐洲和美國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)在小麥、玉米等糧食作物生產(chǎn)過程中的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)田灌溉用水的利用率為50%~65%?？傮w來看，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的資源有效利用率不高，與發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距。為此，需深入大面積推廣精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，提高水、肥、藥等農(nóng)業(yè)資源的有效利用率。

（四）農(nóng)業(yè)綠色化發(fā)展的需要

農(nóng)業(yè)是全球主要的溫室氣體排放源之一，全球農(nóng)業(yè)領(lǐng)域每年CO2排放量占總溫室氣體排放量的21%~25% [23]。據(jù)預(yù)測，如不采取減排措施，2050年，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域CO2排放量將會(huì)再增加30% [24]，嚴(yán)重影響全球碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。1978年以來，我國農(nóng)業(yè)碳排放量以5%的年均速度持續(xù)增長 [25]，我國農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量約占全國溫室氣體總量的17% [26]。農(nóng)業(yè)綠色化發(fā)展是實(shí)現(xiàn)我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要內(nèi)容。關(guān)于農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)，一是要求農(nóng)機(jī)裝備生產(chǎn)過程綠色化，即在制造和生產(chǎn)農(nóng)機(jī)裝備的過程中不產(chǎn)生或少產(chǎn)生污染；二是要求農(nóng)機(jī)裝備使用過程的綠色化，即農(nóng)業(yè)機(jī)械在使用過程中盡量減少燃料消耗和尾氣排放，降低對土壤的壓實(shí)和破壞；三是要求農(nóng)機(jī)裝備實(shí)現(xiàn)綠色化作業(yè)，即采用農(nóng)機(jī)裝備進(jìn)行精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)施藥和精準(zhǔn)灌溉作業(yè)，提高水、肥、藥等資源的有效利用率，減少生產(chǎn)成本并降低對環(huán)境的污染 [27]。

四、我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向智慧化發(fā)展面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

（一）我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向智慧化發(fā)展面臨的機(jī)遇

1.鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施

鄉(xiāng)村振興是黨的“十九大”提出的重大戰(zhàn)略部署，我國確立了推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展的重要方針，并取得了歷史性成就。鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施以來，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展取得了突破性進(jìn)展，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施明顯改善，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)成效顯著，脫貧攻堅(jiān)取得決定性成就，產(chǎn)業(yè)扶貧政策覆蓋率達(dá)到了98%。我國農(nóng)民人均收入增速連續(xù)10年高于城鎮(zhèn)居民，2020年我國農(nóng)民人均可支配收入達(dá)到1.71萬元 [28]。鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施改善了農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高了農(nóng)民收入，使農(nóng)民有能力購買農(nóng)業(yè)機(jī)械，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)朝智慧化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變提供了支撐。

2.財(cái)政支農(nóng)政策的完善

當(dāng)前，我國財(cái)政支農(nóng)政策不斷完善，財(cái)政支農(nóng)結(jié)構(gòu)不斷改善，財(cái)政支農(nóng)力度不斷加大，將有力助推農(nóng)業(yè)智慧化生產(chǎn)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變奠定堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國財(cái)政支農(nóng)總額由1952年的2.69億元增長到2020年的23 903.62億元 [29,30]。

3.機(jī)械制造領(lǐng)域的不斷發(fā)展

我國機(jī)械制造領(lǐng)域的不斷發(fā)展為農(nóng)機(jī)裝備智能化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。我國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略以來成效顯著，主要表現(xiàn)在：突破了一批關(guān)鍵核心技術(shù)和產(chǎn)品，技術(shù)攻關(guān)能力和創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)；突破了一批重點(diǎn)領(lǐng)域核心環(huán)節(jié)瓶頸短板問題，基礎(chǔ)研發(fā)能力和創(chuàng)新能力穩(wěn)步提升；智能化制造加快推進(jìn)，涌現(xiàn)出一批智能制造新模式和新產(chǎn)業(yè)，信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，使制造業(yè)加速向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。我國機(jī)械制造技術(shù)的進(jìn)步為我國農(nóng)機(jī)裝備制造向智能化方向發(fā)展提供了支撐。

4.信息技術(shù)賦能

信息化與農(nóng)業(yè)的深度融合是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式從機(jī)械化向智慧化方向發(fā)展的關(guān)鍵之一 [31]。農(nóng)業(yè)機(jī)械信息化指將物聯(lián)網(wǎng)、第五代移動(dòng)通信技術(shù)、傳感技術(shù)、云計(jì)算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相融合，使農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行更安全、更可靠、更高效。相比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械，信息化農(nóng)業(yè)機(jī)械在保證作業(yè)質(zhì)量的同時(shí)，可提高作業(yè)效率約50%~60%[32]。以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，在農(nóng)機(jī)裝備上配備智能化系統(tǒng)，為研制具有精準(zhǔn)播種、施肥、施藥、除草和收獲功能的智能農(nóng)機(jī)裝備，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)提供了有力支撐。

（二）我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向智慧化發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

1.智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施落后

目前，我國大部分地區(qū)發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施較為落后，部分農(nóng)村地區(qū)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，農(nóng)村寬帶和光纖設(shè)施覆蓋率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備成本較高，而我國農(nóng)民的實(shí)際收入較低，難以購置開展智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的機(jī)械設(shè)備，限制了智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備的推廣應(yīng)用。

2.智慧農(nóng)業(yè)信息化水平較低

信息技術(shù)是智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)展的核心要素之一。目前，我國多數(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)信息化水平較低，主要體現(xiàn)在以下方面：一是我國智慧農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化程度低、準(zhǔn)確性不高、覆蓋面不足；二是缺乏農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)共享機(jī)制，歸屬于不同部門的信息數(shù)據(jù)無法共享；三是我國農(nóng)業(yè)信息平臺(tái)較少，針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建立的信息應(yīng)用網(wǎng)站、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)規(guī)模較小、信息準(zhǔn)確度較低，農(nóng)業(yè)類信息平臺(tái)數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)性和時(shí)效性不高。以上問題導(dǎo)致我國農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)對我國智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的支撐作用低，致使我國智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)難以推進(jìn)。

3.智慧農(nóng)業(yè)人才匱乏

智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集成了農(nóng)業(yè)科學(xué)化生產(chǎn)技術(shù)、信息化技術(shù)以及智能農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)等，需要大量既掌握農(nóng)業(yè)知識(shí)又了解現(xiàn)代化信息技術(shù)的高素質(zhì)技術(shù)人員、運(yùn)維人員和系統(tǒng)管理人員進(jìn)行智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的使用、維護(hù)和管理，以充分發(fā)揮智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效能。但目前，我國農(nóng)業(yè)從業(yè)人員受教育程度普遍偏低，尤其是在偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)，農(nóng)民文化水平整體較低，對于農(nóng)業(yè)機(jī)械化、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新興事物的接受能力與應(yīng)用能力不強(qiáng)，不利于我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展與推廣應(yīng)用。

五、我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向與發(fā)展路線

（一）我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將朝著智慧化方向發(fā)展，即在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的基礎(chǔ)上，將物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星定位、傳感技術(shù)和智能控制等信息技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)裝備，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的數(shù)字化感知、智能化決策、精準(zhǔn)化作業(yè)和智慧化管理。

1.數(shù)字化感知

農(nóng)業(yè)傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是數(shù)字化感知的核心技術(shù)。發(fā)展重點(diǎn)是研發(fā)可靠性和穩(wěn)定性高、成本低，適用于各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的高精度傳感器；開發(fā)集多種參數(shù)感知于一體的多用途小型化傳感器，如微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、微電子機(jī)械、仿生及生物傳感器等新型傳感器。

廣泛采用自主研制的農(nóng)業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，提高農(nóng)情數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性和可靠性是數(shù)字化感知的發(fā)展方向之一。加快實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備傳感器的智能化和信息檢測及數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)土壤-作物-機(jī)器-環(huán)境傳感器協(xié)調(diào)下的智能決策與精準(zhǔn)作業(yè)；利用MEMS技術(shù)，研制新一代農(nóng)機(jī)裝備傳感器，在實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)傳感器小型化的同時(shí)提高檢測精度和穩(wěn)定性；加快發(fā)展新型仿生和生物傳感器，以適用于不同的農(nóng)機(jī)應(yīng)用場景；加快推進(jìn)基于機(jī)器視覺、實(shí)時(shí)全球定位系統(tǒng)（RTK-GNSS）、慣性技術(shù)融合的傳感器在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，提高大田無人化作業(yè)和畜牧水產(chǎn)智慧養(yǎng)殖的自動(dòng)化水平，推動(dòng)形成新型的種植模式和養(yǎng)殖模式。

2.智能化決策

智慧農(nóng)業(yè)基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的時(shí)空特性，可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程提供智能化決策，在適宜的時(shí)間、適宜的地點(diǎn)以適宜的方式投入適宜的生產(chǎn)資料，通過合理利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。例如，根據(jù)水稻的生長情況和土壤中的水分及養(yǎng)分情況，依據(jù)水稻不同生長階段的水分和養(yǎng)分需求，為水稻生長提供智能化決策。隨著遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)情信息快速采集技術(shù)不斷成熟。今后智能化決策系統(tǒng)的發(fā)展方向應(yīng)以相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用為技術(shù)支撐，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，采用知識(shí)和數(shù)據(jù)相結(jié)合的決策模型，將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策與智能計(jì)算方法有效關(guān)聯(lián)，基于數(shù)據(jù)庫、因果關(guān)系和時(shí)間序列，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行評判和預(yù)測，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供智能化決策。

3.精準(zhǔn)化作業(yè)

以糧食作物、園藝作物和經(jīng)濟(jì)作物耕、種、管、收的高效智慧生產(chǎn)為重點(diǎn)，根據(jù)北方旱作、南方水田和丘陵山區(qū)等不同區(qū)域的高效生產(chǎn)需求，研制精準(zhǔn)耕整、精準(zhǔn)種植、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)施藥、精準(zhǔn)灌溉和精準(zhǔn)收獲等智能作業(yè)裝備，形成面向智慧化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)化作業(yè)方案。圍繞新一代人工智能技術(shù)發(fā)展趨勢以及智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，開展遠(yuǎn)程增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）操控作業(yè)系統(tǒng)、中大型農(nóng)業(yè)機(jī)器人自主作業(yè)系統(tǒng)以及微小型農(nóng)業(yè)機(jī)器人集群與協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)的研發(fā)；開展通信及安全控制、高精度靶向識(shí)別及路徑規(guī)劃、人機(jī)物交互系統(tǒng)（HCPS）、高速高精度驅(qū)動(dòng)及末端作業(yè)機(jī)構(gòu)研究。開展畜禽養(yǎng)殖環(huán)境構(gòu)建及調(diào)控、動(dòng)物個(gè)體及群體識(shí)別與感知、智能飼喂系統(tǒng)研發(fā)；開發(fā)動(dòng)物生長及養(yǎng)殖環(huán)境自動(dòng)巡檢機(jī)器人和糞污高效處理系統(tǒng)。

4.智慧化管理

通過信息技術(shù)提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能管理水平，包括遠(yuǎn)程調(diào)度、機(jī)具監(jiān)控、故障預(yù)警和遠(yuǎn)程維修指導(dǎo)等。①在遠(yuǎn)程調(diào)度方面，利用GNSS技術(shù)等，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)獲取農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)位置和作業(yè)軌跡，并根據(jù)生產(chǎn)需求，按最短轉(zhuǎn)移路徑原則進(jìn)行農(nóng)機(jī)調(diào)度，提高農(nóng)機(jī)效率。②在機(jī)具監(jiān)控方面，利用各種傳感器技術(shù)，在農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)實(shí)時(shí)采集關(guān)鍵部件作業(yè)參數(shù)，并發(fā)送至農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)和農(nóng)機(jī)管理部門。③在故障預(yù)警和遠(yuǎn)程維修指導(dǎo)方面，根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的機(jī)具狀態(tài)和作業(yè)質(zhì)量信息，為農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)和農(nóng)機(jī)管理部門判斷機(jī)具作業(yè)狀態(tài)提供支撐。例如，在機(jī)具發(fā)生故障時(shí)，可以遠(yuǎn)程指導(dǎo)駕駛員進(jìn)行維修；對于一些駕駛員無法排除的故障，則通知距離故障農(nóng)機(jī)最近的農(nóng)機(jī)維修人員前去維修。

（二）我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展路線

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展路線如圖1所示?？傮w目標(biāo)為：到2025年，我國主要農(nóng)作物生產(chǎn)基本實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化；到2035年，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)全面機(jī)械化，并向智能化方向發(fā)展；到2050年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)智能化，并向智慧化方向發(fā)展。

圖1 我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展路線圖

六、對策建議

（一）加強(qiáng)農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)和創(chuàng)新體系建設(shè)

一是要加強(qiáng)各級(jí)農(nóng)機(jī)裝備創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)。對已建立的各級(jí)農(nóng)機(jī)裝備創(chuàng)新平臺(tái)要進(jìn)一步明確定位，強(qiáng)化責(zé)任，提高產(chǎn)出。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)需要，新增“動(dòng)物-環(huán)境-設(shè)施”等一批重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和工程中心。二是要加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研”融合創(chuàng)新。國家和有關(guān)部門要進(jìn)一步出臺(tái)相關(guān)政策，支持農(nóng)機(jī)裝備企業(yè)加大科技創(chuàng)新力度，使農(nóng)機(jī)裝備企業(yè)逐步成為我國農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)創(chuàng)新的主體。三是要?jiǎng)?chuàng)新科研項(xiàng)目立項(xiàng)和管理機(jī)制。要切實(shí)改變過去科研立項(xiàng)時(shí)小而散、立項(xiàng)后各干各的局面。

（二）加強(qiáng)農(nóng)機(jī)推廣體系建設(shè)

一是加強(qiáng)農(nóng)機(jī)推廣隊(duì)伍建設(shè)。加強(qiáng)農(nóng)機(jī)推廣體系建設(shè)，因地制宜建設(shè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)機(jī)服務(wù)站，建立農(nóng)機(jī)推廣人員培訓(xùn)機(jī)制。二是切實(shí)解決好農(nóng)機(jī)推廣的經(jīng)費(fèi)問題。按照《中華人民共和國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣法》，各級(jí)人民政府應(yīng)將農(nóng)機(jī)推廣經(jīng)費(fèi)納入本級(jí)財(cái)政預(yù)算中，并按國家規(guī)定給予補(bǔ)貼，設(shè)立鼓勵(lì)農(nóng)機(jī)企業(yè)創(chuàng)新新技術(shù)和新機(jī)具的推廣機(jī)制和推廣經(jīng)費(fèi)。三是加強(qiáng)農(nóng)機(jī)推廣體系管理和服務(wù)創(chuàng)新。省級(jí)農(nóng)機(jī)推廣機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)國家農(nóng)機(jī)發(fā)展規(guī)劃和各省農(nóng)機(jī)發(fā)展需求，制定發(fā)展規(guī)劃和年度重點(diǎn)工作，明確目標(biāo)，落實(shí)措施。

（三）加強(qiáng)農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)體系建設(shè)

一是加強(qiáng)政府的引導(dǎo)作用。各省、市、縣農(nóng)業(yè)主管部門應(yīng)根據(jù)本地的資源稟賦，制定本地區(qū)農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)體系建設(shè)規(guī)劃和相關(guān)政策。二是加強(qiáng)政策支持。對農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)組織購買農(nóng)機(jī)給予更多的購機(jī)補(bǔ)貼和貸款；對農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)組織的機(jī)庫、機(jī)棚等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)給予用地和貸款等支持；對農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)建設(shè)所需的啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)、事后補(bǔ)助和保險(xiǎn)等提供支持；對農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)人員的學(xué)歷提升、人才培訓(xùn)和隊(duì)伍建設(shè)等提供支持。三是指導(dǎo)和推動(dòng)農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)組織管理和服務(wù)創(chuàng)新。規(guī)劃與建設(shè)區(qū)域性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性服務(wù)平臺(tái)，建立健全規(guī)章制度，加強(qiáng)農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)組織與各類新型經(jīng)營主體的聯(lián)合與合作，創(chuàng)新服務(wù)模式，加強(qiáng)農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)信息平臺(tái)建設(shè)。

（四）加快智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)

一是探索建立多元主體共建模式。加快智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)創(chuàng)建，加快編制智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)創(chuàng)建規(guī)劃，確定國家級(jí)、省市級(jí)布局方案。二是加強(qiáng)智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。重點(diǎn)攻克農(nóng)業(yè)專用傳感器，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能和區(qū)塊鏈等新技術(shù)研發(fā)；實(shí)施農(nóng)機(jī)裝備智能化改造升級(jí)工程；構(gòu)建智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，強(qiáng)化個(gè)性化、智能化、精準(zhǔn)化的生產(chǎn)管理服務(wù)。三是建立健全示范區(qū)管理運(yùn)營機(jī)制。創(chuàng)新示范區(qū)管理體制和投資、建設(shè)、運(yùn)營方式，通過政府購買服務(wù)、貸款貼息、政府和社會(huì)資本合作以及風(fēng)險(xiǎn)基金等方式，鼓勵(lì)更多金融和社會(huì)資本投入示范區(qū)建設(shè)。