發(fā)達國家數(shù)字農業(yè)發(fā)展趨勢及其對中國的啟示

王 景，李勝文

（1.廣州工商學院會計學院，廣州 510850；2.華南農業(yè)大學經濟管理學院，廣州 510642）

數(shù)字農業(yè)是農業(yè)現(xiàn)代化的核心，也是數(shù)字鄉(xiāng)村建設和鄉(xiāng)村振興的重要內容。2020年農業(yè)農村部發(fā)布《數(shù)字農業(yè)農村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025）》，進一步明確數(shù)字農業(yè)是未來農業(yè)的發(fā)展方向。目前，中國數(shù)字農業(yè)發(fā)展雖然取得了明顯成效，但也面臨著諸多問題。具體表現(xiàn)為，農業(yè)設備投資重機械化、輕設備數(shù)字化；農業(yè)數(shù)據(jù)采集不足，農業(yè)智慧程度有待提高；數(shù)字經濟薄弱，產品化能力弱；農產品流通數(shù)字化投入多，農業(yè)生產數(shù)字化投入少。這些現(xiàn)象制約了數(shù)字農業(yè)的進一步發(fā)展。本文旨在分析發(fā)達國家數(shù)字農業(yè)發(fā)展新趨勢，并在此基礎上為中國數(shù)字農業(yè)發(fā)展提出建議，以期借鑒國外發(fā)展經驗加速中國農業(yè)數(shù)字化轉型。

一、發(fā)達國家數(shù)字農業(yè)發(fā)展趨勢

（一）設備數(shù)字化

美國依托GPS技術，將GPS用于農業(yè)機械管理，并結合美國農場規(guī)模大且機械化水平高的特點，在農業(yè)機械上安裝GPS及地理地形地圖，將農業(yè)生產中的機械路線、作業(yè)時間、耕作程序、農作物品種、生產資料識別與裝載、機械油料補給等信息數(shù)字化，以便智能農機可以自動識別。農業(yè)生產者通過將電腦與既定農業(yè)機械相連接，對農作物進行生產前、中、后期全面監(jiān)測與管理，保證不同地塊、不同作物在各自生產周期內的藥物、化肥自動都得到保障且不會有任何遺漏；同時，根據(jù)GPS信號和數(shù)字電子圍欄鎖定農業(yè)機械使用范圍，避免隨意的非生產性使用，并且具有農機防盜功能。

（二）生產智慧化

目前，發(fā)達國家開始在農場生產管理中引入遙感技術、智能機械系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、機器視覺技術等現(xiàn)代農業(yè)技術，使傳統(tǒng)農業(yè)演化至農業(yè)智慧化階段。通過地塊光電感應器將農作物生長階段、營養(yǎng)狀態(tài)、健康水平以及光照、溫濕度、空氣、土壤含水率和養(yǎng)分等物理狀態(tài)數(shù)字化，并傳輸?shù)街悄苌L控制系統(tǒng)，讓人工智能自動分析處理和制訂生產管理措施，實現(xiàn)對農作物生長的智能控制。

例如，孟山都公司借助遙感衛(wèi)星和無人機光電掃描技術，定期將耕地紅外圖像發(fā)送至智能生長控制系統(tǒng)，將農作物的播種、施肥、灌溉、噴藥等生產環(huán)節(jié)智慧化、管控科學化，實現(xiàn)農地資源利用和生態(tài)環(huán)境保護之間的最優(yōu)平衡。約翰迪爾公司推出的“綠色之星”智能精準農業(yè)系統(tǒng)，結合全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術，將傳統(tǒng)的精準農業(yè)進化成智慧農業(yè)，促進農作物優(yōu)質高產。日本針對其資源短缺問題，發(fā)展“戰(zhàn)略性創(chuàng)新創(chuàng)造計劃”、“智能機械+現(xiàn)代信息”等次生代技術，將最科學的種植知識和經驗轉化成數(shù)字，再通過物聯(lián)網(wǎng)和帶有人工智能的機械來管理農業(yè)生產，從而催生了數(shù)智農業(yè)；將傳統(tǒng)親臨生產現(xiàn)場并依賴經驗和直覺判斷農業(yè)生長狀況、進而將管理農業(yè)生產的模式，轉化為依賴機械設備之間的數(shù)字傳遞，控制機械運作方式、運作時間、生產模式來實現(xiàn)最優(yōu)的水、農藥和化肥施用。日本推出基于人工智能的數(shù)字作物優(yōu)化平臺XARVIO FIELD MANAGER，農民可以在平臺上看到對作物各生長階段以及病害和雜草風險的實況及其未來的模擬，并獲得人工智能提供的管理措施建議。結合GPS導航、地理信息系統(tǒng)和傳感器，通過平臺與無人機、拖拉機、帶攝像頭和傳感器的機器人連接，讓機器人或智能機械負責繁重或有危險性的勞動，如農藥噴灑、收割、卸貨等，并根據(jù)傳感器收集的大數(shù)據(jù)和智能機器的機器學習，不斷改進農業(yè)生產管理方法，實現(xiàn)農業(yè)高質量增產。

（三）流通智能化

發(fā)達國家致力于利用人工智能和數(shù)字技術智慧化農產品流通，以削減成本和提高效率。美國制訂LACIE計劃和AGRESTARS計劃，利用遙感、地理信息系統(tǒng)等技術對美國以及全球糧食作物的種植面積、種植品種、生長狀況、病蟲害、自然災害進行監(jiān)測和產量預測，并據(jù)此為農業(yè)生產者提供準確的市場供求預測，引導生產和國際貿易等信息，為美國農業(yè)提高流通效率、占領全球市場和避免市場風險搶占先機。歐盟提出智慧農產品流通研究計劃，管理部門與生產企業(yè)共同利用數(shù)字技術、區(qū)塊鏈技術標記蔬菜生產管理措施、地理位置信息和質量標準等相關信息，通過區(qū)塊鏈不可篡改、可追溯優(yōu)點和實體產品數(shù)字化等特點，使消費者可以獲得自己所購買蔬菜的所有完備信息，克服農產品市場信息不對稱問題，從而保障了食品安全，滿足消費者的更高要求，提高了流通效率。荷蘭的《數(shù)字化戰(zhàn)略》明確提出大力推動數(shù)字化技術在農業(yè)生產鏈各環(huán)節(jié)的廣泛應用。其2020年食品和農場互聯(lián)網(wǎng)計劃（IOF2020）及智能農業(yè)樞紐計劃（SmartAgriHubs），利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和GPS定位等技術幫助200萬個分布全歐洲的農場實現(xiàn)數(shù)字化，將歐洲16個國家的合作者和銷售者聯(lián)結起來，實現(xiàn)農場與市場智能化對接，節(jié)省了流通成本。

（四）管理精細化

數(shù)字農業(yè)生產擺脫了傳統(tǒng)農業(yè)必須人工親自操作的局限性，實現(xiàn)農業(yè)設備不間斷、精細化的自動智能收集和處理數(shù)字信號，并將信號連續(xù)不斷傳輸至人工智能系統(tǒng)以幫助農民進行科學判斷和生產決策。精細化農業(yè)的基本特征是管理過程精細和資源投入精省。

美國將通過衛(wèi)星獲取的全國農業(yè)數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、風力、雨水、土壤成分等上傳送至農業(yè)數(shù)據(jù)平臺，農戶通過輸入地塊坐標即可下載相關數(shù)據(jù)，并獲得農業(yè)種植品種、種植密度、雜草消除、病蟲防治、肥料施用等系統(tǒng)提供的精準建議，克服了傳統(tǒng)的農業(yè)生產者憑經驗生產的局限，實現(xiàn)了成本降低、資源節(jié)約。歐盟推出以數(shù)字化為特征的“農業(yè)4.0”，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術將農作物生產管理數(shù)字化，根據(jù)農作物生長階段和環(huán)境變化，農業(yè)機械自動根據(jù)要求管理松土、施肥、修剪、除草、灌溉，傳統(tǒng)農業(yè)生產中的細枝末節(jié)生產經營活動自動由機械根據(jù)人工智能和大數(shù)據(jù)經驗來處理。同時，利用人工智能和大數(shù)據(jù)，制訂最優(yōu)農作物生長調節(jié)解決方案，并根據(jù)其地理位置和氣候環(huán)境特點，實現(xiàn)差異化的自動化、精準化、變量化作業(yè)，確保農作物高效、優(yōu)質生產和環(huán)境保護的實現(xiàn)。德國拜耳公司的數(shù)字農業(yè)支持系統(tǒng)及方案，通過田間監(jiān)測與人工智能識別系統(tǒng)，高效識別和分析作物生長階段和病蟲害信息，幫助農民優(yōu)化田塊單獨管理和農田統(tǒng)籌優(yōu)化。法國Naio Technologies推出的農業(yè)機器人——Dino，結合人工智能、GPS和農田傳感器，可以高精確度全天候除雜草雜物、緩解法國勞動力匱乏，符合日益嚴格的食品安全要求。

（五）推廣階段化

由于農業(yè)數(shù)字化需要完善的數(shù)字化農業(yè)公共基礎設施作為支撐，除了要具備的GPS定位技術、地理信息系統(tǒng)外，還需要移動信息傳輸系統(tǒng)、智能公共服務平臺，這需要巨量的前期投入，短期內沒有一個國家可以實現(xiàn)。因此，發(fā)達國家數(shù)字化發(fā)展并不是全面鋪開，而是重點在數(shù)字農業(yè)成本較低的農業(yè)重點地區(qū)實施，以便形成經濟和社會效益高的數(shù)字農業(yè)示范區(qū)，分階段分地區(qū)，由易到難，逐步帶動周邊地區(qū)推廣數(shù)字農業(yè)。

由于日本多為丘陵地形，農場面積也小，農業(yè)機械以小型為主，所以日本數(shù)字農業(yè)實施初期沒有考慮地理位置，而是選擇在鄰近市場、移動網(wǎng)絡等基礎設施完善且經濟較發(fā)達的地區(qū)開始。這些地區(qū)農戶收入較高，對數(shù)字農業(yè)機械的投資也有較高承受能力。同時，這些地區(qū)與市場距離近、農產品需求大和消費者也有較高價格承受能力，適合數(shù)字農業(yè)初始時期農產品質高價高的特點，保證數(shù)字農業(yè)較容易獲得利潤，從而對周邊地區(qū)形成示范效應，帶動周邊地區(qū)實施數(shù)字農業(yè)，逐步擴大數(shù)字化農業(yè)的經營規(guī)模，最終確保數(shù)字農業(yè)實現(xiàn)高效率、高產出和在保證高質量的前提下大幅度降低農產品成本。美國數(shù)字化農業(yè)主要集中于中部、北部和南部，這些地區(qū)是美國的玉米帶、棉花帶、小麥帶，當?shù)剞r場多且規(guī)模大，同種農作物的播種面積大，農業(yè)機械多，農場主對數(shù)字農業(yè)機械設備承受能力也高，數(shù)字農業(yè)基礎設施利用率和回報均較高，因此也具有較完善的數(shù)字化農業(yè)基礎設施。法國有22個大農業(yè)區(qū)，但數(shù)字農業(yè)優(yōu)先在巴黎盆地實施，主要是考慮到當?shù)赝恋仄秸?、農場規(guī)模大，主要農作物為小麥，其耕作機械化程度高；同時，當?shù)剞r場主收入高，移動網(wǎng)絡等基礎設施完善，數(shù)字化農業(yè)基礎設施農業(yè)投資相對較低，數(shù)字農業(yè)也容易獲得良好的經濟收益。

總的來說，發(fā)達國家都在加大力度推進數(shù)字技術與農業(yè)生產融合，也建設了許多數(shù)字農業(yè)示范區(qū)，體現(xiàn)出農業(yè)機械數(shù)字化、生產智慧化、流通智能化、種植精細化等特點。但是這些數(shù)字技術在農業(yè)中的應用離不開完善的基礎設施，因此發(fā)達國家除了大力完善地理信息系統(tǒng)、農業(yè)遙感系統(tǒng)、氣溫氣候監(jiān)測和網(wǎng)絡系統(tǒng)外，還致力于鼓勵企業(yè)和機構將主要農作物各生長階段、病蟲害、化學品、土壤的特征數(shù)字化，使人工智能系統(tǒng)能夠識別、分析、學習、管理，并向農業(yè)生產機械發(fā)出最優(yōu)決策指令，這也是數(shù)字農業(yè)發(fā)展中最為關鍵的一環(huán)。

二、對中國的啟示

（一）完善數(shù)字農業(yè)產權制度，激勵農業(yè)數(shù)字創(chuàng)造與運用

智慧農業(yè)依賴人工智能處理數(shù)字化信息來管理農業(yè)生產。高端人工智能具有自我學習和自我完善能力，這需要運用大量的人工標簽化的數(shù)據(jù)來進行機器學習和深度學習才能完成，因為數(shù)據(jù)也很難做到百分之百準確，所以樣本量越大，得到準確結果的概率也越高。然而，目前數(shù)字的產權不清晰且涉及到個人隱私，業(yè)務關聯(lián)的企業(yè)、農業(yè)生產者、消費者共同創(chuàng)造的數(shù)字也無法界定產權，企業(yè)使用這些數(shù)據(jù)也缺乏明確法律依據(jù)。農作物、病蟲害、土壤等數(shù)字化需要信息科學和農業(yè)科學兩個領域的專家共同協(xié)調開發(fā)，并且這些人工標簽化的數(shù)字需要投入大量人力和物力，如果其權利得不到保障，就會打擊農業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新發(fā)展，最終制約數(shù)字農業(yè)發(fā)展。

因此，應完善數(shù)據(jù)安全保護制度，規(guī)定數(shù)據(jù)創(chuàng)造過程中的所有權分配機制，規(guī)定具有承繼權、出讓權的數(shù)據(jù)類型，明確受法律保護或不受法律保護的數(shù)據(jù)類型的界限，使數(shù)據(jù)創(chuàng)造的利益相關方的利益得到保障和彼此制約，在充分利用數(shù)字的經濟利益時，避免惡意競爭和“殺熟”等非法使用數(shù)字的行為。同時也要建立合理的數(shù)據(jù)行業(yè)自律組織和數(shù)字司法體系，包括司法訴訟、違法違規(guī)舉報等制度，以解決智慧農業(yè)和數(shù)字農業(yè)時代所帶來的數(shù)據(jù)所有權矛盾，從而激勵農業(yè)相關各方努力創(chuàng)造出更多更高質量的數(shù)據(jù)。

（二）加大主要農產品核心數(shù)字技術研發(fā)投入，擴展數(shù)字農業(yè)界限以推動生產經營數(shù)字化改造

目前使用最多的農業(yè)數(shù)據(jù)是銷售數(shù)據(jù)，尤其是電子商務所帶來的消費者瀏覽、購買農產品或商家銷售農產品的數(shù)據(jù)，而缺乏農作物生長階段、生長環(huán)境、病蟲害狀況、土壤成分、地塊氣候等生產管理各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，從而嚴重制約了數(shù)字化設備應用和數(shù)字農業(yè)發(fā)展。目前這些生產環(huán)節(jié)的人工智能處于實踐階段，應用范圍和智能程度有限，還無法有效實施精細化、智能化、數(shù)智化農業(yè)生產經營。因此說明，數(shù)字農業(yè)初期應加大主要農產品核心數(shù)字的生成，以推動農產品產前、產中、產后的數(shù)字化改造。

1.建設農情數(shù)字。利用衛(wèi)星遙感、航空遙感、地面物聯(lián)網(wǎng)等手段，動態(tài)監(jiān)測重要農作物的種植類型、種植面積、土壤墑情、作物長勢、災情蟲情等，并對這些信息進行數(shù)字化處理，傳輸至數(shù)字平臺，以便農戶下載及智能農機設備可以識別、處理、應用這些數(shù)據(jù)，從而提升農業(yè)生產管理智慧化程度。

2.創(chuàng)建病蟲害和植保數(shù)字庫。構建農業(yè)病蟲害測報監(jiān)測網(wǎng)絡和植保防御體系，將監(jiān)測信息數(shù)字化后傳入數(shù)字平臺，實現(xiàn)重大病蟲害智能化識別和數(shù)字化防控。

3.建設數(shù)字田園。架設田間光電感應設備，收集相關地塊信息，將農業(yè)機械設備數(shù)字化和智能化，以推動智能感知、智能分析、智能控制技術與裝備在大田種植和設施園藝上的集成應用；建設環(huán)境控制、水肥藥精準施用、精準種植、農機智能作業(yè)與調度監(jiān)控、智能分等分級決策系統(tǒng)，發(fā)展智能“車間農業(yè)”，推進種植業(yè)生產經營智能管理。

4.構建產品數(shù)字標記。推進農場、農貿市場、超市、農業(yè)生產資料企業(yè)信息數(shù)字化，實現(xiàn)相關方的直連直報，實現(xiàn)農業(yè)生產資料購買和農產品生產、流通、銷售各環(huán)節(jié)信息互聯(lián)互通及可追溯性。

（三）以大城市周邊數(shù)字農業(yè)示范區(qū)為突破點，逐步完善數(shù)字農業(yè)基礎設施和服務體系

由于數(shù)字農業(yè)需要較多的數(shù)字設備投入，若相關數(shù)字平臺、數(shù)字生產和流通設施不完善，就會導致先進的數(shù)字化技術不但沒有實現(xiàn)農業(yè)成本節(jié)約，反而具有較高成本，以至于農產品市場售價也高于普通農產品。此時數(shù)字農業(yè)的競爭力就在于品質而非成本。而大城市居民收入較高，對農產品高品質具有較強偏好，且對其價格不敏感，這就為數(shù)字農業(yè)提供了較強的市場需求。因此，數(shù)字農業(yè)應該首先選擇大城市周邊或經濟發(fā)達地區(qū)作為試點，以保證數(shù)字農業(yè)實現(xiàn)較高經濟效益和示范效應，引導其他地區(qū)模仿數(shù)字農業(yè)生產模式，有效降低數(shù)字農業(yè)和智慧農業(yè)投資的邊際成本，并獲得規(guī)模經濟效應，充分實現(xiàn)數(shù)字農業(yè)高品質和低成本的競爭優(yōu)勢，推動傳統(tǒng)農業(yè)全面向數(shù)字農業(yè)轉型。

完善數(shù)字農業(yè)基礎設施和服務體系，完善和升級改造農村通信網(wǎng)絡基礎設施，大力降低農村居民網(wǎng)絡使用費用，鼓勵農村居民家庭普及手機和計算機等信息化終端。完善農業(yè)科技信息數(shù)字化服務平臺，引導各類社會主體利用農業(yè)數(shù)字化技術開展市場信息、農資供應、廢棄物資源化利用、農機作業(yè)、農產品初加工、農業(yè)氣象“私人數(shù)字化定制”等領域的農業(yè)生產服務。結合衛(wèi)星導航系統(tǒng)，鼓勵相關企業(yè)有針對地完善農村耕地的地理信息，將相關的農業(yè)監(jiān)測設備與傳感器、農機設備、管理系統(tǒng)、物流設備、農產品加工設施接入移動網(wǎng)絡、地理信息系統(tǒng)和衛(wèi)星導航系統(tǒng)等實現(xiàn)物與物的對接，構建鄉(xiāng)村物聯(lián)網(wǎng)，支持傳統(tǒng)農業(yè)向數(shù)字化、智慧化轉變。

（四）推動人工智能與精準農業(yè)相融合，實現(xiàn)生產與需求的精準銜接

利用人工智能管理農業(yè)生產環(huán)節(jié)，把人工智能管理方式由傳統(tǒng)的農業(yè)生產數(shù)據(jù)收集、自動模型處理升級為人工智能參與生產管理、決策判斷以及完全自動化協(xié)作生產，既減輕勞動強度和勞動投入，又更加精準地管理控制生產過程，實現(xiàn)優(yōu)質、高效、節(jié)約的農業(yè)生產。同時，農業(yè)產業(yè)鏈不斷與物聯(lián)網(wǎng)、海量大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等新一代信息技術結合，結合市場端銷售大數(shù)據(jù)的反饋和訓練，使人工智能可以自動提前預知市場需求對產品品種、數(shù)量、特點、時間的準確要求，從而為生產者提出科學生產管理建議，并自動調節(jié)生產管理以適應市場需求。與智能供應鏈相連接，將農產品物流、銷售信息相關關聯(lián)，減少中間流程消耗成本，提高農產品新鮮程度。在主要農產品實施人工智能管理后，根據(jù)人工智能技術成本的下降情況，人工智能可以逐步提供更加豐富的應用場景和更加高效的解決方案，從而在育種、種植機械、病害害防治、采摘、農產品運輸、銷售、農業(yè)生產流通及消費的一切環(huán)節(jié)發(fā)揮不可替代的作用，完全實現(xiàn)市場需求與農業(yè)生產的精準銜接。