數(shù)字農業(yè)技術在山區(qū)果樹產業(yè)中的應用研究

陳紅艷，饒薔薇，肖 祎，鐘思玲，安 星

(安順市農業(yè)科學院，貴州安順 562100)

蜂糖李是貴州安順山區(qū)的優(yōu)良地方品種，依托當?shù)靥赜械臍夂颦h(huán)境資源優(yōu)勢，其生產出的蜂糖李含糖量高、品質優(yōu)且經(jīng)濟效益極高，當?shù)卣叨戎匾?，將其定為地方支柱產業(yè)之一，在適宜區(qū)域大面積推廣種植。但是，受破碎的山區(qū)地形條件限制及基礎設施設備投入不足等影響，蜂糖李主產區(qū)的生產方式仍以傳統(tǒng)的勞動力耕作為主，在陡峭的半坡上工人一擔一擔地將肥料挑入果園中，然后又一擔一擔地將蜂糖李挑出果園是目前山區(qū)果園常見的生產狀態(tài)。落后的栽培模式導致用工密集、投入成本高、生產管理粗放、產品質量低、溯源難等問題，各地蜂糖李以次充好，優(yōu)良地方品種產品品牌保護面臨巨大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)農業(yè)轉型升級勢在必行。

數(shù)字農業(yè)是將信息作為農業(yè)生產要素，用現(xiàn)代信息技術對農業(yè)對象、環(huán)境和全過程進行可視化表達、數(shù)字化設計、信息化管理的現(xiàn)代農業(yè)。數(shù)字農業(yè)使信息技術與農業(yè)各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)有效融合，對改造傳統(tǒng)農業(yè)、轉變農業(yè)生產方式具有重要意義[1-3]。早在1998年，美國就首次提出“數(shù)字地球”的概念，引發(fā)全球數(shù)字化發(fā)展熱潮，并揭開數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展大幕[4]。美國、英國、德國、日本、挪威、法國、澳大利亞、新西蘭、韓國等發(fā)達國家都在加速推進農業(yè)現(xiàn)代化進程，在數(shù)字鄉(xiāng)村、智慧農業(yè)等領域形成了較快的發(fā)展態(tài)勢，尤其是美國、歐洲的大型農業(yè)企業(yè)憑借其資金、技術等優(yōu)勢，在全球數(shù)字農業(yè)發(fā)展中占有較大的份額，并在全球數(shù)字農業(yè)市場規(guī)模中也占有較大規(guī)模和比重[5-6]。2022年國發(fā)2號文件專門對貴州提出了建設數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展創(chuàng)新區(qū)的戰(zhàn)略定位，作為欠發(fā)達地區(qū)農業(yè)省份，貴州積極抓住機會大力發(fā)展大數(shù)據(jù)產業(yè)，推動大數(shù)據(jù)和各產業(yè)深度融合，但在數(shù)字農業(yè)領域還處于起步階段。數(shù)字農業(yè)技術生產應用方面存在著生產模式落后，智能設備難以配套推廣應用，不同果樹品種、不同生態(tài)氣候環(huán)境數(shù)字化生產技術標準體尚未建立，數(shù)據(jù)指揮生產處于空白狀態(tài)等問題。鑒于此，筆者以安順市蜂糖李產業(yè)為例總結山區(qū)果樹數(shù)字農業(yè)技術的發(fā)展與應用情況，梳理當前果樹數(shù)字技術推廣應用的難點和問題，提出發(fā)展山區(qū)果樹數(shù)字農業(yè)的對策和建議，以期為提升山區(qū)果樹產業(yè)數(shù)字化水平、實現(xiàn)山區(qū)果樹產業(yè)智能化發(fā)展提供借鑒和參考。

1 數(shù)字果園的內涵

“數(shù)字果園”是通過現(xiàn)有信息和通信技術的充分利用，對果園生產、管理、經(jīng)營、流通、服務等領域進行數(shù)字化設計、可視化表達和智能化控制管理[7]。數(shù)字果園信息技術應用包含果園數(shù)字化管理與控制、果品質量與安全數(shù)字化管理與追溯、果品經(jīng)營流通數(shù)字化管理與電子商務3個方面。從信息內容看，數(shù)字果園涉及的數(shù)字化對象包括果園環(huán)境和果樹生長信息數(shù)字化、果園檔案和生產履歷信息數(shù)字化、果園經(jīng)營與流通信息數(shù)字化3個內容[8]。其中，果樹生長表型信息獲取是構建數(shù)字果園的基礎和關鍵步驟，果樹生長環(huán)境數(shù)據(jù)獲取是實施數(shù)字果樹技術的重要基礎。通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器結合人工智能采集果樹生長表型信息數(shù)據(jù)，通過在果園部署安裝低功耗、多節(jié)點的物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點及網(wǎng)絡系統(tǒng)，自動化采集果園的環(huán)境數(shù)據(jù)，形成果園環(huán)境大數(shù)據(jù)[9]。對果園天、空、地一體化觀測數(shù)據(jù)進行模式識別、機器學習和深度學習為代表的人工智能算法和專家系統(tǒng)，構建果園監(jiān)測預警技術體系[10]，結合果樹表型數(shù)據(jù)形成果園生產管理智能決策技術體系[11]，應用智能決策體系通過物聯(lián)網(wǎng)自動指揮生產，實現(xiàn)果園全程智慧生產管理。智能生產系統(tǒng)記錄生產管理全過程，建立果園檔案和生產履歷信息，實現(xiàn)農產品全程監(jiān)管數(shù)字化，形成物聯(lián)網(wǎng)+果品溯源區(qū)塊鏈的農產品溯源大數(shù)據(jù)服務中心，有效解決傳統(tǒng)追溯體系缺失所致的產品失信問題。通過一系列可利用的果樹、果園和果品等大數(shù)據(jù)信息，為果園管理提供數(shù)據(jù)、知識和服務，為果品營銷、產業(yè)融合等提供數(shù)字化、智能化和可視化技術、手段和內容[12]。

2 山區(qū)果樹數(shù)字技術發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 蜂糖李產業(yè)發(fā)展基本情況截至2020年底，安順市果園種植面積約56 300 hm2，其中蜂糖李種植面積約13 500 hm2，約占果樹種植面積的24%。蜂糖李產業(yè)主要分布在低海拔富熱區(qū)域，安順市海拔450～1 400 m地區(qū)均有分布，其中鎮(zhèn)寧縣為蜂糖李主產區(qū)，種植面積10 773 hm2，占比約80%,關嶺縣2 046 hm2，占比約15%。受喀斯特山區(qū)地貌影響，果樹產業(yè)幾乎都分布在坡地及丘陵地帶，種植在25°以上坡地的占比60%以上，約40%種植在緩坡丘陵地帶。種植模式落后，大多數(shù)果園順應山體形態(tài)依山而建，橫不成排豎不成列，果園毫無秩序可言。在修剪整形管理方面，80%以上的處于自然放任生長狀態(tài)，采摘困難，果園郁閉度高。在肥水管理方面，90%以上的果園依靠傳統(tǒng)人工勞作，生產管理成本高，肥水施用不科學，病蟲害防治不及時等導致產品質量低。

2.2 數(shù)字農業(yè)發(fā)展的基本情況隨著現(xiàn)代信息技術不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)農情監(jiān)測、冷鏈物流貯藏運輸、電商銷售、自動化節(jié)水灌溉水泵、水肥一體化滴灌、小型機耕設施等先進農業(yè)生產技術裝備在產業(yè)中的應用逐步出現(xiàn)。目前，安順市有大型蜂糖李冷鏈物流倉儲庫、分級包裝生產線，農情氣象監(jiān)測點在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布。在電商物流服務方面，京東、順豐等服務平臺專門在主產區(qū)設立貨物轉運服務點、空運物流分撥中心，保證每天都有新鮮產品運往全國各地。電商綜合服務站全面投入運營，產品線上銷售模式也不斷拓寬，淘寶、京東、天貓等各類網(wǎng)店平臺均有貨銷售，抖音營銷、直播帶貨等現(xiàn)代銷售模式蓬勃發(fā)展，電商化水平提高迅速。

3 果樹數(shù)字技術應用概況

3.1 果園數(shù)字化生產管理情況目前，蜂糖李果園在生產管理上主要應用的數(shù)字化技術有遙感無人機使用、水肥一體化自動節(jié)水滴灌技術應用。其中，遙感無人機和水肥一體化自動節(jié)水滴灌技術相對成熟，90%以上果農了解遙感無人機噴藥技術，但由于遙感無人機價格較高，一般果農無購買能力，僅有極少數(shù)有條件的果園采取購買服務的方式開展飛機噴灑農藥業(yè)務，應用率不到10%。部分果園安裝了水肥一體化設施，果園管網(wǎng)通達，蓄水設施齊全，可實現(xiàn)自動化澆水、施肥，但以種植經(jīng)驗比較豐富的果農企業(yè)為主，蜂糖李產業(yè)上90%以上的果園依舊靠自然灌溉，人工施肥。

3.2 數(shù)字化社會服務應用情況在數(shù)字化社會服務應用方面，目前產品流通銷售環(huán)節(jié)數(shù)字技術應用相對成熟。在產品營銷信息服務方面，產品成熟時間、數(shù)量、價格、市場需求量等信息有專門的管理平臺進行收集，及時對外發(fā)布，生產者和銷售者可根據(jù)信息進行產品采摘銷售。在產品銷售平臺服務方面，電商蓬勃發(fā)展，京東、天貓、淘寶等平臺為生產者提供多個銷售渠道，產品銷售市場可面向全國各地，抖音、直播帶貨平臺等可為消費者提供產品生產基地信息、產品實時動態(tài)等，深受消費者歡迎，逐步成為電商主流。在氣象預測預報服務方面，目前監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可準確地為生產區(qū)提供天氣預報，預警洪澇災害、冰雹災害等。

4 數(shù)字技術應用存在的問題

4.1 栽培模式落后受喀斯特地貌影響，果樹產業(yè)幾乎都布局在坡地及丘陵地帶，大多數(shù)果園順應山體表面形態(tài)依山而建，橫不成排豎不成列，果園毫無秩序可言，果園水、光、熱、氣、土、肥資源利用效率低。果園栽培管理依靠傳統(tǒng)的人工作業(yè)，肥料農藥物資投放依靠人工經(jīng)驗，新的數(shù)字智控技術、機械化、智能化生產技術應用困難，生產費工費時、效率低、成本高、效益低。

4.2 數(shù)字化基礎設施欠缺一是光纖寬帶、物聯(lián)網(wǎng)等信息基礎設施不完善，盡管農村網(wǎng)絡已全面實現(xiàn)100%覆蓋，但在部分生產區(qū)物聯(lián)網(wǎng)絡尚未實現(xiàn)全覆蓋。二是數(shù)據(jù)采集硬件設施缺乏，如天空地一體化觀測硬件基礎設施氣象觀測站、傳感器、智能監(jiān)控等。目前，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設有氣象觀測站，但也僅收集到氣象六要素，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)甚至只能收集到溫度和降雨量，在農田小氣候監(jiān)測方面由于設施缺乏數(shù)據(jù)收集幾乎處于空白狀態(tài)。三是山區(qū)生產環(huán)境落后，目前蜂糖李產區(qū)除剛建設的機械化生產示范點可初步實現(xiàn)機耕機種外，其他地方只有機耕道通往生產區(qū)，而無二、三級生產道進行機耕作業(yè)，除極個別生產條件較好的區(qū)域安裝有相應的肥水一體化設施外，其余地方均無相應設施設備，生產管理完全靠天靠人力。

4.3 智能管控標準體系缺乏蜂糖李在不同生態(tài)氣候環(huán)境中生長勢不一致，管理技術措施也不一致。而目前在蜂糖李產業(yè)的數(shù)字化研究中，果樹表型信息獲取方面尚未開展系列研究及信息采集，表型數(shù)據(jù)缺失，無數(shù)據(jù)樣本支撐智能決策體系的建設。在果園環(huán)境信息采集方面，山區(qū)立體環(huán)境復雜多變，同一生產區(qū)域垂直海拔差異大，氣候環(huán)境也不同，而現(xiàn)有農田小環(huán)境中氣象監(jiān)測點數(shù)量不足，收集到的數(shù)據(jù)樣本不足以支撐病蟲害預警體系的建設，果園大數(shù)據(jù)是支撐智能化生產的前提，數(shù)據(jù)缺失導致生產管理智能化控制技術形成受阻，果園檔案和生產履歷數(shù)字化無法形成，果品溯源也難以實現(xiàn)。

4.4 數(shù)字化社會服務不健全一是服務信息數(shù)據(jù)缺失，不能形成相應的數(shù)字服務標準和體系。例如，在病蟲害預測預報方面，由于缺少智能系統(tǒng)預警，常常在病蟲害發(fā)生后才進行救治，導致病蟲害發(fā)生嚴重，數(shù)據(jù)預警決策的先進性無法體現(xiàn)。二是在數(shù)字農業(yè)生產關鍵領域和薄弱環(huán)節(jié)的規(guī)模化服務供給能力不足。例如，在測土配方施肥、病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治、農機服務方面，相應的儀器設備投入過高，中小型生產戶難以承擔，而相應的服務機構，如縣農機服務中心主要針對大田作物開展服務，在果樹產業(yè)上服務能力嚴重不足，現(xiàn)代化“一站式”服務無法實現(xiàn)。三是在智庫服務方面，已建的網(wǎng)絡專家?guī)煸趨R集專家數(shù)量、推進專家信息公開方面有了一定進步,但仍存在覆蓋面小、信息來源單一、用戶使用不友好、功能簡單以及重復建設等問題。培訓指導多數(shù)依賴于田間現(xiàn)場指導培訓，由于專業(yè)技術人員數(shù)量有限、跟蹤服務不及時，技術指導培訓難以見成效。

5 數(shù)字果園發(fā)展對策

5.1 加大政府對數(shù)字農業(yè)扶持力度一是加大數(shù)字農業(yè)項目建設力度，加強數(shù)字農業(yè)試點項目建設與示范，推進農業(yè)數(shù)字化轉型。二是積極優(yōu)化農業(yè)農村投資環(huán)境，探索村集體經(jīng)濟股權設置方式，引入社會資本，加大對數(shù)字農業(yè)建設資金支持力度。三是完善產品和服務政府補貼政策，加大補貼力度，在數(shù)據(jù)共享平臺建設、數(shù)字信息系統(tǒng)運營維護、數(shù)字設施裝備采購、人才培養(yǎng)等方面給予更多政策支持和指導，保障數(shù)字農業(yè)項目具備自我造血功能和可持續(xù)性發(fā)展。

5.2 加強數(shù)字果園基礎設施建設一是加快推進農村地區(qū)光纖寬帶、物聯(lián)網(wǎng)等信息基礎設施建設，支持電信企業(yè)等深化農村及偏遠地區(qū)網(wǎng)絡建設和運行。二是加強天空地一體化觀測硬件基礎設施，如氣象觀測站、物聯(lián)網(wǎng)傳感器、智能監(jiān)控等基礎設施建設。三是加強流通環(huán)節(jié)分選包裝生產線、貯存保鮮庫、物流運輸設施裝備、流通交易市場等建設。四是加強山區(qū)生產環(huán)境條件改善，借鑒我國臺灣地區(qū)和日本的經(jīng)驗，將一定區(qū)域內零散且不便生產管理的山區(qū)農地，結合數(shù)字化生產使用標準建設機耕道、作業(yè)道、水肥一體化設施設備等基礎設施，使每一塊農地都利于機械化、智能化操作。

5.3 加快數(shù)字果園配套技術標準體系研發(fā)加大農業(yè)科技研發(fā)力度，開展山區(qū)果樹宜機化配套技術研究，改善山區(qū)果樹栽培模式，提升機械化水平。開展果樹數(shù)字技術體系研究，通過在不同海拔生態(tài)區(qū)域果園產區(qū)陣列多個傳感器，收集果樹表型和生長環(huán)境數(shù)據(jù)，將所獲取和積累下來的大量數(shù)據(jù)進行整合，通過分析、歸納、推理，掌握數(shù)據(jù)自身規(guī)律和它們之間的固有聯(lián)系，提取出對果樹生產經(jīng)營有效的信息資源，建立果樹生產管理農業(yè)專家智慧數(shù)據(jù)庫，構建果園監(jiān)測預警技術體系和果園生產管理智能決策技術體系，形成數(shù)字農業(yè)標準體系，為生產指導提供“數(shù)據(jù)+模型”的智能決策服務，實現(xiàn) AI 種植數(shù)字化管理。

5.4 完善數(shù)字化社會服務體系一是建設數(shù)據(jù)信息共享平臺，推進農業(yè)農村大數(shù)據(jù)資源應用，強化數(shù)據(jù)挖掘，分析預測能力建設，深入推進數(shù)據(jù)開放共享，不斷強化數(shù)據(jù)對管理決策的支撐。二是強化數(shù)字農業(yè)生產關鍵領域和薄弱環(huán)節(jié)的規(guī)?；展┙o，搭建區(qū)域性農業(yè)社會化服務綜合平臺，為農業(yè)生產經(jīng)營主體提供測土配方施肥、病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治、機耕機收、產業(yè)鏈管理等現(xiàn)代化 “一站式”服務。三是完善網(wǎng)絡專家服務平臺建設，推動智庫服務供給端信息公開,為智庫服務需求方獲得高質量決策咨詢服務提供支持。四是完善《農產品質量安全追溯管理辦法》及配套制度標準，加強與市場監(jiān)管、商務等部門的溝通協(xié)調，推動跨部門追溯平臺對接，實現(xiàn)農產品生產經(jīng)營全程追溯業(yè)務協(xié)同和信息共享。

6 結語

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能以及機器人技術的不斷完善和成熟，以全天候、全過程、全空間無人化作業(yè)為特征的無人農場生產模式將成為未來農業(yè)發(fā)展的新模式和方向，而果樹、果園數(shù)字化構建將驅動果園機器人、無人機等智能裝備精準作業(yè)。通過數(shù)字果樹技術和導航技術結合，構建果園作業(yè)自動駕駛服務，數(shù)字果樹技術和機器人控制技術結合，構建果園植保、修剪和采摘等無人化作業(yè)服務，數(shù)字果樹技術和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結合，構建果園智能灌溉和預警服務，數(shù)字果樹生產檔案與信息技術結合，構建果樹產品追溯智能化服務，將果樹從種植和倉儲環(huán)節(jié)、運輸和銷售環(huán)節(jié)，進行全產業(yè)鏈的數(shù)字化可信溯源，以可視化的形式呈現(xiàn)給消費者，形成數(shù)字化品牌營銷服務模式，最終實現(xiàn)山區(qū)果樹產業(yè)數(shù)字化、現(xiàn)代化、智能化、品牌化高質量發(fā)展。