數字技術是高標準農田的高字秘訣

針對高標準農田規(guī)劃、建設和管護等方面的現(xiàn)實需求，依托物聯(lián)網、大數據、區(qū)塊鏈、遙感等現(xiàn)代信息技術搭建高標準農田信息管理平臺，建設天空地農田監(jiān)測體系、農田大數據中心和應用服務系統(tǒng)，實現(xiàn)農田建設數字化、農情監(jiān)測精準化和農業(yè)生產自動化，全面提升高標準農田的建設效率和糧食生產能力，為實現(xiàn)國家糧食安全、建設農業(yè)強國奠定堅實基礎。

高標準農田數字化背景與意義

高標準農田是糧食安全保障

糧食安全是“國之大者”，保障國家糧食安全的根本在耕地。黨的二十大報告強調，要“牢牢守住十八億畝耕地紅線，逐步把永久基本農田全部建成高標準農田”。高標準農田建設的核心內容是在田、土、水、路、林、電、技、管八個方面進行提升，達到土地平整連片、水利灌溉設施完善、土壤肥沃、防災抗災能力強、高產高效的標準，最終實現(xiàn)農田質量高、產出能力強、抗災能力強和資源利用率高，是落實“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略的關鍵。

黨的十八屆三中全會以來，我國高度重視高標準農田建設，這一重要議題已經連續(xù)十余年寫入中央一號文件。截至2023年底，全國已累計建成高標準農田超過10億畝，建成了一大批旱澇保收、高產穩(wěn)產的優(yōu)質良田。目前，我國農田有效灌溉面積占全國耕地面積的54%，生產了全國總量75%以上的糧食和90%以上的經濟作物，為穩(wěn)定糧食產能提供了重要支撐。近年來的高標準農田建設實踐表明，建設高標準農田可實現(xiàn)耕地高效利用、科學管理及保障農民增收，穩(wěn)固和增強糧食生產能力，確保國家糧食安全，是落實鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和推動農業(yè)強國建設的重大舉措和關鍵一招。

智慧農業(yè)發(fā)展日新月異

全球進入數字經濟新時代，據有關單位預測，到2025年，中國數字經濟規(guī)模將突破60萬億元，數字經濟投入產出效率提升至3.5左右。

智慧農業(yè)是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的重要方向，能以更低成本、更少投入達到同等乃至更高收入，同時改善生態(tài)條件，提升種植水平，提高生產效率。綜合利用農業(yè)資源，高質高效發(fā)展智慧農業(yè)是實現(xiàn)經濟和環(huán)境效益雙豐收的必經之路，是國際社會共同認可的農業(yè)發(fā)展方向，是符合我國國情的現(xiàn)實選擇，也是實現(xiàn)農業(yè)優(yōu)質高效和可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)選途徑。

高標準農田數字化應用漸次展開

近年來，高標準農田建設越來越重視農業(yè)信息化、智能化建設，致力于實現(xiàn)高效化、信息化、綠色化。各地不斷提升標準、加大投入，將新的信息化技術、裝備和模式等應用于高標準農田建設與改造提升。高標準農田通過實現(xiàn)方案數字化設計、設備智能化控制和農田科學化管理，從而提升設施裝備水平、高標準農田建設水平和產出能力。

高標準農田數字化建設方案

高標準農田數字化是指在農田規(guī)劃、建設、管理、運營等全過程中，深度融合物聯(lián)網、大數據、云計算、人工智能等現(xiàn)代信息技術，實現(xiàn)對農田環(huán)境、作物生長、資源利用等關鍵要素的精準感知、智能決策和高效管理。這一過程旨在構建集數據采集、分析處理、智能控制于一體的農田管理體系，以科技賦能提升農田綜合生產能力和可持續(xù)發(fā)展水平。

技術架構

全接入一標準：制定統(tǒng)一終端接入協(xié)議規(guī)范，降低平臺對接成本，提高終端管理效率。

全數據一張網：依托以4G/5G為核心的通信網絡，向下連接各類物聯(lián)網設備，向上承載平臺應用。

全產業(yè)一條鏈：依托區(qū)塊鏈技術，構建各類應用子系統(tǒng)形成農業(yè)產前、產中以及產后的完整鏈條。

全域一張圖：依托遙感衛(wèi)星技術，實現(xiàn)全域耕地數據提取與展示。

全服務一門戶：提供應用系統(tǒng)統(tǒng)一入口、統(tǒng)一監(jiān)控指揮中心、農戶統(tǒng)一客戶端等，有效規(guī)避煙囪架構和數據孤島問題。

硬件建設

1.環(huán)境監(jiān)測站

農業(yè)環(huán)境監(jiān)測站通過組合氣體傳感器和土壤傳感器實現(xiàn)農業(yè)生產環(huán)境氣象和土壤墑情的綜合數據監(jiān)測，利用4G/5G/Wi-Fi實現(xiàn)實時數據傳輸，為管理者提供數據分析統(tǒng)計等決策依據。

（1）土壤墑情監(jiān)測設備。通過組合多種土壤傳感器監(jiān)測土壤溫度、土壤濕度、土壤電導率、pH值、氮磷鉀等微量元素數據，配備物聯(lián)網模塊，實時上傳監(jiān)測數據至管理平臺。

（2）農業(yè)氣象監(jiān)測設備。可監(jiān)測風速、風向、空氣溫濕度、氣壓、降雨量、PM10/PM2.5、噪聲、二氧化碳、光照強度、氧含量、蒸發(fā)量、總輻射等氣象數據，配備物聯(lián)網模塊，實時上傳監(jiān)測數據至管理平臺。

2.植保監(jiān)測站

通過部署殺蟲燈、蟲情測報燈、病菌孢子采集儀等設備，通過網絡遠程控制并實時傳輸病蟲害監(jiān)測數據，實現(xiàn)病蟲害的監(jiān)測及預警。

（1）智能蟲情測報設備。采用光電和數控技術能夠實現(xiàn)遠程開關燈和運行狀態(tài)顯示，可將蟲體按天收集并實現(xiàn)殺蟲和蟲體烘干等功能，智能物聯(lián)網蟲情測報燈能夠實現(xiàn)系統(tǒng)自動調節(jié)光源強度和時間，可定時智能拍攝高清蟲體照片并上傳至云平臺做統(tǒng)計分析，生成病蟲害處理辦法和建議。

（2）孢子捕捉儀采集設備?？沙掷m(xù)監(jiān)測農田中的微生物孢子，根據數據分析預測病害的發(fā)展趨勢，孢子實時采集拍照、智能分析和圖像傳輸比對可為管理農田和施藥決策提供重要依據，大幅提高病情測報的工作效率，降低人力成本。

（3）性誘集設備。集誘捕、數據統(tǒng)計傳輸于一體，可實現(xiàn)遠程手機控制開關機及拍照，采集拍照時間和張數，可通過系統(tǒng)查詢設備的離線在線狀態(tài)并在地圖上顯示，依托云服務實現(xiàn)對蟲情的監(jiān)測計數和統(tǒng)計分析，實現(xiàn)害蟲的定向誘集。

3.苗情可視化監(jiān)測站

苗情監(jiān)測主要是對農作物的生長情況進行實時視頻監(jiān)控，使用人員可以遠程關注作物生長情況，在作物的不同生長周期，根據需求指導灌溉、施肥、噴藥等。還可以通過平臺遠程控制球機觀測角度，利用回放功能查看歷史拍攝記錄。將田間的監(jiān)控設備、超聲波設備、灌溉設施、水利設施、植保設施等通過組建局域網或4G/5G網絡形成實時的可視化數據。

4.氣象監(jiān)測站

以觀測地點的代表性強、觀測儀器安全性好、檢修維護方便為原則，與其他地面氣象觀測站統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局，滿足高標準農田氣象保障所需的各類觀測信息。

5.墑情自動監(jiān)測站（點）

每5 000畝（約3.33平方千米）設置1個墑情自動監(jiān)測站（點），監(jiān)測采集土壤的溫度、濕度、電導率、pH值等數據，高度集成低功耗高精度傳感器，支持4G/5G/Wi-Fi等傳輸方式，可應用太陽能供電并接入全國土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)。

軟件平臺建設

按照統(tǒng)一標準、統(tǒng)一接口、統(tǒng)一功能進行模塊建設，實現(xiàn)數據和信息互聯(lián)互通、實時共享，打通數據鏈、信息鏈、業(yè)務鏈和管理鏈，以“一平臺、一張圖”的模式管理；打造數字化、智能化、信息化的現(xiàn)代農業(yè)園區(qū)，為高標準農田的生產經營者、作業(yè)管理員以及政府部門提供信息監(jiān)測上報、設備智能控制和作業(yè)高效管理等高水平信息化手段，發(fā)揮信息系統(tǒng)的綜合效益。

具體功能模塊包括以下幾部分。

1.高標準農田數據可視化平臺

數據可視化平臺可以實現(xiàn)高標準農田相關數據和信息的互聯(lián)互通、實時共享，打通高標準農田的數據鏈、信息鏈、業(yè)務鏈和管理鏈，以“一張圖”和可視化數據看板的形式形象展示，支撐高標準農田經營者、管理員以及有關部門對高標準農田進行信息全面監(jiān)測、設備智能控制和項目高效管理，構建高標準農田的數字化、智能化、信息化管理新模式。

2.農田地理信息采集系統(tǒng)

基于空間地理信息系統(tǒng)GIS技術，按照縣、鄉(xiāng)、村、水源分級顯示，形成科學、高效、豐富、安全可靠的農田灌溉系統(tǒng)管理檔案，展示各地塊屬性、道路信息、機井信息、渠網信息、渠系建筑物信息、田間物聯(lián)網設備及歸屬信息等。

3.智能灌溉控制系統(tǒng)

實現(xiàn)水肥藥的精準管理，應用智能水肥機和土壤墑情監(jiān)測儀，通過數據閾值設定、執(zhí)行各種灌溉模式和相應功能實現(xiàn)，軟件功能包含管理充值、故障報警、水量統(tǒng)計、流量統(tǒng)計、分析上傳等監(jiān)測預警功能。

4.農田綜合信息采集系統(tǒng)

采集農田區(qū)塊面積、土壤溫濕度、小氣候氣象環(huán)境、作物種類、種植面積等信息，建立農田多要素信息采集平臺、涵蓋田間地下水位監(jiān)測平臺、多環(huán)境要素監(jiān)測平臺、田間可視化監(jiān)控信息平臺、耕地質量監(jiān)測平臺等。

5.農業(yè)植保監(jiān)測系統(tǒng)

通過蟲情測報管理模塊，實時監(jiān)測作物發(fā)生的病蟲害及數量，便于指導病蟲害預警防控工作，具備病蟲害疫情監(jiān)測、分析、預警功能，可以在地圖上按區(qū)域顯示植保設備的在線離線狀態(tài)，還可以實現(xiàn)手機、電腦遠程操作。

6.農事綜合管理系統(tǒng)

針對農作物的生長過程，記錄播種、施肥、用藥、灌水等全生命周期的生長管理信息，提升基地農事日常管理水平。功能涵蓋專家信息、搜索信息、信息公開、通知公告、農技知識、質量安全、植物疫病防治、農技推廣、良種推薦等。

7.農產品溯源系統(tǒng)

針對主要農產品，進行生長環(huán)境、投入品監(jiān)管、生產過程控制、檢驗檢測、收儲、貯藏、運輸、生產加工、產品銷售等全過程動態(tài)追溯，應用區(qū)塊鏈技術記錄每個環(huán)節(jié)的節(jié)點動作，保障全鏈條的可查可驗，對接省級農產品溯源平臺和國家級農產品溯源平臺，推進信息共享，實現(xiàn)示范區(qū)農產品生產有記錄、信息可查詢、流向可追蹤、責任可追究、質量有保障的目標。

8.高標準農田設施管護系統(tǒng)

主要反映項目區(qū)域內溝、渠、路、井、閘、涵、橋等農田水利設施的分布、規(guī)模以及責任人等信息。通過遙感技術掌握比對區(qū)域內的設施狀況，應用管護終端及時上傳設施異常情況，管理員可在系統(tǒng)內下派維護任務直至整改維護反饋完成，支撐田長制管理落地實施，管護責任到村到人，實現(xiàn)網格化精準管護。

9.手機控制終端建設

終端軟件包括手機移動端（微信小程序和App），功能涵蓋政策、資金、農藝培訓、植保監(jiān)測及預警、氣象災害監(jiān)測預警、智能灌溉、巡查維護和管護等，方便使用者及時了解作物生產情況、墑情情況、種植管理相關信息，并支持相關信息數據錄入、查詢、統(tǒng)計、分析、導出等。

高標準農田數字化系統(tǒng)功能

通過智能灌溉、可視可溯源、智慧農機、智能監(jiān)測、無人機巡查、農業(yè)大數據應用、智慧農業(yè)管理等功能模塊，實現(xiàn)對農田的實時監(jiān)測、運維管理、指揮調度、風險預警和決策支持。

全流程監(jiān)管，讓主管部門制定農業(yè)決策變得更“容易”。通過現(xiàn)代信息技術，整合高標準農田示范區(qū)建設數據，構建“一張圖、一張網、一個中心，一個平臺、一體化”的“數字糧田”時空信息平臺，形成農業(yè)大數據中心。數智化管理，讓老百姓種田變得更“容易”。通過數字化平臺，原來“臉朝黃土背朝天”的農民實現(xiàn)了對高標準農田的智能化管理。在農業(yè)作業(yè)方面，高標準農田的項目核心區(qū)域實現(xiàn)了全覆蓋，農業(yè)設備更齊全，布置密度更高。在無線網絡的支撐下，將智能物聯(lián)網灌溉控制終端、機井首部配套裝置連成一體，實現(xiàn)灌溉用水的啟?？刂?、水電計量、數據監(jiān)測、水泵故障預警。通過智能灌溉實現(xiàn)水肥“按需分配”，提高水肥利用率，達到節(jié)水、節(jié)肥、改善土壤環(huán)境的目標，實現(xiàn)糧食生產提質增效。在農田管理方面，在“智慧農業(yè)云平臺”控制室的大屏中，農田地理信息、智能灌溉控制、農業(yè)植保監(jiān)測、農業(yè)氣象監(jiān)測、環(huán)境災情預警等高標準農田信息一目了然。通過實時監(jiān)測和分析農田環(huán)境、作物生長情況，農民可以對農田進行智能化調控。農民種植小麥全程可實現(xiàn)智能化、機械化操作，極大地提高了農田管理效率，一個人管幾百畝糧田不再是“天方夜譚”。

高標準農田數字化應用效益

經濟效益

按照實施面積1萬畝（約6.67平方千米）計算，實現(xiàn)高標準農田數字化后，畝均糧食產量提升30%左右，約300斤，每畝人工費下降55%左右，約100元，畝均收入提升1倍以上，約400元，萬畝良田可直接產生經濟效益824萬元。

通過項目建設，構建農田環(huán)境監(jiān)測、預報、指揮決策等一體化系統(tǒng)，為相關部門作出決策并采取有效治理措施提供依據，有效支撐功能區(qū)業(yè)務管理，提升應急處置能力，降低災害帶來的經濟損失，間接提升經濟效益。

社會效益

高標準農田數字化建設加快推進農業(yè)集約化、規(guī)?；a，提升生產管理決策水平，項目有效集成了包括農業(yè)信息資源庫、農業(yè)數據處理系統(tǒng)、農業(yè)數據采集系統(tǒng)、專家知識庫系統(tǒng)等在內的農業(yè)數據資源系統(tǒng)，為精準調控提供科學依據，使農業(yè)逐漸地從依賴人與傳統(tǒng)農耕設備的生產模式轉向以人工智能、物聯(lián)網、大數據、云計算為中心的數智化生產模式，提升農業(yè)現(xiàn)代化水平，推動實現(xiàn)農業(yè)高質量發(fā)展。

生態(tài)效益

提升耕地質量，改善生態(tài)環(huán)境。通過對農業(yè)數字化的研究與建設，充分利用現(xiàn)代信息技術改造提升傳統(tǒng)農業(yè)，加強重要領域數據資源建設、配置水肥一體化技術設備等，有效提升技術管理水平，可以在一定程度上保證土壤的長期肥力和潔凈，增厚土壤養(yǎng)分含量，增加活土層，提高農田地力水平1—2個等級，土壤有機質含量在現(xiàn)有基礎上提高0.1個百分點，有效改善耕地質量，提高農產品產量與品質。

高標準農田的數字化管理可以大量減少化肥和農藥的不合理使用，促進改善農業(yè)生態(tài)環(huán)境，使農業(yè)的點源、面源污染得到有效控制，保證生態(tài)系統(tǒng)的平衡和安全，對生態(tài)農業(yè)和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

全國高標準農田正在有序建設中，建成后的管理使用將面臨較大挑戰(zhàn)，各地應建立高標準農田的日常管護和專項維護機制，積極鼓勵社會資本參與高標準農田的投資、建設、運營、管理，并保障投資主體的合理收益。

此外，農業(yè)管理部門應深入實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略，加強政策指導與工作調度，加強工程建設質量監(jiān)督和管理，優(yōu)化建設布局。數字技術在高標準農田建設中的應用實踐表明，智慧農業(yè)具有巨大潛力與廣闊前景。未來，應大力推進數字技術在農業(yè)領域的深度融合應用，以數智賦能農業(yè)產業(yè)升級，確保糧食安全，助力鄉(xiāng)村振興。