周賽杰

（浙江虞盛農(nóng)業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江紹興 312000）

目前，中國(guó)特色社會(huì)主義進(jìn)入了新時(shí)代。我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)力呈現(xiàn)飛速發(fā)展趨勢(shì)，綜合實(shí)力和國(guó)際地位大幅度跨越和提高。同時(shí)，人們生活需求也發(fā)生了明顯變化，不再局限于衣食住行等物質(zhì)方面的 “硬需求”，而是更加關(guān)注民主化、法制化、公平、正義、安全、環(huán)境等領(lǐng)域的“軟需求”。

研究表明，為了更好地保障農(nóng)產(chǎn)品總量供給充裕，我國(guó)農(nóng)業(yè)主要以增加農(nóng)業(yè)化學(xué)產(chǎn)品投入、土地資本要素投入、機(jī)械投入等常規(guī)動(dòng)能為基礎(chǔ)，完成“總產(chǎn)平衡、豐年有余”的目標(biāo)，甚至產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過(guò)剩，農(nóng)業(yè)的產(chǎn)出也不能立即消化，形成了資源的損耗[1]。與此同時(shí)，以常規(guī)動(dòng)能為基礎(chǔ)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展所產(chǎn)生的環(huán)境污染也令人擔(dān)憂(yōu)。在發(fā)展以增加高產(chǎn)優(yōu)良種子為核心并搭配改良灌溉施肥技術(shù)的模式下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大影響[2]。從農(nóng)產(chǎn)品安全和環(huán)境保護(hù)的角度考慮，利用數(shù)字化信息技術(shù)賦能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要路徑。當(dāng)前，全球農(nóng)業(yè)科技項(xiàng)目的投資重點(diǎn)已轉(zhuǎn)向生物技術(shù)、農(nóng)場(chǎng)管理、農(nóng)業(yè)機(jī)器人裝備等農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈上游的技術(shù)革新，數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)是關(guān)鍵。如今，我國(guó)要充分發(fā)揮數(shù)字信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)層面的應(yīng)用，推動(dòng)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，還存在一定難度。因此，迫切需要充分釋放數(shù)字技術(shù)力量，全方位促進(jìn)數(shù)字農(nóng)業(yè)改革，加快傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的更新改造。

1 數(shù)字農(nóng)業(yè)的概念

數(shù)字農(nóng)業(yè)是指在地理空間與物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)支持下系統(tǒng)化、集約化、信息化的綜合性農(nóng)業(yè)技術(shù)。數(shù)字農(nóng)業(yè)是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，借助云計(jì)算技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，基于多學(xué)科、跨行業(yè)的融合，在很大程度上不受空間和環(huán)境的制約，高集約化生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的綜合性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式。數(shù)字農(nóng)業(yè)充分利用現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)（包含種植業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)等）生產(chǎn)、管理、流通等過(guò)程進(jìn)行全面的數(shù)字化和可視化表達(dá)、分析、控制與管理。其本質(zhì)是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行可視化，將工業(yè)生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)化思想與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的理念遷移到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，將數(shù)據(jù)分析、機(jī)械傳動(dòng)、電子技術(shù)等與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面結(jié)合，按照人們的需求高效發(fā)展農(nóng)業(yè)。

2 數(shù)字農(nóng)業(yè)在溫室生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 傳感器技術(shù)

在數(shù)字化溫室的生產(chǎn)環(huán)境中，農(nóng)業(yè)傳感器的應(yīng)用成為數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展不可或缺的組成部分，傳感器的性能直接影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)出。針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多樣化的特征，先進(jìn)農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)的發(fā)展催生了種類(lèi)繁多的技術(shù)領(lǐng)域。按照檢驗(yàn)對(duì)象的不同，可以將先進(jìn)農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)分為生命信息傳感器技術(shù)與環(huán)境信息傳感器技術(shù)兩大類(lèi)。

生命信息傳感器技術(shù)是監(jiān)測(cè)動(dòng)植物整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中生理信息、生長(zhǎng)發(fā)育信息和病蟲(chóng)害信息的技術(shù)，例如作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的氮元素含量、作物生理信息指標(biāo)、化肥和農(nóng)藥等成分的殘留量等[3-4]。傳感器技術(shù)改變了農(nóng)業(yè)技術(shù)人員過(guò)去固有的單點(diǎn)檢驗(yàn)識(shí)別方法，引入了多種優(yōu)良的傳感方法，如光譜技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、味覺(jué)技術(shù)、微量元素識(shí)別技術(shù)等[5-8]，從智能化、精細(xì)化管理的角度進(jìn)一步推進(jìn)農(nóng)作物生命信息監(jiān)測(cè)方法的快速發(fā)展。

環(huán)境信息傳感器技術(shù)是對(duì)與動(dòng)植物生長(zhǎng)有關(guān)的水、空氣等環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行傳感檢測(cè)的技術(shù)?，F(xiàn)階段，環(huán)境信息傳感技術(shù)研究與應(yīng)用的重點(diǎn)是對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的土壤質(zhì)量、氣體進(jìn)行檢測(cè)以及對(duì)動(dòng)物飼養(yǎng)過(guò)程中環(huán)境氣體進(jìn)行檢測(cè)[9-11]。該方法對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行全面、快速、持續(xù)的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)分析，同時(shí)將評(píng)價(jià)結(jié)果即時(shí)應(yīng)用于植物高效生長(zhǎng)發(fā)育管理[12-15]。

目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的植物、土壤以及氣體信息感知設(shè)備多以單點(diǎn)測(cè)量和靜態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量為主，可以執(zhí)行動(dòng)態(tài)、持續(xù)測(cè)定的設(shè)備較少，成本高且精度不確定。此外，測(cè)量信息參數(shù)的無(wú)線(xiàn)可感知化與無(wú)線(xiàn)傳輸水平較低，常常導(dǎo)致物理線(xiàn)路過(guò)于復(fù)雜或者無(wú)線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等。目前，十分缺乏適用于農(nóng)業(yè)復(fù)雜環(huán)境下的微小節(jié)能型、穩(wěn)定型、環(huán)境適應(yīng)型、低成本與信息化的傳感器產(chǎn)品，難以滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)信息化高速發(fā)展的需求。

2.2 通信技術(shù)

農(nóng)業(yè)生命和環(huán)境數(shù)據(jù)的收集以及農(nóng)業(yè)設(shè)備的智能化、自動(dòng)化技術(shù)是區(qū)分?jǐn)?shù)字農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。網(wǎng)絡(luò)通信是數(shù)字農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)收集和監(jiān)控系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，把具有獨(dú)立功能的單個(gè)設(shè)備或子系統(tǒng)互相連接，同時(shí)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，達(dá)到分布式架構(gòu)的硬件配置、軟件資源的共享以及系統(tǒng)的全方位管控。通信網(wǎng)絡(luò)按照需要采取互不同的通信技術(shù)。根據(jù)傳輸介質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，通信技術(shù)可劃分成有線(xiàn)通信技術(shù)與無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。

高 峰等[16]研究表明，一般情況下，在小范圍的數(shù)字化溫室生產(chǎn)場(chǎng)景內(nèi)，如果僅實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)各種環(huán)境因子（如溫度、濕度和照度等）的監(jiān)測(cè)與自動(dòng)調(diào)整，有線(xiàn)通信技術(shù)是相對(duì)較好的選擇，因?yàn)橛芯€(xiàn)通信技術(shù)機(jī)器設(shè)備之間互通性強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性高、數(shù)據(jù)信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。若溫室內(nèi)要求更高的測(cè)量精度，則需要完善溫室內(nèi)各種自然環(huán)境因素（如溫度、環(huán)境濕度和光照強(qiáng)度）、土壤環(huán)境因素（如土層水勢(shì)和氮、磷、鉀的含量）以及作物的一系列生理指標(biāo)值（如水分脅迫聲發(fā)射信號(hào)、莖徑縮?。┑淖詣?dòng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析處理。在這種繁瑣的狀況下，有線(xiàn)通信技術(shù)通常不能滿(mǎn)足需求。如果采用無(wú)線(xiàn)通信方式，必須著重考慮網(wǎng)絡(luò)的可靠性和低延遲性，這也在很大程度上影響著系統(tǒng)的控制精度。

目前，數(shù)字農(nóng)業(yè)環(huán)境智能測(cè)控系統(tǒng)正在逐漸向信息化、智能化、自動(dòng)化以及無(wú)線(xiàn)化發(fā)展。但是，無(wú)線(xiàn)通信往往存在通信不穩(wěn)定、高延遲、可靠性較低等缺點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需要根據(jù)具體情況選擇合適的通信技術(shù)開(kāi)展數(shù)字農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的搭建。

2.3 農(nóng)業(yè)模型技術(shù)

農(nóng)業(yè)模型、農(nóng)業(yè)人工智能及數(shù)據(jù)分析等技術(shù)貫穿于數(shù)字農(nóng)業(yè)的信息感知、信息傳輸、信息處理與控制全過(guò)程，是數(shù)字農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)。因?yàn)楦兄铜h(huán)境兩大類(lèi)信息內(nèi)容是從數(shù)據(jù)信號(hào)到農(nóng)業(yè)參數(shù)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，所以需要很多的農(nóng)業(yè)模型來(lái)完成。信息傳輸包括有線(xiàn)信息傳輸、無(wú)線(xiàn)信息傳輸，2種方式都包含從數(shù)據(jù)到信息再到數(shù)據(jù)的整個(gè)過(guò)程，也需要大量的農(nóng)業(yè)模型進(jìn)行分析與處理。此外，信息的管理和操控主要對(duì)獲得的數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行研究和分析，然后制定對(duì)應(yīng)的管理方案，更加需要農(nóng)業(yè)模型的應(yīng)用。

使用不同的分類(lèi)方式能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)模型劃分為不同的類(lèi)別。根據(jù)不同的研究對(duì)象，農(nóng)業(yè)模型能夠劃分為農(nóng)業(yè)生物模型（包括農(nóng)業(yè)植物模型、動(dòng)物模型、微生物模型）、農(nóng)業(yè)環(huán)境模型（包括農(nóng)業(yè)氣象模型、農(nóng)業(yè)土壤模型）、農(nóng)業(yè)技術(shù)模型（包括農(nóng)業(yè)生物技術(shù)模型、生態(tài)技術(shù)模型、信息技術(shù)模型以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)后技術(shù)模型等）以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)模型（包括農(nóng)村經(jīng)濟(jì)計(jì)量模型、市場(chǎng)模型、管理模型）等。根據(jù)建模方式和自身特點(diǎn)的差異，農(nóng)業(yè)模型可分為經(jīng)驗(yàn)性模型、半機(jī)理性模型、機(jī)理性模型。其中，經(jīng)驗(yàn)性模型主要通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法構(gòu)建，其參數(shù)估計(jì)常用的數(shù)據(jù)信息難以反映土壤、管理、氣候以及其他狀況的變化，因而其結(jié)論不能進(jìn)行外推，也不能反映未來(lái)可能出現(xiàn)的氣候問(wèn)題的影響；機(jī)理性模型能夠很好地描述系統(tǒng)狀況變化的過(guò)程，可以對(duì)氣象與管理方式等外部變量作出反應(yīng)[17]；半機(jī)理性模型相應(yīng)地處于經(jīng)驗(yàn)性模型與機(jī)理性模型之間。

2.4 農(nóng)業(yè)智能化裝備技術(shù)

在數(shù)字農(nóng)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，往往會(huì)采用大量的農(nóng)業(yè)智能化機(jī)械設(shè)備，以減少對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的依賴(lài)，并且提高資源的利用率。

回顧過(guò)去50年水肥一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[18]，水肥一體化技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，如提高水肥利用效率、有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展等，不但可以大大減少化肥的使用，而且可以減少養(yǎng)分元素等的淋失破壞，增強(qiáng)土壤中磷、鉀等元素的流動(dòng)，進(jìn)而提高其利用效率。此外，其還可以改善土壤的理化性質(zhì)，保持土壤疏松，增加土壤孔隙度，不破壞土壤中的膠體結(jié)構(gòu)，保持穩(wěn)定的通氣特性，有利于作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育。然而，水肥一體化技術(shù)發(fā)展仍面臨諸多問(wèn)題：尚未基于土壤有機(jī)質(zhì)、作物種類(lèi)、生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期等施用化肥；水溶肥理化性質(zhì)與作物栽培技術(shù)、水肥一體化設(shè)備不匹配；水肥一體化技術(shù)宣傳推廣的深度以及廣度不足。

國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人技術(shù)起步相對(duì)較晚。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性，當(dāng)下存在機(jī)器人品類(lèi)不全、不夠智能、購(gòu)置成本高、操作復(fù)雜等諸多問(wèn)題，這也影響了農(nóng)業(yè)數(shù)字化進(jìn)程。

2.5 蔬菜采后管理技術(shù)

在眾多農(nóng)作物中，蔬菜采后管理技術(shù)的難度最大。蔬菜生產(chǎn)具有明顯的季節(jié)性與地域性，蔬菜自身具有含水量高、采摘后仍有生命的特點(diǎn)，很容易被機(jī)械設(shè)備損壞并發(fā)生腐爛。目前，蔬菜采后管理技術(shù)可分為6種，即簡(jiǎn)單貯藏、通氣庫(kù)貯藏、機(jī)械冷藏、氣調(diào)保鮮、減壓貯藏和輻射保鮮。

蔬菜的保鮮儲(chǔ)存仍存在較多問(wèn)題，如蔬菜采后管理重視不夠、冷藏和冷運(yùn)能力低、冷鏈物流體系尚未形成、蔬菜產(chǎn)品缺乏嚴(yán)格的包裝管理體系、對(duì)蔬菜采摘時(shí)信息化管理對(duì)策與采后儲(chǔ)藏性的聯(lián)系重視不足、蔬菜保鮮管理能力低等[19]。

在具體的生產(chǎn)過(guò)程中，現(xiàn)有栽培管理方法很難大幅提升蔬菜和水果的產(chǎn)量，而我國(guó)每年采摘后腐爛造成的損耗高達(dá)15%～20%。西方發(fā)達(dá)國(guó)家在農(nóng)產(chǎn)品采摘以后，第一時(shí)間進(jìn)行冷藏保鮮和生產(chǎn)加工。美國(guó)農(nóng)業(yè)總投入中，30%的資金用于采摘前，70%的資金用于采摘后；意大利、荷蘭的農(nóng)產(chǎn)品保鮮率為60%，日本在70%以上。采后產(chǎn)值與采摘時(shí)自然產(chǎn)值的比值，美國(guó)是 3.7∶1.0，日本是 2.2∶1.0，而我國(guó)僅為0.38∶1.00。我國(guó)大部分蔬菜在采摘后基本以初始狀態(tài)投入市場(chǎng)，損耗程度高，而美國(guó)的蔬菜采摘后損耗僅為1.7%～5.0%[20]。

2.6 數(shù)字化人才現(xiàn)狀

雖然我國(guó)大力發(fā)展數(shù)字化農(nóng)業(yè)建設(shè)，且互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)蓬勃發(fā)展，數(shù)字人才的數(shù)量也在大幅提升，但由于農(nóng)村建設(shè)落后，大量的本土人才流失，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的大都是老一輩農(nóng)民，學(xué)歷和知識(shí)儲(chǔ)備普遍較低，無(wú)法勝任專(zhuān)業(yè)的數(shù)字化農(nóng)業(yè)建設(shè)和生產(chǎn)活動(dòng)。人才是農(nóng)業(yè)數(shù)字化改革的核心，但數(shù)字化人才現(xiàn)狀不容樂(lè)觀(guān)，這對(duì)數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)是非常大的阻礙。

3 結(jié)論與展望

目前，數(shù)字農(nóng)業(yè)所需要的技術(shù)條件基本已經(jīng)具備，但同時(shí)存在著一些不足，主要不足有缺乏高精度和高可靠性的設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)、農(nóng)業(yè)模型的門(mén)檻較高、水肥一體化技術(shù)不夠精細(xì)化、蔬菜采后管理綜合性利用水平不高等。鑒于當(dāng)前數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，可以從以下幾個(gè)方面入手：加強(qiáng)新型農(nóng)業(yè)傳感器的研發(fā)，優(yōu)化現(xiàn)有傳感器的可靠性、穩(wěn)定性，并逐步降低其成本；提升在數(shù)字化溫室等復(fù)雜環(huán)境中通信技術(shù)的穩(wěn)定性；加強(qiáng)數(shù)字化農(nóng)技人才的培養(yǎng)，包括農(nóng)業(yè)模型、農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)貯藏調(diào)度等方面的專(zhuān)業(yè)人才。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)家的持續(xù)支持，硬件設(shè)備的智能化水平越來(lái)越高，通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性逐步提高，專(zhuān)業(yè)人才隊(duì)伍不斷壯大，數(shù)字農(nóng)業(yè)的前景將會(huì)一片光明。