陳奕延，李曄，李存金，李群

（1.北京理工大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院，北京 100081；2.南開大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展研究院，天津 300072；3.中國社會(huì)科學(xué)院 數(shù)量經(jīng)濟(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100732）

自人類學(xué)會(huì)使用生產(chǎn)工具以來，農(nóng)業(yè)活動(dòng)不僅成了揭示文明的有力證據(jù)[1]，也成了滿足人類基本生存需求的方式之一[2]。工業(yè)革命后，科技作為重要的生產(chǎn)力要素之一逐漸對農(nóng)業(yè)形成主導(dǎo)，并促使其愈發(fā)繁榮[3-5]。然而，新冠肺炎疫情的影響給全球農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展蒙上了陰影，引發(fā)了堪稱全球50 年來最為嚴(yán)重的糧食危機(jī)，波及至少25 個(gè)國家[6]。擁有14 億多人口、對糧食需求極大的中國能否安穩(wěn)度過此次危機(jī)，成為社會(huì)各界的關(guān)注焦點(diǎn)。中國作為一個(gè)擁有數(shù)千年農(nóng)耕文明的國家，其農(nóng)業(yè)活動(dòng)始于新石器時(shí)代[7]，迄今為止農(nóng)業(yè)依然是中國的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一，并肩負(fù)著14 億人民的溫飽需求。為積極應(yīng)對此次糧食危機(jī)，中國政府近期調(diào)整了糧食政策以滿足日益增長的飼料和糧食需求，包括減少玉米種植面積，恢復(fù)雙季稻種植，穩(wěn)定小麥面積，減少總休耕面積等[8]。

這次全球性的糧食危機(jī)將迫使中國深化農(nóng)業(yè)改革，除了用行政手段調(diào)整農(nóng)業(yè)耕種政策、優(yōu)化糧食種植類目外，深化農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、進(jìn)一步強(qiáng)化技術(shù)對農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)作用尤為重要。已有研究表明，新產(chǎn)品、新技術(shù)和新服務(wù)的出現(xiàn)能夠提高生產(chǎn)水平，能夠給行業(yè)市場帶來復(fù)蘇[9-10]。中國在遙感衛(wèi)星、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)上的開發(fā)研究與應(yīng)用已形成成熟的體系，并占據(jù)全球領(lǐng)先地位，這些前沿技術(shù)大多依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，因此也統(tǒng)稱這些技術(shù)為“數(shù)字技術(shù)”，它們?yōu)橹袊r(nóng)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了支撐。在這些技術(shù)中，較為新穎的是綠色數(shù)據(jù)中心。綠色數(shù)據(jù)中心有著穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、設(shè)計(jì)彈性等優(yōu)勢，能夠解決傳統(tǒng)數(shù)字中心高耗能、高污染的缺點(diǎn)，并為大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等其他數(shù)字化技術(shù)提供軟硬件支撐，為農(nóng)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)力量。本研究首先論證了綠色數(shù)據(jù)中心作為通用目的技術(shù)具有滲透性，在此基礎(chǔ)上以北京留民營生態(tài)農(nóng)場為例，根據(jù)北京留民營生態(tài)農(nóng)場的發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)，提出了一個(gè)基于綠色數(shù)字中心的數(shù)字化農(nóng)業(yè)框架，這一框架作為一項(xiàng)提案，被用于改進(jìn)北京留民營生態(tài)農(nóng)場的現(xiàn)有循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，同時(shí)也為該生態(tài)農(nóng)場提供了一條發(fā)展“數(shù)字化循環(huán)農(nóng)業(yè)”的路徑，為今后進(jìn)一步研究循環(huán)農(nóng)業(yè)數(shù)字化及其實(shí)踐提供了參考。

1 文獻(xiàn)回顧

數(shù)據(jù)中心（這是一個(gè)統(tǒng)稱，其類別包括模塊化數(shù)據(jù)中心、一體化數(shù)字中心、集成數(shù)據(jù)中心等）作為終端海量數(shù)據(jù)的承載與傳輸實(shí)體，支撐著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等前沿?cái)?shù)字化技術(shù)的發(fā)展，是信息化社會(huì)的基石，是國家信息化綜合實(shí)力的綜合體現(xiàn)之一。數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和計(jì)算能力將是國家之間開展信息化競爭力的重要指標(biāo)之一。根據(jù)2019 年的估計(jì)，2020 年中國規(guī)模以上的數(shù)據(jù)中心保有量超過8 萬個(gè)，建筑總面積超過3 000萬平方米，數(shù)據(jù)中心相關(guān)市場的環(huán)比增長率將達(dá)到30%[11]。然而，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心對能源的消耗越來越多[12]，全世界數(shù)據(jù)中心2020 年的總耗電量將超過5 000 億千瓦時(shí)[13]。截至2019 年，中國數(shù)據(jù)中心的耗電量已連續(xù)8年以超過12%的速度增加，預(yù)計(jì)2023 年的年度耗電量將達(dá)到2 670 億千瓦時(shí)[14]。在能耗結(jié)構(gòu)上，中國數(shù)據(jù)中心的耗電量來自煤電的比率高達(dá)73%，可再生能源發(fā)電的比率為23%，不足煤電的1/3，而作為清潔能源的核電的比率僅為4%[15]。數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)消耗了巨大的電量，這給節(jié)能減排的落實(shí)帶來了壓力，而且占主導(dǎo)地位的煤炭發(fā)電也給生態(tài)環(huán)境帶來了破壞[16-18]。此外，許多傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心由于規(guī)劃不合理，存在供電和制冷設(shè)備規(guī)劃過度、空間布局混亂、氣流組織模式低效、CPU 可用性冗余、線纜布置復(fù)雜繁瑣、機(jī)柜空置率高、整個(gè)數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)較低等問題[19]，這導(dǎo)致了數(shù)據(jù)中心在日常運(yùn)營上進(jìn)一步加劇了能源消耗、人力資源配置、資本投入等方面的浪費(fèi)，因此，為了減少污染，節(jié)約能源（主要是電力），節(jié)約成本，提高工作效率，綠色數(shù)據(jù)中心的發(fā)展得到了中國政府與社會(huì)各界的關(guān)注與支持。

當(dāng)前，綠色數(shù)據(jù)中心在中國國內(nèi)尚無統(tǒng)一的定義，但可以根據(jù)現(xiàn)有的綠色數(shù)據(jù)中心評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸納總結(jié)。參考2015 年中國工業(yè)和信息化部、國家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局和國家能源局共同發(fā)布的《國家綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)工作方案》[20]，2015 年中國住房城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《綠色數(shù)據(jù)中心建筑評價(jià)技術(shù)細(xì)則》[21]，2017 年中國工業(yè)和信息化部辦公廳、國家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局辦公室、國家能源局綜合司公布的《國家綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)評價(jià)指標(biāo)體系（2017）》[22]，以及中國電子學(xué)會(huì)、中國建筑學(xué)會(huì)等社會(huì)團(tuán)體發(fā)布的關(guān)于綠色數(shù)據(jù)中心評價(jià)的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)術(shù)界的已有研究[23-26]，可以將綠色數(shù)據(jù)中心定義為：“在保障服務(wù)安全可靠性的前提下，從建筑規(guī)劃、能耗排放、廢棄物處理、運(yùn)營管理等多方面實(shí)現(xiàn)對環(huán)境影響最小化，對資源利用最大化的數(shù)據(jù)中心”。在中國，綠色數(shù)據(jù)中心技術(shù)已開發(fā)出較多成熟的產(chǎn)品，比如華為開發(fā)的FusionModule500、FusionModule800、FusionModule1000A 系列產(chǎn)品，這些綠色數(shù)據(jù)中心多采用集成方式，將機(jī)柜、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、布線集成于一個(gè)箱體或容器內(nèi)，形成緊湊、科學(xué)、空間利用率高的數(shù)據(jù)中心。除華為外，中興通訊、DELL、KELONG、微軟、蘋果等品牌也開發(fā)或規(guī)劃了各式各樣的綠色數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，豐富了市場。此外，全球?qū)W術(shù)界也對綠色數(shù)據(jù)中心的研究投入了高度的熱情，包括對數(shù)據(jù)中心的地板散熱設(shè)計(jì)[27]、冷負(fù)荷與節(jié)能估算[28]、元件性能及壽命研究[29]、冷卻方式對比[30]、設(shè)備參數(shù)檢測與優(yōu)化[31]等。諸如此類的研究還有很多，但大多集中于對綠色數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)規(guī)劃、功能提升以及系統(tǒng)架構(gòu)，在農(nóng)業(yè)場景中應(yīng)用綠色數(shù)據(jù)中心的案例較少。

2 綠色數(shù)據(jù)中心與滲透性

通過文獻(xiàn)的梳理，我們可以歸納總結(jié)出綠色數(shù)據(jù)中心的一系列優(yōu)勢，譬如具備穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、經(jīng)濟(jì)可行性[28]、設(shè)計(jì)彈性[29]、操作靈活性以及低能耗等特點(diǎn)，能夠減少對環(huán)境的不利影響[30]等。雖然具備上述優(yōu)勢，但綠色數(shù)據(jù)中心是否能夠與農(nóng)業(yè)完美契合，取決于它是不是一項(xiàng)通用目的技術(shù)。通用目的技術(shù)（General-Purpose Technology）是指那些能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的技術(shù)創(chuàng)新[32]，比如電力、蒸汽機(jī)、計(jì)算機(jī)等。在工程領(lǐng)域，任何技術(shù)都可以成為通用目的技術(shù)的候選，只要滿足以下兩個(gè)條件[33]：第一，某些具體的應(yīng)用發(fā)明制造了持續(xù)學(xué)習(xí)如何讓技術(shù)變得“通用”的機(jī)會(huì)；第二，提高技術(shù)的通用知識能夠使“新的具體發(fā)明機(jī)會(huì)”（new specific invention opportunities）成為可能。這一概念主要應(yīng)用于技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域且較為抽象。在此基礎(chǔ)上，Carlaw 等[34]提出了通用目的技術(shù)的三項(xiàng)基本特征：第一，能夠與定義它或者支持它的技術(shù)形成互補(bǔ)；第二，能夠與通過它才能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)形成互補(bǔ)；第三，能夠與一組政治、社會(huì)或經(jīng)濟(jì)的變革性的技術(shù)形成互補(bǔ)。

對照以上三項(xiàng)特征，綠色數(shù)據(jù)中心能夠被認(rèn)為是一項(xiàng)通用目的技術(shù)。首先，綠色數(shù)據(jù)中心符合第一項(xiàng)特征，這是因?yàn)榫G色數(shù)據(jù)中心的節(jié)能要求使得它必須在IT 設(shè)備、機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等諸多軟硬件上采用節(jié)能技術(shù)，這些節(jié)能技術(shù)使得綠色數(shù)據(jù)中心變得“更綠色”，對綠色數(shù)據(jù)中心起到了支持作用，而為了使能耗更加節(jié)約，以IT 設(shè)備為例，綠色數(shù)據(jù)中心會(huì)采用高效智能電源、動(dòng)態(tài)制冷、低功率CPU 處理器等技術(shù)部件來降低能耗，這對IT 設(shè)備的節(jié)能性有了更高的要求，促進(jìn)了IT 設(shè)備節(jié)能性的進(jìn)一步發(fā)展，綠色數(shù)據(jù)中心與節(jié)能技術(shù)之間能夠相互支持，節(jié)能技術(shù)代表“綠色”，而沒有節(jié)能技術(shù)的綠色數(shù)據(jù)中心將退化為普通數(shù)據(jù)中心，代表“非綠色”，二者之間能夠形成互補(bǔ)；其次，綠色數(shù)據(jù)中心符合第二項(xiàng)特征，模塊化數(shù)據(jù)中心是綠色數(shù)據(jù)中心的一類，它的設(shè)計(jì)架構(gòu)是基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心虛擬化應(yīng)用的基礎(chǔ)之上，將服務(wù)器、存儲(chǔ)等諸多設(shè)備集成裝箱處理，形成緊湊的結(jié)構(gòu)布局，如果沒有綠色數(shù)據(jù)中心這一概念的產(chǎn)生，則自然不會(huì)有模塊化數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)生，而模塊化數(shù)據(jù)中心擁有的可擴(kuò)展性、能耗利用率高的特點(diǎn)也對綠色數(shù)據(jù)中心形成了補(bǔ)充，使其變得“更綠色”；最后，綠色數(shù)據(jù)中心符合第三項(xiàng)特征。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)的興起與人類社會(huì)對綠色發(fā)展的強(qiáng)烈夙愿，市場對綠色數(shù)據(jù)中心的需求越來越大，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算這些技術(shù)則必須依托綠色數(shù)據(jù)中心才能形成完整的技術(shù)配套設(shè)施，而大數(shù)據(jù)、云計(jì)算這些技術(shù)可以引導(dǎo)行業(yè)模式變革與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，具備引發(fā)經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革的能力，因此具有變革性，而綠色數(shù)據(jù)中心則可與上述技術(shù)形成互補(bǔ)。因此，綠色數(shù)據(jù)中心符合上述三項(xiàng)要求，是當(dāng)之無愧的通用目的技術(shù)。

通用目的技術(shù)的關(guān)鍵特點(diǎn)是“ 滲透性”（pervasiveness）[35]，具體來說，滲透性指的是某些特定技術(shù)能夠與其他技術(shù)、社會(huì)各個(gè)行業(yè)、各個(gè)生產(chǎn)生活環(huán)節(jié)緊密相連并有機(jī)結(jié)合，從而帶來革新的一種潛能[36]。農(nóng)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)創(chuàng)新體系的發(fā)展并提升農(nóng)業(yè)水平[37]，而數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)現(xiàn)往往依賴于數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用[38]，將數(shù)字技術(shù)集成到業(yè)務(wù)流程中可以提高生產(chǎn)力水平并創(chuàng)造新模式[39]。另外，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的新技術(shù)之間通過特定的方式進(jìn)行集成、協(xié)同或組合時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)顯著的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率提高[40]，這對農(nóng)業(yè)是非常有益的。滲透性則是通用目的技術(shù)的性質(zhì)，因此，如果綠色數(shù)據(jù)中心屬于通用目的技術(shù)，則它們可以利用滲透性與農(nóng)業(yè)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，為農(nóng)業(yè)的“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”提供契合點(diǎn)。在論證了綠色數(shù)據(jù)中心是一項(xiàng)通用目的技術(shù)且具有滲透性的基礎(chǔ)上，利用綠色數(shù)據(jù)中心對北京留民營生態(tài)農(nóng)場進(jìn)行技術(shù)架構(gòu)，提出一套基于綠色數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化循環(huán)農(nóng)業(yè)框架，以期幫助留民營生態(tài)農(nóng)場實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并在此基礎(chǔ)上最大限度提升其循環(huán)農(nóng)業(yè)的效率。

3 北京留民營生態(tài)農(nóng)場的數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案

3.1 案例背景介紹

北京留民營生態(tài)農(nóng)場位于北京市大興區(qū)長子營鎮(zhèn)，整個(gè)生態(tài)農(nóng)場占地面積142 公頃?，F(xiàn)有農(nóng)戶260 戶，人口861 人。工、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到3 億元，人均收入18 000 元。自1982 年開始，留民營便開始建設(shè)循環(huán)農(nóng)業(yè)體系，開發(fā)利用太陽能和生物能，通過幾十年的陸續(xù)建設(shè)與改造，最終形成了以沼氣為中心，串聯(lián)種植、養(yǎng)殖、加工、生產(chǎn)、供給、銷售、農(nóng)業(yè)觀光旅游一條龍的循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)[41]。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式下的物質(zhì)及能量都是單向流動(dòng)的，整個(gè)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)需要從外部汲取物質(zhì)和能量，而無法在系統(tǒng)內(nèi)部生成。當(dāng)外部汲取的物質(zhì)能能量進(jìn)入農(nóng)業(yè)系統(tǒng)后，則通過“資源→農(nóng)產(chǎn)品→農(nóng)業(yè)廢棄物”的單鏈條線性模式向外部排出。而北京留民營生態(tài)農(nóng)場采用的是生態(tài)農(nóng)業(yè)中的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，這一模式能夠通過農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部的合理組織，將部分可再生循環(huán)利用的農(nóng)業(yè)廢棄物作為資源再次利用，從而將整個(gè)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)耦合成一個(gè)物質(zhì)和能量的回流閉環(huán)，從而達(dá)到資源的節(jié)約與多次利用，這一模式具有提高資源利用率、消除環(huán)境外部的經(jīng)濟(jì)不確定性、節(jié)約資源，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境等特征。用化肥、糧田、牛飼料、奶牛、牛糞和牛奶這些元素分別構(gòu)建傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)，二者的區(qū)別如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)的區(qū)別

北京留民營生態(tài)農(nóng)場充分利用秸稈飼料化、禽畜糞便堆肥、沼氣發(fā)酵、太陽能、沼氣發(fā)電等方式，將養(yǎng)牛場、養(yǎng)雞場、養(yǎng)豬場、魚塘、農(nóng)田、苗圃、果園、食品加工廠、沼氣池、旅店、商店等有機(jī)鏈接起來，而作為能源供給核心的沼氣池節(jié)約了大量能耗并降低了對環(huán)境的破壞，使得整個(gè)生態(tài)農(nóng)場每年可以減少3 000 噸標(biāo)準(zhǔn)煤的使用，4.6 噸SO2排放，3.6 噸粉塵排放，以及720 噸的CO2排放[42]。此外，禽畜糞便、人類糞便以及生活污水、農(nóng)業(yè)污水、生活有機(jī)廢物、種植作物秸稈均可以作為發(fā)酵原料用以制作復(fù)合有機(jī)肥料，而使用這些復(fù)合有機(jī)肥料可以進(jìn)一步減少農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥殘留，并改善土壤的結(jié)構(gòu)，這也是留民營生態(tài)農(nóng)場盛產(chǎn)大量有機(jī)食品的主要原因，這些有機(jī)食品可以通過線下線上的銷售平臺面向公眾出售，游客也可以通過生態(tài)采摘的方式獲得這些有機(jī)食品，這進(jìn)一步促進(jìn)了農(nóng)場的生態(tài)農(nóng)業(yè)旅游等文娛項(xiàng)目，豐富了經(jīng)營范圍，同時(shí)能夠吸引更多游客[43]。

北京留民營生態(tài)農(nóng)場的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式以及業(yè)務(wù)多元化經(jīng)營方式為它贏得了諸多榮耀，包括“北京最美鄉(xiāng)村”“全國綠色村莊”等榮譽(yù)稱號，但隨著時(shí)間的推移，一系列缺點(diǎn)也逐漸浮出水面，包括2010 年被媒體曝光其下屬農(nóng)業(yè)公司使用虛假的產(chǎn)品質(zhì)量追溯碼、漏檢農(nóng)藥殘留量、用普通蔬菜冒充有機(jī)蔬菜以次充好[44]；同年，留民營生態(tài)農(nóng)場又被媒體和專家質(zhì)疑其有機(jī)蔬菜生產(chǎn)流程衛(wèi)生條件較差，種植有機(jī)蔬菜使用的有機(jī)復(fù)合肥存在大腸桿菌超標(biāo)，種植土壤存在抗生素殘留等問題[45]。此外，還存在中間商逐層分銷賺取利潤導(dǎo)致有機(jī)蔬菜價(jià)格過高、沼氣臭味影響有機(jī)蔬菜生產(chǎn)環(huán)境和工人健康，水質(zhì)土壤不理想，生產(chǎn)流程不規(guī)范，營銷模式“難以為繼”等問題[46]。

這些問題的背后是北京留民營生態(tài)農(nóng)場的數(shù)字化轉(zhuǎn)型問題，雖然采用了綠色、環(huán)保的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，但在包括產(chǎn)品生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)循環(huán)流程、市場營銷等方面仍然缺少開放、透明、高效精準(zhǔn)的有效管理，這不僅導(dǎo)致其品牌聲譽(yù)受到損失，也使得其農(nóng)業(yè)效率低下，有機(jī)農(nóng)業(yè)的投入成本大、回報(bào)周期長，獲得農(nóng)產(chǎn)品有機(jī)認(rèn)證需要經(jīng)過三年的土壤改良，有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量較低，無法獲得足夠的利潤預(yù)期來吸引投資商[46]。因此，必須對留民營生態(tài)農(nóng)場的農(nóng)業(yè)模式進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而提升其農(nóng)業(yè)水平。2018年10月，留民營村黨支部的領(lǐng)導(dǎo)在“留民營鄉(xiāng)村振興與黨建工作聯(lián)席會(huì)”上提出了實(shí)現(xiàn)留民營村“鄉(xiāng)村治理現(xiàn)代化、科技化、信息化和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級”的目標(biāo)，并號召與全球特色小鎮(zhèn)聯(lián)盟以及北京海淀信用產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會(huì)的密切合作，將留民營村打造成集低碳生態(tài)、數(shù)字智慧、智能宜居、文旅康養(yǎng)、幸福生活“五位一體”的科技新城[47]。因此，基于這一背景，我們將充分利用綠色數(shù)據(jù)中心技術(shù)，提出了一個(gè)基于綠色數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化農(nóng)業(yè)框架，這一框架能夠解決上述問題，并為該生態(tài)農(nóng)場的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式提供一個(gè)可行的、能夠提升農(nóng)業(yè)水平的數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案。

3.2 基于綠色數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化技術(shù)架構(gòu)

留民營生態(tài)農(nóng)場的循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)由多個(gè)部分組成，主要包括養(yǎng)雞場、養(yǎng)牛場、養(yǎng)豬場、藕池、魚塘、農(nóng)田、谷物加工廠、沼氣池和生活區(qū)。這些部分在日常運(yùn)作中會(huì)產(chǎn)生大量的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，這些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通常由Web、APP 或者智能傳感器的形式收集并進(jìn)行發(fā)送，比如奶牛身上用來監(jiān)測牛瘟疫、炭疽病的可穿戴式智能健康監(jiān)測設(shè)備（荷蘭已有數(shù)家公司開發(fā)出此類智能傳感設(shè)備），這一設(shè)備不僅可以監(jiān)測奶牛的健康狀況，還可以通過全球定位系統(tǒng)監(jiān)測奶牛在養(yǎng)牛場的日?；顒?dòng)軌跡；安置在農(nóng)田的農(nóng)作物監(jiān)測設(shè)備，比如常用的智能化“農(nóng)田小氣候站”（Farmland Microclimate Station），這一設(shè)備可以用來監(jiān)測溫度、濕度、日常強(qiáng)度、風(fēng)力、農(nóng)田土壤酸堿度；安置在蔬菜大棚的智能傳感器，它可以測量蔬菜大棚中二氧化碳的濃度、氧氣的濃度等，為蔬菜的溫室種植提供精準(zhǔn)的環(huán)境管控。當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)被發(fā)送后，通常會(huì)被采集端部署的MySQL、Oracle、NoSQL 等類型的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行接收并存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，這些數(shù)據(jù)則會(huì)被導(dǎo)入到一個(gè)中心化的大型數(shù)據(jù)庫，或分布式存儲(chǔ)集群（類似區(qū)塊鏈的存儲(chǔ)機(jī)制），并能夠在數(shù)據(jù)導(dǎo)入的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)清洗、預(yù)處理以及實(shí)時(shí)的流式計(jì)算等工作。在導(dǎo)入數(shù)據(jù)后，則需要利用分布式計(jì)算集群對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和分類匯總。最后，則是在這些經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析和分類匯總的數(shù)據(jù)上基于各類機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，得到預(yù)測、分類、聚類等計(jì)算結(jié)果。這一過程涉及大量的計(jì)算和復(fù)雜算法，而計(jì)算結(jié)果則可以為管理者、生產(chǎn)者和消費(fèi)者提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

為了更好地收集、處理、挖掘這些數(shù)據(jù)，我們可以在包括養(yǎng)雞場、養(yǎng)牛場、養(yǎng)豬場等分別布放迷你綠色數(shù)據(jù)中心，它可以采用一體化的微型模塊化數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)方式，其整體由網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、UPS、PDU、監(jiān)控器、電池包以及太陽能電池柜組成。其中，網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜可以用來部署計(jì)算型服務(wù)器以及存儲(chǔ)型服務(wù)器，計(jì)算服務(wù)器采用刀片式服務(wù)器，相比IU 機(jī)架式服務(wù)器，其具有低功耗、空間小、單機(jī)售價(jià)低等特點(diǎn)；UPS 采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)并提供線式雙變換技術(shù)，這能夠?yàn)榭蛻籼峁┓€(wěn)定可靠的供電，并減少轉(zhuǎn)電池次數(shù)，延長電池壽命；PDU 是為機(jī)柜式安裝的電氣設(shè)備提供電力分配而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，它擁有不同的功能、安裝方式和不同插位組合的多種系列規(guī)格，能為不同的電源環(huán)境提供適合的機(jī)架式電源分配解決方案，使機(jī)柜中的電源分配更加整齊、可靠、安全、專業(yè)和美觀，并使得機(jī)柜中電源的維護(hù)更加便利和可靠；監(jiān)控器是一個(gè)綜合利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、新型傳感技術(shù)等構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，提供了一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，基于集中管理監(jiān)控模式的自動(dòng)化、智能化和高效率的技術(shù)手段，系統(tǒng)監(jiān)控對象主要是數(shù)據(jù)中心的能源和操作環(huán)境；電池包用于存放UPS 蓄電池；太陽能電池儲(chǔ)藏柜則用于存放太陽能電池。在制冷上，迷你綠色數(shù)據(jù)中心自帶風(fēng)扇并采用自然散熱的方式，這樣可省卻空調(diào)能耗。另外，不同于使用煤電供電的普通數(shù)據(jù)中心，迷你綠色數(shù)據(jù)中心將采用太陽能供電和沼氣發(fā)電供電兩種方式，這樣可以充分利用太陽能與發(fā)酵的沼氣，從而形成農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)利用。一個(gè)完整的綠色數(shù)據(jù)中心“大循環(huán)”架構(gòu)方案如圖2 所示。

圖2 留民營生態(tài)農(nóng)場的“大循環(huán)”數(shù)字化農(nóng)業(yè)架構(gòu)

在這個(gè)“大循環(huán)”架構(gòu)下，養(yǎng)牛場的牛糞、養(yǎng)豬場的豬糞、藕池的污泥、農(nóng)田的干秸稈等可以作為沼氣發(fā)酵的原料被用于沼氣發(fā)電，這些原料的精確調(diào)配可以通過迷你綠色數(shù)據(jù)中心來完成，而沼氣發(fā)電又可以給迷你綠色數(shù)據(jù)中心的運(yùn)作提供能量，所有的迷你綠色數(shù)據(jù)中心通過管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，這一系統(tǒng)能夠?yàn)閿?shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施提供高可靠性運(yùn)維與精細(xì)化運(yùn)營體驗(yàn)，對多數(shù)據(jù)中心實(shí)施統(tǒng)一的精細(xì)管理，確保數(shù)據(jù)中心運(yùn)維流程的可靠性，它能夠?qū)﹄娏?、制冷、空間、網(wǎng)絡(luò)端口等使用動(dòng)態(tài)均衡優(yōu)化手段提升數(shù)據(jù)中心內(nèi)資源利用率，分析數(shù)據(jù)中心租戶的收益情況，通過智能化設(shè)備故障自診斷，電子巡檢及移動(dòng)APP 等工具提升運(yùn)維效率，還能利用AI 算法（比如iCooling 節(jié)能算法）實(shí)時(shí)優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的能效，提升節(jié)能效率。對于養(yǎng)牛場、養(yǎng)豬場、養(yǎng)雞場、藕池、養(yǎng)魚場等每一個(gè)部分，也可以構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的布放迷你綠色數(shù)據(jù)中心的開放式“小循環(huán)”架構(gòu)。以養(yǎng)豬場的“小循環(huán)”架構(gòu)為例，可構(gòu)建如圖3 所示的“小循環(huán)”數(shù)字化農(nóng)業(yè)架構(gòu)。

如圖3 所示，養(yǎng)豬場負(fù)責(zé)人居住的房子（位于留民營生態(tài)農(nóng)場的生活區(qū)）上安裝了太陽能板，通過太陽能充電控制器向太陽能電池充電，而太陽能電池則可以通過USB 接口向UPS 充電（途徑1），也可以由太陽能電池向UPS 蓄電池充電，再由UPS 蓄電池為UPS 供電（途徑2），UPS 蓄電池存放在電池包中，而太陽能電池則存放在太陽能電池柜中。房子中廁所排出的人糞與豬圈排出的豬糞通過污水管排入沼氣池中，藕池、農(nóng)田（包括糧田和菜田等）、魚池等其他“小循環(huán)”產(chǎn)生的干秸稈、麥麩皮、有機(jī)廢物、污泥等廢料也可以通過進(jìn)口傾倒入沼氣池，然后這些沼氣原料發(fā)酵形成大量沼氣，并成為沼氣發(fā)電機(jī)的發(fā)電原料，沼氣發(fā)電機(jī)通過沼氣產(chǎn)生的電能同樣可以為UPS 蓄電池充電，并為整個(gè)養(yǎng)豬場提供電力需求。沼氣池中剩余的沼液和沼渣則被排至存儲(chǔ)池，并由罐車通過出口運(yùn)往農(nóng)田、藕池、雞場等其他“小循環(huán)”部分，處理后作為肥料和飼料。因此，由一個(gè)“大循環(huán)”及若干個(gè)“小循環(huán)”構(gòu)成的循環(huán)農(nóng)業(yè)體系如圖4 所示?；诰G色數(shù)據(jù)中心的循環(huán)農(nóng)業(yè)體系不僅可以強(qiáng)化資源的再利用與農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，還能以數(shù)據(jù)為杠桿和新的資源，通過多個(gè)迷你綠色數(shù)據(jù)中心提供的數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲(chǔ)服務(wù)形成精細(xì)化管理與精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)模式。

圖3 留民營生態(tài)農(nóng)場的“小循環(huán)”數(shù)字化農(nóng)業(yè)架構(gòu)

圖4 留民營生態(tài)農(nóng)場的基于綠色數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化循環(huán)農(nóng)業(yè)架構(gòu)

在技術(shù)架構(gòu)上，這種雙層次嵌套的循環(huán)農(nóng)業(yè)框架可以保證留民營生態(tài)農(nóng)場的整體數(shù)字化與可持續(xù)性。此外，針對不同的部分，在“大循環(huán)”的基礎(chǔ)上因地制宜，形成滿足各自能量與物質(zhì)閉環(huán)回流的“小循環(huán)”，可進(jìn)一步提升整個(gè)循環(huán)農(nóng)業(yè)的運(yùn)行效率，將“整體”與“局部”進(jìn)行整合嵌套。

3.3 基于綠色數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化農(nóng)業(yè)框架優(yōu)勢

基于綠色數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化農(nóng)業(yè)框架可以幫助北京留民營生態(tài)農(nóng)場降低技術(shù)成本、保護(hù)數(shù)據(jù)安全、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理智能化，它具有如下優(yōu)勢：

綠色數(shù)據(jù)中心的管理系統(tǒng)可以囊括北京留民營生態(tài)農(nóng)場的全部生產(chǎn)流程，農(nóng)場員工可實(shí)時(shí)跟蹤和鏈接綠色數(shù)據(jù)中心的IT 資產(chǎn)、電力供應(yīng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和空間資源以及工作訂單，進(jìn)而管理全部系統(tǒng)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)開放共享，并利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對綠色數(shù)據(jù)中心的能耗進(jìn)行精準(zhǔn)化管理，實(shí)現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心的節(jié)能布局，打破數(shù)據(jù)孤島，構(gòu)建起覆蓋所有綠色數(shù)據(jù)中心的節(jié)能可信數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集網(wǎng)絡(luò)，讓能耗監(jiān)控可以分時(shí)間、分階段、分生產(chǎn)環(huán)節(jié)、分供應(yīng)鏈地被自動(dòng)監(jiān)測、收集和處理，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)留民營生態(tài)農(nóng)場的節(jié)能減排，并在設(shè)備采購、經(jīng)營維護(hù)、環(huán)境監(jiān)控等各個(gè)環(huán)節(jié)削減隱性成本，提升管理效率并大幅度降低實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型投入的技術(shù)成本。

除了上述優(yōu)勢以外，利用綠色數(shù)據(jù)中心還可以有效解決北京留民營生態(tài)農(nóng)場的諸多問題。對于文獻(xiàn)[44]中提到的利用普通蔬菜冒充有機(jī)蔬菜的問題，綠色數(shù)據(jù)中心可以通過監(jiān)控的方式全天候拍攝并采集有機(jī)蔬菜生產(chǎn)的全部流程數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到數(shù)據(jù)管理中心加以保存，杜絕以次充好的行為；對于文獻(xiàn)[45]與[46]中提到的問題，可以通過數(shù)字化的智能合約來規(guī)范生產(chǎn)管理流程，比如將有機(jī)蔬菜認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的具體事項(xiàng)和要求寫入智能合約，并在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行備案，一旦發(fā)生大腸桿菌超標(biāo)、農(nóng)藥殘留超標(biāo)等違約事項(xiàng)，則自動(dòng)預(yù)警并觸發(fā)懲罰措施，促使市場監(jiān)管部門對失信人或失職人員加以懲戒，同時(shí)納入綠色數(shù)據(jù)中心的誠信檔案中，從而防范未來的合作風(fēng)險(xiǎn)。此外，數(shù)據(jù)中心可以將留民營生態(tài)農(nóng)場的太陽能發(fā)電與沼氣發(fā)電作為能源，形成能源可再生利用與循環(huán)，促使農(nóng)場的日常經(jīng)營進(jìn)一步節(jié)能減排，朝著“更綠色”的方向演進(jìn)。迷你綠色數(shù)據(jù)中心還可以進(jìn)一步升級為“綠色云計(jì)算數(shù)據(jù)中心”，利用云平臺整合傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心IT 基礎(chǔ)架構(gòu)的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、操作系統(tǒng)，運(yùn)維安全等軟硬件平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心虛擬化，拓展桌面云、大數(shù)據(jù)、高性能計(jì)算、云災(zāi)備、云安全、云運(yùn)維等功能，將作為存儲(chǔ)處理中心的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心演變成為應(yīng)用中心，服務(wù)中心和運(yùn)營中心，提升留民營生態(tài)農(nóng)場的數(shù)字化水平。

4 總結(jié)與展望

當(dāng)前，雖然作為傳統(tǒng)行業(yè)的農(nóng)業(yè)對新技術(shù)經(jīng)常抱有一絲審慎的態(tài)度，但農(nóng)業(yè)數(shù)字化卻受到公眾的普遍歡迎[48]，此外，數(shù)字化也有望為解決農(nóng)業(yè)目前面臨的幾個(gè)挑戰(zhàn)做出重大貢獻(xiàn)，例如不斷增長的糧食需求和日益趨緊的資源利用[49]，這也是當(dāng)前COVID-19 疫情肆虐情形下全球農(nóng)業(yè)面臨的危機(jī)。隨著農(nóng)業(yè)數(shù)字化進(jìn)程的提升，人類與技術(shù)在農(nóng)業(yè)價(jià)值鏈中的連接度（connectivity）將隨著農(nóng)業(yè)實(shí)踐透明度（transparency）的增加而持續(xù)增加，而農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的數(shù)字化則會(huì)對固有的農(nóng)業(yè)利益相關(guān)者之間的平衡形成挑戰(zhàn)[50]。因此，對于傳統(tǒng)行業(yè)的農(nóng)業(yè)而言，在數(shù)字化浪潮澎湃奔涌的趨勢下，最為迫切的需求莫過于在數(shù)字技術(shù)與農(nóng)業(yè)的交叉點(diǎn)進(jìn)行跨學(xué)科治理研究，減少技術(shù)變革為農(nóng)業(yè)帶來的風(fēng)險(xiǎn)，探索數(shù)字化農(nóng)業(yè)框架的架構(gòu)以及這一框架如何支持及重塑傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式。據(jù)此，本研究在辨析了綠色數(shù)據(jù)中心具備滲透性的基礎(chǔ)上，以北京留民營生態(tài)農(nóng)場為例，提出了一個(gè)數(shù)字化循環(huán)農(nóng)業(yè)框架。這一框架整合了綠色數(shù)據(jù)中心的全部核心技術(shù)與優(yōu)勢，為留民營生態(tài)農(nóng)場的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了可行方案。然而，本文的研究依然存在以下幾項(xiàng)不足：

第一，雖然研究在理論層面以“滲透性”為先決條件，將綠色數(shù)據(jù)中心這項(xiàng)通用目的技術(shù)嵌入到北京留民營生態(tài)農(nóng)場，提出了一個(gè)富有數(shù)字化技術(shù)的農(nóng)業(yè)框架，完成了由“形而上”的理論辨析到“形而下”的框架提出過程，但研究仍停留在技術(shù)架構(gòu)層面，需要進(jìn)一步實(shí)踐探析。今后，可以通過工程實(shí)踐的方法，在綠色數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺實(shí)地架構(gòu)綠色數(shù)據(jù)中心技術(shù)，以便對整個(gè)數(shù)字化農(nóng)業(yè)框架進(jìn)行實(shí)地測試與檢驗(yàn)，將測試與檢驗(yàn)結(jié)果實(shí)時(shí)反饋，從而進(jìn)一步完善技術(shù)細(xì)節(jié)并提煉理論知識，不斷修正農(nóng)業(yè)數(shù)字化的實(shí)踐方向，對北京留民營生態(tài)農(nóng)場的數(shù)字化之路進(jìn)行修葺。

第二，北京留民營生態(tài)農(nóng)場是一個(gè)典型案例，本研究將宏大的理論放到具體場景中進(jìn)行架構(gòu)，這一技術(shù)方案使得研究更為生動(dòng)豐富且具有針對性，但研究的普適性與泛化性值得商榷，雖然從理論上來說，任何農(nóng)業(yè)場景或案例的數(shù)字化轉(zhuǎn)型都可以利用綠色數(shù)據(jù)中心，但農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的方案并不唯一，除了當(dāng)前火熱的綠色數(shù)據(jù)中心之外，區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生等技術(shù)也為農(nóng)業(yè)的應(yīng)用發(fā)展與模式轉(zhuǎn)型提供了多樣化的技術(shù)方案。此外，即便同樣采用綠色數(shù)據(jù)中心這項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)，由于不同農(nóng)業(yè)場景面臨的現(xiàn)實(shí)問題不同，因此技術(shù)架構(gòu)的細(xì)節(jié)也不盡相同。今后，除了本研究提到的北京留民營生態(tài)農(nóng)場外，還可以陸續(xù)開展更多的微觀案例研究，比如研究北京蟹島度假村、北京延慶區(qū)新華營村、北京懷柔北房鎮(zhèn)葦里村的農(nóng)業(yè)場景，提出更多基于綠色數(shù)據(jù)中心的農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案，將單案例研究拓展為多案例研究，豐富案例庫，從而增強(qiáng)案例的效度與技術(shù)方案的普適性。

第三，在數(shù)字化技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，農(nóng)業(yè)數(shù)字化已成為未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式之一，而以綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)及循環(huán)農(nóng)業(yè)為代表的“可持續(xù)農(nóng)業(yè)”同樣作為未來的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式之一，兩種模式在目標(biāo)與理念上存在差異，且側(cè)重點(diǎn)并不相同，這種差異性在具體實(shí)踐中是否會(huì)產(chǎn)生碰撞？“數(shù)字化”與“可持續(xù)”之間的關(guān)系是否可以達(dá)到一個(gè)中庸均衡的狀態(tài)？這些疑問本研究并未給出太多探討。未來，除了工程實(shí)踐研究與豐富的多案例研究之外，還可以在宏觀層面開展更多理論辨析與梳理，通過定性與定量研究相結(jié)合的方式，研究“農(nóng)業(yè)數(shù)字化”與“可持續(xù)農(nóng)業(yè)”二者在組織管理、生產(chǎn)效率、技術(shù)創(chuàng)新、環(huán)保外部性等問題上的一致與區(qū)別，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C、歸納與總結(jié)，為未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供更多思考與建議。

第四，本研究雖然提出了一個(gè)雙層的嵌套式數(shù)字化循環(huán)農(nóng)業(yè)框架，但僅僅停留在技術(shù)架構(gòu)層面，未來可以采取跨學(xué)科理論融合的方式，將技術(shù)架構(gòu)與多層次制度理論、多中心治理理論結(jié)合，譬如我國的憲政制度、集體選擇制度和操作制度，據(jù)此提出更為概念化、普適化的循環(huán)農(nóng)業(yè)治理范式，為循環(huán)農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展提供更加詳實(shí)、貼切的政策建議。