黃江鑫 ，胡世洋 ，劉 威 ，胡元闖 ，羅 堅(jiān)

（賀州學(xué)院，廣西 賀州 542899）

0 引言

我國農(nóng)業(yè)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段[1]：傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)1.0），這是我國農(nóng)業(yè)的最初階段，主要通過人力與簡單的工具進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，生產(chǎn)方式相對(duì)落后，生產(chǎn)效率較低；生物-化學(xué)農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)2.0），這一階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開始引入化肥、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)，通過提高種植技術(shù)和改良品種，減少病蟲害的發(fā)生，以此提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量；機(jī)械化農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)3.0），20 世紀(jì)中葉以后，我國農(nóng)業(yè)開始實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，引入農(nóng)機(jī)設(shè)備，如拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等，以取代傳統(tǒng)的人力勞動(dòng)，這一階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率得到提高。近年來，我國農(nóng)業(yè)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，即智慧農(nóng)業(yè)階段，也被稱為農(nóng)業(yè)4.0。

智慧農(nóng)業(yè)作為一種創(chuàng)新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，通過引入先進(jìn)的技術(shù)和數(shù)據(jù)分析等手段，不僅可以提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，同時(shí)還能減少資源消耗，改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)村發(fā)展，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要方向之一。近年來，中央一號(hào)文件連續(xù)強(qiáng)調(diào)科技與農(nóng)業(yè)之間的密切關(guān)系，極大地助推了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，如圖1所示，體現(xiàn)了國家對(duì)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的重視和支持[2]。中央一號(hào)文件的政策導(dǎo)向明確了科技與農(nóng)業(yè)之間密切關(guān)系的重要性，推動(dòng)了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。政府的支持和政策引領(lǐng)將為智慧農(nóng)業(yè)的推廣提供有力保障，進(jìn)一步推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展。

圖1 中央一號(hào)文件助力智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展

1 智慧農(nóng)業(yè)的含義

智慧農(nóng)業(yè)是指利用先進(jìn)的技術(shù)和數(shù)據(jù)分析手段來提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、減少資源消耗、改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。它是信息技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的融合，是通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，以優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低資源浪費(fèi)、減少環(huán)境污染、提高農(nóng)產(chǎn)品安全性的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式[3-5]。也是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的統(tǒng)稱[6]。智慧農(nóng)業(yè)相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)更加注重科技的應(yīng)用、數(shù)據(jù)的分析、精確農(nóng)業(yè)的實(shí)施和自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，以提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、提高資源利用效率和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，智慧農(nóng)業(yè)也更加關(guān)注可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)，智慧農(nóng)業(yè)體系結(jié)構(gòu)如圖2 所示，智慧農(nóng)業(yè)基本原理涉及以下幾個(gè)方面：

圖2 智慧農(nóng)業(yè)體系結(jié)構(gòu)

1）傳感器和物聯(lián)網(wǎng)。通過在農(nóng)田、溫室、牲畜圈等地安裝傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度、溫度、陽光照射等環(huán)境因素以及作物生長情況、動(dòng)物健康狀況等，并通過物聯(lián)網(wǎng)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)睫r(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2）大數(shù)據(jù)和云計(jì)算。通過收集并整合傳感器和其他設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，建立龐大的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫。并且依靠云計(jì)算技術(shù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ)，從而提供決策支持和管理指導(dǎo)。

3）人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)。通過應(yīng)用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法來分析農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，挖掘出隱藏的關(guān)聯(lián)和規(guī)律?；谶@些分析結(jié)果，可以進(jìn)行智能化的預(yù)測(cè)、決策優(yōu)化和自動(dòng)化管理。

4）遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化控制。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，農(nóng)民可以隨時(shí)隨地通過智能手機(jī)或電腦對(duì)農(nóng)田、溫室、畜牧場(chǎng)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。此外，智慧農(nóng)業(yè)還可以通過自動(dòng)化控制和機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化，減輕農(nóng)民的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。

5）農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)。智慧農(nóng)業(yè)可以通過農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的信息化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化銷售，縮短農(nóng)產(chǎn)品的流通鏈條，提高農(nóng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展

我國在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)展，智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了傳感器監(jiān)測(cè)和精確農(nóng)業(yè)、無人機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)分析和決策支持系統(tǒng)等。如一些大型農(nóng)業(yè)企業(yè)通過農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)種植和養(yǎng)殖環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及對(duì)植物生長的精準(zhǔn)管理[7-8]。然而，智慧農(nóng)業(yè)在不同國家的實(shí)際應(yīng)用狀況存在一定差異，例如：美國的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用包括傳感器監(jiān)測(cè)和精確灌溉、農(nóng)業(yè)無人機(jī)植保、大數(shù)據(jù)分析和決策支持系統(tǒng)等，同時(shí)，一些農(nóng)場(chǎng)還通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)[9]。荷蘭智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用包括自動(dòng)化的溫室管理系統(tǒng)、精確的灌溉和施肥系統(tǒng)、氣候控制和自動(dòng)化收獲裝置，荷蘭智慧農(nóng)業(yè)以其創(chuàng)新性和高效性在國際上享有盛譽(yù)[10]。以色列憑借先進(jìn)的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)，包括滴灌技術(shù)、遙感監(jiān)測(cè)、光譜分析、土壤濕度監(jiān)測(cè)等[11]，應(yīng)對(duì)水資源緊缺等問題，這些技術(shù)使得在干旱地區(qū)實(shí)現(xiàn)了高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

作為一種現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展歷程可以大致分為以下幾個(gè)階段：

1）起步階段（2000 年以前）。智慧農(nóng)業(yè)的概念在這個(gè)階段開始引入，但實(shí)際應(yīng)用還非常有限。該階段主要是以一些先進(jìn)的技術(shù)或創(chuàng)新項(xiàng)目為基礎(chǔ)，進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的一些智能化嘗試，如智能控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)無線通信網(wǎng)絡(luò)等。

2）技術(shù)探索階段（2000 年至2010 年）。隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)開始引入更多的先進(jìn)技術(shù)和概念，如物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等。在這個(gè)階段，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的采集、處理和應(yīng)用水平得到了顯著提升，一些智能農(nóng)機(jī)的引入也加速了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化進(jìn)程。

3）發(fā)展落地階段（2010 年至2023 年）。智慧農(nóng)業(yè)逐漸從概念階段向?qū)嶋H應(yīng)用階段轉(zhuǎn)變。各種智能農(nóng)業(yè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于種植業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。智能化的設(shè)備和系統(tǒng)開始普及，如智能灌溉系統(tǒng)、精確施肥系統(tǒng)、作物生長監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。同時(shí)，智慧農(nóng)業(yè)的推廣也得到了政府和行業(yè)的支持，相關(guān)政策的出臺(tái)也極大地促進(jìn)了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

4）新技術(shù)整合階段（未來發(fā)展趨勢(shì)）。隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)的不斷崛起，智慧農(nóng)業(yè)正朝著更加智能化、高效化、可持續(xù)的方向發(fā)展。預(yù)測(cè)分析、決策支持系統(tǒng)以及自動(dòng)化農(nóng)機(jī)等技術(shù)將進(jìn)一步整合，以提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

總體而言，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展歷程表明，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式正朝著更加智能化、精準(zhǔn)化、高效化的方向發(fā)展，應(yīng)利用先進(jìn)的技術(shù)手段提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 智慧農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢(shì)

1）提高生產(chǎn)效率。智慧農(nóng)業(yè)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，可以精確測(cè)量土壤濕度、溫度、養(yǎng)分含量等參數(shù)以及動(dòng)植物生長情況，從而幫助農(nóng)民調(diào)整農(nóng)作物管理措施，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。

2）提高資源利用效率。智慧農(nóng)業(yè)可以根據(jù)實(shí)際需求精確施肥和灌溉，避免浪費(fèi)和過度使用化肥和水資源。此外，通過合理利用土地、水、化肥等資源，智慧農(nóng)業(yè)能夠提高資源利用效率，減少資源浪費(fèi)。

3）降低成本。通過智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，可以減少人工勞動(dòng)力成本，如自動(dòng)化農(nóng)機(jī)的應(yīng)用和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的使用，極大地減少農(nóng)民的勞動(dòng)量，并降低了生產(chǎn)成本。

4）提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。智慧農(nóng)業(yè)的精確監(jiān)測(cè)和控制能力可以幫助農(nóng)民掌握農(nóng)作物的生長情況和需求，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。此外，通過農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)和質(zhì)量控制措施，智慧農(nóng)業(yè)可以保障食品安全和質(zhì)量。

5）促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)注重環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)藥、化肥、水、土壤等資源的使用更加合理和克制，避免對(duì)資源的浪費(fèi)，可以減輕對(duì)環(huán)境的壓力，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞。

6）增加農(nóng)民收入。智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用可以提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，增加農(nóng)民的收入。此外，智慧農(nóng)業(yè)還提供了其他機(jī)會(huì)，如農(nóng)村電商和觀光農(nóng)業(yè)等，為農(nóng)民提供多樣化的收入來源。

總體而言，智慧農(nóng)業(yè)通過引入先進(jìn)的技術(shù)和數(shù)據(jù)分析手段，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，提升資源利用效率，減少資源的無效使用，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和安全性，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，智慧農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢(shì)對(duì)于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和農(nóng)村發(fā)展具有重要意義。

4 智慧農(nóng)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

1）技術(shù)挑戰(zhàn)。智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用依賴于先進(jìn)的技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等。然而，這些技術(shù)的應(yīng)用還處于不斷發(fā)展的階段，存在技術(shù)成熟度不高、安全性和可靠性問題等挑戰(zhàn)。

2）數(shù)據(jù)管理和隱私保護(hù)。智慧農(nóng)業(yè)需要收集、存儲(chǔ)和分析大量的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，但存在數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)與隱私泄露問題，做好數(shù)據(jù)管理和隱私保護(hù)工作是當(dāng)務(wù)之急，為此，需要建立規(guī)范的數(shù)據(jù)管理和安全保護(hù)機(jī)制。

3）資金投入和成本問題。智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用需要大量的資金投入，如傳感器設(shè)備、軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)分析等方面的投入。對(duì)于一些小規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者來說，這些投資成本可能過高，難以承擔(dān)。

4）教育和培訓(xùn)。智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用需要農(nóng)民具備相應(yīng)的技術(shù)和管理知識(shí)。然而，一些農(nóng)民可能面臨受教育程度低、科技意識(shí)薄弱等問題，需要開展培訓(xùn)和教育工作，提升農(nóng)民的技術(shù)水平和應(yīng)用能力。

5）市場(chǎng)落地和推廣。智慧農(nóng)業(yè)的市場(chǎng)落地和推廣也是一個(gè)挑戰(zhàn)。應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)需要建立適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和合作機(jī)制，與農(nóng)業(yè)政策和體制進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化應(yīng)用。

6）區(qū)域差異和適應(yīng)性。智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用在不同地區(qū)的可行性和適應(yīng)性存在差異。地理環(huán)境、農(nóng)業(yè)特點(diǎn)、文化習(xí)慣等因素會(huì)影響智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)施效果，在推廣應(yīng)用時(shí)需要充分考慮不同地區(qū)的差異性。

解決這些挑戰(zhàn)需要政府、農(nóng)業(yè)機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界等多方的協(xié)作和合作，通過政策支持、技術(shù)研發(fā)、培訓(xùn)教育等手段推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，并解決實(shí)際生產(chǎn)中所面臨的具體問題。

5 智慧農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展趨勢(shì)

1）人工智能（AI）的應(yīng)用。人工智能在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用將進(jìn)一步增強(qiáng)，如農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能化、無人駕駛農(nóng)機(jī)的發(fā)展、面部識(shí)別技術(shù)在動(dòng)物養(yǎng)殖中的應(yīng)用等。人工智能將通過分析農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，提供更智能化和精準(zhǔn)化的決策支持。

2）區(qū)塊鏈技術(shù)的運(yùn)用。區(qū)塊鏈技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用將有望促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品溯源體系的建設(shè)，提高交易過程的透明度。通過建立去中心化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和交易平臺(tái)，農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地、生產(chǎn)過程、質(zhì)量信息等可以得到更可信和可追溯的證明。

3）無線通信技術(shù)的突破。隨著5G 技術(shù)的發(fā)展和全球互聯(lián)網(wǎng)覆蓋的進(jìn)一步完善，智慧農(nóng)業(yè)將能夠更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的遠(yuǎn)程監(jiān)控和通信。無線通信技術(shù)的突破將為智慧農(nóng)業(yè)提供更可靠和高效的數(shù)據(jù)傳輸和聯(lián)網(wǎng)能力。

4）傳感器技術(shù)的進(jìn)步。傳感器技術(shù)的進(jìn)步將帶來更多種類、更精確、更便宜的傳感器，從而更好地滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。例如，微型傳感器和可穿戴傳感器的發(fā)展將提供更多樣化的數(shù)據(jù)采集方式，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。

5）大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用。隨著農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的不斷積累和農(nóng)業(yè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的不斷進(jìn)步，大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)將更廣泛地應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)中。通過對(duì)大量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，智慧農(nóng)業(yè)可以提供更準(zhǔn)確、個(gè)性化的農(nóng)業(yè)管理措施和決策支持。

總體而言，智慧農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展將繼續(xù)推動(dòng)技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步，借助人工智能、區(qū)塊鏈、無線通信、傳感器、大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)等新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化、自動(dòng)化和可持續(xù)發(fā)展。這將提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、資源利用效率和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，從而進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

6 結(jié)語

智慧農(nóng)業(yè)的市場(chǎng)正在逐年擴(kuò)大，其相關(guān)技術(shù)水平也在逐步提高，并且由于政策的推動(dòng)和市場(chǎng)需求的變化，大量農(nóng)業(yè)企業(yè)和農(nóng)民開始采用這些技術(shù)，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。雖然在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中存在一些問題，但是未來的發(fā)展前景非常廣闊。智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展對(duì)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、減少資源消耗、提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、保證糧食安全具有重要意義。它在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展中具有廣泛的應(yīng)用，如蔬菜種植大棚、菌菇種植溫室、藥材花卉種植大棚等溫室環(huán)境生產(chǎn)場(chǎng)景，對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都具有重要推動(dòng)作用。