發(fā)達國家數字農業(yè)發(fā)展趨勢及其對中國的啟示.pdf

數字農業(yè)是農業(yè)現代化的核心 也是數字鄉(xiāng)村建 設和鄉(xiāng)村振興的重要內容 2020年農業(yè)農村部發(fā)布 數 字農業(yè)農村發(fā)展規(guī)劃 2019 2025 進一步明確數字 農業(yè)是未來農業(yè)的發(fā)展方向 目前 中國數字農業(yè)發(fā)展 雖然取得了明顯成效 但也面臨著諸多問題 具體表現 為 農業(yè)設備投資重機械化 輕設備數字化 農業(yè)數據 采集不足 農業(yè)智慧程度有待提高 數字經濟薄弱 產 品化能力弱 農產品流通數字化投入多 農業(yè)生產數字 化投入少 這些現象制約了數字農業(yè)的進一步發(fā)展 本 文旨在分析發(fā)達國家數字農業(yè)發(fā)展新趨勢 并在此基 礎上為中國數字農業(yè)發(fā)展提出建議 以期借鑒國外發(fā) 展經驗加速中國農業(yè)數字化轉型 一 發(fā)達國家數字農業(yè)發(fā)展趨勢 一 設備數字化 美國依托GPS技術 將GPS用于農業(yè)機械管理 并結合美國農場規(guī)模大且機械化水平高的特點 在農 業(yè)機械上安裝GPS及地理地形地圖 將農業(yè)生產中的 機械路線 作業(yè)時間 耕作程序 農作物品種 生產資 料識別與裝載 機械油料補給等信息數字化 1 以便智 能農機可以自動識別 農業(yè)生產者通過將電腦與既定 農業(yè)機械相連接 對農作物進行生產前 中 后期全面 監(jiān)測與管理 保證不同地塊 不同作物在各自生產周 期內的藥物 化肥自動都得到保障且不會有任何遺漏 同時 根據GPS信號和數字電子圍欄鎖定農業(yè)機械使 用范圍 避免隨意的非生產性使用 并且具有農機防 盜功能 二 生產智慧化 目前 發(fā)達國家開始在農場生產管理中引入遙感 技術 智能機械系統 計算機網絡 機器視覺技術等現 代農業(yè)技術 使傳統農業(yè)演化至農業(yè)智慧化階段 通過 地塊光電感應器將農作物生長階段 營養(yǎng)狀態(tài) 健康水 平以及光照 溫濕度 空氣 土壤含水率和養(yǎng)分等物理 狀態(tài)數字化 并傳輸到智能生長控制系統 讓人工智能 自動分析處理和制訂生產管理措施 實現對農作物生 長的智能控制 2 例如 孟山都公司借助遙感衛(wèi)星和無人機光電掃 描技術 定期將耕地紅外圖像發(fā)送至智能生長控制系 統 將農作物的播種 施肥 灌溉 噴藥等生產環(huán)節(jié)智慧 化 管控科學化 實現農地資源利用和生態(tài)環(huán)境保護之 間的最優(yōu)平衡 約翰迪爾公司推出的 綠色之星 智能 精準農業(yè)系統 結合全球定位系統 地理信息系統 人 工智能和物聯網技術 將傳統的精準農業(yè)進化成智慧 農業(yè) 促進農作物優(yōu)質高產 日本針對其資源短缺問 題 發(fā)展 戰(zhàn)略性創(chuàng)新創(chuàng)造計劃 智能機械 現代信 息 等次生代技術 將最科學的種植知識和經驗轉化成 數字 再通過物聯網和帶有人工智能的機械來管理農 業(yè)生產 從而催生了數智農業(yè) 將傳統親臨生產現場并 依賴經驗和直覺判斷農業(yè)生長狀況 進而將管理農業(yè)生 產的模式 轉化為依賴機械設備之間的數字傳遞 控制 機械運作方式 運作時間 生產模式來實現最優(yōu)的水 農藥和化肥施用 3 日本推出基于人工智能的數字作物 優(yōu)化平臺XARVIOFIELDMANAGER 農民可以在平臺 上看到對作物各生長階段以及病害和雜草風險的實況 發(fā)達國家數字農業(yè)發(fā)展趨勢及其對中國的啟示 王 景 1 李勝文 2 1 廣州工商學院會計學院 廣州510850 2 華南農業(yè)大學經濟管理學院 廣州510642 摘 要 針對中國null業(yè)null在的數字化和智null化程度nullnull問題 通過分析發(fā)null國家數字null業(yè)呈現的設null數字化 生產智null 化 null通智能化 管理null細化 推null階段化的發(fā)展null勢 對中國數字null業(yè)發(fā)展提出激勵null業(yè)數字創(chuàng)造 加大核心數字技null研發(fā) 推動人工智能與nullnull 業(yè)融合 建設以大城市為中心的數字null業(yè)null范區(qū) 逐步擴展數字null業(yè)nullnull 政策建null 關鍵詞 數字null業(yè) 智null 業(yè) null細null業(yè) 人工智能 數字技null 中圖分類號 F33 37 文獻標志碼 A 文章編號 1673 291X 2022 29 0028 04 經濟研究導刊 ECONOMIC RESEARCH GUIDE總第523期 2022年第29期 Serial No 523 No 29 2022 收稿日期 2022 05 13 基金項目 null東nullnull業(yè)廳項目 null東null業(yè)高質null發(fā)展路徑及指標體系研究 佛null市社科規(guī)劃項目 鄉(xiāng)nullnullnull戰(zhàn)略下佛null涉null數字 經濟人才供需匹配與培養(yǎng)模式創(chuàng)新研究 2022 GJ057 作者簡介 王景 1975 女 null東河源人 博士 從事null業(yè)經濟管理 數字經濟研究 李勝文 1973 男 null東河源人 博士 副教授 從事null業(yè)經濟管理研究 28 及其未來的模擬 并獲得人工智能提供的管理措施建 議 結合GPS導航 地理信息系統和傳感器 通過平臺 與無人機 拖拉機 帶攝像頭和傳感器的機器人連接 讓機器人或智能機械負責繁重或有危險性的勞動 如農 藥噴灑 收割 卸貨等 并根據傳感器收集的大數據和 智能機器的機器學習 不斷改進農業(yè)生產管理方法 實 現農業(yè)高質量增產 三 流通智能化 發(fā)達國家致力于利用人工智能和數字技術智慧化 農產品流通 以削減成本和提高效率 美國制訂LACIE 計劃和AGRESTARS計劃 利用遙感 地理信息系統等 技術對美國以及全球糧食作物的種植面積 種植品種 生長狀況 病蟲害 自然災害進行監(jiān)測和產量預測 并 據此為農業(yè)生產者提供準確的市場供求預測 引導生 產和國際貿易等信息 為美國農業(yè)提高流通效率 占領 全球市場和避免市場風險搶占先機 4 歐盟提出智慧農 產品流通研究計劃 管理部門與生產企業(yè)共同利用數 字技術 區(qū)塊鏈技術標記蔬菜生產管理措施 地理位置 信息和質量標準等相關信息 通過區(qū)塊鏈不可篡改 可 追溯優(yōu)點和實體產品數字化等特點 使消費者可以獲 得自己所購買蔬菜的所有完備信息 克服農產品市場 信息不對稱問題 從而保障了食品安全 滿足消費者的 更高要求 提高了流通效率 荷蘭的 數字化戰(zhàn)略 明確 提出大力推動數字化技術在農業(yè)生產鏈各環(huán)節(jié)的廣泛 應用 其2020年食品和農場互聯網計劃 IOF2020 及 智能農業(yè)樞紐計劃 SmartAgriHubs 利用物聯網 大數 據 人工智能和GPS定位等技術幫助200萬個分布全 歐洲的農場實現數字化 將歐洲16個國家的合作者和 銷售者聯結起來 實現農場與市場智能化對接 節(jié)省了 流通成本 四 管理精細化 數字農業(yè)生產擺脫了傳統農業(yè)必須人工親自操作 的局限性 實現農業(yè)設備不間斷 精細化的自動智能收 集和處理數字信號 并將信號連續(xù)不斷傳輸至人工智能 系統以幫助農民進行科學判斷和生產決策 精細化農業(yè) 的基本特征是管理過程精細和資源投入精省 美國將通過衛(wèi)星獲取的全國農業(yè)數據包括溫度 濕度 風力 雨水 土壤成分等上傳送至農業(yè)數據平臺 農戶通過輸入地塊坐標即可下載相關數據 并獲得農 業(yè)種植品種 種植密度 雜草消除 病蟲防治 肥料施用 等系統提供的精準建議 克服了傳統的農業(yè)生產者憑 經驗生產的局限 實現了成本降低 資源節(jié)約 歐盟推 出以數字化為特征的 農業(yè)4 0 利用衛(wèi)星定位系統 物聯網和人工智能技術將農作物生產管理數字化 根 據農作物生長階段和環(huán)境變化 農業(yè)機械自動根據要 求管理松土 施肥 修剪 除草 灌溉 傳統農業(yè)生產中 的細枝末節(jié)生產經營活動自動由機械根據人工智能和 大數據經驗來處理 5 同時 利用人工智能和大數據 制 訂最優(yōu)農作物生長調節(jié)解決方案 并根據其地理位置 和氣候環(huán)境特點 實現差異化的自動化 精準化 變量 化作業(yè) 確保農作物高效 優(yōu)質生產和環(huán)境保護的實 現 德國拜耳公司的數字農業(yè)支持系統及方案 通過田 間監(jiān)測與人工智能識別系統 高效識別和分析作物生 長階段和病蟲害信息 幫助農民優(yōu)化田塊單獨管理和 農田統籌優(yōu)化 法國NaioTechnologies推出的農業(yè)機器 人 Dino 結合人工智能 GPS和農田傳感器 可以 高精確度全天候除雜草雜物 緩解法國勞動力匱乏 符 合日益嚴格的食品安全要求 五 推廣階段化 由于農業(yè)數字化需要完善的數字化農業(yè)公共基礎 設施作為支撐 除了要具備的GPS定位技術 地理信息 系統外 還需要移動信息傳輸系統 智能公共服務平臺 這需要巨量的前期投入 短期內沒有一個國家可以實 現 因此 發(fā)達國家數字化發(fā)展并不是全面鋪開 而是 重點在數字農業(yè)成本較低的農業(yè)重點地區(qū)實施 以便 形成經濟和社會效益高的數字農業(yè)示范區(qū) 分階段分 地區(qū) 由易到難 逐步帶動周邊地區(qū)推廣數字農業(yè) 由于日本多為丘陵地形 農場面積也小 農業(yè)機械 以小型為主 所以日本數字農業(yè)實施初期沒有考慮地 理位置 而是選擇在鄰近市場 移動網絡等基礎設施完 善且經濟較發(fā)達的地區(qū)開始 這些地區(qū)農戶收入較高 對數字農業(yè)機械的投資也有較高承受能力 6 同時 這 些地區(qū)與市場距離近 農產品需求大和消費者也有較 高價格承受能力 適合數字農業(yè)初始時期農產品質高 價高的特點 保證數字農業(yè)較容易獲得利潤 從而對周 邊地區(qū)形成示范效應 帶動周邊地區(qū)實施數字農業(yè) 逐 步擴大數字化農業(yè)的經營規(guī)模 最終確保數字農業(yè)實 現高效率 高產出和在保證高質量的前提下大幅度降 低農產品成本 美國數字化農業(yè)主要集中于中部 北部 和南部 這些地區(qū)是美國的玉米帶 棉花帶 小麥帶 當 地農場多且規(guī)模大 同種農作物的播種面積大 農業(yè)機 械多 農場主對數字農業(yè)機械設備承受能力也高 數字 農業(yè)基礎設施利用率和回報均較高 因此也具有較完 善的數字化農業(yè)基礎設施 法國有22個大農業(yè)區(qū) 但 數字農業(yè)優(yōu)先在巴黎盆地實施 主要是考慮到當地土 地平整 農場規(guī)模大 主要農作物為小麥 其耕作機械 化程度高 同時 當地農場主收入高 移動網絡等基礎 設施完善 數字化農業(yè)基礎設施農業(yè)投資相對較低 數 字農業(yè)也容易獲得良好的經濟收益 總的來說 發(fā)達國家都在加大力度推進數字技術與 29 農業(yè)生產融合 也建設了許多數字農業(yè)示范區(qū) 體現出 農業(yè)機械數字化 生產智慧化 流通智能化 種植精細 化等特點 但是這些數字技術在農業(yè)中的應用離不開 完善的基礎設施 因此發(fā)達國家除了大力完善地理信 息系統 農業(yè)遙感系統 氣溫氣候監(jiān)測和網絡系統外 還致力于鼓勵企業(yè)和機構將主要農作物各生長階段 病蟲害 化學品 土壤的特征數字化 使人工智能系統 能夠識別 分析 學習 管理 并向農業(yè)生產機械發(fā)出最 優(yōu)決策指令 這也是數字農業(yè)發(fā)展中最為關鍵的一環(huán) 二 對中國的啟示 一 完善數字農業(yè)產權制度 激勵農業(yè)數字創(chuàng)造 與運用 智慧農業(yè)依賴人工智能處理數字化信息來管理農 業(yè)生產 高端人工智能具有自我學習和自我完善能力 這需要運用大量的人工標簽化的數據來進行機器學習 和深度學習才能完成 因為數據也很難做到百分之百 準確 所以樣本量越大 得到準確結果的概率也越高 然而 目前數字的產權不清晰且涉及到個人隱私 業(yè)務 關聯的企業(yè) 農業(yè)生產者 消費者共同創(chuàng)造的數字也無 法界定產權 企業(yè)使用這些數據也缺乏明確法律依據 農作物 病蟲害 土壤等數字化需要信息科學和農業(yè)科 學兩個領域的專家共同協調開發(fā) 并且這些人工標簽 化的數字需要投入大量人力和物力 如果其權利得不 到保障 就會打擊農業(yè)數字化創(chuàng)新發(fā)展 最終制約數字 農業(yè)發(fā)展 因此 應完善數據安全保護制度 規(guī)定數據創(chuàng)造 過程中的所有權分配機制 規(guī)定具有承繼權 出讓權的 數據類型 明確受法律保護或不受法律保護的數據類 型的界限 使數據創(chuàng)造的利益相關方的利益得到保障 和彼此制約 在充分利用數字的經濟利益時 避免惡意 競爭和 殺熟 等非法使用數字的行為 同時也要建立 合理的數據行業(yè)自律組織和數字司法體系 包括司法 訴訟 違法違規(guī)舉報等制度 以解決智慧農業(yè)和數字農 業(yè)時代所帶來的數據所有權矛盾 從而激勵農業(yè)相關 各方努力創(chuàng)造出更多更高質量的數據 二 加大主要農產品核心數字技術研發(fā)投入 擴 展數字農業(yè)界限以推動生產經營數字化改造 目前使用最多的農業(yè)數據是銷售數據 尤其是電 子商務所帶來的消費者瀏覽 購買農產品或商家銷售 農產品的數據 而缺乏農作物生長階段 生長環(huán)境 病 蟲害狀況 土壤成分 地塊氣候等生產管理各個環(huán)節(jié)的 數據 從而嚴重制約了數字化設備應用和數字農業(yè)發(fā) 展 目前這些生產環(huán)節(jié)的人工智能處于實踐階段 應 用范圍和智能程度有限 還無法有效實施精細化 智能 化 數智化農業(yè)生產經營 因此說明 數字農業(yè)初期應 加大主要農產品核心數字的生成 以推動農產品產前 產中 產后的數字化改造 1 建設農情數字 利用衛(wèi)星遙感 航空遙感 地面物 聯網等手段 動態(tài)監(jiān)測重要農作物的種植類型 種植面 積 土壤墑情 作物長勢 災情蟲情等 并對這些信息進 行數字化處理 傳輸至數字平臺 以便農戶下載及智能 農機設備可以識別 處理 應用這些數據 從而提升農 業(yè)生產管理智慧化程度 2 創(chuàng)建病蟲害和植保數字庫 構建農業(yè)病蟲害測報 監(jiān)測網絡和植保防御體系 將監(jiān)測信息數字化后傳入 數字平臺 實現重大病蟲害智能化識別和數字化防控 3 建設數字田園 架設田間光電感應設備 收集相 關地塊信息 將農業(yè)機械設備數字化和智能化 以推動 智能感知 智能分析 智能控制技術與裝備在大田種植 和設施園藝上的集成應用 建設環(huán)境控制 水肥藥精 準施用 精準種植 農機智能作業(yè)與調度監(jiān)控 智能分 等分級決策系統 發(fā)展智能 車間農業(yè) 推進種植業(yè)生 產經營智能管理 4 構建產品數字標記 推進農場 農貿市場 超市 農業(yè)生產資料企業(yè)信息數字化 實現相關方的直連直 報 實現農業(yè)生產資料購買和農產品生產 流通 銷售 各環(huán)節(jié)信息互聯互通及可追溯性 三 以大城市周邊數字農業(yè)示范區(qū)為突破點 逐 步完善數字農業(yè)基礎設施和服務體系 由于數字農業(yè)需要較多的數字設備投入 若相關 數字平臺 數字生產和流通設施不完善 就會導致先進 的數字化技術不但沒有實現農業(yè)成本節(jié)約 反而具有 較高成本 以至于農產品市場售價也高于普通農產品 此時數字農業(yè)的競爭力就在于品質而非成本 而大城 市居民收入較高 對農產品高品質具有較強偏好 且對 其價格不敏感 這就為數字農業(yè)提供了較強的市場需 求 因此 數字農業(yè)應該首先選擇大城市周邊或經濟發(fā) 達地區(qū)作為試點 以保證數字農業(yè)實現較高經濟效益 和示范效應 引導其他地區(qū)模仿數字農業(yè)生產模式 有 效降低數字農業(yè)和智慧農業(yè)投資的邊際成本 并獲得 規(guī)模經濟效應 充分實現數字農業(yè)高品質和低成本的 競爭優(yōu)勢 推動傳統農業(yè)全面向數字農業(yè)轉型 完善數字農業(yè)基礎設施和服務體系 完善和升級改 造農村通信網絡基礎設施 大力降低農村居民網絡使用 費用 鼓勵農村居民家庭普及手機和計算機等信息化終 端 完善農業(yè)科技信息數字化服務平臺 引導各類社會 主體利用農業(yè)數字化技術開展市場信息 農資供應 廢 棄物資源化利用 農機作業(yè) 農產品初加工 農業(yè)氣象 私人數字化定制 等領域的農業(yè)生產服務 結合衛(wèi)星 30 導航系統 鼓勵相關企業(yè)有針對地完善農村耕地的地理 信息 將相關的農業(yè)監(jiān)測設備與傳感器 農機設備 管 理系統 物流設備 農產品加工設施接入移動網絡 地 理信息系統和衛(wèi)星導航系統等實現物與物的對接 構 建鄉(xiāng)村物聯網 支持傳統農業(yè)向數字化 智慧化轉變 四 推動人工智能與精準農業(yè)相融合 實現生產 與需求的精準銜接 利用人工智能管理農業(yè)生產環(huán)節(jié) 把人工智能管 理方式由傳統的農業(yè)生產數據收集 自動模型處理升 級為人工智能參與生產管理 決策判斷以及完全自動 化協作生產 既減輕勞動強度和勞動投入 又更加精 準地管理控制生產過程 實現優(yōu)質 高效 節(jié)約的農業(yè) 生產 同時 農業(yè)產業(yè)鏈不斷與物聯網 海量大數據 云計算 區(qū)塊鏈等新一代信息技術結合 結合市場端 銷售大數據的反饋和訓練 使人工智能可以自動提前 預知市場需求對產品品種 數量 特點 時間的準確要 求 從而為生產者提出科學生產管理建議 并自動調 節(jié)生產管理以適應市場需求 與智能供應鏈相連接 將 農產品物流 銷售信息相關關聯 減少中間流程消耗 成本 提高農產品新鮮程度 在主要農產品實施人工 智能管理后 根據人工智能技術成本的下降情況 人工 智能可以逐步提供更加豐富的應用場景和更加高效 的解決方案 從而在育種 種植機械 病害害防治 采 摘 農產品運輸 銷售 農業(yè)生產流通及消費的一切環(huán) 節(jié)發(fā)揮不可替代的作用 完全實現市場需求與農業(yè)生 產的精準銜接 參考文獻 1 Lajoie O Malley A Bronson K Burg S The future s of digital agriculture and sustainable food systems An analysis of high level policy documents J Ecosystem Services 2020 45 10 101183 2 Oane V Sarah R S Louis T Imprecision farming Examining the in accuracy and risks of digital agriculture J Journal of Rural Stud ies 2021 86 8 623 632 3 Basso B Antle J Digital agriculture to design sustainable agricultural systems J Nature Sustainability 2020 3 254 256 4 Strube J Glenna L Hatanaka M Data Driven Sustainability Metrics Digital Technologies and Governance in Food and Agriculture J Rural Sociology 2022 87 1 206 230 5 Pauschinger D Klauser F R The introduction of digital technologies into agriculture Space materiality and the public private interact ing forms of authority and expertise ScienceDirect J Journal of Rural Studies 2021 91 4 217 227 6 Prause L Digital Agriculture and Labor A Few Challenges for Social Sustainability J Sustainability 2021 13 11 5980 Development Trend of Digital Agriculture in Developed Countries and China s Strategy WANG Jing 1 LI Sheng wen 2 1 School of Accounting Guangzhou Institute of Business and Technology Guangzhou 510850 China 2 College of Economics and Management South China Agricultural University Guangzhou 510642 China Abstract Aiming at the problems of low degree of digitization and intelligence in China s agriculture this paper analyzes the development trend of digital agriculture in developed countries on equipment digitization intelligent production intelligent circulation management refine ment and phased technology diffusion and puts some suggestions for the development of China s digital agriculture such as encouraging a gricultural digital creation increasing the research and development of core digital technology promoting the integration of artificial intelli gence and precision agriculture building a digital agriculture demonstration area around big cities and gradually expanding the boundaries of digital agriculture Key words digital agriculture smart agriculture precision agriculture artificial intelligence digital technique 責任編輯 妤 文 31