基于“藏糧于技”的糧食生產實施策略

郭恬 高志強

[摘要]糧食安全關乎民生和國家安全，“藏糧于地，藏糧于技”是維護我國糧食安全的基本戰略。其中“藏糧于技”必須通過科技創新解決當前農業生產中的難題，提高糧食生產領域的科技貢獻率。同時，必須前瞻性地加速數字農業建設、精準農業實踐和智慧農業探索，奠定我國糧食生產領域生態智慧農業的基礎。

[關鍵詞]農業科技創新;數字農業;精準農業;智慧農業

中圖分類號：S15文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202003

進入新世紀，我國農業的主要矛盾已經從糧食總量不足轉變為糧食結構性矛盾，糧食安全形勢依舊相當嚴峻。無農不穩、無糧則亂，糧食安全事關基本民生和國家安全。中國農業面臨“四面夾擊”的困局，主要表現在農產品價格居高不下、生產成本增加、農業補貼政策逼近WTO約束“黃線”、資源環境亮起了“紅燈”，中國農業面臨著前所未有的嚴峻形勢。農業現代化是一個不斷創新不斷完善的動態發展過程，當代中國必須走產出高效、產品安全、資源節約、環境友好型現代農業發展道路。目前，黨和國家全力推進數字農業建設和精準農業實踐，中國農業現代化的發展方向應該是兼具生態思維和人工智能的生態智慧農業。

1 加速農業科技創新

農業科技創新是由農業科技創新體系研發的科技創新成果，再通過農業科技推廣體系應用于農業生產，提升農業科技貢獻率，推動農業生產水平提升。我國的農業科技創新體系，包括涉農高等院校、農業科研機構和社會力量，高等農業院校、中國農業科學院、省級農業科學院、地市級農業科學研究所是農業科技創新的主力軍，現代農業企業、農民專業合作社等社會力量也參與農業科技創新，為農業生產提供新品種、新技術、新材料、新工藝、新模式，全面提升農業生產的科技貢獻率。種質資源應用基礎研究涉及面廣，包括種質資源保存技術、遺傳多樣性與遺傳演化、種質資源精準評價、優異基因資源挖掘、優異種質創新利用等[1]。農業科技創新體系培育的新品種在生產方面發揮了極大的作用，目前新品種選育引入市場機制，現代農業企業在這方面發揮的作用越來越大。面向現代作物生產，作物栽培學與耕作學領域的專家，為糧食生產提供了大量新技術、新模式、新工藝，實現糧食豐產、優質、增效。農業新材料的研發在整個農業科技創新過程中相當重要，研發過程順應新材料信息化、智能化、低碳、高循環、綠色等發展趨勢，有效推動了特色資源新材料的可持續發展[2]。此類新材料具有更好的工作性能，同時也順應了現代農業的生態化發展趨勢。

2 加速數字農業建設進程

數字農業依托農業物聯網技術、農業遙感技術采集、積累農業大數據資源，奠定精準農業、智慧農業的農業大數據資源基礎。

大數據是相對傳統的計算機數據而言的，具有數據體量巨大、更新速度快、數據真實可靠、多樣化、低價值密度和高應用價值等特點。農業大數據是指數據農業領域采集的大數據資源，包括資源環境大數據、農業生物大數據和農業生產經營大數據。通過融合農業的地域性、周期性等自身特征，收集、鑒別、標識各類有用數據，這些數據通常難以應用普通方法得以處理。對此，要進行數據歸類，并且建立數據集，通過更為復雜的高標準模型與參數來系統分析數據、優化組合類型，把系統多樣、極為復雜的數據簡化，使之更利于處理與分析，標準化的數據更方便決策者做出農業決策，并可以實現農業生產過程中的部分自動化控制與操作。農業信息化是一個動態的概念，是在農業領域充分利用信息技術的方法、手段和最新成果的過程。農民需要測量和了解諸多數據，如天氣數據、GPS數據、土壤細節、種子、化肥和作物藥劑等，這些數據與他們的耕作質量與產量關系密切。獲得數據后，把數據按照一定的關系模型歸類，并對這些數據進行分析與整理，再進一步整理出有序、有效的數據對土地進行短期模擬和長期管理，在模擬與管理期間嚴格按照分析的優化組合方法種植，以期實現農作物產量和利潤的最大化。除農戶外，有關農業工具制造商、種子和肥料以及藥劑的供應商也對這些數據有很大的需求，通過采用專業算法，使數據轉化為生產力，得出標準化的參數，從而制造出最實用的農業工具，構造農業生產分析決策平臺，為農民提供盡可能優化的解決方案和服務。

近年來，農業傳感技術和農業物聯網技術迅速發展，智能溫室已具有很成熟的技術體系，大田物聯網也開始發揮作用。農業物聯網已初步形成以多樣化的農業傳感器、網絡互聯和智能信息處理系統等共性關鍵技術研究為重點，以采集和積累農業資源環境、農業生產過程、農業設備設施、農業生物等大數據資源，實現以農業機械裝備作業調度和自動控制、遠程監控農業生產過程和農產品質量全程追溯、服務平臺集成、標準體系制定等方面為重要應用發展領域的新興產業格局[3]。采用這種新興的系統獲取各類信息，經過傳感器數據分析可斷定土壤適合栽培的作物種類，采用氣候環境傳感器能夠實時收集作物成長環境數據，通過自動分析得出具體的適宜氣候條件，從而實現科學栽培。農業物聯網的構成與多個領域、多種技術緊密聯系，是新一代信息技術在農業領域的高度集成和綜合運用，對我國農業信息化發展具有重要引領作用，改變了傳統農業生產方式，促進農業向智能化、精細化方向轉變[4]。但由于需要以硬件設備的投資和聯網為基礎，因此投資額較大，在普通農戶種植過程中推廣仍存在問題，目前主要用于設施農業生產過程的管理和操作。

遙感技術利用人造衛星、飛機等運載采集數據信息的遙感器，對田間種植情況與區域分布進行整體識別，利用高分辨率傳感器，采集地面空間分布的地物光譜反射或輻射信息。還可以在不同的作物生長期內實施全面監測，根據數據進行空間定性、定位分析，為選擇農作物的種植種類與規模提供大量有效信息[5-6]。農業遙感技術具有廣闊的應用空間，包括農作物長勢監測、種植面積遙感監測、遙感估產、病蟲害遙感監測、土地資源利用情況遙感監測、農業災害遙感監測等領域。GIS能監測農田土壤養分、水分、蟲害等的變化情況，根據獲取的農田信息的實際情況繪制地形圖、農田信息分布圖，制定施肥、噴灑農藥、灌溉等科學管理方案，做出田間的智能決策[7]。GPS即全球定位系統，簡單來說它是由24顆覆蓋全球的衛星組成的衛星系統，在農業生產中通常可以利用GPS進行土壤養分調查、分布區域調查等，取得大量的信息與數據資源，為田間精確管理和農作物增產提供可行的方式。

3 推進精準農業探索實踐

精準農業也稱為精確農業，核心在于“精準”二字，摒棄傳統農業的粗放式作業和模糊式經營，積極開展精準農業實踐探索，是當代農業科技工作者的肩頭重任。國外學者將農業時代的傳統農業稱為農業1.0，將工業時代的機械化集約農業稱為農業2.0，將基于資源節約、環境友好和投入品高效利用的精準農業稱為農業3.0，將基于人工智能的未來智慧農業稱為農業4.0。農業3.0是正在探索的精準農業，重視資源節約和環境友好，關注投入品的使用效率和效益。

所謂精準農業，是以信息技術為支撐，根據空間變異，定位、定時、定量地實施農事操作與管理的農業生產管理體系。精準農業是以農業資源環境本底數字信息資源為基礎，根據農業生物生長發育需求，精量、準確使用農業投入品，實現資源節約、環境友好和資源高效利用。精準農業目標狀態，可以概括為營養供給精量化、環境控制精準化、過程控制精細化、農事作業高效化。

在營養供給精量化方面，植物生產應根據土壤養分供給情況和農業植物的需求情況，研發精準播種、精準施肥、精準灌溉、水肥一體化技術等。養殖領域則應研發根據動物生長發育階段的差異化配方和差異化日糧標準，或研發能自動生成個性化配方及日糧標準的專家系統。

當環境因子處于生物需要的最適狀態時，生物生長發育就能達到最佳狀態，從而達到高產、優質的目標，實現環境控制精準化，并在智能溫室和設施養殖方面得到較為充分的應用。通過農業物聯網和自動控制系統，實現環境控制精準化，智能溫室可將溫度、濕度、光照等環境要素控制在植物生長發育的最佳范圍。露地生產依托傳感技術、遙感技術、物聯網技術和地理信息技術，實施基于環境狀態精準調控的農藝措施。

任何生物在不同生長發育階段，對環境條件和營養供給的要求都不同，過程控制精細化就是根據生物生長發育進程和資源環境要素的動態變化，實時生成基于精細化過程控制的農藝措施并自動實施，同時根據實施效果的實時監測情況，實施隨動精準化調控優化方案。

目前，農事作業高效化主要從以下三個方向開展研究與實踐：一是輕簡化栽培，適當減少效率較低的農事作業，既可以降低農業生產的勞動消耗，又能減輕對農業生物的物理損傷。二是靶標化作業，害蟲防治領域的靶標施藥可省工、省藥，提高防治效果，靶標施肥也是精準農業的重要研究方向。三是農事作業一體化，基于滴灌設施的水肥一體化技術已基本成熟，播種覆膜一體化作業的農業機械也已推廣[8]。

4 生態智慧農業前景展望

人工智能將不斷改變人類的生產行為和生活方式，能夠給農業生產和農業現代化賦予巨大能量，展現了未來智慧農業的美好圖景。機器學習和基于人工神經網絡的深度學習，使計算機具備了類似人類的學習能力;語音識別、視覺識別、自然語言處理使計算機具備了一定的交流互動能力;依托數學模型、專家系統、機器推理和多層感知器技術，計算機的形象思維和邏輯思維已表現出較高水平，計算機的創新思維能力方面的研究也取得了一些基礎性成果;機器的自主決策能力提供了多樣化的實現途徑，遠程控制和自動控制是目前的應用領域，未來的機器人將具備完全獨立的自主作業和自主行為能力，類似于具有完全民事行為能力的社會人。從感知智能到認知智能，進而發展到通用智能，體現著從弱人工智能到強人工智能發展的基本技術路線和研發實踐。智慧農業領域的農業機器人可能具有多樣化的表現形式，主流方向應該是研發面向專項任務的多樣化智能機器。

生態智慧農業就是高度體現生態思維和人工智能的現代農業新范式，遵循客觀事物的變化發展規律，農業發展演化過程也是一種從低級到高級的遞進式發展過程，未來發展是在現有成果基礎上的提升或升級。目前，設施農業、生態農業、循環農業、多功能農業等領域已取得了很多優秀成果，數字農業建設、精準農業實踐、智慧農業探索也初具規模，未來農業發展不可能只考慮某一方面的因素，而應該整合基于現代信息技術支撐的智慧農業，與基于可持續發展理念和生態思維的生態農業，走生態智慧農業發展道路。

5 結 論

“藏糧于技”的實施策略，不僅依靠傳統的農業科技創新體系，為現代糧食生產提供新品種、新技術、新工藝、新材料、新模式，為國家糧食安排提供技術支撐和技術儲備，更重要的是，還要主動適應“互聯網+”時代的最新發展格局，全面推進數字農業建設，夯實現代農業的大數據資源基礎。同時要加速精準農業探索實踐，堅持資源節約、環境友好的農業現代化發展方向，在人工智能技術迅速發展的新形勢下，加速智慧農業的共性關鍵技術研發，融合生態思維與人工智能，探索生態智慧農業核心技術和運行模式。

參考文獻

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