數字技術對德國農業生產的重要意義

文│閆燕 楊濤 王思雪（農業農村部對外經濟合作中心）

德國不僅是一個充滿工程創造力的工業國，同時也是一個農業強國。盡管人口密度很高，但德國耕地面積占到了國土面積的一半。德國275,400個農業企業、近一百萬農業員工的年產值超過500億歐元，農業早已實現數字化轉型。農業領域數字技術的發展使得田間和農場的自動化早已成為現實。多年來德國農業科技發展迅速，精準農業技術已經應用于農業日常工作二十多年，智慧農業早已成為新型農業發展形式。

數字農業是1997年由美國科學院、工程院兩院院士正式提出。指在地學空間和信息技術支撐下的集約化和信息化的農業技術。數字農業是指將遙感、地理信息系統、全球定位系統、計算機技術、通訊和網絡技術、自動化技術等高新技術與地理學、農學、生態學、植物生理學、土壤學等基礎學科有機地結合起來，實現在農業生產過程中對農作物、土壤從宏觀到微觀的實時監測，以實現對農作物生長、發育狀況、病蟲害、水肥狀況以及相應的環境進行定期信息獲取，生成動態空間信息系統，對農業生產中的現象、過程進行模擬，達到合理利用農業資源，降低生產成本，改善生態環境，提高農作物產品和質量的目的。

數字農業是將信息作為農業生產要素，用現代信息技術對農業對象、環境和全過程進行可視化表達、數字化設計、信息化管理的現代農業。數字農業使信息技術與農業各個環節實現有效融合，對改造傳統農業、轉變農業生產方式具有重要意義。隨著數字技術的飛速發展，在大數據、物聯網、人工智能、區塊鏈等現代信息技術的加持催化下，數字技術正在逐步滲透到農業價值鏈的每一個環節，從而幫助農民、農商從業者、決策者和研究人員等更加科學、有效地分析、決策與應用。

一、德國數字農業在實際中是如何應用的呢？

數字技術讓自動駕駛已經成為現實，GPS導航拖拉機在田地間行駛，機器上的傳感器可以檢測植物是否需要肥料，土壤中的水分含量和農作物狀況。拖拉機上的傳感器可以針對不同工廠的要求，助力實現精確施肥，不僅可以避免過量的化肥使用，而且對環境保護也是有益的。德國大規模的農場都進行著現代化的養殖與管理：在奶牛場，農民日常工作時普遍使用帶有傳感器的擠奶系統和設備，該傳感器可以分析牛奶成分或奶牛的身體狀況，并及時向農民報告。牛棚里有擠奶、喂食和清除糞便的機器人，機器人可以保持牛舍清潔。在養豬場，計算機控制的飼喂系統已成為標準配置，豬成長的每個階段都有專用豬舍。在養豬過程中，利用現代生豬視覺識別技術、在線稱重技術，可以監測整個豬群的狀態、日增重、飲水和飼料情況，以及豬的活動量是否正常等。關于預測重量，可以提前五天或一周預測豬可能出欄的重量，再決定是否需要進行飼料限制等操作。

利用數字技術獲得大量準確的數據，農民們可以對養殖的動物進行長時間的跟蹤，對雞群或豬群的生產狀態提前做出預警，以便準確判斷是否需要人為干預整個動物群的健康，預防大規模的群體性疫病的發生。在養豬或家禽養殖場，還利用現代技術模擬豬或家禽最佳的生產環境，比如宰雞或宰豬的環境里安裝傳感器、安全執行器，比如風機這些設備可以提供給農民準確數據，再把數據進行處理、反饋，也就是需要數字化來對整個農場的生產進行協助。同時，德國的農民必須遵守動物福利型和環境友好型畜牧業的法律法規，例如包括豬舍通風和糞尿儲存。

德國農業數字化創新快速地促進著農業生產和發展，還為農業及其上游和下游產業提供了許多機會。例如，農民可以以更加可持續和透明的方式生產食物，現代數字技術可以使體力勞動或單調的工作變得輕松。數字解決方案使農業部門能更有效地管理使用水和土壤等有限的資源。畜牧業的數字技術應用改善了動物的生活狀況，例如通過改善飼喂管理或盡早發現動物是否生病，監控動物健康狀態，這有益于改善動物福利。

◎圖1 農業施肥管理系統，使用近紅外光譜NIRS在線測量肥料成分

◎圖2 養殖棚互聯技術，實現養殖棚環境、擠奶（AMS）、飼喂（AFS）、墊料、糞便清除、能源管理機器之間的互聯

二、德國通過數字技術解決了農業可持續發展的哪些問題呢？

1.農業施肥管理。近紅外光譜技術在施肥管理中可以起到很好的作用，有助于在不同的地塊上實現精準的施肥，也可以根據測得的營養成分實時調整施肥的漿液量，以提高養分利用效率并減少土壤的養分過剩。同時，也可以減少地下水污染的風險，通過精準的施肥，可以了解到這個地塊的產量，高產量和低產量地區所需要的施肥量有什么不同，對于農民和研究人員來說都可以獲得非常透明、直接的數據。

2.基于傳感器的產量測定。其可持續性體現在可以通過傳感器精確了解每個地塊的產量和營養成分，根據具體物質產量和收獲物的養分含量調整漿液分布，可以加強對比較肥沃土地的利用。對于相對不肥沃的土地而言，可以適當擴大作物的面積。通過這些技術手段，可以同時保證精細作業以及生物多樣性。

3.飼養管理。在飼養過程中，利用精準的數字技術和互聯網絡可以增進對營養成分、飼喂量等情況的詳細了解，避免定量配比中的氮和磷過剩，有效防止養分含量過剩，可以更加合理地配比利用飼料，以減少精飼料的使用。通過對養分流進行分析，可以發現在整個循環過程中的薄弱環節。這在可持續發展中非常重要。

◎圖3 連接每個牲畜個體的傳感器系統

4.養殖棚互聯技術。這些設備之間實現的互聯可以接收來自彼此的信息。通過互聯技術可以看到在牛舍里的傳感器，利用刮糞機器人可以接收有關奶牛位置的信息。由此奶牛排泄后快速清除尿液和糞便，改善了養殖棚過道中氨氣的排放，有利于奶牛的健康，大大提高了動物福利。

5.連接每個牲畜個體的傳感器系統。通過連接個體的傳感系統可以監測個體動物的各種表現行為，從而判斷它們的健康情況，做到提前預判和更改善。可見個體動物傳感器對于提升動物的健康狀況非常關鍵，在奶牛場中可以提高奶牛的經濟壽命。

對畜牧業中例如養殖奶牛而言，數字化的技術有助于更好了解牛奶生產的過程，可以提高生產效率，提高產量，更有利于持續性措施的實施。在整體農業領域中，不僅利用數據做關于生產或生產過程本身的控制，同時也可以利用這些數據的變化對可能發生的生物安全風險進行整體的提報。可以用聯網終端將一些生物安全風險提供給其他的農場或提供給其他的區域來進行提前的預防。