智慧農業推動陜西省蠶桑產業升級機制及路徑

關鍵詞：智慧農業；蠶桑產業；作用機制；實施路徑；產業升級

0 引言

2023年中央1號文件《中共中央 國務院關于做好2023年全面推進鄉村振興重點工作的意見》提出，加強農業基礎設施建設、強化農業科技和裝備支撐[1]。互聯網技術（物聯網、智聯網等）、通信技術（5G、區塊鏈、數字孿生等）、人工智能技術（大數據、人機混合智能等）已經融入農業生產、加工、銷售等環節，推動農業生產過程和商業模式的改變。2020年9月，工業和信息化部等6部門印發《蠶桑絲綢產業高質量發展行動計劃（2021—2025年）》強調，要積極推動大數據、人工智能、工業互聯網等新技術在蠶桑產業的應用，推動蠶桑絲綢產業數字化升級[2]。2020年8月，陜西省在石泉縣召開了蠶桑產業發展研討會，討論了陜西省蠶桑產業“十四五”發展規劃，提出重點推動蠶桑產業轉型升級。

陜西省作為古絲綢之路起點、鎏金銅蠶發現地，蠶桑絲綢已成為區域經濟發展的支柱產業。但是陜西省蠶桑產業生產技術及管理經營模式落后、比較效益低、競爭力弱[3]。隨著信息技術的迅猛發展，我國進入了智慧農業發展階段，將智慧農業要素融入蠶桑生產、管理、經營和服務過程，提升蠶桑產業效益，創新發展模式，促進產業升級，成為蠶桑產業發展亟待解決的問題。

1 發展現狀及面臨挑戰

1.1 發展與研究現狀

1.1.1 發展現狀

據統計，2021年陜西省蠶繭量6047.95t，其中安康市蠶繭量5083t，全省最多；全省桑園面積21182hm2，其中安康市15018hm2[4]。安康市作為陜西省蠶桑的主產區，蠶業總產值30億元，是農業主要收入來源[5]。工業化、城鎮化的快速推進導致蠶桑產業規模萎縮、比較效益低，加之科技創新匱乏、缺乏市場競爭力。面對現狀，在蠶桑產業布局上，建設陜南優質蠶桑生產基地，培育關中高效蠶桑生產基地，建設兼顧生態與經濟的陜北生態型蠶桑生產基地。建立技術創新體系、加快新技術推廣，通過育種智能化、桑園機械化、養蠶科技化和收繭規范化，推進小蠶共育、大蠶省力化飼育技術，提升比較效益[6-8]。借助智慧農業，加強技術創新和科技成果轉化，推動產業升級。

1.1.2 研究現狀

面對陜西省蠶桑產業發展的困境，產業升級成為可持續發展的必然選擇。產業升級指依靠科技進步來提高資源利用效率[9]。如何利用新技術提高產業智能化、自動化水平，推動產業升級是目前傳統蠶桑產業面臨的主要問題。智慧農業是通過人工智能、機器人技術、區塊鏈、云計算、物聯網和5G等數字技術不斷改善生產過程，優化生產決策，提高生產效率，實現經濟、社會、環境的可持續發展[10]。智慧農業的發展為蠶桑產業升級提供了技術支撐。

智慧農業研究主要聚焦智慧生產、智慧管理、智慧經營和智慧服務。雖然智慧農業的相關研究較多，但涉及蠶桑產業研究少且零散，主要聚焦基于物聯網和無線傳感的家蠶生長監測系統[11-12]，實現自動控溫[13]；采用嵌入式系統進行自動控制[14]；結合基于深度學習的蠶室智能環境管理系統，實現精確控制蠶桑環境因子[15]，搭建智慧蠶桑農場孵化器[16]；運用大數據設計蠶桑智能系統，實現蠶桑數據的自動采集、智能分析[17]；采用改進最大最小蟻群算法優化方格蔟采繭機，縮短采繭路徑和時間[18]，利用智能桑樹植物切割器[19]開展自動飼喂；深度學習、機器視覺應用于蠶桑疾病檢測[20]，檢測蠶繭內外缺陷及微粒子[21]，對蠶繭進行分級、鑒定[22]。已有研究缺乏對智慧農業推動蠶桑產業升級內部機理的深度分析，尚未提出運用智能技術推動產業升級的系統解決方案，在借鑒和推廣方面具有一定的局限性。本研究在已有研究基礎上，剖析智慧農業推動陜西省蠶桑產業升級的內部機理，構建智慧農業促進蠶桑產業發展的互動模式，提出智慧農業推動蠶桑產業升級的路徑，推動陜西省蠶桑產業升級。

1.2 面臨挑戰

1.2.1 蠶桑產業信息化建設滯后，智能化程度低

2021年陜西省信息傳輸業占基礎設施投資比例僅2.1%，農業機械總動力2431.21萬kW，其中畜產品采集加工機械設備6367臺（套）[4]。陜西省地處西部，特別是蠶桑主產區位于陜南各市，經濟基礎薄弱，蠶桑產業信息化建設滯后，機械化、自動化、智能化程度低。

1.2.2 缺乏高素質蠶桑產業生產管理人才

陜西省農業從業者老齡化嚴重，平均教育年限不足7年，農業信息化接受度低，農村人才單向輸出，無法滿足智慧農業發展的人才需求。

1.2.3 蠶桑產業信息化管理、服務水平低

由于信息化設施差，蠶桑產業信息化管理、服務體系不完善，管理方式以手工為主，信息化、智能化管理程度低。

1.2.4 蠶桑產業經營方式落后

蠶桑產業經營主要以傳統的自銷、合作社等方式為主，無法及時獲取市場信息，無法形成品牌效應，銷量小、渠道少、效益差。

綜上所述，蠶桑產業發展須以智慧農業的技術創新、理念創新、模式創新，改變傳統蠶桑產業生產、經營、服務，引導蠶桑產業向智能化、信息化、網絡化方向發展[23]。

2 內在機理及作用機制

2.1 內在機理

利用5G的高速率、低延時，通過一鍵互聯集中操控桑園、蠶室傳感器和自動控制設備，獲取實時數據反饋，達到高效、精準、自動化控制。同時，通過5G調用網絡攝像機、無人機巡檢等，在蠶桑生長監測、病蟲害防治中發揮重要作用。

運用大數據對家蠶基因圖譜進行智能分析，提高育種成活率；對土壤、大氣、溫濕度和二氧化碳濃度等生態環境數據進行聚類分析，實現病蟲害精準預防[24]；對海量生產、銷售數據進行深度分析，監測市場價格、供需情況等，實現對市場和消費的預測和預警；通過對全產業鏈數據的管理分析，實現產品溯源。

智慧蠶桑產業生產系統主要依賴物聯網技術。在工廠化飼育中，采取無線傳感器對生產現場的溫濕度、光照及其他生態環境參數進行監測，實現精細生產；通過遠程遙控，進行調溫、自動飼喂、消毒和上蔟等，實現精準控制；利用RFID、條碼等識別技術，記錄蠶桑生產數據，全程追溯，實現絲綢產品的質量溯源[25]。

利用人工智能中的人工神經網絡識別桑葉特征圖像，預測桑葉耗水量，構建病蟲害識別系統；育種時對控制蠶繭纖維長度和強度的基因進行適應性及穩定性智能評估，獲得適應性最強的優質蠶繭。

基于機器學習的圖像識別與智慧決策應用于桑葉采摘、蠶繭品質檢測與分級、病蟲害預警及市場預測。

將區塊鏈和物聯網、大數據結合融入蠶桑生產、流通、銷售過程，降低物流成本、實現產品質量安全追溯。

2.2 作用機制

智慧農業推動蠶桑產業升級主要體現在智慧生產、智慧管理、智慧經營和智慧服務4個方面，如圖1所示。

2.2.1 智慧生產

利用物聯網構建可視化云平臺，把通過傳感器采集的環境參數發送給終端設備，用戶通過客戶端實時監控桑園數據，通過自動溫控設備、超聲波補濕器等對大棚內的溫度、濕度、光照度等進行遠程控制[26]?；跓o線傳感器對蟲情信息進行測報和定位，結合智能殺蟲燈實現準確、無害的桑樹殺蟲?；谟嬎銠C視覺和低空遙感的病蟲害鑒別技術助力桑園精準施藥。基于支持向量機的機器學習智能識別桑葉成熟度，集成了5G和邊緣計算等技術的智能機器人逐漸實現了智能分析桑葉表型數據，自動采集、自動切割等功能[27]。

應用計算機視覺分析蠶種的X射線圖像，觀測不同蠶種內部結構及發育情況。運用農業數字孿生系統對蠶種點云、光譜、圖像數據和高通量表型信息的深度感知、快速處理和建模分析，實現對蠶種表型性狀的實時解析，為蠶種表型精準鑒定和種質資源的精確評估提供支持。

利用物聯網將桑蠶生物信息、生產設備信息和管理信息實時連入網絡，實現對蠶飼育過程可看、可控。通過無線遙控自動將桑葉均勻撒落到蠶床上，實現智能化控制、流水線喂養；將自動撒石灰機安裝到自動喂蠶機上，遠程控制飼喂車的前后移動對蠶房進行全覆蓋消毒；將方格蔟掛在自動上蔟架上，通過無線遙控將方格蔟降下給小蠶自動上蔟。

依托互聯網、物聯網、視頻圖像處理等技術的蠶生長監測系統，可以實時監測蠶各階段的生長進食情況、蠶房的溫濕度、氣流速度和氣體濃度等，實現蠶室環境的全面感知和智能控制。

智能摘繭機模擬人手弧形頂齒設計，從上向下頂出蠶繭，同時還能清理格子里的浮絲，做到手不碰繭、繭不變形。

利用構建多模式分類算法的計算機視覺系統，對蠶絲中存在的異性纖維進行自動識別和分離，快速精準地實現蠶絲質量檢測和分級；基于電子鼻、光譜技術的機器學習檢測蠶繭品質。

2.2.2 智慧管理

融合云計算、物聯網、人工智能和計算機視覺等技術構建智慧管理平臺，采集生產、市場、供應鏈等數據；基于人工神經網絡完成多源異構數據的智能化分析和決策，實現對全生命周期和供需市場的智能化監測預警；基于仿生機器人完成決策的自動化執行。通過智慧管理平臺的數據聯動，實現自然、經濟、設備資源的高效管理和動態調配，提升管理效能。

區塊鏈技術具有分布式容錯、不可篡改等特征[28]?；趨^塊鏈、RFID的蠶絲溯源系統，通過賦碼、注標等方式在產品上標注蠶絲的蠶種、桑葉、上蔟和防疫等關鍵信息，實現蠶絲從蠶種到生長再到繅絲的生產、加工、分揀、物流和定價等可追溯，保證產品安全。

2.2.3 智慧經營

利用5G、VR、流媒體等搭建安康蠶桑產品線上展銷平臺，開展線上銷售、品牌推廣、虛擬參觀體驗等活動，發展F2C的電子商務新模式。

借助抖音、快手、小紅書等短視頻平臺，搭建蠶桑產品體驗館，通過直播推廣、主播帶貨等方式增強桑蠶產品的流通能力，拓展銷路。

借助大數據和人工智能獲取更精準的產品生產信息及消費者畫像，實現精準營銷和個性化推薦。

2.2.4 智慧服務

構建集政策、產品信息、市場行情和技術咨詢等多元服務為一體的蠶農信息服務平臺。蠶農通過各種終端訪問系統及時獲取生產、市場、供需和技術服務等信息[29]。

完善蠶桑遠程網絡服務系統，通過遠程視頻向蠶農提供桑樹栽培、科學養蠶、桑樹和家蠶病蟲害防治的相關知識和生產、市場等信息。

基于知識圖譜的智能專家系統與蠶桑專業數據庫的連接，蠶農在手機上安裝相應APP可以隨時訪問專家系統，通過智能機器人咨詢相關農技、市場等信息，同時還可以與專家進行連線，讓外地的專家進行遠程診斷、咨詢。

建立以蠶桑養殖龍頭企業、專業合作社為核心的互聯網金融平臺，為全產業上下游提供線上資金融通、支付、投資等服務。

3 產業升級路徑

智慧農業推動陜西省蠶桑產業升級要重點考慮區域適宜性、實施階段性、模式多樣性等問題，深度調研、周密規劃、協同實施及逐步推進。

3.1 強化頂層設計，制定發展規劃

智慧農業推動蠶桑產業升級應分步驟、分區域、分類型推進。首先，做好頂層設計。加強組織領導，成立專門機構，整合資源，統籌協調，明確目標任務，落實責任。其次，制定發展規劃。對區域內蠶桑產業發展的現狀進行全方位、立體式分析，明確升級目標、實施思路、發展重點、發展規模、發展時序、空間分布及保障措施等。

3.2 加大投入，夯實信息化基礎設施建設

設立智慧蠶桑產業專項資金，拓寬網絡覆蓋、提升網絡速度，引入先進設備、研發關鍵技術。引入轉基因、基因編輯、生物芯片等技術，開展智能育種。搭建云存儲視頻監控系統，借助傳感器記錄、采集蠶桑生長及環境數據，結合物聯網、人工智能實施智能控制，實現智慧生產。運用互聯網搭建蠶桑業信息服務、遠程培訓平臺，實現智能服務，集成大數據構建涵蓋蠶桑生產全周期、人員、設備和農資等檔案信息，資金、病蟲害、生產檢測、質量品控、流通和溯源等管理系統，實現網絡化、標準化、智能化管理[30]。圍繞桑蠶品種良種化、小蠶共育、大蠶飼養省力化及熟蠶上蔟自動化等推動智慧養蠶。

3.3 充分利用互聯網，加強蠶桑產業人才培養

采用互聯網+培訓等線上線下融合的方式，加大技術人員培訓和科技隊伍建設，健全市、縣、鎮3級技術服務體系，為蠶桑產業發展提供科技和人才支撐。

3.4 發展移動電商、短視頻直播，推動智慧經營

加強各地村鎮電子商務覆蓋率和物流網絡延伸鏈建設，引導較大規模的蠶桑經營主體對接京東、天貓、美團優選等電商平臺，建立陜西省蠶桑官方電商平臺和線下體驗中心，加快健全陜西省蠶桑產業營銷網絡體系。

建立短視頻直播基地，規劃品牌商家直播間、物流倉儲、產品檢測溯源、產品選款展廳、供應鏈基地和直播運營培訓等，為入駐商戶提供優質電商供應鏈、質檢、物流、倉儲、主播運營孵化及商戶運營等全方位服務[21]。整合省內絲綢直播電商資源，推動絲綢商家和短視頻直播電商的深度融合。

3.5 建立智慧蠶桑示范園區，發揮示范引領作用

借助大數據、人工智能、物聯網等技術，建立全新的智能化示范園區，升級園區智能化管理模式，打造全新的智慧園區平臺，提高園區的生產經營效率。

3.6 加大政策扶持，完善保障措施

完善蠶桑產業升級的保障政策，切實加大資金投入，建立蠶繭收購風險金補貼扶持制度，推動蠶桑產業健康發展。發揮互聯網金融、保險對蠶桑生產的支持和保障作用，鼓勵繭絲加工和流通企業以訂單農業、利潤返還、積分獎勵等形式，增加對蠶桑生產基地的投入，調動蠶農興桑養蠶的積極性[31]。

4 結束語

互聯網技術的產生為智慧農業的發展注入了新活力，為蠶桑的生產、管理、經營和服務提供了新途徑。針對陜西省蠶桑產業信息化、智能化建設、管理和服務水平低，經營方式落后，信息化人才缺乏的現狀，深入剖析挖掘5G、物聯網、大數據和人工智能等新技術在蠶桑產業中發揮作用的內在機理和作用機制，從頂層設計、信息化建設、人才培養、互聯網營銷、示范園區建設和政策扶持6個方面提出了智慧農業推動陜西省蠶桑產業升級的新路徑，強化新技術在蠶桑產業中應用，加快陜西省蠶桑產業的轉型和多元化發展。