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《瞭望》:数字农业如何冲关?

来源:(《瞭望》   江西农业农村)
 
▲ 1月9日,浙江省建德市杨村桥镇草莓小镇示范园区草莓大棚,新研发的草莓采摘机器人伸出机械臂,根据程序设置采摘成熟的草莓
 
 
        稻菽飘香,一片金黄。
 
        在北大荒农垦集团红卫农场有限公司的一处农业先行示范区,《瞭望》新闻周刊记者发现灌溉系统正少量间歇浇灌着稻田,田间地头隐约可见传感器却不见人。
        公司副总经理隋喜友介绍,这是稻田里的水位传感器自动监测水层深度,数据传到智能灌溉控制系统诊断后,指令下达到灌溉控制装置,开启了浇灌程序,即将进入收获期,灌水量大大减少。
        近年来,北斗导航、5G等技术应用到农业生产、流通、服务等环节,在一些地方,农业不但改了模样,还变了内涵:物联网、大数据引领“无人化”农业正逐步替代看天浇水,靠经验施肥的传统耕作模式。
        当今世界局势复杂多变,疫情控制未见明朗,粮食安全成为博弈的焦点。我国粮食安全保障升级,“十四五”规划首次将粮食综合生产能力作为安全保障类约束性指标,在经济社会发展主要指标中予以明确。
        农业生产的数字转型成为解决“谁来种地,怎么种地”的战略举措,也是我国由农业大国迈向农业强国的必经之路。
        “十四五”是推进农业农村数字化的重要战略机遇期。当前,能否让数字农业从一些地方的“盆景”变成大规模推广和应用的“风景”,数字农业冲关,将引发农业生产领域哪些变化?数字化实用技术运用、机器替代人等如何助力农业提质增效?
 
 
传统农业“华丽转身” 
 
▲ 8月30日,湖南省永州市道县清塘镇濂溪大洞蔬菜基地,灌溉系统在给蔬菜浇水
 
        红卫农场的先行示范区占地3600亩,每块格田15亩,通过物联网设备,把气象、苗情、病虫等相关数据全部接入到大数据系统中。
        ——通过卫星遥感数据,加上无人机扫描,形成了从卫星到地面、从宏观到微观的全方位、实时化的水稻农情监测系统。稻田哪里“营养过剩”或“营养不良”用数据说话。
        ——通过高光谱成像仪、植株营养素分析仪等仪器监测,经过“算法”换算出水稻营养值,实施精准施肥,既确保水稻产量,又保护黑土地。
        隋喜友介绍,红卫农场有限公司农业先行示范区相比传统地块,每亩减少灌溉用水100立方米、节水15%~20%、减少氮肥用量约10%、减农药用量10%~30%;亩产量达到600公斤,实现每亩节本增效50元以上。
        近日,国家统计局根据早稻的实割实测抽样调查推算,2021年全国早稻播种面积下降0.4%,稻米产量同比增长2.7%。
        一增一降的背后,是克服疫情和洪涝灾害影响,农业结构的调整和种植技术的优化,这里面离不开数字技术的赋能。
        从大型粮仓北大荒来看,北大荒农垦集团建三江分公司农业发展部部长李国俊介绍说,公司在七星、二道河、创业、红卫、勤得利、胜利6个农场建设数字农业平台,实现了农业生产耕、种、管、收全程数字化、智能化、无人化,并具有农业生产作业规划、智能装备信息采集和环境因素、土壤肥力、作物生长监测等功能,可以绘制每一阶段作物长势数据图,进而科学指导生产及田间管理。
 
从全国范围来看,数字化正在依靠什么改造传统农业?
        ——数据传输通道打通:全国行政村通光纤、通4G比例超过98%。
        ——“天眼”开启:农业遥感、导航和通信卫星应用体系初步确立。数据显示,2020年,中国在轨运行应用卫星数量超过300颗,有力支撑了各行业的综合应用。农业对地监测能力的大幅提高,加速了天空地数字农业管理系统和数字农业农村建设,为乡村振兴战略实施提供精准的数据支撑。
        ——作物、机器“开口说话”:物联网监测设施加速推广,应用于农机深松整地作业面积累计超过1.5亿亩。
        中国工程院院士、农业信息化专家赵春江介绍,从全国农业大数据建设来看,目前单品种大数据建设全面启动,种业大数据、农技服务大数据建设初见成效。
        大数据支撑下,我国已在黑龙江、江苏、湖南、河南、山东、四川等12个省份,建立了针对小麦、水稻、玉米等主要粮食作物,以及棉、油、糖、果、菜、茶等大宗经济作物的无人农业作业试验区。苹果、大豆、棉花、茶叶、油料、天然橡胶等6个品种开展了全产业链大数据建设试点。
        世界经济论坛网站在相关报道中指出,中国数字技术正在改变传统农业模式,让农业更赚钱。
 
 
深度融合六大趋势  
 
▲ 2020年12月4日,湖北秭归的电商主播在郭家坝镇擂鼓台村的生态柑橘园直播推介红肉脐橙
 
        今年的中央一号文件提出,要发展智慧农业,建立农业农村大数据体系,推动新一代信息技术与农业生产经营深度融合。
        信息技术加持农业,具有深刻的应用背景:
        农业生产成本持续上升。我国农业生产越来越面临农产品价格“天花板”封顶和生产成本“地板”抬升的矛盾,随着农民工工资水平的提高和农业劳动力机会成本的增加,农业生产成本持续上升。
        农业资源环境制约加剧。土地基础地力明显下降,耕地退化。目前我国耕地基础地力对粮食生产的贡献率仅为50%~60%。
        面源污染形势严峻。以农药使用量为例,尽管已从2013年的峰值180.77万吨开始持续下降,到2019年下降为145.6万吨,但单位用量仍达8.8公斤/公顷,高于发达国家的农药用量水平。
        水资源威胁加剧。据测算,我国每生产一公斤粮食,约耗费一吨水。2019年,我国农业用水占全国用水总量的61%。
        大幅提升农业生产力,特别是全要素生产率,需要加快数字化带动农业从“传统生产方式”向“精准高效方式”转变。
        新的模式已经开启。
        相较于2020年数字农业2000亿元市场规模的“保守”预测,有机构预测2025年农业数字经济规模将达到1.26万亿元,占农业增加值比重达到15%。这意味着,“十四五”数字农业将大步快跑,呈现六大变化趋势。
        ——政府管理更加精准精细。
        以天地一体化的感知技术为服务手段的农业农村监测、调查、管理方式不断创新,加速变革了“上图入库”“以图管地”“到户到地”等现代农业监管模式。
        目前卫星遥感在农业资源调查、农业生产过程监测、农业政策效果评价、农村人居环境监测中都发挥着重要作用,有力地支撑政府部门宏观决策管理。据了解,全国农田建设信息化平台将于近期推出。
        ——规模化经营加速转型升级。
        赵春江院士认为,随着土地流转率的提升,将加速规模化种植经营的数字化、智能化转型。有关数据表明,当前市场上一套完整的农业物联网系统平均每亩地的设备成本为8000元左右,一次性投入成本过高,大多数个体农民无法承受。如果形成规模化经营,增产形成的增收将能够覆盖投入,实现收益增长,就会有越来越多的公司化经营单位和规模化经营组织选择进行数字升级。
        ——设施农业将从设施规模大向装备强、数据化能力提升等方向演进。
        特色农产品种植、畜牧业、水产养殖业等通过数字化,实现更精准的种养;无人农场、楼房养殖等新模式涌现。
        ——农产品网络销售将大幅提升。
        农业农村部印发的《全国乡村产业发展规划(2020—2025年)》提出,到2025年,农产品网络销售额达到1万亿元。对比2020年上半年农产品网络销售额近2000亿元,这并不是一个难以完成的规划。
        ——将农产品产地打造成数字工厂,形成提升农业资源整合利用效率的新能力。
        数字技术嵌入从田间地头到消费终端供应链管理全过程,以工业思维+数字农业指导农产品研发与生产制造,形成营销、物流、技术、资金、人员培养等全方位数字化赋能,提高农业经济效益。
        山东纽澜地何牛食品有限公司通过“从牧场到餐桌”全链条数字化,让只有十几年养殖历史的高青黑牛媲美日本和牛;目前全力建设“10万头高青黑牛”国家级现代农业产业园数字农业产业中心,产品延伸到生鲜蔬果多品类,一头牛“牵”出了一条数字农业产业带。
        ——富农时代加快到来。
        随着数字农业、智慧农业发展,农业产业综合生产能力和市场竞争力提升,越来越多的地方围绕优势、特色产业形成一二三产融合的全产业链发展模式,将更大程度提升农业生产效益,产生一批农业工人,获得比较稳定的收入;从事农业的经营主体收益也呈现多元化趋势,从农业生产到土地等生产资料入股,获得更多农业增值收益。农业从业人员收入更快增长的时代逐步到来。
 
 
盆景变风景仍在路上 
 
        2020年11月,农业农村部市场与信息化司、农业农村部信息中心发布的全国县域数字农业农村发展水平评价报告显示,2019年全国农业生产数字化水平为23.8%。其中,设施栽培信息化水平为41.0%,畜禽养殖、种植业和水产养殖的信息化水平分别为32.8%、17.4%和16.4%。
        农业农村部信息中心主任王小兵认为,数字农业的进程在加快。但一些数字农业、智慧农业的示范区目前更多还处于试点阶段,进一步推广还面临技术、应用、产业和机制等一系列瓶颈。
        黑龙江、湖南等地基层农业干部表示,现阶段无人农场改进成本相比人工成本较高、投入较大。我国无人化农场基础薄弱,大型农机装备智能制造整体水平滞后,制约着农业信息化发展前景。
        农业信息化建设成本高。“红卫农场有限公司,仅改装导航设备一项,2020年和2021年就分别支出350万和468万元,对农场来说,压力很大,大面积推广比较难。”隋喜友说。
        生产规模小,数字技术边际效益偏低,农业生产经营主体应用数字技术的积极性不高。红卫农场的种植示范户于海忠今年使用了无人驾驶智能插秧,他说,减少了人力,提高了作业效率和质量,提高了标准化生产。“身边也有其他种植户问我,一听普通农机改成智能农机的成本,他们就打消了念头。”于海忠说。
 
        从技术层面来看,受访专家认为,主要有三大硬骨头待啃。
        一是高端农业传感器对外依存度超过80%。农业专用传感器、动植物生长模型、大数据算法等核心关键技术研发和数字技术产业化滞后,推广应用成本高。
        二是复杂的机器系统动力换挡技术、农业机器人的关键核心部件等还存在“卡脖子”环节。
        三是数据资源建设基础薄弱,在线自动采集数据渠道狭窄,政务数据、行业数据、社会数据、企业数据尚未形成汇聚、共享、利用的机制;农村劳动力特别是能够掌握运用数字技术的农村人才缺乏。
 
瞄准低成本实用化 
 
        江苏北斗研究院曾与国内水稻农机企业合作采集制作了全程大数据集合。水稻从催芽播种到最后成为一粒米,全过程共有48个环节,全程进行数据监测、掌控,但试验结果仅能留在实验室。原因是测算下来实际应用成本要500元/亩,而水稻的种植利润仅200~300元/亩。
 
        赵春江院士认为,生产全过程的数据监测及掌控,需要投入的成本有可能超过应用场景所产生的实际价值。这是目前数字化应用的最大制约之一。
 
        因此,多位受访专家指出,现阶段数字农业要走出盆景思维,更多瞄准低成本实用化方向。赵春江院士分析,数字农业的推广不能脱离现实的农情。当前我国最大农情是,农业经营户呈现多、散、小状态。
 
        据国家统计局第三次农业普查数据,我国农业经营单位(具有法人资格的农业企业、协会、专业合作社等)204.36万个,规模农业经营户(具有较大农业经营规模,以商品化经营为主的农业经营户)398.04万个,农业经营户总数20743.16万个。
 
        除去规模经营农户,非商业化经营农户为20345.12万个,这2亿多个以“自给自足”为主要目的的农业经营户,难以承受高成本的数字化。
 
低成本实用化首先体现在减少人力投入
 
        以蔬菜种植为例,传统农业人工成本占生产成本的70%以上,其中移栽和收获用工量最大。在国家精准农业研究示范基地(小汤山),露地甘蓝人机智能协作采收现场,北京农业信息技术研究中心副主任吴华瑞介绍,人机智能协作与传统作业相比,无人作业减少人工投入成本90%以上,平均提升生产效率10倍以上。每亩节约成本450元以上,其中移栽环节约295元、植保环节约9元、收获环节约146元。
 
        在“无人化”方面,中国已经走在了世界前面。目前,我国植保无人飞机保有量2万台,作业面积超过3亿亩次,均为世界第一。
 
        其次,发挥大数据采集分析效能在平谷大华山村大桃产业示范点,赵春江院士团队采集全村每户种植棵数、面积、品种、树龄等基础数据10000多条,利用平
台数据多维栅格化处理,进行大桃分时分品种上市产量预估,截至目前依据平台预估产量模型和市场信息比往年服务农超对接效率提高36%,成功率增加50%,有效缓解了因预期产量未知带来的大桃产品过剩消耗。
 
        第三,利用防疫机器人,减少病疫传染
 
        在平谷县峪口禽业,记者看到禽舍内移动的健康巡检和消毒防疫机器人。据介绍,通过突破可见光与热成像双模图像融合、自主移动导航作业等关键技术,机器人不但可以及时捕获异常亚健康和患病鸡只的实时位置,还可以进行日常精准带禽消毒,大幅节约劳动力,有效避免禽舍疫病。
 
        第四,互联网平台思维解决效率问题
 
        日前,陕西省榆林市榆阳区推出了一项“共享拖拉机”服务,这也是中国西北首个农机社会化服务平台,村民通过手机就可以预约拖拉机下地干活,闲置的拖拉机也能得到充分利用。
 
        另一方面,对数字农业的发展不能拔苗助长,对农业基础研究的重视不能拖延。多位受访专家指出,要重视对我国当前环境条件下农业发展规律的认识。
 
        以西红柿种植为例,国内一般的温室大棚,西红柿产量每平方米为15公斤左右,而荷兰能达到60至70公斤。产量上去了,就相当于单位成本下降。
 
        “由于地理、气候、农艺和经济差异较大,照搬照抄荷兰先进技术的路子行不通。”吴华瑞说,必须加强自主基础研究。
 
        日前,世界主要发达国家都将数字农业作为战略重点和优先发展方向,相继出台了“大数据研究和发展计划”、“农业技术战略”和“农业发展4.0框架”等战略,构筑新一轮产业革命新优势。我国“十四五”规划也明确提出,加快发展智慧农业,推进农业生产经营和管理服务数字化改造。
 
        多位受访专家建议,加快推进农业领域大数据建设。
 
        第一,建设国家和省级农业农村大数据中心。加快构建天空地一体化的农业数字资源体系,抓紧启动建设国家农业农村大数据中心。
 
        第二,条块结合推进农业大数据建设。以重点农产品全产业链为主线建设“条数据”;以县域农产品生产基地和现代农业园区为单元,在国家农业农村地理信息平台的基础上建设“块数据”。条块结合,探索农业大数据应用场景。
 
        第三,培育壮大农业数字经济。把传统农业的数字化改造作为农业数字经济发展的主阵地,大力发展农产品电子商务。