李秀英 杜东菊 张青松

摘要：智慧农业是一种新的农场管理理念，是农业可持续发展的路径选择。实践中的深刻变化，既有机遇，也有巨大挑战，只有综合考虑技术、生物系统的多样性以及网络和机构的各个方面，数字时代的农业才能被称为可持续发展的智慧农业。通过对基于物联网的智慧农业的分析，探索了智慧农业可持续发展的路径及策略。

关键词：智慧农业;物联网;可持续发展

一、智慧农业

智慧农业是一种新的农场管理理念，通过生产领域、经营领域以及服务领域的全方位信息化服务，推动农业可持续发展。

在过去的一百年中，重型机械的使用和生产链的工业化等给农业生产带来了重大变化，这些变化对当前农业发展至关重要。智慧农业是一种新的农场管理理念，也是将计算机科学和信息技术融入传统农业的一种技术手段，智慧农业允许创建大量数据，在将智慧转化为有组织的信息的过程中逐步引入智能，并提取有意义的信息，作为这一虚拟行动链的最后一环。在农业生产的各个层面和规模上采用智慧农业，能够应对粮食生产需求增加和劳动力减少方面的挑战。智慧农业可以使用不同类型的传感器收集数据，经通信网络发送和接收数据，然后由管理信息系统和数据分析系统进行管理和分析，并通过允许在正确的时间和地点采取必要的行动来最大限度地减少浪费。利用人工智能技术和机器设备对农情进行高效、可靠和准确的预测，降低相应的生产成本，减少环境约束，使用智慧农业提供的数据有助于提高生产力，在现代农业活动中具有重要意义。

二、基于物联网的智慧农业

正如世界资源研究所（WRI）2018年报告中所表述的那样，可持续农业的目标是到2050年提高农业产量满足100亿人的粮食需求，而智慧农业是实现这一目标的必然途径。智慧农业是指将现代尖端技术与传统农业方法相结合，从而实现无人化、自动化、智能化管理的智慧经济形态，以提高农业生产的质量和数量为目的，同时显著降低投入成本。智慧农业的目标是通过利用科学技术提高生产力，增加产量和盈利，并减少环境足迹。物联网的发展实现了可持续智慧农业的愿景，是智慧农业的关键技术，通过自动处理、分析和访问传感器、继电器、网关等不同设备之间的数据流，为获取的数据增值。因此，智慧农业能够实现农业生产的效益最大化，能够更及时地处理生产和管理实践。无线通信技术在物联网系统中起着关键作用，物联网的结构主要包括三层：感知层进行感知，网络层处理数据传输，应用层进行数据存储和数据操作。

感知层：由各种终端设备、传感器、无线传感器网络、RFID标签和读卡器、近场通信（NFC）设备等组成。在这一层，传感器用于收集温度、风速、湿度、营养水平、植物病虫害等信息，收集的信息通过嵌入式设备进行处理，并通过网络上传到更高一层的处理器进行进一步的处理和分析，这些終端设备和传感器用于监测、控制、识别和跟踪农牧产品。无线传感器网络通常用于气候控制、监测储存和物流设施，RFID作为物联网感知层的核心，以电子产品代码的形式存储数据，然后由RFID阅读器读取、触发和操作。通过RFID射频识别技术，不需要和目标物近距离接触就可以在一定距离内识别信息。

网络层：传感器和设备需要连接到其相邻节点和网关，以便构建网络。在该层，传感器节点与网络内的其他节点和网关交互和通信，以便将数据转发到远程基础设施，在存储这些数据的地方对其进行进一步的分析、处理和传播，以获得有用的信息。就覆盖范围而言，远程技术是唯一可靠和理想的解决方案。在精准农业中，需要传输和处理大量实时数据，3G、4G、LTE（长期演进技术）和5G蜂窝通信技术是精准农业最合适、最可靠的依托，与LTE相比，5G可以在更高的频带上工作，特别是在农村地区，5G技术可以在实时连接模式下提供更高的数据传输速率和更远的传输距离，实现农场设备的远距离操控。

应用层：物联网架构的最高层次是应用层，这一层的好处和效用最为明显。例如，在应用层有许多智慧平台或系统，用于监测和控制土壤状况、水分和营养水平，还支持病虫害和农产品安全可控性的预警和管理。

三、智慧农业的可持续发展路径选择分析

无论是几千年前动物和植物的驯化，几百年前作物轮作的系统化使用和农业实践的其他改进，还是几十年前育种、人造肥料和杀虫剂的广泛使用，农业经历了一场巨大的变革。笔者认为，农业所经历的这场变革是由农业中信息和通信技术的使用呈指数级增长所引发的。总之，这些技术的改进催生了一场技术革命，使农业生产实践发生翻天覆地的变化。这些新兴技术和设备不仅适用于发达国家的农业，也适用于发展中国家的农业，因为在一些发展中国家中，信息和通信技术的基础设施建设正在迅速扩大，且这些国家对新设备和新技术的接纳程度非常高，并可能在未来成为“游戏规则”的制定者和改变者。

（一）智慧农业的发展现状分析

智慧农业可以减少农业的生态足迹。利用当前的信息和通信技术，可以创建一个传感器网络，允许设备对农场进行几乎连续的监测。特定天气预报、产量预测、疾病和灾害概率预警的运用将使农民以最佳方式种植作物。如果所有与农业相关的数据都由自动化传感器记录，那么确定资源应用优先级和进行行政监控所需的时间就会减少。在精准农业系统中，尽量减少或针对具体地点施用化肥和农药等投入物，将可以有效缓解浸出问题以及温室气体排放。同样，将植物、动物和土壤的状态与生产投入的理论数据和实践操作数据进行对比分析，还可以减少不必要的资源投入，节省农民的资金投入和劳动力投入。

智慧农业可以提高消费者的接受度。原则上，智慧农业的分析系统可以根据果园的最佳密度，增加抗氧化剂和其他次级代谢产物的含量，优化管理、提高产品质量，或者根据牲畜的个体化饲养配给，增加生理上更适宜的给料量。这样产出的产品不仅更健康，而且更受大众的欢迎。

（二）智慧农业在发展中存在的问题

智慧农业的发展尽管拥有充足的机会，但仍有许多障碍需要克服。需要解决的主要问题包括：谁拥有这些数据？谁可以使用、调阅这些数据？记录、统计数据占用大量的移动通信资源，是否会造成网络拥堵？记录并公开资源投入信息、产品产出信息会涉及知识产权等问题。智慧农业在采用商业模式运行的情况下，设备终端必需全程采集所有数据，然后将大数据转化为信息和建议，以此来创造附加值，这些信息和建议不仅适用于农民的日常管理，也适用于相关监管机构。因此，政府部门及相关的监管部门必须建立一套完善的监管体系，以确保所采集数据的真实性和安全性，以此来增加从业者之间的信任度，从而促进行业内健康有序的发展。智慧农业技术的使用将会加剧移动通信基站的负荷，负荷过载会使传输速度下降、数据采集延迟，后续还可能导致一系列严重的后果。例如，当杀菌剂施用得太晚时，会导致所收获的果蔬上残留微量杀菌剂，在下一步的农残检测中便会显示不合格，也增加了智慧农业不可持续发展的风险。另外，在工业化环境中，杀菌剂可能会推迟疾病的爆发，但也会增加农作物产生抗药性真菌菌株的风险，一旦抗药性真菌攻破了预防措施，这些菌株的作用会更具破坏性。

（三）智慧农业可持续发展的路径

1、规划全局，资源聚合。智慧农业的可持续发展需要通过整合技术供应系统、农业生产要素以及农业生产部门的所有参与者，依据智慧农业系统发出的预警及提示，结合当地当下实际情况统一调配资源。没有一种单一的政策或办法能够实现这一愿景，政府需要支持和促进信息通信技术适当利用，考虑技术特性、农业系统的多样性以及相关市场和政策，才能使数字时代的农业发展成为智慧农业。尽管包括农业机械在内的“物联网”可以用来管理标准的农业生产，但农民仍然需要充当管理者和监督者，密切关注农情。加强对农民等技术人员的教育与培训，可以使农民将智能化生产所节省出来的时间用于病虫害防治或以更个性化的方式监测目前已有地块农情。

2、培育共识，抢抓机遇。智慧农业的实现需要各方力量不断加强农业技术创新，攻坚克难。支持农业监测技术的使用与推广，加大对教育和培训的投资，可以促进智慧农业的可持续发展。为了增加透明度，需要建立具有不同监管功能的数据传输系统。例如，传输给政府和供应商的行政和生产数据必须对农民透明，消费者必须能够洞察整个食品生产链。

3、政府支持，重点突破。基于信息和通信技术的数据管理可以为农业发展提供新的途径，使环境（如土壤、水、气候）因素更加利于生物多样性，为了实现这一目标，需要政府制定配套政策，提供智慧农业发展所需的技术、资源、法律、资金和市场架构。例如，政策应提供明确的法律环境，明确所有权和用户权利，协调各方力量，实现优势资源的互联互通，以推进现代信息技术与农业生态系统各种要素的深度融合。基于地理位置、环境因素以及众多的利益相关者，可能不会形成一个全球统一且迅速被接受的农业系统，因而应该支持建立多样性的农业系统。为实现农业的可持续发展，经济学家们必须关注生物多样性问题，布局农业景觀多样性、配置物种多样性的种养体系，建设田间检测设施、开发新型的农业机械，并建立以信息化为基础的管理体系。如果提供的管理建议具有高度的可靠性和清晰度，即使农民以前没有生产过某种作物，同样可以参照数据进行生产与加工。

基金项目：2018年度吉林省社会科学基金项目“吉林省高校图书馆创客空间构建与服务创新研究”，项目编号：2018885。

作者简介：李秀英（1977-），女，吉林长春人，硕士，副研究员，研究方向：高等教育。

（责任编辑 李琳）

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