发展我国农业现代化的技术构想

　　0、 引言

　　党的十八大和新世纪以来指导“三农”的第 10 个中央一号文件都明确地提出了要落实新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化“四化同步”的发展战略。2013 年 3 月份,中共中央政治局常委、国务院总理李克强先后到江苏、上海考察时也强调: 以扩大开放释放改革红利,以农业现代化支撑新型城镇化,而城镇化建设被看作是我国经济未来的增长点以及稳定和提升 GDP 的动力。显然,发展农业现代化将处于“四化”协调发展中的不可忽视的位置。

　　2007 年的中央一号文件也曾对新时期农业现代化的内涵进行过全面阐释,即“用现代物质条件装备农业,用现代科学技术改造农业,用现代产业体系提升农业,用现代经营形式推进农业,用现代发展理念引领农业,用培养新型农民发展农业。”目前,我国农业现代化的发展方向是: 着力构建集约化、专业化、组织化、社会化相结合的新型农业经营体系,在新型工业化、信息化、城镇化的拉动影响下,加快中国特色农业现代化步伐的建设步伐; 同时,在高效、低耗、高品质、高土地产出,实现经济规模效益、社会效益和生态效益的统一上也大做文章。可以看出,在这样的宏观阐述指引下,如何落实到具体的、实实在在的、落地的技术层面上,则是接下来科研工作者们要重点关注的问题。

　　基于此,为了理清发展农业现代化的内涵,有必要将这个农业现代化大系统划分出几个层面。笔者认为,发展农业现代化要有大概念、大空间、大思维。基于以上阐述,按照递阶大系统架构,可以初步地勾画出农业系统及其现代化的 3 层体系,如图 1 所示。图 1 中,底层为农业生产系统,包括各种大田、温室、养殖、种植及农产品加工等; 中层为农业支持系统,包括规模经营、融资、服务、物流及仓储、劳动力分配及培训等; 高层为农业决策系统,包括农业整体系统的决策与布局、政策支持、国民经济与农业资源宏观管理等。这 3 个层面的内容和发展是彼此关联的。

　　在这个农业现代化大系统中,底层的农业生产和加工是农业体系的最终产出渠道,因而是农业系统的基础和根本。笔者认为: 发展农业现代化更应该注重这个层面的现代化发展和科技提升。这个层面的技术进步可以直接影响到整体农业系统的现代化进程。

　　基于此,本文不谈农业的适度规模经营及金融和政策问题,也不谈农民进城和土地流转问题,也不谈提高农民科技教育和培训等中层和高层问题,而是着重谈在底层的农业生产与加工过程中技术的提升对发展农业现代化的支撑。

　　1、 农业现代化的内涵及架构

　　农业现代化是指把传统农业转变为现代农业,建立起广泛采用现代生产工具、现代科学技术和现代经济管理方法的农业生产体系。其中包括:

　　1) 农业生产手段现代化。运用先进设备代替人的手工劳动,特别是在产前、产中和产后各个环节中大面积采用机械化、自动化作业,大大降低农业劳动者的体力强度,提高劳动生产率。

　　2) 农业生产技术科学化。把先进的科学技术广泛应用于农业,提高农业生产的科技水平和农产品的科技含量,提升农产品品质和农产品国际竞争力,降低生产成本,保证食品安全。

　　3) 农业经营方式产业化。转变农业增长方式,主要是大力发展农业产业化经营,使农产品生产、加工、流通诸环节有机结合,形成种养加、产供销、贸工农一体化的经营格局,提高农业的经营效益,增强农业抵御自然风险和市场风险的能力。

　　4) 农业服务社会化。形成多种形式的农业社会化服务组织,在整个农业生产经营过程的各个环节中都有社会化服务组织提供专门服务。

　　5) 农业产业布局区域化。各地面向国际国内两个市场,根据自身的资源、地理和环境条件,发展各具特色的并有一定规模的农业支柱产业和拳头产品,形成优势农产品产业带,提高农产品的市场竞争力和市场占有率。

　　6) 农业基础设施现代化。既有利于增强农业抗御各种自然灾害的能力,又有利于农业资源的高效利用,农业发展后劲大为增强。

　　7) 农业生态环境现代化。推进农业现代化建设必须用现代化的手段保护生态环境,不但不能在农业生产过程中破坏生态环境,而且要大力发展生态农业和环境友好型农业,使农业生态环境变得更优更美。

　　8) 农业劳动者现代化。要提高农业劳动者的综合素质,主要是提高农业劳动者的思想道德素质和科技文化素质,使农业劳动者熟悉农业生产的相关政策和法律知识,掌握 2 ~3 项农业实用新技术,提高劳动技能,以适应发展现代农业的需要。

　　9) 农民生活现代化。增加农民收入,让农民物质生活和精神生活过得更加美好,这是农业现代化的一个重要目标。

　　上述9 种论述农业现代化的内容均能够在图1 的3 层结构中找到对应层面,如 1,2,6,7 点可以对应于底层的农业生产和加工层面。综上所述,发展农业现代化有许多关键点,如人力资源、科学技术、资金投入、智力因素等; 但综合分析后,还是要回到根本的问题上,即要在底层大做文章—利用高科技改善农业基础设施,提高农业过程的科技含量,在生产和加工手段以及设施上彻底提升技术水平,让科技显示出巨大能动力。

　　2、 农业科技含量的实质

　　从传统农业到现代化农业的转变过程中,毫无疑问,在全球信息化浪潮中,农业信息化起了助推器的作用。中国科学院中国现代化研究中心 2012 年发布的《中国现代化报告 2012———中国农业现代化研究》这样描绘农业现代化的第四次浪潮: “受高技术、信息革命和生态革命的影响,世界农业前沿深刻变化。信息革命引发农业的信息化浪潮。生态革命引发生态农业、持续农业、有机农业和绿色农业等的兴起。高技术包括生物技术等的发展,丰富了农业的技术选择,扩展了农业的发展前景……。梳理一下近一个世纪以来农业科技的发展,可以看出有两个并行发展的分支: 一个是农业信息化的发展,它经历了电脑农业、数字农业、精准农业,目前有专家认为其朝着智慧农业( Wisdom Agriculture)方向发展; 另一个是农业智能自动化的发展,其经历了农业机械化与电气化、农业简单自动化、到农业工厂化,目前向着智能农业( In-telligent Agriculture)方向发展。稍有知识的人士都知道,以上这两个发展的阶段不同,立足点和发展目标也不同,但殊途同归,如图 2 所示。特别是进入21 世纪后,许多的技术相互交融与融合,故二者的发展也是相辅相成的,它们对农业科技的进步与农业现代化发展都必将起到至关重要的作用。因此可以说,农业科技含量的绝大部分存在于这两个方面。

　　按照以上农业 3 层大系统构架划分,就我国目前农业信息化的发展看,其更多地表现在对农业信息的“软处理”上,如中层的农业经营、管理与社会服务,大量的应用基于数据库的信息管理和处理系统、云服务等。基于此,农业信息化可以看成为是农业大系统中的“软件与信息支持系统”,而智能农业的最新内涵则包含两个层面: 一是更多地涉及到农业生产加工系统中的各种“硬件及控制”层面,如各种自动化的调控设备、农用智能装置、农业机械化自动化设备、农用传感器与检测装置、信号处理仪器及相关网络等,这些关系到农业系统产出的环节,因此可以看成为农业系统的“硬件与驱动系统”; 二是智能农业还涉及到农业复杂大系统的宏观智能调控与管理。这里的智能农业跳出了具体的生产环节的智能自动化调控概念,而更多的是基于云计算和大数据处理构建出的复杂大系统调控架构,并与农业信息化融合,构建宏观大系统的调控“大脑”,在更高层面上处理农业。大系统的智能、有效的运行问题包含复杂大系统的建模、智能调控算法、调控手段与网络、通讯手段等,是关乎“大系统控制”的问题,而不是单单农业信息所能驾驭的问题。此时,如果将农业体系看成一个相对可控的“闭环”大系统,那么农业信息化是这个闭环控制大系统的信息流,而智能农业则是对农业大系统 3 层内容进行全面智能调控,并对产出做最终驱动的系统硬件及智能运算手段。此时,对农业系统的调控可以用图3 来描述。

　

　　笔者认为,农业信息化进步还不能完全做到让农业系统的最终产出就是高效、低耗、生态和安全的。农业信息化的实现离不开具体的调控设备和操作系统,而具体的调控设备和系统也离不开信息化的支持。但无论如何,如果农业信息化只做到提供信息、对信息加工处理及显示的地步,而具体到大田、温室、养殖、加工等生产过程的操作层面上还需要人通过手动实施的话,那么农业信息化的成果只能是做到50% 。

　　因此,智能农业中的控制及技术必将发挥主导的作用: 结合智能装备和检测手段,通过控制核心设计加上智能的推理,可以做到尽可能地减少人的参与,实现自动化处理各个农业生产过程并提高产出质量,犹如工业自动化生产线一样,农业产品的最终的高质量、无害、低成本的产出才可能有保障!基于以上分析,农业科技含量应该更多的具体到农业信息化和智能农业两个方面上。特别要重视“信息化”和“智能化”的结合,并在底层农业生产与加工系统中进行智能自动化技术的推广和应用。

　　3、 发展我国农业现代化的技术构想

　　逐步实现农业现代化是中国社会主义现代化建设的重要组成部分。我国具有人口众多、相对资源少、经济基础薄弱、科学文化落后、地区差异很大等特点,搞农业现代化需要吸取外国经验,并从我国的国情、国力出发,走出一条具有中国特色的社会主义的农业现代化道路。基本要求是: 以建设具有世界先进水平的发达农业、富裕农村、良好环境为长远战略目标,根据整个国民经济的发展状况,有计划、分阶段地加以实现。从本文所谈论的科技角度出发,笔者认为发展具有我国特色的农业现代化应该从以下两大技术入手,并缺一不可。

　　3. 1 农业信息化相关技术

　　应该着重发展广义农业信息获取、表达、加工和计算机识别技术,农业电子商务技术,农业数据通讯和物联网技术,农业病虫害专家诊断系统,农业大数据处理和云平台数据共享建设等。这方面姑且简称为“网上”的“软”技术。

　　3. 2 农业智能化相关技术

　　应该着重发展农用智能装备与技术、农作物信息监测与传感器技术、农业生产系统自动控制与智能化管理技术、农产品加工自动化智能化控制技术、农业大系统的智能管理与决策技术等。这部分姑且简称为“网下”的“硬”技术。回顾我国农业科技的发展模式,似乎农业信息化的建设突前了一些,重点表现在我国“九五”“十五”和“十一五”部分期间发展起来的电脑农业、网上农业、数字农业等信息化普及上,其取得的最明显的成果是农民可以上网了。这期间农业信息化的发展更多地是涉及到农业电子商务、病虫害的专家诊断等方面。研究发现,这期间虽然有了一些对精准农业的研究,但更多的是分散的、含具体对象的检测和调控,还没有对农业大型智能装备、大型调控系统,特别是整体系统的智能管理和控制进行深入的研究,从而直接导致了底层的农业生产及加工层面上智能的自动化系统、实用硬件开发以及农业大系统的管控研发成为了我国农业现代化发展的短板。特别是大田农业中,绝大部分还是由农民根据经验和网上的建议去实际操作灌溉、施肥、播撒农药等,绝大部分的劳动力和劳动强度并未降低,也因此产生了大量的农产品和土地的不安全隐患。

　　按照智能农业的大系统设想,如果构建了这样一个系统的“大脑”,采用大量的智能农业装备,并形成了“闭环”的调控体系,那么就可以将人的参与程度降到最低,也因此把由于人为因素造成的农业生产过程的质量隐患降到最低,同时还可以做到资源优化和节能降耗。要实现这个理想,还要将智能农业与智慧农业融合在一起。这样的架构可能是: 完全将云平台、物联网、农业信息处理、各种传感器、智能装备、人机界面等集成在这个大系统中,按照闭环控制系统构造递阶型的“前向通道”和“反馈通道”,在大系统“智能控制器”—大脑的调配下有机的、智能的运行,并与农业系统的 ERP 系统联通。

　　因此,建议在我国“十二五”期间和接下来的“十三五”期间,要大力发展智能农业及其相关技术,应该较好地借助于先期发展的农业信息化成果,将农业信息化和农业智能化良好地融合,开发出实用性农用智能“硬件”,构建农业大系统的各层“闭环”的智能调控系统,大力研发和推广实用型农用智能装备和传感器。同时,构建农业大系统的“智能大脑”,并借助物联网载体和云平台,实现大系统的有机智能调控以及管理。

　　4、 结论

　　发展农业现代化是长期而复杂的任务。对其研究更多的是涉及到宏观的方法论问题。本文从技术角度出发,将农业现代化系统划分为 3 个层面,给出每一层面对应的现代化发展含义。同时,简单梳理了我国农业科技进步的脉络,在农业信息化和农业智能自动化两方面给出了各自现代化发展方向和各自对应农业现代化系统的层面,也对发展我国农业现代化的技术构想进行了简述。同时强调:

　　1) 农业信息化不等于农业智能化。

　　2) 农业科技的进步应该是以降低劳动强度、解放生产力、高效产出为目的,因此要更多地关注智能农业及其相关技术。

　　3) 借助于前期的农业信息化建设,在农业现代化进程中更应关注底层农业生产和加工系统,研发实用性智能装备和控制系统,加快发展农业智能自动化。

　　4) 在大力发展智能农业的相关“硬件”同时,以大系统控制理论为基础,在高层构建农业大系统的“智能大脑”,融合农业信息化的相关信息技术,实现农业大系统或行业系统的智能化决策和管控,真正实现农业的智能化,为加快农业现代化发展步伐提供强有力的技术支持。

　　参考文献:
　　[1] 涂序彦,王枞,郭燕慧. 大系统控制论[M]. 北京: 北京邮电大学出版社,2005: 128 -135.
　　[2] 中国电信智慧农业研究组. 智慧农业: 信息通 讯技术引领绿色发展[M]. 北京: 电子工业出版社,2013: 3 -5.
　　[3] Wangtao. 智慧农业[EB/OL]. [2013 - 05 - 21.