“5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、機(jī)器人技術(shù)，逐漸應(yīng)用到設(shè)施園藝之中。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，從育種到銷售，正在為設(shè)施園藝的全產(chǎn)業(yè)鏈條賦能。”在12月16日舉行的“智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新院士論壇”上，中國工程院院士、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心首席科學(xué)家趙春江表示。

改變勞動(dòng)密集型生產(chǎn)方式

和機(jī)械化水平快速提升的大田種植相比，設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，勞動(dòng)密集型的現(xiàn)象仍然普遍。趙春江表示，我國設(shè)施園藝體量較大，在農(nóng)業(yè)中占有相當(dāng)比重，也是農(nóng)民增收致富的重要途徑。然而，設(shè)施農(nóng)業(yè)目前仍是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，未來發(fā)展智能化裝備、提高機(jī)械化水平極有必要。

勞動(dòng)密集意味著需要大量的人力，同時(shí)，也往往面臨多種生產(chǎn)力發(fā)展的瓶頸。

趙春江介紹，“從數(shù)據(jù)看，我國設(shè)施園藝和發(fā)達(dá)國家相比，還有較大的差距。如荷蘭，每平方米可以生產(chǎn)番茄100公斤，黃瓜80-120公斤，我國目前的生產(chǎn)水平，大約在30-40公斤。在效益方面，人工成本占據(jù)了成本的很大部分，畝均成本在3000元左右。農(nóng)民辛苦種菜，最終還是要提高收益，如何提高收益，機(jī)械化可能是一個(gè)重要的問題。”

設(shè)施園藝，即通過設(shè)施為作物提供生長、發(fā)育的環(huán)境，趙春江介紹，“在設(shè)施園藝中，環(huán)境調(diào)控水平非常重要，過去我們很多設(shè)施園藝，都是基于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的調(diào)控管控，往往不精不細(xì)。現(xiàn)在設(shè)施園藝日光溫室占絕大部分，但總體來說，設(shè)施還是比較簡陋的，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)施角度看，也不具備調(diào)控的能力。因此，相關(guān)的裝備方面，也需要進(jìn)一步研發(fā)和提升。”

國外技術(shù)帶來怎樣的啟發(fā)

智能化的技術(shù)與裝備，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需求，也是提高設(shè)施園藝生產(chǎn)技術(shù)水平和能力的需求。

當(dāng)前，在全球農(nóng)業(yè)發(fā)展中，智慧設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展較快的國家有荷蘭、以色列、日本等，趙春江介紹，“荷蘭設(shè)施園藝的產(chǎn)業(yè)，其特點(diǎn)有四方面，首先是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，其次是模型決策，其三是智能控制，最后是智能裝備支撐。荷蘭的設(shè)施園藝在全球居于領(lǐng)先地位，以智能玻璃溫室為主，從環(huán)境的調(diào)控到最后的管控全部實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和智能化。我國一些地方也引進(jìn)了荷蘭的技術(shù)，并不都適合本地化的應(yīng)用，在效益方面，有些地方，和荷蘭仍有差距。”

在日本，地少人多的現(xiàn)象比我國更加突出，早在1974年，日本就開始發(fā)展植物工廠，2017年達(dá)到400座，目前已擁有約700座。“日本植物工廠的典型特征，是實(shí)現(xiàn)了從播種、育苗、移栽、收獲等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化。”

相比設(shè)施園藝發(fā)達(dá)的國家，我國設(shè)施園藝、設(shè)施農(nóng)業(yè)，仍以日光溫室為主，趙春江介紹，“當(dāng)前，我國園藝生產(chǎn)有三個(gè)矛盾需要解決，即大型化與能耗的矛盾、結(jié)構(gòu)選型與機(jī)化的矛盾、傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)與智能化的矛盾。”

以技術(shù)裝備推動(dòng)設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

設(shè)施農(nóng)業(yè)如何智慧化？趙春江表示，關(guān)鍵在于感知環(huán)境和作物的生長信息、調(diào)控、高效低損作業(yè)三個(gè)方面，“精準(zhǔn)感知+按需調(diào)控+智能裝備，就實(shí)現(xiàn)了設(shè)施園藝智慧化的生產(chǎn)。”

但要真正實(shí)現(xiàn)，并不容易，需要一系列完善的技術(shù)體系和裝備支撐。

“感知是第一步，目前我國設(shè)施園藝所用的傳感器相對(duì)已經(jīng)較豐富，但仍需要?jiǎng)?chuàng)新和發(fā)展，尤其是需要新技術(shù)、新材料、新方法來推動(dòng)傳感器的創(chuàng)新與進(jìn)步。這是一個(gè)非常復(fù)雜和系統(tǒng)的工程。”趙春江說，“智能化調(diào)控方面，既要環(huán)境優(yōu)先，以調(diào)節(jié)環(huán)境滿足作物生長發(fā)育的需要，還要關(guān)注水肥高效。這方面，目前我國科學(xué)家已經(jīng)做了很多工作，發(fā)展情況較好。在精準(zhǔn)作業(yè)方面，需要從關(guān)鍵部件的研發(fā)，到整體高效精準(zhǔn)作業(yè)裝備的創(chuàng)制和研發(fā)。目前全國各地都在進(jìn)行相應(yīng)的研究。但未來發(fā)展高智能、低成本、精準(zhǔn)高效智能化的裝備，仍然是非常具有挑戰(zhàn)性的工作。”

智慧農(nóng)業(yè)是一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系，不僅僅是機(jī)械化，更是一個(gè)全鏈條智能化的場景，趙春江介紹，在未來的設(shè)施園藝中，將有巡檢、采摘、運(yùn)輸、噴藥、肥水管控、語音服務(wù)、授粉等不同的機(jī)器人，完成不同的生產(chǎn)任務(wù)。同時(shí)，還通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)區(qū)域和更多的設(shè)施園藝生產(chǎn)場景的控制和服務(wù)，也就是融場景，把智能化的技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)落實(shí)到實(shí)地，同時(shí)為生產(chǎn)經(jīng)營者提供服務(wù)，打通一二三產(chǎn)。“我們總結(jié)出一個(gè)技術(shù)的框架，一是要有數(shù)據(jù)，二是會(huì)執(zhí)行，三是精作業(yè)，四是融場景。”

智慧設(shè)施園藝是全球趨勢

當(dāng)前，全球設(shè)施園藝的發(fā)展中，智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用越來越快，趙春江介紹，智慧設(shè)施園藝的復(fù)合增長率在兩位數(shù)以上，全球智慧設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)，預(yù)計(jì)2027年達(dá)到32.3億美元的規(guī)模。

“在這種大背景下，中國也要大力發(fā)展智慧設(shè)施園藝。”趙春江說，“從大的趨勢看，一是信息技術(shù)應(yīng)用更加廣泛。像5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，都在逐漸進(jìn)入設(shè)施園藝領(lǐng)域。二是實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈條的賦能。從育種開始到銷售全鏈條，通過數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，來提升整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的韌性，把三產(chǎn)融合在一起，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的智能化、作業(yè)的精準(zhǔn)化、管理的數(shù)字化、服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，最后實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和高效。三是垂直植物工廠，現(xiàn)在日本，包括美國，也正在大力發(fā)展垂直植物工廠，向無人化方向發(fā)展。目前我國還缺乏這方面的技術(shù)。”

設(shè)施園藝的智慧化，不僅助益農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化，也對(duì)我國緩解耕地緊張等問題，有重要的意義，“數(shù)據(jù)顯示，目前我國采礦用地達(dá)到3600多萬畝，在土壤修復(fù)之后，直接種農(nóng)作物還不行，但是可以發(fā)展植物工廠。同時(shí)像一些灘涂地，廢棄工廠，都可以發(fā)展垂直智慧農(nóng)業(yè)。這對(duì)緩解我國耕地緊張，具有非常重要的意義。”