4.4.1　处于初级阶段

中国农业的发展需要经历四个阶段，中国农业大学李道亮教授将其定义为农业1.0到农业4.0。农业1.0指的是传统农业，此时使用简单的工具，生产效率较低、无法抵抗自然灾害，只是解决了农产品的短缺问题；农业2.0指的是小型规模化农业，利用农业机械化工具，实现部分地区规模化发展，提升劳动生产率；农业3.0指的是自动化农业，利用计算机、硬件设备等产品，提升专业化水平，实现资源的合理利用；农业4.0指的是智慧化农业，利用多种设备获取相应的数据，实现数字化、智能化生产，将各个设备获取的数据打通，进行资源整合，实现无人化生产。

当前，以物联网、大数据为主的农业信息技术应用于农业，处于自动化农业阶段，而查找相关资料，得知此时实现的比例仅为13%，主要应用在沿海以及东、西部经济发达地区，农业信息科技还刚刚起步，中国目前还正处于农业2.0向农业3.0的关键过渡阶段。数字农业技术是传统农业向高品质、高产量、安全现代农业转型的重要途径。

农业领域的生产环节分为产前环节、产中环节和产后环节。（1）农业种植在产前环节主要是准备作物需要的农资及农机具等；产中环节需要对作物进行播种、施肥、除草、灌溉以及病虫害防治等操作；产后环节需要对农产品进行采摘和分拣。（2）畜牧养殖在产前环节需要选址、建设养殖舍以及选种、准备农资等；在生产中环节，需要进行繁育、饲养以及疾病防疫和环境清理等；产后环节需要对畜禽进行称重和屠宰。（3）水产养殖（多指淡水养殖）在产前环节需要选址、建池塘以及准备农资等；产中环节需要监测水质、池塘清理、投饵以及供氧及病害防治等；产后环节需要捕捞、称重等。目前，以物联网、人工智能、定位等为主的数字农业新技术，主要应用于农业、畜牧和水产业的产中环节。

数字农业发展尚处于初级阶段。下面以种植业和养殖业为例让我们一窥究竟。

目前，农业亩均科技投入不足，科技示范效应不足。比如，我国种植面积靠前的几大水果为柑橘、苹果、梨、葡萄、桃等，分别占总种植面积的19.7%、17.9%、8.6%、6.2%、5.9%。在大的分类下，每种水果的种类又可分为许多小类，而农业信息科技应用于果树种植，也只是用于喷洒农药、滴水灌溉等，若想运用大数据实现工业化、标准化生产，实现难度还较大。目前在灌溉耕地面积中，各地区使用滴水灌溉方式的耕地面积不均衡，2016年使用滴水灌溉设备的农田耕地比例仅16%，远小于以色列的90%、法国的47%、美国的27%。但水肥一体化前期投入很大，没有政府扶持一般农业单位难以投入。目前我国农业技术服务费的投入严重不足，仅为0.01元/亩，成本数据暴露了我国农业科技水平低下的事实。如何运用农业种植信息，科技是关键。

除了粮食、水果以外，蔬菜、茶等作物的种植也应用到了数字农业技术。蔬菜种植分为传统种植和设施种植两种情况，而运用农业科技主要体现在设施种植上，可以普遍提高单位面积产值10倍以上。虽然植物化设施工厂能够实现工业化生产，但是现阶段还存在前期投入成本高、能耗大以及盈利差等问题。目前多以种植经济价值高的作物才可能实现盈利。现阶段设施环境调控仍以人工为主，环境自动调控缺乏、肥水管理不科学等问题仍很突出。

在水产养殖方面，在渔业家庭人均支出构成中，饲料以及苗种费用占比超过了一半。将以物联网为主的农业信息科技应用在渔业养殖中，可以降低饲料以及苗种费用，减少雇工费用等，实现按需投喂、精准投喂，最终提高渔民收入。当前行业内相关企业的商业模式主要是通过为传统养殖企业提供设备进行盈利，一套设备价格在3000—10000元不等，且理论上只应用在一口池塘，面积为几十亩到上百亩。提高盈利水平，主要依靠养殖高附加值产品，如小龙虾、大闸蟹等。除了靠设备盈利之外，也有部分企业通过上游的饲料以及鱼药等价差赚钱。目前水产物联网控制系统及传感器价格还较昂贵，实现行业应用普及，时间还较长。行业内整体的水产物联网应用还未形成，主要原因在于测量数据不准、高端传感器及控制系统价格昂贵、设备故障率高、维护较差、实现行业应用普及的时间还较长。

种植业的无人机植保可以说明情况。无人机植保包括的三个关键因素是农药、无人机和植保队。农药主要以液态药剂为主，通过专用喷头，以雾状的形式喷洒在农作物上；无人机制造核心部分包括控制系统、电池、药箱、水泵以及长短臂、折叠桨、喷头等配件；植保队在进行作业之前，需要进行专业性的培训，作业效率决定了最终开销。植保无人机若想实现连续性作业，至少需要3组电池、2个充电器和1个遥控器，若以此配套价格计算，购买大疆公司的无人植保机T16比购买极飞公司植保无人机P30便宜大约8000—10000元。当前，国家对购买植保无人机的服务组织或个人进行补贴，根据各省份的不同、载药量的不同补贴也不同，通常来说补贴金额为1万—2万元不等，所以购买植保无人机及配套设备需要花费3万—4万元。以小麦、水稻、油菜、果树、棉花等为例，植保队每天可作业70—200亩，以平均每亩4—5元计算，一年农忙大约6个月，一年收益大约为5万—18万元，除去电费、配件电池等损耗、农药费用、培训费、无人机检修时间、人员成本等，第一年只有一些植保队能够赚钱，植保行业利润率较高的还是植保机制造商。仍然是先进农业设备购置成本高企这个原因阻碍了数字农业的普及速度。

总的来说，贯穿产前环节、产中环节和产后环节的全闭环农业科技采用不是简单的商业问题，目前还处于局部环节数字化科技化的阶段。

4.4.2　提高农业收益

根据《2017全国农产品成本收益资料汇编》，我国三种粮食（水稻、玉米、小麦）种植成本主要包括土地成本、人工成本、物资与费用成本三个方面，其中土地成本包括流转地承租、自营地折租，人工成本包括家庭用工折价与雇工成本，物资与费用成本包括种子、化肥、农药等农资成本、租赁作业费、技术服务费以及其他物资费用等成本。从2004—2016年，我国三种粮食种植亩均成本逐年增高。

（1）从人工成本上来说明

根据数据显示，2016年三种粮食作物每亩总成本为1094元，其中土地成本、人工成本以及每亩物资与服务费用分别占20.3%、40.4%、39.3%，农业人工成本还是主要成本来源，并且人工成本还主要以家庭用工为主。

无人机植保可以节省大量人工开销。根据农药喷洒时节以及规律，使用无人机进行喷洒农药、化肥及作物营养等进行作业。在2008年，以油动为主的植保无人机就开始应用；2013年，开始出现电动或油电混动的无人机；到2016年，电动无人机基本统治植保市场。现阶段，无人机植保主要以喷洒农药为主。无人机植保能够解决农村劳动力短缺、劳动力成本高、农民植保作业效率低、农药/水资源浪费严重等问题。

根据公开资料，2018年我国飞防植保总面积突破3亿亩，农业植保无人机制造企业超过了200家，飞防植保的服务组织已超过400家。从农田管家获悉，植保队正在从年青一代（80/90后）向老一代（60/70后）过渡。截至2018年，市场上共有植保无人机近35000台。中国植保无人机发展迅速，已成为全球保有量第一的国家。这些植保无人机主要来源于大疆和极飞两个企业。根据大疆数据，截至2018年11月，大疆植保无人机在中国已超过了20000台；而据极飞介绍，截至2018年10月，其在中国的植保无人机已经超过了13000台，这大大降低了农业人工成本。

（2）从农资成本开销上来说明

农业农田常见的开销有用肥、灌溉等。目前先进的滴水灌溉按照技术手段不同，分为漫灌、喷灌、滴灌等，通过向土壤或者其他基质提供水分，代替向作物直接供水。水肥一体化更为先进，利用压力和管道灌溉系统，将可溶性固态肥料或者液态肥料溶解在水中，而后通过滴头和管道，将营养供给作物，通过收集各个作物在各个时期对水肥的需求规律，实现定时、定量、精准的作物供给。使用滴水灌溉或者水肥一体化技术，能够降低农业生产成本，达到节水节肥、增收的目的。根据实验证明，实行水肥一体化技术比常规方式平均每亩节水86立方米，节水成本43元；每亩节肥26.8千克，节肥成本176.6元；每亩节约人工2—5个，节约成本200—300元；每亩增加收入150—300元，作物产量每亩提高315—1819千克，增加收入1253—4321元。

（3）从农业生产效率上来说明

以种植业为例。2017年，相对传统种植，设施蔬菜种植面积近6000万亩，占蔬菜种植总面积的20%，设施栽培的主要蔬菜种类包括茄果类、瓜类、豆类、甘蓝类、白菜类、葱蒜类、叶菜类、多年生类、食用菌类等10余大类上百种作物，主要分布在山东、河北、河南等地。据农业农村部印发的《全国设施蔬菜重点区域发展规划（2015—2020）》数据，设施蔬菜单位面积产值是大田作物的25倍以上，是露地蔬菜的10倍以上，到2020年，全国新增日光温室、塑料大中棚等面积将达到70万公顷（1050万亩）以上，届时种植业的生产效率将大为提升。

以生猪养殖行业为例。

中国主要食用肉类包括猪肉、牛肉、羊肉和禽肉四种。猪肉始终是肉类供应的主体，占比超过总产量的60%。中国是世界上最大的猪肉生产国。这里以养猪企业为代表说明数字科技对农业生产效率的现状。

我国生猪养殖市场规模巨大，养猪行业现状是“大行业、小公司、利润薄、风险大”。全国每年出栏猪大约7亿头，以出栏体重250斤、平均价格20元/公斤计算，生猪养殖市场规模高达万亿元。2017年，行业规模最大的企业温氏股份公司出栏1900万头，市场占有率仅为2.8%。根据《2017全国农产品成本收益资料汇编》数据，2016年平均每养一头猪成本在1930.41元，净利润只有288.70元，成本费用主要来源于仔畜费、饲料费、人工费及医疗防疫等费用。对比规模养殖与散户养殖的数据来看，散户养殖的人工成本主要来源于家庭用工折旧，且青粗饲料费更高；而规模养殖企业的医疗防疫费和死亡损失费更高。为了减少成本，散户应向规模养殖发展；而对于规模化养殖来说，若想提高收益，就要考虑用新技术减少饲料费用、医疗防疫费以及猪死亡损失费等。

对于养殖户来说，饲料、医疗防疫、死亡损失以及家庭用工折旧是几项最大的生产成本费用。其中，饲料、医疗防疫与死亡损失等分别可以用料肉比、PSY（Pigs Weaned per Sow per Year）等指标来衡量。料肉比指的是猪生长一公斤所消耗的饲料量，料肉比越低，说明生长到同重量的猪所需要的饲料越少。中国生猪的料肉比大约为2.8—3.2之间，高于丹麦、西班牙（2.6）等国家。而PSY指的是每头母猪每年提供断奶仔猪数，即一头母猪每年能提供的断奶仔猪数，中国的PSY数大约在16—25之间，远小于丹麦（近30）、荷兰（28.9）等国家。

养猪场工作的核心是降低料肉比、提高猪仔存活数PSY。降低料肉比主要包括饲料营养、基因品种、健康状况、环境控制和饲养管理等五大关键因素；而提高PSY，需要选择优良的种猪，加快母猪的周转，提高母猪排卵率、降低胚胎死亡率，保证饲料营养供给胚胎发育，通过管理手段提高活仔猪数和仔猪成活率，做好猪群的健康管理、防控流行疾病的发生和传播等。以物联网、人工智能等为主的信息科技能够实时监控猪仔运动情况、疾病、环境状况等，是实现智能化养猪的前提，也是发展现代化养猪的关键。

智能化养猪的实现需要三个阶段，包括前期的数据收集、中期的模型构建以及后期的模型应用，前期的数据收集方式主要有耳标、可穿戴设备以及摄像头等；中期的模型构建指的是将耳标、摄像头收集到的数据，运用深度学习、神经网络等算法来降低料肉比以及提高PSY；将构建的模型应用于环境控制、饲养管理以及猪仔的健康状况等，包括温湿度控制、个体识别、疾病防疫等。

当前阶段，可以使用物联网、人工智能等多种手段结合实现猪场、人、猪等的数字化改造上，且由于传统猪场使用的自动化设备以及管理软件等类型多种多样，容易出现不兼容现象，所以现阶段畜牧养殖信息化还处于积累在线数据阶段，人工智能技术应用得还不是特别多。

除了传统的养殖企业在升级改造之外，各大互联网企业也都争相运用新技术布局养猪产业，由于知识及经验的局限性，大部分采用与传统养殖企业合作的方式，如阿里云与四川特驱集团、德康集团，影子科技与广西扬翔股份，京东与农信互联、天兆猪业等，运用新技术能够减少人工成本、降低饲料使用量，提高生产效率，增强猪场管理水平。当前，农信互联已经部分实现了猪联网，其中母猪联网头数超过300万头，占据中国市场的十分之一，管理大约2400万头生猪，大大提升了我国生猪养殖的效率。

（4）从避免灾害降低损失上来说明(www.daowen.com)

在农业种植业方面，可以利用卫星、无人机和手持设备的遥感数据来监测作物生产情况，通过对获得的光谱图运用图像识别技术实现作物的产量预测，可获得作物的叶面积指数、作物类型以及耕地的地理信息等数据，卫星遥感的分辨率精度一般为2米/8米，即以8米分辨率卫星为主，2米分辨率卫星为辅。由于卫星运行在外太空，在利用可见光和近红外波段进行对地监测时，受云、雾等的影响，获得有效数据的频次和周期存在不确定性，所以又出现了无人机遥感，即使用无人机搭载遥感监测设备近距离地测量作物长势，获得作物的光谱图。卫星不仅可以监测作物长势情况，还可以收集气象数据，运用风云气象卫星，可以预测未来两周降水、干旱、冰雹等自然灾害发生情况，根据实际情况提前对作物进行农事操作，假如预测到未来几天会出现降雨情况，可提前收割作物或减少灌溉次数。

在水产养殖业方面，中国的水产养殖还主要以家庭生产经营方式为主，生产效率低、养殖风险大、环境压力大等是行业内面临的几大问题，而标准化、规模化、精细化养殖是解决这些问题的根本途径。实现标准化、精细化养殖应是影响水产养殖的最核心因素，主要可以分为底质、水质以及鱼质三大块，水质和底质会直接影响鱼质。影响水质的因素包括溶氧量（水中氧气的溶解量）、pH值、温度以及氨气、硫化氢等气体浓度；差的底质主要是由投饵浪费的饲料、动物粪便以及其他有害物质堆积而成，由此会产生病原菌、厌氧菌等大量细菌，造成鱼类发病。同时，养殖密度、养殖种类也是需要考虑的因素。当前，以物联网为主的信息科技重点在于监测水质以及养殖场环境参数等。企业将物联网技术应用在水产养殖中，核心在于传感器以及渔业养殖管理系统，传感器需要使用高精度探头，系统也需要兼容不同种类的设备，如增氧机、投饵机及水泵等，通过现场的控制箱实现智能控制或者手动控制，远程可使用App进行实时查看，从而保障生产安全、减免损失。

4.4.3　差异化的应用

数字技术在农业生产方面的应用解决了“种得好”的问题，尤其是在温室大田种植、畜禽水产养殖、农机物联网方面得到广泛应用。比如，可以监测实时图像，掌控实时状态，在农业园区应用视频监控，直观地反映了农作物生产、畜禽水产养殖的实时状态为农户及时调整种养方案、科学决策提供理论依据。但农业种植、畜牧养殖、水产养殖的不同应用领域对数字化的差异化需求是非常明显的。

（1）农业种植、畜牧养殖、水产养殖的不同应用领域，需要进行精准管理的因素不尽相同

在农业种植环节，最终影响作物生长的因素包括土地的温湿度及营养成分（氮磷钾及微量营养元素）、种子品类、化肥/农药施用量、灌溉水分吸收量、天气气候变化情况、作物长势以及作物生产过程中所需要的农业机械等。

在畜牧养殖环节，影响畜牧产品生长的主要因素包括畜牧品种、饲料营养结构、适宜的生长环境、疫病防控以及畜牧产品的生长情况等。

在水产养殖环节，影响水产品生长的主要因素包括水产鱼苗的种类、饲料营养结构、投喂次数、养殖密度、养殖水环境质量管理以及疾病防控等，尤指鱼药的用量以及次数。

（2）农业种植、畜牧养殖、水产养殖三大领域所涉及的数字农业技术是不同的

目前大部分市场上谈到的数字农业科技主要在农业种植领域，主要包括以下几个方面：滴水灌溉/水肥一体化、农业物联网、卫星遥感/气象/无人机遥感、无人机植保、农机自动驾驶以及植物化工厂；在畜牧养殖领域，信息科技主要是运用物联网、人工智能来获取生长环境的数据以及畜牧产品自身的生长数据；在水产养殖领域，最重要的因素是水质，主要是采用物联网进行水质监测，也可根据养殖密度进行精准饲料投放。

（3）农业种植、畜牧养殖、水产养殖三大领域应用数字农业技术所解决的主要问题是不同的

应用农业信息技术，可解决中国化肥、农药使用过量，农业灌溉用水浪费严重，天气状况使得粮食大量减产等问题。同时面对农机作业者的劳累问题，各大企业也在研发农机自动驾驶技术。而对于畜牧养殖行业的饲料成本高、养殖效率低的问题，行业内正在运用以物联网、人工智能等为主的信息科技去解决。在水产养殖行业，存在着人工成本高、养殖过程不易监控等问题，以物联网为主的数字农业科技正在改变此现状。

下面以养殖农业为例进行说明。

前些年爆发的甲型H1N1流感是携带猪流感、禽流感和人流感基因片段的一种流感。在我国2013年爆发的禽流感、2018年猪瘟病毒引起的一种急性、发热、接触性传染传染病，都是对牲畜监管不严导致的悲剧。物联网技术就可以有效地对牲畜进行监控，从而避免突发性的损失。在未来，牧场主可以使用无线物联网应用程序收集有关牲畜的健康、活力、位置等数据，从而节省资金。

一是识别生病的牲畜，使它们可以从畜群中被区别出来，防止疾病的传播。像猪瘟这种疫情，它的发病有一定的症状：发热，这就可以通过温度传感器进行监测，将数据上传云端，进行异常显示，可以有效避免疫情的蔓延、并且减少养殖户的损失。

二是这降低了劳动力成本。数据可以告诉牧场主牲畜的所在位置，从而进行精确管理。

但使用传感器监控牲畜也存在一些特殊挑战，比如给牲畜套上项圈比较困难，另一种选择是无线温度耳标，通过温度可以了解到发病情况、孕育配种情况等。比如睿畜科技的天篷AIOT养殖系统通过智能耳标对育种母猪受孕期进行预测，进而大大提高了配种成功率，经济效益明显上升。未来在实施物联网解决方案时面临的另一个潜在挑战是选择一种具有足够低功耗的无线技术，应与牲畜的寿命保持一致。做到具体问题具体分析，比如人的寿命是75岁，但是牲畜的寿命相对来说就比较短，猪的寿命5年左右，鸡的寿命大约7年，而牛的寿命为20—30年，对这些生物的物联网解决方案也是需要定制的，根据养殖户的要求进行方案制定：监管频次、生命周期、健康状态等。

4.4.4　农产品监管

民以食为天，食以安为先。数字农业技术在农业监管方面的应用解决了农产品质量安全“管得好”的问题。中国农业利用物联网技术和云计算技术的国际互联网建立远程支持和服务平台的智能农业远程托管中心，并实现远程栽培指导、远程故障诊断、远程信息监控、远程设备维护等。信息和生物技术、食品安全技术相结合，从种植的各个方面解决农产品的安全问题；充分利用先进的RFID、物联网、云计算技术，实现农业生产监控管理和产品安全可追溯性。但目前农业及食品行业还是“靠良心”的行业，人们对技术带来的信心保障还没有真正接受。

一是实现农业的生态环境监测。农业生态环境是影响农产品质量安全的基础。利用物联网技术对农业土壤进行信息采集，通过信息传输进行精确分析，这既能够得出适合检测土壤生长的相应农作物，又能够检测出该土壤存在的一些肉眼无法察觉的问题，及时进行土壤的调控与环境改善。物联网技术不单单只对突发环境进行检测，大气环境、水环境同样也是其检测的指标内容。对水环境进行检测，保证水源中不存在影响农作物生长与危害人体健康的微生物与重金属离子。对大气环境进行检测，及时检测出二氧化硫、二氧化氮等有毒气体，以便于及时采取措施改善周边大气环境，达到保证农作物健康生长的目的。

数字农业支持下的农产品电商的普及，也是对消费者权益的维护。单就鸡蛋来说，过去出现过苏丹红鸡蛋，出现过抗生素鸡蛋，但都没有带来大规模的行业整治。2019年的“3·15”又曝出假冒土鸡蛋的新闻，有关部门也不是没有进行整改和处罚，但是假冒伪劣行为还是存在。我们已经从温饱问题的时代出来了，食品品质问题是下一个时代的重点，对食品安全的回溯和监管应是由供货者、消费者和相关部门共同操作，物联网就能很好地解决这个问题，实现利用追溯码对农产品生产信息的追溯，实现手机端扫描二维码对农产品生产信息的追溯，相关部门可以定期发布农产品质量相关信息等。

二是实现农产品安全追溯监管。目前基于物联网技术开发的追溯管理系统已经被广泛应用于农产品质量安全追溯、畜禽疫病电子出证等政府监管，通过RFID技术、智能二维码等可实现农产品生产全过程追溯，保障生态环境安全、农资安全、农产品安全。

4.4.5　农业资源利用

人口越来越多，消费要求层次越来越高，而农业用地越来越少。面对这样的需求及现状，大规模化的农业资源的整合和种植是大势所趋，而数字农业精益生产提升了农业资源的有效利用。

利用卫星遥感和物联网技术对监测区域的农作物长势、面积、估产、品质以及土壤、植保信息进行监测与收集，对收集到的数据信息进行处理，以达到规划、监测某一特定区域农业生产的目的。这种技术的应用可以说是一种宏观意义上的农业监管。近年来，我国物联网技术的大力发展，与地理信息系统GIS系统和GPS系统的发展分不开。GIS与GPS的协调运作，搜集整理信息，利用数字农业链路层进行信息处理与传输，实现了农业的统筹规划。GPS即全球定位系统利用卫星感知进行信息定位，将数字农业技术运用的农田通过GPS技术进行必要的信息采集，传输给处理器进行信息处理。它既可以了解到对于农田有益的水分、土壤、肥料的分布与蕴含情况，又能够及时地对监测区域的农作物生长、植物病虫害进行预警，为农业部门生产决策提供科学依据。

GPS定位系统参与农业生产活动。目前，新疆生产建设兵团已率先采用了先进的GPS农机远程控制系统。基于GPS技术的农业机械远程控制系统能够为农业信息化生产带来新突破，新疆GPS定位系统，实践了兵团一直倡导的“精准农业”，也就是精准播种、精准施肥、精准灌溉、精准耕种等。上海迹图公司生产的星移品牌GPS定位系统，还能帮助农机管理者进行有效的作业监控和调度。例如，在应用GPS系统进行棉花播种时，大型播种机可以实现自动驾驶、高精度播种，1000米播行垂直误差不会超过2厘米，有效解决了困扰农户多年的棉花“播行不直，接茬不准”的难题。它不仅提高了采棉机作业测量的精准度，还使得驾驶员的各类违规操作现象降低了90%，同时也有效降低了机械的维护成本。

4.4.6　农产品电商

靠天吃饭、产销不平衡、人们对优质农产品的需求越来越高等问题，数字农业打通供需两端，从而提供了一种有力的解决之道。对接数字农业平台是未来农产品电商发展方向，是区别于淘宝、京东等电商的最大亮点。现阶段，新闻频频曝出果农菜农产品滞销，导致大片农副产品腐烂在地里，其出现的根本原因就在于农民本身缺乏平台和渠道去推销及展示自己的产品，而数字农业的应用可以为农产品电商平台除可实现农产品推介、网上交易功能外，还可对农产品安全生产全过程溯源，通过农业生产监控视频、VR实景体验等进一步增强消费者对农产品安全的信任感与购买欲，进而培养高端消费群体，提高农业生产者的收入，实现优质农产品真正“卖得好”。