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农业数字化转型与智慧农业的发展是现代农业的必然趋势，具有多方面的重要意义。
首先，有助于提高农业生产力。随着科技的不断进步，人工智能、大数据、区块链等新一代信息技术与农业的结合，催生了智慧农业、共享农业、定制农业等农业新形态。例如，通过物联网技术的应用，管理信息系统的数据由人工采集变为传感器采集，提高了数据的准确性和及时性，实现了整个农业生产过程的数字化控制和智能化生产管理。
其次，推动农业价值链跃升。传统农业产业链较短，经济效益不高。数字技术打破了城乡产业边界，推动现代农业与先进制造业、现代服务业深度融合。订单农业、乡村车间、创意农业等业态蓬勃发展，重塑了城乡产业链分工和价值链分配，极大提升了农业综合效益。
最后，优化城乡要素流动。数字技术在城市和农村之间搭建了一座 “数字桥梁”，数据流带动土地、资金、人才、技术等生产要素在城乡间双向流动，实现优化配置。数字化交易平台构建城乡一体的土地、资本等要素市场，畅通了城乡要素流通渠道，促进了农业要素投入和农业产业发展。更多内容敬请阅读《【现代农业新篇】现代灌溉：智慧节水，灌溉未来农业科技的绿动引擎》，《科技赋能三农，新质生产力引领乡村振兴》，《智慧灌溉：科技赋能，开启农业新未来》。
二、智慧农业发展现状
（一）国外布局与发展
美、德、英、日等国在智慧农业科技领域处于国际前沿。美国的农场规模平均在 200 公顷以上，在农业传感器方面，利用卫星遥感技术，为农户提供从耕地、施肥、病虫害监测与防治到收获的全过程技术服务与实时生产解决方案；在养殖业生产上，实现养殖场温湿度及环境的全自动化管理。德国注重农业智能装备的研发，提高农业生产效率。英国制定了 “A UK Strategy for Agricultural Technology（农业技术战略）”，推动现代信息技术在农业中的应用。日本提出 “Agriculture 4.0（农业发展 4.0 框架）”，用数字技术武装农业。
（二）我国发展现状与问题
发展现状：
在政策引领下，我国智慧农业技术研发应用取得显著进步。2022 年全国农业生产信息化率达到 27.6%，较上年增长了 2.2 个百分点。智慧农业已贯穿到农业发展的各领域各环节，累计支持建设 31 个国家智慧农业创新中心、分中心和 97 个国家智慧农业创新应用基地。
农村信息化建设促进智慧农业发展。农村宽带网络虽已覆盖到村，但到农户的比例低，4G 网络信号不稳定、5G 基站少、通信费用高等问题限制了农业信息化发展。不过，随着信息技术的不断进步，农业大数据与智能算法等技术在农业生产中的应用越来越广泛。
农业规模化经营为智慧农业创造条件。我国虽农田地块小、碎片化程度高，但近年来，我国加大力度支持和推广全程、全面机械化，2020 年底我国主要粮食作物耕种收综合机械化率达到 71%。
技术创新取得明显进步且在全国范围内初步应用。我国在常用环境类农业传感器、农业遥感技术、农业无人机、农机北斗导航等方面取得长足进步，部分产品基本实现国产替代，如首创于发达国家的无人机技术在中国被更广泛地应用于病虫害防治等农业生产。
特点与问题：
我国农田地块规模小、耕地细碎化问题突出。经营面积 3.4 公顷以下的小农户占比 95% 以上，他们占有的耕地面积占到我国总耕地面积的 80% 以上，导致智慧农业技术投入的边际效益低、农业经营主体应用积极性不高。
农业机械化水平比较低。受农机产品需求多样化、机具作业环境复杂等因素影响，我国目前的农机化和农机装备的智能化水平与发达国家相比仍有 10 个至 20 个百分点的差距。
农村基础设施薄弱。农村宽带网络到农户的比例低，4G 网络信号不稳定、5G 基站少、通信费用高，农村信息采集终端应用少、物联网基础设施薄弱，以及农田气象、耕地质量、土壤墒情、水文等监测点偏少。
智慧农业技术有效供给不足。基础研究薄弱，信息感知农业传感器、智能决策模型算法以及高端农业智能装备技术产品创新不足，不能满足实施智慧农业的需求。同时，缺乏针对我国农户和小地块的实用低门槛技术。
政策体系与市场机制不健全。对于研发主体，投入大量资金研发后，却不能像工业技术产品一样大规模复制推广，导致企业研发主体不愿意也不敢投入。更多内容敬请阅读《智慧灌溉：现状与变革史》。
三、智慧农业的关键技术
（一）数据化感知
智慧农业的数据化感知是农业生产的重要基础。“星、机、地” 三种方法为获取农田信息提供了全面而有效的途径。通过卫星影像，可以分析农作物的长势和病虫草害信息，例如若想知道广东全省的水稻种植面积，卫星影象图片就能发挥巨大作用。无人机则适用于获取农场内水稻的真实生长情况，如有人驾驶飞机和无人驾驶飞机能根据获取的信息，分析作物的长势和病虫草害情况。而地面上安装的多光谱高光谱以及各种仪器，可以精准获取田里水稻长势和病虫草害信息，为农业生产提供详细的数据支持。这些信息包括土壤信息，能了解哪个地方缺肥缺水等情况；作物长势信息，判断哪个地方长得好、哪个地方长得差；以及作物病虫草害的精准和专业信息等。
（二）智能化决策
智能化决策在智慧农业中起着关键作用。根据地形地貌、田块大小和灌溉条件等因素，可以智能决策土地整治方案，确定地块大小、机耕道和灌排渠道等。土壤质地和耕整习惯不同，可智能决策耕整方案，如型耕、耙耕、旋耕等。当地气候和种植习惯决定了智能决策种植方案，包括一熟制或多熟制，如稻一麦、稻一油、稻一稻等，以及种植品种的选择。根据当地气候和种植方案，能智能决策播种方案，确定播种时间、播种间距及播种量等。依据作物长势和病虫草害信息，可智能决策田间管理方案，包括灌排、施肥、打药等。同时，根据作物长势和当地气象，还能智能决策收获方案，明确收获时间和收获方式。
（三）精准化作业
精准化作业涵盖多个重要环节。激光平地技术和卫星平地技术在过去十多年中取得了显著成果，在水田里面能够达到存水不过田的要求，田面高差不超过 3.3 公分，上面使用卫星信号、下面使用激光信号来平地。无人驾驶水稻直播机实现了精准播种，采用直播的方式将水稻的种子两粒两粒或者两粒三粒地进行播种，同时实现了开沟、起垄、精良细播。中国农机院研发的大型智能化变量喷雾机在田间管理中表现出色，可以实现杂草自动识别，喷雾量能够实现精准反馈控制，飞机打药已成为主要喷雾方式。无人驾驶收割机与无人驾驶卸粮车相结合的跟车协调模式，保证了收获的高效性，两台车并排走，中间横向位置不超过 5 公分、纵向位置不超过 10 公分，可准确地将收割机的粮卸到运粮车上。稻谷干燥系统也是重要环节之一，华南农业大学的稻谷干燥系统每小时处理量达 14 吨，能将稻谷含水率由 28% 降到 13.6%，每吨成本仅 15 块钱，比人工晒稻谷还便宜。
（四）智慧化管理
智慧化管理通过远程监控农机作业位置、进度、质量等，实现农作物生长管理、农机管理、农场管理。例如，可以实时掌握农机在田间的作业位置，了解作业进度是否符合计划，监督作业质量是否达到标准。同时，还能进行故障预警，一旦农机出现异常情况，及时发出警报，并指导维修，确保农机的正常运行。这种智慧化管理方式提高了农业生产的效率和管理水平，为实现智慧农业提供了有力保障。
更多内容请阅读《智慧灌溉技术：推动农业现代化与可持续发展的关键力量》，《现代节水灌溉技术：推动农业可持续发展的关键》。
四、农业自动化到数字化的转型
（一）农业自动化的发展历程
农业自动化在我国经历了漫长的发展过程。早期，农业生产主要依靠人力和简单的工具，效率低下。随着工业技术的发展，农业机械逐渐被引入，如拖拉机、收割机等，大大提高了农业生产效率。然而，这些机械大多是独立运行的，缺乏智能化和协同性。
近年来，随着传感器技术、自动控制技术等的发展，农业自动化水平不断提高。例如，在一些大型农场，自动灌溉系统可以根据土壤湿度自动浇水；自动施肥系统可以根据作物需求精准施肥。这些自动化设备的应用，减少了人工劳动强度，提高了农业生产的稳定性和质量。
（二）数字化转型的必要性
提高生产效率：数字化技术可以实现农业生产的全程监控和精准管理，及时发现问题并采取措施，从而提高生产效率。例如，通过传感器实时监测土壤湿度、温度、养分等指标，结合智能决策系统，自动调整灌溉、施肥等措施，避免资源浪费，提高作物产量。
优化资源配置：数字化转型可以实现农业资源的精准配置，提高资源利用效率。例如，通过大数据分析，了解不同地区的土壤、气候等条件，合理规划种植品种和种植面积，避免盲目种植，提高农业生产的经济效益。
提升农产品质量：数字化技术可以实现对农产品生产过程的全程追溯，确保农产品质量安全。例如，通过二维码等技术，消费者可以查询农产品的种植、施肥、采摘等信息，增强消费者对农产品的信任度。
促进农业可持续发展：数字化转型可以实现农业生产的节能减排，减少对环境的污染。例如，通过智能灌溉系统，根据作物需求精准浇水，避免水资源浪费；通过精准施肥系统，减少化肥的使用量，降低对土壤的污染。
（三）数字化转型面临的挑战及应对策略
技术难题
农业数字化转型面临着技术难题，如传感器精度不高、数据传输不稳定、智能决策模型不完善等。为了解决这些问题，需要加大技术研发投入，提高传感器精度和稳定性，优化数据传输技术，完善智能决策模型。同时，加强产学研合作，推动农业数字化技术的创新和应用。
人才短缺
农业数字化转型需要既懂农业又懂信息技术的复合型人才。目前，这类人才短缺，制约了农业数字化转型的发展。为了解决人才短缺问题，需要加强农业数字化人才培养，建立健全人才培养体系。一方面，加强高校农业信息化专业建设，培养更多的专业人才；另一方面，加强对农民的培训，提高农民的信息技术应用能力。
资金投入大
农业数字化转型需要大量的资金投入，包括硬件设备采购、软件开发、系统维护等。对于一些中小农业企业和农户来说，资金压力较大。为了解决资金投入大的问题，可以采取多种措施。一方面，政府加大对农业数字化转型的支持力度，出台相关扶持政策，提供资金补贴和贷款优惠；另一方面，鼓励社会资本参与农业数字化转型，建立多元化的投资机制。
农业自动化到数字化的转型是现代农业发展的必然趋势。虽然面临着一些挑战，但通过不断探索和实践，我们有信心实现农业数字化转型，推动智慧农业的发展，为乡村振兴和农业现代化做出更大的贡献。
更多内容敬请阅读《智慧灌溉技术：推动农业现代化与可持续发展的关键力量》，《现代灌溉：论自动化灌溉技术在农业发展中的重要性与挑战》。
五、推进农业数字化转型与智慧农业发展的策略
（一）加快数字化工具普及应用
数字基础设施的普及和数字技术的行业应用是推进农业数字化转型的关键。一体规划、同步实施新型智慧城市和数字乡村建设，加快城市数字化、智能化设施向乡村延伸覆盖，推动乡村电力、水利、公路、物流等基础设施数字化改造。例如，在一些地区，加快推广普及无人机光谱遥感、智能化农业机械等技术，鼓励使用环境气候、土壤墒情、作物长势、灾情虫情、水肥药精准施用、农机智能调度等系统，极大地提高了农业生产效率。积极发展智慧农业，将数字技术贯穿农业数据资源建设、农业生产数字化、农产品加工智能化、农产品市场数字化监测和农产品质量安全追溯等全环节，实现农业生产的智能化、精准化管理。
（二）充分挖掘数据要素价值
数据是农业数字化转型的重要资源。加快建设国家和省级农业农村大数据中心，构建天空地一体化的农业观测网络和数据资源体系。建立数据采集、汇聚、分析、应用循环体系，以主粮、生猪等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建设 “块数据”，丰富农业数据资源供给。例如，2022 年全国农业生产信息化率达到 27.6%，随着信息技术的不断进步，农业大数据与智能算法等技术在农业生产中的应用越来越广泛。加快建设乡村 “数字大脑”，有序实现涉农数据资源的数据融合、共享交换和分析应用，在巩固拓展脱贫攻坚成果、农资监管、农产品流通、集体经济监管等领域发挥重要作用。
（三）积极培育新型主体
加快农业数字化转型离不开更多社会主体的共同参与。鼓励社会资本投资数字乡村与智慧农业，给予人才、土地、电价、税收、金融等多方面政策支持。引导企业结合乡村现代治理、产业振兴等方向投资兴业，让农业农村成为畅通国内经济循环的重要一环。推动农业企业、农民专业合作组织等 “上云”“用数”，推进数字农业工厂、数字农业园区等建设，形成示范带动效应。例如，2022 年浙江省认定了第一批数字农业工厂，包括数字农场、数字牧场和数字渔场，支持农业经营主体实现全产业链数字化转型，各地方政府对数字农业工厂从资金和政策上给予扶持。
（四）加快服务体系建设
将数字技术服务贯穿农业生产经营全过程，为农业生产经营提供全方位服务。加快农业数字化转型服务体系建设，打造县域农业农村数字化体系技术标准，以数字协同应用平台赋能新型农业经营主体，推进新型农业经营主体全产业链数字化转型，加强数字技术在新型农业经营主体应用的 “最后一公里” 建设。例如，浙江以 “乡村大脑 + 浙农应用” 为主体，初步建成了浙农优品、浙茶香、浙农服等 16 个应用平台，为农业生产经营主体提供全方位的生产经营服务。
六、农业数字化转型与智慧农业的未来展望
尽管农业数字化转型与智慧农业发展面临诸多挑战，但不可否认的是，其潜力巨大，必将为农业现代化注入新的活力，推动农业走向更加智慧、高效、可持续的发展道路。
从政策层面来看，随着国家对农业数字化转型和智慧农业的重视程度不断提高，未来将会有更多的政策支持和资金投入。《数字农业农村发展规划 (2019-2025 年)》明确提出了到 2025 年数字农业农村建设的目标，这为农业数字化转型提供了有力的政策保障。同时，各地也纷纷出台相关政策，鼓励企业和社会资本参与智慧农业建设，为农业数字化转型提供了良好的政策环境。
在技术发展方面，随着物联网、大数据、人工智能等技术的不断进步，智慧农业的技术水平将会不断提高。例如，传感器的精度和稳定性将会不断提高，数据传输将会更加稳定和快速，智能决策模型将会更加完善。同时，5G 技术的广泛应用将会为智慧农业带来更多的机遇，如实现高清视频监控、远程操作等。
在市场需求方面，随着人们生活水平的提高和对食品安全的重视，对高品质、绿色、安全的农产品的需求将会不断增加。智慧农业可以通过精准施肥、精准灌溉、病虫害防治等手段，提高农产品的品质和安全性，满足市场需求。同时，随着电商平台的发展和普及，农产品的销售渠道将会更加多元化，智慧农业可以通过电商平台实现农产品的直接销售，提高农民的收入。
在人才培养方面，随着农业数字化转型和智慧农业的发展，对既懂农业又懂信息技术的复合型人才的需求将会不断增加。未来，高校将会加强农业信息化专业建设，培养更多的专业人才。同时，政府和企业也将会加强对农民的培训，提高农民的信息技术应用能力。
总之，农业数字化转型与智慧农业发展是未来农业发展的必然趋势。虽然目前还面临着一些挑战，但只要我们充分发挥政策、技术、市场和人才等方面的优势，积极探索创新，就一定能够实现农业数字化转型和智慧农业的可持续发展，为农业现代化注入新的活力。
更多的内容敬请阅读《数字化农业发展 第五部分：农业数字化在乡村振兴中的任务》，《【现代农业新篇】现代灌溉：智慧节水，灌溉未来农业科技的绿动引擎》，《数字农业科技：引领未来农业的新篇章》。
