水肥药是农业出产主要的根本物质，正在保障做物高产稳产和粮食平安中阐扬了主要感化。农业可持续成长的焦点是水土资本及农业生态。因而，提高农业资本操纵程度和效率、加大农业生态扶植力度是次要行动。我国是世界上13个贫水国度之一，2022年，我国农业用水量达3 78立方米，占全国用水总量的63%。我国也是化肥和农药利用大国，我国平均每亩地的化肥量是美国的2。6倍；平均每亩地的农药量是世界平均程度的2。5倍。化肥和农药的过量，一方面形成农业出产成本添加，另一方面形成农业面源污染，不只影响农产物的质量，还会农业生态平安。为此，原农业部2015年印发了《到2020年化肥利用量零增加步履方案》和《到2020年农药利用量零增加步履方案》，通过测土配方施肥、无机肥料取微生物肥料等新型肥料替代利用、病虫害绿色防控手艺实施等手段，我国2021年化肥和农药的量比2015年别离削减了13。8%和16。8%。2022年，农业农村部印发了《到2025年化肥减量化步履方案》和《到2025年化学农药减量化步履方案》，提出进一步开展化肥农药减施不减产步履。若何实现减施不减产，一方面要摸清做物发展的水肥需求纪律、开展做物病虫害的智能化监测，另一方面要摸清土壤水分和养分的本底资本环境，二者连系生成变量功课的“处方图”。当前，跟着高通量做物表型监测、基于深度进修的病虫害识别、伽马能谱仪土壤快速无损检测等新手艺的成长，为数据驱动的做物发展模子建立、土壤快速全面体检供给了根本，也为变量功课“处方图”的智能化生成供给了可能。连系景象形象消息，还可对最佳施肥和喷药的时间提出。按照做物需求进行水肥药的精准，是削减水肥药用量、添加做物产量、提拔做物质量的主要路子。

　　秸秆的发生同粮食一样，是做物光合感化的产品，也需要耗损水土资本，且秸秆约占做物地上生物量的50%以上，是农业生态系统中贵重的生物质资本。因而，秸秆的分析操纵是农业绿色高质量成长的沉点使命，关乎农业可持续成长和生态，遭到高度注沉。据估算，我国农做物秸秆资本量约为7。7亿吨，是粮食总产量的1倍多。做物秸秆的操纵体例次要包罗肥料化、饲料化、能源化、基料化和原料化5类。据农业农村部发布的《全国农做物秸秆分析操纵环境演讲》显示，2021年，我国做物秸秆操纵量达到6。47亿吨，合计分析操纵率达88。1%。此中，秸秆还田量约为4亿吨，占62%，次要包罗玉米、水稻、小麦秸秆；秸秆饲用化操纵量为1。32亿吨；燃料化操纵量为6 000多万吨；基料化、原料化操纵量约为1 200万吨。可见，我国目前的秸秆操纵仍然以还田为从，但受限于手艺不完全成熟，秸秆还田后可能会呈现腐解不完全从而影响来年做物出苗和发展，或是腐解过程中取做物合作肥水资本等问题。通过加强秸秆分析操纵手艺研发，将来可斥地秸秆分析操纵的新路子，鞭策秸秆资本操纵的多样化和高值化。

　　环绕粮食出产耕种管收全过程，水分、天气、做物品种习性等要素进行数据采集，是建立聪慧农业决策系统的根本。影响农业出产的水、土、气、生四大类目标存正在数据格局和类型分歧、数据来历不分歧等问题，这些多源异构数据凡是以分歧布局和语义暗示，无法间接融合和共享。因而，应成立农业大数据共性平台底座，汇聚分歧区域的农业消息，打通农业“数据孤岛”。加强低成本通信系统研发，冲破全要素数据采集通信收集开辟平台、农业通信环节手艺，构成天空位一体化手艺融合的农业公用通信系统终端产物；针对处置海量数据手艺瓶颈，开展农业出产全要素数据存储取清洗平台研发，冲破以分布式存储手艺、分布式数据库手艺、对象存储手艺为根本的分层夹杂存储系统的农业数据处置环节手艺，构成以数据存储处置为焦点的国度级农业大数据算力核心；成立农业出产全流程的数据采集尺度，确保采集成果的可比性、可兼容性、可集成性和连贯性。

　　变量施肥。我国化肥操纵率约40%，比美国、欧洲等发财国度低10%—25%，化肥的过量会形成耕地板结、土壤酸化等问题。国表里变量施肥手艺次要分为2类，一类是基于“处方图”的变量施肥，一类是及时监测的变量施肥；次要包含事后生成变量功课“处方图”或及时采集土壤肥力消息、施肥决策系统和变量功课机具3个环节环节。我国东北黑土区的研究表白，采用玉米精准施肥模子，变量施肥方案可比保守施肥方案节约化肥5%—10%，同时玉米减产6%—10％。

　　2005年地方一号文件《地方国务院关于进一步加强农村工做提高农业分析出产能力若干政策的看法》中，初次提出了“加强农业消息化扶植”。随后，我国环绕做物发展发育、种植办理管控、农业消息采集、质量检测等方面开展了大量工做，正在农业物联网产物和手艺、农业传感器、水肥一体化等方面均取得了一系列，为农业大数据的获取供给了根本。《中华人平易近国国平易近经济和社会成长第十四个五年规划和2035年近景方针纲要》中明白提出“加速成长聪慧农业，推进农业出产运营和办理办事数字化”。跟着我国农村消息根本设备扶植、农业规模化运营趋向、聪慧农业手艺前进，我国聪慧农业敏捷成长。环绕耕地土壤、种子、水资本、肥料和农药操纵等方面，科研人员开展了大量的单项手艺研究或集成手艺研究，部门手艺环节已取得冲破，并正在使用示范中取得了显著效益。农业出产是一个复杂的系统工程，环绕产前、产中、产后的粮食出产全链条，针对从耕整地到粮食入库的全过程，通过将碎片化的单点手艺进行，为我国农业出产节本减产增效供给手艺支持，实现“藏粮于技”。为此，本文将节制论的概念引入农业生态系统，提出了聪慧农业帮力农业出产的焦点“九步法”，即“两精”“三变”“三减”“一用”（图2）。操纵消息手艺打通农业出产全链条数据流，通过农业大数据堆集，开辟算法和模子挖掘数据价值，成立聪慧农业决策系统，并用智能农业机械配备实现精准施行系统指令。同时，智能农业机械又可正在功课的同时采集数据，实现数据流的闭环。跟着系统不竭堆集数据，进一步加强数据驱动的模子锻炼，使系统变得“越来越伶俐”，实现精准决策，进一步提拔农业科技的减产增效潜力。

　　结合国粮农组织将粮食正在收成后至供应链消费环节之前被丧失掉的部门称为粮食丧失指数（FLI），次要包含运输、储存和加工3个方面。据估测，全球的粮食丧失指数约为13。8%，谷物和豆类的粮食丧失指数为8%摆布。本文正在粮食产后环节仅会商从收成到储藏的过程，不包含加工和消费方面，具体划分为收成（田间收成）、运输（从田间运输到粮食存储地）、储藏（干燥后入库储藏）3个环节。有研究表白，我国三大从粮做物水稻、小麦、玉米正在收成、运输、储藏的产后丧失率平均为7。9%。此中，储藏环节的丧失最高，丧失率达到4。5%，占产后总丧失率的50%以上；其次是收成环节，丧失率为2。5%；运输环节的丧失率为0。9%。我国三大从粮做物的产量占我国粮食总产量的91%，根基能够反映我国粮食产后丧失的总体情况。2022年，我国粮食总产量为68 653万吨，按此推算，粮食产后丧失量约为5 424万吨，昔时的粮食平均产量为387千克/亩，折算后相当于丧失了1。4亿亩耕地产量的粮食。

　　粮食安满是的根本。新中国成立以来，我国粮食出产取得庞大成绩，用不脚全球9%的耕地处理了全球约20%生齿的吃饭问题。鞭策粮食产量添加的次要要素包罗农业根本设备改善、农业物质配备程度提高、农业科技前进加速和农业运营体系体例等多方面的行动。1978年以来，我国粮食单元面积产量（以下简称“单产”）由167。5千克/亩（2 527千克/公顷），提高到2021年的387千克/亩（5 805千克/公顷），翻了2。3倍；我国农业出产中化学肥料（以下简称“化肥”）投入添加了5。9倍，农药投入添加了4。7倍（表1）。然而，我国化肥、农药的操纵率仅为40%摆布，未被充实接收操纵的化肥、农药形成了严沉的污染。取此同时，我国农业用水量达到3 644。3亿立方米，占2021年全国用水总量的61。5%。通过度析我国1978年至今的粮食产量和化肥量的关系，发觉两者存正在极显著的相关关系（p 0。001）。1978—2002年，单元化肥量的粮食产量呈现逐年下降的趋向，即添加化肥量对于提拔粮食产量的感化逐步降低；2003—2015年，我国化肥总量的数据仍正在攀升，可是单元化肥量带来的粮食产量却几乎不变，也就是说跟着化肥量的添加，粮食减产已进入平台期；2015年起头，跟着国度“双减”计谋的提出，虽然化肥总量逐年削减，但单元化肥量的粮食产量则呈现了迟缓提拔（图1）。由此可见，我国化肥的利用曾经严沉超标，不只无法推进粮食持续减产，并且不克不及被做物接收操纵的化肥还会进入土壤及水体，形成严沉的农业面源污染。

　　成长聪慧农业的前提是以大数据为根本。大数据的素质是海量、度、多形式的数据，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征。只要将大数据和人工智能连系起来，操纵深度进修和强化进修等算法，成立模子，辅帮或取代身工决策，才可以或许将大数据操纵起来，阐扬其使用价值。因而，聪慧农业的成长，需要打通数据获取、数据传输、数据存储、数据处置、算法研发、模子建立等一系列过程。为此，针对大数据的获取、尺度化和使用，加强如下4个方面的工做，加速农业智能化历程，帮力实现中国式农业现代化。

　　精量播种。做物的播种质量和产量互相关注。若是播种疏密不均，会导致发展无序、通风透气性差、养分获取不服衡、易受病虫害等问题。跟着播种机械的手艺前进，实现精量播种成为可能，而精量播种的前提是确定做物品种的适宜播量和最佳行距、株距等。通过建立群体标准的做物发展模子，操纵消息空间模仿分歧密度做物的光合效率和发展发育纪律，将为做物精量播种供给支持。研究表白，精量播种一方面可提高做物播种质量，确保苗齐、苗壮，养分合理，个别发育健壮，进而实现单产提拔；另一方面能够节流或完全省去间苗时间，节约人力和能源成本；此外，精量播种还能够节约种子用粮，避免种子华侈。玉米通过精量播种能够节约种子2。7—3。0千克/亩（40—45千克/公顷），按我国玉米播种面积估算，相当于可节约玉米用种量172万—194万吨。

　　精准整地。土壤精准耕整是提高农业水肥药操纵率、推进做物发展、削减温室气体排放、提高做物产量的主要路子。精准整地次要包罗性耕做、深松和激光整地3项环节手艺：性耕做能够削减土壤径流、添加土壤无机质、削减水分蒸发；深松能够打破犁底层，改善土壤透水透气性和团粒布局；激光整地则间接影响田间灌溉效率。有研究表白，颠末激光整地手艺平整后的地盘，可以或许较益处理漫灌形成的水资本严沉华侈问题，比保守平整地盘体例节约灌溉用水21%；水分操纵效率可提高19%—22%；不只能够充实操纵无限的水资本，同时也削减了土肥流失，做物产量可提高5%—11%。此外，农田通过高精度平整后，还能够带来附加效益，如可削减灌溉沟渠和田埂的占地面积使水地步盘操纵率提高3%—6%。此外，按照土壤类型和种植做类的分歧，整地深度和耕整体例要求也不分歧，通过消息手艺获取分歧土壤类型特点和分歧做子萌生、发展的纪律，为精准整地供给个性化定制方案，加强土壤的保水保肥能力，推进做子萌生和发展。

　　农业大数据的焦点是数据挖掘，必需取人工智能连系才能阐扬数据价值。孙凝晖等基于黑地盘提出了农业模仿器的概念，拟通过理论研究和尝试科学将“数值+数据+智能”手艺耦合成一个正在线迭代的无机全体，建立科学研究的第五范式。农业模仿器次要包罗察看、判断、决策、施行（OODA），这4个步调同样合用于聪慧农业。多源异构的农业大数据颠末各类阐发算法进行比力、聚类和分类归纳，将采集获得的土壤、做物、等要素数据搬到消息空间进行模仿阐发，成立数据和模子的关系，借帮智能配备建立农业出产OODA闭环正反馈系统，冲破当前孤立、线性、畅后的农业模子缺陷，打通农业数据流，正在消息空间完成模子的锻炼并进行快速迭代，从而对已无数据进行阐发判断，对未知数据进行预测，实现聪慧农业决策系统更精确快速，进而替代保守专家决策的体例。

　　粮食产后丧失是一个全球性问题，节粮减损是保障粮食平安的主要行动。2021年，正在我国下，农业农村部、国度成长和委员会、国度粮食和物资储蓄局、人平易近配合举办了国际粮食减损大会，习总正在贺信中指出，“粮食安满是事关人类的底子性问题，削减粮食损耗是保障粮食平安的主要路子”，粮食产后丧失不只形成了粮食数量的削减，并且华侈了出产粮食耗损的水土资本、能源动力、劳动力，以及化肥、农药等出产材料。

　　收成减损。粮食收成环节的损耗次要取收成时间、天气前提和收成体例等要素相关。通过建立包含做物、天气、土壤等模块的农业模仿器，按照天气前提、做类和做物成熟度，可为获取最佳收成机会供给智能化决策；同时，通过监测做物收成的及时产量，能够及时预警并调整至最佳收成体例。我国三大从粮做物水稻、小麦、玉米的机收率别离达到了95%、98%、80%。通过加强智能化公用结合收成机的研发和使用、加强农业机械操做手的培训等，可提高收成质量，降低收成损耗。

　　变量施水。保守农业出产的平均灌溉体例可能呈现局部灌溉过量或不脚的环境，形成水资本和能源的华侈，降低了做物对水的操纵效率。同时，过量施水还可能惹起地表径流或土壤水的深层渗漏，可能污染地表水及地下水。大型喷灌机的研发为变量施水手艺供给了功课载体，室内模仿或田间试验研究表白，变量灌溉可节水约4%—7%，个体田间小区试验以至达到节水53%的结果。

　　仓储减损。储藏环节的损耗受粮食烘干和储存根本设备的影响较大，通过成立粮食收运储的消息化办理系统、仓储的智能化监测和调理系统，可实现粮食清选烘干丧失量、仓储的及时预警，为减损供给消息化支持。有研究表白，通过采用做物结合收成机收成、散粮集拆箱运输、机械化干燥、粮食储蓄库替代农户保守储粮体例等办法，我国粮食产后丧失可降低至4%以下，减损量折算为耕地面积相当于新增“无形良田”0。7亿亩。若是收成、运输、仓储3个环节均实现消息化，进行及时监测预警，将进一步削减粮食产后丧失。

　　跟着消息手艺的成长，数据平安已成为事关取社会经济成长的严沉问题，农业数据安满是国度粮食平安的主要构成部门。2021年9月1日，我国关于数据平安的首部律法《中华人平易近国数据平安法》正式实施。美国前国务卿基辛格曾说过：“谁节制了粮食，谁就节制了所有的人。”做为世界第一大粮食出口国，美国一曲把粮食做为计谋兵器，实施粮食—能源、粮食—金融、粮食—商业、粮食—科技等“粮食和平”。受天气变化、冲突、经济萎缩等缘由，世界粮食系统更加懦弱，2022年，约9亿人处于沉度粮食不平安情况，占全世界生齿的11%。正在农业消息化、智能化快速成长的布景下，面临国际粮食市场震动的形势，加强农业数据平安监管势正在必行。当前，我国高端农业机械、先辈的农业传感器大部门来历于进口，存正在农业数据平安泄露的极大风险。因而，一方面应加大国内自从学问产权的高端智能农业机械和农业传感器研发，加速替代进口产物；另一方面，应制定农业数据采集、传输、存储、拜候等办理轨制和规范，加强数据要素管理，确保农业大数据平安，避免农业数据泄露形成的被动场合排场，将粮食平安牢牢握正在本人手中。

　　中国网/中国成长门户网讯数字经济是继农业经济、工业经济之后的次要经济形态。2012—2021年，我国数字经济规模从11万亿元添加到45。5万亿元，占国内出产总值（P）的比沉由20。4%增加至39。8%，成为鞭策经济社会高质量成长的主要引擎。习总正在《求是》颁发的主要文章《不竭做强做优做大我国数字经济》中指出：“鞭策数字经济和实体经济融合成长。把握数字化、收集化、智能化标的目的，鞭策制制业、办事业、农业等财产数字化。”。

　　运输减损。运输环节的损耗不只包罗粮食分量的削减，也包罗粮食质量的下降。分量损耗次要取包拆破损、包拆不妥、拆卸遗留等要素相关；而运输过程蒙受雨淋或运输温度节制不妥，均会惹起粮食物质下降，以至发生霉变，形成丧失。通过运输的从动化监测和智能化调控，运输车辆载沉的全过程监管，可无效削减运输环节的损耗。

　　当前全球粮食平安问题日益严峻，2022年全世界约有6。9亿—7。8亿生齿面对饥饿，估计到2030年，全世界仍有近6亿生齿持久食物不脚。我国是世界上粮食进口最多的国度，2022年我国进口粮食1。5亿吨，占全国粮食总产量的21。4%。因而，我国粮食平安受国际市场影响的风险较大。做为一个14亿生齿大国，我国必需确保“中国饭碗”次要拆“中国粮”。以习同志为焦点的把粮食平安做为理政的甲等大事，确立了新时代“以我为从、立脚国内、确保产能、适度进口、科技支持”的国度粮食平安计谋。数字经济时代布景下，数字手艺正在我国农产物发卖和畅通环节阐扬了庞大感化，而数字手艺若何使用到农业出产环节，实现农业出产的精细化办理，目前多集中于点上的研究和小规模的使用，缺乏农业出产全流程的数字手艺使用。因而，若何正在大范畴内打通农业出产的数据流、将数字经济取农业保守财产融合、让数据正在农业出产环节中发生高效的价值，是成长聪慧农业的前提，也是实现中国式农业现代化的一个主要命题。

　　变量施药。病虫草害消息的快速获取和精准识别是变量施药的环节，相关设备包罗地面喷药机械和航空喷药机械2类。近年来，航空植保手艺的逐步使用，出格是无人机等具有飞翔速度快、喷洒效率高、人工成本低等长处，农做物病虫害防治功课效率提高了15%—35%，出产成本降低了约7元/亩（105元/公顷），对于突发性病虫害具有较好的防治结果，加强了抗风险能力。

　　（做者：高树琴、张成全，中国科学院计较手艺研究所；胡兆平易近，呼伦贝尔农垦集团；王竑晟，中国科学院科技推进成长局；张晓博，国科伏羲科技无限公司；编审：杨柳春；《中国科学院院刊》供稿）。

　　农业出产是一个受天然、生物无机体取人类社会出产勾当等多种要素配合感化的复杂系统。正在我国耕地资本无限的布景下，提高粮食做物单产是添加粮食产能的无效路子，农业农村部已将粮油等次要做物大面积单产提拔做为粮食出产工做的头号工程。粮食单产的波动遭到光、热、水等天气要素，土壤和地形等要素，化肥和农药等出产材料投入要素，品种改良等科技要素的影响。针对近15年玉米单产添加的要素阐发研究表白，天气要素占48%，田间办理占39%，可见精细化办理对提高粮食单产的感化庞大。成长聪慧农业，将消息化、数字化、智能化手艺使用到农业出产系统，就是要通过海量数据的获取，成立农业模子和算法，摸清做物的发展纪律和对光、温、水、肥等资本的需求特点，智能化精准识别做物的病虫害，从而做出当令适量水肥药和播种收成时间等的办理决策，对复杂的农业出产系统进行智能化、精准化节制。通过粮食出产过程的精细化、精准化办理，提拔田间办理正在粮食单产添加中的感化，削弱天气变化对粮食出产的影响，实现“靠天吃饭”向“知天而做”的改变。

　　我国具有18亿亩耕地，若何快速、低成本获取全面的、动态的地块级粮食出产全流程大数据是个难题。做物耕种管收都需要农业机械的参取，若是将农业机械变成数据采集载体，则能够正在农业出产全过程获取切确到地块级此外数据。世界上先辈的智能农业机械可搭载农田土壤消息传感器、做物发展及病虫害监测传感器、功课传感器、农业机械配备功课参数传感器等，全方位采集策动机、、土壤、、做物等消息。我国具有4 000多种农业机械产物，农业机械总动力达到10。78亿千瓦，全国农做物耕种收分析机械化率72%，三大从粮做物小麦、水稻、玉米的耕种收分析机械化率别离达到97。3%、85。6%和90%，为通过农业机械获取数据供给了可能。然而，当前我国高端农业机械次要依赖进口，且自从研发的农业传感器数量不到世界的10%。加速建立我国自从的第3代农业机械立异系统，从“端、网、云、数、用”5个层面进行消息手艺取农业出产的融合，实现数据采集、立体通信、大数据挖掘取农业机械从动化功课于一体，将农业机械成长为数据采集和精准功课同时进行的施行载体。将来通过智能农业机械的使用，将农业机械变成“数据爬虫”，正在功课过程中采集农田土壤、做物发展、病虫害、景象形象等消息，实现农业出产全流程数据的从动化采集，成立农业大数据库并实现动态更新，为聪慧农业决策系统做好数据储蓄。