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2021中国农业生产数字化研究报告The Research on Digital Transformation of Agricultural Production亿欧智库 https:/ reserved to EqualOcean Intelligence,October 2021十字路口的中国传统农业农业数字化转型探索农业生产数字化转型路径及趋势他山之石：国外农业生产数字化转型成功经验以数营农：农业生产数字化转型案例精选2.3.4.5.1.目录CO N T E N T S1.十字路口的中国传统农业Chinese Traditional Agriculture at the Crossroads中国农业“靠天吃饭”、粮食安全等问题仍较为突出4自然灾害仍严重影响农作物产量洪涝和干旱受灾面积及粮食减产对比21,770 26,221 18,478 20,814 19,257 12,380 13,670 9,201 10,569 7,913 2015年2016年2017年2018年2019年受灾面积（千公顷）成灾面积（千公顷）人均耕地面积减少制约粮食供给增长2011-2017年中国耕地面积及中国与世界人均耕地面积20.2920.2720.2720.2620.2520.2420.231.5061.4971.4901.4821.4731.4631.4552.985 2.970 2.940 2.925 2.910 2.900 2011201220132014201520162017中国耕地面积（亿亩）中国人均耕地面积（亩/人）世界人均耕地面积（亩/人）部分粮食进口比例过大2010-2019年小麦、大豆、水稻进口数量（万吨）02000400060008000100002010201120122013201420152016201720182019大豆进口数量02004006002010201120122013201420152016201720182019小麦进口数量水稻进口数量化肥、农药单位面积使用量远高于世界平均水平，致使耕地质量下降各国化肥使用量（千克/公顷）及农药使用量（公斤/公顷）对比506.11137.03168.73246.88222.78中国美国法国英国日本10.32.23.6933.72中国美国法国英国德国数据来源：国家统计局2111498419025416545 中国农产品贸易逆差持续增长，2020年农产品出口额仅760亿美元，而进口额则达到1708亿美元，贸易逆差达到948亿美元，与2015年相比几近翻倍，对外依存度高。日益多元的农产品需求与国内传统的农业生产矛盾凸显，农产品生产的矛盾逐渐由总量的供给不足转变为产品结构不匹配。中国农业已经进入转型升级的关键时期，进一步调整优化农业结构已成为提高农业发展质量和效益的现实选择。100%进口额1,7087602020年出口额1836879510110156287433476食用油籽其他水果蔬菜食糖棉花食用植物油水产品谷物畜产品002020年中国农产品进出口额（亿美元）4583804965747139482015201720182016201920202015-2020年中国农产品贸易逆差（亿美元）数据来源：农业农村局农产品对外依存度高，无法满足消费者多元化需求，农业转型升级迫在眉睫生产端土地小规模分散经营阻碍农业机械化进程6 由于中国特色的家庭联产承包责任制的推行及人口现状等原因，中国80%以上的土地在2.6亿的小农户手里，耕地分散、块状明显，导致农业机械化、规模化进程受阻。中国土地经营属于典型的小规模主导型，小规模土地经营者所占比重高达93%，远高于世界平均水平。农业生产经营规模小，产业化程度低，加上农产品质量不高，导致近年来农业生产成本居高不下，严重影响了农业效益和竞争力的提高。中国农产品主产区分布中国与世界土地经营规模类型划分（%）72%93%69%中国世界平均日本美国100%12525数据来源：联合国粮食及农业组织农产品主产区种植产品畜产品水产品东北平原主产区水稻、玉米、大豆肉牛、奶牛、生猪黄淮海平原主产区小麦、棉花、玉米、大豆肉牛、肉羊、奶牛、生猪、家禽长江流域主产区水稻、小麦、棉花、油菜生猪、家禽淡水鱼类、河蟹汾渭平原主产区小麦、玉米河套灌区主产区小麦华南主产区水稻、甘蔗对虾、罗非鱼、鳗鲡甘肃新疆主产区小麦、棉花农户平均土地经营规模（公顷）农作物服务费用占比较低，农业技术服务商难获资本支持7 由于所需投资较少、审批较快、易于生产经营、市场广阔且投资回报率较高等原因，2015-2020年中国获得融资的农业企业类型主要集中在农产品生产及加工上。对于农业技术研发、农业生物制品生产、农产品品种改良等高风险、高技术含量和高附加值的项目，投资人因所需投资较多、回收期长、风险较大等原因，一般较少涉及。这一定程度上影响了中国现代农业技术发展，也间接导致了中国农业产业结构不合理。中国农业迈入“高成本”时代，农业成本已全面超越美国。然而与美国相比，中国多数主要农作物品种物质与服务费用占比较低，美国农业生产更多倚重物质投入、农机装备、技术服务等，而中国人工成本仍为推高农业成本的主要因素。美国农业机械作业智能化程度远远高于中国，农业资本、技术、机械等投入对劳动的替代作用明显。中国在劳动力素质与职业化程度、农业机械水平、农业科技等方面与发达国家存在一定差距，导致了农业高成本、低效率、缺乏农业基础竞争力的现状。2015-2020年中国获得融资农业企业类型（家）中美主要农作物品种物质与服务费用对比（每亩/元）481735299376479202玉米大豆稻谷美国中国数据来源：国务院发展研究中心农村经济研究部，亿欧数据13756460499255372333533饲料种植化肥农产品农技服务农产品交易养殖农产品加工农业大数据农业生产链分为产前、产中、产后环节，流程冗长且复杂8农村金融保鲜冷链物流产前环节产后环节产中环节农资供应农产品种植/养殖农副产品加工农产品交易种子化肥农药农机装备种苗饲料疫苗兽药蔬菜水果粮食谷物经济作物油料作物肉制品乳制品其他水产品批发市场餐饮零售电商微商种植播种施肥灌溉病虫害防治除草养殖繁育饲养环境清理病虫害防治2.农业数字化转型探索The Exploration of Agricultural Digital Transformation农业数字化转型在农业4.0阶段实现10 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。农业发展四阶段概述农业4.0农业3.0农业2.0农业1.0农业特征传统农业小型规模农业自动化农业智慧化农业区域西部生产条件较差的地区，如四川、贵州、甘肃、青海等主要位于粮食、蔬菜、棉花等中东部、西部平原等主产区，如东北垦区、新疆生产建设兵团等地区主要分布于沿海、东部和中西部经济发达地区，以示范应用为主主要分布于现代农业园区的实验基地，以高校和科研院所的示范实验为主，还不具备规模推广条件劳动者传统农民传统农民职业农民计算机劳动工具简单工具机械化工具计算机机器人农业发展各阶段所占比例来源：亿欧智库整理测算随着“数字乡村”政策的推动，农业数字化转型正逢其时11 近年来中国多个政策围绕“数字中国”、“乡村振兴”、“数字乡村”进行部署，其中都提到了农业数字化。农业数字化不仅是数字中国的重要组成部分，也是实现农业农村现代化这一乡村振兴战略总目标的重要途径。众多政策与福利的出台强调了农业生产数字化的必要性，当下是中国全面实施农业生产数字化的大好时机。乡村振兴2019年5月：数字乡村发展战略纲要推进农业数字化转型。加快推广云计算、大数据、物联网、人工智能在农业生产经营管理中的运用，打造科技农业、智慧农业、品牌农业。建设智慧农（牧）场，推广精准化农（牧）业作业。2021年7月：2021年重点强农惠农政策围绕产品特色化、身份标识化和全程数字化，加强地理标志农产品特色种质保存和特色品质保持，推动全产业链标准化全程质量控制，提升核心保护区生产及加工储运能力。数字乡村2020年1月：数字农业农村发展规划（2019-2025年）当前及“十四五”时期是推进农业农村数字化的重要战略机遇期，必须加快数字技术推广应用，大力提升数字化生产力，抢占数字农业农村制高点，推动农业高质量发展和乡村全面振兴，让广大农民共享数字经济发展红利。2021年6月：中华人民共和国乡村振兴促进法建设现代农业产业技术体系，推动农业农村创新驱动发展。国家鼓励农业信息化建设，加强农业信息监测预警和综合服务，推进农业生产经营信息化。2021年2月:2021年“中央一号文件”发展智慧农业，建立农业农村大数据体系，推动新一代信息技术与农业生产经营深度融合。完善农业气象综合监测网络，提升农业气象灾害防范能力。数字中国2021年2月：2021年乡村产业工作要点以信息技术带动业态融合，促进农业与信息产业融合，发展农村电商、数字农业、智慧农业等，让农民跨界增收、跨域获利。2021年3月：中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要实施“上云用数赋智”行动，推动数据赋能全产业链协同转型。加快发展智慧农业，推进农业生产经营和管理服务数字化改造。7.3%15.0%2018年2025年（目标）农业数字经济占农业增加值比重+10.8%2025农业生产经营数字化转型取得明显进展2050全面实现农业强、农村美、农民富2035农业农村现代化基本实现数字农业农村发展规划中提到的2025年发展目标来源：农业农村部，中央网络安全和信息化委员会办公室“新基建”、农民数字技能与服务商技术的发展加快农业生产数字化进程121.888.162011201220132014201520162017201820192020软件和信息技术服务业总收入(万亿元)2011-2020年中国软件和信息服务业总收入2.112.222.252.552.853.092.972018.62018.122019.62020.32020.62020.122021.6农村地区网民规模（亿）农村地区互联网普及率2018年6月-2021年6月中国农村网民规模及互联网普及率59.2%36.5%0.640.750.941.171.351.42201520162017201820192020农村宽带接入用户(亿户)农村互联网宽带接入普及率2015-2020年中国农村宽带接入用户和宽带接入普及率24.7%27.8%农村电信基础设施不断优化 截至2020年年末，中国农村宽带接入用户达到1.42亿户，较2019年末增长712万户。全国行政村通光纤率和4G覆盖率均超过98%。农业遥感、导航和通信卫星应用体系初步确立，“新基建”为人工智能、5G、大数据等新一代互联网技术创新应用提供了设备基础，为农业生产数字化带来重大利好。农民数字技能持续提升 截至2021年6月，中国农村网民规模为2.97亿，农村地区互联网普及率为59.2%，较2020年12月提升3.3%。越来越多农民意识到将互联网全面融入到生活、优化升级农业生产模式，农民生产活力的激发和数字农业技术应用能力的提高，为农业生产数字化转型打下了更夯实的基础。农业数字化服务商技术与产品日益成熟 2020年中国软件和信息服务业总收入达到8.16万亿元，呈平稳较快增长。具有自主知识产权的技术研发应用、农情信息获取技术、农机作业监测技术等均不断发展，各类农业信息化平台也已被搭建起来。数字农业技术的高质量发展成为促进农业生产转型升级、农业农村现代化发展的强大动力。数据来源：国家统计局，中国互联网络信息中心，工信部跨界玩家争相布局，推动农业数字化转型13“门口的野蛮人”大公司出来的创业者“务农”各类跨界玩家争当“农夫”产前产中产后增值服务彭斌极飞科技，创始人曾任职微软育种/农村金融育种循环农业循环农业陈祺麦飞科技，联创曾任职阿里巴巴李树欣览宋科技，创始人曾任职腾讯赵洪啟云洋数据，创始人曾任职华为王筱东慧云信息，CEO曾任职微软彭斌极飞科技，创始人曾任职微软王筱东慧云信息，CEO曾任职微软赵洪啟云洋数据，创始人曾任职华为徐正每日优鲜，创始人曾任职联想余玲兵宋小菜，CEO曾任职阿里巴巴罗炜巍冻师傅，创始人曾任职阿里巴巴王昕春播科技，创始人曾任职搜狐赵洪啟云洋数据，创始人曾任职华为社区生鲜农产品新零售农产品品牌/都市农场农产品新零售特色小镇/农产品新零售旅游小镇种业信息/交易平台循环农业智慧养殖智慧种植/养殖智慧种植/养殖无人化农场植物工厂智慧农场智慧农业溯源/智能分拣智慧农场无人化农场循环农业循环农业智慧种植/养殖循环农业智慧养殖生鲜投资文旅/特色小镇农产品新零售/社区生鲜14物联网设备智能农机现场监测器/传感器无人机管理系统农产品安全追溯系统农场/牧场ERP交易平台产前环节产后环节产中环节综合解决方案大数据服务卫星遥感大数据大数据/信息提供平台数据分析平台农业生产数字化转型服务商图谱3.农业生产数字化转型路径及趋势The Paths and Trends of Digital Transformation of Agricultural Production生产数字化：农业科技主要应用于农业生产的产中、产前、产后环节16选种饲料兽药选址建造孵化畜牧养殖繁育饲养疾病防疫环境清理称重屠宰产前环节产中环节产后环节种子化肥农药农机农具农膜农业种植播种施肥灌溉病虫害防治采摘分拣除草种苗饵料渔药选址建池塘注水水产养殖供氧投饵水质监测/池塘清理病害防治捕捞称重畜牧养殖信息技术水产养殖信息技术物联网：智能投喂机物联网：水质检测等物联网：温度、湿度、通风管理农业种植信息技术植物化工厂种子品类土地温湿度及营养成分化肥/农药使用量卫星遥感/气象物联网：农业气象物联网：土壤温湿度无人机植保物联网：作物生长滴水灌溉无人机遥感农机自动驾驶灌溉水分吸收量天气气候变化情况水肥一体化作物长势农业机械畜牧品种/饲料营养结构适宜的生长环境畜牧产品的生长情况疾病防控投喂次数/养殖密度物联网：耳标监测养殖水环境质量管理人工智能：图像识别、监测声音表情变化等农业养殖水产苗种/饲料营养结构3.1 产前Before Production种植业：企业信息化意识持续增强，种业信息化基础得到初步夯实18实行“依靠农业生产合作社自繁、自选、自留、自用，辅之以调剂”的方针，在全国建立起以县良种场为核心、公社良种场为桥梁、生产队种子田为基础的三级良种繁育推广体系。“四自一辅”阶段1949-1977年实行“品种布局区域化、种子生产专业化、加工机械化、以县为单位统一供种”的方针，以大规模建设各类原种场和种子繁育生产基地为核心。“四化一供”阶段1978-2000年在严格主承销商资质管理的前提下，实行“改制辅导一年、证券机构推荐、发审委审核、通过市场确定发行价格、证监会核准”的审核程序。市场化改革阶段2001-2009年农业部把 2010 年定为种子执法年，确立农作物种业国家战略性、基础性的核心产业地位，明确了深化种业体制改革的政策措施，提出了推进现代种业发展、建设种业强国的目标，各项政策陆续出台，加快行业整顿整合。深化改革阶段2010年-现在 建成了品种区域试验数据库、品种推广面积数据库、种子管理机构数据库、种业人才数据库、种业经济运行数据库及相对应的公共服务平台。定期对外发布品种区试信息、品种推广信息、种子产供需形势信息、种子市场价格信息、种子检验信息、种业经济运行信息、种子管理机构和人才信息。种业技术公共服务信息化水平提升 通过种业信息网，即时发布全国和各省种业法规政策信息、种业发展动态、种子企业经营许可信息、品种审定信息、种子市场监管信息、种业规划工程项目信息、种子基地建设管理信息、种业科研信息。种业电子政务持续发展 部分科研单位和公司开发了支持品种选育、试验、推广等过程的信息管理系统软件产品，研制了考种系统、单粒播种机、联合收割机等专用智能化、自动化的硬装备。种业产学研部分核心业务初步信息化核心业务启用智能信息系统 改造分子设计与育种管理软件 研发种子质量控制系统 试点农技服务、经销商管理和电子商务系统ERP系统逐渐普及 固化业务流程 实现产销信息化、财务一体化、物流费用精细化管理 提升对内管理水平、规避经营风险日常办公实现网络化 应用成熟办公信息系统 统合人、财、物、信息等基本企业运作要素 大幅提升种业企业办公效率和经营管理水平种子企业经营与管理信息化现况种业发展历程种业管理与公共服务信息化状况畜牧业：数字化、智慧化育种逐渐成为生猪育种体系的主要形式19现代化育种体系逐渐形成。中国的生猪育种取得了较为可观的进步，早在2019年中国先后通过“中加瘦肉型猪项目”、“农业部948重大专项”、“国家现代农业技术体系”的专项支持，逐步构建了中国引进品种选育需要的种猪性能测定、动物模型BLUP选育技术体系。数据管理常规管理软件育种分析育种方案数字化选择方案一键分析综合育种值系谱数据表型数据测序数据功能生产辅助核心群遗传变异监控甄选核心群原始数据表型性能测定数据遗传性能测定数据国内育种发展方向育种技术转基因技术编辑功能基因组抗病能力料肉比生长速度育种系统建立基因库种业体系建设自主知识产权特色家禽品种育种模式国家式育种 集团化育种 数字化育种逐渐成为现实。在种猪育种体系中，种猪性能测定、分子育种、计算机应用、AI养殖等技术不断进步，在遗传评估和育种方案制定过程中利用育种系统管理海量数据，这意味着数字化、智慧化育种逐渐成为现实。传统育种体系逐渐与信息化手段结合。目前已构建了核心育种场、国家生猪育种评估中心等。育种逐渐有了数据的支撑，向着更精准、更大规模的方向迈进。20 农业机械是衡量一国农业现代化发展的水平的主要指标之一，目前中国主要粮食作物基本实现全程机械化，薄弱环节机械化进程也在加快推进。而利用数字化手段来提高中国农业装备的智能化程度，对于推动农业产前环节数字化进程具有重要意义。随着信息技术与数字化技术的迅猛发展，数字化已经全方位、多层次地渗透到农业机械中，也给农业生产带来了巨大的变化。数据来源：农业农村部 数据开采、知识发现及其重用技术、知识的表达与组织、知识数据库的开发、基于知识的决策技术 线上互动设计信息技术与数字化的应用极大降低设计成本 德国设计理论的系统化设计方法 TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）公理设计（Axiomatic Design，AD）数字化技术强调产品协同设计 利用虚拟现实技术模拟产品的某些性能 便于设计人员对产品的修改与调整，大大缩短农机产品的设计、生产周期虚拟现实便捷农业机械设计与展示农业机器人技术农业作业对象的多样性和环境的复杂多变性对农业机器人提出了更高的要求，因此对农业机器人的设计、改进和完善也是智能农机未来发展的一个方向。2015年2019年棉花花生油菜2015年与2019年薄弱环节机收率对比（%）897886968489小麦水稻玉米2015年2019年2015年与2019年主要粮食作物耕种收综合机械化率对比（%）主要粮食作物基本实现全程机械化薄弱环节机械化加快突破农业机械的数字化路径智能农机的发展趋势智能农机原创性技术开发农业的需求的不断发展和变化对其农机的功能和技术也提出了更高的要求。加大智能农机原创性技术研究和开发的力度则是应对农业需求变化的举措之一。借助于各类农业传感器和中央处理芯片，可实现多个农机的智能互联，将协同作业的各类农机的工作状态进行实施采集和分析，并自动控制和调节，优化农机的作业性能。多机物连、协同作业大数据平台主要利用先进的网络技术、云计算、数据密集计算等方式将农业地理信息、农机作业参数、智能农机决策信息等数据进行集成，建立统一的信息管理平台，实现农业与智能农机数据的远程采集与传输、数据的分析与决策、数据的共享与应用。建立智能农机的大数据平台193029504644主要粮食作物生产机械化，智能农机逐渐成为产前环节数字化的助推器数据管理系统的应用解产前环节信息爆炸的难题2120世纪初数字育种技术的开端21世纪数字育种技术飞速发展 生物统计学基本原理开始在作物育种中应用，标志着作物数字育种技术的开端。随着计算机技术的出现，现代数字育种技术开始孕育和发展。随着自动化采样和数据获取技术的突破，从分子水平的基因表达数据到宏观性状表现型数据都实现了质的飞跃。育种数据的存储、分析、利用成为现代数字育种技术的关键。数字化是在对研究对象定性描述的基础上进一步加以定量刻画，便于进行精确评估和筛选。在定性描述的基础上，结合分子生物学、生理学、遗传学和物候学等进一步更为精确地定量刻画，是作物数字育种技术的关键所在。定量刻画只是数字化的第一步，数字化内容涵盖了数据的分类存储和检索、数据的统计分析、各类模型的建立与应用、可视化展示和综合应用等。气候、土壤等动态环境数据基因型数据基因表达和代谢物动态数据生产管理数据田间性状调查结果信息爆炸：复杂大数据集数据库管理系统为确保数据能够不断积累和丰富，需要使用先进的数据库管理系统进行管理维护，清晰地建立各种数据之间的相互关系，便于对这些数据进行交叉分析，从中找出规律，提取有用的知识，为后代的选择和新品种的定位提供可靠的依据。数据库育种策略分析分子标记和基因定位数据采集和性状分析田间试验设计和统计分析杂交组合和后代选择生长发育的系统模拟基因功能和调控网络系谱书和亲缘分析龙头企业精益求精，产前环节数字化进程将进入全新阶段22中化集团针对中国农业现代化发展需求推出了MAP现代农业技术服务平台，通过数字化工具、数字化系统在产业上游不断积累农田、土壤、农事作业等方面的大数据，为所有的合作伙伴提供相应的数据服务。智慧农业技术标准化数据公司化土地适度规模化把地种好MAP示范农场MAP技术服务中心精准种植管理系统现代农场管理系统MAP农场管理系统一个平台线上线下结合（O2O）的现代农业服务平台两个核心 推动耕地适度规模化 依靠科技真正把地种好多方共赢 种植户实现降本增效和绿色发展 合作伙伴发展能力获得不断提升 各级政府“乡村振兴战略”落地 区域优势作物得到可持续发展种业代表企业：中化集团推进MAP战略种业数字化发展趋势 一是构建覆盖国家作物种质资源库的国家作物种质信息网络。二是初步建立海量、快速、整合和安全的作物种质资源数据研究和整合平台。三是实现国家种质库资源出入库的自动化，基本实现各国家库的智能化监控和管理。四是建立品种资源的数据库共享体系，即时向行业发布信息。种质资源信息化工程 一是实现各种育种信息和育种资源有效集成和决策。二是田间表型数据采集信息化。三是实现田间试验管理精确化，环境监测自动化。四是随着分子育种技术等新兴育种技术的快速发展，建立数据管理系统，处理大规模数据。品种选育信息化工程 一是综合使用遥感、物联网等信息监测控制手段，实时准确地获取主要制种基地种子生产情况。二是研发杂交制种智能机械设备、种子快速安全脱水自动控制等技术与设备。三是建立基于移动互联的田间生产管理系统。四是搭建全国统一的、具有一定信任度的涉及种子生产加工销售全过程的可追溯平台。种子繁育加工信息化工程 一是使用物联网技术，从农作物品种田块信息直至种植户信息等建立全程跟踪系统。二是建立种业电子商务平台。三是针对近年来各地农业结构调整带来农村经营单元变化，建立和完善分作物的种植户信息数据库。品种推广信息化工程来源：中化集团3.2 产中In Production数字化技术在产中环节可被广泛应用，驱动中国粮食产量的增长24 农业产中环节的发展离不开与农业技术的融合发展，纵观农业技术的每一次革命性迭代都影响着产中环节的进步和粮食产量的增长。中国农业从传统向数字化转变的历程跨越了一个世纪，产中作为农业生产的重要阶段，也是数字化影响和应用最广泛的阶段，涉及了播种、施肥、灌溉、畜牧养殖、环境监测等环节，运用的数字化技术在较为成熟的5S技术基础上，还包括了物联网、大数据、云计算等新技术。44,62443,06966,384-0.150.450.000.150.3020031952198919902017199319952013199719992009200120051991200720112015201916,391中国粮食产量（万吨）传统农业机械农业数字农业技术影响金属冶炼自动化技术、农业机械物联网、大数据、人工智能AI、5S技术（全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、遥感技术RS）、5G借助工具，提高农耕效率，增加粮食供给部分生产环节由机械替代人工，农耕效率进一步提升，开始实现规模种植、养殖生产作业、生产决策逐渐实现智能化，农耕资源利用率大幅提升，实现精准农业1990年，国家科技部推出“863”计划，支持计算机研究“农业智能应用系统”，包括“鱼病防治、苹果生产管理专家系统”在内的5个专家项目研究平台，研发了200多个实用专家系统，并在全国22个示范区应用2003年，“863”计划将“大规模现代化农业数字化技术应用研究与开发”列为重大科技专项进行研究，并取得阶段性成果数据来源：国家统计局5S技术成熟应用，大数据、云计算等技术应用仍在发展实践25 当前数字化技术在中国农业产中环节的应用还处在应用期向发展期转变的过程中，遥感技术、地理信息系统和全球定位系统等5S技术在农业中的应用已经比较成熟，大数据和云计算应用较为广泛，处于快速发展期；AI、物联网（IoT）已经进入农业领域，在农业生产中逐渐应用起来；5G技术的整体发展还处在初期，在农业中的应用也只处于探索期，但随着5G技术的逐渐发展成熟，对其他技术之间的数据传输效率产生极大影响，将在农业生产中发挥重要作用。目前，数字技术在产中的应用，已经实现了大数据生产监测、无人机植保、精细化养殖、产量预测等。产中数字化路径影响因素政治经济社会技术环境国家政策相继出台，积极推进农业农村数字化建设。构建基础数据资源体系、加快生产经营数字化改造、推进管理服务数字化转型。数字农业的发展建设已成为建设数字中国的重要组成部分。农业数字化为解决“小农户”与“大市场”之间的矛盾提供可能性。在中国“大国小农”的基本国情下，数字农业“大中后台+小前台”的运行模式为高效提供农业生产服务指明了可行路径。弥补务农人口老龄化、兼业化引起的农业生产损失和效率下降。数字技术在农业中的应用，实现了农业生产的全过程精准监控、预测和决策，有效提高农业生产效率，减少人力需求。农业数字化整体建设成果显著、生产端关注度不够。中国数字化技术发展较为成熟，但在农业中的应用还集中在农产品销售等后端环节，产中生产端的技术应用不够普及和广泛。全球变暖等环境问题显著、农业可持续发展值得关注。农业生产中化肥的使用及水、电等资源使用效率都对环境产生影响，数字技术在农业中的应用可以有效解决资源利用问题。数字技术在农业产中环节的应用探索期应用期发展期成熟期5G物联网AI云计算大数据5S技术大数据生产监测无人机植保精细化养殖产量预测种植业产中数字化程度高，养殖业中数字化技术多应用于监测识别环节26 当前数字化技术在中国农业产中环节的应用还处在发展阶段，许多技术的应用程度较低、应用范围较窄。目前5S技术应用程度最高，数字化应用程度最高的是种植业，主要体现在施肥、灌溉及病虫害防治环节；养殖业的数字化应用主要体现在监测和对牲畜的定位识别环节，5S技术、大数据和AI人工智能是主要应用技术。5G技术整体处于发展初期，在农业上的应用深度和广度都较浅，但技术前景甚佳，对未来农业数字化的发展或将起到驱动作用。数字技术在农业产中各环节的应用程度评估技术当前应用程度种植业应用程度畜牧业应用程度渔业应用程度5S技术大数据云计算人工智能物联网5G播种施肥灌溉除草病虫害防治繁殖饲养防疫定位追踪供氧繁殖投饵水质监测技术应用程度：低高种植业畜牧业渔业主要环节主要技术施肥灌溉环境监测传感器智能施肥设备智能灌溉设备无人机传感器无人机传感器GPS+GIS温度、湿度检测分析系统5S技术物联网人工智能生长情况监测环境监测饲养生物识别传感器传感器GPS+GIS智能投喂设备投饵水质监测智能投饵设备传感器养殖业应用：无人机与大数据平台的多场景应用提高作业精准度和植保效率27 无人机植保应用于农作物施肥、施药、授粉等场景。农业植保无人机由飞行平台、遥控系统和喷洒系统组成，农业植保无人机通过地面遥控或GPS，以超低空作业的形式对农作物实现智能化精准喷洒、授粉及监控作用，与传统农业植保机械相比，作业更精准，植保效率更高。无人机植保大数据平台由植保无人机、互联网、大数据平台、云计算中心等组成。植保无人机在施肥、授粉作业中通过GPS系统的地理位置信息精准定位作业位置实现精准喷洒，同时无人机利用传感器采集的数据融合地面站信息等多源数据，实现对气象条件、病虫害信息等农业基础数据的低成本精准采集和同步转输，后台建立植保大数据库分析挖掘应用。农业规则系统植保大数据产业平台飞机信息系统种植业信息系统农业预警信息系统精准施药信息系统专家信息系统种植业信息地理位置病害知识库虫害知识库田间实时库田间小气候农药库实时施药库专家知识库名人专家库GPS导航系统无人机群用户终端无人机保有量5.5万余架植保作业面积8.5亿余亩植保无人机种类170+优势减少农药使用量20%节省用水90%提高农药利用率30%数据来源：中国航空运输协会截至2019年底应用：水肥一体化滴灌系统增效增产、节水节肥，助力规模种植28 滴灌是将具有一定压力的水过滤后，经由管网和出水管道组成的滴灌带或滴头以水滴的形式缓慢均匀地滴入植物根部附近土壤的灌水方法，具有节水、灌溉效率高的特点。目前水肥一体化滴灌技术已广泛运用到农业生产中，可以实现节水节肥50%以上，增产20-30%，同时可以减少人工需求，适用于大规模种植。滴灌系统目前亟需解决的是管道堵塞的问题，因此过滤系统的选择与配置至关重要。肥料罐外部资源云端分析控制终端主控制器水泵过滤系统分控制器滴灌带阀门传感器农田监测系统由土壤张力计，土壤湿度计、土壤温度计、水表、气象站等组成。各仪器采集的数据通过无线传输系统传输到种植者的移动设备或电脑上，种植者基于此制定更合理的灌溉施肥计划。水源由水泵和过滤系统组成。水泵将水源输送到过滤系统，经过滤后的水源通过主管道输送到施肥机。水肥混合系统由施肥机、控制器等组成。施肥机通过实时监测混合液酸碱度（pH）和电导率（EC），精准调节施肥浓度，使水源与肥料罐中的肥料按照合理配比充分混合后进入田间管道。田间灌溉系统由田间管道、阀门组、滴灌带等组成。田间阀门组被分散地布置在田间不同灌溉区域，可以实现不同灌溉区域的精准控制和个性化灌溉；滴灌带根据不同的作物类型、土壤情况等因素有所不同，其分布在田间实现将水肥混合物精准输送到作物。传感器：实时采集农业数据 智能农机：执行智能决策命令大数据：基于物联网的农业数据存储分析平台云计算：物联网：实现动态采集，同时实现设备端与机器端、人与机器端的交互，提高对采集数据的分析效率和决策实施的及时性。物联网中传感器采集生成的数据通过数据网络传输到大数据系统进行分析，并生成最终报告 云计算为农业大数据的存储和管理提供更好的运营环境和算力支持 云计算支持高速数据流的网络传输，可进行更快的大数据处理 云计算的基础架构可以满足农业物联网系统中各应用程序和设备对数据进行快速处理和分析，并尽快做出决策。计算分析分析存储数字化技术将农业产中各环节推向更智能、更精细、更精确29 数字化技术与农业的不断结合，使农业的产中环节向精准化发展。在生产作业及管理环节，人工智能（AI）、大数据、云计算、物联网等技术实现各生产设备、数据处理系统及农业生产者之间的互联互通，使生产者可以远程监控和控制农业生产过程，同时产中各环节的操作更加精准，提高资源利用率和农业生产效率；在决策环节，基于智能算法搭建的农业模型，结合现有农业知识和专家经验对全国甚至全球范围内的农业数据进行动态分析，得出更加准确的生产决策。农业新技术整体架构农业要素农业决策系统生物要素环境要素经济要素技术要素采集农业模型&算法决策人工智能5G边缘计算居中调控优化计算资源调配5G优化传输网络及路径设计优化设备配置趋势一：农业生产作业更智能趋势二：农业生产管理更精细趋势三：农业生产决策更精确分析结果是否调控&调控精度现有农业知识农业专家的技术经验历史农业数据识别判断优化5G3.3 产后After Production农业产后数字化技术发展不足，农产品减损增效问题亟待解决 农产品产后初加工环节主要包括采摘、捕捞、屠宰、分类分级、储藏、保鲜、包装等环节。农产品初加工是联结农产品生产与流通的纽带，是现代农业产业链的重要环节。目前，中国农业存在大量的产后损失，严重影响了农业增效、农民收入增长，也给农产品有效供给和质量安全带来压力。种植业采摘分拣干燥储藏保鲜包装畜牧业屠宰称重清洗检疫储藏包装渔业捕捞分拣称重检疫储藏包装优势影响因素现状农产品加工设备不足。长期以来，中国农业生产规模小而散，个体户的需求难以支撑先进农机设备的使用成本；农产品种类复杂且分散，农产品初加工设备落后。初加工技术发展滞后。中国农产品产后生产的总体特点是种类多、规模小，国外已经发展成熟的数字化加工技术并不适应中国国情。虽然中国已经在部分大宗农产品的分级分选包装等方面取得了成果，但覆盖品类和使用范围有限，目前许多工作仍需依靠人力。农产品初加工标准体系欠缺。目前，中国农产品加工行业不论在技术规范还是产品质量标准均存在大量空白，这一现状严重制约了农产品产后初加工及一系列发展，不利于农产品质量提升和农民增收。降低农产品产后损失提高农产品附加值提高农产品生产水平便于农产品运输流通政策支持补助政策助推农产品初加工发展。2012年，中央财政安排专项资金，对农产品初加工实施，推广普及先进的初加工设施，截至15年，补助政策已帮助减损增收94亿元。农产品减损增效要求发展初加工技术。2020年，农业农村部网站发布关于促进农产品加工环节减损增效的指导意见，提出到2025年，农产品加工环节损失率降到5%以下，2035年，降到3%以下。农产品流通模式革新生鲜电商的出现给农产品初加工环节提出了更高的要求，同时给流通环节带来了新难题，它加重了传统包装生产线的负担，要求供应商在流通环节就必须完成生鲜产品的称重和包装。科技投入不足中国农业科技工作的重点仍在产中环节，产后环节的科研发展一直被忽视。农产品加工领域技术发展落后、创新能力低，使得中国农产品加工业的发展动力不足，技术水平落后于发达国家的根本原因。促进农业增收农产品加工是帮助农民实现农产品溢价，增加收益的重要方式。截至2020年年底，已建成超过17万座农产品初加工设施，加工转化率从2015年的65提高到68，农产品加工业营业收入约23.5万亿元，农产品加工业与农业总产值比达到2.41。2.162.22.282.32.362.422.22.42.62.8201520162017201820192020农产品加工产值与农业总产值比31来源：国务院办公厅实践：阿里数农“产地仓+销地仓”模式赋能种植业产后数字化32 数字化技术在农业产后的应用在种植业领域主要体现在采摘、分拣、包装等环节。以阿里数农为例，其构建的“产地仓+销地仓”模式连接农业生产上下游，上游连接各农产品产地产区，下游对接各地消费市场。现阶段已建成5个产地仓和20个销地仓的基础框架，以处理水果类农产品为主。数字化技术的应用主要体现在产地仓，产地仓又名“数字农业集运加工中心”，其核心功能是对采后农产品进行分拣、筛选、包装等加工处理，并对下一步进入销地仓进行区域调度分发。农产品产区消费市场产地仓销地仓农产品的采后商品化处理农产品的快速流通“数字农业集运加工中心”品牌化难度大商业价值被压低建立农产品分级标准应用数字技术提高加工、周转效率产业链条分散农业生产、加工