我国农牧业信息化的发展现状及趋势

摘　要:通过对大量前人已阐述的农牧业信息化概念及理论的深入研究及综合分析,对农牧业信息化做了进一步归纳释义。结合国内外农牧业信息化的发展现状,指出我国现阶段农牧业信息化存在的问题,并说明农牧业信息化在我国发展的方向及作用,进而对我国农牧业信息化状况有一个更加清晰的认识。
    关键词:农牧业信息化;发展现状;发展趋势

0　引言
进入21世纪以来,虽然基于工业社会要求的农业机械化、化学化、水利化和电气化在世界许多国家还没有全面完成,但随着信息技术的迅猛发展,以数字化为核心、网络化为趋势的信息化产业逐渐深入到社会的各个领域。信息化技术同时不断深入到农牧业生产的各环节中,形成了以数字化为特征的“数字农业”,给农牧业这个传统领域注入了新的活力[1]。农牧业信息化对于农业经济深入增长具有深远的影响,并且可以促进传统农业向现代化农业的转变[2]。加强农牧业信息化建设是发展现代农业的重要内容。
    农牧业信息化是现代农业的重要标志,在驾驭农村市场经济中处于前置性的基础地位,是提高农业的综合生产力和经营管理效率的有力手段[3],是农业实现现代化的必经途径。随着信息社会和知识经济时代的到来,农业信息技术将在农业和农村经济的发展中发挥越来越大的作用[4]。没有农牧业的信息化,就没有国民经济的信息化,也就没有整个社会的信息化。农牧业信息化应当成为中国这个农业大国一种必然和必须的发展趋势,深入研究农牧业信息化是一项亟待探讨而且具有重大意义的课题[5]。
    1　农牧业信息化的概念
1. 1　信息化信息化概念包括信息和信息化两个最基本的概念。信息化是一个过程,与工业化和现代化一样,是一个动态变化的过程。在这个过程中包含3个层面和6大要素。所谓3个层面,一是信息技术的开发和应用过程,是信息化建设的基础;二是信息资源的开发和利用过程,是信息化建设的核心与关键;三是信息产品制造业不断发展的过程,是信息化建设的重要支撑。6大要素是指信息网络、信息资源、信息技术、信息产业、信息法规环境与信息人才。信息化就是在经济和社会活动中通过普遍采用信息技术和电子信息装备,更有效地开发和利用信息资源,推动经济发展和社会进步[6]。
    1. 2　农业信息化
农业信息化有狭义和广义之分:狭义的农业信息化是指农业的数字化和网络化;广义的农业信息化是指农业全过程的信息化,在农业领域全面地发展和应用现代信息技术,使之渗透到农业生产、流通、消费以及农村社会、经济和技术等各个具体环节的全过程,从而极大地提高农业效率和农业生产力水平[7]。贾善刚指出:农村信息化的概念不仅包括计算机技术,还应包括微电子技术、通信技术、光电技术和遥感技术等多项信息技术在农业上普遍而系统的应用过程。
    梅方权年认为,农村信息化是一个广义的概念,应是农业全过程的信息化,是用信息技术装备现代农业,依靠网络化和数字化支持农业经营管理,监测管理农业资源和环境,支持农业经济和农村社会信息化[8]。
    农业信息化可以从4个方面来加以描述和概括:一是农业劳动者的高度智能化;二是农业基础设施装备信息化;三是农业技术操作自动自控化;四是农业经营管理信息网络化[5, 9]。农业信息化不仅包括计算机技术,还应包括微电子技术、通信技术、光电技术和遥感技术等多项技术在农业上普遍而系统应用的过程。
    农业中所应用的信息技术包括计算机、信息存储和处理、通讯、网格、多媒体、人工智能以及“3S”技术(即地理信息系统GIS、全球定位系统GPS和遥感技术RS)等。在发达国家,信息技术在农业上的应用大致有以下方面:农业生产经营管理、农业信息获取及处理、农业专家系统、农业系统模拟、农业决策支持系统和农业计算机网络等[5, 10]。数字化作为农业信息化的核心内容,就是按人类需要的目标,对农业所涉及的对象和全过程进行数字化和可视化的表达、设计、控制和管理。在数字水平上,对农业生产、管理、经营、流通、服务以及农业资源环境等领域进行数字化设计、可视化表达和智能化控制,使农业按照人类的需求目标发展。数字农业主要包括农业要素(生物要素、环境要素、技术要素和社会经济要素)的数字信息化、农业过程的数字信息化(数字化实施和数字化设计)以及农业管理的数字信息化[1, 11]。农业信息化实质是充分利用信息技术的最新成果,全面实现农业生产、管理、农产品加工、营销以及农业科技信息和知识的获取、处理、传播与合理利用,加速传统农业的改造,大幅度地提高农业生产效率、管理和经营决策水平,促进农业持续、稳定、高效发展进程。农业信息技术就是实现农业各种信息采集、处理、传播和贮存等方面的技术。
    根据信息技术在农业应用领域的不同,主要分为气象遥感技术、卫星定位技术、农业专家系统和农业自动化技术等[4]。数字农业的本质是把信息技术作为农业生产力重要要素,将工业可控生产和计算机辅助设计的思想引入农业,通过计算机、地学空间、网络通讯和电子工程技术与农业的融合,在数字水平上对农业生产、管理、经营、流通、服务以及农业资源环境等领域进行数字化设计、可视化表达和智能化控制,使农业按照人类的需求目标发展[1]。
    笔者认为,农业信息化是指涉农领域(农、林、牧、副、渔)所有对象的数字信息化,具体体现在农业基础设施装备的数字信息化、农业生产过程的数字信息化、农业资源环境的数字信息化、农业生产管理的数字信息化、农业经营管理的数字信息化、农业市场流通的数字信息化、农业劳动者的高度智能化以及农民生活的数字信息化,应用计算机技术、微电子技术、人工智能技术、自动控制技术、“3S”技术、通信技术和网络技术等高新技术实现农业的数字信息化,并付诸实施于农田精耕细作、病虫害防治、林区规划管理、畜禽渔业的生产操作自动化和数字化管理以及农民生活消费的网络信息化等方面,集农业科学、计算机科学、地球科学、信息科学以及网络科学等高端科学于一体的综合性领域。
    1. 3　畜牧业信息化
畜牧业信息就是对畜禽品种资源的遗传育种、饲养管理、饲料营养、疫病防制、器械设备、畜产品加工及其经济利用的有关理论和应用研究中表现出来的信息,主要包括各种畜禽遗传育种信息、饲料营养信息、畜禽经济信息、生产和经营管理信息、疾病防治信息以及专家人才信息等内容。根据畜牧业结构和研究内容,畜牧业信息可以划分为畜牧业自然资源信息、畜牧业生产信息、畜牧业科技信息、畜牧业经济信息、畜产品市场流通信息、畜产品加工信息、疫病防治信息、饲料营养信息、器械设备信息和单位属性信息等类别[12]。畜牧业信息化指的是在畜牧业领域充分利用信息技术的方法手段和最新成果的过程。具体来说,就是在畜牧业生产、流通、消费以及农村经济、社会和技术等各个环节全面运用现代信息技术与智能工具,实现畜牧业的科学化与智能化过程。畜牧业信息化不仅包括计算机技术,还包括微电子技术、通信技术、光电技术和遥感技术等多种技术在农业上普遍而系统的应用。

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    畜牧业信息化的内涵至少包括以下领域:一是畜牧业生产管理信息化,包括畜禽疫病防治、畜禽饲养管理等各个方面;二是畜牧业经营管理信息化,包括与畜牧业经营有关的经济形势、畜禽供求、国民收入、固定资产投资、物资购销和物价变动等;三是畜牧业科学技术信息化,是利用信息技术快捷与方便的特点,改变传统的畜牧业技术推广方法和手段,加快科技成果的传播和转化,提高畜牧业的科技含量和竞争力;四是畜牧业市场流通信息化,指畜牧业生产资料供求信息、动物产品流通(需求量)及收益成本等方面的信息化[13]。畜牧业信息化具有丰富的内涵,主要包括:畜牧业信息服务系统化和网络化;畜牧业生产设施装备信息化;畜牧业技术操作机械化和自动化;畜牧业管理决策信息化;畜牧业劳动者的信息化和知识化等[14]。
    笔者认为,畜牧业信息化是指畜牧业饲养设施的操作自动化及数字信息化、畜牧业生产管理的数字信息化、畜牧业经营管理的数字信息化、畜牧业市场流通的数字信息化和畜牧业劳动者的高度智能化等,运用计算机技术、人工智能技术、自动控制技术、无线射频识别技术、“3S”技术、通信以及网络技术,实现精细饲喂、科学育种、饲养环境的监控、疫情监测、疾病防治以及产品溯源等。
    2　农牧业信息化的发展状况
2. 1　国外发展状况世界农业信息化技术的发展大致经过3个阶段:第1阶段是20世纪五六十年代的广播、电话通讯信息化及科学计算阶段;第2个阶段是20世纪七八十年代的计算机数据处理和知识处理阶段;第3个阶段是20世纪90年代以来农业数据库开发、网络和多媒体技术应用、农业生产自动化控制等的新发展阶段。
    农业自动化技术在美国、西欧和日本已广泛应用于工厂化养殖、工厂化蔬菜花卉生产、仓库管理、环境监测与控制以及农产品精深加工中,如配合饲料全部生产流程的自动控制、日光温室中温湿度控制、灌溉及采收自动化控制。通过研制和使用农业机器人,代替人从事一些繁重的农事操作,如苹果收获、挤奶、喷药、组织培养以及作物育种等方面。
    美国自20世纪70年代以来将计算机应用逐步推广到农场范围。典型的农业信息化系统有: 1975年,美国内布拉斯加大学创建了AGNET联机网络,现在已发展成为世界上最大的农业计算机网络系统;美国国家农业书馆和美国农业部共同开发的AGRICOLA;信息研究系统CRIS可提供美国农业所属各研究所、试验站和学府的研究摘要。
    美国计算机在农牧业信息化中的应用已相当普遍。譬如:畜禽饲养的计算机化,有管理猪生产的计算机信息系统;管理农业机械化的计算机以及在在农副产品加工方面也有广泛的应用;其中,计算机在温室环境方面的应用最显其能。
    早在20世纪80年代,日本农林水产省就“人工智能与农业”专门组织了一个调查委员会,列出了知识工程在农业中应用的一整套实施项目;日本已建立了一些农业生产自动化管理系统,如植物工厂的蔬菜生产管理系统(菠菜、番茄、黄瓜、茄子、西红柿和草莓等已进入批量生产)、陆田水田耕作、畜牧生产、家畜卫生系统、农业工程和机械管理系统等。
    德国在农业科学研究中,已广泛使用电子、信息技术等监测和自动控制各种试验场所的温度、湿度、光照时间和强度、风向风速等各项要素,均自动监测和记录;德国还研究出许多用计算机编程控制的试验仪器和设备;在农业生产中,装有遥感地理定位系统的大型农业机械可以在室内计算机自动控制下完成各项农田作业[15-16]。
    荷兰在畜禽养殖基础设施以及温室种植方面的信息化工作水平处于世界前列。荷兰的科研人员在十多年前应用数字化技术,在奶牛自动饲养管理系统Porcod系统的基础上研发成功母猪自动饲养Velos管理系统[17]。
    目前,农业信息技术研究主要集中在以下各方面:农业信息网络技术、农业数据库系统、农业管理系统、农业专家系统、“3S”系统、农业自动化控制技术、多媒体技术、精准农业、生物信息技术以及数字化图书馆技术[15, 18]。
    2. 2　国内发展状况
20世纪70年代中期,计算机应用技术开始进入我国农业领域,少数农业研究机构开展了计算机农业应用研究,从此农业信息化逐步在我国农业生产当中得以发展应用,具体发展阶段[19]如表1所示。
    表1　我国农业信息化发展阶段
阶段时间主要内容起步阶段1981-1985年科学计算、科学规划模型和统计方法应用普及发展阶段1986-1995年数据处理(EDP)、大型数据库的建立和MIS系统开发提高阶段1996-2000年国家在“攻关”和“863”项目中都分别设置农业信息技术重大专题和课题快速发展阶段2000至今农业信息化技术全面向农业生产实际渗透　　我国农业信息化进程起步较晚。20世纪80年代以来,将系统工程、数据库与信息管理系统、遥感、专家系统、决策支持系统和地理信息系统等技术应用于农业、资源、环境和灾害方面的研究,已取得一些重要成果,不少成果已得到应用,有些成果已达到国际先进水平。如中国农业科学院草原研究所应用现代遥感和地理信息技术建立了“中国北方草地、草畜平衡动态监测系统”[20]。
    中国国家科技部从1990年开始连续支持“农业智能应用系统”的研究与应用,“数字农业”渐成气候,已研制出棉花、水稻、芒果等多种作物的生育全程调控和农事管理专家系统,以及鱼病防治和苹果生产管理专家系统。“十五”期间,国家科技部等部门继续加大对以“数字农业”为主要内容的农业信息技术研究,以“精准农业”、“虚拟农业”、“智能农业”和“网络农业”等内容为切入点,组织实施“数字农业科技行动”。通过该行动的实施,突破一批“数字农业”的关键技术,建立数字农业技术平台,开发国家农业信息资源数据库,研究开发一批实用性强的农业信息服务系统,初步构建我国“数字农业”的技术框架,从而加速了我国农业信息化进程[1]。
    2003年,科技部“863计划”在生物与现代领域启动实施了“数字农业技术研究示范”重大专项。这些专项以突破一批关键技术、研制一批数字农业产品、开发数字农业技术平台、集成示范应用为目标,构建我国“数字农业”的科学技术体系及示范应用体系。在农田信息自动采集、农田植物生长模拟与数字化设计、稻麦品质遥感检测、数字化种植技术平台构建等方面取得了突破性进展[21]。“863计划”智能计算机主题连续支持“农业智能应用系统”的研究与应用,已研制出棉花、水稻、芒果等多种作物的生育全程调控和农事管理专家系统,以及鱼病防治、苹果生产管理专家系统[22]。由农软开发的农牧场管理系统、育种分析系统和目前尚待完善的实验室数据分析系统、专家系统、决策支持系统等已在部分科研管理部门和现代化农牧场推广使用[15]。现在,国内研制的多媒体小麦管理系统(WMS)和棉花生产管理系统(COTMAS)都可以应用于生产[23]。我国与世界各国一样,畜牧业信息建设与利用也是从单机到网络的一个发展过程。在单机应用方面,主要用于生产管理和决策应用[12]。我国畜牧业充分利用以计算机为核心的信息资源优势,走畜牧业现代化和信息化的道路[24]。
    3　我国农牧业信息化发展面临的问题
目前,我国农业信息化存在的问题有:农民素质不高、信息化意识和利用信息的能力不强;农业产业化程度不高,难以形成正常的信息需求;网络成本较高,阻碍了信息化的普及;农业信息化基础工作水平低;信息技术实用性差,农业信息服务体系还没有完成,农业信息网络人才缺乏[25]。信息技术的进一步发展必须建立在网络化的基础上。我国的农牧业信息网络化的发展虽然对我国农牧业的发展起到了一定作用,但在建设过程中存在许多问题[12]。我国畜牧业信息化水平与发达国家相比还有很大差距,主要表现在:畜牧业基础设施薄弱,畜牧信息资源缺乏,尤其是能提供给用户的有效资源严重不足;畜牧信息技术成果应用程度低,严重阻碍了畜牧业现代化的发展,这也正是当前实施畜牧业信息化迫切需要解决的问题。目前,在畜牧业生产部门及基层畜牧场,由于受地域的限制和传统畜牧业的束缚,信息技术的普及远远不能同其他行业相比,从事畜牧行业的人员平均素质也远低于其他行业部门,尤其是基层的管理人员及边远的农牧场,其受教育程度普遍较低[26]。

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    笔者认为,我国农牧业信息化发展亟待解决的主要问题依然是农民科学素质的提高、信息化基础设施的建立与完善及完全解决“最后一公里”的难题。
    4　我国农牧业信息化的发展方向
1)网络化。信息技术发展是以微电子技术为基础、计算机技术和网络技术相互融合的高新技术。
    2)智能化。信息技术的智能化发展进步很快,在农业上的应用也将得到长足的进展。农业专家系统、农业管理信息系统和农业决策支持系统的开发与应用是其中最突出的表现。
    3)数字化。数字化内涵包含两层意思:一是随着数字技术的发展,原来的模拟信号被转换成数字信号,实现了在计算机网络上的高保真和快速传播,可以制成数字视频和音频信号在网络上传递,实现远程教育等;二是表现在科学计算可视化和虚拟现实技术[25]上。
    建立统一的技术标准和规范,突破一批数字农业关键技术,建立数字农业技术平台,开发国家农业信息资源数据库,建立数字农业应用服务系统,通过系统集成和应用示范,逐步建立我国数字农业的科学技术体系。在统一的技术标准下,对数字农业关键技术进行研究开发,通过系统集成构建数字农业技术平台,初步形成我国数字农业技术框架。在我国不同生态经济类型和不同农业生产管理类型地区,对数字农业技术进行集成应用示范,取得显著的社会经济效益,促进当地农业信息化的跨越发展,加速农业生产由传统、粗放、经验型向智能、精准和数字化方向的转变,提高农业生产力水平。通过该行动的实施,突破一批数字农业关键技术,建立数字农业技术平台,开发国家农业信息资源数据库,研究开发一批实用性强的农业信息服务系统,初步构建我国数字农业的技术框架,加速我国农业信息化进程,并逐步实现农业生产的精确化、远程化、自动化和虚拟化[1]。
    我国的畜牧业发展已经进入到了新的发展阶段,建设集约化、专业化和优质高效的现代畜牧业已经成为必然[27]。在推进信息化的过程中,要通过计算机网络及通讯技术,把畜牧信息及时与准确地传达到用户手中,实现畜牧生产、管理和畜产品营销网络化,加速传统畜牧业的改造和升级,大幅度提高畜牧业生产效率、管理和经营决策水平[26];改变传统的畜牧业模式,使农民依靠信息引导进入市场、组织生产,走畜牧业现代化和信息化之路;加强对畜牧信息化工作的宣传,提高人们的信息意识和利用信息的能力积极促进畜牧业信息化的发展[24, 26]。当前,现代信息技术与农业融合所衍生的“精准农业/"、“虚拟农业/"、“智能农业/"和“网络农业/"等均是数字农业的不同侧面,成为农业信息化发展的方向[28]。
    笔者认为,我国农牧业信息化应逐步实现农牧业生产的操作的全面自动化以及完全智能化,并最终进入网络化农牧业。
    5　我国农牧业信息化的作用
农业信息化、智能化、精确化与数字化将是信息技术在农业中应用的结果,必将大大推动农业信息化,推动农业向高产、优质、高效及可持续方向发展。
    作为21世纪农业的重要标志,发展数字农业及相关技术是我国发展现代农业必然选择的支撑技术,因此将数字农业确立为解决“三农”问题的平台,符合时代发展的需要。数字农业展现了美好的前景,它将极大解放农业生产力,改变农业作业方式,实现农业生产质的飞跃[1]。先进的信息收集、处理和传递技术将有效地克服农业生产的分散化和小型化的行业弱势。
    强大的计算能力、智能化技术和软件技术,使农业生产中极其复杂和多变的生产要素定量化、规范化和集成化,改善了时空变化大和经验性强的弱点。将信息技术与航空航天遥感技术(RS)、农业地理信息系统技术(AGIS)以及全球定位系统(GPS)等相结合,加强了对影响农业资源、生态环境、生产条件、气象、生物灾变和生产状况的宏观监测与预警预报,提高了农业生产的可控性、稳定性和精确性,并能对农业生产过程实行科学与有效的宏观管理[5]。信息自动化技术使现代的养殖业有了根本性的改变,是形成统一标准化饲养的一种优化养殖方式。它有利于优化畜牧业区域布局;有利于解决人畜混居、相互交叉感染问题;有利于减少与外界接触,减少传染病的预防发生;有利于改善农民的生活环境,保护人们的身体健康;有利于改善畜禽养殖环境和生产性能的发挥;有利于提高畜禽的品质;有利于先进技术和设备的推广和生产效率的提高;有利于畜禽生产的宏观管理和相互之间的协调,从而促进畜禽业迅速发展,提高养殖者的经济效益[29]。同时,利用计算机控制实现自动补料、补水和补光等作业,节约劳动力。另外,通过多媒体模拟,可以在最适宜时期扩大生产,在市场行情最佳时销售,从而获得最大利润[30]。
    广泛应用现代信息技术,促进农业和农村经济结构调整,增强农业的市场竞争力,发展农村经济,建设现代农业,增加农民收入,加速农村现代化进程,促进农业生产过程实现自动化和高效益化;通过计算机对来自于农业生产系统中的信息进行及时采集和处理,根据处理结果迅速地去控制系统中的某些设备、装置或环境,从而实现农业生产过程中的自动检测、记录、统计、监视、报警和自动启停等,实现农业自动化生产和对自然环境的实时监测[4, 23]。传统的农业生产方式得以改造,农业生产效率将大幅度提高,生产成本下降;加快新品种选育,提高病虫害预测、预报和防止水平,减少损失,增加产出,获得更大的效益,这将提高人类对自然的认知能力,最大限度地控制和利用水、土、气等自然资源,减少农业生产的不稳定性[29]。科学指导农业生产管理,增加农副产品产量,提高农产品质量,降低农业生产成本,提高经济效益;实现科学化管理,提高对农业和农村经济发展的政策决策水平,最大限度避免自然灾害对农业造成的损失。

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    6　结束语
推动农牧业信息化有利于实现农牧业生产的全面自动化及数字化;有利于降低农业生产的成本,提高农业生产的效率;有利于农牧业生产的集中管理,有利于降低传统农业靠天吃饭的不稳定性;有利于减少农产品市场波动,提高农业市场流通效率,从而增加农业生产的经济效益。
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