智慧生態農業特征剖析

文丨盧兵友

農業是人類賴以生存的根本，所以，世界各國、歷朝歷代都把農業研究作為科學研究的重中之重。隨著科學技術的不斷進步， 農業也從原始農業向傳統農業、現代農業和智慧農業不斷演進，目前已經進入智慧生態農業階段。 隨著農業生產模式的轉型升級，農業的綜合效能也變得越來越強。

現代智慧生態農業是中國工程院劉旭院士和李文華院士首次提出的觀點。 他們認為，現代智慧生態農業就是通過先進的科技與生產方式大幅提高農業生產力與效率，通過人工智能、大數據、云計算實現產前生產資料科學銜接、產中生產要素精準配置、產后產品供需完美對接，通過生產系統與物質系統循環，實現資源高效利用與生態功能持續提升的農業發展道路。 他們表示，發展現代智慧生態農業是我國未來30 年農業發展的必然選擇。

認真分析兩位院士的定義，結合對山東、廣東等一些正在成功實施的部分智慧生態農業典型案例的調查研究， 筆者認為智慧生態農業具備了顛覆傳統農業發展模式的革命性特征， 所以才能成為未來農業發展的必然選擇。 為了進一步印證這個觀點，本文試圖對比分析智慧生態農業與以往農業發展模式的異同，進而深入剖析智慧生態農業可能的顛覆性發展特征， 判斷其顛覆性價值， 以期發現智慧生態農業作為一種新的農業發展模式的依據，為我國未來農業發展提供一些新思路。

一、智慧生態農業與以往農業發展模式的異同

縱觀農業發展史，農業發展基本經歷了一個從原始農業向傳統農業、現代農業、智慧農業再到智慧生態農業逐步進階的五級演進過程（表1）。 不同階段人們對自然規律的認識水平和科技發展水平不同，五個演進階段又各自具有不同的特點。

表1 農業發展模式對比分析

（一）系統主導不同

自從人類成為地球上最智慧的物種以來， 人類就開始不斷嘗試利用和控制地球環境，以滿足自身不斷增長的物質需求。 正是因為農業生態系統是人類按照自己的意愿構建的，因此，人類希望它能夠按照自己設計的方式來運行。

最早的原始農業是人類模仿野生谷物生長過程，將采集的野生谷物撒在地上，讓它自然生長，到成熟時用手摘取的過程，是人類由只能以“天然產物”作為食物，跨進到能進行食物生產的過程。 在原始農業階段，人類只是自然的一分子，對自然的人為干預和控制力非常弱，農業生產質量基本由自然環境決定。因此，在此階段主導農業生產的主體仍然是自然，俗話說“看天吃飯”，指的就是此階段。

進入傳統農業階段， 以小農經濟為基礎的傳統農業社會初步形成。從此，人類開始根據自己的意愿設計并構建屬于人類的農業生態系統。隨著科技發展水平的不斷提高，人類的主宰作用也越來越明顯，人類完成了系統的完全主導，這一過程一直延續到智慧農業階段。

在智慧生態農業階段，在大數據和物聯網的科學精準支撐下，作為生產力形成的核心——農業生態系統中的生物組分開始成為系統的主導。 生物在系統中每時每刻對光、熱、水、土、氣、營養等生命要素的即時反應，都可以通過大數據和物聯網形成精準的決策支持方案。在此過程中，生物依靠自組織系統發送需求信號， 物聯網成為系統管理體系的執行者，人類從此將逐步淡出主要管理者的主導身份。

（二）生產工具不同

構成生產力的基本要素是以生產工具為主的勞動資料，所以，生產工具的水平高低代表了一個系統生產力的水平。 農業生產也是如此。

在原始農業階段， 人類所采用的生產工具主要來自大自然產品。從傳統農業階段開始，農民成為農業生產的主要勞動力， 農業生產水平主要由生產工具來體現。在這一演進過程中，生產工具從手工作業工具發展到以機械為代表的工業化作業工具， 以及以信息產品為代表的信息化作業工具。 農業生產工具的機械化和信息化， 使得農業生產力持續產生質的飛躍， 從而保證了農業生產能夠滿足不斷增長的人口數量對產品數量、質量的需求。

到了智慧生態農業階段，智能裝備取代人類成為系統的主要勞動力。 這一勞動力主體的重大變更預示著農業生產工具由提高勞動者的勞動生產率轉變為提高智能裝備的智慧化水平。 由此，大數據和物聯網就成為主導農業生產的核心生產工具。

（三）生產關系不同

人類從事農業生產的過程，就是協調農業生態系統中主要要素間，以及要素與環境間等相互關系的過程，也是一個協調生產關系的過程。

在原始農業階段，人類基本不具備協調主導農業生態系統的能力，只能由生物利用其對環境的自適應和自組織功能， 完成與其所處環境關系的協調。 從傳統農業到智慧農業階段，人類不僅開始成為系統的主人， 更成為農業生產的主要組織者、管理者和參與者。 農業生產關系不僅體現為農業生態系統中各組分間及其與環境間的關系，更重要的是體現為人與系統、人與系統組分間的關系。

到了智慧生態農業階段，由于人類基本退出了一線生產環節，退出作為主要組織者、管理者的身份， 只作為參與者參與到農業生產過程中。 因此，農業生產關系也由于大數據、物聯網等現代科技組分的加入， 增加了一種具有顛覆性意義的關系，即生物及其生長環境與大數據間的關系，徹底升華了農業生態系統的生產關系，也使系統中各組分間的關系從原來的模糊、定性變得更加清晰、定量，系統也變得更加精準可控。

（四）支撐理論不同

農業生產之所以能夠形成階段性的飛躍式發展，主要原因是有不斷進步的理論支撐。

縱觀農業發展史，農業發展的支撐理論已經從傳統的農耕文化理論、工業革命理論、信息化理論發展到現在的智慧生態農業理論。 其中，農耕文化理論和工業革命理論由于研究相對深入，運用時間也長，相對比較成熟、系統。信息化理論雖然在支撐農業發展中發揮了重要作用，但由于其發展歷史較短，又被接踵而來的大數據、物聯網理論快速覆蓋迭代，其理論體系并沒有真正成熟。

在智慧生態農業階段， 由于人類智慧的進步，大數據、物聯網等現代科技智慧的加入，更重要的是人類對生物自組織智慧的充分尊重和合理利用，一個由人類智慧、 現代科技智慧和生物智慧相融合，智慧、生態、生產和可持續、高質量發展相協調的顛覆性農業理論體系即將誕生。

（五）功效不同

人類從事農業生產的目的是滿足自身需要，所以， 農業發展史也是一個農業生產功效不斷增強的歷史。

原始農業是能夠讓人類活著，是一種有什么吃什么、有多少吃多少的狀態。 傳統農業基本達到能夠讓人類有尊嚴地活著，是一種吃飽沒問題、吃好有難度的狀態。 現代農業則達到了有質量地活著，是一種想吃什么有什么、 想吃多少有多少的狀態。智慧農業則可以實現想在任何時候、 任何地方、吃任何東西都能夠滿足的愿望。 這種功效的進步，經歷了從低產到高產、從單一產品到多樣化產品的過程，但最大的缺憾是產品品質不可控以及對環境造成的負面影響。

智慧生態農業與以往農業發展模式最大的不同是，能夠實現生產的農產品質量安全、品種多樣又有利于環境的目的，是一種人類夢想中的顛覆性農業生產模式。

二、智慧生態農業的典型特征

智慧生態農業之所以具備顛覆以前農業發展模式的預期， 一定是這種發展模式順應歷史潮流，符合農業發展規律，并具有明顯的顛覆性、先進性、實用性等發展特征。 分析已有的智慧生態農業研究和實踐，發現其具有以下顛覆性特征。

（一）系統組織模式將產生顛覆性變革

傳統意義上，農業生態系統結構主要是指人們可以有效控制和建造的生物種群結構。 這意味著農業生態系統具有典型的社會性特征，特別是作為主導組分的人類在系統中占絕對控制地位的特點。也就是說，按照傳統理解和傳統農業實踐，人類是決定農業生態系統組成、 結構和功能的核心要素，是系統的絕對組織者和管理者。 這對于傳統上以小農經濟、結構功能簡單、管理粗放、生產力低等為主要特征的我國農業生態系統而言，對于科學技術尚不足夠發達的時代，無疑是非常正確的選擇。 但是這種以人類為中心而非以生物為中心的組織模式，由于人類的知識水平和管理能力缺陷，最終導致系統組分間關系失調、系統畸形發展、環境問題難以解決等成為必然現象。

隨著我國規?；?、集約化農業生產方式的不斷轉型，人類對大數據、物聯網等現代科學技術功能認知的不斷深入， 人類對生態系統認知的不斷積累，以智慧生態農業為主要特征的現代農業生態系統，其組織結構將從一個單純由相關成分組合而成的物理系統，向一個由物理系統和大數據系統組成的嶄新系統轉變。

由于智慧生態農業系統組織結構的巨大變化，特別是增加了大數據這一決定性組分，系統的組織模式也發生了顛覆性變化（表2）。首先是系統的主要服務對象回歸到生物，其次是其主要管理方式演變成大數據支撐下的生物自組織，最后是物聯網智能決策場所也成為除田間生產以外新的主要生產場景， 人類只是以輔助方式支撐生物的自組織活動。這是一種在大數據支撐下的生態系統自組織模式，是生物與大數據、物聯網間的雙向互動互利模式。 智慧生態農業系統由此變成一個完整的生物服務系統，一切組織管理也都是為了生物生產活動服務，為生物提供最舒適、最及時、最科學的生長環境成為該系統的核心目標，系統從此也變得更加可控、高效和可持續。

表2 智慧生態農業組織管理模式特點

（二）系統理論體系將迎來重大升級

長期以來， 工業革命理論一直是以往農業生態系統發展和演進的主要支撐理論， 這與工業革命對世界的影響有重要關系。 但是，在此理論指導下， 以往農業的思維方式只是把農業生態系統當作一種工業產品，將它像無生命產品一樣管理。 人類可以隨意對其中的生物施加各種管理措施，只要人類認為這樣做對生物有利就可以， 很少站在生物的角度考慮它們需要什么、什么時間需要、需要多少， 很少考慮和發揮作為生命系統的生態系統的感知能力和自組織能力。

智慧生態農業由于是以生物為主體、以大數據為依據，是在已經充分解放人類勞動力的機械化和信息化、充分認知生物生長發育規律基礎上產生的，也是在大數據系統能夠完美精準支撐生物生長基礎上產生的。 因此，智慧生態農業理論體系實質上是對工業革命理論的重大升級和突破。

智慧生態農業理論體系的顛覆性主要體現在系統增加了具有智慧決策支持功能的大數據、物聯網系統組分， 也完全遵循并充分挖掘和利用了生物的自組織規律。 正是因為系統組分的重大變化， 使得這一理論的結構主體由生物和環境轉變為生物、環境和大數據；服務主體由人類勞動過程轉變為生物生產過程； 服務內容由人類主觀形成的生物生產方案轉變為由大數據、 物聯網科學計算得來的生物生產決策方案； 服務方式由提升勞動工具的機械化、 信息化水平轉變為生物自組織與大數據、物聯網的完美融合，是以人類驅動向“數據驅動”轉變的理論體系，是工業革命成果、現代大數據科技成果和生物自組織規律成果完美結合的產物。

（三）系統可持續發展將會成為現實

追求協調統一的經濟、社會和生態效益，一直是人類從事農業生產的最高目標。 盡管人類智力發展水平越來越高， 人類所采用的技術也越來越先進，但是在以人類為主導的農業生態系統中，受從事決策和組織實施等各環節不同參與人員思維模式、知識結構和工作模式的限制，加上農業生產的復雜性、多樣性，要達到三大效益均衡發展非常困難，許多時候是抓了西瓜丟了芝麻，給人類可持續發展帶來了很大困擾。

智慧生態農業有效地解決了這一問題。 在智慧生態農業理論的指導下， 人類將逐步退出農業生產管理的主角， 生產管理的重任完全落在了大數據、物聯網等新興技術身上。 這種管理模式可以在大數據、物聯網支撐下，充分發揮生物的自組織功能，從而從根本上消除人類決策的盲目性、隨機性和知識面缺乏等諸多弊端； 可以準確感知生物生長發育的即時需要， 并提供最及時科學的支撐方案，消除了生物生長饑飽不均的惡劣環境，確保了生物全生命生長周期中各種需求的滿足； 可以精準定量使用農業投入品， 大大減少了投入品數量，降低了生產成本，提高了利用效率，減少了因過量使用帶來的環境污染； 可以為生物生長營造一個舒適、優美、適宜的環境，確保生物以健康的體魄生長。 最終，系統將產出產量高、品質好、效益佳、環境美的產品。

三、結論與討論

無論從發展趨勢還是實踐檢驗來看， 智慧生態農業是未來農業發展的重要組織模式已經是一個不爭的事實。 例如北京科百宏業科技有限公司等單位成功在山東、廣東、湖北等地開展智慧生態農業實踐后，確認了這一發展模式的良好前景。

作為一種新興事物，特別是一種具有顛覆性意義的發展模式，雖然智慧農業生產的概念已經提出，也有一些成功的實踐，但是，其發展尚缺少一套完整成熟的理論體系支撐， 缺少覆蓋面廣、數據量大、 支撐功能強大的大數據信息系統，缺少更加質優價廉、便于推廣的物聯網云計算成套決策支撐體系，缺少更大范圍、更多系統的實踐驗證， 更缺乏對這一問題的深度研究和廣泛關注。 因此，在持續擴大研究和示范規?；A上，如果有更多高校、科研院所、企業等加入這一探索完善行列， 有更多的科學家加入這一研究行列，能夠獲得更多具有前瞻性的政府的關注和示范，相信智慧生態農業支撐未來農業發展的路就不會遠了。