2024年我国设施农业智能化现状及发展建议
截至2019年底，我国各类温室面积近190万公顷（不含中小棚），位居世界首位。其中，连栋温室近6万公顷，日光温室57万公顷，塑料大棚122.5万公顷。连栋温室占比逐年增加。从区域布局上看，我国温室主要分布在江苏、山东、辽宁、河北、陕西、甘肃等地，其中江苏、山东、辽宁、河北四省温室面积基本上占全国温室面积一半。随着设施农业蓬勃发展，设施农业智能化成为进一步发展之焦点。本文聊一聊这个话题，以促其健康发展。
一、什么是设施农业智能化
1、设施农业及其创新发展
设施农业是综合利用现代生物、工程和信息技术改善局部环境，为动植物生产提供相对可控的温度、湿度、光照、水肥和空气等环境条件，在有限的土地上建立动植物周年连续生产系统，具有高科技含量、高投入、高产出、高效益特征的现代农业生产方式。发展设施农业对于提高农业发展质量、效益和竞争力，提升农业现代化水平、实现由农业大省向农业强省跨越，具有重要的现实意义。
近些年来，设施农业在自动化控制、生物技术整合、环境智能控制、机械化普及和土地利用优化等方面有长足进步。设施农业的现代化控制系统正朝着智能化、自动化管理的方向发展。这些系统能够根据作物对环境的不同需要，由计算机对可控环境内的温、光、水、气、肥等因子进行单项或多项联合自动监测和调控，实现温室作物全天候、周年性的高效生产。
国家鼓励利用具备条件的废弃土地、荒山荒坡、农业大棚、滩涂、垃圾填埋场等场地建设光伏项目，这类“农光互补”的模式不仅能够提高能源利用效率，还有助于设施农业的发展。此外，设施农业中还可能出现更多基于生物技术的创新，如生物肥料、生物药剂、生物制剂等，这些都将成为设施农业技术创新的重要趋势。
环境智能控制技术是设施农业技术发展的一个重要方向。通过对农业资源高效利用技术、农业工程装备技术的研究，设施农业将向低能耗、高效益、智能化等系列化技术研究方向发展。这将有助于减少资源浪费，提高资源利用效率，同时也有利于环境保护和可持续发展。
随着科技的进步，设施农业中的关键性技术问题将得到解决，设施农业的机械化进程将加快，如农用的小型机械设备、温室大棚新型的覆盖材料、智能化水肥系统等。不仅能够提高生产效率，降低劳动强度，还将有助于推动设施农业的规模化和集约化发展。
面对我国土地资源紧约束，设施农业围绕未来资源短缺和农村劳动力不断转移的新局面，以高产优质生产为目标，以区域优化为手段，不断创新工程技术。这将涉及到设施农业用地的管理和备案流程，以及如何在有限的土地资源下实现设施农业的最大产出和效益。
2、设施农业智能化
是指利用现代科技手段，如智能化IT信息技术、农业专家系统、农作物决策信息系统等，对设施农业进行精确控制和管理的过程。这些科技手段能够帮助农民进行农业预测、实施生产，从而提高农产品的产量和质量，降低资源消耗和环境污染，提升农业生产的效益和可持续性。设施农业智能化四大关键技术：
1）智能化IT信息技术
智能化IT信息技术在设施农业中的应用主要是通过农业专家系统来实现的。农业专家系统是一种拥有高层次、多方面农业专家知识，并能模仿人类的推理过程，在计算机或其他智能终端上以形象、直观的方式向用户提供各种农业问题咨询服务的实用系统。它不仅能保存、传播各类农业信息和农业知识，还能把分散的、局部的单项农业技术综合集成起来，经过智能化的信息处理，能针对不同的土壤和气候、作物生理特性、生长特性等环境条件，给出系统性和应变性强的各类农业问题的智能化综合解决方案。
2）智能化设施与设备
智能化设施农业还包括农作物或农业智能化控制系统、农作物智能化机械等。这些设备可以通过信息技术将农业生产、科技、经济信息进行加工处理后，帮助生产者、管理者进行因地制宜决策，提高科学管理水平，改变基层领导者决策的盲目性和主观性，减少决策失误，促进农业生产的发展。
3） 环境监控与管理
设施农业智能化环境监控与管理主要包括温度、湿度、光照、CO浓度、水肥等温室环境参数的采集模块，以及遮阳、通风、加热、补光、灌溉等执行设备的精确控制。此外，还涉及到无线传输网络的搭建方式、太阳能供电及储能方式的研究，以及实现视频远程监控、环境实时监测、生长预测预警、设备远程控制、专家交互咨询、病虫害辅助防治、产品溯源码等功能管理平台的建设。
4）数字技术的应用
在设施农业智能化中，数字技术也起着至关重要的作用。以数字技术为特征的工业元素进入农业领域，赋予了农业工业化鲜明的时代特征。通过数字经济引领农业工业化的方向，可以更加重视数字技术在生产中的应用，扩大数字技术应用范围，更加重视数字化的区域平衡发展，克服区域间的“数字鸿沟”，更加重视企业在数字经济发展方面的引领作用，形成农民与企业互利互惠、共享共赢的良好局面，更加重视加强对农民数字素养与技能培训，提升农民数字素养，让农民群众充分享受到数字时代的发展红利。
二、我国设施农业智能化最新成果
1、中国农科院十大智慧设施农业科技成果
2024年4月28日，发布了中国农科院十大智慧设施农业科技成果，双孢菇采摘机器人、生猪身份识别系统、设施多模态智能感知自主巡检设备等一项项新技术、新成果、新装备，共同见证了我国农业科技的创新实力和发展潜力。
我国设施农业发展速度较快，面积、总产在世界都位于前列，但内生质量还需要进一步提升，设施园艺产业存在生产效益低、信息化与机械化水平低等问题。推进我国智慧设施园艺技术装备创新发展，要在发展农业现代化、提升设施农业等目标牵引下，精准感知、按需调控、智能装备相结合，逐步实现感知网络化、管控智能化、作业精准化和服务在线化。全球智慧设施园艺不断发展，人工智能等新一代信息技术将广泛应用，设施园艺产业将实现全链条赋能。
2、智能化育苗
育苗基地运用先进的育种技术和智能化技术，每年育蔬菜苗1000余万株，推动了番茄产业现代化、标准化发展，也提升了产业竞争力。这种智能化育苗的方式，让种植户尝到了设施农业的甜头。
在辽阳灯塔市铭威农业有限公司的实验大棚里，红、橙、黄、绿各色番茄长势喜人，上海惠和种业有限公司的技术人员每天忙着给西红柿试种品种做成熟度测试。刘锦龙是灯塔市西马峰镇前戈针泡村人。2017年他返乡创业，成立了铭威农业有限公司，投资600万元，在后戈针泡村流转土地90亩，建成拥有18栋育苗大棚的育苗基地，专业育无菌苗，培育茄子、黄瓜、西红柿、辣椒、有机菜花、芹菜等蔬菜，带动周边5000余户农民种植蔬菜1万亩。公司实现了一年四季育苗，全部以订单形式销售。
3、数字设施农业与行业生态建设
以数字技术为代表的工业元素进入农业领域，赋予农业工业化鲜明的时代特征。以数字经济引领农业工业化的基本方向，更加重视数字技术在生产中的应用，扩大数字技术应用范围；更加重视数字化的区域平衡发展，克服区域间的‘数字鸿沟’；更加重视企业在数字经济发展方面的引领作用，形成农民与企业互利互惠、共享共赢的良好局面；更加重视加强对农民数字素养与技能培训，提升农民数字素养，让农民群众充分享受到数字时代的发展红利。
推进我国智慧设施园艺技术装备创新发展，总体思路是在发展农业现代化、提升设施农业等目标的牵引下，将精准感知、按需调控、智能装备相结合，逐步实现感知网络化、管控智能化、作业精准化和服务在线化。
4、设施农业装备智能化发展
温室的种类和结构形式也有很大的发展。温室按使用功能可分为生产性温室、试验（教育）性温室和允许公众进入的商业性温室；按建筑造型和布局可分为单坡面温室、双坡面温室、单栋温室和联栋温室；按主体结构材料可分为金属结构温室和非金属结构温室；按覆盖材料种类可分为薄膜型温室和硬质覆盖材料温室。
在温室的性能方面，透光性能和保温性能是两个重要的评价指标。透光率是评价温室透光性能的一项最基本的指标，它是指透进温室内的光照量与室外光照量的百分比。保温比是衡量温室保温性能的指标，它是指温室围护结构的传热系数与加热负荷的比值。一般来说，玻璃温室的透光率在60%～70%，连栋塑料温室在50%～60%，日光温室可达到70%以上；而日光温室的保温性能要远远优于其他温室。
当前设施农业装备的智能化水平发展成果喜人，特别是许多基于互联网、大数据、云计算的技术运用上，我国设施农业装备智能化发展与其他国家基本处于同一起跑线上。高精度导航、机器视觉分析、AI深度学习、柔性机械臂等在工业制造领域常用的先进技术也都大量引入设施农业装备中，智能化装备在移栽、嫁接、打叶、授粉、收获等需要高精度操作的环节中逐渐承担重要角色。
三、我国设施农业智能化趋势挑战和机遇
设施农业种植品种主要以蔬菜、花卉、中草药为主，其中设施蔬菜占比将近80%，近年来果蔬和花卉的面积增速较快。设施农业发展不仅成为我国果蔬保供的重要支撑，而且成为农业现代化水平持续提升、农业结构调整，促进农民增收的重要途径。但我国设施农业发展仍存在管理相对粗放、劳动用工量大、资源利用效率较低等问题，2019年统计数据显示，我国设施农业机械化水平不到40%，属于农业机械化初级阶段，而且各环节机械化发展不均衡，进一步提升设施农业机械化水平的空间巨大。
1、我国设施农业智能化发展的新趋势
1）智能化设施农业的核心技术创新
我国设施农业发展速度较快，面积、总产在世界都位于前列，但内生质量还需要进一步提升，设施园艺产业存在生产效益低、信息化与机械化水平低等问题。因此，推进我国智慧设施园艺技术装备创新发展，要在发展农业现代化、提升设施农业等目标牵引下，精准感知、按需调控、智能装备相结合，逐步实现感知网络化、管控智能化、作业精准化和服务在线化。全球智慧设施园艺不断发展，人工智能等新一代信息技术将广泛应用，设施园艺产业将实现全链条赋能。
2）提升设施农业的智能化水平
我国设施农业智能化集中在作业状态监测、故障预警以及行走导航等方面，物联网、大数据、互联网、云计算等现代化科学技术的应用持续深入。例如，老旧设施占比高，宜机化程度低，从业人员老龄化严重，造成生产用工成本高，比较效益降低，直接制约了产业的高质量发展。为此，未来要通过发展以“数据驱动、智慧决策、精确执行”为特色的智慧化设施园艺核心技术，推动产业向“建设更规范、栽培更宜机、生产更绿色、劳动更省力、调控更智能、管理更高效”的方向转变。
3）推广智能农机具
我国农业机械智能化发展水平相较于西方发达国家还有一定差距，但经过多年的发展之后，我国农业机械产品产量已经排名世界第一。当前阶段，我国智能化农业机械的种类增多，且智能化程度得到提升。机械智能化发展较快的两个领域分别为是施肥播种以及谷物联合收割机。未来，智能农机具的推广和应用将成为我国设施农业智能化发展的一个重要趋势。
4）促进设施农业与生态资源保护、乡村特色产业等融合发展
设施农业将向规模化、集约化和现代化方向发展。随着设施农业技术水平的提高和生产规模的不断扩大，设施农业将逐步走向规模化、集约化和现代化。规摸化、集约化和现代化的设施农业将进一步提高生产效率和效益，降低生产成本，增强市场竞争力。同时，设施农业将注重发掘设施农业多元价值、发挥设施农业多功能性，促进设施农业与生态资源保护、乡村特色产业、农业休闲旅游、农村新能源产业、特色小镇建设等融合发展，实现设施农业效益最大化、最优化和可持续化。
2、我国设施农业智能化存在的问题
1）总量不足和质量不高
虽然我国设施农业建设成效明显，在保障农产品有效供给、促进农业增收方面发挥了积极作用，但仍面临总量不足、质量不高的挑战。这表明我们在设施农业智能化的过程中，可能还没有完全满足市场需求，或者我们的设施农业智能化技术水平还有待提高。
2）生产效益低和信息化与机械化水平低
设施园艺产业存在生产效益低、信息化与机械化水平低等问题。这些问题可能会阻碍设施农业智能化的进一步发展，因为如果生产效益低，可能会导致投资者对该领域的兴趣减退；而信息化与机械化水平低，则可能会影响到设施农业智能化的技术应用和普及。
3）资金筹措和风险保障难题
设施农业前期一次性投资大，风险较高，离不开金融保险的有力保障。然而，目前存在的问题是融资难、融资贵的问题，限制设施农业智能化的发展速度和规模。
4）技术创新和应用不足
尽管设施农业智能化是未来的发展趋势，但我们还需要在发展农业现代化、提升设施农业等目标牵引下，精准感知、按需调控、智能装备相结合，逐步实现感知网络化、管控智能化、作业精准化和服务在线化。这表明我们在技术创新和应用方面可能还存在不足，需要进一步加强。
5）从业人员素质问题
北京市农林科学院智能装备技术研究中心研究员魏晓明指出，设施园艺产业中存在的老旧设施占比高、宜机化程度低、从业人员老龄化严重等问题，造成生产用工成本高，比较效益降低，直接制约了产业的高质量发展。
3、我国设施农业智能化市场前景预测
1）市场需求预测
随着我国设施农业智能化发展，市场需求必然强劲。因此，推进设施农业智能化生产，实现感知网络化、管控智能化、作业精准化和服务在线化，将具有特别重要的发展意义。它即是当前我国设施农业发展的重要方向，也是农业装备产业难得的发展机遇。整合成熟技术，提供设施农业智能化解决方案，将大行其道，使生产者和装备制造业者赚取丰厚利润。
2）市场规模预测
根据前瞻预测，智慧农业市场规模将会维持中高速发展，以复合年均增长率10%初步测算，预计到2027年，我国智慧农业市场规模有望超过1200亿元。这表明我国设施农业智能化市场有着巨大的发展潜力和广阔的市场前景。
3）投资风险评估
虽然我国设施农业智能化市场前景广阔，但投资风险也不容忽视。设施农业前期一次性投资大，风险较高，离不开金融保险的有力保障。此外，设施种植领域存在的老旧设施占比高、科技创新不完善、产业链条有弱项等问题，也是投资者需要考虑的因素。
4）行业市场前景
现代设施农业行业正面临着广阔的发展前景。随着科技的不断进步和应用，现代设施农业在农业生产的各个环节中发挥越来越重要的作用。采用先进的技术手段，如传感器、物联网、数据分析等，可以实现精确施肥、自动灌溉、智能管理等，从而提高农产品产量和质量，降低资源消耗和环境污染，提升农业生产的效益和可持续性，将是制胜法宝。
5）政策支持
为了推动农业现代化的进程，各国政府纷纷出台了支持现代设施农业发展的政策和措施。这些政策包括财政补贴、税收优惠、土地政策调整等，旨在鼓励农民和企业投资现代设施农业，提升农业产业链的竞争力。在我国，政府出台了一系列扶持政策，推动农业现代化和智能化发展。
综上所述，我国设施农业智能化市场前景广阔，但同时也伴随着一定的投资风险。随着科技的进步和政策的支持，相信我国设施农业智能化市场将会得到更大的发展。
四、加速我国设施农业智能化发展的政策建议
1、 提升设施农业智能化装备技术水平
我国设施农业机械化水平不到40%，属于农业机械化初级阶段，而且各环节机械化发展不均衡。因此，提升设施农业智能化装备技术水平，是加速我国设施农业智能化发展的关键。这包括研发适合我国国情的传感器、采集器、控制器，推动传统设施装备的智能化改造，提高大田种植、品种区域试验与种子生产、设施农业、畜禽、水产养殖设施和装备的智能化水平。此外，还应该加强科研机构、设备制造企业联合攻关，进一步提高大宗农作物机械国产化水平，加快研发经济作物、养殖业、丘陵山区农林机械，发展高端农机装备制造。
2、加强设施农业信息化建设
信息化建设是提升设施农业智能化水平的重要手段。应加快信息技术和装备的应用，加强分品种温室作物生长知识模型、阈值数据和知识库系统的开发与应用，不断优化作物的最佳生产控制方案。同时，要注重发掘设施农业多元价值、发挥设施农业多功能性，促进设施农业与生态资源保护、乡村特色产业、农业休闲旅游、农村新能源产业、特色小镇建设等融合发展，实现设施农业效益最大化、最优化和可持续化。
3、提高政策支持和补贴力度
政策支持和补贴力度是推动设施农业智能化发展的重要动力。政府应继续加大对设施农业的支持力度，包括提供财政补贴、税收优惠等政策激励措施，鼓励农民和企业投资设施农业智能化装备和技术研发。此外，还应完善融资服务平台，运用信息化技术，将融资项目库升级为集政策宣介、产品发布、企业画像、撮合对接、融资辅导、场景构建、贷款贴息、生态圈建设等功能于一体的综合融资服务平台。
4、 加强人才培养和引进
智能化发展离不开人才的支持。应加快设施农业高技术人才的培养，特别是加强对农民数字素养与技能培训，提升农民数字素养，让农民群众充分享受到数字时代的发展红利。同时，也要积极引进国内外的专业人才，为设施农业智能化发展提供强有力的人才保障。
5、推进设施农业区域辐射
我国的设施农业区域将从目前的华北、东北和沿海地区向西北地区和一些欠发达地区辐射。政府应加大对这些地区的支持力度，提供必要的资金、技术等方面的帮助，推动设施农业智能化在这些地区的快速发展。
