农业信息技术的发展趋势

在人类社会漫长的发展过程中，根据生存的需求培育出了种类繁多的动植物品种。这些宝贵的生物资源仍然是人类赖以生存的基础。然而，近期农业发生的两次重要的技术革命，彻底地改变了世界农业生产的格局。

第一次农业技术革命发生在19世纪后半叶，一直持续到20世纪后半叶。尤其是本世纪50年代以后，发展趋势日渐加快，对粮食增产起到了重要的推动作用。第一次农业革命取得的丰硕成果主要受益于孟德尔遗传学理论在农业育种中的实践，李比希植物矿物营养学说和谬勒有机化学合成农用化学物质技术的普遍应用，以及现代化大工业为农业灌溉技术、机械化技术提供的技术支撑。在这次革命中，世界粮食单产增加了2.5倍，而我国增加了4倍。然而近年来，第一次农业技术革命对农业生产的促进作用已显著下降，农作物平均单产的增幅已明显趋缓。第一次农业技术革命与现代工业革命有着相似的特点，即强调规模化和对最大利润的追求，表现为片面追求农作物的产量而忽视自然资源合理利用和对人类生存环境的保护，我国这方面的问题尤为明显。

本世纪80一90年代迎来了以基因工程和信息技术为基础的第二次农业技术革命的曙光。第二次农业技术革命的兴起，并非意味第一次农业技术革命的终结。一些传统的技术仍然在发挥着作用，并获得新生。这次革命将使全球农业和农业技术得到全面、深刻的变革，并将使全球农业的总体水平提升到一个崭新的高度。

这里主要讨论农业信息技术（Agricultural information technology）的发展趋势，即信息技术本身的发展及在农业中的应用前景。

一、意义

农业信息技术作为新的农业科技革命的先导，在促进未来农业生产和整个农业科技进步中将起到全局推动作用。通过信息技术不仅可为农户广泛提供科技、生产、市场咨询服务，向农业生产者及农业主管领导提供有效利用农业资源、优化农业生产技术规程和科学经营管理决策，而且可以将现有单项农业技术进行综合组装配套实现高层次的科技创新，方便快捷地大面积推广应用，全面提高农业和农村科技的总体水平。因此，积极开展农业信息技术的研究应用，使高新技术为农业服务，对于全面实施“科教兴国战略”具有重大意义。

农业信息化作为农业现代化的重要内容将是历史发展的一个必然过程，因此一直得到党中央、国务院的高度重视，要求我们在推动农业现代化的过程中，不失时机地推动农业信息化和高技术化。党的十五届三中全会通过的《中共中央关于农业和农村若干重大问题的决定》，从我国农业发展的现状出发，指出：“要在广泛运用农业机械、化肥、农膜等工业技术成果的基础上，依靠生物工程、信息技术等高新技术，使我国农业科技和生产力实现质的飞跃，逐步建立起农业科技创新体系”。指明了今后农业科技工作的重点发展方向，描绘出了21世纪我国农业科技发展的宏伟蓝图。

国际上充分利用信息技术如计算机网络、通讯技术、人工智能、遥感技术发展现代农业，在最近20年来取得了令世人瞩目的成就，并成为当今世界农业发展的热点之一。发达国家在完成农业工业化、农业实现机械化后，围绕如何提高劳动生产率、资源利用率、农业经济效益、保护环境实现持续发展等方面，开展了广泛的农业信息化工作，从农业硬件设施的操作，到农业生产技术的推广普及，到市场产品的经营，无一不渗透着信息技术的作用。农业信息技术应用已贯穿于农业生产的产前、产中、产后全过程，成为发展现代农业生产的重要支撑，也为我国的农业信息化提供了可借鉴的宝贵经验。

二十一世纪是社会高度信息化、经济高度知识化的时代，知识和信息已成为经济发展的基本因素。信息科学技术的高速发展，与世界范围内信息基础设施的迅速完善，加速了知识经济时代的全面发展，同时也为我国实施农业信息化、迎接知识经济的挑战、推动新的农业科技革命提供了良好技术支撑和机遇。我国国情决定了今后将是农业工业化、信息化和现代化并进的模式，要充分把握我们的后发优势，利用信息技术在农业知识、信息和技术的传播与控制的潜能，促进我国农业现代化进程，提高农业和农村工作的现代化水平。

二、现状

信息技术特别是人工智能（专家系统技术）在世界农业领域中的应用始于70年代未。经过20余年发展，应用已遍及作物栽培管理、设施园艺管理、畜禽饲养、水产养殖、植物保护、育种以及经济决策等各方面。由于知识工程或专家系统在处理不完全信息和数据上的潜在能力，该项技术特别受到农业科学家的青睐，发展很快。专家系统在灌溉、施肥、栽培、病虫害的诊断与防治、作物育种、作物产量预测、畜禽饲养管理和水产养殖管理等方面，已经展示出强大的生命力和无限广阔的应用前景。 由于我国农业自身的若干特点，如农业水土资源人均占有量低、农民文化素质差、农业领域专家和科技人员紧缺等，农业专家系统的开发与应用从一开始就受到广泛的重视，并成为信息技术在农业应用的重要方面，其中影响最大的是与种植业有关的各类专家系统。目前已投入实际应用的有综合栽培专家系统、水肥管理专家系统、育种专家系统、病虫测报与防治专家系统等，早期典型的如中科院合肥智能机械研究所的施肥专家系统、北京市农科院作物所的小麦管理专家系统等。农业专家系统的最大特点是它的实用性，它应农业需求而研制，又在农业应用中发展。伴随着信息技术的突飞猛进，农业专家系统和其它智能化信息技术集成应用于农业生产和管理已成为必然的趋势。日本最近提出的农业知识工程计划，目的在于通过研究和示范，将大部分商品化信息技术，包括通讯、监测、模拟、自动控制和专家系统等有机结合，综合服务于农场生产的管理。

国家科技部高技术司和国家863计划智能计算机系统主题(306主题)“九五”期间开展了“智能化农业信息技术应用示范工程”，由国家科技部批准建立北京、吉林、安徽、云南四个国家示范区，突出农业专家系统和智能化农业信息技术的应用，选择了影响面大的小麦、水稻、玉米、棉花和大豆五种重要作物，面向基层、面向生产、面向农民，以传播农业科技知识和增收节支为最终目的。四个示范区经过建设，取得明显成效，也为今后开展类似工作提供了可借鉴的经验，也推动了智能化技术的发展。 农用计算机网络由于能够实现远程直接存取大型数据库中的信息和共享主机系统软件资源，在作物栽培管理、设施园艺管理、畜禽饲养、水产养殖、植物保护、育种以及经济分析等各方面普遍得到应用，计算机网络已成为正在兴起的农业信息服务业的技术支柱。1994年，我国启动了“金农”工程。农业部于1998年开通了“中国农业信息网络”，有关省市如北京、天津、上海、江苏、河北等也纷纷开展了农业科技信息网络建设。

海湾战争后，GPS 技术民用化，使得它在许多国民经济领域的应用研究获得迅速发展。以遥感技术RS 、地理信息系统GIS 、全球定位系统GPS 现代信息技术（3S ）发展为支撑的“精确农业”得到了广泛的发展，国际上每年召开一次“精确农业”学术会议。3S 技术的成熟，为认识农田内按小区生长环境条件的差异，实施按小区调控投入和管理措施成为可能。目前，适应“精确农业”技术体系应用的DGPS 装置，GIS 适用平台及农作物资源空间信息数据库管理软件，作物生产决策支持模拟模型，带DGPS 接收机小区产量传感器和产量分布绘图装置的谷物联合收割机，自动调控施药、施肥机、播种机均已有商品化产品；支持农田信息实时采集的田间土壤水份、N 、P 、K 含量、pH 值、有机质含量、作物

苗情、杂草分布等的传感器技术已有初步研究开发成果。在美、加、澳、欧，精确农业技术体系已试验应用于小麦、玉米、大豆、甜菜、土豆等作物生产。

此外，国际上农用个人数字助理(APDA)、掌上电脑(AHPC)、智能机器人、农业信息自动获取设备和装置等在农业中得到了广泛应用，有的十分普遍。掌握有关土壤水分、土壤肥力(氮、磷、钾) 、杂草、病虫害、作物苗情等对指导农业生产非常重要，但这些信息受自然条件影响大、时空变异性强、实时采集难度高、直接进行田间大量信息采集和处理耗资费时，已成为本领域的重要研究方向。目前TDR 的水分测量技术已基本成熟，并有商品化的产品。杂草和苗情识别的光谱技术、视觉图象处理技术、土壤养分的离子选择场和射流测量技术，国外已有很多研究成果报道，进一步实用化仍需一段时间。我国在这方面研究处于起步探索阶段，并重点集中于土壤水分、养分的测量上。

三、趋势

1、智能化农业信息技术类型继续延伸，应用领域更加拓宽。除专家系统、模拟模型这些人们已熟悉的农业信息技术外，神经元网络、面向对象、机器学习、多媒体及计算机视觉在农业中的应用日趋普遍，研究热点还包括情感化的人机界面包括各类多媒体信息的表示、存储、显示；各种用于数据表格、推理中间结果显示，地理导航和GIS 功能，预制文本、路径跟踪和策略解释等。从信息处理的环节上看，农业数据采集应用新的信息技术受到更多的关注。面向特定领域的农业专家系统研究开发与示范推广将继续成为发展重点。

2、不同类型技术交叉与融合。如RS 、GPS 、GIS 与作物管理信息系统的结合、专家系统与模型的结合。为使专家系统的一些优点继续保持，同时克服一些严重的缺点如处理知识的浅层性和狭窄性，与其它信息技术结合是必然的发展趋势。将会建立GIS+GPS+DSS的综合作物生产管理集成系统，为作物的播种、施肥、灌溉、病虫草害防治等实现精确管理提供技术决策支持。要解决的关键技术包括：谷物流量传感器及在线测量理论方法及产量计算数学模型的建立；差分GPS 基准站的建立，GPS 游动站与基站的通讯，GIS 在农田空间地理信息的数学建模；以及田间数据信息的数据快速采集技术等。

3、采用构件化计算技术开发综合性和实用性强的应用平台是当前国际上计算机技术发展的重要趋势。

4、工具化。面向不同用户层（程序员、知识工程师、农业科技工作者和生产者）开发建立智能化农业信息技术应用系统生成和辅助工具，提高了系统开发效率。

5、农业信息技术集成、信息产品商品化。农业领域中的有些信息技术单独应用有很大局限性，通过技术集成，把它们作为一个综合的农场管理信息系统的一部分，这些系统就能发挥更大的作用，从而可发展成为从信息技术到市场上的销售商品。这也更加说明今后应特别关注农业信息技术的集成。

6、网络技术与农业智能应用系统的结合是未来重要的发展趋势。网络信息资源将得到充分开发，包括智能决策系统的网络移植，区域性农业科技成果数据库开发、农业市场经济信息数据库开发、区域性农业生产动态信息服务数据库开发、农业科技政策及管理数据库开发、农业科技资源数据库开发。