赵春江院士:以数字技术赋能设施园艺

精准感知+按需调控+智能装备,就实现了设施园艺智慧化的生产。

“5G、大数据、人工智能、云计算、机器人技术,逐渐应用到设施园艺之中。数字技术的应用,从育种到销售,正在为设施园艺的全产业链条赋能。”在12月16日举行的“智慧农业创新院士论坛”上,中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心首席科学家赵春江表示。

赵春江院士:以数字技术赋能设施园艺

赵春江,中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心首席科学家。图片来源:中国工程院官网

改变劳动密集型生产方式

和机械化水平快速提升的大田种植相比,设施农业生产中,劳动密集型的现象仍然普遍。赵春江表示,我国设施园艺体量较大,在农业中占有相当比重,也是农民增收致富的重要途径。然而,设施农业目前仍是劳动密集型产业,未来发展智能化装备、提高机械化水平极有必要。

劳动密集意味着需要大量的人力,同时,也往往面临多种生产力发展的瓶颈。

赵春江介绍,“从数据看,我国设施园艺和发达国家相比,还有较大的差距。如荷兰,每平方米可以生产番茄100公斤,黄瓜80-120公斤,我国目前的生产水平,大约在30-40公斤。在效益方面,人工成本占据了成本的很大部分,亩均成本在3000元左右。农民辛苦种菜,最终还是要提高收益,如何提高收益,机械化可能是一个重要的问题。”

设施园艺,即通过设施为作物提供生长、发育的环境,赵春江介绍,“在设施园艺中,环境调控水平非常重要,过去我们很多设施园艺,都是基于传统经验的调控管控,往往不精不细。现在设施园艺日光温室占绝大部分,但总体来说,设施还是比较简陋的,从结构设计、设施角度看,也不具备调控的能力。因此,相关的装备方面,也需要进一步研发和提升。”

国外技术带来怎样的启发

智能化的技术与装备,是农业现代化的需求,也是提高设施园艺生产技术水平和能力的需求。

当前,在全球农业发展中,智慧设施农业发展较快的国家有荷兰、以色列、日本等,赵春江介绍,“荷兰设施园艺的产业,其特点有四方面,首先是数据驱动,其次是模型决策,其三是智能控制,最后是智能装备支撑。荷兰的设施园艺在全球居于领先地位,以智能玻璃温室为主,从环境的调控到最后的管控全部实现了数字化和智能化。我国一些地方也引进了荷兰的技术,并不都适合本地化的应用,在效益方面,有些地方,和荷兰仍有差距。”

在日本,地少人多的现象比我国更加突出,早在1974年,日本就开始发展植物工厂,2017年达到400座,目前已拥有约700座。“日本植物工厂的典型特征,是实现了从播种、育苗、移栽、收获等关键技术环节的机械化、自动化和智能化。”

相比设施园艺发达的国家,我国设施园艺、设施农业,仍以日光温室为主,赵春江介绍,“当前,我国园艺生产有三个矛盾需要解决,即大型化与能耗的矛盾、结构选型与机化的矛盾、传统经验与智能化的矛盾。”

以技术装备推行设施农业现代化

设施农业如何智慧化?赵春江表示,关键在于感知环境和作物的生长信息、调控、高效低损作业三个方面,“精准感知+按需调控+智能装备,就实现了设施园艺智慧化的生产。”

但要真正实现,并不容易,需要一系列完善的技术体系和装备支撑。

“感知是第一步,目前我国设施园艺所用的传感器相对已经较丰富,但仍需要创新和发展,尤其是需要新技术、新材料、新方法来推动传感器的创新与进步。这是一个非常复杂和系统的工程。”赵春江说,“智能化调控方面,既要环境优先,以调节环境满足作物生长发育的需要,还要关注水肥高效。这方面,目前我国科学家已经做了很多工作,发展情况较好。在精准作业方面,需要从关键部件的研发,到整体高效精准作业装备的创制和研发。目前全国各地都在进行相应的研究。但未来发展高智能、低成本、精准高效智能化的装备,仍然是非常具有挑战性的工作。”

智慧农业是一个完整的产业链体系,不仅仅是机械化,更是一个全链条智能化的场景,赵春江介绍,在未来的设施园艺中,将有巡检、采摘、运输、喷药、肥水管控、语音服务、授粉等不同的机器人,完成不同的生产任务。同时,还通过网络技术实现一个区域和更多的设施园艺生产场景的控制和服务,也就是融场景,把智能化的技术,通过网络落实到实地,同时为生产经营者提供服务,打通一二三产。“我们总结出一个技术的框架,一是要有数据,二是会执行,三是精作业,四是融场景。”    

智慧设施园艺是全球趋势

当前,全球设施园艺的发展中,智慧农业技术应用越来越快,赵春江介绍,智慧设施园艺的复合增长率在两位数以上,全球智慧设施园艺产业,预计2027年达到32.3亿美元的规模。

“在这种大背景下,中国也要大力发展智慧设施园艺。”赵春江说,“从大的趋势看,一是信息技术应用更加广泛。像5G、大数据、人工智能、云计算、机器人技术的应用,都在逐渐进入设施园艺领域。二是实现全产业链条的赋能。从育种开始到销售全链条,通过数字技术的应用,来提升整个产业链的韧性,把三产融合在一起,实现生产的智能化、作业的精准化、管理的数字化、服务的网络化,最后实现高产和高效。三是垂直植物工厂,现在日本,包括美国,也正在大力发展垂直植物工厂,向无人化方向发展。目前我国还缺乏这方面的技术。”

设施园艺的智慧化,不仅助益农业的现代化,也对我国缓解耕地紧张等问题,有重要的意义,“数据显示,目前我国采矿用地达到3600多万亩,在土壤修复之后,直接种农作物还不行,但是可以发展植物工厂。同时像一些滩涂地,废弃工厂,都可以发展垂直智慧农业。这对缓解我国耕地紧张,具有非常重要的意义。”

来源:新京报

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