智慧生态农业特征剖析

文丨卢兵友

农业是人类赖以生存的根本，所以，世界各国、历朝历代都把农业研究作为科学研究的重中之重。随着科学技术的不断进步， 农业也从原始农业向传统农业、现代农业和智慧农业不断演进，目前已经进入智慧生态农业阶段。 随着农业生产模式的转型升级，农业的综合效能也变得越来越强。

现代智慧生态农业是中国工程院刘旭院士和李文华院士首次提出的观点。 他们认为，现代智慧生态农业就是通过先进的科技与生产方式大幅提高农业生产力与效率，通过人工智能、大数据、云计算实现产前生产资料科学衔接、产中生产要素精准配置、产后产品供需完美对接，通过生产系统与物质系统循环，实现资源高效利用与生态功能持续提升的农业发展道路。 他们表示，发展现代智慧生态农业是我国未来30 年农业发展的必然选择。

认真分析两位院士的定义，结合对山东、广东等一些正在成功实施的部分智慧生态农业典型案例的调查研究， 笔者认为智慧生态农业具备了颠覆传统农业发展模式的革命性特征， 所以才能成为未来农业发展的必然选择。 为了进一步印证这个观点，本文试图对比分析智慧生态农业与以往农业发展模式的异同，进而深入剖析智慧生态农业可能的颠覆性发展特征， 判断其颠覆性价值， 以期发现智慧生态农业作为一种新的农业发展模式的依据，为我国未来农业发展提供一些新思路。

一、智慧生态农业与以往农业发展模式的异同

纵观农业发展史，农业发展基本经历了一个从原始农业向传统农业、现代农业、智慧农业再到智慧生态农业逐步进阶的五级演进过程（表1）。 不同阶段人们对自然规律的认识水平和科技发展水平不同，五个演进阶段又各自具有不同的特点。

表1 农业发展模式对比分析

（一）系统主导不同

自从人类成为地球上最智慧的物种以来， 人类就开始不断尝试利用和控制地球环境，以满足自身不断增长的物质需求。 正是因为农业生态系统是人类按照自己的意愿构建的，因此，人类希望它能够按照自己设计的方式来运行。

最早的原始农业是人类模仿野生谷物生长过程，将采集的野生谷物撒在地上，让它自然生长，到成熟时用手摘取的过程，是人类由只能以“天然产物”作为食物，跨进到能进行食物生产的过程。 在原始农业阶段，人类只是自然的一分子，对自然的人为干预和控制力非常弱，农业生产质量基本由自然环境决定。因此，在此阶段主导农业生产的主体仍然是自然，俗话说“看天吃饭”，指的就是此阶段。

进入传统农业阶段， 以小农经济为基础的传统农业社会初步形成。从此，人类开始根据自己的意愿设计并构建属于人类的农业生态系统。随着科技发展水平的不断提高，人类的主宰作用也越来越明显，人类完成了系统的完全主导，这一过程一直延续到智慧农业阶段。

在智慧生态农业阶段，在大数据和物联网的科学精准支撑下，作为生产力形成的核心——农业生态系统中的生物组分开始成为系统的主导。 生物在系统中每时每刻对光、热、水、土、气、营养等生命要素的即时反应，都可以通过大数据和物联网形成精准的决策支持方案。在此过程中，生物依靠自组织系统发送需求信号， 物联网成为系统管理体系的执行者，人类从此将逐步淡出主要管理者的主导身份。

（二）生产工具不同

构成生产力的基本要素是以生产工具为主的劳动资料，所以，生产工具的水平高低代表了一个系统生产力的水平。 农业生产也是如此。

在原始农业阶段， 人类所采用的生产工具主要来自大自然产品。从传统农业阶段开始，农民成为农业生产的主要劳动力， 农业生产水平主要由生产工具来体现。在这一演进过程中，生产工具从手工作业工具发展到以机械为代表的工业化作业工具， 以及以信息产品为代表的信息化作业工具。 农业生产工具的机械化和信息化， 使得农业生产力持续产生质的飞跃， 从而保证了农业生产能够满足不断增长的人口数量对产品数量、质量的需求。

到了智慧生态农业阶段，智能装备取代人类成为系统的主要劳动力。 这一劳动力主体的重大变更预示着农业生产工具由提高劳动者的劳动生产率转变为提高智能装备的智慧化水平。 由此，大数据和物联网就成为主导农业生产的核心生产工具。

（三）生产关系不同

人类从事农业生产的过程，就是协调农业生态系统中主要要素间，以及要素与环境间等相互关系的过程，也是一个协调生产关系的过程。

在原始农业阶段，人类基本不具备协调主导农业生态系统的能力，只能由生物利用其对环境的自适应和自组织功能， 完成与其所处环境关系的协调。 从传统农业到智慧农业阶段，人类不仅开始成为系统的主人， 更成为农业生产的主要组织者、管理者和参与者。 农业生产关系不仅体现为农业生态系统中各组分间及其与环境间的关系，更重要的是体现为人与系统、人与系统组分间的关系。

到了智慧生态农业阶段，由于人类基本退出了一线生产环节，退出作为主要组织者、管理者的身份， 只作为参与者参与到农业生产过程中。 因此，农业生产关系也由于大数据、物联网等现代科技组分的加入， 增加了一种具有颠覆性意义的关系，即生物及其生长环境与大数据间的关系，彻底升华了农业生态系统的生产关系，也使系统中各组分间的关系从原来的模糊、定性变得更加清晰、定量，系统也变得更加精准可控。

（四）支撑理论不同

农业生产之所以能够形成阶段性的飞跃式发展，主要原因是有不断进步的理论支撑。

纵观农业发展史，农业发展的支撑理论已经从传统的农耕文化理论、工业革命理论、信息化理论发展到现在的智慧生态农业理论。 其中，农耕文化理论和工业革命理论由于研究相对深入，运用时间也长，相对比较成熟、系统。信息化理论虽然在支撑农业发展中发挥了重要作用，但由于其发展历史较短，又被接踵而来的大数据、物联网理论快速覆盖迭代，其理论体系并没有真正成熟。

在智慧生态农业阶段， 由于人类智慧的进步，大数据、物联网等现代科技智慧的加入，更重要的是人类对生物自组织智慧的充分尊重和合理利用，一个由人类智慧、 现代科技智慧和生物智慧相融合，智慧、生态、生产和可持续、高质量发展相协调的颠覆性农业理论体系即将诞生。

（五）功效不同

人类从事农业生产的目的是满足自身需要，所以， 农业发展史也是一个农业生产功效不断增强的历史。

原始农业是能够让人类活着，是一种有什么吃什么、有多少吃多少的状态。 传统农业基本达到能够让人类有尊严地活着，是一种吃饱没问题、吃好有难度的状态。 现代农业则达到了有质量地活着，是一种想吃什么有什么、 想吃多少有多少的状态。智慧农业则可以实现想在任何时候、 任何地方、吃任何东西都能够满足的愿望。 这种功效的进步，经历了从低产到高产、从单一产品到多样化产品的过程，但最大的缺憾是产品品质不可控以及对环境造成的负面影响。

智慧生态农业与以往农业发展模式最大的不同是，能够实现生产的农产品质量安全、品种多样又有利于环境的目的，是一种人类梦想中的颠覆性农业生产模式。

二、智慧生态农业的典型特征

智慧生态农业之所以具备颠覆以前农业发展模式的预期， 一定是这种发展模式顺应历史潮流，符合农业发展规律，并具有明显的颠覆性、先进性、实用性等发展特征。 分析已有的智慧生态农业研究和实践，发现其具有以下颠覆性特征。

（一）系统组织模式将产生颠覆性变革

传统意义上，农业生态系统结构主要是指人们可以有效控制和建造的生物种群结构。 这意味着农业生态系统具有典型的社会性特征，特别是作为主导组分的人类在系统中占绝对控制地位的特点。也就是说，按照传统理解和传统农业实践，人类是决定农业生态系统组成、 结构和功能的核心要素，是系统的绝对组织者和管理者。 这对于传统上以小农经济、结构功能简单、管理粗放、生产力低等为主要特征的我国农业生态系统而言，对于科学技术尚不足够发达的时代，无疑是非常正确的选择。 但是这种以人类为中心而非以生物为中心的组织模式，由于人类的知识水平和管理能力缺陷，最终导致系统组分间关系失调、系统畸形发展、环境问题难以解决等成为必然现象。

随着我国规模化、集约化农业生产方式的不断转型，人类对大数据、物联网等现代科学技术功能认知的不断深入， 人类对生态系统认知的不断积累，以智慧生态农业为主要特征的现代农业生态系统，其组织结构将从一个单纯由相关成分组合而成的物理系统，向一个由物理系统和大数据系统组成的崭新系统转变。

由于智慧生态农业系统组织结构的巨大变化，特别是增加了大数据这一决定性组分，系统的组织模式也发生了颠覆性变化（表2）。首先是系统的主要服务对象回归到生物，其次是其主要管理方式演变成大数据支撑下的生物自组织，最后是物联网智能决策场所也成为除田间生产以外新的主要生产场景， 人类只是以辅助方式支撑生物的自组织活动。这是一种在大数据支撑下的生态系统自组织模式，是生物与大数据、物联网间的双向互动互利模式。 智慧生态农业系统由此变成一个完整的生物服务系统，一切组织管理也都是为了生物生产活动服务，为生物提供最舒适、最及时、最科学的生长环境成为该系统的核心目标，系统从此也变得更加可控、高效和可持续。

表2 智慧生态农业组织管理模式特点

（二）系统理论体系将迎来重大升级

长期以来， 工业革命理论一直是以往农业生态系统发展和演进的主要支撑理论， 这与工业革命对世界的影响有重要关系。 但是，在此理论指导下， 以往农业的思维方式只是把农业生态系统当作一种工业产品，将它像无生命产品一样管理。 人类可以随意对其中的生物施加各种管理措施，只要人类认为这样做对生物有利就可以， 很少站在生物的角度考虑它们需要什么、什么时间需要、需要多少， 很少考虑和发挥作为生命系统的生态系统的感知能力和自组织能力。

智慧生态农业由于是以生物为主体、以大数据为依据，是在已经充分解放人类劳动力的机械化和信息化、充分认知生物生长发育规律基础上产生的，也是在大数据系统能够完美精准支撑生物生长基础上产生的。 因此，智慧生态农业理论体系实质上是对工业革命理论的重大升级和突破。

智慧生态农业理论体系的颠覆性主要体现在系统增加了具有智慧决策支持功能的大数据、物联网系统组分， 也完全遵循并充分挖掘和利用了生物的自组织规律。 正是因为系统组分的重大变化， 使得这一理论的结构主体由生物和环境转变为生物、环境和大数据；服务主体由人类劳动过程转变为生物生产过程； 服务内容由人类主观形成的生物生产方案转变为由大数据、 物联网科学计算得来的生物生产决策方案； 服务方式由提升劳动工具的机械化、 信息化水平转变为生物自组织与大数据、物联网的完美融合，是以人类驱动向“数据驱动”转变的理论体系，是工业革命成果、现代大数据科技成果和生物自组织规律成果完美结合的产物。

（三）系统可持续发展将会成为现实

追求协调统一的经济、社会和生态效益，一直是人类从事农业生产的最高目标。 尽管人类智力发展水平越来越高， 人类所采用的技术也越来越先进，但是在以人类为主导的农业生态系统中，受从事决策和组织实施等各环节不同参与人员思维模式、知识结构和工作模式的限制，加上农业生产的复杂性、多样性，要达到三大效益均衡发展非常困难，许多时候是抓了西瓜丢了芝麻，给人类可持续发展带来了很大困扰。

智慧生态农业有效地解决了这一问题。 在智慧生态农业理论的指导下， 人类将逐步退出农业生产管理的主角， 生产管理的重任完全落在了大数据、物联网等新兴技术身上。 这种管理模式可以在大数据、物联网支撑下，充分发挥生物的自组织功能，从而从根本上消除人类决策的盲目性、随机性和知识面缺乏等诸多弊端； 可以准确感知生物生长发育的即时需要， 并提供最及时科学的支撑方案，消除了生物生长饥饱不均的恶劣环境，确保了生物全生命生长周期中各种需求的满足； 可以精准定量使用农业投入品， 大大减少了投入品数量，降低了生产成本，提高了利用效率，减少了因过量使用带来的环境污染； 可以为生物生长营造一个舒适、优美、适宜的环境，确保生物以健康的体魄生长。 最终，系统将产出产量高、品质好、效益佳、环境美的产品。

三、结论与讨论

无论从发展趋势还是实践检验来看， 智慧生态农业是未来农业发展的重要组织模式已经是一个不争的事实。 例如北京科百宏业科技有限公司等单位成功在山东、广东、湖北等地开展智慧生态农业实践后，确认了这一发展模式的良好前景。

作为一种新兴事物，特别是一种具有颠覆性意义的发展模式，虽然智慧农业生产的概念已经提出，也有一些成功的实践，但是，其发展尚缺少一套完整成熟的理论体系支撑， 缺少覆盖面广、数据量大、 支撑功能强大的大数据信息系统，缺少更加质优价廉、便于推广的物联网云计算成套决策支撑体系，缺少更大范围、更多系统的实践验证， 更缺乏对这一问题的深度研究和广泛关注。 因此，在持续扩大研究和示范规模基础上，如果有更多高校、科研院所、企业等加入这一探索完善行列， 有更多的科学家加入这一研究行列，能够获得更多具有前瞻性的政府的关注和示范，相信智慧生态农业支撑未来农业发展的路就不会远了。