中國網/中國發展門戶網訊 習近平總書記高度重視人工智能在農業中的應用和發展，指出“瞄準農業現代化主攻方向，提高農業生產智能化、經營網絡化水平，幫助廣大農民增加收入”。我國傳統農業分散經營不利于機械化、標準化和新技術推廣，當前農業生產效率僅為非農產業的1/4左右。規?；霓r場有利于新技術的集成、應用和推廣。人口老齡化、城鎮化導致農村“空心化”現象加劇，推動土地規?；洜I是必然趨勢。隨著社會發展和科技進步，發展智慧農業已成為農業現代化的核心內容，也是建設農業強國的戰略制高點。因此，探索規?；r場的智慧農業發展路徑和模式，對我國農業現代化和農業強國建設的意義重大。

為貫徹落實黨中央、國務院決策部署，2024年10月，農業農村部印發《農業農村部關于大力發展智慧農業的指導意見》，明確到2030年智慧農業發展取得重要進展，農業生產信息化率達到35%左右。隨后，農業農村部印發《全國智慧農業行動計劃（2024—2028年）》，明確了公共服務能力提升、重點領域應用拓展、示范帶動等智慧農業的三大行動共8項重點任務。其中，在實施智慧農業示范帶動行動中，提出了探索智慧農業未來方向，并支持中國科學院持續探索總結“伏羲農場”模式。當前，我國智慧農業的發展還處于起步階段，明確“伏羲農場”建設的目標、內容及核心科技支撐，并明晰如何借助政策保障來推進其建設，既是落實全國智慧農業行動計劃的關鍵內容，也是未來加快推廣“伏羲農場”的重要基礎。

國內外智慧農場的發展現狀

20世紀50年代，隨著計算機技術的興起，發達國家開始探索計算機技術與農業生產技術的融合；80年代，美國、日本等發達國家紛紛開始農業信息化的建設并提出精準農業（precision agriculture）的概念。精準農業主要指通過地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）、機械自動化和遙感技術來提高農業生產的自動化和精準度，其加大了單個農場的規模。當前，通過利用人工智能、機器學習、物聯網等技術，現代農業的發展已經進入了智能化時代。智能機器人和智能無人機進行全過程田間巡檢獲取數據，人工智能模型根據大數據進行精準判斷并提供作業決策，智能裝備根據模型決策自主作業，使得農業生產更加高效、更加精準、進一步無人化和生態可持續。

美國農場智能化現狀和案例

以美國為代表的智慧農業的大數據積累和算法模型發展處于世界領先地位，最具代表性的系統是約翰迪爾（John Deere）公司推出的“綠色之星”精準農業系統，以及孟山都公司的Climate FieldView平臺。以“綠色之星”為例，約翰迪爾公司的農機上搭載全自動采集各項數據的傳感器超過300個，并依靠其推廣覆蓋全球100多個國家的農機裝備進行數據采集，以支撐算法模型的開發應用，實現“單株”級別的種植管理。美國的金伯利家庭農場，通過與約翰迪爾公司合作，在高水平自動化機械進行作物生產的基礎上，進一步采用約翰迪爾公司提供的物聯網技術和人工智能技術，對農田土壤、氣象數據等進行實時監測；結合大數據分析，根據不同的農田狀況和作物需求，合理調整農業生產措施，制定個性化的施肥、灌溉、植保等措施，提高了農業生產效率和質量。不僅如此，該智能系統還可根據每一個農場的土壤氣候特征，設計不同年際間的保護性耕作措施，配合全程智能機械化作業，大幅降低了人力投入，實現4個全職人員管理3萬畝耕地，并確保農業生產的可持續性。

日本農場智能化現狀和案例

日本耕地面積稀少且分散，農業面臨的勞動力短缺問題逐年加劇，因此其主要推廣小型機械，機械化程度高度發達，農機種類多樣且購置成本低。久保田是日本首批開始對智慧農業進行全面研究的農業裝備制造商。久保田開發的智能農業系統KSAS是基于云的農業管理支持服務系統。它將久保田拖拉機、水稻插秧機和收割機與信息和通信技術（ICT）集成在一起，利用機器人技術和信息技術節省大量勞動力并提高生產質量。該系統利用智能手機、電腦（PC）和其他設備，通過從支持KSAS的機器收集數據。KSAS圖層化的農場數據管理系統以地圖和大量數據為基礎，對各種農業數據進行分層排列，包括土壤數據、作物生長數據、肥料和農藥施用數據、水分管理數據、作業軌跡數據、產量和品質數據等，并將其與氣象信息等聯系起來。通過分析和利用積累的大數據，指導實現變量施肥和化學噴施。

我國智慧農場的發展現狀

我國擁有各級農墾集團93個，國有農墾農場近1800個，家庭農場近400萬個，這些規?；r場為我國發展智慧農業提供了載體基礎。20世紀80年代，我國開發了農業專家系統，利用計算機技術將專家知識系統應用于農業領域，相關科研團隊開啟了我國智慧農業的有益探索。近年來，部分企業也紛紛進入智慧農業賽道。目前，部分小規模的實踐已取得顯著成效，如通過人工智能（AI）小麥收獲機和AI水稻收獲機進行智能化管理實現降本增效，這些產品具備智能感知與自動調整功能，能夠根據作物特征自動控制割臺、滾筒轉速和整車作業速度，顯著降低收割作業的含雜率、破碎率和損失率；通過開發農業數字化平臺，并結合傳感器設備和物聯網技術，可為農戶提供蔬菜、水果等作物種植全過程的數字化和智能化管理；部分互聯網企業開展探索人工智能在植物工廠智能化管理中的創新應用價值。

相比于歐美等發達國家從20世紀50年代就開始部署，我國智能農業相關的研究起步較晚，但卻是國際上應用最早的國家之一。然而，在后期農業自動化和信息化時代發展中，逐步落后于歐美日等發達國家。目前，我國的智慧農業發展整體上依舊處于初級階段。我國智慧農業存在的問題可總結為“四多四少”，即“盆景多、風景少”“基礎研究多、應用實踐少”“小面積示范多、大面積推廣少”“點上技術多，系統集成少”。導致這種現狀的原因，一方面是由于我國地形、氣候十分復雜，造成農業類型多樣，難以擁有普適性的推廣技術和模式；另一方面是因為我國農業技術研究及其產品多分散于不同的科研團隊和企業，難以有效進行遴選集成并應用推廣；同時，我國高端農機裝備和農業生產決策的主要模型算法大多來自國外，數據安全難以保障、數字產品權限的完整性和產品使用的長效性受到嚴重限制。

因此，加快國內智慧農業相關科技的研發，同時以智慧農場的形式，集成并在實踐中篩選相關的產品，探索國內自主的智慧農業科技體系和推廣模式，優化農業生產關系，是我國實現農業現代化和農業強國建設的必由之路。

“伏羲農場”技術集成創新體系的構建

“伏羲農場”的探索，旨在解決我國農業現代化發展中的“四多四少”問題，構建自主可控的技術和產業體系，有機融合農業種植“水肥土種密保管工”全鏈條數據要素，建立可推廣、可復制的標準化場景，為“智能時代”的農業現代化提供系統性解決方案，穩定保障我國糧食安全。

“伏羲農場”的命名源起

伏羲是華夏民族人文先始、三皇之一，是中國最早有文獻記載的創世神。伏羲根據天地萬物的變化，發明創造了占卜八卦。這與17世紀德國科學家萊布尼茲發明的“二進制”具有同樣的哲學基礎。

農作物生長發育受晝夜更替、四季變化的調節，古人正是通過八卦中蘊含的“陰陽協調”“春種夏忙、秋收冬藏”“天人合一”等哲學思想和占卜預測氣候的變化，來指導人們進行農業勞作的過程。用“伏羲”命名，傳達了傳統文化與現代科學融合的理念。對于農業來說，即傳統農業與現代信息、人工智能的融合。這種理念倡導人與自然和諧相處，通過預測、順應并利用自然規律，實現農業可持續高效發展。

“伏羲農場”的建設目標

“伏羲農場”技術集成創新體系將探索我國傳統的農業生產智慧與現代科技創新深度融合的模式?！胺宿r場”以智能技術為主要手段，通過農業生產全過程的數據采集，并利用人工智能算法和模型在信息空間建立農業生產的“孿生系統”，將農業生產全過程搬到信息空間進行自主學習和訓練，以數據分析為依托，實現農業生產全過程的智能化決策。再結合第3代智能農機裝備實現精準變量的作業執行，最終實現智能、綠色、節本、增產、提質、增效的六大目標（表1），從而解決未來“誰來種地、怎么種好地”的問題。

“伏羲農場”構建的主要內容

通過“伏羲農場”構建（圖1），突破我國智慧農業自主可控全鏈條技術、數據、算法模型的核心壁壘。農業管理的低效性體現在時間的滯后性和空間的不均一性，從而導致水肥藥管理的效果差、農資勞工消耗大。以“OODA”為指導原則的閉環管理策略，可以在農作物生長過程中及時發現農田管理的需求，并在空間上精準控制作業范圍，從而提高農作物動態管理的效率和智能化水平。為此，“伏羲農場”首先要通過農業傳感技術，實時動態、高通量、多維度、精準采集涉及農業生產全過程的“水、土、氣、生”信息，建立數據底座；然后，構建支撐“伏羲農場”運行的算力中心，實現對農業生產數據的實時快速處理；依托“伏羲農場”數據底座，構建并集成多種農業算法模型，自主生成包含種植前、種植中、種植后全過程的作業決策處方圖，并通過通信網絡將決策指令下發到“伏羲農場”生產現場；隨后，依托第3代智能農機技術體系，應用無人化新能源智能農機裝備，集成無人駕駛、路徑規劃、自動避障、作業質量監控等功能，完成精準變量作業。最終實現“農業九步法”的智能化落地，全面打造高質量（表1）的農業現代化生產模式。

“伏羲農場”智慧農業體系致力于打造我國農業新質生產力。要規劃3—5年后，如何讓年輕人愿意積極從事農業生產，并培訓年輕人的技能，向“5個人管理5萬畝”“一個平臺管理5億畝”“不下地也能種好地”的目標邁進。尤其是引入AI、高端農機、生物技術等新技術，構成了新的勞動資料，為新型職業農人進入農業生產提供幫助。

“伏羲農場”智慧農業體系需要創建新型生產關系。通過聯合政府資金平臺、工程技術實驗室、地方主管部門、農村合作社、個人的多要素投資合作，約定新型運營模式；通過科學技術賦能產業升級、產業效益共享的機制，建立新型農業生產關系，實現鄉村振興目標。

“伏羲農場”的基礎建設要求

通過建立“伏羲農場”農業基礎設施標準，打造全流程可控的實體基地，系統應對農業生產中的不確定性。針對不同地區農業生產特征，既需要結合西方高效的中小型農場模式和我國現有農墾生產連隊模式的優勢，也需要根據我國農業生產力和生產關系的特征，對農業產業模式和生產方式進行多維度有序升級。因此，在“伏羲農場”構建中，理想的基礎建設要求為：在萬畝級連片耕地周圍建立“三室兩廳、三庫一塔”的基礎功能模塊，即“測土實驗室、育種實驗室、農機實驗室、科技廳、指揮中心廳，農機庫、農資庫、糧庫、烘干塔”，形成適應不同地域的“良種測試篩選—土壤信息監測—裝備統一調度—數據迅速融合—決策即時執行”一體化的智慧農業單一節點。

“伏羲農場”的應用實踐

近幾年，中國科學院研究團隊與呼倫貝爾農墾集團以“伏羲農場”的思路和理念，開展了一系列農業科技創新與實踐驗證合作。目前，利用第3代智能農業機械，在黑土地農業生產中開展無人化作業的面積累計達到1.82萬畝，實現了少人化作業和降本節能。并針對玉米、大豆主產區，研發了基于人工智能大模型的“伏羲大腦”農業智能決策系統，實現了22個環節的種植輔助決策的生成，初步形成“數字決策+智能農機”場景的構建。根據智能模型決策方案，在200畝示范田中，利用基于AI的水肥一體滴灌技術，比農場原有雨養管理模式下增產24%左右，相比于農場的噴灌管理模式，在節水36.7%的情況下增產2.2%。

目前，“伏羲農場”正在我國南方地區進行實踐和推廣，以探索不同生態區多樣化的構建和管理模式（圖2）。相比于北方，南方丘陵山地多、地塊小，復雜地貌作業對靈活度更高的小型智能農機需求偏多，特異場景的模型算法需求更加多樣；并且南方無霜期長、復種指數高、水旱輪作現象比較常見，經濟作物類型和種植制度也更加豐富。因此，同一個農場對決策系統和農機需求的多樣性、靈活度要求更高。

“伏羲農場”的發展思考

打造中國特色的智慧農場

構建智慧農場是全球的趨勢。美國、日本、歐盟等農業發達國家和地區同樣走在探索的前沿，但都是基于原有自動化裝備、信息化控制和少數場景的決策系統進行農業生產模式的升級，目前還沒有一個可直接在我國全面推廣應用的、成熟的智慧農場模式。例如，美國約翰迪爾公司和日本久保田公司均依賴自動化裝備，在自動化作業方面已達到較高的智能化水平，但是目前其作業環境相對單一，在我國多樣化地形和耕作模式條件下（如水旱輪作、間作套作等），這些系統無法滿足中國智慧農業發展的需求；德國拜耳公司在農業數字化方面的發展迅速，但在智能裝備領域尚無相關產品，這導致其未能打通數據平臺與智能裝備之間的有效銜接。另外，因為我國面臨著國際農業貿易不確定性大、智慧農業關鍵技術限制等現實問題，所以我國既不可能照搬國外的智慧農場的模式，也不能重走一遍國外智慧農場的發展歷程，因而必須加快建立一套中國特色的高水平智慧農業發展模式，以保障國家糧食安全，實現高水平農業科技自立自強。當前，歐美日等農業發達國家和地區先進的經驗和產品，對我國智慧農業的發展依舊具有很重要的借鑒意義。

我國傳統農業文明歷經數千年的發展，積淀了極為豐富的農業智慧，并自成體系，如“天地人合一”的整體協調平衡觀、“二十四節氣”對自然規律的精準總結、因時因地制宜的生態多樣性發展觀、精耕細作的可持續發展觀等。這為現代智慧農業的創新發展提供了極具價值的經驗借鑒與理論啟迪。中國特色的智慧農場應當在傳承這些智慧結晶的基礎上，利用新的技術和新的信息進行升華，構建現代化的中國智慧農業理論體系。并通過“一帶一路”倡議輻射發展中國家，借此契機為緩解全球糧食危機、構建人類命運共同體貢獻中國智慧。

探索發展農業新質生產力

習近平總書記指出：“發展新質生產力是推動高質量發展的內在要求和重要著力點?！薄胺宿r場”智慧農業體系涵蓋了“勞動者—勞動對象—勞動工具”這3個關鍵要素，致力于打造我國農業新質生產力，為糧食安全和鄉村振興建設注入新生命力。培養一批面向未來需求的新農人，讓新農人同時具備傳統農業和現代農業的知識及技術；應用人工智能、大數據、物聯網等技術，構建智慧農業平臺，對農業生產體系進行全要素的數字化處理和分析，為新農人進入農業生產提供條件；引入高端農機、智能灌溉設備、無人機等現代化工具，實現全程智能作業。

未來的“伏羲農場”發展，要向對青年才俊產生極具吸引力的目標邁進，要讓年輕人愿意，乃至競相從事農業生產。最終目標要達到：建立1萬個人才組成的專業技術團隊，通過農業產業全鏈條帶動新農人就業10萬人以上；通過“藏糧于技”實現降本增效，達到畝均增產50千克、畝均增收200元，推動全國糧食增產250億千克、農業生產利潤增加1 000億元。習近平總書記進一步強調：“發展新質生產力，必須進一步全面深化改革，形成與之相適應的新型生產關系”。因此，“伏羲農場”同時也要探索新質生產關系，讓農民共享科技成果所帶來的紅利；促進智慧農業科技創新的產業下沉，帶動就業，促使農業全產業鏈的高質量發展，實現共同富裕，推動鄉村振興。

打造信息空間的大糧食安全穩定器

“伏羲農場”終極愿景是通過規?；霓r場構建和應用，形成一個覆蓋并運營5萬畝規模的標準網格，成熟后將整套模式在全國不同生態區主要的產糧大縣布局，與我國的家庭或者集體農場融合，輻射并助力1萬個多樣化特征的智慧農場集群。建立與我國農村人口結構特征及其發展規律相適應的新型生產關系；最終形成“分可獨立運轉，聚可集群協作”的“伏羲農場”智慧農業體系，改變耕地離散粗放式經營的現狀，實現全國5億畝耕地“一盤棋”高效運營的中國特色智慧農業生產模式。在科學技術的助力下建立“節本、增產、提質、增效、綠色、智能”的智慧農場創新體系。

核心思路是通過“以空間換時間”的策略，快速積累與國際智能農業大平臺媲美的海量高質量數據，以加快構筑智慧農業大數據壁壘的步伐；迭代原有固定規則的農業模型，建立具有開放式迭代功能的農業人工智能算法模型平臺；集成自主的智能農業裝備，實現5億畝耕地的率先智能化，在信息空間打造我國糧食安全的穩定器。

未來發展“伏羲農場”的建議

將“伏羲農場”與高標準農田建設協同推動。建議在我國新一輪高標準農田建設中，在部分典型生態區開展試點，協同推動“伏羲農場”與高標準農田建設，并進一步加強試點區域智慧農場所需的基礎設施建設，將“伏羲農場”放在農業生產實踐的一線進行考驗和優化。

將“伏羲農場”與地方職業教育結合。建議我國將推動地方職業教育機構發展與“伏羲農場”建設協同推進。根據我國未來農業發展需求，構建人才就地培養和技術創新就地探索的新機制，培養一批交叉型人才隊伍，為當地儲備人才和技術，培育產業。

突破“伏羲農場”智慧農業體系的核心科技壁壘。建議協同中國科學院、農業農村部、教育部和國家數據局的資源和力量，加快突破傳統數據采集方式中低效、低性價比、低質量的技術障礙，建立高質量的數據平臺、算法平臺和算力平臺，并建立相關標準和聯動機制。

（作者：張玉成、高樹琴、鄭聰聰、趙洪龍，中國科學院計算技術研究所；張曉博、張景堯，中國科學院計算技術研究所 中國科學院大學；文亞，中國科學院可持續發展研究局；李祿軍，中國科學院東北地理與農業生態研究所；王卓，中國科學院沈陽自動化研究所；李鐵，中國科學院上海微系統與信息技術研究所；編審：楊柳春；《中國科學院院刊》供稿。）