中國網/中國發展門戶網訊 脫貧攻堅與鄉村振興是以習近平同志為核心的黨中央從黨和國家事業全局出發，著眼于實現“兩個一百年”奮斗目標而作出的重要戰略部署。2020年，我國脫貧攻堅戰取得全面勝利，小康社會全面建成，實現了第一個百年奮斗目標。在鞏固拓展脫貧攻堅成果的基礎上，要繼續推進脫貧地區發展和群眾生活改善，加快建設農業強國，全面推進鄉村振興。“強國必先強農，農強方能國強”，農業的出路在現代化，農業現代化的關鍵在科技進步和創新。
我國南方丘陵山區生態環境脆弱，基礎設施匱乏，農業發展乏力。在物聯網、人工智能、大數據等新技術高速發展的大背景下，如何將信息技術、智能技術與傳統農業相融合，充分發揮高新技術優勢，將我國南方丘陵山區各種復雜要素串聯在一起，形成一整套合理的智慧農業發展方案，進而帶動農民增收，促進該區域農業農村實現信息化、現代化，切實解決好“三農”問題，是當下亟待解決的一項重要課題。
南方丘陵山區整體概況及發展瓶頸
南方丘陵山區分布特點及整體概況
我國南方丘陵山區系指秦嶺—淮河以南的廣大熱帶、亞熱帶地區，主要包括云南、貴州、四川、重慶、湖北、湖南、廣東、廣西等省份，這也是我國喀斯特地貌的主要分布區域。作為世界上喀斯特發育類型最多的國家之一，我國喀斯特地貌面積約占國土總面積的1/3，其中連片裸露型54萬平方公里集中分布于西南部。在這些地區，由于長期高強度的農事作業壓力，加之土壤受暴雨嚴重沖刷侵蝕，基巖大面積出露，致使西南喀斯特地區成為我國主要的石漠化生態脆弱區。土地石漠化直接導致土地承載能力大幅降低甚至喪失，耕地資源被嚴重壓縮，南方丘陵山區一度成為我國面積最大的集中連片貧困區——2017年底，貧困人口占到全國的40%左右，集中連片特殊困難縣和國家扶貧開發重點縣211個，區域貧困面大、貧困程度深。第三次全國國土調查結果顯示，截至2019年底，我國耕地面積為19.18億畝，人均耕地面積只有1.36畝，不足世界平均水平的40%，而南方丘陵山區的人均耕地面積則普遍低于國家平均水平（圖1）。此外，受城鎮化和人口遷移等因素的影響，我國農村人口數量逐年降低，南方丘陵山區農民外出務工的現象較為普遍，加之老齡化進程明顯加快，農村勞動力嚴重短缺，很多地方甚至出現一定程度的耕地撂荒現象。農業農村部農業機械化管理司關于典型丘陵山區省份農機化的調研報告顯示，截至2018年底，丘陵山區省份農機總動力達到4.4億千瓦，比2012年增長21%，但農作物耕種收綜合機械化率不足50%，其中西南丘陵山區僅為29%，遠低于全國總體69%的水平，這與農業、農村和廣大農民對機械化的迫切需求尚有不小差距。
南方丘陵山區農業發展存在的問題
我國南方丘陵山區地理環境特殊，農業生產基礎條件較差，農業發展存在的困難問題突出。
農業生產的規模化、機械化水平不高。丘陵山區地形復雜，田塊坡度大、細碎且分散，加之丘陵山區基礎設施落后，農機裝備的田間轉移、跨區域作業困難，大中型農機裝備難以在田間開展規模化作業。
缺乏與種植模式相配套的農機裝備。丘陵山區人均耕地面積小，為充分利用有限的耕地資源，農民大多采用復雜的糧經復合種植結構，種植作物種類多樣，種植工藝復雜；現有農業機械無法滿足所有作物的生產需求，而適用的農機裝備研發難度大，推廣范圍小，從而限制了丘陵山區農業機械化的發展。
農村信息基礎設施建設落后，網絡條件有待改善。據統計，截至2020年6月，城鄉居民互聯網普及率仍相差24.1%，農村部分偏遠山區由于自然環境惡劣、地形地貌復雜，導致網絡覆蓋連續性較差，難以滿足現代化農業的發展需求。
農村老齡化問題日益嚴峻，青壯年從事農業工作的積極性不高，農村勞動力嚴重缺乏。越來越多的年輕人選擇外出務工，大量農技、農機人才不斷流失，加之老齡化進程明顯加快，農村勞動力嚴重匱乏，這也造成了農業機械新技術的推廣困難重重。
通過系統分析我國南方丘陵山區農業發展存在的問題可知，現有的農業生產方式不可持續，不利于鄉村振興工作推進。隨著農村人口的進一步轉移，以及老齡化問題的進一步加劇，農村勞動力嚴重短缺，未來誰來種地？生態環境被破壞導致自然災害頻發，加速土地石漠化進程，加之丘陵山區存在的山高、坡陡、地塊小而分散等先天不足因素，農業機械化作業難度大，未來如何做才能種好地？科學分析我國南方丘陵山區農業發展遇到的困境與挑戰，系統地解決好誰來種地、如何種好地的問題，是關系到“三農”協同發展的系統性問題，更是鞏固、拓展脫貧攻堅成果，助力鄉村振興的根本所在。
開展智慧農業是突破南方鄉村發展瓶頸的重要手段
農業是鄉村的根本，我國南方丘陵山區面臨的農業發展瓶頸與當地農業生產力水平低有著必然聯系。根據《鄉村振興戰略規劃（2018—2022年）》，鄉村振興的總體要求是產業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕。《全國鄉村產業發展規劃（2020—2025年）》明確指出“產業振興是鄉村振興的首要任務。必須牢牢抓住機遇，順勢而為，乘勢而上，加快發展鄉村產業，促進鄉村全面振興。”智慧農業是突破農業產業瓶頸的重要突破口。中央網信辦、農業農村部等5部門聯合印發的《2023年數字鄉村發展工作要點》指出，要因地制宜發展智慧農業，包括加快農業全產業鏈數字化轉型、強化農業科技和智能裝備支撐。新時期，在物聯網、大數據、人工智能、云計算等高新技術的支撐下，發展智慧農業有利于帶動鄉村信息基礎設施建設，提升農業生產效率，推動鄉村產業興旺，助力農民致富，實現共同富裕，對我國農業現代化建設和實施鄉村振興戰略具有重大引領與推動作用。
新時期，在國家政策的牽引和指導下，應立足我國南方丘陵山區發展現狀，大力發展智慧農業，充分發揮現代科技力量，著力突破南方丘陵山區在發展過程中遇到的瓶頸。例如，借助智能化、信息化手段解決農村勞動力不足、老齡化的問題；助推農業機械化的普及；促進生態環境保護等。探索實踐適合我國南方丘陵山區發展的系統性解決方案，將有助于推動我國南方鄉村振興建設。
南方丘陵山區的智慧農業模式探索
在鞏固拓展脫貧攻堅成果、持續推進鄉村振興的重要時期，在國家部署推進數字鄉村建設的戰略方向指引下，應在發展傳統農業助力農村脫貧的基礎上，充分發揮信息化、智能化對鄉村振興的驅動引領作用，整體帶動和提升農業農村現代化發展，促進農業全面升級、農村全面進步、農民全面發展。本文以南方丘陵山區實際情況為背景展開系統性分析，探索出一套適合當地的智慧農業發展模式，并以水城區為例進行示范，以期全面展開推廣。
優先做好土地利用的規劃準備工作
南方丘陵山區的農業發展，土地的規劃利用是首要考慮的問題。農業農村部農業機械化管理司面向南方丘陵山區700多個縣進行調研；樣本縣的調研數據顯示，“地塊細碎，機器作業效率低”“機耕道建設滯后，機器無法下地”“地塊坡度太大，機器無法作業”這3個制約因素平均選擇頻率均高于49%，是制約南方丘陵山區農業機械化發展的最主要因素。
將相對面積大且適合耕種的土地平整后開展機械化作業。參考韓國農田宜機化改造經驗，將一定范圍內零散細碎的土地通過土地交換分合重新進行規劃整理，以便于農事管理和開展機械化作業。歷經40多年的農田整治，韓國旱地作物農業機械化率得到顯著提高，到2019年已增長至60.2%。
土地整理應加強生態保護。土地整理不當可能會造成水土流失并引發一系列生態問題。因此，在土地整理前，可借助遙感、大數據等技術對各項可能導致生態環境影響的數據進行收集，并加以系統分析評價，制定出科學合理的實施方案。對于那些坡度過大、不適合整理進行機械化耕作的土地，可以從生態保護的角度利用好，實施退耕還林還草，發展林果業和畜牧業等。
以縣為單元建立智慧農業大數據中心與集成應用平臺
智慧農業大數據中心。在鄉村土地整理規劃的基礎上，以縣為單元建立服務于農業智能系統的智慧農業大數據中心與集成應用平臺，以村落作為應用節點、數據采集單元和實際操作單元。智慧農業大數據中心基于超級算力中心和算力網開發農業智能軟件系統，借助現代信息采集、傳輸、監控等設備，利用物聯網、傳感器、無線傳輸、數據存儲等技術，對農業產前、產中、產后的海量數據進行采集、傳輸，并存儲在信息化數據庫中；進而，借助大數據、人工智能等技術對海量數據進行分析建模，從而做出指導農事作業各環節的決策方案。該系統鏈接區域內各種類型的農業生產現場，是全區域農業生產的決策中樞。
智慧農業集成應用平臺。該平臺是基于農業大數據的集成應用平臺；融合農業一二三產，圍繞農業生產、加工、銷售全產業鏈的小樹屋全程監測和信息服務，面向農戶、農技人員、家庭農場、企業、消費者等用戶，以云服務的形式提供終端應用，從而提高農業全鏈見證條生產調度、決策、管理、服務能力。
基于全要素模擬的農業智能系統
一個縣及其所依附的農田就可以建立一個農業智能系統。農業智能系統以信息化技術為主要手段，通過農業生產全過程中的數據采集，在信息空間建立農業生產的“孿生系統”，即將農業生產過程搬到信息空間開展自主學習和訓練，最終實現基于數據分析的農業生產過程的決策與執行。通過人工模擬系統與真實生產系統的在線迭代，推動科學家的理論研究與生產實際系統的相互促進，以實現實驗室模型和算法與生產一線的指揮系統“在線連接”，進而令農業生產實現“自動化”，最終達到綠色生產節本增效的目的。該農業智能系統的組成按照農業生產過程可分為4個部分。
智能感知系統——建立天空地一體化數據信息采集體系。綜合運用衛星遙感監測、無人機遙感監測和地面站點監測等環境監測手段，基于大數據、云計算等關鍵技術，將涉及農業生產的“水土氣生”信息精準地測量和采集，實現對農業生產全領域、全過程、全覆蓋的實時動態監測。由于南方丘陵山區地勢復雜，在精準監測方面表現最好的地面監測手段，在實際操作中會面臨較多障礙。基于此，南方丘陵山區精準監測可以低空無人機為主。
智能通信系統——結合地面移動通信家教、應急通信、衛星通時租空間信等技術形成農業專用通信系統。由于農業生產地域跨度大，位置偏僻，集中作業強度高，畝均價值密度低，需要廣域覆蓋的低成本通信系統支撐，而我國南方丘陵山區信息基礎設施本就十分薄弱，大規模高密度的建設4G、5G通信基站成本過高。因此，基于衛星組網的6G通信會是農業通信系統的最佳選擇。
智能決策系統——構建支撐農業智能系統的超級計算中心，實現對農業生產數據的實時快速處理。算力中心可實時處理海量數據，并支持農業模型的訓練和農業智能算法的求解；同時，將決策指令下發到系統鏈接的農業生產現場，為不同地塊的農業生產決策提供支撐。由于南方丘陵山區種植作物種類多樣，種植結構復雜，智能決策平臺需要不斷對傳輸來的相關信息數據進行訓練和學習，從而逐步提升其決策能力。
智能作業系統——智能化農機裝備高質量作業的同時，實時進行數據采集，最終實現整個農業智能系統的數據流通。南方丘陵山區地形地貌等環境因素復雜。因此，要充分結合當地土地情況、種植作物特點等因素，以及考慮農機的坡度作業能力、石頭地作業能力等，對農機裝備進行個性化改造和研發。
水城區獼猴桃產業發展及智能裝備應用案例
水城區位于貴州省西部六盤水市核心腹地，是典型的喀斯特山區地貌區，山高坡陡，耕地破碎，石漠化和水土流失嚴重。2017年，水城被確定為中國科學院定點幫扶縣。面對嚴峻的脫貧攻堅形勢，中國科學院集中全院科技力量，充分發揮綜合科技優勢，立足水城產業發展和科技需求導向，因地制宜開展科技幫扶。目前，建立了以獼猴桃為主導，輔以食用菌、馬鈴薯、刺梨、小黃姜、中藥材、礦泉水、玄武巖纖維、生態漁業等多種產業協同推進的現代農業產業體系，通過時租科技賦能產業扶貧，促進貧困人群增收脫貧。
水城區獼猴桃種植面積12萬畝左右，以“紅陽”“東紅”2個品種為主——占全市種植面積的95%以上，可謂“雙紅獨大”。獼猴桃田間管理抹芽授粉、疏花疏果、采摘銷售等農事活動較為集中，導致勞動力需求集中和產品上市時間集中，易形成季節性的用工荒局面。這不僅增加獼猴桃產業勞動力成本，也嚴重影響產品銷售價格。
中國科學院以水城區獼猴桃產業為切入點，致力于面向以獼猴桃為代表的山地丘陵地區果樹產業，實現基于全要素模擬教學的農業智能系統，提升農業生產效率。針對獼猴桃生產管理中勞動力緊缺問題，中國科學院計算技術研究所研制了一款新型智能化農機——跟隨式碎枝機，通過先進的智能化技術實現機器的新型作業模式（圖2）。跟隨式碎枝機解決了獼猴桃剪枝碎枝環節繁瑣、還田費時費力的問題，實現一次碎枝、就地還田、增加土壤養分。
跟隨式碎枝機具有5個特點：山地化，采用履帶式底盤，爬坡能力達到30度，可適應喀斯特山區復雜地形多種工況下的碎枝作業。智能化，采用多種傳感設備，通過自研的控制系統實現自動跟隨、自主規劃、手柄遙控、APP遙控等功能。模塊化，采用標準智能底盤與作業部件相組合的方式，通過更換作業部件，可以方便地將本機改造成為其他智能山地農機，如智能運輸機器人、智能旋耕機等。清潔化，行走部件與作業部件均采用純電驅動，成本低、無污染，符合我國發展清潔能源的技術趨勢。平臺化，作為農業智能系統的終端執行部分，為全要素農業智能系統的實現奠定了堅實的基礎。
與傳統的固定式碎枝機相比，跟隨式碎枝機人員行走路線長度和工作量能減少到1/5左右，大幅降低獼猴桃剪枝工作量，提升工作效率。此外，該機還能夠推廣到桃、梨、蘋果等需要剪枝的果樹，具有廣泛的應用前景。
科技助力南方鄉村振興的發展建議
做好智慧鄉村頂層規劃設計，與現代化城市建設協同發展
城鄉發展不平衡不協調，是我國經濟社會發展存在的突出矛盾，鄉村振興戰略的核心要義之一就是城鄉融合發展和城鄉一體化。習近平總書記在《習近平談治國理政》第二卷中指出：“我們應該通過振興鄉村，開啟城鄉融合發展和現代化建設新局面”。黨的二十大報告也強調：“堅持農業農村優先發展，堅持城鄉融合發展”。因此，新時期全面推進智慧鄉村建設，應由政府組織牽頭，在現有農業農村信息化規劃和智慧城市頂層設計的基礎上，引導各級政府、各類企業、鄉村、公眾積極參與；充分利用好物聯網、人工智能、大數據、云計算等新一代信息技術在制定建設規范與標準、基于大數據背景做出鄉村空間規劃治理決策等方面發揮的作用，精準、高效做好智慧鄉村與現代化城市建設協同發展的統籌規劃設計。
加強農田農機農藝協同配套改造，推動農業機械化智能化發展
推動南方丘陵山區農業機械化智能化發展，首先要解決農田宜機化問題。現階段的農田規劃并未針對南北方地理及環境因素進行有差別的詳細規定，致使各地在實際農田改造過程中無據可依。建議結合《全國高標準農田建設規劃（2021—2030年）》和農業現代化發展要素需求，充分考慮農田、農機、農藝等相關要素，基于南北區域差異，從國家層面制定全國性的農田宜機化標準——明確規定改造地塊的最佳坡度、長度與寬度，綜合考慮作業情況、改造成本與長期收益。同時，應統籌考慮農機農藝融合問題，集成配套南方丘陵山區機械化生產體系。建議基于宜機化改造后的農田情況，優化種植結構，深化農機農藝融合的技術路線，從品種、產業、環節全面梳理丘陵山區農機裝備的需求清單；采用模塊化設計和系列化設計方法，集中力量加快突破關鍵技術，形成完善的裝備體系，最終推動南方丘陵山區農業的機械化智能化發展。
強化鄉村信息基礎設施建設，健全功能共享的統一數據系統
先進完善的信息基礎設施是建設數字鄉村的基礎，是發展智慧農業的重要信息保障。我國發展智慧農業的基礎設施尚不完善，傳統的通信方式難以滿足農業生產需求。因此，要加速推進鄉村信息基礎設施建設，同時還要兼顧智慧農業發展的網絡特殊需求。在國家新基建戰略下，加快物聯網、人工智能等新型基礎設施布局。推動網絡基礎設施在農村和農業生產中的共建共享，打造農業農村信息感知與互聯通信系統，建立天空地一體化觀測體系。重點圍繞智慧農業關鍵方向，推進基于衛星組網的6G通信建設。解決廣域大田信號覆蓋、移動通信、數據傳輸和監測等關鍵問題。要在國家層面健全功能共享的全國智慧農業統一數據系統。打通智慧農業信息資源數據共享渠道，實現數據的整合運用；同時，要做好數據資源的保密工作，切實保障好我國智慧農業數據信息安全。以信息基礎設施建設為保障，以海量數據為基礎，支撐我國智慧農業高速發展，為我國鄉村振興注入科技動能。
加大政策指導和人才培養力度，建成專業化高素質農業人才隊伍
高素質的農業人才是智慧農業發展的主力軍。政府應根據南方丘陵山區勞動力狀況和資源配置新變化新趨勢，發展智慧農業、建設現代農業新要求，加大政策指導和人才培養力度。加大政策支持。全方位、多渠道加大智慧農業宣傳力度，鼓勵高校畢業生、大學生村官和農業科技人才下鄉創業，明確相應創業扶持政策，吸引農村外出務工人員主動返鄉就業。加強人才支撐。加強相關創業企業用工需求信息采集，提供信息發布、用工指導等服務，將技術技能、農產品營銷、農業經營管理等農業科技人才統籌納入當地人才保障體系。加快完善新型職業農民培訓教育體系。聯合農機推廣服務機構、農業企業和農業職業院校，圍繞特色優勢產業，分層次、按類型開展新型農民的培訓，打造一支有文化、懂技術、善經營、會管理的高素質九宮格農民隊伍，為農業現代化建設提供堅實的人力支撐。
（作者：張玉成、李蕾、高樹琴，中國科學院計算技術研究所；吳威，北京國科伏羲科技有限公司；趙心剛，中國科學院科技促進發展局。《中國科學院院刊》供稿）