未来农业图景：农业4.0的发展趋势

这种讲究生产力和效率的工作应该是机器人的工作，100年后，我们人类甚至会为自己曾经做这些工作而感到羞耻，人类更应该去从事那些属于创新类的工作，比如艺术、探索、体验和科学等。

——凯文·凯利

2018年9月，全球首个无人农场在英国腾空出世。这是由英国哈珀亚当斯(Harper Adams)大学的农业工程师团队牵头创立的实验性农场项目，在没有任何人进入农场的情况下，由无人操控的机械自动完成从翻土、播种、施肥、灌溉到收成的全过程，而无人机则扮演了监督员的工作，给予农作物生产全过程以监督。这个由3位科学家组成的研究小组开发了多种自动化机械，包括一台自动拖拉机、一台自动联合收割机和一架农业无人机。拖拉机由农场主在操控室操作，负责播种和喷洒，收割机负责自动收割，而无人机负责采集“四情”^[1]数据，进行空中评估。

这个无人农场项目的成功，似乎验证了当今自动化农业已经不存在技术障碍，只要将各项技术整合起来，创建一套系统，就可以实现农业生产的无人化。这个农业工程师团队认为，无人农场代表着未来农业的某种图景，借助于自动化技术与物联网，农民最终将从土地和辛勤的劳作中释放出来，农业也将迎来新一轮的革命。

从工业4.0到农业4.0

2013年的德国汉诺威工业博览会首次提出工业4.0战略，德国学术界和产业界普遍认为，工业4.0将是以智能制造为主导的第四次工业革命，即通过深度应用信息通信技术，推动实体物理世界和虚拟网络世界的融合，在制造领域形成资源、信息、物品和人相互关联的“信息物理系统”，推动制造业向智能化转型。

2008年全球经济危机之后，世界主要发达国家和新兴经济体纷纷将产业战略重点转向制造业，这次战略大调整背后，是物联网、大数据、云计算、人工智能为代表的新一轮科技革命的喷涌，各国精英们已经敏锐地意识到，这些新的技术手段与传统制造的融合代表着未来产业革命的方向，更将赋予这些国家强劲的竞争力。2012年，一贯鼓吹制造业回流的奥巴马政府发布了《先进制造业国家战略计划》，之后德国发布《工业4.0战略》，英国和法国相继推出《工业2050》和《新工业法国计划》，日本发布《科技工业联盟》，在新兴经济体中，印度出台《印度制造》，中国则在2015年推出《中国制造2025》。

物联网、大数据、人工智能等新的技术、信息流的无孔不入不仅仅推动了工业的变革，也在悄无声息地改变农业的生产方式。如果说工业技术与生产模式从1.0到4.0，分别跨越了机械化、电气化、自动化，最终跃升到智能化，那么世界各国农业的发展历程也大致可以分为四个阶段。

农业1.0是以人力与畜力为主的传统农业。“面朝黄土背朝天”，最基本的劳动工具得到使用，工具虽然对人类体力消耗有一定的缓解，但并没有从根本上把人从繁重的农业体力劳动中解放出来。

农业2.0是以农场为标志、以机械化为主要特征的大规模农业。农业2.0也被称为机械化农业，是以农业机械代替人力、畜力，将落后低效的传统生产模式转变为先进高效的大规模生产方式。

农业3.0即自动化农业，是以现代信息技术的应用和局部生产作业自动化、智能化为主要特征的农业。随着计算机、电子和通信技术以及自动化装备在农业中的应用越发普遍，与机械化农业相比，自动化农业的资源利用率、土地产出率和劳动生产率更高。

欧美农业普遍经历了传统农业、机械化农业和自动化农业三个阶段，且基本已经实现了现代化，随着物联网、大数据、云计算以及人工智能等新的技术手段的成熟，农业将迎来以无人化为主要特征的4.0阶段。

何谓农业4.0

农业4.0作为新兴的概念，尚未有明确的定义。不过学术界已经在尝试勾勒农业4.0的轮廓。

中国农业大学教授李道亮是农业4.0研究的先行者，他从工业4.0中得到启发，认为“农业4.0是以物联网、大数据、移动互联、云计算技术为支撑和手段的一种现代农业形态，是智能农业，是继传统农业、机械化农业、信息化(自动化)农业之后，进化到更高阶段的产物”。^[2]中国工程院院士金涌则认为农业4.0除了智能化，还应包括生态化这个侧面，即“农业4.0既是生态农业，也是智能农业。它是涉及植物学、土壤学、栽培学、分子生物学、化学工程学、机械工程学、信息工程学、工程管理学等多学科的交叉，是循环经济、低碳经济、生态保护的主战场之一”。^[3]温铁军将农业4.0的内涵拓展到了社会层面，他认为农业4.0一方面是互联网+，另一方面是社会化的、城乡合作的、互动的、生态化的。^[4]农业4.0是在3.0的基础之上，全面推行农业的社会化和生态化，促进城乡结合、广泛参与的社会化农业，共同维护生态农业的综合性、包容性发展，最终促进农业经济回嵌社会、回嵌资源环境，达至人类回嵌自然。

综上所述，农业4.0包括了三个层面的融合互动：

第一，经济层面的“三产融合互动”。农业4.0将促进一、二、三产业的融合互动，通过把产业链、价值链等现代产业组织方式导入农业，更新农业现代化的新理念、新人才、新技术、新机制，形成新产业、新业态和新模式，从而培育出新的经济增长点。

第二，社会层面的“三农融合互动”。农业4.0统筹考虑农业、农村和农民，最终促进三农的协同发展。通过发展农业4.0，带动农村的生态宜居、文化复兴，带动农民生活富裕，实现三农的融合互动发展。

第三，生态圈层面的“三生融合互动”。农业4.0旨在打造一个泛农业的生态圈，对生产、生活、生态的所有资源进行再整合，通过促进城市与乡村、工业与农业、知识与资本、线上与线下等多要素的融合互动，让乡村不仅成为农业的生产空间，而且成为一种令人向往的宜居家园。

而将这些“三产”“三农”以及生态圈各要素融合互动的手段，就必须依赖以互联网为依托的各类信息技术的集成与应用。如果说农业3.0解决了农业的局部自动化与智能化，那么农业4.0则是通过信息技术的集成应用，包括更为透彻的感知技术、更广泛的互联互通技术和更深入的智能化处理技术，来实现农业全产业链条中所有信息流、资金流、物流等的有机协同和无缝对接。

长期关注人工智能的李开复曾言：“15年内，人工智能和自动化将具备取代40%—50%岗位的技术能力，主要集中在重复性劳动、有固定台本和对白内容的各种互动、不需要与人进行大量面对面交流的工作等领域。”^[5]机器取代人的趋势让很多人担忧，人工智能的普及会让很多人下岗失业，人工智能是否值得发展？也有很多人持完全不同的意见，硅谷的“未来帝”凯文·凯利则认为，人们当下争夺的大多数工作根本不应该由人来做，比如工厂流水线上的工作，或者是在商店里数钱和把箱子搬进仓库，“这种讲究生产力和效率的工作应该是机器人的工作，100年后，我们人类甚至会为自己曾经做这些工作而感到羞耻，人类更应该去从事那些属于创新类的工作，比如艺术、探索、体验和科学等。”^[6]

农业显然是属于人工替代的产业之一，而农业4.0最终将成为无人化的一种生产与管理系统。在未来的农业生产图景中，运行在大田、农场、种植工厂、畜牧工厂等中的不再是传统的农具和机械，而是通过物联网技术连接起来的一整套自动化设备，它们构成一个拥有感知能力、监测能力、分析能力、判断能力和实施能力的人工智能系统。这套建立在全面智能与自动化上的系统，将对现有的资源进行最佳化配置，无论是农产品的生产、加工、包装、运输、存储、物流或是交易等环节，都将实现智能化下生产效率、生产成本以及环境保护的最优控制。

中国农业代际演进

我国幅员辽阔，农业发展水平参差不齐，在不同区域呈现出不同的代际差别。根据中国农业大学教授李道亮的研究，我国农业1.0、2.0、3.0和4.0在全国范围的分布比例大致为20%、66%、13%和1%。^[7]如果按照70%作为进入下一代的判定标准的话，我国农业代际演进总体处于2.0向3.0过渡的阶段，大约在2050年我国农业总体完成以农业3.0为标准的农业现代化。

大约还有20%左右的农业生产方式还处在人力手工作业为主导的农业1.0阶段，这些区域大都分布在我国的西部地区，如四川、贵州、云南、西藏、甘肃等地。少数农业生产环节开始应用简单的机械装备，但因为这些地区经济发展水平较为落后，可耕种土地往往较为分散，机械化成本相对较高，因此农业1.0阶段还将在这些区域长期存在。

我国大宗农作物的主产区基本进入了农业2.0阶段，农业的机械化在全国范围内大概占到66%左右，以中东部地区、西部平原地区、新疆生产建设兵团以及东北垦区等为主，农用机械广泛地应用于各个生产环节，这些地区土地较为集中，易于普及机械化。根据农业部的规划，我国农业机械化率大概在2020年左右跨越70%的门槛。

农业3.0在全国范围内大概拥有13%左右的比重，其主要分布在沿海和东部地区、中西部经济发达地区，当前主要以示范为主。和欧美发达国家农业普遍实现3.0阶段的发展水平相比，我国农业总体发展水平较为滞后，普遍实现农业3.0也成为乡村振兴2050年制定的主要发展目标之一。(www.xing528.com)

农业4.0目前仅存在于国内个别环节、个别企业和个别领域的实验应用阶段，在全国范围内比重几乎可以忽略不计，即使放在全球视野中，农业4.0也是新概念、新的研究对象，中国目前正在这一领域加大研究与探索的力度。

农业4.0产业链

农业4.0的产业链条主要涵盖生产、经营、管理以及服务四个方面。这一链条以“互联网+”为纽带，将传统产业链条中的重要环节通过现代信息技术高度整合和优化，不断降低成本、优化质量、提高效率，最终提升农业的综合竞争力。

农业4.0的生产端通过建立“感知—传输—处理—控制”的闭环应用来提高设施园艺、大田种植、畜禽养殖、水产养殖等的智能自动化水平，通过按需控制和精细管理来实现农业的节本增效。信息感知成为智能自动化生产的首要环节，这可比农夫的眼睛、鼻子等感知器官，物联网将上至卫星遥感、中至无人机、下至地面传感器串联成一套立体化的感知系统，精准地对土地、农作物及畜禽进行数据收集。数据经过传输进入中央处理器，这如同农夫颇具经验的大脑，通过对收集的数据进行及时的处理，形成快速的决策系统以指导无人拖拉机、无人收割机等自动化设备的运转，后者好比是农夫的双手。不同的是，这一套高度拟人化的设备，与传统的农夫相比，无论是在哪个环节都大大地提升了效率与精准度。数据与机器最终将代替农夫，成为农业生产的主角。

农业4.0的经营端，是以电子商务和智能流通为代表的新型经营模式。通过“互联网+”将农产品、农业生产资料的流通与交易，以及农村特色旅游等线上线下融合化，不断扩展农业经营的网络化，促进农业农村经济的发展方式转变。

农业4.0的管理端，通过大数据、云计算等信息技术改造现有的农业管理系统，将电子政务、应急智慧、监测预警、质量追溯、数据调查等常规管理模式搬到网上，进行在线化管理，通过数据共享和业务协同，最终实现管理效能的提升。

农业4.0的服务端，旨在针对农民和新型农业经营主体，不断创新服务方式，为农业生产者提供及时、精准、高效的信息服务。随着大数据、物联网等技术的深入发展，农业生产的信息服务将变得越来越全面化与精准化，为经营主体系统性解决产前、产中、产后等服务。中国大数据掌控者之一的马云曾言：“由于大数据时代的出现，我们对计划经济和市场经济将进行重新定义，我们在过去的五六十年，大家认为市场经济要比计划经济好很多，但我个人觉得，未来30年，市场经济和计划经济将会被重新定义。”^[8]马云的逻辑支撑是万物互联的时代，人类获得数据的能力将远远超过想象，很多原本通过市场自动调节的经济现象完全可以通过精准的计划和预判来替代。同样在农业领域，按需供给时代的来临也许并非不可想象，农业生产什么、生产多少的问题或许在将来的某一天能够精准地被大数据所解决，生产过剩与有效供给不足也就自然迎刃而解。

中国的无人农场

2018年7月，江苏兴化国家粮食生产功能示范区内的一块500亩的农田里，十几台无人农机鱼贯而入。这是我国首轮农业全过程无人作业试验，由工信部、农业农村部等多部门指导，中国车载信息服务产业应用联盟和兴化市主办，超过100名国内外专家、政府和企业界人士到现场参观。

在众人的注视下，用了一个下午的时间，十几台无人机成功地进行了从整耕土地、打浆、插秧、施肥施药到收割的全流程作业，这些无人机可以实现厘米级的定位精度，12个来自汽车、农机、电子信息等领域的团队共同协作完成，这也是中国投入智能农机种类最为齐全、数量最多的一次农业无人化操作。根据媒体的报道，这一无人作业试验将在兴化、黑龙江、重庆等地进一步开展试验，在对标国际先进作业模式和技术趋势的基础上，按照农机、农艺、农业三个层级，以及土地、机器、算法、平台四个要素，组织全国近百家企事业单位和地方政府协同推动，计划到2025年在兴化市和其他农业代表性地区分级、分期、分布建立无人农场。本次试验最终将循序渐进实现耕作、管理、收割、储存及运输的数字化、智能化和网联化，实现农业生产的精准化、集约化、规模化和无人化，促进农业体质增效降本，将农业生产打造成为智能制造的车间和工厂。

未来乡村图景

长期致力于新农村环境建设的画家孙君曾经预言：“中国未来30年，乡村将成为奢侈品。”^[9]这句话一度成为媒体及朋友圈的金句。孙君认为随着中华信仰、乡村文化、自然为本等传统价值的回归，乡村必然会取代城市成为人人向往的居住空间，而城市很可能会沦为“警察与小偷共存的地方”。孙君看到了城市人群对乡村价值的肯定趋势，但从发达国家城乡发展史的角度来看，城市未必会变成“警察与小偷共存的地方”。从经济学物以稀为贵的一般规律来看，未来30年中国广大的乡村或许也难以成为奢侈品，但孙君的价值判断无疑是正确的，那就是乡村正越来越变得珍贵，这种价值也越来越显性化。

根据联合国的城镇化报告，到2050年全球将有70%的人口居住在城市地区，而中国的城镇化率显然将超越这个水准，农业人口的减少带来了农民收入增长的可能。邻国日本2018年的农业人口数量已经跌破了200万，仅占有全国总人口的1.5%，而日本农民的年收入与城市收入水平相当，这与欧洲、美国的情形相似，跨入农业3.0阶段的发达国家的农民年收入与城市水平的差距普遍并不显著。随着农业4.0时代的到来，自动化农业的高级化、无人化农业将削减更多的劳动力，农业拥有更高的产出效率，农民的收入将更上一层楼。

高科技赋能的农业4.0使得农民摆脱了田亩之累，面朝黄土背朝天的传统农民消失了，取而代之的是拥有高学历、高科技文化素质的职业农民。进入农业4.0时代的农业生产，无人农场、无人果园、无人物流、无人电子商务等无人化生产流通交易模式将成为主流，职业农民只需要偶尔摆弄一下手机就能掌控农业生产的全过程，而机器人将代替人工进行器械维修、保养及所有繁重琐碎的工作。职业农民无需日晒雨淋，黝黑的皮肤、粗糙的双手离他们远去，从外观上看他们和城市白领并无二致。他们在轻松从事农业生产的同时，还能享受到静谧美妙的田园风光，这让农民这个职业令人艳羡。与此同时，深入到每个县级市的高铁与互联网让农民轻松便捷地享受到城市的服务与资讯，乡村的基础设施、公共服务设施等水平与城市的差距愈发缩小。农民不再是荒野之外的流浪者，他们将通过快速交通及信息网络与城市生活快速联通。

笔者以为，在不远的将来，乡村将成为最广泛的新旅居空间，城市人群与职业农民一样，会成为“城乡双栖人”。随着全息投影3D技术的成熟，人与人可能并不需要面对面就能完成深层次的沟通交流，这是继电话和视频之后的又一次革命。通过全息投影3D技术，人与人之间的沟通效果与面对面的差距变得微乎其微，这使得远程办公的比重大大提升。上班族无需在同一物理空间中济济一堂，就能感受到老板和同事的细微表情、情绪乃至气场的变化。这同样适用于远程教育、远程医疗等。最终，远程革命将推动城市人群向外寻求更为宽敞、更便宜、更贴近自然的生活空间，他们将在城市与乡村之间穿梭，从目前的“5天在城市，2天在乡村”转变为“2天在城市，5天在乡村”。职业农民同样拥有更多的闲暇时光，他们和城市人群一样，都将成为“城乡双栖人”。

【注释】

[1]“四情”是田间作物的墒情、苗情、病虫情及灾情。

[2]李道亮： 《农业4.0——即将到来的智能农业时代》，《农学学报》2018年8月刊。

[3]徐骞： 《农业4.0： 为粮食安全和生态文明带来什么？——访中国工程院院士金涌》，《中国农资》2016年8月刊。

[4]温铁军： 《农业1.0如何向农业4.0演进》，《中国科技财富》2016年6月刊。

[5]参见《李开复： 人工智能或将取代人类近50%工作》，千龙网2018年9月3日。

[6]参见《凯文·凯利谈人工智能： 大多数工作根本不应该由人来做》，腾讯网2019年1月15日。

[7]李道亮： 《农业4.0——即将来临的智能农业时代》，机械工业出版社2019年1月版，第28—29页。

[8]参见马云： 《大数据时代，市场经济不一定比计划经济好》，腾讯科技2017年5月31日。文章来自马云在贵阳数博会上发表的《数据创造价值、创新驱动未来》的主题演讲。

[9]参见孙君： 《中国未来30年，乡村将成为奢侈品》，“北京绿十字”微信公众号。