在資料與資訊科技高速發展的時代，在新常態的發展階段中，設施園藝的智慧化成為熱點話題之一，成為在研究和生產應用領域都得到高度重視的前沿技術板塊。本文在借鑑設施園藝發達國家和工業領域經驗的基礎上，對中國設施園藝智慧化發展趨勢進行剖析，提出中國設施園藝智慧化的發展路徑。
設施園藝是設施農業的標誌產業之一，是集優質、高產、高效、安全為一體的現代農業生產方式，是農業生產方式轉變和農業結構調整戰略的重要支撐。多年以來，設施農業在保障和豐富蔬菜供給、改善農業生產條件、提高農業經濟效益、推動農村經濟發展和促進農民就業增收等方面發揮著重要作用。據相關資料統計，截止到2013年，中國設施栽培總面積已達395 萬公項，設施蔬菜總量2.5 億噸，佔鮮菜供應的40%以上，產值超過8000 億元。
作為一個龐大的產業，在資料與資訊科技高速發展的時代，在新常態的發展階段中，設施園藝的智慧化也成為熱點話題，成為在研究和生產應用領域都得到高度重視的前沿技術板塊。本文在借鑑設施園藝發達國家和工業領域經驗的基礎上，對中國設施園藝智慧化發展趨勢進行剖析，提出中國設施園藝智慧化的發展路徑。
設施園藝智慧化的概念
智慧化是以自動化為基礎，由現代資訊科技、現代管理技術、行業專用工藝技術彙集而成的應用整合。智慧化是對自動化生產體系的升級，是具有決策判斷能力、自適應和協作溝通能力的智慧作業系統。智慧化之於生活家居，形成了智慧樓宇住宅；之於汽車，形成了自動泊車等類似系統。智慧化的核心目標是透過裝置全部替代人的操作，部分替代人的決策，在節省人力的同時，使操作更精準，使決策更科學。設施園藝智慧化，是透過裝備技術完成設施園藝生產過程，自栽培管理等生產操作起，延展至採收和商品處理，實現設施生產自動作業，設施生產和經營的協同管理與系統決策。
值得注意的是，設施園藝智慧化與溫室環境控制智慧化不同，前者著眼於設施園藝整個生產過程，後者著眼於溫室環境本身；與物聯網在設施農業上的應用不同，前者重在作業與管理，後者重在對產出條件和產出商品的全程跟蹤和管理。與網際網路+不同，前者重在組織的協同內控與執行，後者重在組織的開放與外部共享。
設施園藝智慧化的必要性
設施園藝發達國家的智慧化歷程與現狀 以荷蘭和美國為例，都是設施園藝發達國家，兩國的設施園藝產業發展模式不盡相同，但殊途同歸，都走向了全面自動化（除部分採收環節外）和區域性智慧化的應用發展道路。在荷蘭，從20世紀90年代起逐步推進設施園藝生產自動化，伴隨著資訊科技的發展，將之快速移植應用於設施園藝之中，於90年代末形成了全面的自動化裝備體系，建立了勞動力管理、能源管理、環境管理和系統資源管理體系，逐步實現了智慧化。美國沿襲荷蘭的路徑，不同之處在於更為注重規模，注重大規模生產體系下的集約化組織方式，具體技術大致相同，但均以原創型的研究開發為主導。正是由於高度智慧化的裝備支撐，才使其在勞動力和生產資料成本高企的形勢下，實現了設施園藝企業在高度市場化的產業競爭環境中的生存和發展。
以這兩個國家為代表的設施園藝強國，智慧化的普及應用經歷了起步、關鍵節點突破和覆蓋環節延伸三個階段，除諸如採收等部分節點外，至今，在蔬菜和花卉兩個主導品類方面，基本實現了栽培到交貨上市的產業鏈全程自動化和關鍵環節智慧化。荷蘭溫室智慧化應用率超過90%。而在盆栽花卉領域，在各類作物的產後處理環節中，智慧化率達100%。圖1展示了荷蘭一家盆花生產企業的全程智慧化盆栽生產場景。
智慧化給設施園藝種植企業帶來的效益是綜合性的。一方面，因為智慧裝備的精準無誤，使其栽培生產作業實現了可靠精準的管理，從而獲得高產；另一方面，基於智慧體系的決策，使其生產管理、經營管理都經過科學的邏輯判斷，降低了誤判率，從而獲得持續的經營效益。
工業領域的智慧化歷程
設施園藝現代化可以看作農業生產工業化的過程，即常說的工廠化農業。事實上，設施園藝裝備大量源於工業。因此，工業領域的發展路徑值得借鑑。自工業革命開始，發達國家的工業發展經歷了機械化、電氣化、自動化、智慧化四個階段，如今雄心勃勃期望邁進工業4.0時代（德國稱為工業4.0，美國則稱為工業網際網路或再工業化），中國則提出了中國製造2025。機械化實現了省力提效的目標，電氣化使效率進一步提高，自動化則使機器代替了人的操作，智慧化使裝置代替人進行控制和管理。工業4.0則高於智慧化，也可稱為互動充分、個性彰顯的智慧化，或智慧製造的網際網路化。以汽車工業為例，在智慧化生產階段，流水線雖然效率極高，但只能生產標準的產品，一致的產品，消費需求和生產供給之間相互妥協。工業4.0的目標則是不降低效率的前提下實現個性化的產品生產，實現體現消費需求的訂單與滿足需求的生產之間實時的對話與協調，其結果是，在一條流水線上生產出來的產品可能是不一樣的。當然，鑑於初級配件的標準化，妥協依然存在，只是消費需求對生產供給的妥協更少而已。
無論是工業智慧化，還是工業4.0，都是以更高效的生產、最大限度滿足消費需求為目標的，都是在經濟效益驅動下發生的。這一點，設施園藝產業和工業相同，由自動化至智慧化的發展態勢也必將相似，未來甚至向設施園藝4.0發展。另一方面，設施園藝以溫室為生產場所，由可控的微環境替代了不可控的自然氣候，具備工廠化生產的條件，具備工業發展理念實施的前提。
新常態下設施園藝智慧化的發展需求
中國已進入新常態，對農業而言，調結構、穩增長、促改革成為主旋律。對於設施園藝產業來說，新常態意味著經濟效益和社會效益並重，而不是單純追求某一專案的示範帶動等社會效益；意味著效率和安全並重，農產品安全等監管不足和消費者對質量的漠視已成為歷史；意味著綜合成本的提高、資源約束和競爭壓力的加大，意味著生產、管理、經營發展方式的轉變，意味著效率提高壓力倍增，意味著決策失誤代價更大。這一切，對設施園藝生產提出了更高的效率、精準、應變要求。
城鎮化國策的快速推進，中國人口紅利時代的結束，將使勞動力成本持續上升，對設施園藝帶來的壓力將持續增加；產業之間、企業之間對勞動力資源的競爭，工作舒適度和強度成為重要的決定性指標。勞動力資源情況的變化，給設施園藝生產提出了完全不同於傳統農業的、與工業相仿的人力資源高效管理和開發要求。
總之，新常態下，設施農業種植者將面臨更為複雜的競爭環境，政策的扶持趨於理性，透過良好的經營管理和極高的生產效率獲得經濟效益是國家對產業的期望，也是對每一個從業者和企業的現實要求。為此，傳統的生產裝備將逐漸無法支撐，因地制宜、因需而設的生產智慧化將是重要的發展方向。 中國設施園藝智慧化發展現狀、趨勢與模式 現狀與趨勢 中國設施園藝尚未達到智慧化階段，事實上，設施園藝的機械化仍在發展之中。據農業部規劃設計研究院設施農業研究所進行的設施農業機械化水平評估報告（2014年）顯示，中國設施園藝耕整地機械化率為36%，灌溉施肥機械化率為17%，其他環節則更低。機械化是自動化、智慧化的基礎條件，機械化水平決定了中國設施園藝智慧化程度低的現狀。 與此同時，在扶持政策和產業需求的雙重推動下，中國設施園藝智慧化在部分環節、部分產業節點上陸續開花結果，從而逐步形成了擴大、延伸態勢。自20世紀90年代起，溫室環境智慧控制系統就開始引進、應用並逐步消化吸收，形成了一批自主創新的技術和產品，至今在溫室生產中的應用率雖不足1%，但體系日趨成熟，觀念深入人心。圖2和圖3為坐落在上海浦東的中國第一個智慧化種苗工廠區域性場景。可以說，中國的設施園藝智慧化是從環境控制智慧化開始的，但也被廣泛地誤解為二者是等同的。隨著集約化種苗產業、設施盆栽產業聚集效應的形成，出現了智慧種苗工廠和智慧盆栽花卉生產工廠，產生了致力於全程智慧化裝備體系研究開發和整合實施的企業。這些企業對設施園藝智慧化研究和應用的探索，將成為產業升級的新動力。 發展模式 中國設施園藝形式多樣，經營規模差異明顯，發展水平不同，設施園藝智慧化也應採取差異化的發展模式。當前，叢集式日光溫室和大棚在設施園藝中佔比最大，工廠化育苗對產業的節點帶動作用最為顯著，全程規模化生產企業龍頭作用最強，因此，可依據這三種典型的設施園藝生產型別，重點突破和發展分散叢集式設施關鍵環節智慧化、種苗生產智慧化和龍頭企業全程智慧化。
分散叢集式智慧化應用於日光溫室和塑膠大棚，鑑於設施條件、生產規模的限制，不能一蹴而就，應重點解決環境控制、水肥和植保管理、物料和產品輸送、產品的商品化處理四個主要環節。在環境控制和水肥管理上，採用叢集式智慧化，在提高效率的同時適度降低裝備投入成本。在物料和產品輸送、產品的商品化處理上，宜採用分散作業、集中處理的原則，研發推廣適應集中定點作業的清選裝置、分級裝置、包裝裝置和儲運裝置，在全面統籌的基礎上實現整個叢集的作業智慧化。
種苗生產智慧化是當前條件最為成熟的發展型別。種苗生產週期短，易於移動，現代化的種苗生產均實現了無土栽培技術的普遍應用，因此最具智慧化發展潛力。種苗生產智慧化應立足於解決種苗生產全過程的問題，包括播種（組培、嫁接或其他繁殖方式）、發芽、移栽、生長培養、煉苗、分級補苗和商品包裝等全部環節，還須在作業智慧化的基礎上，以設施園藝專用ERP軟體為基礎，實現資源管理。根據設施農業研究所對專案的例項測算，全程智慧化條件下的種苗生產，單位面積產出量是傳統集約化種苗生產的2.5倍以上。
設施園藝龍頭企業不僅銷售自身生產的產品，還肩負著帶動農戶實現標準化生產、進行產品收購和銷售的責任，產品吞吐量大，附加值高，生產鏈條長，一般都具備從種苗到商品化農產品的完整作業過程。無論是蔬菜還是花卉主導型生產者，都具備實現全程智慧化的條件和潛在需求。全程智慧化至少應包括種苗生產、成品生產、商品化處理和存貨管理四個主要方面，也須包括和種苗智慧化同樣的資源管理內容。
中國設施園藝智慧化發展路徑
如前文所述，中國設施園藝機械化基礎薄弱，與智慧化相距甚遠，應選擇循序漸進的發展路徑，從夯實基礎，到重點突破，再達全程智慧化的目標。 實現全程機械化是基礎 與工業智慧化的實現歷程相仿，設施園藝機械化、自動化是智慧化的基礎條件。當前，應加速適應於各種型別溫室設施的專用作業機械裝置的開發，加強與工業等其他行業的技術交流，透過交流互通提高開發速度。不僅要開發推廣適合日光溫室和大棚耕整地溫室設施專用裝置，而且要重視無土栽培為主的全程化栽培生產作業裝置的全面推進。 突破關鍵環節的自動化是近階段的重點 就現階段論，設施生產涉及到的全部環節中，不同環節的經濟效率槓桿作用差異很大，差異源於勞動力的使用及人工作業對質量的影響。比如在育苗生產中，嫁接環節、移栽環節、穴盤播種環節使用勞動力密集，且作業水平對產品質量影響大，而包裝環節和基質處理環節等所用人工較少。因此，應在調研、測算的基礎上，選擇從槓桿作用大的環節開始，率先解決關鍵環節自動化。 加強資源整合實現軟體提升 在努力實現全程機械化和關鍵環節自動化的過程中，整合農藝栽培資源、裝備技術資源、管理技術資源，選擇管理水平高的育苗企業或龍頭企業，以及具有一定基礎的叢集化日光溫室或大棚生產基地，以總體標準化、區域性定製化的手段開發頂層架構軟體，透過積累，逐步奠定智慧化的核心基礎。
實現全程智慧化 透過上述過程，以技術水平高、經濟價值高的設施生產門類為突破口，率先實現某一生產型別的全程智慧化，再根據產業總體發展水平，逐步覆蓋規模較大的連棟溫室，進而覆蓋整個產業。
結論 智慧化是設施園藝產業發展的高階階段，也是社會經濟發展水平和科技能力作用於設施園藝產業的綜合結果。中國設施園藝產業雖然距離智慧化的目標還很遠，但軟體與資訊科技、自動化控制技術、機械裝備等關鍵性支撐技術已然豐富，在其他領域應用廣泛。選擇適當路徑，提供必要的政策支援，以效益提升為導向，設施園藝的全程智慧化實現可期，對現代農業的提升推動作用也將更為顯著。
（來源：北京新型智慧農業研究院）
