在數(shù)據(jù)與信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，在新常態(tài)的發(fā)展階段中，設(shè)施園藝的智能化成為熱點(diǎn)話題之一，成為在研究和生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域都得到高度重視的前沿技術(shù)板塊。本文在借鑒設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家和工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)設(shè)施園藝智能化發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行剖析，提出中國(guó)設(shè)施園藝智能化的發(fā)展路徑。
設(shè)施園藝是設(shè)施農(nóng)業(yè)的標(biāo)志產(chǎn)業(yè)之一，是集優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、安全為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略的重要支撐。多年以來(lái)，設(shè)施農(nóng)業(yè)在保障和豐富蔬菜供給、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和促進(jìn)農(nóng)民就業(yè)增收等方面發(fā)揮著重要作用。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，截止到2013年，中國(guó)設(shè)施栽培總面積已達(dá)395 萬(wàn)公項(xiàng)，設(shè)施蔬菜總量2.5 億噸，占鮮菜供應(yīng)的40%以上，產(chǎn)值超過(guò)8000 億元。
作為一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，在數(shù)據(jù)與信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，在新常態(tài)的發(fā)展階段中，設(shè)施園藝的智能化也成為熱點(diǎn)話題，成為在研究和生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域都得到高度重視的前沿技術(shù)板塊。本文在借鑒設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家和工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)設(shè)施園藝智能化發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行剖析，提出中國(guó)設(shè)施園藝智能化的發(fā)展路徑。
設(shè)施園藝智能化的概念
智能化是以自動(dòng)化為基礎(chǔ)，由現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、行業(yè)專用工藝技術(shù)匯集而成的應(yīng)用集成。智能化是對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)體系的升級(jí)，是具有決策判斷能力、自適應(yīng)和協(xié)作溝通能力的智慧作業(yè)系統(tǒng)。智能化之于生活家居，形成了智能樓宇住宅；之于汽車，形成了自動(dòng)泊車等類似系統(tǒng)。智能化的核心目標(biāo)是通過(guò)設(shè)備全部替代人的操作，部分替代人的決策，在節(jié)省人力的同時(shí)，使操作更精準(zhǔn)，使決策更科學(xué)。設(shè)施園藝智能化，是通過(guò)裝備技術(shù)完成設(shè)施園藝生產(chǎn)過(guò)程，自栽培管理等生產(chǎn)操作起，延展至采收和商品處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)施生產(chǎn)自動(dòng)作業(yè)，設(shè)施生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的協(xié)同管理與系統(tǒng)決策。
值得注意的是，設(shè)施園藝智能化與溫室環(huán)境控制智能化不同，前者著眼于設(shè)施園藝整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，后者著眼于溫室環(huán)境本身；與物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用不同，前者重在作業(yè)與管理，后者重在對(duì)產(chǎn)出條件和產(chǎn)出商品的全程跟蹤和管理。與互聯(lián)網(wǎng)+不同，前者重在組織的協(xié)同內(nèi)控與執(zhí)行，后者重在組織的開放與外部共享。
設(shè)施園藝智能化的必要性
設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家的智能化歷程與現(xiàn)狀 以荷蘭和美國(guó)為例，都是設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家，兩國(guó)的設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式不盡相同，但殊途同歸，都走向了全面自動(dòng)化（除部分采收環(huán)節(jié)外）和局部智能化的應(yīng)用發(fā)展道路。在荷蘭，從20世紀(jì)90年代起逐步推進(jìn)設(shè)施園藝生產(chǎn)自動(dòng)化，伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，將之快速移植應(yīng)用于設(shè)施園藝之中，于90年代末形成了全面的自動(dòng)化裝備體系，建立了勞動(dòng)力管理、能源管理、環(huán)境管理和系統(tǒng)資源管理體系，逐步實(shí)現(xiàn)了智能化。美國(guó)沿襲荷蘭的路徑，不同之處在于更為注重規(guī)模，注重大規(guī)模生產(chǎn)體系下的集約化組織方式，具體技術(shù)大致相同，但均以原創(chuàng)型的研究開發(fā)為主導(dǎo)。正是由于高度智能化的裝備支撐，才使其在勞動(dòng)力和生產(chǎn)資料成本高企的形勢(shì)下，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施園藝企業(yè)在高度市場(chǎng)化的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中的生存和發(fā)展。
以這兩個(gè)國(guó)家為代表的設(shè)施園藝強(qiáng)國(guó)，智能化的普及應(yīng)用經(jīng)歷了起步、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)突破和覆蓋環(huán)節(jié)延伸三個(gè)階段，除諸如采收等部分節(jié)點(diǎn)外，至今，在蔬菜和花卉兩個(gè)主導(dǎo)品類方面，基本實(shí)現(xiàn)了栽培到交貨上市的產(chǎn)業(yè)鏈全程自動(dòng)化和關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能化。荷蘭溫室智能化應(yīng)用率超過(guò)90%。而在盆栽花卉領(lǐng)域，在各類作物的產(chǎn)后處理環(huán)節(jié)中，智能化率達(dá)100%。圖1展示了荷蘭一家盆花生產(chǎn)企業(yè)的全程智能化盆栽生產(chǎn)場(chǎng)景。
智能化給設(shè)施園藝種植企業(yè)帶來(lái)的效益是綜合性的。一方面，因?yàn)橹悄苎b備的精準(zhǔn)無(wú)誤，使其栽培生產(chǎn)作業(yè)實(shí)現(xiàn)了可靠精準(zhǔn)的管理，從而獲得高產(chǎn)；另一方面，基于智能體系的決策，使其生產(chǎn)管理、經(jīng)營(yíng)管理都經(jīng)過(guò)科學(xué)的邏輯判斷，降低了誤判率，從而獲得持續(xù)的經(jīng)營(yíng)效益。
工業(yè)領(lǐng)域的智能化歷程
設(shè)施園藝現(xiàn)代化可以看作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工業(yè)化的過(guò)程，即常說(shuō)的工廠化農(nóng)業(yè)。事實(shí)上，設(shè)施園藝裝備大量源于工業(yè)。因此，工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展路徑值得借鑒。自工業(yè)革命開始，發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化、智能化四個(gè)階段，如今雄心勃勃期望邁進(jìn)工業(yè)4.0時(shí)代（德國(guó)稱為工業(yè)4.0，美國(guó)則稱為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或再工業(yè)化），中國(guó)則提出了中國(guó)制造2025。機(jī)械化實(shí)現(xiàn)了省力提效的目標(biāo)，電氣化使效率進(jìn)一步提高，自動(dòng)化則使機(jī)器代替了人的操作，智能化使設(shè)備代替人進(jìn)行控制和管理。工業(yè)4.0則高于智能化，也可稱為交互充分、個(gè)性彰顯的智能化，或智能制造的互聯(lián)網(wǎng)化。以汽車工業(yè)為例，在智能化生產(chǎn)階段，流水線雖然效率極高，但只能生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，一致的產(chǎn)品，消費(fèi)需求和生產(chǎn)供給之間相互妥協(xié)。工業(yè)4.0的目標(biāo)則是不降低效率的前提下實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的產(chǎn)品生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)消費(fèi)需求的訂單與滿足需求的生產(chǎn)之間實(shí)時(shí)的對(duì)話與協(xié)調(diào)，其結(jié)果是，在一條流水線上生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品可能是不一樣的。當(dāng)然，鑒于初級(jí)配件的標(biāo)準(zhǔn)化，妥協(xié)依然存在，只是消費(fèi)需求對(duì)生產(chǎn)供給的妥協(xié)更少而已。
無(wú)論是工業(yè)智能化，還是工業(yè)4.0，都是以更高效的生產(chǎn)、最大限度滿足消費(fèi)需求為目標(biāo)的，都是在經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng)下發(fā)生的。這一點(diǎn)，設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)和工業(yè)相同，由自動(dòng)化至智能化的發(fā)展態(tài)勢(shì)也必將相似，未來(lái)甚至向設(shè)施園藝4.0發(fā)展。另一方面，設(shè)施園藝以溫室為生產(chǎn)場(chǎng)所，由可控的微環(huán)境替代了不可控的自然氣候，具備工廠化生產(chǎn)的條件，具備工業(yè)發(fā)展理念實(shí)施的前提。
新常態(tài)下設(shè)施園藝智能化的發(fā)展需求
中國(guó)已進(jìn)入新常態(tài)，對(duì)農(nóng)業(yè)而言，調(diào)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)增長(zhǎng)、促改革成為主旋律。對(duì)于設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，新常態(tài)意味著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益并重，而不是單純追求某一項(xiàng)目的示范帶動(dòng)等社會(huì)效益；意味著效率和安全并重，農(nóng)產(chǎn)品安全等監(jiān)管不足和消費(fèi)者對(duì)質(zhì)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(jìng)爭(zhēng)壓力的加大，意味著生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，意味著效率提高壓力倍增，意味著決策失誤代價(jià)更大。這一切，對(duì)設(shè)施園藝生產(chǎn)提出了更高的效率、精準(zhǔn)、應(yīng)變要求。 城鎮(zhèn)化國(guó)策的快速推進(jìn)，中國(guó)人口紅利時(shí)代的結(jié)束，將使勞動(dòng)力成本持續(xù)上升，對(duì)設(shè)施園藝帶來(lái)的壓力將持續(xù)增加；產(chǎn)業(yè)之間、企業(yè)之間對(duì)勞動(dòng)力資源的競(jìng)爭(zhēng)，工作舒適度和強(qiáng)度成為重要的決定性指標(biāo)。勞動(dòng)力資源情況的變化，給設(shè)施園藝生產(chǎn)提出了完全不同于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的、與工業(yè)相仿的人力資源高效管理和開發(fā)要求。
總之，新常態(tài)下，設(shè)施農(nóng)業(yè)種植者將面臨更為復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，政策的扶持趨于理性，通過(guò)良好的經(jīng)營(yíng)管理和極高的生產(chǎn)效率獲得經(jīng)濟(jì)效益是國(guó)家對(duì)產(chǎn)業(yè)的期望，也是對(duì)每一個(gè)從業(yè)者和企業(yè)的現(xiàn)實(shí)要求。為此，傳統(tǒng)的生產(chǎn)裝備將逐漸無(wú)法支撐，因地制宜、因需而設(shè)的生產(chǎn)智能化將是重要的發(fā)展方向。 中國(guó)設(shè)施園藝智能化發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)與模式 現(xiàn)狀與趨勢(shì) 中國(guó)設(shè)施園藝尚未達(dá)到智能化階段，事實(shí)上，設(shè)施園藝的機(jī)械化仍在發(fā)展之中。據(jù)農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所進(jìn)行的設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平評(píng)估報(bào)告（2014年）顯示，中國(guó)設(shè)施園藝耕整地機(jī)械化率為36%，灌溉施肥機(jī)械化率為17%，其他環(huán)節(jié)則更低。機(jī)械化是自動(dòng)化、智能化的基礎(chǔ)條件，機(jī)械化水平?jīng)Q定了中國(guó)設(shè)施園藝智能化程度低的現(xiàn)狀。 與此同時(shí)，在扶持政策和產(chǎn)業(yè)需求的雙重推動(dòng)下，中國(guó)設(shè)施園藝智能化在部分環(huán)節(jié)、部分產(chǎn)業(yè)節(jié)點(diǎn)上陸續(xù)開花結(jié)果，從而逐步形成了擴(kuò)大、延伸態(tài)勢(shì)。自20世紀(jì)90年代起，溫室環(huán)境智能控制系統(tǒng)就開始引進(jìn)、應(yīng)用并逐步消化吸收，形成了一批自主創(chuàng)新的技術(shù)和產(chǎn)品，至今在溫室生產(chǎn)中的應(yīng)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(guó)第一個(gè)智能化種苗工廠局部場(chǎng)景。可以說(shuō)，中國(guó)的設(shè)施園藝智能化是從環(huán)境控制智能化開始的，但也被廣泛地誤解為二者是等同的。隨著集約化種苗產(chǎn)業(yè)、設(shè)施盆栽產(chǎn)業(yè)聚集效應(yīng)的形成，出現(xiàn)了智能種苗工廠和智能盆栽花卉生產(chǎn)工廠，產(chǎn)生了致力于全程智能化裝備體系研究開發(fā)和集成實(shí)施的企業(yè)。這些企業(yè)對(duì)設(shè)施園藝智能化研究和應(yīng)用的探索，將成為產(chǎn)業(yè)升級(jí)的新動(dòng)力。 發(fā)展模式 中國(guó)設(shè)施園藝形式多樣，經(jīng)營(yíng)規(guī)模差異明顯，發(fā)展水平不同，設(shè)施園藝智能化也應(yīng)采取差異化的發(fā)展模式。當(dāng)前，集群式日光溫室和大棚在設(shè)施園藝中占比最大，工廠化育苗對(duì)產(chǎn)業(yè)的節(jié)點(diǎn)帶動(dòng)作用最為顯著，全程規(guī)模化生產(chǎn)企業(yè)龍頭作用最強(qiáng)，因此，可依據(jù)這三種典型的設(shè)施園藝生產(chǎn)類型，重點(diǎn)突破和發(fā)展分散集群式設(shè)施關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能化、種苗生產(chǎn)智能化和龍頭企業(yè)全程智能化。 分散集群式智能化應(yīng)用于日光溫室和塑料大棚，鑒于設(shè)施條件、生產(chǎn)規(guī)模的限制，不能一蹴而就，應(yīng)重點(diǎn)解決環(huán)境控制、水肥和植保管理、物料和產(chǎn)品輸送、產(chǎn)品的商品化處理四個(gè)主要環(huán)節(jié)。在環(huán)境控制和水肥管理上，采用集群式智能化，在提高效率的同時(shí)適度降低裝備投入成本。在物料和產(chǎn)品輸送、產(chǎn)品的商品化處理上，宜采用分散作業(yè)、集中處理的原則，研發(fā)推廣適應(yīng)集中定點(diǎn)作業(yè)的清選設(shè)備、分級(jí)設(shè)備、包裝設(shè)備和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備，在全面統(tǒng)籌的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)整個(gè)集群的作業(yè)智能化。
種苗生產(chǎn)智能化是當(dāng)前條件最為成熟的發(fā)展類型。種苗生產(chǎn)周期短，易于移動(dòng)，現(xiàn)代化的種苗生產(chǎn)均實(shí)現(xiàn)了無(wú)土栽培技術(shù)的普遍應(yīng)用，因此最具智能化發(fā)展?jié)摿Α７N苗生產(chǎn)智能化應(yīng)立足于解決種苗生產(chǎn)全過(guò)程的問(wèn)題，包括播種（組培、嫁接或其他繁殖方式）、發(fā)芽、移栽、生長(zhǎng)培養(yǎng)、煉苗、分級(jí)補(bǔ)苗和商品包裝等全部環(huán)節(jié)，還須在作業(yè)智能化的基礎(chǔ)上，以設(shè)施園藝專用ERP軟件為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)資源管理。根據(jù)設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所對(duì)項(xiàng)目的實(shí)例測(cè)算，全程智能化條件下的種苗生產(chǎn)，單位面積產(chǎn)出量是傳統(tǒng)集約化種苗生產(chǎn)的2.5倍以上。
設(shè)施園藝龍頭企業(yè)不僅銷售自身生產(chǎn)的產(chǎn)品，還肩負(fù)著帶動(dòng)農(nóng)戶實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、進(jìn)行產(chǎn)品收購(gòu)和銷售的責(zé)任，產(chǎn)品吞吐量大，附加值高，生產(chǎn)鏈條長(zhǎng)，一般都具備從種苗到商品化農(nóng)產(chǎn)品的完整作業(yè)過(guò)程。無(wú)論是蔬菜還是花卉主導(dǎo)型生產(chǎn)者，都具備實(shí)現(xiàn)全程智能化的條件和潛在需求。全程智能化至少應(yīng)包括種苗生產(chǎn)、成品生產(chǎn)、商品化處理和存貨管理四個(gè)主要方面，也須包括和種苗智能化同樣的資源管理內(nèi)容。
中國(guó)設(shè)施園藝智能化發(fā)展路徑
如前文所述，中國(guó)設(shè)施園藝機(jī)械化基礎(chǔ)薄弱，與智能化相距甚遠(yuǎn)，應(yīng)選擇循序漸進(jìn)的發(fā)展路徑，從夯實(shí)基礎(chǔ)，到重點(diǎn)突破，再達(dá)全程智能化的目標(biāo)。 實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化是基礎(chǔ) 與工業(yè)智能化的實(shí)現(xiàn)歷程相仿，設(shè)施園藝機(jī)械化、自動(dòng)化是智能化的基礎(chǔ)條件。當(dāng)前，應(yīng)加速適應(yīng)于各種類型溫室設(shè)施的專用作業(yè)機(jī)械設(shè)備的開發(fā)，加強(qiáng)與工業(yè)等其他行業(yè)的技術(shù)交流，通過(guò)交流互通提高開發(fā)速度。不僅要開發(fā)推廣適合日光溫室和大棚耕整地溫室設(shè)施專用設(shè)備，而且要重視無(wú)土栽培為主的全程化栽培生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備的全面推進(jìn)。 突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)的自動(dòng)化是近階段的重點(diǎn) 就現(xiàn)階段論，設(shè)施生產(chǎn)涉及到的全部環(huán)節(jié)中，不同環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)效率杠桿作用差異很大，差異源于勞動(dòng)力的使用及人工作業(yè)對(duì)質(zhì)量的影響。比如在育苗生產(chǎn)中，嫁接環(huán)節(jié)、移栽環(huán)節(jié)、穴盤播種環(huán)節(jié)使用勞動(dòng)力密集，且作業(yè)水平對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響大，而包裝環(huán)節(jié)和基質(zhì)處理環(huán)節(jié)等所用人工較少。因此，應(yīng)在調(diào)研、測(cè)算的基礎(chǔ)上，選擇從杠桿作用大的環(huán)節(jié)開始，率先解決關(guān)鍵環(huán)節(jié)自動(dòng)化。 加強(qiáng)資源整合實(shí)現(xiàn)軟件提升 在努力實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化和關(guān)鍵環(huán)節(jié)自動(dòng)化的過(guò)程中，整合農(nóng)藝栽培資源、裝備技術(shù)資源、管理技術(shù)資源，選擇管理水平高的育苗企業(yè)或龍頭企業(yè)，以及具有一定基礎(chǔ)的集群化日光溫室或大棚生產(chǎn)基地，以總體標(biāo)準(zhǔn)化、局部定制化的手段開發(fā)頂層架構(gòu)軟件，通過(guò)積累，逐步奠定智能化的核心基礎(chǔ)。 實(shí)現(xiàn)全程智能化 通過(guò)上述過(guò)程，以技術(shù)水平高、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的設(shè)施生產(chǎn)門類為突破口，率先實(shí)現(xiàn)某一生產(chǎn)類型的全程智能化，再根據(jù)產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展水平，逐步覆蓋規(guī)模較大的連棟溫室，進(jìn)而覆蓋整個(gè)產(chǎn)業(yè)。
結(jié)論 智能化是設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高級(jí)階段，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和科技能力作用于設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的綜合結(jié)果。中國(guó)設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)雖然距離智能化的目標(biāo)還很遠(yuǎn)，但軟件與信息技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、機(jī)械裝備等關(guān)鍵性支撐技術(shù)已然豐富，在其他領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。選擇適當(dāng)路徑，提供必要的政策支持，以效益提升為導(dǎo)向，設(shè)施園藝的全程智能化實(shí)現(xiàn)可期，對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的提升推動(dòng)作用也將更為顯著。
設(shè)施園藝是設(shè)施農(nóng)業(yè)的標(biāo)志產(chǎn)業(yè)之一，是集優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、安全為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略的重要支撐。多年以來(lái)，設(shè)施農(nóng)業(yè)在保障和豐富蔬菜供給、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和促進(jìn)農(nóng)民就業(yè)增收等方面發(fā)揮著重要作用。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，截止到2013年，中國(guó)設(shè)施栽培總面積已達(dá)395 萬(wàn)公項(xiàng)，設(shè)施蔬菜總量2.5 億噸，占鮮菜供應(yīng)的40%以上，產(chǎn)值超過(guò)8000 億元。
作為一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，在數(shù)據(jù)與信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，在新常態(tài)的發(fā)展階段中，設(shè)施園藝的智能化也成為熱點(diǎn)話題，成為在研究和生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域都得到高度重視的前沿技術(shù)板塊。本文在借鑒設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家和工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)設(shè)施園藝智能化發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行剖析，提出中國(guó)設(shè)施園藝智能化的發(fā)展路徑。
設(shè)施園藝智能化的概念
智能化是以自動(dòng)化為基礎(chǔ)，由現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、行業(yè)專用工藝技術(shù)匯集而成的應(yīng)用集成。智能化是對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)體系的升級(jí)，是具有決策判斷能力、自適應(yīng)和協(xié)作溝通能力的智慧作業(yè)系統(tǒng)。智能化之于生活家居，形成了智能樓宇住宅；之于汽車，形成了自動(dòng)泊車等類似系統(tǒng)。智能化的核心目標(biāo)是通過(guò)設(shè)備全部替代人的操作，部分替代人的決策，在節(jié)省人力的同時(shí)，使操作更精準(zhǔn)，使決策更科學(xué)。設(shè)施園藝智能化，是通過(guò)裝備技術(shù)完成設(shè)施園藝生產(chǎn)過(guò)程，自栽培管理等生產(chǎn)操作起，延展至采收和商品處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)施生產(chǎn)自動(dòng)作業(yè)，設(shè)施生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的協(xié)同管理與系統(tǒng)決策。
值得注意的是，設(shè)施園藝智能化與溫室環(huán)境控制智能化不同，前者著眼于設(shè)施園藝整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，后者著眼于溫室環(huán)境本身；與物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用不同，前者重在作業(yè)與管理，后者重在對(duì)產(chǎn)出條件和產(chǎn)出商品的全程跟蹤和管理。與互聯(lián)網(wǎng)+不同，前者重在組織的協(xié)同內(nèi)控與執(zhí)行，后者重在組織的開放與外部共享。
設(shè)施園藝智能化的必要性
設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家的智能化歷程與現(xiàn)狀 以荷蘭和美國(guó)為例，都是設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家，兩國(guó)的設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式不盡相同，但殊途同歸，都走向了全面自動(dòng)化（除部分采收環(huán)節(jié)外）和局部智能化的應(yīng)用發(fā)展道路。在荷蘭，從20世紀(jì)90年代起逐步推進(jìn)設(shè)施園藝生產(chǎn)自動(dòng)化，伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，將之快速移植應(yīng)用于設(shè)施園藝之中，于90年代末形成了全面的自動(dòng)化裝備體系，建立了勞動(dòng)力管理、能源管理、環(huán)境管理和系統(tǒng)資源管理體系，逐步實(shí)現(xiàn)了智能化。美國(guó)沿襲荷蘭的路徑，不同之處在于更為注重規(guī)模，注重大規(guī)模生產(chǎn)體系下的集約化組織方式，具體技術(shù)大致相同，但均以原創(chuàng)型的研究開發(fā)為主導(dǎo)。正是由于高度智能化的裝備支撐，才使其在勞動(dòng)力和生產(chǎn)資料成本高企的形勢(shì)下，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施園藝企業(yè)在高度市場(chǎng)化的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中的生存和發(fā)展。
以這兩個(gè)國(guó)家為代表的設(shè)施園藝強(qiáng)國(guó)，智能化的普及應(yīng)用經(jīng)歷了起步、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)突破和覆蓋環(huán)節(jié)延伸三個(gè)階段，除諸如采收等部分節(jié)點(diǎn)外，至今，在蔬菜和花卉兩個(gè)主導(dǎo)品類方面，基本實(shí)現(xiàn)了栽培到交貨上市的產(chǎn)業(yè)鏈全程自動(dòng)化和關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能化。荷蘭溫室智能化應(yīng)用率超過(guò)90%。而在盆栽花卉領(lǐng)域，在各類作物的產(chǎn)后處理環(huán)節(jié)中，智能化率達(dá)100%。圖1展示了荷蘭一家盆花生產(chǎn)企業(yè)的全程智能化盆栽生產(chǎn)場(chǎng)景。
智能化給設(shè)施園藝種植企業(yè)帶來(lái)的效益是綜合性的。一方面，因?yàn)橹悄苎b備的精準(zhǔn)無(wú)誤，使其栽培生產(chǎn)作業(yè)實(shí)現(xiàn)了可靠精準(zhǔn)的管理，從而獲得高產(chǎn)；另一方面，基于智能體系的決策，使其生產(chǎn)管理、經(jīng)營(yíng)管理都經(jīng)過(guò)科學(xué)的邏輯判斷，降低了誤判率，從而獲得持續(xù)的經(jīng)營(yíng)效益。
工業(yè)領(lǐng)域的智能化歷程
設(shè)施園藝現(xiàn)代化可以看作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工業(yè)化的過(guò)程，即常說(shuō)的工廠化農(nóng)業(yè)。事實(shí)上，設(shè)施園藝裝備大量源于工業(yè)。因此，工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展路徑值得借鑒。自工業(yè)革命開始，發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化、智能化四個(gè)階段，如今雄心勃勃期望邁進(jìn)工業(yè)4.0時(shí)代（德國(guó)稱為工業(yè)4.0，美國(guó)則稱為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或再工業(yè)化），中國(guó)則提出了中國(guó)制造2025。機(jī)械化實(shí)現(xiàn)了省力提效的目標(biāo)，電氣化使效率進(jìn)一步提高，自動(dòng)化則使機(jī)器代替了人的操作，智能化使設(shè)備代替人進(jìn)行控制和管理。工業(yè)4.0則高于智能化，也可稱為交互充分、個(gè)性彰顯的智能化，或智能制造的互聯(lián)網(wǎng)化。以汽車工業(yè)為例，在智能化生產(chǎn)階段，流水線雖然效率極高，但只能生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，一致的產(chǎn)品，消費(fèi)需求和生產(chǎn)供給之間相互妥協(xié)。工業(yè)4.0的目標(biāo)則是不降低效率的前提下實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的產(chǎn)品生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)消費(fèi)需求的訂單與滿足需求的生產(chǎn)之間實(shí)時(shí)的對(duì)話與協(xié)調(diào)，其結(jié)果是，在一條流水線上生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品可能是不一樣的。當(dāng)然，鑒于初級(jí)配件的標(biāo)準(zhǔn)化，妥協(xié)依然存在，只是消費(fèi)需求對(duì)生產(chǎn)供給的妥協(xié)更少而已。
無(wú)論是工業(yè)智能化，還是工業(yè)4.0，都是以更高效的生產(chǎn)、最大限度滿足消費(fèi)需求為目標(biāo)的，都是在經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng)下發(fā)生的。這一點(diǎn)，設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)和工業(yè)相同，由自動(dòng)化至智能化的發(fā)展態(tài)勢(shì)也必將相似，未來(lái)甚至向設(shè)施園藝4.0發(fā)展。另一方面，設(shè)施園藝以溫室為生產(chǎn)場(chǎng)所，由可控的微環(huán)境替代了不可控的自然氣候，具備工廠化生產(chǎn)的條件，具備工業(yè)發(fā)展理念實(shí)施的前提。
新常態(tài)下設(shè)施園藝智能化的發(fā)展需求
中國(guó)已進(jìn)入新常態(tài)，對(duì)農(nóng)業(yè)而言，調(diào)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)增長(zhǎng)、促改革成為主旋律。對(duì)于設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，新常態(tài)意味著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益并重，而不是單純追求某一項(xiàng)目的示范帶動(dòng)等社會(huì)效益；意味著效率和安全并重，農(nóng)產(chǎn)品安全等監(jiān)管不足和消費(fèi)者對(duì)質(zhì)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(jìng)爭(zhēng)壓力的加大，意味著生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，意味著效率提高壓力倍增，意味著決策失誤代價(jià)更大。這一切，對(duì)設(shè)施園藝生產(chǎn)提出了更高的效率、精準(zhǔn)、應(yīng)變要求。 城鎮(zhèn)化國(guó)策的快速推進(jìn)，中國(guó)人口紅利時(shí)代的結(jié)束，將使勞動(dòng)力成本持續(xù)上升，對(duì)設(shè)施園藝帶來(lái)的壓力將持續(xù)增加；產(chǎn)業(yè)之間、企業(yè)之間對(duì)勞動(dòng)力資源的競(jìng)爭(zhēng)，工作舒適度和強(qiáng)度成為重要的決定性指標(biāo)。勞動(dòng)力資源情況的變化，給設(shè)施園藝生產(chǎn)提出了完全不同于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的、與工業(yè)相仿的人力資源高效管理和開發(fā)要求。
總之，新常態(tài)下，設(shè)施農(nóng)業(yè)種植者將面臨更為復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，政策的扶持趨于理性，通過(guò)良好的經(jīng)營(yíng)管理和極高的生產(chǎn)效率獲得經(jīng)濟(jì)效益是國(guó)家對(duì)產(chǎn)業(yè)的期望，也是對(duì)每一個(gè)從業(yè)者和企業(yè)的現(xiàn)實(shí)要求。為此，傳統(tǒng)的生產(chǎn)裝備將逐漸無(wú)法支撐，因地制宜、因需而設(shè)的生產(chǎn)智能化將是重要的發(fā)展方向。 中國(guó)設(shè)施園藝智能化發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)與模式 現(xiàn)狀與趨勢(shì) 中國(guó)設(shè)施園藝尚未達(dá)到智能化階段，事實(shí)上，設(shè)施園藝的機(jī)械化仍在發(fā)展之中。據(jù)農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所進(jìn)行的設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平評(píng)估報(bào)告（2014年）顯示，中國(guó)設(shè)施園藝耕整地機(jī)械化率為36%，灌溉施肥機(jī)械化率為17%，其他環(huán)節(jié)則更低。機(jī)械化是自動(dòng)化、智能化的基礎(chǔ)條件，機(jī)械化水平?jīng)Q定了中國(guó)設(shè)施園藝智能化程度低的現(xiàn)狀。 與此同時(shí)，在扶持政策和產(chǎn)業(yè)需求的雙重推動(dòng)下，中國(guó)設(shè)施園藝智能化在部分環(huán)節(jié)、部分產(chǎn)業(yè)節(jié)點(diǎn)上陸續(xù)開花結(jié)果，從而逐步形成了擴(kuò)大、延伸態(tài)勢(shì)。自20世紀(jì)90年代起，溫室環(huán)境智能控制系統(tǒng)就開始引進(jìn)、應(yīng)用并逐步消化吸收，形成了一批自主創(chuàng)新的技術(shù)和產(chǎn)品，至今在溫室生產(chǎn)中的應(yīng)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(guó)第一個(gè)智能化種苗工廠局部場(chǎng)景。可以說(shuō)，中國(guó)的設(shè)施園藝智能化是從環(huán)境控制智能化開始的，但也被廣泛地誤解為二者是等同的。隨著集約化種苗產(chǎn)業(yè)、設(shè)施盆栽產(chǎn)業(yè)聚集效應(yīng)的形成，出現(xiàn)了智能種苗工廠和智能盆栽花卉生產(chǎn)工廠，產(chǎn)生了致力于全程智能化裝備體系研究開發(fā)和集成實(shí)施的企業(yè)。這些企業(yè)對(duì)設(shè)施園藝智能化研究和應(yīng)用的探索，將成為產(chǎn)業(yè)升級(jí)的新動(dòng)力。 發(fā)展模式 中國(guó)設(shè)施園藝形式多樣，經(jīng)營(yíng)規(guī)模差異明顯，發(fā)展水平不同，設(shè)施園藝智能化也應(yīng)采取差異化的發(fā)展模式。當(dāng)前，集群式日光溫室和大棚在設(shè)施園藝中占比最大，工廠化育苗對(duì)產(chǎn)業(yè)的節(jié)點(diǎn)帶動(dòng)作用最為顯著，全程規(guī)模化生產(chǎn)企業(yè)龍頭作用最強(qiáng)，因此，可依據(jù)這三種典型的設(shè)施園藝生產(chǎn)類型，重點(diǎn)突破和發(fā)展分散集群式設(shè)施關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能化、種苗生產(chǎn)智能化和龍頭企業(yè)全程智能化。 分散集群式智能化應(yīng)用于日光溫室和塑料大棚，鑒于設(shè)施條件、生產(chǎn)規(guī)模的限制，不能一蹴而就，應(yīng)重點(diǎn)解決環(huán)境控制、水肥和植保管理、物料和產(chǎn)品輸送、產(chǎn)品的商品化處理四個(gè)主要環(huán)節(jié)。在環(huán)境控制和水肥管理上，采用集群式智能化，在提高效率的同時(shí)適度降低裝備投入成本。在物料和產(chǎn)品輸送、產(chǎn)品的商品化處理上，宜采用分散作業(yè)、集中處理的原則，研發(fā)推廣適應(yīng)集中定點(diǎn)作業(yè)的清選設(shè)備、分級(jí)設(shè)備、包裝設(shè)備和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備，在全面統(tǒng)籌的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)整個(gè)集群的作業(yè)智能化。
種苗生產(chǎn)智能化是當(dāng)前條件最為成熟的發(fā)展類型。種苗生產(chǎn)周期短，易于移動(dòng)，現(xiàn)代化的種苗生產(chǎn)均實(shí)現(xiàn)了無(wú)土栽培技術(shù)的普遍應(yīng)用，因此最具智能化發(fā)展?jié)摿Α７N苗生產(chǎn)智能化應(yīng)立足于解決種苗生產(chǎn)全過(guò)程的問(wèn)題，包括播種（組培、嫁接或其他繁殖方式）、發(fā)芽、移栽、生長(zhǎng)培養(yǎng)、煉苗、分級(jí)補(bǔ)苗和商品包裝等全部環(huán)節(jié)，還須在作業(yè)智能化的基礎(chǔ)上，以設(shè)施園藝專用ERP軟件為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)資源管理。根據(jù)設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所對(duì)項(xiàng)目的實(shí)例測(cè)算，全程智能化條件下的種苗生產(chǎn)，單位面積產(chǎn)出量是傳統(tǒng)集約化種苗生產(chǎn)的2.5倍以上。
設(shè)施園藝龍頭企業(yè)不僅銷售自身生產(chǎn)的產(chǎn)品，還肩負(fù)著帶動(dòng)農(nóng)戶實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、進(jìn)行產(chǎn)品收購(gòu)和銷售的責(zé)任，產(chǎn)品吞吐量大，附加值高，生產(chǎn)鏈條長(zhǎng)，一般都具備從種苗到商品化農(nóng)產(chǎn)品的完整作業(yè)過(guò)程。無(wú)論是蔬菜還是花卉主導(dǎo)型生產(chǎn)者，都具備實(shí)現(xiàn)全程智能化的條件和潛在需求。全程智能化至少應(yīng)包括種苗生產(chǎn)、成品生產(chǎn)、商品化處理和存貨管理四個(gè)主要方面，也須包括和種苗智能化同樣的資源管理內(nèi)容。
中國(guó)設(shè)施園藝智能化發(fā)展路徑
如前文所述，中國(guó)設(shè)施園藝機(jī)械化基礎(chǔ)薄弱，與智能化相距甚遠(yuǎn)，應(yīng)選擇循序漸進(jìn)的發(fā)展路徑，從夯實(shí)基礎(chǔ)，到重點(diǎn)突破，再達(dá)全程智能化的目標(biāo)。 實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化是基礎(chǔ) 與工業(yè)智能化的實(shí)現(xiàn)歷程相仿，設(shè)施園藝機(jī)械化、自動(dòng)化是智能化的基礎(chǔ)條件。當(dāng)前，應(yīng)加速適應(yīng)于各種類型溫室設(shè)施的專用作業(yè)機(jī)械設(shè)備的開發(fā)，加強(qiáng)與工業(yè)等其他行業(yè)的技術(shù)交流，通過(guò)交流互通提高開發(fā)速度。不僅要開發(fā)推廣適合日光溫室和大棚耕整地溫室設(shè)施專用設(shè)備，而且要重視無(wú)土栽培為主的全程化栽培生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備的全面推進(jìn)。 突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)的自動(dòng)化是近階段的重點(diǎn) 就現(xiàn)階段論，設(shè)施生產(chǎn)涉及到的全部環(huán)節(jié)中，不同環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)效率杠桿作用差異很大，差異源于勞動(dòng)力的使用及人工作業(yè)對(duì)質(zhì)量的影響。比如在育苗生產(chǎn)中，嫁接環(huán)節(jié)、移栽環(huán)節(jié)、穴盤播種環(huán)節(jié)使用勞動(dòng)力密集，且作業(yè)水平對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響大，而包裝環(huán)節(jié)和基質(zhì)處理環(huán)節(jié)等所用人工較少。因此，應(yīng)在調(diào)研、測(cè)算的基礎(chǔ)上，選擇從杠桿作用大的環(huán)節(jié)開始，率先解決關(guān)鍵環(huán)節(jié)自動(dòng)化。 加強(qiáng)資源整合實(shí)現(xiàn)軟件提升 在努力實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化和關(guān)鍵環(huán)節(jié)自動(dòng)化的過(guò)程中，整合農(nóng)藝栽培資源、裝備技術(shù)資源、管理技術(shù)資源，選擇管理水平高的育苗企業(yè)或龍頭企業(yè)，以及具有一定基礎(chǔ)的集群化日光溫室或大棚生產(chǎn)基地，以總體標(biāo)準(zhǔn)化、局部定制化的手段開發(fā)頂層架構(gòu)軟件，通過(guò)積累，逐步奠定智能化的核心基礎(chǔ)。 實(shí)現(xiàn)全程智能化 通過(guò)上述過(guò)程，以技術(shù)水平高、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的設(shè)施生產(chǎn)門類為突破口，率先實(shí)現(xiàn)某一生產(chǎn)類型的全程智能化，再根據(jù)產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展水平，逐步覆蓋規(guī)模較大的連棟溫室，進(jìn)而覆蓋整個(gè)產(chǎn)業(yè)。
結(jié)論 智能化是設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高級(jí)階段，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和科技能力作用于設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的綜合結(jié)果。中國(guó)設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)雖然距離智能化的目標(biāo)還很遠(yuǎn)，但軟件與信息技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、機(jī)械裝備等關(guān)鍵性支撐技術(shù)已然豐富，在其他領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。選擇適當(dāng)路徑，提供必要的政策支持，以效益提升為導(dǎo)向，設(shè)施園藝的全程智能化實(shí)現(xiàn)可期，對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的提升推動(dòng)作用也將更為顯著。
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