推进乡村振兴数字农业发展路径探究

在全面推进乡村振兴的背景下，数字化已成为农业增长动力转换的关键节点。黑龙江省作为农业大省，更应争当数字农业发展先锋。因此，在分析黑龙江省数字农业发展现状与优势的基础之上，针对现行数字农业发展中小农经济偏差所致的数字鸿沟、资源及创新系统碎片化、产业链延展融合性不高、主体数字观念陈旧、应用中的袭击篡改风险等问题，提出发展新型主体、形成系统创新合力、推动产业链横纵延伸、面向农民设计平台并普及知识、建立端到端安全机制等龙江特色数字农业发展路径。

关键词：全面推进乡村振兴;黑龙江省;数字农业;发展路径;

2022年10月，二十大中提出了要将农业高质高效发展作为鲜明旗帜，加快由农业大国转向农业强国的进程，为全面推动乡村振兴奠定坚实基础。随着乡村振兴战略的逐步推进，数字化已成为农业增长动力转换的关键节点，而数字农业将数据信息嵌入到农业全流程中，以技术价值链整合了农业参与者，能够显著改善农业生态环境及农产品产量、质量[1]。美、英、日以及欧盟等发达国家均积极推进数字信息技术在农业中的实际应用[2]。经农业农村部研判，在《数字农业农村发展规划（2019—2025年）》中提出必须把握以数字农业推动乡村全面振兴的关键机遇，对数字农业的发展进行总体布局；自2022年至2022年，中央11号文件连续3年对落实数字乡村建设与数字农业发展进行细节安排，中国正由点及面逐一稳步推进数字农业建设。数字农业是解决“三农问题”的重要法宝，是促进农业农村现代化提速的重要引擎，更是全面推动乡村振兴的重要途径，在此背景下，黑龙江作为我国的重要粮仓[3]，研究如何塑造农业新业态模式、争当数字农业发展先锋具有重要意义。该研究以黑龙江数字农业发展现状为基础，构建了数字农业实际应用的框架结构，针对发展数字农业中所面临的困难进行分析，拟提出黑龙江数字农业发展路径，为全面推进乡村振兴贡献龙江力量。

1全面推进乡村振兴背景下黑龙江省数字农业发展现状

1.1数字农业

农业发展至今共经历4个时代，而数字农业则是自2017年发展至今的农业4.0时代产物[4]。当互联网、物联网、大数据、云计算、区块链以及机器学习等数字技术与农业相耦合时，能够利用数字创新的战略杠杆，撬动更高的农业产品质量与经济效益，进而大幅度提升竞争力[5]。相较于同样以数字信息技术与农业结合的精准农业而言，数字农业的概念更加广泛，其以物联网等技术为纽带，通过数据要素串联农业全流程[6]，使整个农业生产供应链的监控、数字化、控制和优化成为可能，在减少农药和化肥的使用、以更少的劳动力和物质投入实现平衡产量方面取得显著改善的结果[7]。作为一种新型农业模式，数字农业在极大程度上提高了农业生产效率[8]，是“十四五”时期与全面推进乡村振兴重要时间节点下的农业创新发展路径[9]。

1.2黑龙江省数字农业发展现状

黑龙江省数字农业建设呈现稳中有进的发展趋势，由图22可知，农业机械总动力已连续4年突破6000万千瓦时的大关，虽然2021年的动力增长率有所下降，但仍呈稳定的上升态势。农业产业数字化格局正稳中提质、逐步形成，七星农场将信息数据嵌入到农业产业流程之中，被列为2021年国家级农业农村信息化示范基地之一；通过开发12个管理服务平台，有效提升了管理水平、实现降本增效；利用物联网实现稻米溯源，每千克同比提升1-4元，在极大程度上促进了农业发展与品牌建设。

1.3黑龙江省数字农业发展优势

1.3.1农业资源优势

黑龙江省地处松北平原，是世界三大寒地黑土区之一，辽阔、肥沃的土地与温带季风气候为农业的发展提供了得天独厚的条件。2021年，全省粮食总产量占全国的11.5%，已接连12年夺得全国“产粮状元”的桂冠，充分发挥了“压舱石”的作用，为“中国人民的饭碗”托好底；黑龙江在注重农产品数量的同时，同时也注重农业品牌质量，已累计认证了168个国家地理标志产品，位列全国第五，为发展数字农业奠定了富集的产品资源基础。

1.3.2基础设施优势

基础设施建设是农业数字化的重要基础与前提条件[10]。在农业基础设施建设方面，黑龙江省的农业科技进步贡献率已达69.4%，农业机械化比例已达98%，位列全国第一；在数字化基础设施建设方面，实现了省域范围内4G及光纤网络全覆盖，互联网普及率已达75.7%，逐渐推进大数据、物联网以及IPv6的实际应用，为发展数字农业提供了坚实的信息技术支撑。

1.3.3政策扶持优势
农业农村部明确提出将黑龙江列为农业现代化的排头兵。黑龙江拥有4个国家级、7个省级数字乡村试点，为解决三农数字信息问题先试先行；2022年4月，原建三江农业科技园被设立为9个国家农业高新技术产业示范区之一，由国家给予其财政资金、金融服务、土地以及科创等多项政策支持，打造国家数字农业样板区，进而辐射带动周边地区；同年7月，“世界农业中心”落地于哈尔滨市，引入多个国际农业研究中心，并每年定期举办农业经济论坛，为发展数字农业给予了大力的多维政策扶持。

2乡村振兴背景下数字农业的框架结构

数字革命通过现代机械、计算机以及信息通信技术优化决策、提升生产率，进而改变农业发展格局，以高效、可持续的方式释放农业生产潜力。随着卫星遥感到物联网、大数据、云计算、区块链等多项尖端科技在农业领域的应用纵深化，有效推动了中国省级农业的可持续发展[11]，在降低成本、减少环境污染的同时，提升了产量，数字化作为农业发展新业态，在解决“三农问题”、全面推进乡村振兴方面发挥了一定的作用。根据数字农业中的数据采集、分析及实际应用服务功能，以数据信息在数字农业系统内的纵向传递为维度，将数字农业的框架划分为数据监控采集、系统数据传输层、数据存储分析层以及终端服务应用4个层次（图33）。

2.1数据监控采集层

数据监控采集层是数字农业的“五官”，是系统中最基础，也是最关键的部分。通过配备WSN（传感器）、RFID（射频识别技术）等的装置完成信息采集任务：由配备不同WSN功能的农机、无人机、遥感卫星等设备，对大面积农作物的生命元素信息，以及所生长的环境信息参数进行精准监控、实时采集，并通过协议传至系统数据传输层；而在农产品的生长流通信息方面，则大多通过RFIDRFID电子标签进行录入，并由配备对应无线天线的阅读器进行识别。监控采集层仅履行信息要素采集功能，通过对应的接入方式，将数据信息接入至网络传输层，由其他结构层次完成后续的存储分析、应用等工作。

2.2数据网络传输层

数据网络传输层是数字农业的“神经系统”，主要起传输数据信息的媒介作用，能够将“眼睛”所采集到的数据信息，通过网络传输至存储分析层。根据其传输网络覆盖范围可分为两类，其中蜂窝通信网络以4G、5G为代表，其传播范围较广，但对于信号要求较高。在非蜂窝通信网络中，LORA具有成本低、部署灵活的特点；WIFI带宽范围较高，便于信息传输；ZIGBEE延迟、功耗低，适宜运用于小区域的传感器控制，是最常见的无线传感器网关应用技术；Bluetooth能够抵抗一定的干扰，常运用于终端设备之间的数据传输。各通信网络各有所长，需要根据数字农业的实际应用环境选择适宜的传输网络。

2.3数据存储分析层

数据存储分析层是数字农业的“大脑”，是系统中最核心的部分，包含数据存储与数据分析2种功能。将所收集、传输得到的源数据经清洗处理后构成农业综合数据库，通过进一步的转化、抽取等数据处理操作，面向应用将综合数据库按实际农业环节、品种产业的不同划分为业务细分数据库，同时在数据库中设置各级资源访问接口，为相关部门、企业、公众提供涉农信息要素资源共享服务；利用实时、动态的数据库资源进行数据分析，能够有效为农业土地规划、作物产量预测、病虫害实时监测以及农机数字化管理提供关键技术支撑。

2.4终端服务应用层

终端服务应用层是数字农业的“四肢”，能够执行“大脑”经数据分析后发布的指令，将数字农业经终端及平台落实于实际应用之中。利用大数据、云计算、物联网、区块链等信息技术，提供PaaS与SaaS服务：如整合多物联网传感器及网关，构建空天地一体化农业体系；打造全流程可视化溯源体系、监测预警平台、专家决策支持平台、供应链服务平台等。进而一方面通过多物联网设备联合作用，实现线上智能监测、异常提醒，设备操纵远程化、自动化，及时应对环境变化，提高农业生产力与质量；另一方面则为涉农主体做出生产经营决策提供帮助，有效利用数字信息技术解决“生产什么”、“如何优化生产、销售”等问题。

3全面推进乡村振兴背景下黑龙江省发展数字农业面临的挑战

数字技术已逐渐渗透融入到各行各业之中[12]，在全面推进乡村振兴的背景之下，黑龙江省作为国家的大粮仓，更应牢牢把握住数字农业的发展机遇，以数字业态为农业发展注入新鲜血液。互联网++高标准种植示范基地1300个，配备定位终端的大型农机达2.7万余台，种种措施表明黑龙江省为将数字农业打造成全国样板已付出了极大的努力，并取得了显著成果。但由于起步较晚、经济制约、人口流失等多重因素作用，导致与国外以及国内经济发达省份相较而言，黑龙江省在数字农业发展方面仍存在着许多不足之处，面临着诸多挑战，亟待寻找具有龙江特色的数字农业发展路径。

3.1小农经济规模偏差导致数字鸿沟

将数字技术与农业相连通能够有效提升市场透明度、提高农业生产力与流通效率，但与此同时数字农业也对经营主体的生产、经济规模提出了一定的要求。据黑龙江统计数据显示，2021年黑龙江农业经营户达328.5万，其中仅有16.83%的主体规模较大，以商品化的形式进行经营，虽然目前黑龙江省已逐步发展合作社等经营主体，在部分地区形成了一定的经营规模，但整体上仍然呈小而散的分布局面，农业经营主体间经济、产业规模依旧相差较大。数字农业具有高成本、高边际效益的特性[13]，大规模经营主体通过农业数字化不断发展壮大自身，而小规模农户则因难以负担高额的数字化成本，无法获得更多的信息与效益，且这种小农经济规模偏差极有可能在马太效应的影响下愈演愈烈，导致农业经营主体间的数字鸿沟不断拓宽，阻碍黑龙江数字农业的发展。

3.2农业数字资源及创新系统碎片化

数字农业仍以数字为核心要素资源，虽然黑龙江省农业机械化程度已达全国第一，但机械化并不意味着数字化，在黑龙江农业数字化转型的过程中，一方面由于缺乏规范化的数据标准，物联网所采集的异构数据往往会存在环节间数据转换困难、数值缺省、格式不一等问题，导致数字农业各流程间数据变成了孤岛、难以整合，进而无法有效分析数据、得出决策；另一方面则是农业科学院、省内高校及企业等农业相关研究机构各自为政，科创项目碎片化，资源重复配置，尚未形成系统性的创新合力。

3.3农业产业链延展性与融合性不高

相较于第一产业而言，黑龙江省内乡村的二、三产业发展略显滞后[14],数字技术在农业相关领域的应用主要聚焦于黑土地保护、育种及耕种等第一产业生产端，在精加工、仓储运输等流程中应用不足，对于融合二、三产业延伸农业产业链、价值链的关注相对较少。加工业、文化旅游业等优势没有得到充分发挥，尚未有效集聚要素资源打造农业全产业链，在以数字信息要素提高农业体系流程流转效率、扩大经济规模与生态效益方面仍存在着较大的提升空间。

3.4生产经营主体数字技术观念陈旧

数字农业作为全面推进乡村振兴进程的重要组成部分，能够在极大程度上提高农业的生产效率，但同时也形成了更高的技术壁垒，对生产经营主体提出了更高的观念、技术要求。据统计公告显示，2021年黑龙江省人口自然增长率低至－5.11%，较高的人口流失率意味着受过高等教育、思想新潮的年轻人随之流出，省内农业生产经营主体老龄化严重，相对来说观念守旧，一方面部分农户对于数字农业持怀疑态度，其对于数字农业的概念、作用效果知之甚少，导致不愿承担农业数字化的成本风险，另一方面则是农户在系统、平台的操作中存在着学习困难，难以将数字技术应用于实际农业生产、经营过程中。

3.5控制应用过程存在袭击篡改风险

黑龙江省数字农业体系尚处于起步阶段，对于系统安全问题考虑较少，而农业与数字信息技术耦合程度不断提升，极有可能被黑客视作一个“尚未开发的市场”。一方面是存在服务器、系统袭击风险，现代农业环境中的网络及监测控制设施分布密集，使得攻击者所能渗透、操纵的节点也随之递增，其通过发动DOS、DDOS等业务中断攻击，以人为的方式导致服务器或系统由于过于繁忙而无法响应，致使用户无法使用数字农业终端应用服务；另一方面则是存在数据篡改风险，数字农业层级中流动、处理的数据量级较大，且传输中的数据更易遭受窃取攻击，可能出现心怀恶意的第三方伺机窃取、篡改敏感数据的现象，将导致预测不准、农业供应链动荡，农户蒙受损失等一系列负面连锁反应，进而使农户对于数字农业的安全问题存疑，产生抵触情绪。

4全面推进乡村振兴背景下黑龙江省数字农业的发展路径

4.1发展新型主体，构建普惠化服务体系

以经营主体及服务体系双重维度发展的方式，消弭因小农经济规模偏差所产生的数字鸿沟。一方面是由省政府及相关部门继续鼓励集聚小农散户，发展如家庭农场、农民合作社等新型农业主体，充分发挥其规模效用，通过自营或外包方式将数字技术与农业相聚合，经营主体间风险共担、收益共享，进而实现效益最大化；另一方面则从技术、资金、平台角度出发，为经营主体发展数字农业构建普惠化的服务体系：一是技术普惠化服务，推动数字农业基础设施建设，如提高5G、千兆光纤等网络覆盖水平，定期检修乡村变压器、电网设施等，为数字技术在农业场景中的实际应用提供底层服务支撑；二是完善数字农业普惠化金融服务，创新信贷、保险等金融产品，满足务农主体多元化的资金、风控需求；三是建立普惠化数字农业服务众包平台，集成农场及农机管理、精细种植、数字操作、质量追溯等全流程服务，助力农业经营主体顺利实现数字化转型。

4.2整合农业资源，形成系统性创新合力

数字化是农业知识与创新系统演变的驱动力[15]。因此一方面以数据为核心要素，建立涵盖类别、脱敏、缺省填充等方面的规范化数据标准，将与农业相关的多领域数据资源集聚构建基础数据库，并提供不同权限的数据接口，为各行业人员获取实时、准确数据提供便利渠道；另一方面则是由政府部门完善顶层设计，涉农多方主体整合优势资源，提升“空天地一体化”数据信息抓取力度，从补贴政策至技术、决策支持，丰富数字农业应用场景，形成系统性创新合力，以实际应用为导向，完善科创项目成果评价机制，进而真正将数字与农业相耦合。

4.3促进产业融合，推动产业链横纵延伸

集聚黑龙江省农业、加工业、文旅等要素资源，在数字技术的助推下，促进一二三产业融合，拓宽农业产业链、价值链。一方面是推动农业产业链纵向延伸，首先，在种植过程中利用物联网结合智能机械，以精细计算降低农药用量，发展绿色农业；其次，在加工过程中以供需两端数据为核心，积极发展面向消费者的订单农业，按需求细分市场，有针对性的进行加工，避免发生粗加工过度、精加工不足的现象；最后，结合区块链将溯源贯穿于全流程，令消费者有迹可循，进而提升黑龙江农产品品牌信誉与价值。另一方面则是发展观光农业、认养农业等新型业态模式，完善农业全产业链的横向服务模块。

4.4普及技术知识，设计用户友好型平台

发展数字农业的核心在技术，而关键是人。因此在数字农业体系落地的过程中，一是充分发挥数字农业农村示范区先试先行的带动效应，以建三江等数字农场为轴心，辐射周边地区，定期邀请农民参观数字化育种、种植、收获等流程，令农民切身体会到数字农业是什么，及其所发挥的降本、提效、增收作用；二是加强农民数字技术应用培训。一方面，由各村干部统计农民在农业生产中存在的困难之处，通过整合排序，通过培训利用数字技术有针对性地解决农民的困扰，提高农业生产技能，另一方面则通过培训，提高农民的数字素养，使其能够利用互联网获取更多的信息，进而促进数字农业生产技术的采用；三是设计用户友好型平台，即数字农业平台简单化、应用操作便捷化，降低农民使用的技术壁垒。

4.5评估风险水平，建立端到端安全机制

通过进行定期风险水平评估与建立端到端的安全机制两种方式，增强黑龙江省在数字农业实际应用过程中的抗袭击、防篡改能力。一方面是定期评估风险以量化数字农业设备风险水平，对于数字农业监控采集系统、服务器等进行严格的渗透测试，根据所涉及的风险制定优先级，加固系统内部安全、定期升级固件、更新安全补丁，防止数字农业因内部关键节点遭受恶意袭击而陷入系统瘫痪状态；另一方面数字农业系统内存在多个层级的不同级别的加密、解密与再加密循环，端到端加密能够有效解决不同攻击，因此建立端到端的安全机制，能够在传感器、边缘网关设备、云数据中心之间进行数据交互时，利用对称、非对称加密以及数字证书等技术提高数据连接、传输的安全性。

5结论

数字信息技术为农业发展提供了“科技之翼”。黑龙江省作为农业大省，更应牢牢把握住数字化的重要契机，以数字技术促进农业提质增效，争当数字农业发展先行者。虽然黑龙江省农业数字化格局正逐步形成，农产品富集、机械化程度高、政策支持等优势初显，但在数字农业发展过程中仍面临着诸多挑战。因此，结合黑龙江实际情况，提出以数字化为核心要素，在发展新型主体的基础之上，鼓励利益相关主体积极整合资源，形成创新合力，打造农业全产业链，面向农民普及技术知识并设立端到端安全机制，助力全面推进乡村振兴。

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作者:李建军 徐小迪 杨玉 单位:哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院 黑龙江省文化大数据理论应用研究中心