1、日本智慧农业的开展及启示苏杭 马晓蕾摘 要：智慧农业是大数据和人工智能时代兴旺国家农业开展的新方向。面对农业和农村开展的困境以及贸易自由化的压力，日本政府提出要大力开展智慧农业，以摆脱农业劳动力短缺的约束，提高农业生产效率，焕发农业和农村的开展活力。为此，日本政府确立了智慧农业的五大开展目标。在开展实践中，日本智慧农业的实践主要表现在无人机技术的应用、机器人与人工智能的应用以及物联网的应用等几方面。政府大力扶持和产学研合作是日本智慧农业开展的突出特点和成功经验，此外，日本智慧农业的开展还以农产品国际竞争力的提升为目标，取得了很好的效果。日本智慧农业的开展对正在推动农业信息化和智能化开展的中国农
2、业具有较强的参考和借鉴价值。关键词：日本;智慧农业;无人机;人工智能;物联网中图分类号：F13/17 文献标识码：A 文章编号：1004-2458-（2022）03-0029-08DOI：10. 14156/j ki.rbwtyj.2022.03.004在信息化开展水平较高的兴旺国家，智慧农业已经成为农业开展的新方向1。战后日本农业开展以高关税、高补贴著称2，3，4，5，但随着国内外政治经济环境的变化，日本的农业政策也不断经历调整6，7，8，9，以提升农业竞争力10，增加农民的收入11。面对贸易自由化和人口老龄少子化的挑战，开展智慧农业已成为日本缓解劳动力短缺、提高农业生产效率、焕发农业活力的
3、必由之路。一、日本开展智慧农业的背景所谓智慧农业，是指使用机器人、ICT（Information and Communication Technology）等先进技术，以节约劳动力和实现高品质生产为目标的新型农业形态。日本加快开展智慧农业，一方面是为了顺应农业信息化和贸易自由化开展的需要，另一方面也是为了缓解人口老龄少子化给日本农业和农村带来的消极影响，为日本农业和农村开展增添新动能。（一）农业开展面临严峻挑战伴随一国工业化和城市化开展，农业人口出现下降是一个必然的趋势。战后日本经济高速增长在推动劳动人口向制造业和效劳业积聚的同时，也带来了农业人口的下降。1960 年日本的农业就业人口还高达
4、1 454 万人，到了 1995 年就已經萎缩至 414 万人，2022 年进一步减少至 210 万人12。与此同时，受日本人口开展老龄少子化趋势的影响，农业从业人口短缺和老龄化问题日益严峻（参见表 1），农业就业人口的平均年龄已达 67 岁。加之相对于其他产业而言，从事农业劳动的收益相对较少，年轻人普遍不愿意继承，导致日本农业生产呈现出“后继无人的窘境。人口少子化趋势加剧了农业人口中青年劳动力供应缺乏的困境，尽管日本政府采取了积极措施吸引年轻人从事农业生产，但如果不改变农业生产的传统形象，那么是很难吸引年轻劳动力向农业部门转移的。在无法有效吸纳年轻劳动力的情况下，现有的农业劳动者不得不继续经
5、营下去，日本农业人口老龄化问题变得愈加严重13。“老龄化已成为日本农业人口的突出特点，与此同时，老龄化带来的生产效率低下以及土地撂荒问题日趋严重，实现农业效率的提升和农业可持续开展已迫在眉睫。此外，日本农业生产专业化水平较高，如何向新参加的年轻劳动力传授农业栽培技术以及专有农业技术，也是一个现实问题。为应对农业开展面临的严峻挑战，日本政府积极推动开展智慧农业，推动农业向信息化、智能化方向开展。信息通信技术的推广不仅可以大幅减轻农业劳作的压力，提升农业对青年人和女性劳动者的吸引力，而且有助于促进日本各地生产出高附加值和高品质的农产品，增强日本农业的魅力和国际竞争力。（二）农产品贸易自由化压力增加
6、战后日本政府出于确保粮食平安和保护农民利益的考虑，采用税收、补贴以及进口限制等手段对农业加以保护，过度保护的结果是日本农业的生产效率低下，农业由此成为日本参加自由化谈判的“短板14。安倍再次执政后，日本政府加快了高水平贸易自由化开展的步伐，农产品贸易自由化的压力进一步增加。以跨太平洋伙伴关系协定（TPP）为例，作为高水准的贸易自由化协定，TPP要求农业市场完全开放，完全市场竞争以及农业市场的便利化和透明化。日本要签署高水平的贸易自由化协定，就必须提升国内农业的竞争力。面对农产品贸易自由化带来的压力，日本政府采取了积极的应对措施，将智能农业技术引入农业生产过程，以农业的信息化和智能化开展作为应对
7、参加TPP等高水平自由贸易协定后农业领域面临挑战的有效手段。日本以农业物联网作为信息主体源，积极普及农用机器人和农业物联网技术，推动智慧农业的开展。日本政府十分注重推广使用农业物联网技术，早在 2004年日本总务省就曾提出UJapan方案，将农业物联网的开展列入政府的工作方案。农业物联网的推广便于农户应用信息技术来解决农业生产中的播种、控制、质量平安以及本钱削减等问题，不仅有效解决了农业生产劳动力短缺的问题，而且大大提升了日本农业的生产能力和效率，获得了很好的经济效益和生态效益。开展智慧农业，不仅有利于提升日本农业的生产效率和国际竞争力，而且有助于改变日本一直以来以“防御为特点的农业政策，赋予
8、日本农业政策更多的实施空间和可能性。 （三）日本农业政策积极推动面对农业和农村开展面临的严峻挑战以及农产品贸易自由化的压力，日本政府逐步改变已经推行了几十年的以“保护为基调的防御型农业政策，转向以“提升竞争力为目标的“进攻型农业政策。而要提高农业竞争力，就需要顺应现代科技开展潮流，把大数据、机器人和人工智能等先进技术引入农业生产过程，改造传统的农业开展形态，实现从经验种田到智慧种田的转变。为加快推进农业信息化、智能化开展，日本政府鼓励企业在发挥自身技术优势的根底上，“跨界进入农业技术研发领域，成为智慧农业开展积极的参与者。在政府政策的带动下，东芝公司、松下公司等日本电子企业凭借自身的技术优势，
9、转型成为农业新技术的供应商和效劳商。以松下公司为例，该公司开发的 UVB 技术可以通过调节紫外线对植物的照射，诱导植物本身的抗性（如抗病性、抗害性）。这一新技术可以在有效控制病虫害发生的同时，大幅减少农药的使用量，进而有效减少对环境的污染，实现绿色生产。大量新技术的介入，还有助于减少农业生产所需的人力，不仅降低了农业生产经营的本钱，扭转日本农业生产的高本钱结构，而且在一定程度上缓解了日本农业“后继无人的问题。在日本政府的积极引导下，不仅电子企业参与“智能农业的技术开发，汽车、生物和新能源行业的企业也积极进军智慧农业，形成了多方参与、协同开展的新局面。 二、日本智慧农业的开展目标与开展实践 智慧
10、农业是日本主动顺应信息化和贸易自由化开展带来的新挑战，寻求日本农业开展新方向的有益探索。基于日本的国情和农业开展实际，日本的智慧农业已呈现出目标多元、特色开展的态势。（一）日本智慧农业的开展目标为推动智慧农业的开展，日本集合多方力量成立“面向智慧农业研究会，对智慧农业的开展进行规划和设计，并提出智慧农业的五大开展目标：1.农业生产的规模化和省力化。面对日本农业劳动人口老龄化的严峻形势，提高农业生产效率，降低农业劳动强度，吸引年轻人和女性劳动者进入农业生产已迫在眉睫。为此，需要在农业生产中引入无人机技术、无人驾驶技术和人工智能，实现无人自主农机车24 h不间断作业，打破农业作业时间的约束，通过农
11、业机械自动导航技术，实现夜间作业，大大降低农业生产的劳动强度，使农业生产智慧化、省力化。2.农业生产的精细化和品质化。通过在农业生产中引入ICT技术和人工智能，对农作物实施精细化栽培，提高农作物的产量和品质。实现农业环境控制的高度自动化和农业作业管理的可视化，获取温度、湿度、日照等数据，实现远程操作和云数据化。实现自助机器人沿轨道行走，利用LED灯等设备对植株进行监测，并形成光合作用彩色成像图供农户调整温度、湿度，进行精细化种植。3.农业生产的轻松化。通过引入无人机、机器人等，把农民从繁重的农业劳动中解放出来，开发可辅助重物装卸等作业的可穿戴式机器人“Assist Suite，让农业生产轻松化
12、、便利化。4.农业生产的低门槛化。开发可以利用GPS（Global Positioning System）全球定位系统进行自动驾驶的拖拉机，通过预先输入的农场 GPS 信息，对指定区域进行自主耕作。降低农业机械操作的难度，让缺乏农业劳作经验的人也可以轻松使用。为应对日本农业向规模化经营开展过程中面临的劳动力缺乏问题，提高农业生产的自动化和智能化水平。利用人工智能将农业生产经验、knowhow等知识化，便于新规从业者尽快掌握相关技术和技能。5.农业生产的安心化。扩大现代信息技术在农业生产中的应用，对农业种植基地进行物联网改造，实现农业可视化远程诊断、远程控制、自动预警等智能化管理，使农业生产变得
13、更加自动化、标准化、精准化、可追溯，在减少人力投入，降低种植本钱的同时，培育出优质高产的农产品，让消费者安心、放心。（二）日本智慧农业的开展实践1.无人机技术的应用。日本植保无人机的研制始于 20世纪80年代。1991 年，农林水产省出台“推广植保无人机在稻田中应用的鼓励政策，加速了植保无人机在日本农业领域的应用。早期无人机主要被用于农业喷洒实践，经过 20 多年的开展，日本无人机的数量已经从 1995 年的 307 架增加到2 400多架，操作人员到达14 000多人，成为世界上农用无人机喷药第一大国15。伴随无人机的普及，其功能也从喷洒转向翻地、耙地、旋耕、起垄、播种、喷药、收割等多作业领
14、域，为农业生产注入智能化基因，帮助农业劳动者“减负增产。在无人机被广泛应用于“智慧农业实践的过程中，日本无人机企业将其他技术与无人机技术相融合，赋予无人机更加广泛的用途。一些无人机搭载测绘相机或农业多光谱相机，对农田进行遥感观测，了解作物长势，进行病虫害分析，为农业生产决策提供数据支持。OPTiM公司与佐贺县农林水产部以及佐贺大学联合研制出能在夜间作业的无人机，可以使用GPS系统进行自动飞行路线设定，无人机下方垂挂的光源能够吸引害虫靠近，并使用高压电来杀虫。此外，还可以利用无人机观测农作物的生长状况，制作栽培报告及农场地图，而图像分析技术可以帮助农民及时把握收获时机，提高农作物的产量和质量。2
15、.机器人与人工智能的应用。农用机械智慧化是人工智能驱动农业智慧化开展的重要一环，也是传统农业向智慧农业转型的必由之路。机器人和人工智能技术在日本农业领域的应用集中在土壤、病虫害探测等智能识别领域，耕作、播种、采摘等智能机器人应用领域以及禽畜智能穿戴设备等领域。日本半导体企业 ROHM 与日本大学合作研制出智能化的土壤感测器，只要把感测器插进土里就可以感测到土壤的相关信息，包括酸碱值、湿度等数值。由于使用了 ROHM 公司的单晶片感测解决方案和Sub-1GHz通讯技术标准，农户可以便捷地掌握土壤的各项情况，通过智能分析，确定土壤肥力，并精准地判断出各分片土地适宜栽种的农作物品种。在北海道芦别市常
16、磐町，农户们在农用拖拉机上引入GNSS（Global Navigation Satellite System）技术，使用GNSS定位及数字显示辅助驾驶员选择最优路线行进，降低路线重叠导致的浪费。与此同时，农户还将可变速率技术（VRTs）和 GNSS 的定位功能与其他传感器和数字地图信息相结合，对农作物的生长情况开展定点监测，并精确使用农药。青森县弘前市那么采用了久保田公司的智能农业系统，针对想要扩大规模的承包种田大户，收集和活用农业生产以及农作物信息，在农机里安装“食味感知器，在收割过程中或过程后就能立即感应出作物所含的蛋白质和水分含量，并根据各地的偏差及时调整施肥方案。日本 Farmnote 公司開发出一款采用虚拟围栏技术、可用于奶牛的可穿戴设备“Farmnote Color，可实时收集奶牛的个体信息，Farmnote 公司通过配套软件对这些信息进行分析，采用人工智能技术判
