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智慧农业创新赋能新质生产力

时间: 2024-03-23 来源:新闻中心

  甲辰春天伊始,“新质生产力”成为中国农业耕山耘海中强劲涌动的新浪潮。人们对新质生产力如何带动农业产业腾飞、助力乡村振兴、服务农民增收提出更多期待。在北京市农林科学院的实验室里,在京郊大地,乃至全国广袤的田野上,人们用一个个闪光的成绩回答这一“发展之问”。

  科技创新是新质生产力形成过程中的重要引擎,是新质生产力发展的内生动力,北京市农林科学院丰富的创新资源成为发展新质生产力的沃土。广大科技工作人员面向国家重大战略需求,立足自身职责使命,围绕建设“国内顶尖、国际知名”创新型农科院这一高水平质量的发展目标,持续开展农业前沿科技攻关。

  科技助力耕地保护,确保国家粮食安全。该院在智能装备与信息技术领域经过十多年的技术攻关,打破国外技术垄断,研发了新一代土壤成分快速检测系统——知土(SmartSoil),能够在10分钟内完成土壤主要养分、重金属及其他多种微量元素的快速测量,具有完全自主知识产权。

  “该系统具有极高的技术创新优势,获批16项国家发明专利、2项国际专利、1项美国专利保护。”北京市农林科学院智能装备技术研究中心副主任董大明研究员介绍道,“目前,该系统在北京、山东、广东、湖北、陕西等地得到普遍应用。其中,陕西省将该系统应用于全省土壤摸底调查,目前已完成3000多个土壤样本的检测,节省检测费用约500万元。”

  “土壤墒情监测是农业种植的关键一环。为提高监测的即时性、精准性,我们研发了具有自主知识产权的系列土壤墒情信息测量和采集产品。”北京市农林科学院智能装备技术研究中心副主任郑文刚研究员介绍道,“目前,全国土壤墒情监测系统已在全国铺开,建设监测站点8000多个,监测面积1.1亿亩,累计采集气象与墒情数据2.6亿多条。依托监测数据分析应用,年节约用水20亿立方米,新增产量十多亿公斤,新增40多亿元经济效益。”

  高光谱农情遥感监测、温室巡检机器人、园艺喷药机器人、蛋鸡巡检机器人……这些新技术让农民实现手机上种田、屏幕前养殖,优质高效农业装备让农民从“苦干家”变成了“指挥家”,在赋能增效、推陈出新中不断推动新质生产力“量质双升”。

  种业强国,求实创“芯”。加快形成新质生产力的重点是完成从科技成果到产业转化的跃升。“信息技术和生物技术将引领种业产业进入智慧种业时代”,中国工程院院士、北京市农林科学院智慧农业首席科学家、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江在作题为“信息技术在农作物育种中的应用”报告时开篇点题。

  “种业发展面临的主要难题在于育种材料数量多、测配组合规模大、性状数据海量、传统解决方法耗时耗力。步入‘常规育种+生物技术+信息技术’的智能设计育种4.0时代,需要构建多源数据立体采集系统,准确快速获得生长环境、作物表型、植物基因组、植物代谢等育种信息,利用智能育种软件实现育种多组学联合分析。”北京市农林科学院智能装备技术研究中心主任陈立平研究员介绍道,“我们研发了植物生物活性小分子活体分析系统、植物微观动态离子流检测设备、作物表型高通量检测设备、金种子育种平台等技术产品,形成了智慧种业应用闭环。目前,这一些产品在北京、天津、河北、山东、内蒙等地的科研院所和育种企业得到普遍应用,为智慧育种工作提供了高效的数据获取手段和分析工具,加速了育种技术和模式的数智化转型升级。”

  其中:植物生物活性小分子活体分析系统可快速获取环境变化时植物体内活性小分子的含量变化信息,可实现植物体内葡萄糖、生长素、水杨酸等活性小分子含量变化的原位、活体检测;研发的植物微观动态离子流检测设备可活体、原位检测目标离子的流速、流向、绝对浓度、电压等,实时反映植物的生理活动特征,这些设备小巧、可移动,可以在一定程度上完成田间正常生长状态下的实时检测,且数据可实时上传云平台。

  作物室内-温室-田间全链条表型数据获取技术装备体系是目前市场上少有的、集成了四个传感器的可用于机载的轻小型表型测量系统。在成像单元研发方面,研发了多款适合于轨道、无人车、机器人等的成像单元,能够直接进行组合式的拆装,数智融合使作物生长信息尽在“掌”握。

  金种子育种平台是国内首个拥有自主知识产权的数字化育种平台,依托解决能力强大育种软件的“运筹帷幄”,以数字化智能化突破育种瓶颈,有效提升了育种效率。目前该平台已成为中国用户最多、应用最广泛的商业化育种平台,为隆平高科、垦丰种业等头部种业公司可以提供服务。

  藏粮于技,服务用“芯”。未来农业的趋势向智能化、无人化发展。北京市农林科学院智慧农业团队合作建设的国内首个出口蔬菜全程无人智慧农场在烟台莱阳助力春耕。该院信息技术研究中心副主任吴华瑞研究员介绍,在无人农场中应用激光雷达、北斗定位、多目视觉等先进技术装备,让无人拖拉机能及时识别周边物体和人体成像,还能分析蔬菜作物的长势并且精准对行,保障作物安全。不仅如此,无人拖拉机还拥有高度发达的“大脑”,能轻松实现路径自主规划,多机作业,极大提高作业效率。这套技术还可用于大田粮油作物的少人化、无人化生产,目前系统技术水平位于国际前列,并已走进沙特阿拉伯、巴基斯坦、白俄罗斯等“一带一路”共建国家,惠及当地人民。

  多元供给,百业待“芯”。设施农业的周年生产对丰富北京市民“菜篮子”贡献巨大,对首都构建多元化食物供给体系意义重大。寒冬时节,在海淀区首农翠湖创新工场的大型连栋温室里,绿意盎然、长势喜人。温室内明亮宽敞,只有采摘和包装的工人。依托该院智慧农业团队开发的大型智能连栋温室智慧生产管控系统,破解温室园艺管控领域存在的“精准感知手段落后,不足以满足设施复杂环境条件,感知设备及平台接口不开发难以便捷接入,服务响应不及时”等瓶颈问题,成功打造为海淀区数字农业应用的典型示范基地和应用平台。

  在平谷京瓦中心示范建设了集“环境-水肥-巡检”的日光温室番茄生产全程智慧管控系统。在环境管理方面,开发了基于正压通风的环境智慧管控全套系统,设计了适应日光温室的地下风管布局,研制了超高的性价比日光温室专用环境调节设备和软件系统;在水肥管理方面,安装了多通道施肥机,内嵌双传感器冗余决策方法,配套分布式管网系统,实现园区所有日光温室的集群式管控;在巡检管理方面,突破了传统导航方法在温室变光环境中的应用瓶颈,创制的机器人当起温室“总管家”,为实时在线智能决策提供了有力支撑。

  针对传统砖墙日光温室造价高、土墙日光温室土地利用效率低,柔性日光温室蓄热性能弱等问题,集成落地式温室钢骨架结构、橡塑保温材料、“空气-水源-土壤”联合蓄放热系统和专用环境控制器等技术装备,研发了适合北京地区气候特征和种植制度的多源蓄热型装配式柔性日光温室装备体系。经过在海淀上庄连续两年性能监测,实现北京地区日光温室内外温差超过27℃、室内最低温度不低于8℃,满足果菜类作物越冬生产规格要求,且单位面积建设造价较同性能异质复合墙体日光温室(砖墙+保温板)降低20%以上,施工建造周期缩短30%以上。目前,依托技术成果已完成团体标准1项,并作为我市2024年设施农业“以奖代补”政策实施的重要技术是依据进行推广应用。

  此外,在设施农业领域已构建完善的产品体系,比如,“温室宝宝”“温室娃娃”等环境云感知设备、温室环境智能控制设备、设施蔬菜生产智能化管理平台和温室育苗水肥药喷施管理系统等智能管控平台,以及多(单)通道水肥一体机、温室喷药机器人、设施采摘机器人等精准作业装备,成为首都农业科学技术创新标杆。

  硕果累累,技术革“芯”。该院聚焦果业发展劳动力短缺、集中上市易滞销等问题,开展了多样化智慧服务。比如,根据昌平天汇苹果园、大兴韩家铺梨园以及平谷后店科技小院桃园等多地实际生产管理需求,建立了智慧果园典型示范基地。通过自走式果园对靶喷药机、植保无人机构建立体化果园病虫害防控系统,形成地面-空中交叉优势,可有效保证果树叶片正面、背面全面附着农药,降低农药施用量,提高病虫害防治效果,减少地面作业人员工作量和受药害风险,显著提高了病虫害效果。利用智慧果园大数据平台进行海量数据集聚分析,对果树花期、水果产量进行准确预测,并根据市场行情信息进行上市规划、产销对接,避免出现滞销、压价等现象。针对京郊小规模农业园区在农业休闲旅游、农产品宣传营销以及农业生产增值服务等方面所面临的信息化技术支撑不够和新型技术应用不足等问题,基于农业三维数字化技术和三维交互技术,设计研发了果园观光旅游增强现实系统和AR体验式休闲农业认种认养系统。该系统在果园的落地应用,不仅吸引了游客,也拓展了果园的发展渠道。平台上线%,观光旅游人次提升了30%。

  转型升级,推陈出“芯”。紧跟畜禽养殖规模化、高端化、绿色化、智能化趋势,打造“专精特新”产品,重点破解“无机可用、有机难用”的难题,提高养殖智慧化水平,助力产业绿色可持续发展。该院智慧农业团队研发的牛舍智能推料机器人,实现了牛舍无人化,全自动、高效率推料,并通过农业农村部机械化总站检验鉴定,牛群采食量可提升2%-3%,剩料率由3%-8%下降至2%-3%。该院智慧农业团队联合北京市华都峪口禽业有限责任公司(简称“峪口禽业”)兽医专家,利用AI人工智能、云计算等信息技术,基于峪口禽业蛋鸡养殖行业四十多年积淀的“10亿+”高质量临床诊断样本,研发了禽舍健康巡检机器人、蛋鸡声纹识别引擎和蛋鸡疾病临床自助诊疗系统,实现蛋鸡常见疾病智能识别、秒级诊断,并形成治疗方案。

  以京郊科技小院、产业园区为依托,开展智慧农业典型示范,以点带面,引领京郊农业产业升级。比如,在房山北白岱小院、通州福各庄小院通过构建多参数农业气象土壤环境感知体系,实现了玉米田、菇房的实时农业要素高精度、高频率、长时序的采集,为农业生产决策提供数据支持;针对科技小院的运营管理,整合科技小院区域环境感知数据、影像数据、专家资源、科技成果等多维度数据,利用前沿的软件平台开发技术实现多源异构数据集中管理,开发了科技小院数字管理平台,平台在通州、大兴、密云、房山等16座科技小院进行了应用,实现小院之声、科普讲座、在线答疑、专家服务管理、物联网数据分析等多项在线服务功能,深入挖掘多维度数据价值,进一步提升科技小院的信息化含金量,形成示范推广样板。

  在北京密云、怀柔、通州等7个区的10座果蔬仓储保鲜库进行技术成果集成示范,实现了生鲜农产品仓储保鲜设施(冷库、冷藏车箱)数量、位置、运行状态的实时采集与智能化调控。

  在昌平区天汇苹果园,果农打开手机里的相关APP,随时随地都能收取果园上报的信息掌握果树长势和病虫害信息,指导果农“对症下药”。与传统果园管理方式相比,智慧果园显著提升了精细化管理水平,智能灌溉与水肥药一体化的应用减少施肥用量15%、减少农药用量10%,化肥农药减施增效成果明显。

  像这样助农增收致富,赋能产业发展的新技术、新成果、新产品还有很多。比如,针对平谷区智慧农业发展需求,先后创建6个“博士”农场,推动该区农业提质增效。甘蓝亩产可达5000余公斤,每亩销售收入可达1万元,有效带动了菜农增收致富,为平谷区加快推进农业中关村建设贡献了农科院力量。

  北京市农林科学院立足北京城市功能定位,积极融入京津冀协同发展大格局。充分发挥京津冀三地各自优势,将北京作为科技高地,进行创新化产品开发;天津作为产业摇篮,进行产品调试熟化与场景适配;河北作为农业沃土,进行应用示范推广与应用效果评估。辐射带动持续发力,加快形成新质生产力。比如,以该院建设的国家农业信息化工程技术研究中心和国家农业智能装备工程技术研究中心为依托,目前已在天津建成300亩农业智能装备的生产基地,形成焊接、组装和测试全产业链生产能力。再如,该院研发的设施蔬菜生态环境智能调控技术,在石家庄、廊坊等7个地市累计推广20.8万亩,新增经济效益2.44亿元,节约水资源366.91万立方米;先后在河北省张家口市康保县、张北县、沽源县建立坝上特色农业专家工作站、沽源优质蔬菜专家工作站等5个专家工作站,对接示范基地20余个,推广面积5.7万亩,实现增收2030万元。北京研发、天津制造、河北转化的模式加速形成,谱写出京津冀协同发展新的篇章。

  东风浩荡征帆满,重任在肩更向前。北京市农林科学院党组书记吴宝新指出,下一步将进一步深化改革,不断提升全院的科学技术创新能力,以新质生产力推动传统农业科技成果加速升级,为建设农业强国,加快推进农业农村现代化贡献力量。文/陈诚 徐瑞斌返回搜狐,查看更多

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