“現代農莊數字化”首先要求農莊各種過(guò)程的全面數字化。這里包含兩個(gè)步驟：

　　(一)各種因素的數字化

　　任何農業(yè)系統都由四大要素組成，即：農業(yè)生物要素，農業(yè)環(huán)境要素，農業(yè)技術(shù)要素和農業(yè)社會(huì )經(jīng)濟要素。每個(gè)要素中，都包含有許多因素。如農業(yè)環(huán)境要素中的氣象方面就有：氣溫、日照、降水、濕度、風(fēng)等因素。農業(yè)生物要素中的作物方面，有水稻、小麥、玉米、蕃茄、麥冬等品種不同的因素，而同一種作物的生長(cháng)發(fā)育，又包含許多因素，如光合、呼吸、蒸騰、營(yíng)養等因素，所有這些因素，根據“數字農業(yè)”的要求，都需要用數字來(lái)定性或定量的進(jìn)行反映。

　　(二)各種過(guò)程的數字化

　　農業(yè)因素的數字化本身并不能說(shuō)明農業(yè)的過(guò)程。將各種農業(yè)過(guò)程的內在規律與外在關(guān)系用數學(xué)模型表達出來(lái)，這就是農業(yè)數學(xué)模型(簡(jiǎn)稱(chēng)農業(yè)模型)的任務(wù)。農業(yè)模型是國際上20世紀農業(yè)科學(xué)發(fā)展的一項十分重要的成就。它起始于20世紀60年代，當時(shí)，有一些農業(yè)科學(xué)家還將信將疑。但到今天，至少在西方發(fā)達國家的農業(yè)科學(xué)界，農業(yè)模型已經(jīng)被公認為農業(yè)科學(xué)研究的一個(gè)重要新方法。當前，農業(yè)的所有領(lǐng)域，幾乎沒(méi)有例外，全都在應用農業(yè)模型這個(gè)新方法，以提高它們的研究質(zhì)量與效率。

　　農業(yè)模型由于將農業(yè)過(guò)程數字化，它使農業(yè)科學(xué)從經(jīng)驗的水平提高到理論的水平。它可以進(jìn)行許多傳統的農業(yè)試驗無(wú)法進(jìn)行的研究;它可以大大節省農業(yè)研究的經(jīng)費與時(shí)間;它可以使農業(yè)研究的成果在更大的地理范圍、更長(cháng)的時(shí)間范圍內推廣應用。如果說(shuō)19世紀與20世紀之交，生物統計是農業(yè)科學(xué)在方法論上一個(gè)突破。那么，20世紀與21世紀之交，農業(yè)模型則是農業(yè)科學(xué)在方法論上又一個(gè)突破。

　　要實(shí)現農業(yè)數字化，如果不以農業(yè)模型為基礎，就只能停留在農業(yè)問(wèn)題的表面，而不能深入各種農業(yè)的過(guò)程，就不可能對農業(yè)做出各種優(yōu)化決策。因此，農業(yè)模型可以認為是“數字農業(yè)”的科學(xué)基礎與核心技術(shù)。

　　實(shí)現以上兩個(gè)步驟的數字化，就要求各種農業(yè)信息技術(shù)在農業(yè)上的全面應用。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了許多種農業(yè)信息技術(shù)，他們全都構成數字農業(yè)的技術(shù)支撐。各種農業(yè)信息技術(shù)大致可以歸納分類(lèi)如下：

　　(一)農業(yè)控制系統

　　當代信息技術(shù)使農事操作實(shí)現了自動(dòng)化，信息化與精確化。

　　1.農業(yè)自動(dòng)化

　　對于可以在一定程度上進(jìn)行控制的農業(yè)環(huán)境條件，應用電子信息技術(shù)，完全有可能實(shí)現農業(yè)自動(dòng)化或半自動(dòng)化。

　　農業(yè)自動(dòng)化的監控系統，是將環(huán)境監測、數據采集、數據分析、數據傳送與環(huán)境控制的軟件和設施相結合的整套系統。

　　目前在溫室與大棚的自動(dòng)化控制方面已經(jīng)相當成功。根據天氣與環(huán)境的變化，根據作物的需要的變化而進(jìn)行調控。因此，不管天氣與環(huán)境怎么變化，都可以培育出高質(zhì)量的、無(wú)污染的、規格化的農產(chǎn)品。

　　在田間作物的灌溉方面，根據天氣，土壤水分與作物需求的變化，控制灌溉量、灌溉時(shí)間的自動(dòng)灌溉系統，有限水域(如池塘)的水產(chǎn)環(huán)境的自動(dòng)監控系統，畜禽飼養的自動(dòng)監控系統，國內外都已經(jīng)有成功經(jīng)驗。

　　在糧食、果品、蔬菜、花卉、畜禽產(chǎn)品的保鮮、儲藏的設施中，自動(dòng)化的技術(shù)也都很成功。

　　至于微生物的發(fā)酵工程，農業(yè)菌藻生物的培育工程與農產(chǎn)品加工工程等方面，完全可以應用信息技術(shù)，實(shí)現全面的自動(dòng)化。

　　2.精確農業(yè)

　　精確農業(yè)發(fā)展至今只有10多年的歷史，已經(jīng)受到國際農業(yè)科學(xué)界的重視與關(guān)注。

　　農事操作，如施肥、灌溉、噴灑農藥、收割等，在同一塊農田內，以往都是平均分配地進(jìn)行，不考慮田塊內部的差異，這里存在著(zhù)很大的浪費。根據美國伊利諾州立大學(xué)的研究，在化學(xué)除草的作業(yè)中，真正有草的面積往往只占整個(gè)田塊的30～50%。如果全面地使用除草劑，就有50～70%的除草劑是浪費的，并且對環(huán)境會(huì )造成嚴重的污染。

　　精確農業(yè)應用全球定位系統(GPS)，確定田塊內的各小區的精確農業(yè)位置，形成田塊內的網(wǎng)格分布，以此作為田間測定與農業(yè)作業(yè)基礎。

　　目前精確農業(yè)有二種方法。一是應用地理信息系統(GIS)技術(shù)繪制出田塊內要素(如土壤養分、土壤水分、病蟲(chóng)草的數量、嚴重度等)的分布圖，農業(yè)機械根據圖中要素值的大小而調整操作。二是農業(yè)機械在田間操作時(shí)，應用傳感器直接測定要素值，同時(shí)自動(dòng)地通過(guò)農業(yè)模型確定施肥量、用藥量等，再由農業(yè)機械調整操作，后者的自動(dòng)化程度更高，但難度也更大些。

　　精確農業(yè)由于施肥、灌溉、用藥等操作在用量上更為正確，因此可以同時(shí)達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)與高效，并且將對環(huán)境的污染減到最低的程度。

　　精確農業(yè)的原理與技術(shù)都很先進(jìn)，是大型農場(chǎng)的發(fā)展方向，但費用較高。在我國農民占地很少的條件下，怎樣應用精確農業(yè)，是一個(gè)值得深入研究的問(wèn)題。

　　(二)農業(yè)信息系統

　　它指的是專(zhuān)門(mén)應用于農業(yè)的計算機數據庫與軟件系統。

　　1.農業(yè)數據庫系統(DBS)。計算機農業(yè)數據庫有：農業(yè)生物數據庫，農業(yè)環(huán)境資源數據庫和農業(yè)經(jīng)濟數據庫等。

　　農業(yè)生物數據庫方面，農業(yè)科研單位與院校對各種農作物、園藝作物、畜禽水產(chǎn)生物、食用苗藻生物都需要建立其品種、品系和近緣生物的數據庫。各種農業(yè)病菌、農業(yè)昆蟲(chóng)、農業(yè)微生物都需要建立其分類(lèi)體系，特性特征、生態(tài)類(lèi)型、生理小種的數據庫。

　　農業(yè)環(huán)境資源數據庫方面，各地都需要建立盡可能完備的氣候、氣象數據庫、詳盡的土壤資源數據庫、水資源數據庫和農業(yè)環(huán)境數據庫。

　　農業(yè)經(jīng)濟數據庫方面，各地都需要建立完備的人口、土地、耕地、各種作物面積和產(chǎn)量、各種畜禽生物的數量、農民收入、農民消費、農民就業(yè)和鄉鎮財政等數據庫。

　　計算機農業(yè)數據庫的廣泛建立，是數字農業(yè)最基礎的工作。

　　2.農業(yè)多媒體技術(shù)。許多數據庫都可以應用多媒體技術(shù)。例如農業(yè)生物數據庫都可以有各種生物與品種的照片的配合。

　　3.農業(yè)生物信息學(xué)(Agro-Bioinformatics)與基因組學(xué)(Genomics)生物信息學(xué)(Bioinformatics)是近10年來(lái)國際上發(fā)展極為迅速的熱門(mén)學(xué)科。它的基本任務(wù)是兩個(gè)：

　　A.研制與應用分子生物學(xué)范圍的數據庫：包括DNA系列、RNA系列、基因組、蛋白質(zhì)系列、蛋白質(zhì)結構與分類(lèi)、基因表達和代謝途徑與細胞調控的數據庫。

　　B.研制與應用分子生物學(xué)所需的各種軟件：DNA測序程序、DNA系列分析程序、蛋白質(zhì)結構與功能預測程序和基因算法程序等。

　　生物信息學(xué)將生物技術(shù)與信息技術(shù)兩門(mén)當代最活躍的高新技術(shù)密切結合起來(lái)。由于DNA與基因數量都十分巨大，當前及今后，可以講，沒(méi)有信息技術(shù)的支持，分子生物學(xué)的研究與生物技術(shù)的運行都是不可能的。

　　農業(yè)生物信息學(xué)就是研制和應用與農林業(yè)有關(guān)的分子生物學(xué)數據庫與軟件。在西方國家，農業(yè)生物信息學(xué)已經(jīng)有相當的發(fā)展。

　　AgDB是美國建立的與農業(yè)有關(guān)的數據庫與信息資源的總清單。美國康乃爾大學(xué)，有多種農業(yè)植物 基因工程組的數據庫(ARS—Genome)。法國國家農業(yè)研究所有多種畜禽動(dòng)物的基因圖譜數據庫(INRA)。日本已經(jīng)建立了水稻基因組數據庫(INE)與小麥及其相近屬(燕麥草屬，山羊草屬)的基因圖譜數據庫(KOMUGI)。美國還建立了大豆、玉米、棉花的基因組數據庫。

　　基因組學(xué)(Genomics)是國際上近10年來(lái)發(fā)展起的一門(mén)很有前途的新學(xué)科。它的主要任務(wù)是研究生物的基因組整體結構，以及與各種生命功能的相互關(guān)系。由于基因組的結構與生命功能都十分復雜，必須依靠計算機與信息技術(shù)的幫助。因此，基因組學(xué)也是一門(mén)分子生物學(xué)與計算機科學(xué)相結合的科學(xué)。

　　21世紀，基因組學(xué)將對農業(yè)動(dòng)植物品種的改良產(chǎn)生極深的影響。農業(yè)模型的研究必將與遺傳工程、育種學(xué)密切地結合起來(lái)，使農業(yè)動(dòng)植物的育種工作有更強的針對性與預見(jiàn)性，有更高的效率。

　　(三)農業(yè)決策系統

　　農業(yè)計算機決策系統是指應用各種專(zhuān)門(mén)的軟件，幫助對農業(yè)中的各種問(wèn)題進(jìn)行決策。

　　1.農業(yè)規劃系統(PS)：應用運籌學(xué)中的各種數學(xué)規劃方法(如：線(xiàn)性規劃，非線(xiàn)性規劃，動(dòng)態(tài)規劃，整數規劃，決策論等)對農業(yè)問(wèn)題進(jìn)行決策。

　　2.農業(yè)專(zhuān)家系統(ES)：是一種直接應用專(zhuān)家經(jīng)驗的計算機軟件，對一些主要依靠專(zhuān)家經(jīng)驗進(jìn)行決策的農業(yè)問(wèn)題。

　　3.農業(yè)模擬決策系統(SDS)：將農業(yè)模擬與決策相聯(lián)系，一般采用二種方法：一是通過(guò)計算機的模擬性試驗，二是將模擬與專(zhuān)家系統相結合，這種方法與單純的專(zhuān)家系統相比，其機理性較強，但在決策中還是要受到專(zhuān)家經(jīng)驗的局限，在應用于新品種，新技術(shù)或新地區時(shí)，有一些困難。

　　4.農業(yè)模擬優(yōu)化決策系統(SODS)：是將農業(yè)過(guò)程的模擬與農業(yè)的優(yōu)化原理相結合，在此基礎上，做出各種農業(yè)決策的完整軟件系統。實(shí)踐證明，SODS在農業(yè)生產(chǎn)指導上有很強的應用性，特別是它們具有通用性，可以在很大的地區范圍內，針對任何品種應用。同時(shí)，它還有預測的功能，可以提高農業(yè)生產(chǎn)的預見(jiàn)性。

　　SODS方法是在20世紀80年代由我國首創(chuàng )。經(jīng)過(guò)近20年的努力，我國已建立起水稻、小麥、玉米、棉花四種主要農作物的SODS系統，初步形成我國的作物模型系列。這幾個(gè)系統在全國許多省份推廣應用，在各地的糧棉生產(chǎn)上，發(fā)揮了積極作用。

　　(四)農業(yè)監測系統

　　地理信息系統(GIS)與遙感技術(shù)(RS)是信息技術(shù)應用于農業(yè)環(huán)境資源監測的主要手段。

　　地理信息系統是近20年來(lái)國際地理科學(xué)的一項突破性的技術(shù)。它將系統科學(xué)、信息科學(xué)、計算機的數據采集、處理和分析模型，數據庫技術(shù)與計算機圖像技術(shù)密切結合起來(lái)，成為一種綜合性技術(shù)。

　　遙感技術(shù)是將空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)與計算機技術(shù)相結合的綜合性技術(shù)。20多年來(lái)，農業(yè)遙感已經(jīng)有很大的發(fā)展。

　　地理信息系統與遙感技術(shù)的結合應用，使農業(yè)資源環(huán)境的研究與監測方法得到根本性的改觀(guān)。其應用領(lǐng)域十分廣泛，主要有：

　　1.農業(yè)土地、耕地、土壤、森林、草原、水面等各種農業(yè)資源的探測、評價(jià)與動(dòng)態(tài)監測。

　　2.各種農業(yè)災害(洪澇、干旱、風(fēng)暴、病蟲(chóng)害等)的實(shí)時(shí)預測與監測。

　　3.各種農業(yè)作物面積與產(chǎn)量的預測與監測。

　　4.農業(yè)環(huán)境(大氣、土壤等)污染的預測與監測。

　　5.各種農業(yè)與園藝作物、畜禽水產(chǎn)生物、經(jīng)濟林木的地區適應性分布的研究，可為農業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調整提供依據。

　　完成以上任務(wù)，往往需要與各種相應的農業(yè)模型相結合。

　　(五)農業(yè)網(wǎng)絡(luò )系統

　　1.局域網(wǎng)的農業(yè)應用：

　　局域網(wǎng)是將一個(gè)單位內的以至于農民家庭計算機聯(lián)成一個(gè)整體。局域網(wǎng)的應用使農業(yè)從一種分散性的產(chǎn)業(yè)轉變?yōu)榧薪?jīng)營(yíng)的產(chǎn)業(yè)，可以顯著(zhù)地提高農業(yè)經(jīng)營(yíng)與管理的工作效率與工作質(zhì)量。

　　2.互聯(lián)網(wǎng)的農業(yè)應用

　　互聯(lián)網(wǎng)(INTERNE)的發(fā)明是20世紀人類(lèi)科技進(jìn)步的最大成就之一，幾乎涉及人類(lèi)生活的各個(gè)方面，農業(yè)也不例外?；ヂ?lián)網(wǎng)在農業(yè)上的應用己經(jīng)深入到農業(yè)生產(chǎn)、農業(yè)科研、農業(yè)教育、農業(yè)推廣和農業(yè)行政管理各個(gè)領(lǐng)域。隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，現在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應用更是方興未艾，這更為現代農業(yè)的數字化進(jìn)程助上有力一臂。

　　山合水易機構

　　網(wǎng)址：http://weightlossdietary.com/

　　地址：北京市海淀區花園路2號 -1號樓(中關(guān)村數字電視產(chǎn)業(yè)園區內)

　　電話(huà)：400-650-6990 010-84098642

　　傳真：010-64152865 郵箱：info@shsee.org