互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)，看美國如何實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的建設(shè)

羅德尼?席林(RodneySchilling)是美國伊利諾伊州的一個農(nóng)場主，他和父親二人經(jīng)營著1300英畝(約7900畝)田地。他的父親已經(jīng)83歲了，地里的活兒全靠席林自己上陣，即便在農(nóng)忙時(shí)節(jié)，他也不用雇工，最好的幫手是農(nóng)場里的那幾臺農(nóng)業(yè)機(jī)械。

跟國內(nèi)常見的農(nóng)業(yè)機(jī)械比，這些機(jī)器高大得多，一臺噴藥機(jī)完全張開“臂膀”，翼展達(dá)36米。更重要的是，這些“大家伙”還很有“頭腦”——駕駛室里配備的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng)。即使在下田作業(yè)時(shí)，席林也遠(yuǎn)沒有傳統(tǒng)農(nóng)民那么辛苦，只要他愿意，完全可以坐在駕駛座上，一邊喝著咖啡，一邊用平板電腦瀏覽新聞，機(jī)器會按照設(shè)定的路線工作，施肥、打藥完全自動化，哪些地方打過，哪些地方?jīng)]打，絕對不會搞混，GPS上都顯示得清清楚楚。

大多數(shù)時(shí)候，席林會把平板電腦帶在身邊，內(nèi)置的APP軟件會提醒他何時(shí)適宜下地查看，該打藥或是該施肥了，以及提供實(shí)時(shí)的和未來幾天的天氣數(shù)據(jù)。

在美國，像席林這樣“勞作”的農(nóng)場主越來越多。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式正在從機(jī)械化向信息化轉(zhuǎn)變，以精準(zhǔn)為特征的農(nóng)業(yè)，正在讓種植變得更加容易。

美國的農(nóng)業(yè)

美國農(nóng)業(yè)約占其GDP的1.2%。美國不僅是世界上最大的工業(yè)化國家，而且也是世界上最大的農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家。美國土地肥沃，氣候溫和，現(xiàn)有可耕地約1.52億公頃，牧場5.6億公頃。美國約有220萬個農(nóng)場，每個農(nóng)場平均面積約170公頃。2011年農(nóng)業(yè)就業(yè)人數(shù)213萬人，占整個就業(yè)人口的1.45%。

美國是農(nóng)業(yè)大國，但農(nóng)業(yè)產(chǎn)值僅占美國經(jīng)濟(jì)1.2%。美國有3億多人口，其中住在農(nóng)村地區(qū)的人僅占約2%，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人不到1%，其中又只有半數(shù)將農(nóng)業(yè)作為主業(yè)，根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部的數(shù)據(jù)，美國農(nóng)場數(shù)量1935年達(dá)到峰值680萬個，農(nóng)業(yè)人口超過1.27億，現(xiàn)如今農(nóng)場數(shù)量只有220萬個，農(nóng)民數(shù)量也降至300萬左右。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的盈利性從根本上保證了農(nóng)業(yè)的吸引力。愛荷華州全職農(nóng)民年收入基本都在5萬至7萬美元以上，有些農(nóng)民可能會達(dá)到10萬至25萬美元，一般而言要比城市居民平均收入水平高。

美國是對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)收集比較齊全的國家，也是較早進(jìn)行農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)開放的國家，目前，有關(guān)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的采集、共享和利用正幫助美國農(nóng)業(yè)政策制定者對農(nóng)業(yè)部門的發(fā)展制定各種政策。不僅如此，美國各大農(nóng)場主協(xié)會以及涉農(nóng)企業(yè)也不惜投入大量的時(shí)間、金錢以及花費(fèi)巨大的精力去搜集被人們稱為“大數(shù)據(jù)”的涉農(nóng)數(shù)據(jù)。

大數(shù)據(jù)對于農(nóng)業(yè)的作用

隨著全球人口的增加，天氣的波動更加不穩(wěn)定，以及依賴石油的農(nóng)業(yè)對于石化燃料的價(jià)格越來越敏感，必然激勵更多地運(yùn)用新技術(shù)來提高作物產(chǎn)量，并管理風(fēng)險(xiǎn)。圍繞著基因組學(xué)、生物信息學(xué)以及計(jì)算生物學(xué)的研究活動都已經(jīng)取得了重大的進(jìn)展，使得科學(xué)家和組織能夠更好地養(yǎng)活全世界，并提高食品和農(nóng)作物的質(zhì)量。這些技術(shù)都涉及到龐大的數(shù)據(jù)集和計(jì)算分析，那么在此過程中，大數(shù)據(jù)的作用是什么?

首先，也是最重要的，農(nóng)民需要需要測量和了解數(shù)據(jù)巨大和種類繁多的數(shù)據(jù)能夠帶來怎樣的影響，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)驅(qū)動著他們的耕作質(zhì)量與產(chǎn)量。這些數(shù)據(jù)包括天氣數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、土壤細(xì)節(jié)、種子、化肥和作物藥劑等，充分利用這些數(shù)據(jù)對于土地進(jìn)行長期管理和短期模擬，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和利潤的最大化。

其次，種子和肥料以及藥劑的供應(yīng)商需要接收所有的這些數(shù)據(jù)，將其放入統(tǒng)一的模型中，并使用專用算法，以便向農(nóng)民提供盡可能最優(yōu)化的解決方案和服務(wù)。

再次，農(nóng)業(yè)機(jī)械制造商是整個價(jià)值鏈的另一個重要組成部分。他們不僅需要確保其資產(chǎn)能夠在最低成本保持最長的正常運(yùn)行時(shí)間，還要支持移動數(shù)據(jù)采集(如土壤樣本、水分監(jiān)視器和傳感器、田間作物顏色、生長速率、天氣破壞、營養(yǎng)水平、農(nóng)作物品種等)，并讓這些瑣碎的信息在價(jià)值鏈能被實(shí)時(shí)獲取，以進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

除了農(nóng)民、農(nóng)企、種子化肥供應(yīng)商和農(nóng)業(yè)機(jī)械制造商以外，氣象站和實(shí)驗(yàn)室、貿(mào)易商和行業(yè)合作伙伴、技術(shù)和解決方案提供商也是這個日益復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)的一部分。他們對于來自無數(shù)信息源的大數(shù)據(jù)也有著巨大的需要。

大數(shù)據(jù)進(jìn)田

大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最普遍的領(lǐng)域之一就是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。通過對氣候、土壤和空氣質(zhì)量、作物成熟度，甚至是設(shè)備和勞動力的成本及可用性方面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集，預(yù)測分析可以用來做出更明智的決策，而這就是所謂的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，控制中心實(shí)時(shí)收集并處理數(shù)據(jù)，來幫助農(nóng)民在播種、施肥和收割作物等方面做出最明智的決策。遍布田間的傳感器用于測量土壤和周圍空氣的溫度與濕度。此外，衛(wèi)星圖像和無人機(jī)會被用來拍攝田地的照片。隨著時(shí)間的推移，圖像會顯示作物成熟，加上對未來48小時(shí)的精準(zhǔn)天氣預(yù)測模型，就可以建立模型并進(jìn)行模擬，從而預(yù)測未來的情況，并幫助農(nóng)民做出前瞻性的決策。

就如文中剛開始所提到的農(nóng)場主席林對農(nóng)場的土地情況了如指掌，他甚至聘請了專業(yè)服務(wù)公司，在田地中，每4英畝設(shè)1個取樣點(diǎn)，做土壤的分析測試。完成后，席林得到一份書面報(bào)告，除了給出各個地塊詳細(xì)的土壤成分?jǐn)?shù)據(jù)，還有種植不同作物時(shí)所需要的肥料、水分以及未來產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。據(jù)此，他可以精確安排農(nóng)場的生產(chǎn)計(jì)劃。

隨著種植活動，土壤的成分是動態(tài)變化的。因此，每過三年，席林會重新做一次土壤分析，每次要花費(fèi)5000多美元。不過，由于精確數(shù)據(jù)意味著幾乎最高的投入產(chǎn)出比，席林還是很樂意花這筆錢的。

在席林的平板電腦里，安裝了ClimateCorporation的氣象數(shù)據(jù)軟件。他把農(nóng)場的坐標(biāo)和相關(guān)信息通過軟件上傳，即可獲得農(nóng)場范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)天氣信息，如溫度、濕度、風(fēng)力、雨水等，這些信息可以幫助他判斷每個地塊的播種、收獲、耕作時(shí)間。

事實(shí)上，從生產(chǎn)規(guī)劃、種植前準(zhǔn)備、種植期管理，直到采收，席林每年要做40多項(xiàng)決策。這些決策大多環(huán)環(huán)相扣，如果哪一步選錯了，那就不得不忍受減產(chǎn)的后果。

影響作物生長的因素有很多，土壤、氣候、水分、品種、病蟲害和雜草等，作物產(chǎn)量是這些因素的綜合結(jié)果。因此，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，農(nóng)民光憑經(jīng)驗(yàn)做出決策已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要依靠科學(xué)、概率和專業(yè)分析得出優(yōu)化決策。

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展帶來的智能化農(nóng)機(jī)

大數(shù)據(jù)讓農(nóng)民開始用移動設(shè)備管理農(nóng)場，可以掌握實(shí)時(shí)的土壤濕度、環(huán)境溫度和作物狀況等信息，大幅度提高了管理的精確性。然而，再好的決策，也需要硬件設(shè)備去實(shí)施。

其實(shí)，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的概念和設(shè)想，最早由美國在20世紀(jì)80年代初提出，經(jīng)10年后才進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用，彼時(shí)技術(shù)和設(shè)備的儲備已基本具備。

PrecusionPlanting專門制造與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)配套的設(shè)備。這些設(shè)備可以固定在大馬力拖拉機(jī)后部，同步運(yùn)行的播種機(jī)和其他設(shè)備上。以播種為例，經(jīng)過數(shù)據(jù)加載，它們能夠根據(jù)天氣的變化進(jìn)行不同深度、不同間距以及不同品種的播種活動。

在大田中，即使相隔兩三米遠(yuǎn)的兩塊土地，土壤的水分含量、營養(yǎng)情況、農(nóng)作物的生長情況都可能不相同。過去幾千年中，農(nóng)民并不區(qū)分這種差異，會把同樣的品種以等間距播種下去。如今，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)顛覆了這一傳統(tǒng)，在肥力高的地方密植，在肥力低的地方稀植，還可以更換種子品種。這些作業(yè)都是隨著播種機(jī)的行進(jìn)，自動完成的。僅此一項(xiàng)改變，即可給玉米帶來每公頃300公斤-600公斤的增產(chǎn)。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)下的農(nóng)業(yè)機(jī)械必須是智能化的，通常安裝有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備，以及必要的傳感器，這樣才能“理解”大數(shù)據(jù)分析軟件給出的信息，并準(zhǔn)確地執(zhí)行。

智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)械也大大提高了作業(yè)質(zhì)量，單粒播比率可以提高到99%。農(nóng)民可以實(shí)時(shí)監(jiān)控播種機(jī)的準(zhǔn)確率，如果出現(xiàn)大面積異常，可以馬上停機(jī)，檢查糾正播種機(jī)。以前，如果播種機(jī)出了毛病，農(nóng)民很難立即發(fā)現(xiàn)，而只能接受損失。

理想情況下，播下的種子應(yīng)在地里有同樣的深度，如果種得深了，種子出苗晚，不利于競爭陽光和養(yǎng)分;淺了，則抗倒伏性不好?，F(xiàn)在，智能化的農(nóng)機(jī)可根據(jù)土地的松軟程度，自動調(diào)節(jié)播種動作，以便所有種子處于同樣的深度。

通過全流程的精打細(xì)算，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可以極大地節(jié)約化肥、水、農(nóng)藥等投入，把各種原料的使用量控制在非常準(zhǔn)確的程度，讓農(nóng)業(yè)經(jīng)營像工業(yè)流程一樣連續(xù)地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?jīng)營。

大數(shù)據(jù)公司在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的案例

(1)孟山都公司(Monsanto)

雖然該公司已經(jīng)被妖魔化為企業(yè)貪婪和罪惡的代表，但也正是它使得農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)生了革命性的改變。成立于1901年的孟山都公司最初是銷售DDT、牛激素、多氯聯(lián)苯(PCB)和阿斯巴甜的化學(xué)公司。從20世紀(jì)80年代起，孟山都公司開始購買種子企業(yè)并投資于生物技術(shù)研究，戰(zhàn)略性地過渡成為一家農(nóng)業(yè)公司。孟山都公司早在公眾認(rèn)識到之前就看到了農(nóng)業(yè)的長期機(jī)會，并投注于此。該公司認(rèn)為，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是個價(jià)值數(shù)十億美元的投資，而其在2012年5月到2014年2月間收購的幾家農(nóng)場數(shù)據(jù)分析公司也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

2012年初，孟山都公司收購了精密播種(Precision Planting)公司，該公司生產(chǎn)的硬件和軟件能夠在田間播種空間、深度以及根系方面向農(nóng)民提供幫助。2013年10月，孟山都公司以9.3億美金收購了農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)科學(xué)的最大的公司之一，即位于舊金山的氣象數(shù)據(jù)分析公司——?dú)夂蚣瘓F(tuán)(Climate Corporation)，標(biāo)志著要轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)與生物技術(shù)解決方案的整合。而金融時(shí)報(bào)(Financial Times)報(bào)道說，孟山都公司的這一收購行動標(biāo)志著首宗重大的“大數(shù)據(jù)”收購順利完成。隨后，在2014年2月，氣候集團(tuán)買下了總部設(shè)在舊金山的土壤測試服務(wù)公司Solum。而孟山都公司的主要軟件產(chǎn)品FieldScripts適用于所有的這些系統(tǒng)，以確定土壤的生產(chǎn)力和產(chǎn)量。

(2)MySmartFarm

農(nóng)民都不可避免地要使用數(shù)據(jù)，有機(jī)農(nóng)業(yè)運(yùn)營更需要采集大量的耕作數(shù)據(jù)。MySmartFarm的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Wolfgang van Loeper正在利用大數(shù)據(jù)來改造農(nóng)業(yè)。MySmartFarm致力于為農(nóng)民創(chuàng)造一種環(huán)境，讓他們的耕種更適應(yīng)自然，即更多地利用大自然的技巧，用更低的成本收獲莊稼，并讓作物含有更多的重要的天然植物營養(yǎng)素，這些營養(yǎng)素在經(jīng)過大量化學(xué)處理的農(nóng)產(chǎn)品中含量很少。

MySmartFarm是個SaaS系統(tǒng)，它將收集到的數(shù)據(jù)與預(yù)測數(shù)據(jù)相結(jié)合，幫助農(nóng)民對預(yù)測或趨勢做出反應(yīng)。通過MySmartFarm系統(tǒng)，農(nóng)民能夠擁有他所有的數(shù)據(jù)，包括收獲、施肥、實(shí)驗(yàn)室、天氣、疾病，以及來自當(dāng)?shù)赝寥阑蛉~片水分和衛(wèi)星傳感器的傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)還能有重要的映射和地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)。MySmartFarm將所有這些數(shù)據(jù)與氣候數(shù)據(jù)相結(jié)合，并產(chǎn)生新的情報(bào)。將其加入農(nóng)民自身完整的安全存儲的數(shù)據(jù)中，農(nóng)民可以得出一個非常方便的管理儀表板，指明面對眾多的參數(shù)時(shí)，要做出快速而高效的決策，最重要的是什么，從而更及時(shí)地采取行動。

MySmartFarm將推動農(nóng)民走向更可持續(xù)的耕作實(shí)踐活動，這不僅僅是節(jié)約水和化學(xué)品，更是幫助他們通過知識轉(zhuǎn)移(比如成功并且盈利的，或者是更加生態(tài)的耕作實(shí)踐)，轉(zhuǎn)向更農(nóng)業(yè)生態(tài)化的做法。

(3)FarmLogs

FarmLogs依靠移動網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式幫助耕作的農(nóng)民快速有效地預(yù)測利潤、跟蹤開支，更有效地安排工作。最棒的是，該軟件利用GPS可以給出任何給定位置的歷史氣象數(shù)據(jù)。農(nóng)民朋友們可以利用該軟件的移動應(yīng)用，快速記下筆記和輸入數(shù)據(jù)。它為古老的農(nóng)業(yè)行業(yè)帶來了一場根本性革命。

“FarmLogs讓農(nóng)民獲得他們的田間情況變得非常容易。雨水、養(yǎng)分、作物健康、土壤條件以及機(jī)器的所有數(shù)據(jù)都可以通過直觀的Web/移動用戶界面進(jìn)行分析和交付，”FarmLogs的創(chuàng)始人以及CEO沃爾馬表示?！拔覀儚膶W(xué)術(shù)界獲得了最先進(jìn)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究，然后我們把它用在美國的每一個農(nóng)場?！?/span>

結(jié)語：有人認(rèn)為，數(shù)據(jù)帶來的趨勢會鼓勵大規(guī)模種植單一作物，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)有效性的最大化，因此可能會造成科技趨勢排擠小型農(nóng)場;但另一些人認(rèn)為，隨著大數(shù)據(jù)成本的迅速下降，小農(nóng)場主也能使用這些技術(shù)來不斷加強(qiáng)自身。但無論如何，我們正在邁進(jìn)一個人口更多、資源更少的時(shí)代，這使得農(nóng)業(yè)成為世界上最重要的產(chǎn)業(yè)之一。最終，農(nóng)業(yè)會贏得全世界的尊重。