智慧农业最前沿——科学改变农业

日本农业，劳动力日益短缺

日本农业面临的劳动力短缺问题正在逐年加剧。全国农户的主力军在人数上较五年前（2015年）减少22.4%，而平均年龄上升了0.8岁，达到67.8岁，老龄化程度在不断加深。可以预见，今后劳动力短缺现象还会更加严重，作为应对措施，开发包括机器人在内的超省力技术，将是实现农业持续发展的必要条件。

再看整个世界，伴随着人口增长，全球变暖、干旱、沙漠化等环境问题日益严峻，在此背景下，基于需要采用机器人来替代人类从事农业活动这一认识，世界各国都在大力开展研发工作。因为农业智能化将会运用IT和机器人技术等尖端技术，改变传统的“农耕劳作方式”。过去依赖于农户“经验”和“直觉”的农业转型升级为“基于数据的农业”，而这种转变也有助于促进农业人口的增长，因此，农业智能化对解决日本乃至全球农业所面临的问题具有重要意义。在此，笔者将分析在全球迅速发展的智慧农业的现状，并对今后做一展望。

利用数据提高生产率

智慧农业的一大特点，是可以通过卫星图像、无人机和农机等手段收集田地土壤状况、作物生长情况、产量等空间信息，再结合天气预报等因素进行数据分析，制定合理的农业生产计划。信息有助于制定施肥管理、收割作业等各种计划，还可以实现农药和肥料等生产资料的效率最大化利用，进而提高生产率。

另一方面，智慧农业并不局限于提高农户个体生产率的技术。将智慧农业的适用范围从个体扩大到地区，有望产生激发地区活力的经济效果。比如水稻，卫星图像可以推断幼穗形成期的植株含氮量，因此，根据生长情况分区域适量施肥就成为可能。换言之，这种技术有望在大片区域实现大米和小麦等作物的品质和收割量的高度稳定；同时，还可以利用卫星图像在收割前推断糙米蛋白质含量和最佳收割期。由于大米的蛋白质含量紧密关系到口感味道，所以还相当于掌握了不同地区的大米口味。换言之，只要依据这些信息开展农业活动，各地大米的品质和产量都可得到提高，并且实现同质化，有助于增强品牌号召力。

数据平台走向实用化

未来的农业应该会创造出地区性的特产，将之品牌化，并从国内市场走向海外。如果各地的生产者能够运用智慧农业并分享技术，将有助于实现高品质生产的扩大和稳定化。同时，如果可以利用气象信息模拟以及遥测作物生长情况，精准预测出货量和出货期，那么还有可能实现产地间的高度合作，并通过接力运输和优化物流过程来削减物流成本。

然而，长期以来一直存在的问题，是缺乏一种可以低成本利用“气象状况”“土壤状况”“作物生长情况”“既往劳作情况”等数据的机制，而这些都是农户判断决定生产活动的必要信息。为了解决这个问题，2019年4月，以国立研究开发法人农业与食品产业技术综合研究机构（农研机构）为运营事务局，具备农业数据合作、共享和提供功能的“农业数据合作基础平台”（WAGRI）投入了实际运用。该平台梳理了各种分散的数据，改善了数据的使用便利性，建立了可以在各个系统之间做到数据合作与共享的环境，如此一来，IT产品销售企业和农机制造企业就能够以低成本向农户提供农业活动所需的有效信息。

利用机器人农机，大幅提升效率

2018年，日本在全球首开先河，将无人作业的机器人农机投入了社会实际生产。拖拉机和插秧机等农机已经实现了无人化，机器人农机配备了障碍物探测传感器，可以安全地作业。但作为使用条件，需要有人在旁边目视监控机器人农机作业。此外，近年来还有田埂割草机器人、茶园管理机器人等各种农业机器人纷纷投入实际使用。目前，产业界、大学、政府三方正在联合研发这种目视监控型机器人的升级版农机，可以做到远程监控和跨农地移动。

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远程监控式机器人作业系统可以在一个地区内同时控制多个机器人作业，控制室只需一名工作人员，就可对分布在远处多片田地内作业的机器人进行管理。分散在多片田地的机器人可同时作业，还可在田里自主移动，所以能够大幅提升作业效率。近年来，有关利用5G和AI技术的智能机器人研究也在持续推进。比如，依据AI技术和高分辨率图像精准施肥，及时发现、应对病虫害等，这些都属于利用5G传输数据，再通过边缘云计算分析数据的智能系统。

节省收割作业的劳力，促进出口的扩大

在农业设施机器人的开发上，国内外都在积极推进以机器人替代人工来进行繁重的收割作业。收割机器人主要用于采摘草莓、西红柿、青椒、黄瓜和芦笋等作物，开发这种机器人的必备要素是①感应、②采收、③移动这三项技术。其中最大的问题是果实“感应技术”和“处理技术”。感应技术，需要的是识别果实成熟与否，测量位置。在这种视觉识别判断功能上，海有许多问题需要从技术层面加以解决；处理技术难度较大，需要在不损伤不同外形的果实的同时，进行高速采摘。今后，日本可能会面向亚洲和澳洲进一步加大草莓等水果出口，设施园艺用收割机器人的实用化备受期待。

EV机器人在果园喷洒防治病虫害的农药（笔者提供）

日本的技术，在海外也受到关注

今后，必须不断追求实现农业用机器人的电动化和小型化。小型化的有效性，在农地区划面积狭小的日本自不待言，在实践大规模农业的欧美国家也备受关注。这是因为，拖拉机的大型化会造成土壤板结问题，阻碍作物的根系生长，给农作物生长带来不良影响；拖拉机燃料中90%的能量都消耗在了破碎这种土壤板结形成的硬土层上；而且，随着拖拉机大型化而不断增大的车体宽度也达到了极限，在某些国家甚至出现过因为法律规定导致无法上路行驶的情况。

英国哈珀亚当斯大学在2017年启动了一个名为“Hands Free Hectare project”的完全无人农场项目。在这个实证试验中，100米见方的田地内，耕地、播种、防治病虫害和收割等所有作业，完全采用无人方式开展。这个项目的特点，是试验用的拖拉机使用了日本产的小型拖拉机。项目的策略思维是，运用机器人无需操作员的优点，通过调整机器人的数量来应对作业规模的扩大。在欧美国家，机器人化的基本概念就是适合作物生长的系统。传统农机无法实施的作业、成本较高的作业，以及耗时较多的作业，都比较适合使用机器人。因此，鉴于节省能源、对地面的接触压力低、高性价比和安全性等基本特点，轻量小巧、电力驱动，而且维护简单，不会受到天气影响的机器人系统受到了高度关注。出于这样的原因，近年来，可以驱使多个小型机器人协同开展高精密农业劳作的系统，在全球各国都受到了关注。

四台机器人拖拉机协同开展耕地作业。驾驶室内没有操作人员（笔者提供）

成功的关键，是因地制宜引入技术

智慧农业具有许多优点，可以缓解劳动力短缺问题，能够通过数据传承农业技术、降低生产成本、提高农产品的品质和产量，还可以实现从传统的“产品导向型”向“市场导向型”的转变，增强农业魅力，等等。然而，由于需要购买机器等初期投资，所以推广普及不可能一蹴而就。首先，需要让生产者树立通过引入智慧农业可以改善经营的信心。如果是地区特色较强的农业生产，那么毋庸赘述，因地制宜地引入智慧农业技术才是成功的关键。

智慧农业技术的发展极为迅速。生产者自不待言，地方政府、农业改良普及中心和日本农业协同组合（农业合作社——译注）等利益相关各方，今后有必要更多地关注智慧农业技术的发展动向。

标题图片：小型机器人群展现的未来农业（笔者提供）

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