AI+现代农业科研应用

2026年中央一号文件提出因地制宜发展农业新质生产力，促进人工智能与农业深度融合发展。对于农业科研人员而言，这意味着AI不再是计算机学科的专属工具，而正在成为与田间试验设计、统计分析方法同等重要的科研能力。

但在实际操作中，农业科研人员面临一系列具体问题：我的研究数据适合用AI分析吗？需要学编程吗？现有的育种、栽培、植保工作流程中，哪些环节可以接入AI？模型预测结果可信吗？

本文基于中国科学院人才交流开发中心主办的“人工智能赋能现代农业科研与智慧化应用实操”高级研修班课程体系，围绕农业科研人员的真实工作场景，逐一回答上述问题。

农业科研中的问题大致可分为四类：

分类问题：例如“这张叶片照片属于哪种病害”“这个种质属于哪个类群”

回归预测问题：例如“这个杂交组合的产量是多少”“这个品种的成熟期是哪天”

图像识别问题：例如“无人机影像中哪块地缺水”“果实成熟度达到几成”

优化决策问题：例如“在给定的土壤和气候条件下，最优施肥方案是什么”

AI对这四类问题都有成熟的技术方案。关键在于：你的研究是否有足够的数据支撑？问题是否可以被明确地定义？

这是农业科研人员最关心的问题之一。不同AI模型对数据量的需求不同：

传统机器学习（随机森林、支持向量机）：几十到几百个样本即可起步

深度学习（卷积神经网络、图神经网络）：通常需要数千以上样本

迁移学习：可用预训练模型+少量自有数据（几十到几百张标注图像）

培训课程会讲解如何评估自己的数据是否满足建模条件，以及样本不足时的替代策略。

答案是：需要一定的编程基础，但不必成为软件工程师。具体来说：

能够使用Jupyter Notebook或类似的交互式环境

能够读懂和修改现有的Python代码（主要涉及Pandas、Scikit-learn、Matplotlib）

能够调用现成的AI模型接口，而非从零实现算法

课程将从Python环境搭建开始，逐步讲解数据加载、清洗、建模、可视化的完整流程，目标是让学员在自己的电脑上跑通一个完整的AI分析流程。

农业数据有其特殊性：田间试验受气候、土壤等混杂因素影响；不同年份、不同地点的数据难以直接合并；表型数据存在人为测量误差；基因组数据维度高但样本量小。

课程将介绍当前可用于农业科研的数据采集技术：

田间物联网传感器：土壤温湿度、光照、二氧化碳浓度等连续监测

无人机多光谱/高光谱成像：获取作物冠层反射率，反演叶面积指数、叶绿素含量等

高通量植物表型平台：自动获取株高、分蘖数、穗长等结构性状

手持式近红外设备：现场检测水分、糖度、蛋白质含量等

关键不是设备本身，而是采集到的数据如何与AI模型对接。

原始数据进入AI模型前，通常需要以下处理：

缺失值处理：田间数据常见缺失，需要根据业务逻辑决定是删除、插补还是标记

异常值检测：基于统计方法或专业知识识别录入错误或极端值

数据标准化/归一化：消除不同量纲的影响

特征工程：从原始数据中构造更有预测力的变量（如从气象数据计算积温、干旱指数）

课程将演示使用Python进行上述操作的具体代码。

在分子育种和功能基因组学研究中，AI可以用于：

全基因组选择（GS）模型的构建：利用标记数据预测育种值

SNP标记筛选：从数千到数百万标记中选出与目标性状关联的位点

基因型-表型关联分析：处理多基因控制的复杂性状

课程将介绍几种适用于基因组数据的机器学习方法，并演示基本流程。

育种工作是AI在农业科研中应用最成熟的领域之一。以下逐一说明各环节的技术实现。

传统育种依赖多年多点试验和最佳线性无偏预测（BLUP）模型。AI方法（随机森林、梯度提升、神经网络）可以在以下方面提供补充：

处理非线性基因-环境互作关系

整合多源数据（基因组、表型组、环境数据）

对多性状进行联合预测

课程将以一个具体作物（如玉米或小麦）为例，演示从基因型数据到产量预测的完整建模流程。

种质资源库中成百上千份材料的分类和评价是一项基础工作。无监督学习方法（聚类分析、主成分分析、t-SNE降维）可以：

自动对种质材料进行分组，发现潜在的核心种质

可视化群体结构，辅助亲本选择

基于分子标记计算遗传距离，构建聚类图谱

给定一个亲本集合，如何选择最优的配对组合？AI可以通过以下方式辅助：

基于历史杂交数据训练预测模型，对新组合的表现进行预评估

使用多目标优化算法，在产量、抗性、品质等多个性状之间寻找平衡

减少田间配组数量，将资源集中在高潜力组合上

近年来，搭载多光谱相机、激光雷达和深度相机的田间机器人开始应用于育种工作。AI在其中的作用包括：

实时图像分割，区分作物与背景

自动计数穗数、粒数、分蘖数

识别倒伏、病害等异常状态

将图像数据转换为结构化的表型数据表

课程将介绍现有机器人表型平台的技术架构，并演示图像处理的基本流程。

栽培研究涉及播前规划、水肥管理、生长监测、试验设计等多个环节，AI在每个环节都有具体应用。

基于历史气象数据、土壤数据和品种特性，AI模型可以帮助回答：

什么时候播种最有利于避开灾害性天气？

什么样的密度配置能获得最高产量？

哪些地块需要提前进行土壤改良？

在苗期，无人机影像结合计算机视觉可以识别缺苗区域，生成补种处方图。

卫星遥感（Sentinel、Landsat）提供中低分辨率的时间序列数据，适合大范围监测；无人机遥感提供高分辨率数据，适合小区尺度分析。AI可以从中提取：

作物物候期（出苗、抽穗、开花、成熟）

胁迫状态（干旱、养分缺乏、病害）

生物量和产量预估

水肥试验的常见问题是：多因素多水平组合数量巨大，无法全部试验。AI可以：

基于部分试验数据建立代理模型

预测未试验组合的效果

推荐最优或次优的水肥方案

课程将演示如何使用高斯过程或随机森林进行此类优化。

栽培试验产生多因素、多指标的数据表。常规的方差分析只能判断因素是否显著，难以揭示交互作用的复杂模式。机器学习方法可以：

识别各因素对产量的非线性影响

量化因素之间的交互效应大小

辅助下一轮试验设计（如使用贝叶斯优化推荐参数组合）

目前已有若干整合了AI模型的栽培决策平台，如基于云端的作物模型系统。课程将介绍这些平台的数据输入要求、输出形式以及如何与自己的试验数据对接。

基于深度学习的病虫害图像识别是目前成熟度最高的技术之一。关键问题包括：

需要多少张标注图片？通常每类病害需要几百张以上

识别准确率能达到多少？在受控条件下可达90%以上

能否区分症状相似的病害？需要高质量的训练数据

课程将演示使用卷积神经网络（CNN）构建一个简单的病害识别模型，包括数据标注、训练、验证和测试的完整流程。

AI不仅可以识别当前的病害，还可以预测未来的发生风险。结合：

气象数据（温度、湿度、降雨）

病菌孢子捕捉数据

历史发生记录

可以建立预测模型，输出未来一周或一个月的病害发生概率，辅助植保部门提前部署。

基于病害识别的结果，可以生成变量施药处方图：只在有病害发生的区域施药，且根据严重程度调整剂量。轻量化模型（如MobileNet、TinyYOLO）可以部署到手机或嵌入式设备上，实现田间的实时识别。

农产品产后检测直接影响商品率和加工质量。AI结合光谱技术可以实现快速、无损的检测：

水果糖度、酸度、内部缺陷：近红外光谱+回归模型

谷物霉变、异物：高光谱成像+分类模型

农残快速筛查：表面增强拉曼光谱+深度学习

课程将演示从光谱数据采集到模型训练的全流程，并讨论模型在不同品种、不同产地间的迁移问题。

AI在农业科研中的应用不是“要不要用”的问题，而是“哪些环节先用、怎么用”的问题。本次研修班的核心目标是帮助农业科研人员建立起从数据到模型到决策的完整认知，并能够在自己熟悉的科研场景中尝试应用。

欢迎作物育种、栽培、植保、农产品加工等领域的科研人员报名参与。

本次研修班由中国科学院人才交流开发中心主办，于2026年6月26日—28日在北京举行（6月25日报到），并同步线上直播。

线下参会：3680元/人，包含培训、资料、证书，食宿统一安排费用自理。

线上参会：6900元/单位，含3个直播账号及3份结业证书（含全程直播回放不限时）。

授课专家：来自中国农业科学院研究所、中国科学院研究所及知名高校，具有丰富AI+农业科研实战经验。

面向对象：各农业科研院所、高等院校、作物研究所、植物保护研究所、蔬菜研究所、农业机械研究所等单位的科研人员及研究生。

报名方式如下：请扫码填写个人信息→获取报名回执 → 会务组发放报到通知。

报名及咨询请扫码