《Cogent Food & Agriculture》：Emergence of smart-farming practices in Nigeria agriculture: the costs, benefits, and implications for youth engagement in agriculture
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尼日利亚的传统农业实践日益与显著的环境退化和青年参与度下降相关联，对粮食安全和该部门的长期可持续性构成严重威胁。为应对这些挑战，特别是在人口快速增长的背景下，采用智慧农业技术等创新方法的需求日益迫切。本研究对尼日利亚智慧农业实践的出现和应用的相关现有文献进行了
尼日利亚的传统农业实践日益与显著的环境退化和青年参与度下降相关联，对粮食安全和该部门的长期可持续性构成严重威胁。为应对这些挑战，特别是在人口快速增长的背景下，采用智慧农业技术等创新方法的需求日益迫切。本研究对尼日利亚智慧农业实践的出现和应用的相关现有文献进行了批判性综述，特别关注从水培（hydroponics）到精准农业（precision farming）和温室农业（greenhouse farming）等技术。研究评估了已取得的进展程度，并综合了相关经济成本与收益的证据，同时考察了对青年参与农业的影响。研究结果表明，智慧农业在改造农业部门、提高生产率和盈利能力以及刺激青年参与度增加方面具有相当大的潜力。然而，这些效益的实现取决于解决限制此类技术采用和有效实施的关键制约因素。研究进一步表明，智慧农业是一项可行的长期投资，有能力将生产成本降低约5%–46%，提高效率，并增强尼日利亚整体的粮食安全成果。
1. 引言
全球农业的历史轨迹已从原始的自给自足系统转向先进、技术驱动的实践时代，即所谓的农业4.0（Agriculture 4.0）。在尼日利亚，这一转型日益关键，因为以繁重体力劳动和对当地生态不确定性依赖为特征的传统耕作方法，难以跟上人口增长以及对粮食、纤维和燃料的需求。虽然传统实践维持了数世纪的生产，但现在常被视为低效、劳动密集且环境不稳定，导致土壤退化和森林砍伐。气候变化的紧迫性进一步加剧了这一转型需求，干旱、洪涝和不稳定降雨模式加剧了现有脆弱性。这些环境压力最终导致作物歉收、牲畜损失和对人类福祉的重大威胁。在尼日利亚，大多数小农依赖农业获取收入和粮食安全，这些气候相关挑战对国家生计构成直接威胁。世界银行报告称，气候变化已在降低作物产量和主粮作物的营养质量，加剧了目前影响超过6.73亿人的全球粮食不安全危机。
为应对这些系统性挑战，需要能够改造农业部门的新兴数字创新。联合国粮食及农业组织将这一根本性转变描述为“数字农业革命”，以确保全球粮食生产满足未来需求。除了生产力提升，智慧农业（smart farming）——即在农场中应用物联网（IoT）设备、传感器、网络、计算机、硬件、软件和人工智能系统来驱动农业操作——引入了对青年更具吸引力的创新和创业机会。年轻人通常更精通技术，处于独特位置以利用无人机、移动应用和数据分析等工具。这创造了新的就业价值链，从农业科技开发到数字推广服务。因此，青年参与度的提高不仅解决失业问题，还推动尼日利亚农业部门的现代化和竞争力。尽管智慧农业在增强韧性和生产力方面有明显益处，但其在尼日利亚的采用面临重大障碍，包括高昂的初始投资成本、有限的农村连通性以及传统小农缺乏技术知识。虽然许多研究已证明智慧农业对粮食安全的一般重要性，但关于尼日利亚青年在这一数字转型中的具体角色和参与，仍存在关键研究空白。本研究采用批判性综述方法，通过批判性评估和综合现有相关文献证据，提供概念性见解并识别研究空白。通过针对性搜索ResearchGate、ScienceDirect、Google Scholar等学术数据库和机构报告，依据预定义的纳入标准筛选文献，最终保留65篇出版物进行详细综述。
本研究旨在综述尼日利亚智慧农业实践出现的现有文献，特别强调评估从水培到精准农业和温室农业等技术的多样化应用，并就迄今取得的进展程度得出知情推论。通过综合经济成本和收益的证据，并考察对青年参与的影响，本综述为旨在实现该部门现代化和确保长期粮食安全的政策制定者和组织提供了重要见解。
2. 智慧农业
智慧农业代表了自主系统和信息通信技术（ICT）在农业实践中的应用。这些技术包括变量施用器、物联网（IoT）、地理定位系统、大数据、无人机（UAVs）以及自动化和机器人技术。在此框架内，无人机被视为在田间尺度进行快速和重复数据采集的关键使能技术。智慧农业技术（SFTs）的采用及伴随的农业实践数字化，正在创造一个高度自动化和数据驱动的系统，被称为农业4.0时代。更广泛地看，智慧农业涉及应用物联网设备、传感器、网络、计算机、硬件、软件和人工智能系统来增强农场农业操作。与传统耕作方法相比，这些技术提供了更高的速度、效率和精度。智慧农业技术不仅限于维持生产力和增强粮食安全，还可以帮助监测气候变异、土壤养分和水动态，改善农场数据收集，并协助病虫害管理。基于物联网的农业系统在其他过程的辅助下，帮助农民做出明智和精确的决策。智慧农业系统在大多数发达国家已被广泛采用，这是其大规模生产和经济发展的关键之一。智慧农业旨在可持续地提高农业生产力，增强对气候变化的适应和韧性，并减少温室气体排放。联合国粮食及农业组织将智慧农业定义为采用现代技术以提高农业产出数量和质量的管理方法。
3. 智慧农业与可持续农业
智慧农业依赖实时数据来改善决策、提高资源利用效率、降低生产成本并增强对气候变化的韧性。这些特征使智慧农业成为可持续农业的推动者，也是实现联合国可持续发展目标（SDGs）的实用工具。智慧农业通过以下机制支持可持续农业的三大支柱：经济可行性、环境保护和社会福祉：（i）提高农业生产力，增加粮食生产，减少作物损失，通过精准管理和数据驱动决策加强粮食安全，这与SDG目标2零饥饿高度一致；（ii）提高农场盈利能力，在数字农业、ICT、无人机服务、精准农业和农业数据分析领域创造就业机会，符合SDG目标8体面工作和经济增长；（iii）优化肥料、农药、水、能源和其他农业投入品的使用，同时减少浪费、收获后损失和环境污染，符合SDG目标12负责任消费和生产；（iv）通过改进气候监测、碳高效耕作实践、预警系统和增强对气候变率的韧性来支持气候智慧农业，支持SDG目标13；（v）通过精准投入施用和持续环境监测，保护土壤健康、减少土地退化、保护生物多样性并促进可持续土地管理，符合SDG目标15陆地生物。
4. 尼日利亚智慧农业实践的现状
多位学者考察了尼日利亚智慧农业的不同维度。例如，有研究调查了奥约州温室的使用情况，有研究分析了农民采用水培系统的意愿和财务因素，还有研究强调了基于人工智能的技术如何促进精准农业、作物健康监测和可能的实时威胁检测的改进。另有一些研究成功展示了温室农业在尼日利亚农业中的应用，以及智慧农业对网络安全和粮食安全的影响。总的来说，这些研究强调了智慧农业技术在提高尼日利亚农业部门生产力、可持续性和韧性方面的变革潜力。然而，它们并未充分反映尼日利亚青年参与智慧农业的程度，以及这如何影响粮食安全和农业的未来。智慧农业在尼日利亚仍作为应对气候变化和传统农业方法问题的可持续技术驱动解决方案而逐渐兴起。尼日利亚仍主要依赖锄头、砍刀等简陋农具进行农业活动。智慧农业应用在发达国家是已知且繁荣的耕作系统，但对包括尼日利亚在内的大多数发展中国家仍属新兴事物。尼日利亚常见的智慧农业实践包括：（i）精准农业，（ii）水培/无土农业，（iii）温室农业。
5. 尼日利亚青年参与农业
青年参与农业对于确保粮食安全、经济增长和可持续发展至关重要，特别是在农业在国家经济中发挥重要作用的尼日利亚。青年参与农业至关重要，因为他们代表着农业的未来，他们的参与对该部门的可持续性必不可少。尽管农业能够容纳数百万年轻人，但非洲青年参与农业的程度非常低。青年是指18至35岁之间的个体。研究显示，只有9.69%的受访者被归类为青年，这表明尼日利亚青年参与农业生产程度低，他们遇到的主要制约因素包括：缺乏信贷渠道、土地权属问题、推广服务不足或质量差，以及传统农业的偏远性。青年普遍认为农业缺乏吸引力，将其与低生产力、低收入、繁重劳动和社会边缘化联系在一起。大多数青年更倾向于现代“白领”就业而非农业，即使这些机会有限。一项研究显示，该国只有约21.5%的青年愿意参与农业。另一项研究追踪了尼日利亚东南部部分农民采用水培种植青甜椒的意愿，结果显示约80名农民（占32.52%）愿意采用水培系统。这表明相当数量的农民对现代辣椒生产技术持开放态度。研究结果还表明，如果已识别的关切和挑战得到解决，并有正确的支持和技术，很大比例的尼日利亚青年将愿意从事农业。利用人工智能技术提供了使农业对青年更具吸引力和效率的机会，从而解决农民老龄化人口和农村向城市迁移等挑战。智慧农业涉及使用高度改进的技术来提高农产品的质量和数量。智慧农业在尼日利亚的出现正在将农业的面貌转变为更可持续、清洁、有利可图、技术驱动和质量改进的系统，农民不一定必须使用锄头和砍刀或重型机械才能种植，从而使其对青年参与具有吸引力。一项研究强化了这样的主张：如果政府能够制定模式并支持青年参与智慧农业，可以将青年参与农业的比例提高21%。青年参与数字农业不仅超越其吸引力，还延伸到就业创造、数据分析、创业机会、软件开发和数字推广服务。青年失业是包括尼日利亚在内的大多数发展中国家的主要挑战。智慧农业仍然是全球数百万年轻人可行的就业和创收来源。尼日利亚青年参与智慧农业的增加，在政府、国际机构和NGOs赞助和提出的各种培训和赋权计划的支持下，表明向现代化耕作实践转变的趋势日益增长。
尼日利亚著名的智慧农业方法包括无土/水培系统、精准农业和温室农业系统。越来越多的青年正在从传统耕作系统转向更创新和技术驱动的系统，该系统可持续、生产高产作物、需要最少土地，并且在不使用土壤的情况下也能运作。此外，它们具有气候韧性并提供显著盈利能力，使其成为下一代农民的有吸引力的选择。尼日利亚著名的智慧农业实践者包括：位于阿贝奥库塔的soilless lab farm，已培训超过8000名青年和妇女进行无土和温室农业，并与MasterCard基金会合作，任务是在智慧农业领域培训超过12000名尼日利亚青年和妇女，它也是西非最大的无土农场，占地超过100英亩；BIC Farms Concepts，与传统农业方法相比使用显著更少的水和土地，生产包括芹菜、冬瓜叶、番茄、冰山生菜、卷心菜、西兰花、菠菜、草莓、甜瓜以及各种芳香和药用植物在内的多种作物。其他活跃的尼日利亚青年创新者包括：Integrated Aerial Precision使用无人机和人工智能提供空中数据，用于精准施用农药和化肥，并已培训数百名青年；RELEAF使用数据、机器学习和人工智能驱动的硬件来革新棕榈坚果加工并提高小农生产力；Rural Farmer Hub为农民提供软件和卫星驱动数据，使他们能够获取土壤健康信息并监测作物。此外，联合国教科文组织正在与尼日利亚政府合作，在尼日利亚774个地方政府区域培训至少300万妇女和青年进行无土农业。国家信息技术发展局与联邦农业和农村发展部合作，提出了2020–2030年的10年工作计划，旨在通过使用现代技术吸引700万青年和妇女进入农业价值链，以将气候变化对农业的影响减少40%。在创业方面，Farmz2u等初创公司为农民提供基于地理空间数据的个性化作物计划。
尼日利亚常见的智慧农业实践包括：
精准农业：精准农业是使用通信和传感技术智能利用农业资源和信息，以最大化财务回报和生产。精准农业或特定地点作物管理涉及使用GPS、遥感和数据管理软件等各种技术来观察、测量和响应作物内部及田间间的变异性。精准农业的基本原则是，农业田间固有的变异性可以借助精确数据和先进技术更有效地管理。精准农业不仅关注作物种植，还涉及其他农业生产系统：农艺学、畜牧业、水产养殖和农林业。这种精准、特定地点的方法使农民能够更有效地利用资源、提高产量、减少环境影响并增加盈利能力。
水培/无土农业：无土农业简单来说就是在没有土壤的情况下种植作物。无土农业不是替代土壤，而是补充土壤。无土农业也可以定义为“任何不使用土壤作为生根介质来种植植物的方法，其中根部吸收的养分通过灌溉水供应”。要供应给作物的养分以适当浓度溶解在灌溉水中，这种溶液被称为“营养液”。在尼日利亚，使用水培法种植经济作物和蔬菜是一种新兴的农业实践。无土农业是青年，特别是城市人口密集地区对农业部门感兴趣的青年，可以探索的可持续方式，因为它已被证明劳动强度较低、效率更高、产量更高，并通过技术和人工智能的纳入支持非季节性食品生产。水培法仅使用传统农业用水量的5%。因此，它被认为是“自我可持续”和环保的。无土农业的其他形式包括气雾栽培和水产养殖。
温室农业：温室农业是为植物专门设计的室内环境，也称为受控环境农业（CEA），指创造最佳生长条件以保护植物和提高生产力的先进农业实践。智能温室农业提供了一种可行的方法，以应对基础设施不足、气候变化和资源稀缺等障碍，同时增强粮食安全和经济成长。温室农业利用技术来监督和调节作物生长条件，使农民能够优化温度、湿度、光照和供水等因素。这些系统旨在通过精确调节温度、湿度和养分输送来最大化资源效率，与传统露地农业相比，水和肥料消耗更低。
作物管理：智慧农业利用物联网和相关技术促进适当的作物管理技术，以检测患病植物和作物生长。决策支持系统可以基于历史产量数据、天气模式和土壤性质的分析，为作物选择、种植日期、播种率和其他管理实践提供建议。物联网为农民提供田间最新的技术和传感器，以监测植物生长和检测病虫害。例如，可以使用放置在田间的超声波传感器检测危害植物生长的害虫和昆虫，检测到后产生高频声波以消灭害虫，并告知农民其存在以获取额外帮助。
6. 尼日利亚智慧农业的挑战
尽管智慧农业具有巨大潜力，但若干文献概述了其功能相关的挑战和限制。
技术挑战：智慧农业的主要技术挑战之一是确保可靠的连接性。许多农村地区（大部分农业活动发生地）互联网接入有限或不稳定，这使得使用需要持续连接的技术（如物联网设备和基于云的软件）具有挑战性。数据准确性是另一个关键挑战。确保来自传感器、无人机、卫星和其他来源的数据的准确性和可靠性至关重要，但由于传感器校准、数据处理错误和环境条件等因素，这可能具有挑战性。
初始投资成本：与智慧农业相关的高初始投资成本，如传感器、硬件和软件，对许多农民构成障碍，特别是占尼日利亚农业人口很大比例的小农。然而，在发展中国家，农民利润空间非常薄，在没有支持的情况下，大规模资本投资不是可行的选择。
技术错误：技术错误可能对系统产生负面影响。损坏的传感器可能错误地感知数据，决策过程中可能发生错误，最终可能导致巨大损失。重要的是传感器数据在人工智能建模中被正确使用。不幸的是，没有完美的传感器。即使在同一工厂制造的传感器，也可能产生不同的读数。
大数据的使用：在智慧农业中，传感器节点或摄像头收集大量数据，这些数据可能被分解为许多不同类别。处理如此大量数据的常规方法是不够的。
技术知识：尼日利亚大多数小农缺乏处理这种高度技术驱动系统和处理大数据所需的适当教育水平。许多尼日利亚农民缺乏有效使用智能温室技术所需的技术技能和意识。这可能会阻碍采用并限制潜在收益，除非有适当的教育和培训。
7. 成本效益分析
尽管智慧农业实践在盈利能力和增加农民收入方面有巨大益处，但理解在尼日利亚投资智慧农业的可行性非常重要。一项研究考察了商业规模水培的经济可行性，结果显示在5%–20%的所有假设贴现率下，两种生产规模的成本效益分析中净现值（NPV）均为正。在15%贴现率下，小规模农民（�42,894.8）和中规模农民（�331,464.9）的正净现值表明，两种生产规模在经济上至少可行十年。研究结论是，生产规模的成本效益分析表明，小规模和中规模生产规模在长期内经济上都可行。另一项意大利案例研究证实，农场规模是考察采用智慧农业实践可行性时的重要标准，采用精准农业技术提高了硬粒小麦和软质小麦的产量，并显著降低了机械操作和技术手段的成本。此外，内部收益率（IRR）为83%，表明投资中小规模水培在尼日利亚是有利可图的，并被认为是具有成本效益的。另一项关于撒哈拉以南非洲地区小农优先气候智慧农业实践成本效益分析的研究也表明，将气候智慧农业优先框架与成本效益分析工具连续使用，可以正确识别最佳选择的气候智慧农业方案。一项关于智能灌溉系统成本效益分析的研究报告称，利用传感器、物联网和自动化等先进技术可以优化用水效率，使农民能够将用水量减少高达40%，同时将作物产量提高25%。其他研究支持“无论国家如何，较大农场根据经济规模和相关的生产规模而非国家，具有正净现值”的观点。多项研究都支持投资智慧农业实践在长期内经济上可行的主张。总结成本效益分析研究，发现智慧农业可以帮助农民大幅节省并显著提高作物产量。因此，可以说如果条件有利，并有政府、相关机构和国际组织的适当支持，智慧农业实践是具有成本效益的。一项关于智慧农业和气候智慧农业成本效益、采用及其障碍的研究表明，如果农民能够获得支持和适当培训，智慧农业和气候智慧农业往往能提高盈利能力，产生正的效益成本比，并具有较短的回收期。除了智慧农业的成本效益外，采用智慧农业实践的其他定量和环境效益，如减少肥料使用、用水量、农药/除草剂使用、成本降低以及减少温室气体排放方面的环境效益，也已得到概述。
8. 尼日利亚安装无土/温室农场的成本
在尼日利亚安装无土/温室农场的成本根据规模和自动化水平差异很大，成本范围从约?150,000的小型手动后院系统到超过?10,000,000的大型自动化商业温室。每周期的预期利润在很大程度上取决于所安装的温室/无土农场的规模。
9. 结论与建议
本文对尼日利亚智慧农业实践的出现、其成本、收益及对青年农业参与的影响进行了批判性综述。研究识别并解释了新兴的智慧农业实践，以及其成本、收益、效率和对增加青年农业参与的影响。研究已确定，现代技术有能力在气候变化、传统农业实践和人口增长的背景下提高农业生产力。将精准农业、无土农业/水培和温室农业等智慧农业实践整合到尼日利亚农业中，可以彻底改变农业部门并促进青年参与该部门。它已被证明是一种可持续的耕作方法，解决了农业部门的紧迫问题。然而，尽管智慧农业在实现粮食安全、提高盈利能力和可持续性方面有许多益处，必须建立一个全面整合的农业管理系统，以全面解决采用智慧农业实践中提出的关切，使小农、青年和妇女能够充分理解并融入该系统。在经济上，智慧农业已证明有潜力将作物产量提高8%–60%，减少肥料使用2%–80%，节省用水16%–35%，减少农药使用14%–65%，降低生产成本5%–40%，并在长期内减少全球变暖/二氧化碳排放5%–20%。智慧农业不仅有利可图并增强粮食安全，而且在适当水平的支持和伙伴关系下也具有环境可持续性。尽管几项研究强调了智慧农业在增强粮食安全和减缓气候变化方面的重要性，但相对较少的研究考察了青年在尼日利亚农业中的角色和积极参与，以及智慧农业实践如何使农业对年轻人具有吸引力。这代表了文献中的一个关键空白。通过创新和有针对性的研究来解决这一空白，将为政策制定者、政府机构、非政府组织和国际组织提供宝贵的见解，使其能够制定有效的战略来吸引青年并应对尼日利亚紧迫的农业挑战。
