文章来源《元宇宙与碳中和》
一、农业元宇宙概念界定
当人类最古老的产业与当下最前沿的技术相遇时，它带来了全新的产业模式、服务应用与综合体验，同时唤起我们内心对未来农业无尽的想象空间，这就是农业元宇宙。
2021年10月，阿里巴巴达摩院XR实验室负责人谭平在云栖大会上介绍到，作为阿里最新设立的面向AR、VR元宇宙方向的实验室，XR实验室制定了农业采摘机器人案例——通过对果园、果树三维建模，构建出整个果园的高精度三维模型，然后在虚拟世界中设定好采摘机器人的运动规划方案，再映射到现实中的机器人大脑中，完成机器人的自动采摘工作，降低果园管理成本。
达摩院这一技术落地，无疑给以实际生产为导向的农业带来了转型的新动力。
在此基础上，我们对农业元宇宙相关概念进行界定：农业元宇宙是指对于种植业、畜牧业、渔业等，所涉及的各类农作物、牲畜、农业设备、天气情况、灌溉记录、微生物情况和其他种植/养殖环境中的涉农数据变量，进行时间与空间的打破，消除产、学、研之间的信息孤岛，推动农业精准、智能、绿色发展，以实现农业精准预测及环境资源最优配置为最终目标。
农业元宇宙示意图
二、农业元宇宙与碳中和：兰考农村能源革命试点
元宇宙与碳中和的内在逻辑与密切关联，农业元宇宙更与碳中和有着千丝万缕的关系。
元宇宙是最大的碳中和，碳中和是最实的元宇宙，农业是中国实践元宇宙碳中和的最佳土壤。
从烧柴火、煤球，到使用罐装液化气和天然气；从点煤油灯到用上电灯；从赶牛车、马车到骑上摩托车，再到开上新能源汽车……中国农村的能源结构发生了数次改革。
如今，风能、太阳能、地热能等新能源走进农村，绘就了一幅生态宜居、和谐富庶的美丽乡村图。
河南是农业大省，兰考县是传统农区，该县下辖13个乡镇、3个街道，454个行政村（社区），总人口87万，总面积1116平方公里，农村能源资源较为丰富。
同时，兰考县也是习近平总书记第二批党的群众路线教育实践活动联系点，是焦裕禄精神发源地，还是国家新型城镇化综合试点、首个全国普惠金融改革试验区、全国省直管县体制改革试点县、全国商品粮生产基地县、全国绿化模范县。
2017年7月，国家能源局印发《关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》（国能发新能〔2017〕31号），同意兰考开展农村能源革命试点建设。
2018年7月，国家能源局复函兰考县农村能源革命试点建设总体方案，进一步明确了试点建设的总体思路、基本原则、主要目标和重点任务。
2018年8月，由国网河南电力牵头、国网河南经研院具体承建，兰考全县各类能源生产企业、传输企业、用户积极参与的能源互联网平台启动建设。
2020年12月23日，兰考县风电、光伏装机容量达到74.26万千瓦，加上全县投运的地热站、生活垃圾热电联产工程、秸秆电厂的全额消纳，2020年兰考可再生能源发电12亿千瓦时，占县域全社会用电量的71%。
随着东坝头风电场成功投运并网，当年兰考能源互联网综合示范项目风电工程圆满收官。
2021年3月，兰考县清洁能源发电最大出力51.52万千瓦，全县最大用电负荷26.23万千瓦，首次实现全天24小时清洁能源供电。
兰考县农村能源革命示范初见成效。这样的能源互联网平台恰恰也正是元宇宙的最初形态。
近年来，兰考奋力推进农村能源革命试点建设，带动能源产业蓬勃发展，脱贫攻坚成果持续巩固，乡村振兴步伐蹄疾步稳，全县经济社会发展跃上新的大台阶。
一是助力农民增收效果明显。
充分利用闲置土地大力发展风电和光伏发电，就地利用农村生活垃圾、农作物秸秆、畜禽养殖粪污等农村固废建设垃圾发电、生物质发电和生物质天然气项目，累计完成能源项目投资142.5亿元，其中，建设光伏扶贫装机容量35.6兆瓦，已累计发电1.27亿度，收益9198.35万元，受益农户6044户。
以垃圾发电厂为终端环节，建立较为完善的农村生活垃圾“收、储、运、用”体系，直接解决农村人口就业2795人。
二是助力农村人居环境持续改善。
按照“政府主导、财政支持、农民参与、市场运作”的模式，以秸秆、畜禽粪污和生活垃圾能源化利用为抓手，构建以秸秆发电、垃圾发电、生物天然气为主要利用方式的农村废弃物能源化利用体系，依托市场合作方式建立了覆盖全部乡镇的废弃物收集网络，建成投运一批水平压缩式垃圾中转站、标准化水冲式二类公厕、标准化废品收购站，全县垃圾日处理能力达到600吨，大中型养殖场粪污得到有效处理和转化。
三是助力乡村低碳发展成效明显。
通过就地开发、就近利用农村清洁能源，加快推动农村产业结构、供能模式、生活方式优化升级，全面推进民用清洁能源供应和燃煤设施清洁改造，持续扩大电力、天然气、地热等清洁能源消费规模，基本形成以清洁能源为主的能源供应消费体系，累计减少煤炭消费27万吨，二氧化碳53.1万吨，二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘等主要大气污染物排放量272万吨。
全县非化石能源消费占比已达85%，清洁取暖普及率已达99%，公共绿色出行率达到90%以上，全县实现煤炭消费清零，助力建设生态宜居美丽乡村，为如期实现碳达峰、碳中和目标做出重要贡献。
四是助力县域经济社会发展成效显著。
积极发展风能、太阳能、生物质能、地热能等农村可再生能源产业，推动县域从“能源消费前端”变为“能源生产前端”，实现能源从“远方来”到“身边取”的历史性转变，能源产业已成为兰考县的重要基础产业，能源产业振兴已成为乡村振兴的重要支撑。
2021年8月，全国首个县域“碳达峰、碳中和”监控分析系统在兰考县成功上线，为全国首个农村能源革命试点县提供了能源决策依据。
兰考县“碳达峰、碳中和”监控分析系统归集了兰考县域的电、气、油、地热等重要能源数据，搭建了能源、工业、交通、公共建筑、居民生活、农业生产6大领域碳排放计算模型，创建低碳家底、能源消费、碳排分析、达峰目标、清洁减排、兰考碳汇等6大功能模块，实现了以日为最小维度，细化到全县13个乡镇和县城，覆盖兰考现有能源消费、工业体系、生态碳汇全口径的“双碳”进程监测及分析评价功能。
这体现了农业元宇宙雏形与碳达峰碳中和的有机结合和想象空间。
如何解决电力电量消纳方案？
如何引入信息化技术手段优化建设运营流程？
这两个“拦路虎”是兰考县项目商业和技术创新的重点突破任务。
国家电投中国电能成套设备集团积极推进兰考光伏产业、新能源项目落地。
目前已规划在兰考建设一个占地2700亩的园区，引入光伏、风电等相关新能源制造业项目，未来三年引入10家以上企业，投资额超过50亿元。
建设兰考能源革命离不开信息技术方面的创新。
中国电能兰考项目部从项目启动伊始，就定下从建设到运营运维全流程数字化、数据化、智能化的指导思想。
在建设整县户用光伏的过程中，中国电能就升级了企业商城2.0，拓展了光伏组件、逆变器等品类，引入主流品牌，优化下单发货的流程，打通了“信息流、物流、资金流”之间的信息壁垒，助力提升县域光伏建设的效率。
随着兰考新型能源的发展，以风、光等可再生能源为主的分布式电源和储能设备大规模接入配电网，传统“无源”的配电网将逐步转变为“有源”配电网。
相比于传统“无源”配电网，“有源”配电网的潮流特征和故障电流特征均发生了显著改变。
兰考作为新能源试点县，增量配电区是改革试点的先锋，接纳分布式电源并网，推进电力电子技术应用，合理配置储能设施，协调优化“源网荷储”发展是配电企业面临的重大技术问题。
随着能源互联网的进一步发展，协调发展包含光电、风能等多种能源的“源”、包含电网、供热网的“网”、包含电力负荷和多种能源需求的“荷”，以及包含多种仓储设施及储备方法的“储”，将成为增量配网最终的运营架构。
兰考县还将实施“一村一杆”工程，使200个行政村“村村有风电”，用能源保障集体经济，促进共同富裕。
启动“农机电气化”、“公交电气化”和“直发直用”工程，用新能源和数字化彻底改变农村面貌。
三、农业元宇宙的实施路径
农业元宇宙将彻底摆脱空间、时间两个维度约束，也是人类农业发展的终极阶段，它可以成为完全独立的部门作业过程与人没有任何关系，我们只需享用已经收获好的农产品即可或者在里面体验农事游戏。
具体路径为：
无人大田。
是最早的无人农场类型。
目前中国农机自动导航驾驶系统已经可以实现大田里规模化推广应用，随着应用技术的成熟，伴随着“十四五”阶段数字化深入，中国大田种植在装备质量、机具种类、数字化水平上发展升级趋势将会加快，也将值得我们去进一步关注。
无人果园。
通过引进并创新了网室保护性栽培、脱毒苗木、矮砧宽行密植栽培等技术，同时运用全程机械化管理、农业物联网等，实现果园标准化生产技术的集成应用与示范推广。
未来无人果园进一步技术集成与创新，研发地面传感器、高分辨率航天、航空影像多维度感知，采集数据的实时回传，达到及时、全面了解果园生产状况，实现果业产业全链条数字化呈现。
无人温室。
是集数字化、智能化于一体的无人温室大棚种植。
目前中国以无土栽培、立体种植、自动化管理为特征的植物工厂研发和产品水平较为先进，已具备自主知识产权的成套技术设备，但中国设施农业机械化率仅30%左右。
无人牧场。
是指畜禽育种、繁育、饲养和疾病防疫等环节以及产后运输、处理等全过程的无人化精细养殖模式。
牧场无人化精细养殖，降低了畜禽死亡率，提升了畜、禽质量，实现了畜、禽养殖场的机器代人目的。
无人渔场。
是运用现代信息技术，深入开发和利用渔业信息资源，全面提高渔业综合生产力和经营管理效率的过程，是推进渔业供给侧结构性改革，加速渔业转型升级的重要手段和有效途径。
四、农业元宇宙的应用场景和机会
（一）农业电商助力食品溯源
VR和农业电商的联结是基于食品安全和食品溯源等痛点，即消费者、渠道经销商和生产者之间缺乏有效的沟通。
VR引入传统电商可以改变这种情况，消费者和渠道经销商可以更好地了解农产品源头的整体情况，对于生产原料、生产工具、过程记录、加工、物流、分销等环节进行有效溯源，大大降低了消费者和渠道商对农产品质量信息的获取成本，提升消费者的体验感。
当下，消费者越来越注重参与和体验，VR技术引入到农产品生产地源头，可以说是一个必然的过程。
虚拟主播＋直播带货可以带来业务营收、客户体验的双重提升；
虚拟身份＋客户服务可以提供7*24小时不打烊客服；
数字货币＋订单支付可以解决不同币种的便捷交换问题；
场地拟真＋质量溯源可以让消费者直观获取数据信息、解决信任危机；
沉浸式体验＋高品质AR菜单可以让消费者看到食物成分、配料、大小等。
（二）VR/AR激发消费者热情
农业正在改变过去“面朝黄土背朝天”的传统形象，也吸引了越来越多的消费者愿意参与到农业生产中。
利用元宇宙的虚拟世界，结合现在流行的农业游戏等项目，可以让消费者体验到虚拟农场、虚拟种植基地中的沉浸式乐趣。
例如，消费者认养一棵果树，此后可以通过VR视频实时观看果树的种植情况，实现远程浇水、施肥等沉浸式体验；
将VR结合到农旅休闲项目中，消费者可以通过立体化、可视化的虚拟世界体验亲自耕种、喂养等田园乐趣；
元宇宙可以构建虚拟环境，加强社交属性，让消费者提前沉浸式体验民宿、餐饮服务。
在2021年中国绿博会上，观众已经可以体验VR种玉米的过程，从开垦到播种再到收获，在虚拟农场中体验种地的乐趣。
2016年，英国麦当劳曾发起了一项以“食物与农业”为主题的虚拟现实内容创作活动，名为Follow our Foodsteps，并邀请农场工人参与活动。
该活动的目的在于告诉消费者他们每天菜单上的食物是如何种植、制作以及准备的。
通过沉浸式VR视频体验，麦当劳让消费者“全程参与”了食物的种植生产过程。
（三）打破时间/空间束缚，创造新农业艺术
VR技术出现之前，任何农业上的创新和进步都需要耗费大量的人力物力。
农业是土地和时间的艺术，农业领域的任何创新都需要一年以上的周期去验证和调整。
VR技术的出现，可以帮助我们缩短周期和成本。
因为超高的耗费，目前只有大型公司或科研机构有实力去从事农业技术研究，而即使是大型公司机构做出的科研成果，也面临着一个二次适应的问题——即当科研成果运用到有着各种各样天气气候、土壤条件的耕地时，在原始成果的参数基础上，需要进行一些微调。
而最关心实际应用的农民，却无力去进行这种微调。
VR技术的出现，将会对以上所有问题作出解答。
（1）虚拟植物：VR可以在虚拟环境中体现植物整个生长过程，也可以在短短的几十分钟内收集到大量的植物生长数据，一改传统农业难以量化的特点，为智能化和精细化农业提供帮助。
（2）模拟害虫：VR还可以模拟害虫的活动，确定最佳的喷药方式和时间，农户不需要高深的实验技能，只需要借助设备仔细观察，就能得到第一手数据资料。
（3）农场养殖：即通过以前的真实信息在一个模拟环境中，实现对动物从器官、组织、系统到整体的精确模拟，通过操作者调控“虚拟动物”将能模仿真实动物做出各种反应，这对模拟动物生存环境、动物营养需要、遗传资源固化和品种选育等具有重大意义。
（4）食品加工：在虚拟环境中设定好加工机器人运动规划方案，模拟现实世界进行食品加工，再将虚拟数据信息映射到现实中的机器人中，完成自动化的食品加工生产，将大大降低食品加工厂的生产成本，并让食品口味、品质实现标准化成为可能，完成大规模量产。
俄罗斯莫斯科当地的一些农场主正在进行一项实验，以验证给奶牛戴上VR头戴设备是否可以减轻焦虑并增加牛奶产量。
为此，有关部门聘请了许多IT技术领域的专家，包括VR设计师，专门给奶牛设计创建了夏季田野的VR场景，并针对牛头和牛的视觉进行了特别设计，尽量为奶牛营造更加舒适的“佩戴体验”。
据了解，首次测试显示，观看“夏季田野”风光的奶牛焦虑减轻，整体情绪升高，相关部门表示后续还将进行更细致地研究。
此前，瓦赫宁根大学（Wageningen University）曾有一项对奶牛的研究显示，奶牛的情绪状态与奶的质量和产量都存在关联，这也是VR应用于奶牛饲养的初衷。
（四）属于农业元宇宙的“本地”作物
在国家倡导数字技术赋能新农业的大前提下，农业的新发展也牵动着我们的视线。
但由于现实因素的限制，众多涉农变量无法在试验田中进行模拟和培育，也就是说如果可以打破现实空间、时间的束缚，极有可能出现新兴的、更加优质的农作物。
未来农业元宇宙或许可以提供这样的功能：众多农业科学家利用已有知识建立起某一新农作物的模拟涉农变量，或许需要极高的温度、湿度以及长跨度、高变化的温差环境。
这样的环境无法在现实进行模拟与追踪，但是将其投影到农业元宇宙环境里，一切都会发生变化。
大量新兴农作物、牲畜将会以数字的形式出现在农业元宇宙中，通过不断模拟其背后的涉农数据，或许可以找出在现实生活里培育的可能性。
甚至不妨大胆猜测，在未来的某一天，农业科学家们将不再仅限于将一系列涉农数据放入元宇宙进行模拟与试验，同样也可以将元宇宙的相关产品——即“本地”作物投射在现实里，真正实现“从想法到模拟到实现”的全流程闭环。