精準農業的作用及發展現狀概述

田家治

摘要：全面概括精準農業的定義、內涵及主要技術體系，探討其在農業生產中發揮的主要作用，介紹國內外精準農業的發展歷程及研究應用現狀，展望我國精準農業的發展方向，為促進我國精準農業快速發展提供理論參考。

關鍵詞：精準農業；信息技術；經濟效益；定量管理

中圖分類號：S12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）03-0068-02

精準農業（Precision Agriculture）是以信息為基礎，利用傳感器及先進監測技術，完整、準確、及時的了解土地和作物的詳細數據，結合精確時空統計分析，及時迅速做出決策的一種農業管理系統。從本質上講，精準農業根據作物生長的土壤性狀調節各項投入，即在了解田塊內部土壤性狀與生產力空間變異的情況下，確定農作物的生產目標，調動土壤生產力，高效利用各類農業資源，用最少的投入獲得同等或更高的收益，并實現社會效益、經濟效益和環境效益的協調發展。

1 精準農業的作用

1.1 定義及內涵

精準農業按照田間每一操作單元的環境條件和作物產量的時空差異性，精細準確地調整各種農藝措施，最大限度地優化水、肥、種子、農藥等的量、質和時機，以獲得最高產量和最大經濟效益，并保護農業生態環境和土地等農業自然資源。

精準農業要求實時獲取地塊中每個小區（1～100 m2）的土壤、水、農作物、光、熱等信息，并據此診斷作物長勢和產量空間差異，進而做出相應決策。精準農業需要實現三方面的精確，即定位精確（精確確定灌溉、施肥、殺蟲的地點）、定量精確（精確確定水、肥、藥、種子的用量）和定時精確（精確確定各種農藝措施的實施時間，從而精確進行播種、施肥、灌溉、除草、殺蟲、收獲等）。

精準農業的核心是應用現代高新技術特別是信息技術來改造傳統農業，信息技術主要包括遙感技術（RS）、地理信息系統（GIS）和全球定位系統（GPS）。其根據田間條件變化，利用農學、地理學、生物學等模型對生產過程實行精準定位、定量管理，從而使農業生產更加科學，有利于生態環境保護及農業可持續發展。精準農業的主要技術體系。

1.2 主要作用

實施精準農業技術主要有以下作用：1） 有效降低生產成本。精準農業根據資源特點進行布局，能充分發揮資源優勢，使生產資料的結構和規模合理化，因此單位生產成本較低。2） 節約流通費用。精準農業重視經營規模、交易方式和供求時空對接等，所以運輸費用、交易費用和倉貯費用等均較低。3） 提高資源利用率。精準農業技術能夠合理地利用土地，充分發掘生物個體的生產潛能和單位生產資料的使用價值，可達到地盡其力、物盡其用的目的。4） 提高產品質量。生產投入過程的精準，確保生物處于最佳生長發育狀態，進而使生物產品的質量最佳；5） 確保農業可持續發展。在對農業生產布局、規劃、投入、產出進行精確控制的基礎上，遵循生態平衡和可持續發展原則，可使農業進入可持續發展的軌道。

2 國外精準農業發展歷程及現狀

20世紀80年代初，美國首次提出精準農業的概念，并于90年代初將相關技術應用于生產。此后，隨著可持續發展理念的發展，許多發達國家相繼開展精準農業研究。1992年，明尼蘇達大學土壤系在程惠賢教授的指導下開始使用“Precision Agriculture”一詞，并被學校、公司、政府機構普遍接受。1995年，美國明尼蘇達州和華盛頓州開發了商品性變量投入技術及設備，包括利用GIS和SSCM構成電子地圖的種植業生產管理系統，用計算機控制的變量投入農業裝備，利用傳感器、GPS、GIS采集處理空間數據并形成決策的支持系統等。此后精準農業迅速發展，并在世界范圍內廣泛應用。

近年來，精準技術在農業中的應用越來越廣泛，并建立了若干支持精準農業技術的示范應用系統。美國、加拿大、澳大利亞等家率先將GPS技術應用于精準農業。1995年，Usery E L等利用GPS進行采樣和聯合收割機導航管理。2001年，B.Bassoal等對精準農業的作物模型進行了研究，利用作物模型和遙感技術確定農田管理分區，分析作物產量差異的原因。2002年，Chun-chieh Yang等在不同的肥料應用策略下，運用數據挖掘技術對農用地進行分類。與此同時，Q.zhang等給出一個信息表模型，基于田間可管理數量的阻礙，以信息提交的形式管理產量數據。2003年，D.Moshou等運用光學反射信息監測病蟲害感染導致的植物應力，并且將這一應力與作物因營養缺乏而導致的應力區分開來。2004年，Feng chen等研究了預測表層圖土壤粘度的方法。此后，以變量施肥為代表的精準農業變量施用技術、自動識別雜草和作物的技術、肥料播灑機自適應建模與控制技術等相繼被研究應用。

目前，農業發達國家對精準農業體系的發展潛力及應用前景有了廣泛共識，并將其作為發展農業高新技術的重點。美國的精準農業技術和設備已經成熟和成型，但還沒有形成系統。在政府部門和相關企業的大力支持下，日本和韓國的精準農業迅猛發展。英國、德國、荷蘭、法國、加拿大、澳大利亞、巴西等國關于精準農業的研究和應用較多。

3 我國精準農業發展歷程及現狀

20世紀80年代初，劉巽浩開始倡導進行“精準農業”研究。90年代，在石玉林、汪懋華等院士的倡導下，精準農業這一名詞開始成為農業革命性發展的代名詞。1994年，科學家提出研究應用精準農業的建議，受當時條件所限，沒有引起政府有關部門的重視。此后，隨著信息技術的飛速發展，其在農業上的應用被提到了重要議事日程，成為“數字地球”發展戰略的切入點之一，并取得了較為豐碩的成果。例如：在農業信息化技術方面，國家及各級產業部門建立了一批基于3S技術的數據信息與管理系統；遙感技術廣泛應用于災害監測、土地及農業信息數據獲取、森林資源及環境監測；在精準化投入方面，建立了一套標準化投入的生產技術體系，為精準農業變量投入提供了堅實的基礎；地理信息系統普遍應用于空間數據領域。

然而，從總體上看，我國的精準農業仍處于試驗示范階段，在技術水平、經營管理和經濟效益等方面遠遠落后于發達國家。綜觀我國對精準農業的研究，還沒有形成較為系統的學術思想和技術體系，大多局限于對引進概念進行補充和延伸。在實踐與應用方面，對精準農業的研究多側重于某些較為狹窄的方面，未建立規模較大的示范演示基地，離實際應用更是相去甚遠。

我國農田類型多樣，農業基礎薄弱，因此，在今后的工作中，應進一步明確精準農業的發展思路，在技術和農業基礎建設方面加強研究，探索適合我國特點的精準農業發展之路。在加強精準農業技術及人才培養的基礎上，開發適合國情的精準農業項目，例如節水、節肥、控制雜草和病蟲害方面的技術。另外，還應加強精準農業基礎資料數據庫建設和精準農業試驗示范工作，研制先進適用的變量施肥播種機、變量噴藥機和變量灌溉設備。

4 結語

精準農業作為“精耕細作”的傳統農業在現代信息社會的延伸，是科學合理利用農業資源、提高農作物產量和品質、降低生產成本、改善生態環境、促進經濟和環境協調發展的典范。因此，我國應力爭在精準農業的理論和實踐應用上取得突破性進展，盡快趕超發達國家。

摘要：全面概括精準農業的定義、內涵及主要技術體系，探討其在農業生產中發揮的主要作用，介紹國內外精準農業的發展歷程及研究應用現狀，展望我國精準農業的發展方向，為促進我國精準農業快速發展提供理論參考。

關鍵詞：精準農業；信息技術；經濟效益；定量管理

中圖分類號：S12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）03-0068-02

精準農業（Precision Agriculture）是以信息為基礎，利用傳感器及先進監測技術，完整、準確、及時的了解土地和作物的詳細數據，結合精確時空統計分析，及時迅速做出決策的一種農業管理系統。從本質上講，精準農業根據作物生長的土壤性狀調節各項投入，即在了解田塊內部土壤性狀與生產力空間變異的情況下，確定農作物的生產目標，調動土壤生產力，高效利用各類農業資源，用最少的投入獲得同等或更高的收益，并實現社會效益、經濟效益和環境效益的協調發展。

1 精準農業的作用

1.1 定義及內涵

精準農業按照田間每一操作單元的環境條件和作物產量的時空差異性，精細準確地調整各種農藝措施，最大限度地優化水、肥、種子、農藥等的量、質和時機，以獲得最高產量和最大經濟效益，并保護農業生態環境和土地等農業自然資源。

精準農業要求實時獲取地塊中每個小區（1～100 m2）的土壤、水、農作物、光、熱等信息，并據此診斷作物長勢和產量空間差異，進而做出相應決策。精準農業需要實現三方面的精確，即定位精確（精確確定灌溉、施肥、殺蟲的地點）、定量精確（精確確定水、肥、藥、種子的用量）和定時精確（精確確定各種農藝措施的實施時間，從而精確進行播種、施肥、灌溉、除草、殺蟲、收獲等）。

精準農業的核心是應用現代高新技術特別是信息技術來改造傳統農業，信息技術主要包括遙感技術（RS）、地理信息系統（GIS）和全球定位系統（GPS）。其根據田間條件變化，利用農學、地理學、生物學等模型對生產過程實行精準定位、定量管理，從而使農業生產更加科學，有利于生態環境保護及農業可持續發展。精準農業的主要技術體系。

1.2 主要作用

實施精準農業技術主要有以下作用：1） 有效降低生產成本。精準農業根據資源特點進行布局，能充分發揮資源優勢，使生產資料的結構和規模合理化，因此單位生產成本較低。2） 節約流通費用。精準農業重視經營規模、交易方式和供求時空對接等，所以運輸費用、交易費用和倉貯費用等均較低。3） 提高資源利用率。精準農業技術能夠合理地利用土地，充分發掘生物個體的生產潛能和單位生產資料的使用價值，可達到地盡其力、物盡其用的目的。4） 提高產品質量。生產投入過程的精準，確保生物處于最佳生長發育狀態，進而使生物產品的質量最佳；5） 確保農業可持續發展。在對農業生產布局、規劃、投入、產出進行精確控制的基礎上，遵循生態平衡和可持續發展原則，可使農業進入可持續發展的軌道。

2 國外精準農業發展歷程及現狀

20世紀80年代初，美國首次提出精準農業的概念，并于90年代初將相關技術應用于生產。此后，隨著可持續發展理念的發展，許多發達國家相繼開展精準農業研究。1992年，明尼蘇達大學土壤系在程惠賢教授的指導下開始使用“Precision Agriculture”一詞，并被學校、公司、政府機構普遍接受。1995年，美國明尼蘇達州和華盛頓州開發了商品性變量投入技術及設備，包括利用GIS和SSCM構成電子地圖的種植業生產管理系統，用計算機控制的變量投入農業裝備，利用傳感器、GPS、GIS采集處理空間數據并形成決策的支持系統等。此后精準農業迅速發展，并在世界范圍內廣泛應用。

近年來，精準技術在農業中的應用越來越廣泛，并建立了若干支持精準農業技術的示范應用系統。美國、加拿大、澳大利亞等家率先將GPS技術應用于精準農業。1995年，Usery E L等利用GPS進行采樣和聯合收割機導航管理。2001年，B.Bassoal等對精準農業的作物模型進行了研究，利用作物模型和遙感技術確定農田管理分區，分析作物產量差異的原因。2002年，Chun-chieh Yang等在不同的肥料應用策略下，運用數據挖掘技術對農用地進行分類。與此同時，Q.zhang等給出一個信息表模型，基于田間可管理數量的阻礙，以信息提交的形式管理產量數據。2003年，D.Moshou等運用光學反射信息監測病蟲害感染導致的植物應力，并且將這一應力與作物因營養缺乏而導致的應力區分開來。2004年，Feng chen等研究了預測表層圖土壤粘度的方法。此后，以變量施肥為代表的精準農業變量施用技術、自動識別雜草和作物的技術、肥料播灑機自適應建模與控制技術等相繼被研究應用。

目前，農業發達國家對精準農業體系的發展潛力及應用前景有了廣泛共識，并將其作為發展農業高新技術的重點。美國的精準農業技術和設備已經成熟和成型，但還沒有形成系統。在政府部門和相關企業的大力支持下，日本和韓國的精準農業迅猛發展。英國、德國、荷蘭、法國、加拿大、澳大利亞、巴西等國關于精準農業的研究和應用較多。

3 我國精準農業發展歷程及現狀

20世紀80年代初，劉巽浩開始倡導進行“精準農業”研究。90年代，在石玉林、汪懋華等院士的倡導下，精準農業這一名詞開始成為農業革命性發展的代名詞。1994年，科學家提出研究應用精準農業的建議，受當時條件所限，沒有引起政府有關部門的重視。此后，隨著信息技術的飛速發展，其在農業上的應用被提到了重要議事日程，成為“數字地球”發展戰略的切入點之一，并取得了較為豐碩的成果。例如：在農業信息化技術方面，國家及各級產業部門建立了一批基于3S技術的數據信息與管理系統；遙感技術廣泛應用于災害監測、土地及農業信息數據獲取、森林資源及環境監測；在精準化投入方面，建立了一套標準化投入的生產技術體系，為精準農業變量投入提供了堅實的基礎；地理信息系統普遍應用于空間數據領域。

然而，從總體上看，我國的精準農業仍處于試驗示范階段，在技術水平、經營管理和經濟效益等方面遠遠落后于發達國家。綜觀我國對精準農業的研究，還沒有形成較為系統的學術思想和技術體系，大多局限于對引進概念進行補充和延伸。在實踐與應用方面，對精準農業的研究多側重于某些較為狹窄的方面，未建立規模較大的示范演示基地，離實際應用更是相去甚遠。

我國農田類型多樣，農業基礎薄弱，因此，在今后的工作中，應進一步明確精準農業的發展思路，在技術和農業基礎建設方面加強研究，探索適合我國特點的精準農業發展之路。在加強精準農業技術及人才培養的基礎上，開發適合國情的精準農業項目，例如節水、節肥、控制雜草和病蟲害方面的技術。另外，還應加強精準農業基礎資料數據庫建設和精準農業試驗示范工作，研制先進適用的變量施肥播種機、變量噴藥機和變量灌溉設備。

4 結語

精準農業作為“精耕細作”的傳統農業在現代信息社會的延伸，是科學合理利用農業資源、提高農作物產量和品質、降低生產成本、改善生態環境、促進經濟和環境協調發展的典范。因此，我國應力爭在精準農業的理論和實踐應用上取得突破性進展，盡快趕超發達國家。

摘要：全面概括精準農業的定義、內涵及主要技術體系，探討其在農業生產中發揮的主要作用，介紹國內外精準農業的發展歷程及研究應用現狀，展望我國精準農業的發展方向，為促進我國精準農業快速發展提供理論參考。

關鍵詞：精準農業；信息技術；經濟效益；定量管理

中圖分類號：S12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）03-0068-02

精準農業（Precision Agriculture）是以信息為基礎，利用傳感器及先進監測技術，完整、準確、及時的了解土地和作物的詳細數據，結合精確時空統計分析，及時迅速做出決策的一種農業管理系統。從本質上講，精準農業根據作物生長的土壤性狀調節各項投入，即在了解田塊內部土壤性狀與生產力空間變異的情況下，確定農作物的生產目標，調動土壤生產力，高效利用各類農業資源，用最少的投入獲得同等或更高的收益，并實現社會效益、經濟效益和環境效益的協調發展。

1 精準農業的作用

1.1 定義及內涵

精準農業按照田間每一操作單元的環境條件和作物產量的時空差異性，精細準確地調整各種農藝措施，最大限度地優化水、肥、種子、農藥等的量、質和時機，以獲得最高產量和最大經濟效益，并保護農業生態環境和土地等農業自然資源。

精準農業要求實時獲取地塊中每個小區（1～100 m2）的土壤、水、農作物、光、熱等信息，并據此診斷作物長勢和產量空間差異，進而做出相應決策。精準農業需要實現三方面的精確，即定位精確（精確確定灌溉、施肥、殺蟲的地點）、定量精確（精確確定水、肥、藥、種子的用量）和定時精確（精確確定各種農藝措施的實施時間，從而精確進行播種、施肥、灌溉、除草、殺蟲、收獲等）。

精準農業的核心是應用現代高新技術特別是信息技術來改造傳統農業，信息技術主要包括遙感技術（RS）、地理信息系統（GIS）和全球定位系統（GPS）。其根據田間條件變化，利用農學、地理學、生物學等模型對生產過程實行精準定位、定量管理，從而使農業生產更加科學，有利于生態環境保護及農業可持續發展。精準農業的主要技術體系。

1.2 主要作用

實施精準農業技術主要有以下作用：1） 有效降低生產成本。精準農業根據資源特點進行布局，能充分發揮資源優勢，使生產資料的結構和規模合理化，因此單位生產成本較低。2） 節約流通費用。精準農業重視經營規模、交易方式和供求時空對接等，所以運輸費用、交易費用和倉貯費用等均較低。3） 提高資源利用率。精準農業技術能夠合理地利用土地，充分發掘生物個體的生產潛能和單位生產資料的使用價值，可達到地盡其力、物盡其用的目的。4） 提高產品質量。生產投入過程的精準，確保生物處于最佳生長發育狀態，進而使生物產品的質量最佳；5） 確保農業可持續發展。在對農業生產布局、規劃、投入、產出進行精確控制的基礎上，遵循生態平衡和可持續發展原則，可使農業進入可持續發展的軌道。

2 國外精準農業發展歷程及現狀

20世紀80年代初，美國首次提出精準農業的概念，并于90年代初將相關技術應用于生產。此后，隨著可持續發展理念的發展，許多發達國家相繼開展精準農業研究。1992年，明尼蘇達大學土壤系在程惠賢教授的指導下開始使用“Precision Agriculture”一詞，并被學校、公司、政府機構普遍接受。1995年，美國明尼蘇達州和華盛頓州開發了商品性變量投入技術及設備，包括利用GIS和SSCM構成電子地圖的種植業生產管理系統，用計算機控制的變量投入農業裝備，利用傳感器、GPS、GIS采集處理空間數據并形成決策的支持系統等。此后精準農業迅速發展，并在世界范圍內廣泛應用。

近年來，精準技術在農業中的應用越來越廣泛，并建立了若干支持精準農業技術的示范應用系統。美國、加拿大、澳大利亞等家率先將GPS技術應用于精準農業。1995年，Usery E L等利用GPS進行采樣和聯合收割機導航管理。2001年，B.Bassoal等對精準農業的作物模型進行了研究，利用作物模型和遙感技術確定農田管理分區，分析作物產量差異的原因。2002年，Chun-chieh Yang等在不同的肥料應用策略下，運用數據挖掘技術對農用地進行分類。與此同時，Q.zhang等給出一個信息表模型，基于田間可管理數量的阻礙，以信息提交的形式管理產量數據。2003年，D.Moshou等運用光學反射信息監測病蟲害感染導致的植物應力，并且將這一應力與作物因營養缺乏而導致的應力區分開來。2004年，Feng chen等研究了預測表層圖土壤粘度的方法。此后，以變量施肥為代表的精準農業變量施用技術、自動識別雜草和作物的技術、肥料播灑機自適應建模與控制技術等相繼被研究應用。

目前，農業發達國家對精準農業體系的發展潛力及應用前景有了廣泛共識，并將其作為發展農業高新技術的重點。美國的精準農業技術和設備已經成熟和成型，但還沒有形成系統。在政府部門和相關企業的大力支持下，日本和韓國的精準農業迅猛發展。英國、德國、荷蘭、法國、加拿大、澳大利亞、巴西等國關于精準農業的研究和應用較多。

3 我國精準農業發展歷程及現狀

20世紀80年代初，劉巽浩開始倡導進行“精準農業”研究。90年代，在石玉林、汪懋華等院士的倡導下，精準農業這一名詞開始成為農業革命性發展的代名詞。1994年，科學家提出研究應用精準農業的建議，受當時條件所限，沒有引起政府有關部門的重視。此后，隨著信息技術的飛速發展，其在農業上的應用被提到了重要議事日程，成為“數字地球”發展戰略的切入點之一，并取得了較為豐碩的成果。例如：在農業信息化技術方面，國家及各級產業部門建立了一批基于3S技術的數據信息與管理系統；遙感技術廣泛應用于災害監測、土地及農業信息數據獲取、森林資源及環境監測；在精準化投入方面，建立了一套標準化投入的生產技術體系，為精準農業變量投入提供了堅實的基礎；地理信息系統普遍應用于空間數據領域。

然而，從總體上看，我國的精準農業仍處于試驗示范階段，在技術水平、經營管理和經濟效益等方面遠遠落后于發達國家。綜觀我國對精準農業的研究，還沒有形成較為系統的學術思想和技術體系，大多局限于對引進概念進行補充和延伸。在實踐與應用方面，對精準農業的研究多側重于某些較為狹窄的方面，未建立規模較大的示范演示基地，離實際應用更是相去甚遠。

我國農田類型多樣，農業基礎薄弱，因此，在今后的工作中，應進一步明確精準農業的發展思路，在技術和農業基礎建設方面加強研究，探索適合我國特點的精準農業發展之路。在加強精準農業技術及人才培養的基礎上，開發適合國情的精準農業項目，例如節水、節肥、控制雜草和病蟲害方面的技術。另外，還應加強精準農業基礎資料數據庫建設和精準農業試驗示范工作，研制先進適用的變量施肥播種機、變量噴藥機和變量灌溉設備。

4 結語

精準農業作為“精耕細作”的傳統農業在現代信息社會的延伸，是科學合理利用農業資源、提高農作物產量和品質、降低生產成本、改善生態環境、促進經濟和環境協調發展的典范。因此，我國應力爭在精準農業的理論和實踐應用上取得突破性進展，盡快趕超發達國家。