田家治

摘要：全面概括精准农业的定义、内涵及主要技术体系，探讨其在农业生产中发挥的主要作用，介绍国内外精准农业的发展历程及研究应用现状，展望我国精准农业的发展方向，为促进我国精准农业快速发展提供理论参考。

关键词：精准农业；信息技术；经济效益；定量管理

中图分类号：S12 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）03-0068-02

精准农业（Precision Agriculture）是以信息为基础，利用传感器及先进监测技术，完整、准确、及时的了解土地和作物的详细数据，结合精确时空统计分析，及时迅速做出决策的一种农业管理系统。从本质上讲，精准农业根据作物生长的土壤性状调节各项投入，即在了解田块内部土壤性状与生产力空间变异的情况下，确定农作物的生产目标，调动土壤生产力，高效利用各类农业资源，用最少的投入获得同等或更高的收益，并实现社会效益、经济效益和环境效益的协调发展。

1 精准农业的作用

1.1 定义及内涵

精准农业按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空差异性，精细准确地调整各种农艺措施，最大限度地优化水、肥、种子、农药等的量、质和时机，以获得最高产量和最大经济效益，并保护农业生态环境和土地等农业自然资源。

精准农业要求实时获取地块中每个小区（1～100 m2）的土壤、水、农作物、光、热等信息，并据此诊断作物长势和产量空间差异，进而做出相应决策。精准农业需要实现三方面的精确，即定位精确（精确确定灌溉、施肥、杀虫的地点）、定量精确（精确确定水、肥、药、种子的用量）和定时精确（精确确定各种农艺措施的实施时间，从而精确进行播种、施肥、灌溉、除草、杀虫、收获等）。

精准农业的核心是应用现代高新技术特别是信息技术来改造传统农业，信息技术主要包括遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）。其根据田间条件变化，利用农学、地理学、生物学等模型对生产过程实行精准定位、定量管理，从而使农业生产更加科学，有利于生态环境保护及农业可持续发展。精准农业的主要技术体系。

1.2 主要作用

实施精准农业技术主要有以下作用：1） 有效降低生产成本。精准农业根据资源特点进行布局，能充分发挥资源优势，使生产资料的结构和规模合理化，因此单位生产成本较低。2） 节约流通费用。精准农业重视经营规模、交易方式和供求时空对接等，所以运输费用、交易费用和仓贮费用等均较低。3） 提高资源利用率。精准农业技术能够合理地利用土地，充分发掘生物个体的生产潜能和单位生产资料的使用价值，可达到地尽其力、物尽其用的目的。4） 提高产品质量。生产投入过程的精准，确保生物处于最佳生长发育状态，进而使生物产品的质量最佳；5） 确保农业可持续发展。在对农业生产布局、规划、投入、产出进行精确控制的基础上，遵循生态平衡和可持续发展原则，可使农业进入可持续发展的轨道。

2 国外精准农业发展历程及现状

20世纪80年代初，美国首次提出精准农业的概念，并于90年代初将相关技术应用于生产。此后，随着可持续发展理念的发展，许多发达国家相继开展精准农业研究。1992年，明尼苏达大学土壤系在程惠贤教授的指导下开始使用“Precision Agriculture”一词，并被学校、公司、政府机构普遍接受。1995年，美国明尼苏达州和华盛顿州开发了商品性变量投入技术及设备，包括利用GIS和SSCM构成电子地图的种植业生产管理系统，用计算机控制的变量投入农业装备，利用传感器、GPS、GIS采集处理空间数据并形成决策的支持系统等。此后精准农业迅速发展，并在世界范围内广泛应用。

近年来，精准技术在农业中的应用越来越广泛，并建立了若干支持精准农业技术的示范应用系统。美国、加拿大、澳大利亚等家率先将GPS技术应用于精准农业。1995年，Usery E L等利用GPS进行采样和联合收割机导航管理。2001年，B.Bassoal等对精准农业的作物模型进行了研究，利用作物模型和遥感技术确定农田管理分区，分析作物产量差异的原因。2002年，Chun-chieh Yang等在不同的肥料应用策略下，运用数据挖掘技术对农用地进行分类。与此同时，Q.zhang等给出一个信息表模型，基于田间可管理数量的阻碍，以信息提交的形式管理产量数据。2003年，D.Moshou等运用光学反射信息监测病虫害感染导致的植物应力，并且将这一应力与作物因营养缺乏而导致的应力区分开来。2004年，Feng chen等研究了预测表层图土壤粘度的方法。此后，以变量施肥为代表的精准农业变量施用技术、自动识别杂草和作物的技术、肥料播洒机自适应建模与控制技术等相继被研究应用。

目前，农业发达国家对精准农业体系的发展潜力及应用前景有了广泛共识，并将其作为发展农业高新技术的重点。美国的精准农业技术和设备已经成熟和成型，但还没有形成系统。在政府部门和相关企业的大力支持下，日本和韩国的精准农业迅猛发展。英国、德国、荷兰、法国、加拿大、澳大利亚、巴西等国关于精准农业的研究和应用较多。

3 我国精准农业发展历程及现状

20世纪80年代初，刘巽浩开始倡导进行“精准农业”研究。90年代，在石玉林、汪懋华等院士的倡导下，精准农业这一名词开始成为农业革命性发展的代名词。1994年，科学家提出研究应用精准农业的建议，受当时条件所限，没有引起政府有关部门的重视。此后，随着信息技术的飞速发展，其在农业上的应用被提到了重要议事日程，成为“数字地球”发展战略的切入点之一，并取得了较为丰硕的成果。例如：在农业信息化技术方面，国家及各级产业部门建立了一批基于3S技术的数据信息与管理系统；遥感技术广泛应用于灾害监测、土地及农业信息数据获取、森林资源及环境监测；在精准化投入方面，建立了一套标准化投入的生产技术体系，为精准农业变量投入提供了坚实的基础；地理信息系统普遍应用于空间数据领域。

然而，从总体上看，我国的精准农业仍处于试验示范阶段，在技术水平、经营管理和经济效益等方面远远落后于发达国家。综观我国对精准农业的研究，还没有形成较为系统的学术思想和技术体系，大多局限于对引进概念进行补充和延伸。在实践与应用方面，对精准农业的研究多侧重于某些较为狭窄的方面，未建立规模较大的示范演示基地，离实际应用更是相去甚远。

我国农田类型多样，农业基础薄弱，因此，在今后的工作中，应进一步明确精准农业的发展思路，在技术和农业基础建设方面加强研究，探索适合我国特点的精准农业发展之路。在加强精准农业技术及人才培养的基础上，开发适合国情的精准农业项目，例如节水、节肥、控制杂草和病虫害方面的技术。另外，还应加强精准农业基础资料数据库建设和精准农业试验示范工作，研制先进适用的变量施肥播种机、变量喷药机和变量灌溉设备。

4 结语

精准农业作为“精耕细作”的传统农业在现代信息社会的延伸，是科学合理利用农业资源、提高农作物产量和品质、降低生产成本、改善生态环境、促进经济和环境协调发展的典范。因此，我国应力争在精准农业的理论和实践应用上取得突破性进展，尽快赶超发达国家。

摘要：全面概括精准农业的定义、内涵及主要技术体系，探讨其在农业生产中发挥的主要作用，介绍国内外精准农业的发展历程及研究应用现状，展望我国精准农业的发展方向，为促进我国精准农业快速发展提供理论参考。

关键词：精准农业；信息技术；经济效益；定量管理

中图分类号：S12 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）03-0068-02

精准农业（Precision Agriculture）是以信息为基础，利用传感器及先进监测技术，完整、准确、及时的了解土地和作物的详细数据，结合精确时空统计分析，及时迅速做出决策的一种农业管理系统。从本质上讲，精准农业根据作物生长的土壤性状调节各项投入，即在了解田块内部土壤性状与生产力空间变异的情况下，确定农作物的生产目标，调动土壤生产力，高效利用各类农业资源，用最少的投入获得同等或更高的收益，并实现社会效益、经济效益和环境效益的协调发展。

1 精准农业的作用

1.1 定义及内涵

精准农业按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空差异性，精细准确地调整各种农艺措施，最大限度地优化水、肥、种子、农药等的量、质和时机，以获得最高产量和最大经济效益，并保护农业生态环境和土地等农业自然资源。

精准农业要求实时获取地块中每个小区（1～100 m2）的土壤、水、农作物、光、热等信息，并据此诊断作物长势和产量空间差异，进而做出相应决策。精准农业需要实现三方面的精确，即定位精确（精确确定灌溉、施肥、杀虫的地点）、定量精确（精确确定水、肥、药、种子的用量）和定时精确（精确确定各种农艺措施的实施时间，从而精确进行播种、施肥、灌溉、除草、杀虫、收获等）。

精准农业的核心是应用现代高新技术特别是信息技术来改造传统农业，信息技术主要包括遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）。其根据田间条件变化，利用农学、地理学、生物学等模型对生产过程实行精准定位、定量管理，从而使农业生产更加科学，有利于生态环境保护及农业可持续发展。精准农业的主要技术体系。

1.2 主要作用

实施精准农业技术主要有以下作用：1） 有效降低生产成本。精准农业根据资源特点进行布局，能充分发挥资源优势，使生产资料的结构和规模合理化，因此单位生产成本较低。2） 节约流通费用。精准农业重视经营规模、交易方式和供求时空对接等，所以运输费用、交易费用和仓贮费用等均较低。3） 提高资源利用率。精准农业技术能够合理地利用土地，充分发掘生物个体的生产潜能和单位生产资料的使用价值，可达到地尽其力、物尽其用的目的。4） 提高产品质量。生产投入过程的精准，确保生物处于最佳生长发育状态，进而使生物产品的质量最佳；5） 确保农业可持续发展。在对农业生产布局、规划、投入、产出进行精确控制的基础上，遵循生态平衡和可持续发展原则，可使农业进入可持续发展的轨道。

2 国外精准农业发展历程及现状

20世纪80年代初，美国首次提出精准农业的概念，并于90年代初将相关技术应用于生产。此后，随着可持续发展理念的发展，许多发达国家相继开展精准农业研究。1992年，明尼苏达大学土壤系在程惠贤教授的指导下开始使用“Precision Agriculture”一词，并被学校、公司、政府机构普遍接受。1995年，美国明尼苏达州和华盛顿州开发了商品性变量投入技术及设备，包括利用GIS和SSCM构成电子地图的种植业生产管理系统，用计算机控制的变量投入农业装备，利用传感器、GPS、GIS采集处理空间数据并形成决策的支持系统等。此后精准农业迅速发展，并在世界范围内广泛应用。

近年来，精准技术在农业中的应用越来越广泛，并建立了若干支持精准农业技术的示范应用系统。美国、加拿大、澳大利亚等家率先将GPS技术应用于精准农业。1995年，Usery E L等利用GPS进行采样和联合收割机导航管理。2001年，B.Bassoal等对精准农业的作物模型进行了研究，利用作物模型和遥感技术确定农田管理分区，分析作物产量差异的原因。2002年，Chun-chieh Yang等在不同的肥料应用策略下，运用数据挖掘技术对农用地进行分类。与此同时，Q.zhang等给出一个信息表模型，基于田间可管理数量的阻碍，以信息提交的形式管理产量数据。2003年，D.Moshou等运用光学反射信息监测病虫害感染导致的植物应力，并且将这一应力与作物因营养缺乏而导致的应力区分开来。2004年，Feng chen等研究了预测表层图土壤粘度的方法。此后，以变量施肥为代表的精准农业变量施用技术、自动识别杂草和作物的技术、肥料播洒机自适应建模与控制技术等相继被研究应用。

目前，农业发达国家对精准农业体系的发展潜力及应用前景有了广泛共识，并将其作为发展农业高新技术的重点。美国的精准农业技术和设备已经成熟和成型，但还没有形成系统。在政府部门和相关企业的大力支持下，日本和韩国的精准农业迅猛发展。英国、德国、荷兰、法国、加拿大、澳大利亚、巴西等国关于精准农业的研究和应用较多。

3 我国精准农业发展历程及现状

20世纪80年代初，刘巽浩开始倡导进行“精准农业”研究。90年代，在石玉林、汪懋华等院士的倡导下，精准农业这一名词开始成为农业革命性发展的代名词。1994年，科学家提出研究应用精准农业的建议，受当时条件所限，没有引起政府有关部门的重视。此后，随着信息技术的飞速发展，其在农业上的应用被提到了重要议事日程，成为“数字地球”发展战略的切入点之一，并取得了较为丰硕的成果。例如：在农业信息化技术方面，国家及各级产业部门建立了一批基于3S技术的数据信息与管理系统；遥感技术广泛应用于灾害监测、土地及农业信息数据获取、森林资源及环境监测；在精准化投入方面，建立了一套标准化投入的生产技术体系，为精准农业变量投入提供了坚实的基础；地理信息系统普遍应用于空间数据领域。

然而，从总体上看，我国的精准农业仍处于试验示范阶段，在技术水平、经营管理和经济效益等方面远远落后于发达国家。综观我国对精准农业的研究，还没有形成较为系统的学术思想和技术体系，大多局限于对引进概念进行补充和延伸。在实践与应用方面，对精准农业的研究多侧重于某些较为狭窄的方面，未建立规模较大的示范演示基地，离实际应用更是相去甚远。

我国农田类型多样，农业基础薄弱，因此，在今后的工作中，应进一步明确精准农业的发展思路，在技术和农业基础建设方面加强研究，探索适合我国特点的精准农业发展之路。在加强精准农业技术及人才培养的基础上，开发适合国情的精准农业项目，例如节水、节肥、控制杂草和病虫害方面的技术。另外，还应加强精准农业基础资料数据库建设和精准农业试验示范工作，研制先进适用的变量施肥播种机、变量喷药机和变量灌溉设备。

4 结语

精准农业作为“精耕细作”的传统农业在现代信息社会的延伸，是科学合理利用农业资源、提高农作物产量和品质、降低生产成本、改善生态环境、促进经济和环境协调发展的典范。因此，我国应力争在精准农业的理论和实践应用上取得突破性进展，尽快赶超发达国家。

摘要：全面概括精准农业的定义、内涵及主要技术体系，探讨其在农业生产中发挥的主要作用，介绍国内外精准农业的发展历程及研究应用现状，展望我国精准农业的发展方向，为促进我国精准农业快速发展提供理论参考。

关键词：精准农业；信息技术；经济效益；定量管理

中图分类号：S12 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）03-0068-02

精准农业（Precision Agriculture）是以信息为基础，利用传感器及先进监测技术，完整、准确、及时的了解土地和作物的详细数据，结合精确时空统计分析，及时迅速做出决策的一种农业管理系统。从本质上讲，精准农业根据作物生长的土壤性状调节各项投入，即在了解田块内部土壤性状与生产力空间变异的情况下，确定农作物的生产目标，调动土壤生产力，高效利用各类农业资源，用最少的投入获得同等或更高的收益，并实现社会效益、经济效益和环境效益的协调发展。

1 精准农业的作用

1.1 定义及内涵

精准农业按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空差异性，精细准确地调整各种农艺措施，最大限度地优化水、肥、种子、农药等的量、质和时机，以获得最高产量和最大经济效益，并保护农业生态环境和土地等农业自然资源。

精准农业要求实时获取地块中每个小区（1～100 m2）的土壤、水、农作物、光、热等信息，并据此诊断作物长势和产量空间差异，进而做出相应决策。精准农业需要实现三方面的精确，即定位精确（精确确定灌溉、施肥、杀虫的地点）、定量精确（精确确定水、肥、药、种子的用量）和定时精确（精确确定各种农艺措施的实施时间，从而精确进行播种、施肥、灌溉、除草、杀虫、收获等）。

精准农业的核心是应用现代高新技术特别是信息技术来改造传统农业，信息技术主要包括遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）。其根据田间条件变化，利用农学、地理学、生物学等模型对生产过程实行精准定位、定量管理，从而使农业生产更加科学，有利于生态环境保护及农业可持续发展。精准农业的主要技术体系。

1.2 主要作用

实施精准农业技术主要有以下作用：1） 有效降低生产成本。精准农业根据资源特点进行布局，能充分发挥资源优势，使生产资料的结构和规模合理化，因此单位生产成本较低。2） 节约流通费用。精准农业重视经营规模、交易方式和供求时空对接等，所以运输费用、交易费用和仓贮费用等均较低。3） 提高资源利用率。精准农业技术能够合理地利用土地，充分发掘生物个体的生产潜能和单位生产资料的使用价值，可达到地尽其力、物尽其用的目的。4） 提高产品质量。生产投入过程的精准，确保生物处于最佳生长发育状态，进而使生物产品的质量最佳；5） 确保农业可持续发展。在对农业生产布局、规划、投入、产出进行精确控制的基础上，遵循生态平衡和可持续发展原则，可使农业进入可持续发展的轨道。

2 国外精准农业发展历程及现状

20世纪80年代初，美国首次提出精准农业的概念，并于90年代初将相关技术应用于生产。此后，随着可持续发展理念的发展，许多发达国家相继开展精准农业研究。1992年，明尼苏达大学土壤系在程惠贤教授的指导下开始使用“Precision Agriculture”一词，并被学校、公司、政府机构普遍接受。1995年，美国明尼苏达州和华盛顿州开发了商品性变量投入技术及设备，包括利用GIS和SSCM构成电子地图的种植业生产管理系统，用计算机控制的变量投入农业装备，利用传感器、GPS、GIS采集处理空间数据并形成决策的支持系统等。此后精准农业迅速发展，并在世界范围内广泛应用。

近年来，精准技术在农业中的应用越来越广泛，并建立了若干支持精准农业技术的示范应用系统。美国、加拿大、澳大利亚等家率先将GPS技术应用于精准农业。1995年，Usery E L等利用GPS进行采样和联合收割机导航管理。2001年，B.Bassoal等对精准农业的作物模型进行了研究，利用作物模型和遥感技术确定农田管理分区，分析作物产量差异的原因。2002年，Chun-chieh Yang等在不同的肥料应用策略下，运用数据挖掘技术对农用地进行分类。与此同时，Q.zhang等给出一个信息表模型，基于田间可管理数量的阻碍，以信息提交的形式管理产量数据。2003年，D.Moshou等运用光学反射信息监测病虫害感染导致的植物应力，并且将这一应力与作物因营养缺乏而导致的应力区分开来。2004年，Feng chen等研究了预测表层图土壤粘度的方法。此后，以变量施肥为代表的精准农业变量施用技术、自动识别杂草和作物的技术、肥料播洒机自适应建模与控制技术等相继被研究应用。

目前，农业发达国家对精准农业体系的发展潜力及应用前景有了广泛共识，并将其作为发展农业高新技术的重点。美国的精准农业技术和设备已经成熟和成型，但还没有形成系统。在政府部门和相关企业的大力支持下，日本和韩国的精准农业迅猛发展。英国、德国、荷兰、法国、加拿大、澳大利亚、巴西等国关于精准农业的研究和应用较多。

3 我国精准农业发展历程及现状

20世纪80年代初，刘巽浩开始倡导进行“精准农业”研究。90年代，在石玉林、汪懋华等院士的倡导下，精准农业这一名词开始成为农业革命性发展的代名词。1994年，科学家提出研究应用精准农业的建议，受当时条件所限，没有引起政府有关部门的重视。此后，随着信息技术的飞速发展，其在农业上的应用被提到了重要议事日程，成为“数字地球”发展战略的切入点之一，并取得了较为丰硕的成果。例如：在农业信息化技术方面，国家及各级产业部门建立了一批基于3S技术的数据信息与管理系统；遥感技术广泛应用于灾害监测、土地及农业信息数据获取、森林资源及环境监测；在精准化投入方面，建立了一套标准化投入的生产技术体系，为精准农业变量投入提供了坚实的基础；地理信息系统普遍应用于空间数据领域。

然而，从总体上看，我国的精准农业仍处于试验示范阶段，在技术水平、经营管理和经济效益等方面远远落后于发达国家。综观我国对精准农业的研究，还没有形成较为系统的学术思想和技术体系，大多局限于对引进概念进行补充和延伸。在实践与应用方面，对精准农业的研究多侧重于某些较为狭窄的方面，未建立规模较大的示范演示基地，离实际应用更是相去甚远。

我国农田类型多样，农业基础薄弱，因此，在今后的工作中，应进一步明确精准农业的发展思路，在技术和农业基础建设方面加强研究，探索适合我国特点的精准农业发展之路。在加强精准农业技术及人才培养的基础上，开发适合国情的精准农业项目，例如节水、节肥、控制杂草和病虫害方面的技术。另外，还应加强精准农业基础资料数据库建设和精准农业试验示范工作，研制先进适用的变量施肥播种机、变量喷药机和变量灌溉设备。

4 结语

精准农业作为“精耕细作”的传统农业在现代信息社会的延伸，是科学合理利用农业资源、提高农作物产量和品质、降低生产成本、改善生态环境、促进经济和环境协调发展的典范。因此，我国应力争在精准农业的理论和实践应用上取得突破性进展，尽快赶超发达国家。