信息技術進階迭代數字化助力精準農業邁上新臺階

文/本刊編輯 李冬霞

農業經過原始農業、傳統農業、工業化農業發展到今天，面對仍然持續增加的人口和日益惡劣的生態環境，通過增加耕地面積、大量消耗工業產品（農藥、化肥、燃油、電力等）來實現農業增產增效已經不大現實，唯有改變農業管理模式才是出路。隨著全球定位系統（global navigation satellite system，GNSS）、遙感（remote sensing，RS）、作物栽培模擬模型等技術的發展，信息技術革命的成果開始應用到農業領域。現代信息技術通過計算機控制機器設備精準定量地進行農業生產操作，通過智能信息技術和農機的結合，將傳統的澆水、施肥、除草等操作采用機械化完成，實現了農業資源的高效利用和農業產業的提質增效。這樣的農業管理模式被稱為“精準農業”。2019年，國際精準農業學會（Precision Agriculture Alliance）組織了50位專家，對精準農業（precision agriculture）進行了定義：精準農業是一種管理策略，是通過收集、處理和分析時空數據、個體數據以及其他相關信息，制定基于變異規律的管理決策，以提供農業生產的資源利用率、生產力、質量、效益和可持續性。在信息技術進階迭代、數字化發展的大背景下，精準農業無論是在研究領域還是在實際應用中，都發生了重大變化，本文將基于我國農業基本特點，結合近年來在相關領域取得的顯著成就，淺析一下我國精準農業新發展、新局面。

數字化大背景下，“精準農業”概念過時了嗎？

20世紀世界農業高速發展，主要依靠的是生物育種技術的進步、擴大耕地面積、物料、機械動力和化學產品的大量投入，這種高投入的農業引發了水土流失、生物多樣性損失、生態環境惡化等一系列問題。20世紀80年代初，發達國家提出了作物栽培管理定位實施、按需變量投入的精準農業思想，通俗的講，精準農業的理念就是需要多少給多少，需要什么給什么。20世紀80年代末，精準農業開始實際應用，美國Soil Teq公司于1988年開發的即時肥料混合和分配系統可能就是精準農業的第一個應用，該系統利用航空攝影和網格土壤樣本的信息來生成肥料應用地圖。1992年，在美國召開的第一次精準農業學術研討會后，精準農業的概念開始走向全球，此后，多國政府和企業開始投入大量資金，對精準農業技術進行全面系統研究。目前，國際上已有多種成熟的精準農業技術產品，應用領域由傳統大田作物滲透延伸到設施園藝、畜禽養殖、農產品加工等領域。

目前，精準農業已經發展了30多年，隨著信息技術的進階迭代，尤其是隨著數字化進程的不斷推進，新一代信息技術包含的內涵大大拓寬，云計算、大數據、移動互聯、物聯網、人工智能、區塊鏈等新技術層出不窮，“數字農業”“智慧農業”等提法的出現使得“精準農業”這個概念似乎有些過時，但是，事實真是如此嗎？答案當然是否定的。

數字技術只是支撐技術而已，智慧農業、數字農業和精準農業有其不同的側重點

對于這幾個不同概念的區別，趙春江院士給出了解答：智慧農業強調的是通過綜合運用智能技術，提高人類對農業系統綜合管控的能力；數字農業是通過將農業全要素、全系統、全過程數字化，進而實現農業科學決策和數字化管理；精準農業強調的是基于農業動植物和空間環境等信息的變化而采取的精細投入管理。“精準農業”“數字農業” “智慧農業”是基于不同技術發展階段和不同的側重點逐步形成的，三者有高度的包容統一性。精準農業聚焦的是農業作為第一產業的屬性，遵循的是自然規律和經濟規律，追求的是提高農業生產的資源利用率、生產力、質量、效益和可持續性。數字技術作為精準農業發展的支撐技術，其發展帶來了農業生產方式的改變和數字經濟的發展，使得精準農業的發展也到了新的階段。

精準農業仍是解決糧食安全問題和生態環境問題的重要途徑

21世紀，全球人口的增加和全球變暖是人類面臨的2大重點問題：一是預計到2050年，全球人口將增加到90億，糧食要在現有基礎上增加70%，才能滿足人口需求。人口增加的同時，全球農業勞動力人口卻在減少，根據世界銀行的數據統計，從1991—2018年，全球農業勞動力逐年下降，到2018年農業勞動人口占全部勞動力的比例已經降到28.26%，而中國的這一趨勢，下降的最為明顯，從60.0%下降到26.1%；二是全球變暖已經是共識，各國在積極尋求解決的方案，中國政府提出了“雙碳”政策，要在2030年實現碳達峰，2060年實現碳中和。科學家研究表明，全球變暖導致敏感作物（水稻、玉米、大豆、春小麥）減產20%～40%。因此，如何提升農業投入品利用率、提高單位面積產量的同時，保持土壤肥力、解決農業缺水、減少病蟲害影響、提升農產品質量和安全標準，仍是21世紀農業面臨和需要解決的主要問題。精準農業本身就是通過監測農業生物生長發育過程中各種相關因子隨時間和空間的動態變化，以及農業生物本身生長發育的狀態來優化遺傳、環境及管理措施之間的互作，最大限度地提升土地產出率、農業生產率、資源利用率的，由此看來，精準農業是解決上述問題的重要途徑。

精準農業潛能大，仍是當今農業研究應用熱點

根據Goldman Sachs Global Investment Reaserch的研究表明，未來精準農業的潛在市值達到2 400億規模的水平，主要集中在精準施肥、精準種植、精準灌溉、精準施藥等方面。中國農業科學院做了2008—2018年基于關鍵詞共現的智慧農業領域研究的熱點表明，“Precision agriculture”仍是熱點關鍵詞。因此，精準農業仍是未來農業的發展趨勢及研究熱點。

數字技術支撐下的精準農業新發展

根據精準農業的產生背景和內涵分析，精準農業是伴隨著信息技術進步而產生的，核心就是數據的感知、決策及應用。精準農業涉及全球導航衛星系統、遙感、物聯網、大數據、人工智能等先進技術領域，這些領域的發展，將進一步帶領精準農業發展邁上新臺階。

數據感知層——新一代導航系統、遙感、傳感器提供精準感知

◎ 新一代北斗系統助力農機自動駕駛及農機作業監管

我國的北斗導航系統是繼美國GPS衛星系統和俄羅斯的格洛納斯-M導航衛星系統后的全球第3套成熟的衛星導航系統。精準農業的實施對全球導航衛星系統的精確性有較高的要求，比如對某些作物的田間投入需要精確到每株植物上，甚至是精確到葉片，北斗系統的實時動態差分法（RTK）技術能提供實時厘米級的定位精度，這為精準農業的發展提供了強有力的保障。目前我國的北斗導航系統應用于精準農業主要包括農機自動駕駛以及農機作業監管等，通過北斗雙天線定向定位和差分技術，在車輛的行駛過程中，可以實時地提供車輛的位置信息和方向信息等，通過分析這些信息從而實現控制車輛自動駕駛的目的；北斗衛星導航系統還能根據土壤圖像，結合圖像處理技術，分析土壤的物理指標和化學成分，為農產品的生產提供科學的耕種方案，包括農作物的選取，土壤的施肥、旋耕、起壟等環節，以及種子所需的水分和肥料的具體數量；北斗衛星導航系統還能結合氣象監測系統，為農作物的耕—種—管—收各個環節提供最優的時間參考，同時進行農機作業監管。隨著北斗三號衛星導航系統的開通，未來定會為農業提供更加精確、智能的服務。

◎ 輕小型無人機遙感彌補衛星遙感、地面遙感缺陷

現有的衛星和地面遙感技術提高了農情信息獲取效率，但衛星遙感技術存在重訪周期長、較易受天氣影響、難以獲得高質量影像等缺點；地面遙感技術費時費力、能監測的范圍小、干擾因素多、難以快速獲取作物信息。近幾年快速發展并應用的輕小型無人機遙感系統具有體積小、質量輕、成本低、操作簡便等一系列優勢，且受天氣、云層覆蓋限制小，飛行高度及飛行時間靈活，能獲取中小尺度范圍內的高時空分辨率的影像數據，有效地彌補了衛星遙感和地面遙感的缺陷，滿足精準農業管理的需求。因此，要在保持地面遙感和衛星遙感的優勢下，大力發展無人機遙感。目前，輕小型無人機遙感在精準農業的應用主要體現在農作物識別與精細分類、農作物長勢動態監測、田塊尺度的估產、病蟲害監測等方面。輕小型無人機遙感技術作為調查及監測的有力工具，能及時獲取精準農業生產管理中所需的各種數據信息，促進了農業生產過程向信息化、智能化、精準化方向的發展。隨著計算機技術的進一步發展，輕小型無人機將會被越來越廣泛及深入地應用到精準農業中，不僅僅局限于農情監測方面，在其他農業方面的應用，如農場管理規劃、農業設施管理也能發揮極大作用。

◎ 化學、生物傳感器讓信息感知更精準、智能

作為信息化時代感知層的關鍵技術，傳感器在精準農業領域的應用范圍十分廣闊，主要包括土壤系統監測、微氣象動態監控、作物日常生長特征采集等方面。近年來，隨著農業傳感器新原理、新技術、新材料和新工藝不斷突破，已由簡單的物理量傳感走向化學、生物信息的快速感知，納米等新材料技術的發展使得傳感器向著微型化、智能化、多樣化的趨勢發展，運用的關鍵技術涉及納米材料修飾技術、多傳感器微波遙感技術、無線傳感器網絡技術、碳糊電極技術、多傳感器融合技術、熱紅外光譜技術和無人機搭載技術等。趙春江院士強調，未來5～10年，研發準確、精密、便攜的傳感器和生物傳感器將是各國農業傳感器創新發展的重點領域。這類傳感器不僅可以實現一次連續監測多個環境和動植物生命信息的特征參數，也可以對環境、生物及非生物脅迫等進行持續監測，具備在植物和動物發病之前檢測疾病的能力，有助于實現各種食品和農業學科相關指標的快速檢測和監測。因此，隨著傳感器新技術、新材料和新工藝的不斷突破，將進一步助力精準農業在數據感知層面的發展。

數據決策層——物聯網+云計算、大數據+人工智能提供精準決策

精準農業是信息密集型的，如何對采集到的信息進行傳輸、匯總、分析和決策，是精準農業實施過程中的關鍵環節。近幾年，隨著物聯網、云計算、大數據及人工智能等技術的大力發展，精準農業中數據處理能力得到大幅提升。

農業數據的獲得目前仍然主要依賴于農業傳感器，但其只有數據收集能力，不具備智能數據處理的能力，因此需要通過物聯網技術將獲取到的數據傳輸到服務器端進行處理。目前，常用的物聯網技術是NB-IOT（窄帶物聯網），NB-IOT技術和傳感器結合，將采集到的土壤pH值、降水量、空氣溫濕度、土壤濕度、土壤鹽分、農作物生長指標等數據連接到附近的NB-IOT基站，基站把數據連接到運營商的NB-IOT物聯網平臺，前端應用可通過物聯網平臺獲取數據，只要NB-IOT基站信號覆蓋到位，便可輔助農業生產躍上一個大臺階。

當大田種植監測點足夠多時，通過物聯網能獲取到大量的農情數據，如何對這些數據進行排序、存儲、清洗、處理，便是云計算和大數據技術在精準農業應用中需要解決的問題。對于精準農業中獲取的大量信息和數據，人工智能（AI）可以優化管理決策。人工智能技術在精準農業系統的應用是建立在經大數據技術處理后的農情數據基礎上的，在農業生產過程中，精準農業的農業專家系統要為農戶提供智能決策分析，而農業專家系統是以知識庫、海量數據以及推理判斷程序為核心，運用人工智能知識工程的知識表示、推理、知識獲取等技術，總結和匯集農業領域的知識和技術，將農業專家長期積累的大量寶貴經驗通過人工智能技術進行自我學習來對大量數據進行分析推理，最后得到決策支持。2022年美國農學、作物、土壤三大學會的年會上，“機器學習大數據在精準農業的應用”專題受到了廣泛關注，這進一步彰顯出AI在農業未來發展中大有可為。

數據應用層——智能化裝備提供精準操作

◎ 精準平地

土地平整可以節省灌溉時間和灌溉成本，大幅提升肥水利用效率，對于提升作物產量及提高種植效益具有重要的意義。精準平地技術主要是激光精準平地技術和GNSS精準平地技術。激光平地技術適用于較小規模、地表起伏不太大的農田土地平整，且易受強光、大風等天氣條件的影響，作業范圍較小。區別于國外的大規模種植，我國農業呈現出小農戶、小地塊的特點，所以，需要有針對性地研發適合我國農業發展的激光平地機，我國研發的1PJ系列激光平地機，作業寬度1～4 m，可適用于不同大小地塊，其中1PJ-1000作業寬度為1 m，可用于設施農業土地平整。

相較于激光平地，GNSS精準平地技術可以連續作業，不受惡劣環境影響，可適應多種復雜地形，高程范圍無約束，可提前測量地形，為平地作業規劃路徑，有較大的適用范圍。國外GNSS精準平地設備生產商主要是美國天寶公司和瑞士徠卡公司，其生產設備的技術水平代表了當前國際GNSS控制平地技術的最高水平，在平整農田土地的同時還可以結合應用一些其他外延設備，如地形測量、路徑規劃、高程反饋、噴藥、施肥等，將農業信息化和智能化提升到一個較高的水平，在一些大型農場中推廣應用并取得了良好效果。GNSS精準平地技術應用后，可節約30%灌溉水，提升肥料利用率5%～10%。由于我國GNSS精準平地起步較慢，其整體技術水平落后于國外發達國家，但是隨著我國北斗系統的不斷發展和完善、GNSS定位精度的提高以及高標準農田的建設，適用于我國的GNSS精準平地技術勢必會得到廣泛推廣應用。

◎ 精準種植

長期以來，農作物播種環節存在的主要問題就是用種量大和浪費嚴重。精準播種就強調要將種子按照精確的粒數、播深、間距播入土中，同時，保證每穴種子數相同、一籽一苗。播種機械所面對的播種方式、作物種類繁多，這就要求播種機械具有較強的適用性。智能種植機械能夠根據不同作物生長特性、土壤特性和種植時的氣候情況實現精準播種和移栽，包括開溝寬度和深度，同步施肥方式，行距、株距，播種量和覆土深度等。例如新疆地區根據北斗衛星導航實現精準棉花播種，從播種到滴灌帶，到覆膜到覆土，一次合成，提升了工作質量和工作效率，航向誤差可以控制在2.5 cm以內。如何實現精準播種，排種器研究是關鍵。常用的排種器有機械式和氣力式2大類，目前，我國這2類排種器的研究與國外的先進水平不斷縮小，部分已達到國際先進水平，如勺輪式、指夾式和氣力式玉米精量排種器基本上與國外處于“并跑”水平。氣力式排種器對種子的大小、形狀要求不嚴格，適合形狀不規則的種子，可以實現高速播種，播種精度高，株距均勻，廣泛應用于各種智能播種機中。華南農業大學羅希文院士團隊研究的“三同步”水稻精量直播技術在直播機作業時，先在田面開出蓄水溝，并同時在兩條蓄水溝的壟面上開出播種溝，排種器以穴播方式將稻種均勻地播在播種溝中，實現了行距可選、穴距可調和播量可控，該項技術已在全國26個省（市）和國外6個國家得到推廣應用，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

精準種植除了要精準播種外，對于蔬菜等經濟作物，還包括精準移栽。雖然國內現階段移栽機械基本以純機械結構和半自動化為主，但作業需要大量人力，作業效率較低、工作質量不穩定，與實現精準化還有一段距離。近年我國作物移栽技術研究取得重大進展，研究的智能化無人移栽機以起壟軌跡為底數，嚴格對齊壟線路徑，不壓壟，保證移栽質量和標準化程度；機械手自動取苗、分苗、投苗，實現了全自動的蔬菜無人移栽作業；研發的漏苗率監測、苗壟對行等技術，可以動態調整機器作業行進速度，提高無人化作業的機具動態適配與協同作業控制，降低漏苗率；采用機器視覺等技術進行漏苗、重栽、裸根等移栽質量的數字化評估，同時匹配人工投苗、漏苗數據，綜合確定改進方案，提高了“農機—農藝—人員”的適配度。

◎ 精準灌溉

我國水資源較為緊缺，農業灌溉占水資源利用的60%，但是全國灌溉水平均有效利用系數低于0.5；因此，提升農業灌溉效率非常關鍵。要真正實現水資源的高效利用，僅憑單項的節水灌溉技術是不能解決的，必須將水資源開發、輸配水、灌水技術和降雨、蒸發、土壤墑情和農作物需肥需水規律等方面統一考慮，做到降雨、灌溉水、土壤水分聯合調用，實現按期、按需、按量供水。精準灌溉主要以土壤水分、作物含水量、大氣含水量為基準來確定灌溉時間及灌溉量。通過在土壤中設置傳感器，精確獲取土壤中的含水量，根據作物不同生長期的需水規律，進行精準灌溉，可實現水、肥、藥一體化灌溉。

實現精準農業灌溉的設施設備按照灌水的出流方式分為滴灌、滲灌、微噴灌和脈沖灌溉，都是在植物株行距之間安裝管道系統，通過灌水器以緩慢而精準的流量，向植物的根部直接供水及養料。新的農業精準灌溉技術就是在此基礎上，數字化管理平臺根據傳感器采集的土壤特性及作物生長信息實時跟蹤農田狀況，結合嵌入的作物模型決定灌溉時間和灌溉量，用精量的灌溉設施及技術實現全自動化控制。華源節水公司學習以色列先進的滴灌、噴灌技術，生產的卷盤式噴灌機、智能水肥噴灌系統已投入使用。朱梅等以節水灌溉技術與自動化技術融合為主線，設計研發了集高效節水、精準控制、自動灌溉及土壤墑情監測功能于一體的智能灌溉機，大大簡化了節水灌溉系統首部設備的設計和安裝，方便操作，實現了水、肥精量控制。中國農業科學院農田灌溉研究所成功研發現代信息感知變量精準灌溉系統，該系統將無人機光譜多源感知技術、田間精準灌溉控制平臺和變量精準噴灑系統結合，綜合運用物聯網、遙感、人工智能、云計算、自動化等技術，可以判斷每塊農田水分和氮素需求，解譯不同作物生長過程中的生理生態、干旱、營養等情況，實施最佳的灌溉和施肥方案，實現了大田精準灌溉信息空間分布特征精準提取，比傳統的基于田間物聯網傳感器和氣象蒸散發灌溉點決策提高了20%作物灌溉水分生產力。

◎ 精準施肥

國外提出了5R（right source，right pattern，right rate，right time，right place）精準施肥原則——正確肥料用量、正確施肥模式、正確肥料品種、正確施肥時間、正確施肥位置，強調要以不同田塊的產量數據與土壤情況、病蟲草害、氣候等多項數據的綜合分析為依據，進行高產、優質、環保為目的的施肥。精準施肥能夠大大提高肥料的利用率，降低成本，據測算，精準施肥對農作物增產的貢獻率為40%～60%。要實現精準施肥，需要獲得作物營養數據和土壤養分數據，數據采集完成后，將數據在計算機中進行分析，形成施肥處方，結合全球定位系統對施肥機的施撒量進行定位調控。作物營養數據采集可通過遙感技術與地面分析相結合；目前，田間實時在線測量土壤中氮磷鉀的技術尚未取得實質性突破，主要是利用衛星定位信息田間取土并在實驗室分析獲得土壤中的養分分布圖，根據養分處方圖，采用智能施肥機實現精準施肥，也叫“測土配方施肥”。

近些年來，國內精準變量施肥技術發展迅速，在借鑒國外先進技術成果的基礎上，開展了許多建立精準變量施肥技術體系的嘗試，在施肥機方面，農業部南京農業機械化研究所研制了精量播種施肥機（可實現施肥過程中的漏播、堵塞聲光報警檢測，完成播種施肥復合作業）、北京農業信息技術研究中心研制了1G—VRT1旋耕變量施肥機等。在變量施肥處方圖生成技術方面，變量施肥處方圖生成技術包括土壤養分檢測、遙感技術和在線監測技術等，近紅外光譜分析法具有低成本、高密度、高精度、實時性、便利高效等優點，在土壤養分分析領域具有巨大的潛力，但是其只適合進行小規模、精準的采樣測量，無法滿足現代農業大規模測量、快速性、高效性、實時性的要求，遙感技術的發展彌補了這個缺陷。在變量施肥控制系統方面，國外已經形成較為成熟的變量施肥控制方法、技術體系和通用性產品，并且已有了在線式變量施肥系統，如美國約翰迪爾公司生產的變量施肥機、凱斯公司生產的Flexisoil變量施肥播種機，我國變量施肥控制系統根據控制器類型及控制方案、肥料性質、肥料排肥驅動機構、排肥效果、多肥料元素變量控制等因素組合形成了許多種變量施肥控制系統，側重于變量施肥控制系統的設計、多變量施肥控制技術、變量施肥控制方案優化、變量施液態肥等方面的研究。

◎ 精準施藥

精準施藥技術是通過傳感探測技術獲取噴霧靶標即農作物與病蟲草害的信息，利用計算決策系統制定精準噴霧策略，驅動變量執行系統或機構實現實時、非均一、非連續的精準噴霧作業，最終實現按需施藥。目前研究主要集中在：（1）在靶標探測方面，有激光雷達探測、農作物RGB圖像重建高光譜圖像、自動對靶噴霧系統等方面的研究，進一步提升了雜草、病蟲害識別的精準性且降低了成本；（2）在噴霧控制系統方面，開展了噴霧機恒壓變量控制、PWM間歇噴霧式變量噴施系統等方面的研究，提升了施藥機械的變量控制能力；（3）隨著智能化的發展，施藥機器人也隨之上線，中國農業大學藥械與施藥技術研究中心自主設計與研發的一款果園自主導航噴霧機器人，可以實現果園噴霧作業無人精準噴霧。

我國農業精準施藥主要是以地面機械施藥為主體，以航空施藥為補充的施藥體系。近幾年，隨著精準農業航空技術的發展，航空施藥取得了顯著成效。據統計，2020年，我國植保無人機社會保有量10萬多臺，無人機植保作業面積超過0.67億hm，田塊邊界自動識別、作物路徑自動規劃、高效低污染施藥、多機協同作業等先進技術等得到了廣泛應用。在2022年召開的“中美雙邊精準農業高端論壇暨中國（濰坊）現代農業高端論壇”上，蘭玉彬院士介紹：植保無人機自2015年以來發展巨大，目前已經進入自動化/智能化時代，可以實現厘米級定位、自動規劃航線、全自主飛行、仿地飛行、避障等功能。隨著植保機械性能的不斷改善，智能化水平的不斷提升，我國的精準施藥裝備在精準農業體系里將發揮越來越重要的作用。

◎ 精準收獲

對精準收獲的基本要求是根據作物成熟度適時收獲，根據作物長勢和產量自動調節收獲機前進速度、割臺高度、脫粒滾筒轉速和清選等工作參數，對各部件工作狀況實現監控、顯示和報警。朱玉祥從提高作物收獲機的智能通信水平，將精準網絡通信理念植入當前作物收獲機的控制優化中，建立智能作物收獲機精準網絡通信模型，實現了作物收獲機通信系統的精準網絡控制與數據傳輸；我國濰柴雷沃公司、中國一拖集團有限公司和沃得農機公司等一些農機企業生產的收獲機已開始安裝谷物產量、含水率、流量、損失率和含雜率傳感器，實現了作物長勢精準檢測及篩選水平；中聯重機的AS60型甘蔗收獲機實現了衛星定位和自動導航等功能，實現了收獲精準定位。

相對于大田作物的收獲，蔬菜、水果等精準采收對機械的精準識別、智能定位、柔性操控等均有更高的要求。國家農業信息化工程技術研究中心團隊在國內首次實現了雙機編組協同智能化無人甘藍采收作業，綜合利用北斗導航、環境感知、多傳感器融合等技術，實現了甘藍精準無人化采收。Wang等設計了一種具有4軸獨立轉向系統、五自由度收割系統以及雙目立體視覺導航系統的溫室番茄收割機器人，其識別成功率高達99.3%，采摘成功率為86%，且每個番茄采摘時間僅需15 s。目前精準采摘機械的主要應用目標為甘藍、番茄、茄子等，這類果實體積小、顏色鮮艷、生長位置適合機械化采摘，識別起來相對比較容易；對于西瓜、甜瓜等果實，由于其具有體積較大、成熟度難以區分、果實顏色與葉片接近等特點，對識別和采摘造成了很大困難，相關的研究較少；另外，對于土豆一類果實生長在地下的作物，精準識別和采收也比較困難。

與發達國家相比，我國的精準農業發展存在哪些掣肘？

我國的精準農業從20世紀90年代起步。1999年在新疆生產建設兵團提出實施精準農業，到2013年，這里已經基本形成了比較完善的精準農業技術體系，在棉花大面積生產中應用，已取得了極大的經濟效益。黑龍江八一農墾大學從2000年開始進行精準農業技術與裝備的研究，2001年成立精準技術研究中心，2004年配套成立了精準農業技術裝備實驗室，為黑龍江農墾區精準農業的發展提供技術、設備支持。2000年，國家計委和北京市政府共同投資在北京進行精準農業示范區建設，是我國實施的第一個精準農業項目。同年，中國科學院開啟了“精準種植研究”，開始研究我國自主知識產權的精準農業關鍵技術與設備。2002年，國家科技部批準在北京市農林科學院成立了“國家農業信息化工程技術研究中心”，促進信息技術向農業領域應用轉移。2003年，北京小湯山國家精準農業示范基地成立。到目前為止，精準農業在我國已經發展了近30年，雖然已經取得了顯著的成效，但仍存在著不少發展的掣肘因素，較發達國家仍有一定差距。

小農戶與規模化生產存在矛盾

美國的農場規模較大，60%～70%的農場采用了精準農業技術。相較于國外，我國農業呈現“小農戶、小規模、小地塊”的特點，這與精準農業發展的規模化趨勢表現出了較大的矛盾。目前主要是通過土地流轉和土地代管的方式來促進土地規模化集中管理；但是，小農戶小地塊仍是客觀現實，國外精準農業形成的商業化技術產品主要是針對大規模農場使用的，不適用于我國，我國需要進一步對適用于小農戶的精準農業進行創新研究，形成具有自主知識產權的技術裝備來應用于實際。

關鍵技術瓶頸有待突破

目前，我國的精準農業在信息獲取、智能決策和應用實施環節都存在著技術約束。例如在土壤信息獲取方面，土壤原位測定技術相關方面的研究還較欠缺，不能對土壤中營養元素實現無損快速識別；在智能決策方面，農作物在不同生長發育階段與土壤、氣象、管理措施的定量關系還未形成足夠的理論數據；在應用層面，存在小規模地塊和復雜地形下農業智能裝備的推廣應用。特別是在高精度農業機械精密控制系統產品方面，長期依賴進口，嚴重制約了精準農業的發展。

不同地區應用模式差異大

美國的農業專業化程度很高，形成了著名的生產帶，如玉米帶、小麥帶、棉花帶等。相比較而言，我國地理環境復雜，農田散落在平原、丘陵、山區和半山區等各種地形上，田塊不集中且高低不平，極大地限制了精準農業技術裝備的應用和使用；同時，各地經濟發展水平差異較大，農業個性化需求較突出，單一的精準農業應用模式很難滿足實際的農業需求。

未來

未來，精準農業的主要目標集中于作物生產環境，生長狀態和生產過程中相關數據實時、高效、精確采集與處理，天空地一體化準確感知、精準智能裝備，作物精細生產知識體系高效聯通與融合等方面，來進一步提升資源利用率及勞動生產率。

在技術層面，精準農業強調農藝、農機、信息這3個方面的融合發展。在農藝方面，要實現品種及種植模式的標準化與宜機化，才能實現農機的精準作業。在農機方面，發展農業智能裝備的研究將不再是單一的裝備研究，而是逐漸集中在整個農作系統智能化水平的研究上。在信息處理方面，土壤傳感技術、作物感知技術、作物表型技術、作物病蟲害技術這些信息感知關鍵技術將隨著農業傳感器及無人機遙感等限制技術的突破獲得進一步發展；隨著AI、大數據等在農業領域的廣泛應用，可以解決科學決策，實現多因素協同、智能應對與控制、機器代替人工等目標；5G技術的成熟意味著信息傳輸速率的大幅提升與移動數據及終端各方面性能的全面強化，有助于進一步實現精準農業的農情監測與精準化控制的技術要求，這些都將讓精準農業發展邁上新臺階。

在服務層面，企業將基于大數據實現“精準農業”服務模式，由提供產品逐漸轉變為提供整體解決方案，從銷售產品轉為提供服務，例如面向農戶、村、鄉和縣提供精準農業專業化信息服務模式，根據用戶實際生產需要，提供適合當地條件的“套餐式”技術組合應用模式；面向規模化農場、企業，提供從信息獲取、處方決策到精準變量作業全過程服務的精準農業技術集成應用模式等。

在產業層面，依托數字化技術，能夠打通生產決策、田間管理、加工分選、精準營銷等全產業鏈條，在生產端，通過精準農情監測、傳感和數據分析等智能手段，輔助進行科學決策，可以實現農業投入品精準投放、生產過程精準控制、農產品全程可追溯和全環節精準化管理；在產銷對接端，通過數字平臺的建設，市場信息透明化和公開化，實現精準對接。另外，對于不同產業，需要有針對性的開展精準農業技術研究，如設施園藝，對于環境可控要求較高，需要加速研發專用傳感器和基于作物—環境的控制模型；對于露地農業，環境可控性差，要通過組織化經營和規模化生產來提高精準農業技術應用的經濟性。

精準農業理念“需要多少給多少，需要什么給什么”，無論是從技術、服務還是產業發展的角度，這個理念都將始終貫徹，實現農業提質增效、農民增產增收。