环境因子在小的空间尺度上也具有普遍的连续变异性，认识这种变异性和发展与之相应的变量投入或精准管理技术，是目前国内外研究的一个热点领域。本书在总结多年试验研究成果的基础上，对小空间尺度资源环境信息采集、各要素关系及变量精准管理作业图制作原理，空间信息采样设计及分析的数学原理、方法，精准管理的地理信息系统、专家系统、智能测产系统、空间信息处理集成系统和精准管理的环境与经济效应进行了深入细致的探讨。

本书是一本详细描述环境因子空间连续变异性和农业精准管理技术的专著，可为当前蓬勃发展的精准农业教学、科研及实践提供参考和科学依据。

精准农业是将遥感、地理信息系统和全球定位系统、计算机技术、自动化技术、通讯和网络技术结合农学、地学、生态学规律和模型，根据田间变异对农业生产过程实施机械精确定位、定量操作的一整套现代化农业集成技术，能使农业技术措施与农田变异精确匹配，精确控制农田每一斑块种子、化肥和农药的施用量。在提高作物产量的同时，充分保证农业资源科学的综合开发利用，减少和防止对环境和生态的污染和破坏，保持生态环境的良性循环，是实现可持续农业的重要途径。

目前，国内对精准农业在我国的发展持有不同的看法和观点，反对意见认为，我国不适合发展和应用精准农业技术，其理由有：(1)我国种植业以千家万户的小规模经营为主体，小规模经营不适合应用精准农业；(2)精准农业需要应用大量高新技术，如低成本快速获得农田信息的技术、变量作业的精准农业机械等，而我国目前的经济技术发展水平都低于实施精准农业的要求；精准农业技术还不够成熟，应用的成本太高。支持的意见认为，我国应大力发展，理由有：精准农业能够减少投入、降低环境污染，是未来实现农业可持续发展的重要途径和世界农业发展的一个重要方向，如我们不发展精准农业，将与世界发达国家农业发展的技术水平差距越拉越大，发展精准农业是提高我国农业技术水平和管理水平的必然。由此可以看出，我国要不要发展精准农业，如何发展精准农业，是一个必须回答的严肃的科学问题。本文主要在分析精准农业的原理、技术体系构成，总结国外精准农业应用的实际效果的基础上，结合我国实际分析我国精准农业发展存在的限制因素和发展应用前景。

作为一种全新的农业生产技术体系，精准农业的实施过程可以描述为：将农田划分为等面积的地块，通过全球定位系统对每一地块进行准确的定位；采集各个地块上的农田信息(如土壤质地、养分状况、病虫害状况等)，测定每一地块上的作物产量；在地理信息系统平台上，采用各种辅助系统，分析各个地块上产量差异的原因，提出农田管理的各种决策(主要是各种农业生产资料，如化肥、农药等的投入水平)，并通过变量投入技术对生产资料的使用加以控制，对不同状况的地块采用不同的投入水平，实行“按需分配”，从而达到降低投入、减少污染、增加效益的目的。从精准农业实施的过程来看，精准农业技术主要包括全球定位系统技术、农田信息采集技术、测产技术、地理信息系统技术、各种辅助系统和变量投入技术。

近十年来，欧美一些发达国家为了缓解高投入、高产出的集约农业所引起的环境问题和降低农业生产成本，借助于信息技术的发展，纷纷开展精准农业的研究和实践。作为一种以信息技术为基础的农业管理系统，其目的在于降低成本、节约资源、减少过量投入对环境的污染。

精准农业的核心思想是：获取农田小区作物产量和影响作物生长的各种农业生产要素(如土壤结构、有机质含量、病虫害等)实际存在空间和时间差异性信息，通过各种工具加以分析，进而提出农业生产的管理决策，并通过变量投入技术对农业生产加以调控，从而达到降低农业生产投入、提高效益和改善环境的目的。

由于精准农业通常与GPS、RS、GIS以及计算机等联系在一起，这让人们产生了“精准农业是一种超现代技术”的感觉。事实上，在许多方面，精准农业是简单地应用一些新的工具，让农田管理更加接近于因地管理的精耕细作传统。传统农业中，全世界的农民管理较小规模的田块，他们一直都在让他们的管理措施适合于土壤类型、微气候条件以及其他景观特征。但机械化大规模农业把农民推向了采用单一技术来对待充满差异性的大片农田。精准农业事实上是利用现代技术，使农业由忽略空间差异性的大面积单一作业回归到根据空间差异性进行变量作业，从观念上，它完全类似于我国因地制宜、精耕细作的农业传统。可以相信，我国农民非常容易接受精准农业的思想，这为我国推广应用精准农业技术奠定了良好的思想基础。

精准农业在欧美发达国家已被描述为即将到来的“农业革命”，然而，不管精准农业技术的潜力能否为“农业革命”提供技术支撑，几个关键因素在制约我国精准农业技术发展和应用的步伐：

(1)应用技术的落后：精准农业所涉及到的关键技术，无论是GPS、RS、GIS还是变量作业技术在我国都还处于向国外学习、引进、自主开发的阶段；国外工业化发达国家已能够提供各种实用技术给市场，与之相比，我国有非常明显的差距。特别是变量作业技术，由于我国农业没有像国外发达国家那样完成机械化进程，这使得我国在精准农业的实施方面面临更大的困难。

(2)小田块规模：目前，精准农业主要针对某一作物的空间异质性，尝试在正确的时间、正确的位置给予恰当的投入，这一农业系统一般适用于大规模农场，以增强它现有的生产优势。但世界上大多数地区进行的是小规模农作，特别是我国以农户为主体经营小规模农业，平均每个农户经营的土地只有不到1公顷，为此，在我国实施精准农业必须采用相适应的措施。

(3)收益性和环境后果仍然未知：采用精准农业以后，理论上增加的产量和投入的减少能够进行精确度量，但到目前为止，从精准农业的案例研究中发现，他们中的一些显示出收益性增加，一些显示出收益性减少，另外一些与常规农业相比收益性并没有差异。此外，实施精准农业能否像理论上期望的那样，能够通过减少化肥与农药的投入给环境带来收益，目前也没有足够的科学实验数据给予支持。特别是由于精准农业技术的复杂性和目前采用该技术的高成本，农民们对收益性的怀疑会阻碍精准农业的推广和应用。

我在1994年就提出在我国进行精准农业研究应用的建议，但由于当时条件所限，没有引起有关部门的重视。近几年信息技术飞速发展，信息技术在农业上的应用也提到了重要的议事日程。科技部和中国科学院都已把精准农业技术的研究和开发列入了有关计划，一些成果也正在陆续出现，但总的来讲，目前我国关于精准农业的研究和应用还处于起步阶段。

新技术在农业上投入应用，一般来讲速度要慢一些，并需要很好地组织。例如：杂交玉米的推广应用花费了25年时间；氮素化肥从出现到全面使用用了30年时间。由于精准农业更为复杂，估计它的全面采用得至少35年的时间。由于我国现代农业技术滞后和农业生产条件的复杂性，要探索适合于中国农情的一套精准农业技术体系，因此我估计精准农业在中国得到全面的应用需要30～40年的时间。生产者采用精准农业技术可以分成三个阶段：第一阶段将是主要收集农作信息；第二阶段将是利用这些信息形成作业或农田管理决策；第三阶段才将是综合全面的应用。近期最多的努力将集中于收集符合质量的信息，并开始应用这些信息作出更具有收益性的农作决策。

值此之际，我很高兴地看到将要出版的这本书，它是几年的试验总结，它对精准农业的一些重要理论问题和技术问题进行了有益的探索和开发，取得了许多第一手数据资料，因此很愿意为此书作序，以期加快我国精准农业的发展步伐。

 石玉林

 中国工程院院士

  中国自然资源学会名誉理事长

2005年3月