精准农业发展模式选择与评价研究.pdf

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1、天津大学博士学位论文精准农业发展模式选择与评价研究姓名：侯建平申请学位级别：博士专业：技术经济及管理指导教师：赵国杰20070501中文摘要我国是一个农业大国，“农业丰则基础强，农民富则国家盛”，农业、农村和农民问题始终是关系现代化建设全局的重大问题。是否选择精准农业发展模式无疑具有战略意义。本文基于可持续发展观，从技术经济角度，分析了选择精准农业发展模式的层级性、阶段性与选择的国情适宜性，给出我国目前处于传统农业范式、市场农业范式和生态农业范式三元共存的基本判定，提出发展县域精准农业完全可行的理性判断。本文主要创新点如下：(1)用历史现状比较法，对发达国家和发展中国家的精准农业实践进行分析研

2、究，突破精准农业高技术观的旧认识，建构了高技术精准农业、特色技术精准农业和初级技术精准农业的分层级的新认识观。据此，提出我国发展精准农业应符合国情和实际，要从技术、价值和战略规划角度统筹考虑，分三个层级，分三个阶段，循序渐进，稳步发展。(2)建构了精准农业矩阵模型，应用价值链理论，对农业生产经营过程从价值形成角度进行分析研究，针对我国不同地区地理区位差异和经济水平分层的现实，提出整体推进、局部优先、单项突破三种精准农业发展模式。依据发展精准农业的时序，强调了必须要夯实的基础工程。(3)论证了我国县域经济走精准农业之路的重要性、必要性和可行性，建构了国家层面和市场层面的精准农业技术体系，创构了县

3、域精准农业运行主体，设计了相应的运行机制和支撑体系。(4)依据技术经济学原理与方法，辩识国内重要研究成果的疏忽，给出精准农业绩效评价的基本原理与方法。首先建构精准农业绩效评价体系；然后针对不同发展模式设计权变的评价方法，即：用现金流量贴现分析法(如N P V 指标)评价单项(如精准施肥技术)突破发展精准农业的绩效：用网络层次分析法(帅)评价局部(如县域)优先发展精准农业的绩效；用数据包络分析法(D E A)评价整体(如西部大区域，甚至全国)推进发展精准农业的绩效。最后论证了精准农业绩效评价建模与应用，即：基于实物期权定价方法建立精准农业项目评价的实用模型；引进了精准农业局部优先发展模式的绩效评

4、价；建构评价整体推进发展精准农业模式绩效的指标体系。关键词：精准农业发展模式技术体系绩效评价体系A B S T R A C TC h i n ai sal a r g ea g r i c u l t u r a ln a t i o n,”f o u n d a t i o nb e c o m e ss t r o n g e ri fa g r i c u l t u r ei sa b u n d a n t,t h ef a r m e rb e c o m er i c ht h e nc o u n t r yi sa b u n d a n t”，p r o b l e m s

5、a b o u tt h ea g r i c u l t u r e，c o u n t r y s i d ea n dt h ef a r m e ra r ea l w a y si nc l o s er e l a t i o nw i mt h em a j o ri s s u ea b o u tt h em o d e r n i z a t i o ni ng l o b a l I th a ss t r a t e g i cs e n s ew i t h o u ta n yd o u b ti fw ec o u l dc h o o s et h ep r e

6、 c i s i o na g r i c u l t u r a ld e v e l o p i n gm o d e T h i sp a p e ra n a l y z e st h eh i e r a r c h y,s t a g ea n da m e n i t yi na g n c u l t u r a ld e v e l o p m e n tm o d ef r o mt h et e c h n o l o g ye c o n o m i cv i e w p o i n tb a s e do ns u s t a i n a b l ed e v e l

7、 o p m e n t I ta l s op o i n t so u tt h a tt h ed e v e l o p m e n ts t a g ei no u rn a t i o ns t i l lb e l o n g st or e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et r a d i t i o na g r i c u l t u r en o r m a lf o r m,m a r k e ta g r i c u l t u r en o r m a lf o r ma n de c o l o g i c a la g

8、 r i c u l t u r en o r m a lf o r m,a n dg i v er e a s o n a b l ej u d g m e n t si nd e v e l o p i n gt h ea g r i c u l t u r ei nc o u n t yr e g i o n I naw o r d t h em a i ni n n o v a t i o ni nt h i sp a p e ri sa sf o l l o w s：F i r s t l y,i ta n a l y z e sa c c u r a t ea g r i c u

9、l t u r ep r a c t i c ei nd e v e l o p i n ga n dd e v e l o p e dc o u n t r i e s，e s t a b l i s h e st h en e wp o i n tv i e wa b o u tt h eh i e r a r c h yf r o mt h eh i 曲-t e c ha c c u r a t ea g r i c u l t u r e，t h ec h a r a c t e r i s t i ct e c h n o l o g ya c c u r a t ea g r i

10、c u l t u r ea n dp r i m a r yt e c h n i c a la c c u r a t ea g r i c u l t u r e F r o mt h i sp o i n to fv i e w,t h ep a p e rc o n c l u d e st h a tC h i n as h o u l dc o n s i d e rt h ep r o b l e ma b o u tt h ed e v e l o p m e n to fa c c u r a t ea g r i c u l t u r ef r o mt h et e

11、c h n o l o g y,v a l u ea n ds t r a t a g e mw h i c hs h o u l dc o n f o r mw i t ht h es i t u a t i o no fO u rC O u n t r y,t ob es p e c i f i c，t h ea g r i c u l t u r es h o u l dd e v e l o ps t e a d i l ya n ds t e pb ys t e pi nt h r e ep h r a s e S e c o n d l y,i ta n a l y z e st

12、h ea g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o nm a n a g e m e n tp r o c e s sf r o mt h ev i e wo fv a l u ec o n d u c t i o nw i t ht h ep r e c i s i o na g r i c u l t u r a lm a t r i xm o d e la n dt h ea p p l i c a t i o nv a l u ec h a i nt h e o r y,a n dp r o p o s et h ed e v e l o p m e

13、 n tm o d et h r o u g ht h r e ek i n do fe s s e n c e sa c c u r a t ea g r i c u l t u r a ld e v e l o p m e n tp a t t e r na sw h o l ea d v a n c e m e n t，p a r t i a lp r i o r i 锣a n ds i n g l eb r e a k t h r o u g hi nv i e wo fC h i n e s eg e o g r a p h yp o s i t i o nd i f f e r e

14、 n c ea n dt h ee c o n o m i c a lh o r i z o n t a ll a m i n a t i o nr e a l i t y B a s e dO nt h ep r e c i s i o na g r i c u l t u r a ls u c c e s s i o n,i te m p h a s i z e st h en e c e s s i t yo fp r o j e c tf o u n d a t i o n T h i r d l y,t h ep a p e ra r g u e st h a ti ti sv i

15、t a li m p o r t a n ta n dn e c e s s a r yt ow a l ka l o n gt h ep r e c i s i o na g r i c u l t u r er o a d,c o n s t r u c tt h ea c c u r a t ea g r i c u l t u r a lt e c h n o l o g ys y s t e mb e t w e e nt h en a t i o n a ls t r a t i f i c a t i o na n dm a r k e ts t r a t i f i c a

16、t i o n，e s t a b l i s ht h er u n n i n gm a i nb o d yi nc o u n t yr e g i o np r e c i s i o na g r i c u l t u r e，a n dd e s i g nt h ec o r r e s p o n d i n gr u nm e c h a n i s ma n ds u p p o r ts y s t e m F i n a l l y,i td e b a t e st h en e g l i g e n c ei nd o m e s t i ci m p o r

17、 t a n tr e s e a r c hr e s u l t sa n dg i v e st h eb a s i cp r i n c i p l ea n dm e t h o da b o u tp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ni np r e c i s i o na g r i c u l t u r e F i r s to fa l li tc o n s t r u c t st h ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ns y s t e mo fp r e c i s i

18、o na g r i c u l t u r e，t h e nd e s i g n sw e i g h te v a l u a t i o nm e t h o dt os o l v ed i f f e r e n td e v e l o p m e n tm o d e，e x p l a n a t i o ni nd e t a i l sa sf o l l o w：A p p l y i n gt h ed i s c o u n tc a s hf l o wm e t h o d(s u c ha sN P Vi n d e x)t oe v a l u a t e

19、t h ep e r f o r m a n c ea b o u tm o n o m i a lp r e c i s i o na g r i c u l t u r a l，s u c ha sp r e c i s ef e r t i l i z e rt e c h n o l o g y；A p p l y i n gt h ea n a l y t i cn e t w o r kp r o c e s sm e t h o d(d q P)t oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c ea b o u tp r e c i s i o

20、 na g r i c u l t u r a ld e v e l o p m e n to fp a r t i a lp r i o r i t y(s u c h 弱c o u n t yr e g i o n)；A p p l y i n gd a t ae n v e l o p ea n a l y t i cm e t h o d(D E A)t oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c ea b o u tp r e c i s i o na g r i c u l t u r a ld e v e l o p m e n ta sw

21、h o l e(s u c ha sw e s tr e g i o nf i e l d，e v e nn a t i o n w i d e)I nc o n c l u s i o n,i td e m o n s t r a t e sm o d e l i n ga n da p p l i c a t i o no fp r e c i s i o na g r i c u l t u r ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ns y s t e m,n a m e l y：c o n s t r u c ta p p l i e dm

22、o&lo fp r e c i s i o na g r i c u l t u r ep r o j e c te v a l u a t i o nb a s e do nr e a lo p t i o np r i c i n gm e t h o d；i n t r o d u c ei n t op e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no fp r e c i s i o na g r i c u l t u r ep a r t i a lp r i o r i t yd e v e l o p i n gs t r a t a g e m

23、；c o n s t r u c tp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fp r e c i s i o na g r i c u l t u r ed e v e l o p i n gi nw a yo fw h o l ea d v a n c e m e n t K E YW O R D S：P r e c i s i o na g r i c u l t u r e，D e v e l o p i n gm o d e，T e c h n o l o g ys y s t e m，P e r f

24、o r m a n c ee v a l u a t i o ns y s t e m图目录图1 1 本论文的技术路线和结构安排1 4图2-1 精准农业系统构成3 3图2 2 高技术精准农业技术体系构成-3 5图2 3 G I S 的功能模块-3 6图2 4 G I S 运作流程框图-3 6图2 5 现代遥感工作技术系统总体示意图3 7图2-6 精准农业中决策生成的概念图3 8图2 7 专家系统简化结构图3 8图3 1 绿色之星精准农业管理系统流程，4 2图3 2 凯斯的先进精准农业管理系统示意一一4 3图4 1 精准农业矩阵体系一“4 9图4 2 一般企业经营行为系统5 0图4 3 一般企业

25、的价值链5 1图4-4 精准农业价值链5 5图4 5 小农户内部价值链5 6图5 1 中国精准农业技术体系构成-8 8图5 2 多元化农业技术推广服务体系9 2图5 3 县域精准农业创新主体体系9 3图5 4 发展精准农业的支撑体系9 5图6 1 精准农业绩效评价体系1 0 8图6 2 典型的A N P 结构1 0 9图6 3 基于实物期权思想的精准农业项目评价模型1 1 6图6-4 精准农业系统的评价指标体系1 18表目录袭目汞表2 1 我国各时期农业科技进步贡献率18表4 1 我国地形分区表6 0表5-1 基本情况表一7 8表5 2 受教育情况7 9表5 3 农村环境影响因素“7 9表5。

26、4 农民想采用新技术排序情况8 0表5 5 农民对精准农业技术的了解程度8 l表昏l 精准水稻种植项目投入、使用年限及每年成本1 0 5表6 0 上海精准水稻种植变量施氮肥技术的净现值分析表1 0 6表6 3 指标原始数据1 1 7表6 4 绩效等级及相应分段11 9表6 5 农业系统投入和产出选取指标“1 2 0独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成臬，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料：与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了

27、明确的说明并表示了谢意。靴敝储鹤：乃毛坼辩嗍：p 1 年1 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解叁鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：J 7 7 玄粑趁哥签字同期：聊r 月乡1F导师签名：签字R 期：力叩年厂月弓1R第一章导论1 1 选题背景与依据第一章导论1 1 1 中国农业发展遇到严峻问题中国农业生产历史悠久，历代劳动人民在几千年的传统农业生产实践

28、中积累了丰富的经验，从原始的刀耕火种到现在的机械化生产，形成了一整套以精耕细作为特色的耕作制度、栽培管理、轮作倒茬、用地养地的技术体系。解放以来，我国的农业虽然取得了长足的发展，但和发达国家相比还有很大的差距，由于长期受计划经济和二元体制的束缚，生产力水平长期落后，多数地区依然采用落后的生产方式和经营模式，一些地区依然很贫穷，农业生产至今还没有摆脱靠天种收的局面，并且农民的文化素质i 受教育水平普遍偏低，城乡差别、工农差别、区域差别在不断扩大，已成为我国经济持续稳定发展的制约因素。随着人类所面临的环境、资源、能源和食物等问题的日益突出，中国的农业未来怎样和如何发展仍是需要进行长期研究和解决的根

29、本问题。1 人多地少的矛盾十分突出我国地域总面积9 6 0 万平方公里，约占世界陆地面积的1 1 5，居世界第3位，但由于人口众多，人均国土面积不到世界人均1 3。人均可耕地不到1 3 亩，仅为世界人均的1 4，人均草地、林地和水资源分别不到世界平均水平的1 3，1 8 和1 4 1 1。然而我们需要以占世界7 的耕地养活占世界2 2 的人口【2】其难度可想而知。按照我国人口增长和控制规划，到2 1 世纪中叶，我国人口将增加到1 5 亿-1 6 亿【3】，到那时我们将面临更加严峻的形势。因此，合理利用每一寸土地，调整土地利用结构与布局，提高土地的利用效率、单位土地的产量和经济效益是非常关键和必

30、要的。2 水资源严重不足水是农业的命脉，但我国水资源数量严重不足。陆地年平均降水量为6 4 8 毫米，既低于世界平均水平的8 0 0 毫米，也低于亚洲7 4 9 毫米。全国河川径流的表水量2 7 11 5 亿立方米，居世界第六位，每年农业缺水可达3 0 0 亿立方米。1 9 9 2年人均占有水量仅2 3 5 3 立方米，是世界的2 1；另一方面水资源分布不均，南天津大学博士学位论文：精准农业发展模式选择与评价研究方耕地较少，而水资源较为丰足；北方耕地多，水资源却很紧缺【4】。长期以来，由于过度开采，地下水位普遍下降，全国有3 0 0 多个城市缺水，每天缺水量达1 6 0 0 万立方米，8 0

31、0 0 万农村人口饮水困难，明显反映出干旱的发展势头【5 1。人均水资源占有量在世界各国1 9 9 7 年排名中仅列第1 2 1 位，被联合国列为1 3 个贫水国家之一【6】。3 生产方式传统而且劳动生产率低下低效率与低生产率是中国农业发展的最大问题，现在我国许多农区仍沿用传统的生产方式，技术手段落后，科技含量低，商品缺乏竞争力。改革开放以来，虽然我们一直强调和致力于农业的现代化，但是农业的低效率问题却始终未得到解决。1 9 5 2 年全国有8 3 5 的劳动力从事农业生产，农业生产的产出占国民经济的5 0。到2 0 0 2 年农业净产值只占国民经济的1 5 9，而我们仍然使用着全国5 0 的

32、劳动力。我国的第一产业劳动生产率低，仅相当于第二产业劳动生产率的1 3，相当于第三产业劳动生产率的1 4 7】。虽然从总量上来讲，今天的农业对于1 9 5 2 年的农业不可同日而语，但农业的现代化显然明显落后于其他行业。4 土地荒漠化加剧，生态环境压力巨大由于长期不合理的开发、乱采滥伐和超载放牧等违背自然规律的生产行为，导致水土流失、土地荒漠化、草原“三化”等一系列生态问题产生。目前，我国属于世界上荒漠面积较大、危害严重的国家之一，全国荒漠化土地总面积为2 6 2 2万平方公里，占国土总面积的2 7 2，超过全国现有耕地面积的总和，有近4 亿人口受到荒漠化的威胁，全国每年因荒漠化造成的直接经济

33、损失高达5 4 0 亿元。近年来，沙尘暴的频度加大从一个侧面也说明了荒漠化情况的严重程度【6】。5“三农”问题成为社会发展的最大障碍“三农 问题主要表现在城乡差距拉大，农民在收入、社保、储蓄、教育、医疗等方面，都与城市居民存在大的差距，以至形成“农民真苦、农村真穷、农业真危险 的状况。1 9 7 8 年城乡收入差距为2 6 4：1，改革、开放、发展至2 0 0 5年城乡收入差距反倒扩大为3 2 2：1【引。“三农”问题成了我国全面建设小康社会，走和谐发展道路亟待解决的首要障碍。1 1 2 可持续发展和科学发展观提出新要求党的十六届三中全会提出了“坚持以人为本，树立全面、协调、可持续发展观，促进

34、经济社会和人的全面发展”【9 1。中国2 l 世纪议程提出：“农业和农2第一章导论村可持续发展是中国可持续发展的优先领域和根本保证”。科学发展观的实质是发展的科学性，我国“十一五”规划提出：“发展必须是科学发展，要坚持以人为本、转变发展观念、创新发展模式、提高发展质量，把经济社会发展切实转变到协调可持续发展的轨道。我国的农业也要走可持续发展的道路。近年来大量使用化肥、农药和塑料薄膜，以及无节水措施的漫灌，造成了严重的农业生态环境问题，土壤有机质逐步耗竭，保水、保肥力差，土壤结构遭到破坏，水土流失严重。据专门机构调查结果，现在农业对化肥的过量使用，仅有3 5 左右被土壤吸收，近6 0 随水土流失

35、，进入地下水中造成了饮用水源的污染，进入河流、湖泊中造成了水体严重富营养化；大量农药的不合理使用导致食物中化学成分累积，农产品安全质量日益下降，而且增加了农业生产成本，还对地表和地下水质造成污染，使生物群落的生存环境遭到破坏，生物品种减少。因此，用科学发展观的观点解决这些问题，探求农业新技术经济范式，发展现代化农业技术，对于改善农业生态环境，促使农民增收、农业增效，提高农产品质量，具有重要的理论价值和现实意义。1 1 3 解决我国农业问题的思路：走精准农业之路我国农村人口众多，人均资源拥有量太少，农业发展再不能走传统上认识的农业现代化道路了。因为西方发达国家的“工业化农业”或“石油+大机械化”

36、农业技术经济范式是不可持续的发展道路。对此，有识之士有目共睹，无可争辩。但是我们也不能简单地照搬国外的“替代农业、“有机农业、“自然农业、“生物农业”以及“低投入农业”技术。实现农业现代化，解决我国发展问题必须基于我国国情。近年来，在现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术最新成就的基础上发展起来的一种重要的现代农业生产形式精准农业正在浮出水面。它是以地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术为核心，以合理利用农业资源，提高农作物产量和品质，降低生产成本，改善生态环境和实现农业的可持续发展为目的，从而实现农业生产的低耗、高效、优质和安全。它是目前最有吸引力的前沿性农业科学

37、研究领域，而它的重大意义已远远超出其技术系统应用发展的本身，它所提供的新的技术思想和改造客观世界认识的思维方式，促使人们对科学利用农业资源潜力的认识和农作物生产经营管理的观念和模式上，尤其在开拓新的前沿科学研究开发领域上，都将会产生深刻的变革和影响。天津大学博士学位论文：精准农业发展模式选择与评价研究那么，我国能选择精准农业发展之路吗?问题尖锐的摆在了我们面前。1 中国必须走精准农业发展之路最近2 0 多年，我国农业发展虽取得了巨大成就，但多数地区的农业生产基础依然十分薄弱，生产方式落后，除集约化程度较高的农垦生产区和大型农场以及经济比较发达的地区外，依然采用传统农业生产模式。从农机械化常规技

38、术的普及率，单位耕地面积的机械化水平，单位农业可耕地投入的劳动力人数，单个农业劳动力生产率，单位面积的农药、化肥消费量等多项指标来看，和发达国家相比都处于极低的水平。用新技术改造我国传统农业的生产方式，要实现农业生产农业增长方式从以数量规模扩大为主要特征的“外延型”向以提高生产效率为主要特征的“内涵型”增长的转变，促进我国农业的跨越式发展，必须走也只有走精准农业的发展道路。2 精准农业是解决三农问题，建设社会主义新农村的根本措施中央多次指出，农业、农村和农民问题，即“三农问题”，是关系社会经济发展全局的重大问题，建设社会主义新农村是我国现代化进程中的重大历史任务。“生产发展、生活宽裕、乡风文明

39、、村容整洁、管理民主【1 们，这是对社会主义新农村的全景式描述，也是我国建设社会主义新农村的具体目标和要求。要实现这一目标，把落后的农村建设和改造成为社会主义新农村，无疑农业现代化是基本的支持和保证。然而发展中的问题要用发展的观点来解决，解决“三农”问题，建设社会主义新农村，同样也要用发展的观点，必须用新的发展模式来改造传统的农业现代化模式。精准农业是由现代信息技术支持实施的新型现代化农业操作技术与管理系统，它的出现将引发新一轮的农业科技革命。因此，用精准农业技术改造传统的生产模式是提高产量，降低生产成本，促进农民增收，农业增效的有效途径，是提高我国农业在国际上的竞争力，彻底解决“三农”问题的

40、根本措施。本文认为，“三农 问题的解决与社会主义新农村建设最终要靠精准农业技术创新来实现。1 1 4 精准农业才是实践循环经济走可持续农业发展的必由之路我国的社会主义现代化建设必须走人口、经济、社会、环境和资源相互协调、兼顾当代人与子孙后代利益的可持续发展道路。这是中国发展战略的必然选择，更是农业发展的必由之路。农业可持续发展，是指按照发展社会主义市场经济的要求，利用现代科学技4第一章导论术和物质装备手段，因地制宜地选择农业经营方式和利用模式，科学合理地开发农业资源，保护生态环境，使农业保持长期持久的发展能力，确保当代人及后代人对农产品的需求得到满足的农业发展思路和发展战略。1 9 9 1 年

41、联合国粮农组织在荷兰召开了关于“持续农业与农村发展”的大会，在“丹波宣言中明确指出，持续农业是采取某种使用和维护自然资源的基础方式，以及实行技术变革和机制性变革，以确保当代人类及其后代对农产品需求得到满足，这种可持续的发展(包括农业、林业和渔业)维持土地、水、动植物遗传资源，是一种环境不退化、技术上应用适当、经济上可行以及社会上能够接受的农业。2 0 世纪兴起的科学技术革命极大地促进了农业的发展，创造了农业发展史上的奇迹。但是，那种高投入、高消耗、高增长、片面追求产量的发展模式导致了耕地资源锐减、土地板结、地力衰退，水土流失严重、草原退化，出现了能源、环境、人口、粮食四大危机，引起了人们的普遍

42、关注、高度警觉。开始探求运用当代先进农业科技和管理手段，建立人类生存和自然环境间相互协调、相互增益的经济、生态、社会三者协调发展的新型的农业经济技术体系，全面规划、总体协调、促进农业的良性循环，发展无废弃物、无污染，集约、高产、优质、高效的新型农业，走保护环境、节约资源、提高效益的可持续发展道路，实现人与自然生态和谐相处的新途径。精准农业恰恰就是这样一种现代化农业可持续发展的新技术经济范式。精准农业技术是集现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术为一体，并在最新成果的基础上发展起来的现代农业生产形式【1 1 1 2 1。精准农业已被公认为是2 l 世纪领先的现代化农业技术，是一项高效利

43、用农业资源、实现农业资源的合理配置、保证农业可持续发展的系统工程。它使农业技术措施与农田变异精确匹配，精确控制农田中每一栅格内种子、化肥和农药的施用量，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，充分保证农业资源的综合开发利用。精准农业技术是未来农业的雏形，是2 1 世纪农业发展的必然趋判1 3】。因此，中国必须走精准农业发展之路。然而中国能不能走精准农业之路?走一条什么样的精准农业之路?精准农业之路真的是高效、低耗、减污的技术经济范式吗?统统是存在争议和疑义的。必须予以认真深入科学的研究，给出科学的回答。为此，本文作者决定以“精准农业发展模式的选择与评价 作为博士学位论文的研

44、究课题。天津大学博士学位论文：精准农业发展模式选择与评价研究1 2 国内外精准农业实践与理论研究1 2 1 国外实践与研究1 国外的实践随着欧美一些发达国家对环境认识程度和农业生产市场化程度的不断提高，为了解决高投入、高产出的集约农业所引起的环境污染问题，满足农业生产中降低成本、提高产出率、发展优质高效农业以及环境保护、资源利用、农业可持续发展等方面的要求，迫切呼唤经济效益、社会效益、生态效益同步增长的新型农业的出现。基于这种理念，美国在2 0 世纪8 0 年代率先提出了精准农业构想，它是以微电子技术、现代信息技术和智能化监控技术的发展为基础，辅以作物生长模拟、栽培管理、测土配方施肥等农业专家

45、系统构成了早期的精准农业技术【14 1。精准农业的含义是按照田间每一操作单元(区域、部位)的具体条件，精细准确地调整各项土壤和作物管理措施，最大限度地优化使用各项农业投入，以获取单位面积上的最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境，保护土地等农业自然资测1 5】。精准农业发展的理论源自田间不同部位的土壤生产潜力和实现最大生产潜力需要的投入存在着较大的差异，其核心技术是信息技术和计算机自动变量控制技术【1 6 1。1 9 9 0 年以后，美国将全球定位系统(G P S)技术应用到农业生产领域，促进了精准农业技术的快速发展。它以3 S(G P S、G I S、R S)信息技术为纽带，将现代生物

46、技术、均衡施肥技术、节约灌溉技术、自动监测技术、智能机械技术等组合而成的现代化农业生产技术。带有G P S 接收器的农业机械能够精确地“感知”其在田问的空间位置，结合地理信息系统(G I S)，根据产量在农田空问分布的不均匀性和影响作物生长因素的差异性，采集相应位置的环境信息，经过对这些信息分析处理，制定出经济合理的作业方案【1 7】。1 9 9 3 1 9 9 4 年美国明尼苏达大学在明尼苏达州率先进行了精准农业实验，取得巨大成功。1 9 9 3 年在明尼苏达的扎卡比森甜菜农场，传统上的施肥方案推荐量是施纯氮1 9 1 2 5 公斤公顷，而精准农业范式的变量施肥技术将施肥量变动幅度控制在3

47、4 8 8 1 6 7 6 2 公斤公顷范围之内，大大减少了氮肥用量，肥料投入费用平均减少了1 5 7 美元公顷。变量施肥技术的甜菜产量(4 6 7 5 0 公斤公顷)比传统施肥稍有增J J f l(4 5 0 0 0 公斤公顷)，含糖量从1 6 8 5 增加到1 7 8 9，产糖量从1 3 5 3 7 5 公斤公顷增加到1 5 4 2 7 5 公斤公顷，收入从5 9 9 5 1 美元增加到7 4 4 5 16第一章导论美元【1 8】。1 9 9 4 年明尼苏达大学在该州南部汉斯农场，按照传统的测土施肥推荐量为1 4 6 2 5 公斤公顷氮素，而按照精准农业变量施肥技术实际施氮量变幅在0-2

48、0 2 5公斤公顷，平均仅为1 0 0 1 2 公斤公顷，节省了约l 3 的氮肥，同时提高了产量【19 1。精准农业的试验成功，使该技术思想得到广泛认同的传播，小麦、玉米、大豆、甜菜等作物生产管理也都开始应用精准农业技术【2 呲6 1。从1 9 9 5 年起，美国一些地区农场开始采用装备了全球卫星定位系统的联合收割机，通过电子传感器和全球定位卫星，这些农机在收获季节可以不间断记录下几乎每平方米的产量及其他信息，农场就可以据此绘制出农场各地块产量的地图，从而剔除一些产量低的作物品种【1 4 1。另外，利用计算机系统把每个农场数百个小区的土壤测试、播种量、产量、农药和化肥用量制成处方图，每个环节进

49、行精准管理，获得了更高的作物产型2 7 1。1 9 9 5 年美国约5 的作物面积上不同程度地应用了精准农业技术【2 8 1。由于精准农业实行了因地而异、因时而异、因作物而异的耕作方法，它在节约各种原料的投入、降低农业生产成本、提高土地收益率和环境保护等方面都明显优于传统农业，因此，精准农业技术在美国、英国、德国、荷兰、意大利等西方发达国家已勃然兴起【2。到1 9 9 8 年，美国精准农业作业面积已由1 9 9 4 年的4 l 万公顷猛增到1 0 0 0 多万公顷。英国的许多农场已经在联合收割机上安装了G P S 系统和产量测定仪，这样在收割完成时就可以产生当季准确的产量分布图【3 柚5 1。

50、2 0 0 1 年，玉米有3 5 的面积应用了产量监视器【3 6 1。法国的联合收获机产量图生成及质量测定、施肥机械和电子化植保机械利用G P S 和G I S 系统进行变量作业已投入使用【37 1。日本政府也专门启动了“2 l 世纪农业机械紧急开发课题的研究，将精准农业的相关技术列入计划，加快了精准农业的研究工作【3 8-3 9 。不仅发达国家重视精准农业技术的实施，越南、毛里求斯、巴西、马来西亚等发展中国家也开始了实验示范研究。经过多年的发展，发达国家都针对本国农业的具体特点，已逐渐形成了不同模式的精准农业技术体系，如以大田精准播种、精准管理和精准收割为特征的美国式精准农业，以以色列、荷兰