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美国是世界第一强国，农业的发展处于世界领先地位，最早提出精准农业思想并开展实践，发展了规模化的精准农业。日本过去传统的分散小农经营状况与中国现有农业经营状况类似，日本脱离耕地零碎化的实践对中国农业向集约经营转变具有借鉴意义，且日本农业在20世纪70年代以后发展很快，是集约型精准农业的代表。欧盟是国际舞台的重要力量，农业现代化水平世界领先，在共同农业政策框架支持下，智慧农业是欧盟各国农业的发展方向，目前正在积极发展数字技术。以色列农业堪称奇迹，不断创新的农业节水技术推动精准农业的发展，对水土资源匮乏的中国来说，以色列的先进农业技术越发重要。因此，综合考虑中国农业发展需求和他国农业特点，选择精准农业发展较为典型的美国、日本、欧盟和以色列，重点研究其精准农业发展状况，简要阐述英国、加拿大等国的精准农业现状。
1.1 美国
20世纪80年代，美国农场面临过度依赖化肥农药提高单产却导致土地退化、环境污染等问题，Johnson等农学家发现，即使在农田小区域内，不同生育期、不同空间位置的作物生长环境明显不同，首次提出“处方农作”概念。之后的90年代，美国进行了土壤传导性、土壤元素测定、电磁感应等技术的研究。进入21世纪，信息感知、无线传输、自动控制等技术的发展，以及全球定位系统（GlobalPositioningSystem,GPS）向民间开放，促使美国精准农业快速发展，至今已形成了相对成熟、可推广普及的精准农业模式，并成为全球精准农业的引领者。
美国精准农业的发展首先得益于平坦肥沃的规模农场，农场平均规模约1.75km2。技术是精准农业发展的核心，美国突出的精准农业技术体现在以下3点：一是精准导航与自动驾驶系统。美国联邦航空管理局建设的广域增强系统可为农业提供分米级免费信号服务。针对厘米级精度的应用，主要通过电台、移动通信链路和卫星通信链路3种方式提供实时动态差分信号。凯斯纽荷兰等农机具企业生产的拖拉机、大型收割机等农机普遍安装了基于GPS、视觉导航等技术的自动驾驶系统，有些先进农机可以根据作业场景提前进行路径规划。二是信息获取与变量作业。农业研究局建立了全球独有的植物表型高通量测量系统和成像系统，全天候获取测量区域内所有作物的全方位表型数据和长势数据，建立作物光谱识别、预测模型，以利用无人机、卫星等遥感系统制作变量处方图。三是农机检验检测环节。在持续高温的天气下，选择坚硬的土质环境建立农机检验测试场，采集测试数据，对农机的功能、性能、部件等进行全面评估。
美国健全的农业政策为精准农业的发展提供多层支持与保护。一是农业信贷体系。政府为农场主提供信贷担保，帮助农场主顺利获得农业贷款；成立农业信贷总局，联合一些信贷企业和金融机构，为农民购置先进农机提供专项优惠贷款。二是立法加强教育、科研与推广应用。美国新农业法草案明确表示支持在高校中开展对青年人农业新知识、新技术和应用能力的教育；支持农业产业信息和技术转让的研究和推广。美国农业部根据国家战略重点和农业发展需求的变化，每隔两年左右调整和制定新的农业研究计划，并向国会申请经费支持，既保证研究工作的系统性，又注重解决农业生产所面临的问题与挑战。
精准农业全套技术体系在美国已经市场化，约翰迪尔公司的“绿色之星”、凯斯纽荷兰公司的“先进农业”等系统是技术集成的先驱，为农场主提供配套设备及技术服务，80%以上的农场采用了GPS自动导航、物联网、变量作业等精准农业技术。
1.2 日本
日本人稠地狭，过去以分散的小农经济为主，但目前有力地推动了农业生产向集约化、适度规模化经营的转变，在此基础上发展精准农业。早在20世纪70年代，日本就进行了土地规整与建设。通过修订限制农地流转与集中的各项规定，政府逐步放松对土地的严格管制，主要包括承认多种形式的农地流转、放宽农地租赁的审核与管理、对长期出租或出卖小地块的农户给予财政奖励等。政府出资运行的农业合作组织、非营利性的民间法人组织等管理服务机构在促进农地流转、保障流转方向、规定利润分配等方面发挥了重要作用。在规模化整理土地的基础上，日本政府积极完善农田基础设施，如修建上水排水设施、田间道路、通信等设施，2004年，日本将农业物联网建设列入政府计划，截至2014年，超过50%的农户使用了农业物联网设施。
在农业人员组织方式上，组建农业共同体，鼓励共同经营。一是将懂技术、管理、经营的农户组建为农业经营团体，主要负责组织广大农民群体学习农业经营、管理的先进信息技术。二是将从事精准农业技术研发、推广等的企业组建为农业技术团体，主要负责提供、宣传和推广精准农业技术和设备。三是出台“人与农地计划”、《农业经营基础强化法》等政策法规，培育适度规模经营的新型经营主体，对专业从事农业生产的新型经营主体给与资金、技术服务的支持。
立足农田面积相对小的特点，日本致力于攻克具有较高灵敏度和准确性的小型作业机器和无人机植保。目前已研发出能够采集土壤水量和肥量的六足机器人、水稻变量施肥机、采用三维视觉系统的采摘机器人、撒播水稻出苗数检测装置等，多台小型机器可以根据计算机传达的信息协同工作。20世纪90年代初，日本政府就鼓励推广无人机在稻田植保中的应用，经过30年的发展，无人机功能也从早期的喷洒向基于成像技术的生产态势分析、基于垂下光源吸引和高压电技术的杀虫领域扩展。自动精准导航、避障和飞行稳定性控制等技术在无人机应用中相对较为成熟。
近年来，数字技术的发展推动了日本农业大数据平台的建设。在“农林水产业创造技术”项目支持下，自2014年开始，政府每年给予中央财政支持，通过政府与企业合作研究与建设，历时5年多，日本全国性农业数据公共平台正式上线运行。平台汇集的土壤、气象、生长预测、农机作业等数据叠加到农场管理系统，在推行变量精准施肥、提高农机智能化水平和机器人作业等方面发挥了成效。为让农户更好的访问、使用数据，日本政府也重视在农户中普及计算机应用，开设培训班，教农户信息技术的使用；面对从业人口普遍老龄化问题，鼓励企业开发适用于中老年人的专用界面。
1.3 欧盟
近年来，欧盟发达国家正积极推动机械农业向数字农业转变，从而推动精准农业的发展。2017年，德国投入超过50亿欧元，由大型企业、科研单位牵头研究攻关与信息感知和调控、云平台等技术相关的软件系统、硬件装备等。德国数字农业的解决方案是：每块地的地理位置、土壤特性、作物信息、实时天气等数据上传到云端，运用大数据、人工智能等技术进行处理，并做出诊断和处方，然后将云端提取的指令信息发送给配有接收信号的大型农业机械，控制农机进行作业。德国GutDerenburg农场是一家有着190余年历史的家庭农场，2000年前后农场配备了能够实时测产制图的收割机，进一步掌握了产量的空间差异，于是农场决定逐步实施精准农业应用项目。以精准灌溉为例，其典型做法是将空间数据和土壤类型、土壤田间持水量等属性数据叠加，得到可用田间持水量空间分布图，结合降水量和作物需水规律等数据，分析作物缺水状况，进行空间分区，针对不同分区采取有针对性的措施。
法国近些年农业信息化发展较快，由政府、社会组织、企业及经营者共同推进，积极打造集开发应用、市场咨询、法律政策保障、战略支持等于一体的农业大数据体系，目前已建成完备的农业信息数据库。政府定期公布农产品产量、流通等信息，根据市场供需情况提供种植、销售等建议；社会组织为农户提供法律、技术、管理等方面的咨询服务，在农机推广、农民教育与培训等方面也发挥着重要作用；企业根据新型经营主体的需求，提供基于现代信息技术和物联网技术的个性化服务；经营者依法填报自己的农业生产经营信息。
在意大利，政府推动、企业参与，共同出资组建精准农业商业化运营公司，开展导航位置服务、设备研发、技术咨询、用户指导等业务。意大利伦巴第大区大农场基于遥感、导航等空间信息技术，采用智能化农机装备自动控制系统，也实施了精准农业项目。目前，欧盟正着力解决一些小型农场的水利、宽带设施等问题，加强成员国创新合作，扩大精准农业的推广应用。
1.4 以色列
以色列位于西亚沙漠地带，面对降雨稀少、土壤贫瘠、地表水分布不均的自然环境，以色列政府一方面积极修建农田水利设施，另一方面高度重视农业技术，尤其是节水技术研究，每年资助上亿美元用于农业技术研发与推广，农业科研经费GDP占比居世界前列。目前发展了以节水灌溉、水肥一体化和温室技术为代表的精准农业，创造了“沙漠里的奇迹”。
20世纪中期开始，以色列政府主导全国范围内兴修水利，旨在将北部天然水源引入到南部缺水地区，将地下水组织、连接成网络状。密布的输水管道根据水质的不同被漆成不同的颜色，黑色、白色、紫色管内分别是废水、可直接饮用水和再循环利用水。在此基础上借助发达的物联网、咸水淡化、废水循环利用等技术积极发展节水灌溉。
滴灌与喷灌是以色列节水灌溉的代表方式，超过90%的灌溉采用了节水灌溉技术，水资源利用率居世界之首。世界知名企业耐特菲姆公司50多年来，一直致力于节水技术及产品的创新，先后开发出100多种滴灌器，推出多套滴灌系统和对应产品。农业数据的采集和积累进一步推动滴灌用水量精准化发展，数字化管理平台根据传感器采集的土壤特性及作物生长信息实时跟踪农田状况，结合嵌入的作物模型决定灌溉时间和灌溉量，目前80%的地区使用了基于实时数据的灌溉策略。在滴灌技术的基础上，以色列还积极发展水溶肥料及相关技术，根据传感器记录的环境数据，施肥罐里溶解的氮、钾等肥料，经自动操作平台分配后，借助管道和压力准确、均匀地输送到植物根部，一些先进的系统可测量每个植株的压力水平，以此确定水肥输送时间和停止输送时间，实现了节水节肥、精准灌溉与施肥一体化。20世纪70年代，以色列开始发展温室大棚，大棚里配备滴灌系统，滴头插入基质中，通过压力输送进行水肥供应。温室里还安装了光照、温度等传感器，控制系统读取传感器的数据，自动升降挡板和帘子，从而保证植物所需的光照和通透性。目前温室内从播种到收获全部实现了智能化生产与控制。
1.5其他国家
英国2013年启动了“农业技术战略”，每年投入4.5亿英镑用于农业科技研发与创新，利用大数据和信息技术升级农业，建立了国家精准农业研究中心，致力于智能农机、导航、精准作业等方面的研究。一些农场建有田间交通管理系统，可以优化田间农机行走路线和作业幅宽，误差能够控制在厘米级。通过集定位、自动导航、传感识别、卫星监测、电子制图、智能机械等技术于一体，英国可以实现精准作业及变量施肥施药。目前，英国约有16%的农场采用了精准变量施肥及用药技术。政府重视对农户新技能、新知识的培训与教育推动了精准农业的发展，农民培训是唯一可以得到政府资助的培训项目，英国目前有200多个农业培训网点和2000所农场职业教育学校。
在加拿大，土壤格网取样、田间制图、喷头自动控制等技术在阿尔伯塔省、魁北克省的一些农场也开展了实践应用，精准施氮肥、变量灌溉技术的研究与试验表明，变量作业技术在不降低作物产量的情况下，可以节省水肥投入。根据圭尔夫大学对144名受访者关于精准农业技术使用情况的调查，自动导航技术应用最为普遍，约87%的耕地面积应用了此技术，使用变量施肥、卫星影像处方图、变量喷洒等技术的耕地面积比例分别为28%、16%和10%。
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编辑：赵强
来源：陈媛媛,游炯,幸泽峰,等.世界主要国家精准农业发展概况及对中国的发展建议[J].农业工程学报,2021,37(11):315-324.
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