（1）精准农业的意义
20世纪80年代初期，欧洲、美国等发达国家由于其农业生产快速发展，农业生产已开始由半机械化向机械化及自动化方向发展，同时由于农药和化肥的过量使用，能源利用率低下，导致其生态环境恶化，严重影响农业生产的持续发展。从农业生产的可持续发展出发，农业技术工作者开始着手研究一种全新的农业生产经营方式，开发出如生态农业、绿色农业、有机农业等新型生产模式。其核心思想是充分利用有限的自然资源，减少资源浪费及环境污染，从而保护自然生态环境，生产绿色、优质、无公害农产品。改变传统的粗放型农业生产模式，实现精准农业生产，适时、准确地投放所需的农业生产资料，实现农业生产精确管理。将传统农业生产的定量投入粗放管理改变为适时变量投入和精确管理，充分利用有限的自然资源，保护农业生态环境，提升农业生产水平及管理水平，提高农产品质量，保证农产品安全。基于以上构想并结合当代高新技术，产生了精准农业的思想。由于其全新的理念及深远的现实意义，精准农业得到了快速的发展。20世纪90年代中期以后，伴随着全球卫星定位系统（GPS）、遥感技术（RS）及地理信息系统（GIS）相关技术的进一步成熟及普及，现代电子技术及微型计算机技术在农业生产中的应用日趋广泛，农业科技工作者完成了作物生长模型以及农业生产决策系统（DDS）技术的构建，为精准农业的发展奠定了牢固的基础。“精准农业”以其全新的内涵逐渐成为以提高资源利用率、降低农业生产成本、保护农业生态环境为目的的现代农业生产经营模式。
（2）精准农业的发展现状
目前，世界上发达国家精准农业的实践已涉及变量适时配方施肥、精量播种、快速有效病虫害防治及杂草清除、土壤水分精确管理等相关领域，精准农业正逐渐成为发达国家合理利用有限农业资源、保护生态环境和农业可持续发展的决定性科学技术基础。美国作为世界上实施精准农业最早的国家之一，经过多年发展，一些技术和设备已经成熟定型，但尚未系统化，总体还处于研究发展阶段。美国有200多万个农场，其中60％～70％的大农场采用精准农业技术。精准农业技术的采用给农场主带来了明显的节约效应和规模效益。1993~1994年，美国明尼苏达州农场进行了精准农业技术试验，取得了巨大成功，用GPS指导施肥的作物产量比传统平衡施肥作物产量提高30％，而且减少了化肥施用量，经济效益大大提高。此外，加拿大、澳大利亚等国对精准农业技术也非常重视，巴西、马来西亚等国广泛开始了试验示范应用。以色列的气候干旱、水资源紧张，采用了先进的精准农业灌溉技术，根据作物生长阶段和气候条件等因素，定时、定量、定位供水，大大地提高了水利用率，水肥利用率达到90％。目前，精准农业的实践已涉及配方施肥、精量播种、病虫害防治、杂草清除、收获作业和水分管理等相关领域，诸如荷兰的无土栽培切花生产、日本的水培蔬菜生产、美国的生菜生产、欧共体国家和北美国家的计算机管理奶牛场等均已基本实现了精准化。
精准农业作为当代农业科技革命的重要组成部分和农业技术创新工程的重要内容，近年来逐渐由农业发达国家推广到发展中国家。中国作为农业生产大国，20世纪70年代就加入了精准农业的发展行列，并在北京、上海、黑龙江、吉林等地区建立起了有一定规模的生产试验区，从实际出发探索适合中国国情的精准农业发展之路，并取得了可喜成果。中国农业大学率先建立了“精细农业研究中心”，开展相关技术研究，做了大量有意义的探索性的基础工作，取得了大量科研成果。为进一步探索有中国特色的精准农业之路，国家农业信息化工程技术中心于1999年在北京小汤山建立了精准农业示范基地，开展精准农业的研究开发，并开发出2F—VRT1型变量施肥机和1G—VRT1旋耕变量施肥机，这些设备装有地理信息系统，可实时接收GPS位置信号及作业机械行走速度信号，依据实际生产需要自动调整排肥量，实现变量施肥。吉林农业大学在吉林省榆树市弓棚镇设立了高产玉米精准农业试验示范基地，开发出2BAF—6型玉米变量深施肥精密播种机和2BFQ—6型精密播种变量施肥机，该设备由全球定位系统、地理信息系统、单片机控制器、施肥决策系统、拖拉机、变量播种施肥机组成，由田间电子地图适时采样、生成、变量施肥决策系统和田间信息管理系统等构成变量施肥的辅助决策系统，实践证明该系统可大幅提高农业生产的投入产出比，实现农业生产高效可持续发展。黑龙江八一农垦大学在黑龙江省农垦总局所属友谊农场五分场建立了精准农业试验示范基地，从美国CASE公司引进整套精准农业机械生产设备，基于引进、消化、吸收的发展思路，开展了国产变量施肥播种控制系统的研究开发，并于2004年1月研制出自主知识产权的电控无级变速箱式变量施肥控制装置，同时进行了精准农业试验研究，实践表明精准农业可大幅提高资源利用率，是高效、节能和农业生产发展方式的必由之路。
我国的精准农业生产仍处于起步阶段。由于中国地域广阔，自然条件多样，在中国发展“精准农业”要比美国、欧洲等国家复杂得多，困难也大得多。因此，在中国发展精准农业，实现农业信息化的跨越式发展，需要在人力上、技术上和农田基础设施建设方面付出更大代价，以摸索出一条适合中国国情的精准农业发展之路。因此，中国发展精准农业必将是一个循序渐进的发展过程，需要几代人付出艰苦的努力。首先，为引进消化吸收国外先进技术阶段，进行试验探索，建立农业示范区。其次，将成功的示范工作推广到大型国营农场并进一步发展到小型农户，特别要注重探索适合小型农户的精准农业的发展之路。再次，是在探索适合小型农户的精准农业发展之路的基础上形成具有中国特色的精准农业模式，并使之实用化和产业化，进而推动中国农业的现代化发展。
（3）精准农业的组成
精准农业由全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统组成。
1）全球定位系统。精准农业广泛采用了GPS系统用于信息获取和实施的准确定位。为了提高精度广泛采用了DGPS）技术，即所谓“差分校正全球卫星定位技术”。它的特点是定位精度高，根据不同的目的可自由选择不同精度的GPS系统。
2）地理信息系统GIS。精准农业离不开GIS的技术支持，它是构成农作物精准管理空间信息数据库的有力工具，田问信息通过GIS系统予以表达和处理，是精准农业实施的重要。
3）遥感系统（RS）。遥感技术是精准农业田间信息获取的关键技术，为精准农业提供农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异信息的技术要求。
4）作物生产管理专家决策系统。它的核心内容是用于提供作物生长过程模拟、投入产出分析与模拟的模型库；支持作物生产管理的数据资源的数据库；作物生产管理知识、经验的集合知识库；基于数据、模型、知识库的推理程序；人机交互界面程序等。
5）田间肥力、墒情、苗情、杂草及病虫害监测及信息采集处理技术设备。
6）带GPS的智能化农业机械装备技术。如带产量传感器及小区产量生成图的收获机械；自动控制精密播种、施肥、洒药机械等等。其核心是建立一个完善的农田地理信息系统（GIS），是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。
（4）精准农业是可持续发展的需要
信息技术和人工智能技术的高速发展促使一种新颖农业生产管理思想的诞生，从而产生了对农作物实施定位管理、根据实际需要进行变量投入等农业生产的精准管理思想，进而提出了精准农业的概念。精准农业是一种基于空间信息管理和变异分析的现代农业管理策略和农业操作技术体系。它根据土壤肥力和作物生长状况的空间差异，调节对作物的投入，在对耕地和作物长势进行定量的实时诊断，充分了解大田生产力的空间变异的基础上，以平衡地力、提高产量为目标，实施定位、定量的精准田间管理，实现高效利用各类农业资源和改善环境这一可持续发展目标。显然，实施精准农业不但可以最大限度提高农业现实生产力，而且是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。因而精准农业技术被认为是21世纪农业科技发展的前沿，是科技含量最高、集成综合性最强的现代农业生产管理技术之一。它的应用实践和快速发展，将使人类充分挖掘农田最大的生产潜力、合理利用水肥资源、减少环境污染、大幅度提高农产品产量和品质成为可能。实施精准农业也是解决我国农业由传统农业向现代农业发展过程中所面临的确保农产品总量、调整农业产业结构、改善农产品品质和质量、资源严重不足且利用率低、环境污染等问题的有效方式，将在世纪之交成为我国农业科技革命的重要内容。一般而言，基于知识和先进技术的现代农田“精耕细作”技术体系至少包括以下方面：地理信息技术（GIS、RS、GPS）、生物技术、农业专家系统（Es）、决策支持系统（DSS）、工程装备技术、计算机及网络通讯技术等。
我国当前面临农业资源匮乏、农田环境污染严重，另外加入WTO后农业市场竞争激烈，因此，在我国实施精准农业示范和研究工作具有重要的战略意义。精准农业示范工程项目中，项目承当单位北京农业信息技术研究中心及合作单位率先开展了大规模、高水平的试验和探索。近几年大力发展精准农业，真正让农民群众受了益：农产品持续提质增产，农业持续增效，农民持续增收，农业抗御自然灾害的能力显著增强。不断提升粮食综合生产能力，加快标准粮田建设，推行标准化生产，推广测土配方施肥和宽幅精播技术，加大中低产田改造及农田水利改造，大力提高耕地质量，提升粮食综合生产能力，全面推动精准农业建设。
9.3.3航天农业是我国农业发展的新机遇
21世纪将是航天科技飞速发展的世纪，也是航天农业发展的最佳时期。航天农业是指利用主太空所特有的强宇宙射线辐射、高真空、重粒子、微重力等对农作物的诱变作用，从中定向筛选培育出优良新品种。实验表明，经历过太空遨游的农作物种子，在其形态、产量、抗病性、营养成分及细胞遗传等方面，大多数都发生了遗传基因突变。其明显优势与特点是：多因素缩合诱变和有益诱变增多、变异幅度大、稳定快、周期短等，且不仅植株明显增高增粗，果型产大，产量比普通的农作物种子增长10%~20%，品质大幅度提高，作物也更加强健，对病虫害的抗逆性特别强，一般的杂交种子，种植2~3代就退化了，而太空种子种10代也不会退化。
为什么经过太空“修炼”的种子能产生优秀的后代呢？从现有认识看，是空间微重力环境、强宇宙粒子射线辐射和高真空环境，给植物种子“修炼”提供了十分宝贵的特殊场所，诱变出大量植物的新种类以及繁多的突变体。至今美国、俄罗斯等国已在空间站上试种和培育了豌豆、小麦、玉米、稻谷、洋葱、兰花、郁金香等100多种植物，以研究宇宙飞行中各种因素对作物生长发育的影响。同时，还进行了不少动物家禽家畜的实验，目的在于使未来空中农场不但能种粮种菜，还能饲养家禽家畜。
（1）我国航天农业的发展历程
中国首颗航天育种卫星“实践八号”返回后，中国国防科学技术工业委员会向媒体提供信息称，中国发展航天育种大致可以分为以下三个阶段：
1）准备阶段（1987~1995年）。1987年8月5日，随着中国第九颗返回式科学试验卫星的成功发射，一批农作物种子、菌种和昆虫等地球生物被送向了遥远的天际，开启了中国农作物种子首次太空之旅。此后，中国又连续发射了5颗返回式卫星，除了搭载植物种子、菌种、藻类、昆虫、鱼、动物细胞外，还搭载了部分测试仪器，中国航天育种研究工作全面展开。
1991年随着“航天效益工程”的提出，航天育种也列为航天效益工程的一个重要项目。1994年，一批专家对已搭载的航天育种品种地面培育情况进行了一次历时3个月的全国范围的调研，经过近10个月评审，农业、生物、航天专家对航天育种前景充满信心。1995年，农业部和中国航天等就进一步加强中国航天育种工作进行多次专门会谈、研讨，专家一致建议将航天育种工程列入国家重大科技工程计划。
2）立项阶段（1996~2005年）。1996年1月，第一次全国航天育种技术交流研讨会召开，王淦昌院士联合7位著名专家学者致信中共中央，建议把航天育种工程列入国家计划，发射一颗农业卫星，为中国农业发展服务。2000年2月，原国家计委批复了航天育种工程项目建议书。
