《Journal of Rural Studies》：Environmental, economic, and social impacts of precision agricultural technology: Convergences and divergences between theory and practice
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精准农业（PA）技术通过传感器、无人机和机器人等工具优化资源管理，但其实际应用中的环境、经济和社会影响仍需实证检验。本文结合文献综述与英国伊列斯奥克斯利岛小农场的多机器人灌溉系统案例，分析PA技术在农村地区的实践效果。研究发现，尽管灌溉系统减少23%用水，但电力消耗激增导致碳排放上升；劳动成本因技术监督需求增加而抵消预期节省；社区效益如健康安全改善未达预期。研究强调农村PA采纳需平衡技术性能、能源成本与社会包容性，为偏远地区技术部署提供多维评估框架。
安娜贝尔·奥斯特韦克（Annabel Oosterwijk）| 哈特姆·丘沙内（Hatem Chouchane）| 马克·瑞安（Mark Ryan）| 卡特琳·索玛（Katrine Soma）
瓦赫宁根大学与研究中心（Wageningen University & Research），瓦赫宁根社会经济研究部（Wageningen Social & Economic Research），邮政信箱88，6700 AB，瓦赫宁根，荷兰
摘要
精准农业（Precision Agriculture, PA）技术因其提升农业系统可持续性、效率和韧性的潜力而受到广泛推广。然而，很少有研究批判性地评估这些技术在实践中的效果，尤其是在面临基础设施和资源限制的农村环境中。本文的主要目的是识别PA技术在作物种植中的环境、经济和社会（E-E-S）影响，以及理论与实践之间的趋同与差异。通过对PA技术E-E-S影响的文献综述，并结合在英国偏远农村岛屿社区——锡利群岛（Isles of Scilly）的一个小农户农场部署的多机器人传感器灌溉系统的实证评估，本文揭示了技术前景与现实潜力在农村环境中的契合与分歧之处。研究结果发现：尽管基于传感器的灌溉系统减少了23%的用水量，但系统的电力消耗显著增加，从而加剧了碳排放；预期的劳动力节省被专业监督的需求所抵消，提高了运营成本；虽然文献经常强调社区效益，但在实际应用中，社会影响仍然有限，例如工人健康与安全方面没有显著变化，对平台或农业技术供应商的依赖等系统性问题也未见明显改善。这项研究为农村社会科学提供了关键见解，指出了PA技术要实现更具有情境响应性、公平性和可持续性的应用所需关注的条件，强调实现其全部价值不仅需要关注技术性能，还需考虑能源成本效益以及对小农户和偏远农村社区更广泛的社会影响。
引言
智能和互联技术正在改变现代农业，特别是在农村地区，它们在提高效率、生产力和可持续性方面具有巨大潜力（Krampe等人，2024年；Reeves等人，2025年）。精准农业（Precision Agriculture, PA）整合了传感器、无人机、摄像头和机器人等工具，为增强连通性、改善水资源管理和提高生产力提供了实际解决方案（Higgins等人，2023年）。通过实现实时监测、数据驱动的决策和自动化，PA技术帮助农民减少浪费、优化投入并提高产量（Afzal和Bell，2023年；Bongiovanni和Lowenberg-Deboer，2004年）。PA技术还可以通过减少手工任务、支持更安全、更明智的操作以及通过数字平台使农业知识更易于获取来改善工作条件（Thompson等人，2019年）。此外，PA技术通过提高农场运营效率降低投入成本并提升盈利能力。这些能力共同使PA技术成为加强农村发展和增强农业长期韧性的有前景途径。然而，在实施过程中，PA技术的采用有时会遇到环境-经济-社会（E-E-S）方面的挑战。
从环境角度来看，PA技术在减少资源使用和最小化生态影响方面具有巨大潜力（Balafoutis等人，2017年；Lowenberg-DeBoer和Erickson，2019年；Schimmelpfennig，2016年）。例如，土壤湿度传感器可以优化灌溉计划并帮助节约用水（Bondesan等人，2023年；Sariga等人，2016年）。无人机可用于特定地点的除草剂施用，减少化学投入、节约用水并降低劳动力需求（Hiremath等人，2024年）。同样，机器人在收割和除草等任务中提高了运营效率，从而减少了农药使用并减轻了工人负担（Pal等人，2024年；Gerhards等人，2022年）。然而，这些环境效益可能会被增加的能源消耗所抵消，因为数字组件需要持续供电，可能给当地能源系统带来压力（Khan等人，2023年）。这突显了需要谨慎整合可再生能源，以确保环境收益不会因更高的碳排放或不可持续的能源需求而受到削弱。
从经济角度来看，PA技术通过减少投入和使用更精准的干预措施，有助于提高运营效率。例如，全球定位系统（GPS）引导的机械和无人机（UAV）测绘技术可以实现针对特定地点的处理，减少化肥使用同时保持或提高作物产量（Medici等人，2021年）。基于无人机的变量剂量除草剂施用是另一个成本优化的例子，减少了化学成本和劳动力需求。这些技术因此支持更经济高效和可持续的生产系统。然而，它们的采用需要前期投资。例如，建立PA技术所需的5G和物联网（IoT）基础设施需要大量资金，这对小型农场尤其具有挑战性（Walter等人，2023年）。同样，高端工具如UAV激光雷达的使用虽然能提供宝贵信息，但如果投资回报不明确（ROI），可能无法得到应用（Kiefer等人，2024年）。因此，为了成功实施PA技术，需要明确的融资模式和经济效益。
从社会角度来看，PA技术的采用将农民的角色从体力劳动者转变为系统管理者，要求更高的数字素养和技术知识水平（Yaqot和Menezes，2022年）。虽然自动化减少了体力劳动并提高了工作流程效率，但也增加了认知要求，需要持续提升技能，从而改变了农业工人的身份和期望（Pedersen等人，2020年；McGrath等人，2023年）。然而，对于小农户农场而言，高昂的成本和数字技能差距仍然是主要障碍，这可能导致大型农场更快采用技术时出现更大的不平等（McGrath等人，2023年）。在社会层面，数字工具可以推动经济多样化和知识共享，但同时也引发了关于数据所有权、透明度和决策自主性的问题（Srivetbodee和Igel，2021年；McGrath等人，2023年）。成功部署PA技术需要为农村个人和社区提供明确的赋权机会、包容性和更好的社会条件。
目前，关于PA技术综合环境-经济-社会影响的的研究还很有限。许多研究仅关注单一维度或已实施的技术，对于新数字系统的多维度影响如何与农村生态系统和社区相互作用的理解存在重大空白。特别是，很少有研究（i）比较不同E-E-S研究中的影响评估和报告方式，（ii）将这些方法论趋势与多机器人和边缘计算系统等具体数字架构的性能联系起来，（iii）探讨这些动态在偏远农村小农户环境中的表现。
因此，本文的主要目的是识别PA技术在作物种植中的环境-经济-社会影响，以及理论与实践之间的趋同与差异。具体而言，本文的主要贡献在于通过展示在偏远农村岛屿小农户环境中，PA技术的广泛推广承诺如何受到基础设施限制、规模效应以及技术支持和使用条件的制约和机遇的影响，为农村研究提供借鉴。为此，我们将文献综述（第1节）与锡利群岛的实证案例研究（第2节）相结合，随后进行讨论，将综述和案例发现联系起来，并就PA技术在农村地区的可持续、情境敏感的应用提出结论。在此过程中，我们借鉴了PA技术和可持续性评估方法，以支持关于“技术承诺与实践差异”的农村社会科学论点。
文献综述方法
2025年3月，在Scopus和Web of Science数据库中进行了文献搜索。定制的布尔查询结合了技术术语（如传感器、无人机或机器人）与相关影响（即环境、经济和社会）和行业关键词（如作物种植）；完整查询字符串见补充材料S1。搜索范围限于以英文发表的同行评审期刊文章、综述和会议论文。
初步搜索发现了291条记录。在排除其中7条后……
实证研究方法
我们研究的第二部分评估了在英国锡利群岛案例中实施PA技术的潜在环境-经济-社会影响。该案例使用了配备土壤湿度传感器、RGB摄像头和安装在无人机上的5G Wi-Fi路由器的地面机器人，以实现土壤、作物和天气条件的实时监测，并通过边缘数据预处理和基于云的仪表板进行管理。通过改进水资源管理、减少对重型机械的依赖……
讨论
本节结合了系统综述和案例研究的见解，探讨了广泛报道的PA技术承诺与其实际表现之间的契合与差异。基于文献综述中确定的方法论趋势和影响模式，本文探讨了围绕PA技术的环境-经济-社会预期与实际应用效果之间的吻合或分歧（例如，在……中使用的传感器引导的多机器人灌溉系统）
结论
本研究结合了对PA技术的文献综述和对锡利群岛一个小农户农场中传感器引导的多机器人灌溉系统的实证评估，以识别PA技术在作物种植中的环境-经济-社会影响方面的趋同与差异。通过这一多维度影响评估，本研究揭示了……
CRediT作者贡献声明
安娜贝尔·奥斯特韦克（Annabel Oosterwijk）：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法论设计、调查、数据分析、概念化。哈特姆·丘沙内（Hatem Chouchane）：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、验证、项目管理、方法论设计、调查、数据分析、概念化。马克·瑞安（Mark Ryan）：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、验证、方法论设计、调查
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了XGain项目（通过全面评估智能XG、最后一公里和边缘解决方案的收益来增强偏远农业、林业和农村地区的竞争力、韧性和可持续性；项目协议编号101060294）的支持。
该项目由欧盟资助。然而，所表达的观点仅代表作者本人，并不一定反映欧盟或欧洲研究执行机构（REA）（资助机构）的观点。
