Smart Technologies for Precision Nutrient Management in Smallholder Farming: A Comprehensive Review
Anuga Liyanage
综述小农户精准养分管理技术，分析其适用性、经济可行性与采纳障碍。
PRISMA系统综述235篇文献，分析遥感、物联网、变量施肥及机器学习案例。
变量施肥可减肥10-25%并增产7-15%，但小农户因资金、土地细碎等采纳率低。
小农户精准养分管理技术民主化路径，如低成本传感器、离线决策支持系统及合作社共享模式。
系统综述小农户精准养分管理技术，数据详实，但时效性低，适合专题参考。
拥有不足2公顷土地的小农户贡献了全球粮食供应总量的三分之一以上，却持续面临养分利用效率低下（30-40%）、土壤肥力下降以及缺乏精准农业技术获取途径等挑战。本综述旨在综合235篇同行评审论文（2010-2025年）的证据，评估精准养分管理（PNM）技术在小农农业系统中的适用性、经济可行性和采纳能力。依据PRISMA方法进行系统性文献综述，总结了基于卫星和无人机遥感、物联网土壤传感器、变量施肥系统、机器学习算法及全球案例研究的分析结果。变量施肥技术的应用可减少化肥使用量10-25%，提高产量7-15%，但由于资金限制、土地碎片化（1-2公顷）、农村网络覆盖不足和推广服务欠缺，全球仅有少数小农户采纳该技术。利用机器学习算法（随机森林、支持向量机）进行多源数据预测，养分需求预测准确率可达85-92%。实现小农户PNM技术的普及化，必须包括开源传感器开发、离线移动决策支持系统、设备共享合作社、混合融资（30-50%技术补贴）以及农户参与等多方面措施。有效的规模化推广还需要制度调整、统一的推广服务、公私合作以及支持性养分管理法规的配套。PNM技术的采纳可减少养分径流15-30%，降低温室气体排放10-20%，并实现每公顷0.4-1.2吨二氧化碳当量的土壤碳封存。经济分析表明，10公顷以上的农场可获得正收益，但小农户需要特殊支持以克服初始成本和限制因素。