农业现代化则需要用现代科学技术改造传统农业，让传统的农业从依靠天气吃饭、依靠环境吃饭中解脱出来，进行高产、优质、高效的农业生产。
人们能够随时监测自己所吃的食物来自何方，能够精准化和自动化控制农作物的生长环境，能够直接在网上购买远方农村的水果蔬菜，也能够远程耕种收割，还能够在都市中体验现代农业的乐趣。
1.1 未来信息化新农业展望坐在家中或办公室中，借助电脑、手机等信息化服务终端可以通过网络获取最近一段时间的天气情况，为种植生产做准备，实时点播农业专家的农业科普知识讲座，实时了解各地的农业市场行情。不仅如此，各种各样的传感和控制设备能够快速感知耕作土地的环境情况，它们不仅价格低廉，而且耐用，同时轻盈、小巧，遍布农田、池塘、菜地等各个地方，可以系统地监测农作物的生长和健康状况，一旦遇到问题，还有农科专家通过网络远程帮助查看现场情况和历史信息，为你实时解决问题，让农业生产更加精准化、标准化和专业化，显著提升了农业生产效率，农产品的产出也将更加绿色和安全。
1.2 农业信息化的发展历程一直以来，农业都被认为是人类衣食之源、生存之本，是一切生产的首要条件。农业为国民经济其他部门提供粮食、副食品、工业原料、资金和出口物资，同时农村又是工业品的最大市场和劳动力的来源，是智慧城市应用的重要组成部分。传统的农业规模小、商品率低、科技含量少，也就是人们常说的“小农经济”。在小农经济的条件下，土地是农业中不可替代的基本生产资料，劳动对象主要是有生命的动植物，产业生产效率低，生产时间与劳动时间不一致，受自然条件影响大，有明显的区域性和季节性，传统农业需要承受极大的自然风险。
1.2.1 世界农业信息化的历程
全世界农业自然资源的分布其实是很不平衡的，不同国家、地区之间有很大的差异，世界农业信息化发展的基本特点是由几个农业中心起源，逐步扩展到其他周围地区，并根据地区自有的特点继续深化发展。
1.第一阶段
“圈地运动”可谓是农业革命的开端。英国大范围的圈地以及国内外的农畜产品需求量的不断增长，促进了轮作制的变革。
从18世纪初开始，英国推行一种叫诺福克四田轮作制（“四圃制”），以代替原先的三田或两田轮作，即实行小麦→块根作物（主要是芜菁）→大麦燕麦→牧草（三叶草及其他豆科牧草）→小麦轮作制，不仅使土地利用率和农作物产量得到较大提高，而且有利于发展畜牧业和恢复地力。
接着，法国在18世纪末到19世纪初、美国于18世纪后期到19世纪中期、德国于19世纪30年代、俄国于1861年相继取消了封建农奴制，资本主义农业开始得到发展。随着资本主义制度的确立，产业革命在各国相继开展，世界经济得到迅速发展，有力地推动了近代农业的发展和农业技术的变革。
2.第二阶段
第二阶段是随着生产力的进步，在经济高度发达并具备运用大机器装备农业，以及交通运输业取得迅速发展的条件下，农业生产发生了专业化和地域分工。这种传统农业向现代农业的进化，有利于充分利用自然条件和社会经济条件，大力挖掘生产潜力，从而获得较高的劳动生产率和经济效益，是农业发展的趋势。
到20世纪初，美国形成了9个专业化农业生产地带：①东北部和滨湖区乳用畜牧业带，②中央低平原北部玉米带，③大平原中北部小麦带，④南部棉花带，⑤墨西哥湾沿岸湿润亚热带作物带，⑥西部山地放牧和灌溉农区，⑦阿巴拉契亚混合农作带，⑧太平洋沿岸北部小麦、林牧区，⑨太平洋沿岸南部水果、蔬菜和灌溉农业区。
澳大利亚由于东西之间气候、土壤等自然条件的差异很大，农业生产呈现明显的地域分工，自东向西依次为：集约化的种植业带，小麦—养羊带和放牧业带。
东南亚各国形成了以热带经济作物为主的专业化地域分工；
非洲和拉美一些国家以棉花、油料、热带经济作物为主的农业专门化地域分工等。
3.第三阶段
第三阶段中，农业物质技术基础不断加强，农业机械化、化学化、水利化和电气化为主体的农业“四化”得到了迅速的发展与提高。为了迅速提高土地的产出率和劳动生产率，大多数国家都很重视增加农业物质技术投入，因此，农业生产条件有了很大的改善，对确保农业的持续稳定发展、农作物单产和总产以及农业劳动生产率的提高起到了重要的作用。
“四化”的发展主要总结如下。
农业机械化有力地促进了农业劳动生产率的提高，对提高土地生产率、调整农村产业结构（农业劳动力向第二、三产业转移）也有重要作用。因而现代农业机械化取得巨大发展。除美国已于1940年基本实现农业机械化外，英、德、法、加、荷、苏等国相继于20世纪50年代初～50年代中期，意、日于20世纪60年代初～60年代中期基本实现了农业机械化。在实现农业机械化的过程中，一般首先从田间作业耕翻、播种、收等环节开始，从谷物生产逐步发展到经济作物、果树、蔬菜、饲料作物及畜牧业等方面。但由于各国的自然和社会经济条件不同，农业机械化的途径和重点也不相同。
农业化学化的范围随科技的发展，不仅包括使用化肥和农药，还包括运用饲料添加剂、土壤改良剂及推广农用塑料等，其中化肥和农药仍是其核心。近年来，世界各国都十分重视改进化肥的品种和质量，如生产复合肥料、浓缩肥料、液体肥料和缓解肥料等。另一方面，农药是防治农作物病虫害的重要手段之一。近十多年来，农药重点发展高效、低毒、无公害和广谱性农药。
水利工程的发展是以农田灌溉工程为代表的农业基础设施建设工作。主攻方向包括开源、节流和综合治理。在进行水资源的开发利用（如流域开发与跨流域调水）的同时，大力发展喷灌、滴灌、间歇灌溉等节水措施。在排水方面，世界各国亦取得长足发展。20世纪80年代中期，国外（不含中国）防水防洪面积占耕地的9%，其中荷兰全部耕地均有排水设施，美国有排水设施的耕地达5980万公顷，居世界之首。20世纪60年代，波纹塑料排水管和自动埋管机的出现，加速了农田排水事业的发展。
最后，农业电气化是减轻农业的繁重体力劳动，促进农业机械化和自动化发展，提高农业劳动生产率的重要途径。它主要包括向农村供电和农业用电两个方面，农业用电又可细分为大田作业用电、灌溉排水用电、畜牧生产用电、农产品加工用电、防治病虫害用电和生活用电等。
4.第四阶段
第四阶段是高新技术利用阶段，主要有生物工程、新材料、新能源、海洋技术、信息和空间技术等。
（1）生物工程与基因工程
运用遗传育种等生物工程技术培育作物高产品种，是现代农业中的一项重大革命。早在20世纪20年代，美国就已育成玉米杂交种，但直到20世纪40年代才推广。20世纪60年代中期，在亚、非、拉美各国兴起的“绿色革命”，就是以利用遗传育种技术培育和推广高产、优质、多抗的作物品种为中心，并同完善水肥设施条件、改变耕作制度及推广科学的经营管理相结合，形成的一整套先进农业技术系统。如在墨西哥育成了耐旱三星期的玉米杂交种，中国育成了杂交稻，可增产30%～50%。一向被认为低产的作物如大豆、谷子等，由于育成并推广新的高产、耐旱品种，也正出现高产势头。此外，生物固氮方法的试验成功，在解决肥料问题方面是一个重大突破。当前，由于分子生物学的迅速发展，应用dna重组和序列基因法，有可能挖掘最大的遗传产量潜力，提高对不良环境的抗性，培育更理想的株系、品系和品种。因此，大量新技术的出现不断驱动生物工程与基因工程在农业领域获得广泛的应用。
（2）新材料技术
新材料技术包括功能材料、复合材料、聚合物材料及特种陶瓷等，其中以聚合物材料与农产品原料生产关系最密切。如合成橡胶、塑料、合成纤维等聚合物材料的使用，可减轻对农产品原料需求的压力。塑料广泛用于建筑材料（今后可能占1/4以上），将会大大减少对原木的需求，免除对森林的过量采伐。此外，具有特殊光、电、磁、热性能的功能材料今后在农业上也有广泛的应用前景。
（3）生物能源技术
生物能源技术主要通过农产品原料生产生物和清洁能源。如20世纪70年代后期出现的种植能源林，选择速生的能源树种，甚至开发能源林场，生产的林木主要用做民用燃料。此外，还可种植能做能源原料的农作物。如当今从甘蔗、玉米中提炼取得的酒精已用于工业生产，可部分地取代汽油。又如，利用植物秸秆、牲畜粪便、海藻及污水产生的沼气，已成为一些发展中国家农村的重要民用能源。
（4）海洋开发技术
在海洋开发方面已崭露头角的高新技术有：开采海底石油、海水养殖、海水淡化、从海水中提取钾镁等元素、海洋发电、潜水和水下作业技术等。其中与农业关系最密切的是海水养殖业，它使农业为人类提供食物的任务从陆地扩展到海域，并从根本上改造了海洋渔业的原始捕捞方式，改用人工方法使海洋水生生物增殖，因而维护了渔业资源的再生力。海水养殖技术有两种：一是人工放流鱼苗，待其增殖后回收一部分；二是在沿海滩涂养殖海生生物。海水养殖前景广阔，据估算，如果充分利用世界沿海滩涂，可生产相当于现在海洋渔获量15倍的水产品。海水养殖业有可能将海洋变为人类未来食物的重要生产场所。此外，海水发电将使农业有充足的电力，海水淡化不仅可用于工业，也可用于农业灌溉。
（5）微电子技术
微型电子计算机可以应用于农业中的许多方面，包括农牧业生产管理与自动化生产，计算机网络信息管理，建立农业数据库系统、专家系统，进行系统模拟、适时处理与控制和数字图像处理等。如在作物生产管理方面，美国于20世纪80年代初开发出大型棉花和虫害管理模型（cim）。后来又通过嵌入专家系统进一步加以完善，于1986年推出了棉花综合管理系统（comax）。在开发计算机网络服务方面，法国农业部植保总局建立了一个全国范围的病虫害测报计算机网络系统，可以适时提供病虫害实况、病虫害预报、农药残毒预报和农药评价信息等。
（6）空间技术
空间技术与农业关系密切，如通讯卫星、气象卫星可提高气象观测水平，更好地为农业服务。遥感可用于土壤调查与土地资源清查及其制图、作物估产、植物识别、自然灾害调查、土壤湿度与农业环境污染等方面。遥测可对农作物、森林和渔场进行观察监视，预报产量，预报鱼群洄游路线以及森林防火等。预计在未来还将出现在航天飞行器里栽培植物的“宇宙农业”。
1.2.2 中国农业信息化的历程
总结经验，目前我国农业信息化的发展主要经历了以下四个阶段。
1.第一阶段
第一阶段是基础农业信息化建设发展阶段。现阶段，我国的具体情况是：人均gdp已经突破2000美元，在经济规模上已具备加快发展现代农业的能力。2006年，全国非农产业占gdp的比重上升到87.6%，非农业劳动就业份额达到53.1%，城镇化水平达到43%。这些结构性指标反映出，我国不但已经到了可以不依赖农业积累来实现快速发展的阶段，而且还可以用“以工促农、以城带乡”的方式，支持农业转变发展方式，进行农业建设，加快农业信息化的发展。
2.第二阶段
第二阶段是农村信息化平台建设阶段。农业改革将广大农民逐渐推向市场，农民在庆幸自己能够自主决定“种什么”的同时，却对如何进行农业生产决策产生了困惑，国内“水果大战”、“棉花大战”、“羊毛大战”、“蚕丝大战”也因此连绵不断。农民在遭受损失后，已强烈地意识到正确的信息对他们获得收入的重要性，从而使一个巨大的农业信息市场雏形初现。
以农业部建设运行的“中国农业信息网”为龙头、各省农业部门信息网站为骨干、各种社会力量举办的农业信息网站为依托的全国农业农村信息网站体系迅速发展壮大。中国农业信息网已形成集67个频道、37个专业子网站、31个省级农业网站为一体的农业系统网站群，日均点击量超过600万次，访问量居国内农业网站首位、世界农业网站第二位。
3.第三阶段
第三阶段是农村信息化与其他技术融合发展阶段。信息技术是渗透性、带动性最强的技术。随着信息技术的不断发展，信息技术之间、信息技术和其他技术之间的相互渗透日趋增加，单一的技术突破已难以适应产业发展的需要。信息科学有一个很大的基础科学库，它被不同的学科所使用，与其他学科交叉、融合，在21世纪有很多机会形成基础和技术上的创新。例如，信息技术学科与生命科学交叉形成了生物信息学，如农业基因库；信息技术学科与环境资源学科交叉形成了资源环境信息学，如绿色革命；同时也出现了计算化学、计算物理学等新的交叉学科。多学科交叉融合是学科自身高度发展的必然结果，是学术创新思想的体现，同时也给农业的信息技术的研究提出了很多课题，产生了大量新的研究方向、新的技术、新的产业与创新性成果。新兴交叉学科代表着先进生产力的发展方向，充满活力和机遇。
其中比较有代表性的项目是863智能化农业信息技术应用示范工程，该项目是我国目前得到政府持续支持时间最长、参与人员最多、实施区域最广的一个项目，是一个利用信息技术改造传统农业的伟大实践，也是世界范围内信息技术在农村地区广泛应用的成功案例。从20世纪90年代起，我国实施智能化农业信息技术应用示范工程项目，经历了研究探索（1990—1996）、试验示范（1996—1998）和应用推广（1998—2004）三个历史阶段，累计投入项目资金近亿元，各级地方政府和农业企业投入资金近8亿元，开发了5个863品牌农业专家系统开发平台，200多个本地化、农民可直接使用的农业专家系统，建立了包括10万多条知识规则的知识库、3000多万个数据的数据库、600多个区域性的知识模型。覆盖全国800多个县，累计示范面积5000多万亩，增加产量24.8亿公斤，新增产值22亿元，节约成本6亿元，增收节支总额28亿元，700多万农户受益。在2003年12月获得了联合国举办、安南秘书长直接参与的世界首脑信息峰会大奖。
4.第四阶段
第四阶段是农业物联网和精准农业的发展阶段。物联网是以感知为前提，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。在这背后，则是在物体上植入各种微型芯片，用这些传感器获取物理世界的各种信息，再通过局部的无线网络、互联网、移动通信网等各种通信网络交互传递，从而实现对世界的感知。在计算机互联网的基础上，利用传感器、rfid、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“internet of things”。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无须人的干预。其实质是利用传感器、控制器、射频自动识别（rfid）等技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。
世界上每年都举办相当规模的“国际精细农作学术研讨会”和有关装备技术产品展览会，已有上千篇关于精细农作的专题学术报告和研究成果见诸于重要国际学术会议或专业刊物。在万维网上设有多个专题网址，可及时检索到有关精细农作研究的最新信息。
在发达国家，精细农作技术体系已实验应用于小麦、玉米、大豆、甜菜和土豆的生产管理上。
国际上精准农业的实践表明，实施精准农业要求对信息技术、生物技术、工程装备技术和适应市场经济环境的经营技术进行集成组装，综合是其典型特征，技术集成是其核心，因此需要多部门、多学科联合作战。
我国已成功将rs、gis技术应用于农业发展中，在作物种植面积调查、农业气象和灾害测报、资源环境和土地利用情况的调查与动态监测、作物估产等方面做了大量的研究和示范应用。例如，通过“遥感、地理信息系统、全球定位系统技术的综合应用研究”项目，可以在大（全球和全国）、中、小各个尺度上，高精度和短周期地获取和处理农业信息，可以对全国范围的小麦、玉米、大豆、水稻四种作物进行实用的遥感估产，精确度达到90%以上。
国家863计划在全国20个省市开展了“智能化农业信息技术应用示范工程”。这些技术的广泛应用，为我国今后精准农业的发展奠定了一定的技术基础，但这些研究与应用大部分局限于gis、gps、rs、es、ms单项技术领域与农业领域的结合，没有形成精准农业完整的技术体系。我国尚处于“精准农业”实践的起步阶段。实现精准农业，必须学习和吸收国际上已取得的比较成熟的先进技术和经验，注意选择适合中国农情的、具有较高增值效益的农业产业，围绕系统管理决策的整体优化目标，实施基于投入/产出效益评估的重点领域进行。目前，适应精准农业技术体系应用的dgps装置，gis适用平台及农作物资源空间信息数据库管理软件，作物生产决策支持模拟模型，带dgps接收机小区产量传感器和产量分布绘图装置的谷物联合收割机，自动调控施药、施肥机、播种机均已有商品化产品；支持农田信息实时采集的田间土壤水分、n/p/k含量、ph值、有机质含量、作物苗情、杂草分布等的传感器技术，已有初步研究开发成果。可以预言，精准农业技术体系的装备技术发展将会日新月异，有关新兴产业将得到快速发展。搞好精准农业的科技创新需要有多种科学技术的集成支持，主要是：3s（rs、gps、gis）地理空间信息技术的农业应用；农田空间分布信息快速采集先进传感技术与高效实时信息处理技术；农田土壤与作物生产精细化管理决策支撑技术；智能化变量作业农业装备技术和系统集成与分析技术等科学技术的集成创新。
我国精准农业的思想已经为科技界和社会所广泛接受，并在实践上有一些应用。例如，在北京顺义区1.5万公顷的范围内用gps导航开展了防治蚜虫的试验示范。在遥感应用方面，我国已成为遥感大国，在农业监测、作物估产、资源规划等方面已有广泛的应用。在地理信息系统方面，应用更加广泛，例如，辽宁省用gis进行了辽河平原农业生态管理的应用研究，吉林省结合其省农业信息网开发“万维网地理信息系统（webgis）”，北京密云县完成以gis技术建立的县级农业资源管理信息系统。不仅如此，随着我国农业技术和相关信息产业、工程制造业的发展，智能控制技术的广泛应用，精准农业的技术必将得到不断发展和完善，且将扩展到更为广泛的设施农作、养殖业和加工业的精细管理与经营。例如，在黑龙江建三江农垦地区通过采集温室内温度、土壤温度、co2浓度、湿度信号，以及光照、叶面湿度、露点温度等环境参数，自动开启或者关闭指定控制设备，实现对温室大棚环境参数的远程调节控制，并可通过对历史数据的持续分析，为农业生产提供决策支持。
通过农业物联网以及精准农业技术，使农业生产在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高效可持续发展的现代超前农业生产方式，实现了农业先进设施与农业生产环境相配套，具有高度的技术规范和高效益的集约化规模经营的生产方式。它集科研、生产、加工、销售于一体，实现周年性、全天候、反季节的企业化规模生产；它集成现代生物技术、农业工程、农用新材料等学科，以现代化农业设施为依托，科技含量高，产品附加值高，土地产出率高和劳动生产率高，是我国农业新技术革命的跨世纪工程。