智能传感器与脆弱的信任关系：肯尼亚小农农业中数字土壤检测工具的治理问题

《Agricultural Systems》：Smart sensors, fragile trust: Governance of digital soil-testing tools in smallholder agriculture in Kenya

　　伊芙琳·恩朱古纳（Evelyne Njuguna）|雷吉娜·比尔纳（Regina Birner）|托马斯·道姆（Thomas Daum）|约翰·姆布鲁（John Mburu）
德国霍恩海姆大学（University of Hohenheim）汉斯-鲁滕贝格热带农业科学研究所（Hans-Ruthenberg-Institute of Agricultural Science in the Tropics）农业发展中的社会与制度变革部门

**摘要**
基于生物物理数据收集的数字咨询工具越来越多地被推广为提高小农户系统中土壤肥力管理和农业可持续性的途径。传感器技术的进步使得便携式土壤检测设备成为可能，这些设备能够快速进行田间诊断并提供定制的肥料建议。然而，这些工具的有效使用和规模化不仅取决于技术性能，还取决于制度安排、治理结构、用户信任以及服务提供的包容性。

**研究目的**
本研究探讨了不同的制度安排如何影响数字土壤检测工具在小农户农业中的发展、规模化和使用情况，特别关注与透明度、准确性、激励机制和信任相关的治理挑战。旨在确定在何种条件下，数字土壤诊断能够超越其技术潜力，为改善土壤肥力管理做出贡献。

**研究方法**
分析基于新制度经济学的治理框架，并采用定性方法，包括关键信息人士访谈、农民访谈和文献分析。研究重点关注肯尼亚，该国的数字土壤检测工具已在涉及私人服务提供商、公共推广服务、合作社和发展机构的多种安排下得到应用。证据分析涵盖了开发、规模化和农民使用三个阶段。

**研究结果与结论**
研究发现，当数字土壤检测工具嵌入现有的服务提供系统中时，可以减少土壤诊断的障碍，并实现针对具体地点的建议。然而，治理挑战显著限制了其有效性。关于工具准确性的信息透明度有限、缺乏认证或质量保证机制，以及利益冲突（尤其是在土壤检测与投入品销售捆绑的情况下）可能会削弱信任和持续使用。服务提供商之间的软件许可结构和能力差距进一步影响了服务提供模式的长期可行性和可持续性。加强农民解读和质疑咨询结果的能力对于缓解信息不对称性、减少机会主义行为至关重要。

**研究意义**
研究表明，数字土壤诊断的成功不仅取决于传感器的部署，还取决于治理体系。通过强调信任、制度激励和问责制，研究结果为小农户农业中数字咨询服务的设计和治理提供了可转移的见解。政策选择，如认证系统、公共监督和对用户能力的投资，对于实现基于生物物理数据的数字咨询系统的公平和可持续规模化至关重要。

**1. 引言**
使用有机或无机肥料进行最佳土壤肥力管理是全球农业生产力和可持续性的关键。在撒哈拉以南非洲（SSA），有限的土壤肥力严重阻碍了可持续提高农业产量的策略（Jayne和Sanchez，2021年）。根据世界银行的世界发展指标（World Bank，2025年），SSA地区的肥料使用量平均为每公顷22.5公斤，而全球平均水平为每公顷146.4公斤，各国之间存在显著差异。为此，许多非洲政府通过雄心勃勃的补贴计划促进肥料使用，同时私人肥料市场也在多个国家兴起。然而，人们越来越担心现有的土壤肥力管理策略可能无法满足土壤和作物的需求。在许多情况下，重点是通过标准化建议增加肥料用量，而不是提高农艺和经济效率，而这可能受到低土壤有机质和高土壤酸度等因素的影响。此外，肥料类型往往与土壤特性不匹配，导致过量或不足的应用，对产量、盈利能力和环境产生不利影响（Burke等人，2017年）。因此，SSA地区普遍需要改进土壤和肥料管理策略（参见例如AUDA-NEPAD，2023年）。

数字技术在非洲农业中的兴起为改善土壤肥力管理带来了巨大潜力。计算机化的决策支持系统可以根据农场条件定制肥料建议，已被证明可以提高作物产量并降低肥料成本（例如Rurinda等人，2020年；Saito等人，2015年）。例如，与普遍或基于土壤测试的区域性建议相比，Nutrient Expert Tool在尼日利亚、埃塞俄比亚和坦桑尼亚显著提高了肥料使用的农艺效率（Rurinda等人，2020年）。在塞内加尔，Nutrient Manager for Rice这一基于云的决策支持工具为特定田块的肥料建议带来了显著的产量增长（Saito等人，2015年）。这些计算机化决策支持系统依靠数学模型和预定义的决策规则来确定作物养分需求。

这些工具的共同点在于它们不依赖土壤测试来生成肥料建议。最近传感器技术的进步，如反射光谱技术，使得便携式数字土壤检测工具的发展成为可能，这些工具比传统的实验室方法更快、成本更低（Nocita等人，2015年）。这一发展为基于田间土壤分析的土壤肥力管理工具创造了新的机会。其中一种创新被称为“数字土壤检测工具”，它应用精准农业原理来评估土壤养分含量并生成定制的肥料和土壤管理建议。与主要用于推广支持且在某些情况下仍处于试验阶段的决策支持系统不同，数字土壤检测工具自2016年以来已在肯尼亚向农民开放。数字土壤检测工具的详细信息见方法部分。

尽管具有潜力，复杂的数字技术可能因复杂性和成本问题对小农户构成挑战（McCampbell等人，2021年）。也有人担心，这些技术的普及可能会通过不公平地偏向较大和较富裕的农场而加剧数字鸿沟。与其他不可分割的技术（如农业机械）一样，这种风险可以通过允许农民在不拥有技术的情况下使用服务的制度安排来降低。通过合作社或服务提供者模式，小农户可以从数字土壤检测中受益，并提高此类创新的规模化前景（Oborn等人，2019年）。这些安排可以由私营部门、公共部门或第三部门领导，每个部门都提供不同的机会并面临特定的治理挑战。来自农业投入和服务提供系统的证据表明，治理机会和限制因制度模型而异，有效的解决方案取决于服务类型和背景，需要最适合的治理安排，而不仅仅是一刀切的方法（例如Birner和Anderson，2007年；Birner等人，2009年；Daum和Birner，2017年）。

除了公认的数字化成功前提条件（如数字素养、数据保护和支持性基础设施）之外，关于哪些制度模型最适合促进数字土壤检测工具的广泛采用及其对小农户和环境潜在益处的认识仍然有限（Abate等人，2023年）。虽然现有的关于数字农业工具的研究主要集中在它们的技术性能、采用情况和对生产力的影响上，但对这些工具的开发、规模化和使用所依赖的制度和治理条件的关注却相对较少。特别是，对于技术开发者、服务提供商、中介和农民之间的关系如何影响小农户背景下的数字咨询系统运作，实证理解有限。这包括激励机制、数据和控制算法的权力不对称性如何影响系统性能和结果。对于像土壤测试这样的基于数字技术的工具而言，这一差距尤为重要，因为技术输出不仅取决于设备的准确性，还取决于建议在实践中如何被解释、传递和执行。

虽然新制度经济学为分析农业服务提供中的治理挑战提供了有用的视角，但数字土壤检测工具引入了基于软件的中介、算法决策和数据驱动的反馈系统等额外特征（Klerkx等人，2019年；Rotz等人，2019年）。这些特征可能会通过创造新的依赖关系、不透明性和技术开发者、中介和农民之间的权力不对称性，重塑传统的治理挑战。因此，本研究不仅采用了制度视角，还通过探讨数字化如何改变既定的制度动态，为数字农业的政治经济学辩论做出了贡献。

基于这一理由，本研究考察了肯尼亚的数字土壤检测工具，该国在数字土壤检测创新方面的制度实验中发挥了先锋作用。研究有三个目标：首先，确定数字土壤检测得到推广的制度安排；其次，评估这些安排如何支持小农户在土壤肥力管理中使用数字土壤检测工具；第三，分析与数字土壤检测工具相关的治理挑战并提出可能的解决方案。研究旨在为政策制定者、私营公司、发展实践者、第三部门组织（包括非政府组织和农民组织）以及研究人员提供有关如何利用数字土壤检测工具改善SSA地区及更广泛地区的土壤肥力管理的见解。

本文结构如下：第2节从理论角度分析数字土壤检测创新系统中的治理挑战，考虑不同的发展阶段；第3节提供肯尼亚土壤肥力管理和数字土壤检测工具的背景信息，并描述案例研究、数据收集和分析方法；第4节展示结果，随后是讨论和结论。

**2. 数字土壤肥力管理创新的治理挑战的理论分析**
为了从理论角度分析数字创新在土壤肥力管理中的使用，本研究借鉴了新制度经济学的文献（Ménard和Shirley，2008年）。分析采用了四步“最佳适应”治理方法（Birner和Anderson，2007年）。首先，评估服务的生物物理影响，以确定市场提供是否可能达到社会最优水平或是否存在市场失灵（步骤1）。其次，考察公共部门干预在解决这些市场挑战中的作用和局限性（步骤2）。然后，将同样的逻辑应用于非政府组织和合作社等第三部门组织（步骤3）。最后，确定最佳适应和特定背景的治理解决方案（步骤4）。这种方法已应用于农业机械化（Daum和Birner，2017年）和牲畜疫苗接种（Lubungu和Birner，2018年）。

为了识别数字土壤检测对小农户有效的机会和挑战，我们区分了三个阶段：开发阶段、规模化阶段和农民使用阶段（图1）。开发阶段涉及通过整合数字和物理组件来创建产品。根据Porter和Heppelmann（2015年）的分类，并由Daum等人（2022年）改进，数字土壤检测工具可以被描述为一种“智能、连接”的产品，结合了物理设备、软件、数据存储和连接性。根据Njuguna等人（2025年）的进一步细化，该工具可以被归类为具有基于传感器的数据输入的农场特定工具，具备规范性分析能力。规模化阶段关注将土壤检测服务引入农民的制度策略，无论是通过工具开发者直接提供，还是通过与投入品经销商、公共推广服务或第三部门组织的合作。农民使用阶段考察农民如何参与农场土壤检测服务以及他们是否实施由此产生的土壤肥力管理建议。为了补充这一基于阶段的框架，附录1.A提供了概述所有三个阶段的关键假设和治理挑战的变化理论。以下各节基于理论考虑，探讨每个阶段的潜在治理挑战。

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**图1. 土壤检测数字创新系统中的概念化治理挑战。**
**来源：作者基于文献的概念化**

虽然最佳适应治理框架已广泛应用于农业服务系统，但其应用于数字土壤检测工具时引发了额外的问题。数字创新结合了物理设备、专有软件、数据基础设施和算法系统，从而引入了与数据控制、算法不透明性和平台依赖性相关的治理挑战，这些挑战影响了开发者、中介和农民之间的互动（Fraser，2019年；Carolan，2022年）。

**2.1. 开发阶段**
**2.1.1. 市场治理的挑战**
基于光谱技术的数字土壤肥力管理工具可以被视为具体化的数字创新，因为它们被集成到需要购买或租赁的物理设备中，不同于纯粹基于软件的咨询应用程序（Njuguna等人，2025年）。因此，私营企业有动力开发此类工具。然而，高昂的进入成本对市场治理构成了重大挑战，特别是在小农户背景下。发展数字土壤检测工具需要大量投资于硬件、软件和校准数据，以及数据收集、算法优化和系统维护的成本（Nocita等人，2015年）。此外，开发者面临价值分配的不确定性，因为知识溢出和模仿可能会侵蚀竞争优势，而盈利前的长开发周期进一步阻碍了投资。这些财务和制度障碍可能会抑制工具的开发，或限制早期企业的采用，从而可能有利于大型企业，如化肥公司或数据公司（Birner等人，2021年），除非开发组织能够承担部分初始投资风险。大型化肥公司可能会投资于此类技术，但其主要目标可能是增加投入品的销售，这可能与提高化肥使用效率的目标相冲突。如果农民缺乏独立解读结果的能力，数字土壤管理系统也可能产生信息不对称，为投入品销售公司提供了机会主义行为的空间。这些风险可能会因在光谱技术中实现和传达校准精度方面的挑战而加剧（Bünemann等人，2018年）。

2.1.2. 公共部门治理的挑战
政府可以通过投资基础研究、校准数据（例如土壤地图和数据库）、技能发展、基础设施以及质量标准或认证来解决市场挑战，以确保服务在到达农民手中之前的准确性。原则上，政府也可以直接开发数字土壤肥力管理工具，尽管这可能会排挤私人倡议。然而，许多非洲国家的公共部门参与往往受到有限财政空间的限制（Abate等人，2023年），而且农业在公共支出中的优先级仍然较低，很少有国家能够达到将其预算的10%分配给该行业的目标（Tadesse等人，2024年）。

2.1.3. 第三部门治理的挑战
第三部门组织支持农民和服务提供者的能力建设，但它们自己也面临治理挑战。非政府组织和捐助者的优先事项经常变化，规划周期较短，这可能会削弱对数字农业的持续投资（Abate等人，2023年）。基于农民的组织还面临其他限制，例如“视野问题”，这削弱了长期投资的动力。成员支持集体倡议的意愿取决于他们对未来参与的预期，如果未来参与不确定，投资于数字土壤测试等技术的动力就会下降（Ortmann和King，2007年）。

2.2. 扩展阶段
2.2.1. 市场治理的挑战
在扩展阶段，信息不对称和机会主义行为可能导致委托-代理问题。投资于数字土壤测试工具的服务提供者后来可能会遇到缺陷，例如不准确性，或者发现开发者未能提供预期的回报（Ménard和Shirley，2008年）。这些挑战与“数字化悖论”有关，即对数字技术的巨额投资并不会立即转化为相应的收入增长，因为开发、培训和维护成本很高（Gebauer等人，2020年）。为了解决盈利能力差距，企业可能会从硬件销售转向基于订阅的软件模式，但这又引发了关于数据所有权、控制和数字农业公平性的担忧（Rotz等人，2019年）。由于服务提供者购买了硬件，他们可能会陷入特定软件系统的依赖，这种依赖通常被称为“锁定问题”（Hermalin，2010年）。开发者可能通过许可安排利用这种地位，尽管竞争压力可以缓解这种行为。激励不匹配可能会进一步降低服务质量，特别是在像土壤采样这样的劳动密集型任务难以被农民监控的情况下。控制服务提供的努力也可能增加交易成本，例如，当提供者将责任转移给农民以降低运营成本时，可能会损害服务质量（Daum等人，2021年）。与其他创新一样，私人服务提供者最初可能会针对受教育程度较高、信贷和市场渠道更好的富裕农民（Harris和Achora，2018年）。基础设施和能力限制进一步限制了向偏远地区的推广，而土壤测试和化肥推荐系统的专业知识不足也限制了服务质量。来自加纳的证据表明，尽管有正式许可，农业投入品供应商可能缺乏足够的技术技能（Malima等人，2020年）。

2.2.2. 公共部门治理的挑战
政府可以通过直接提供服务或通过补贴来促进土壤测试，但这两种方法都有可能排挤私人市场的发展（Xu等人，2009年）。或者，公共行为者可以通过生成和共享校准数据来支持功能。然而，有限的数字和物理基础设施仍然是一个关键限制。撒哈拉以南非洲地区的数字创新也受到政治利益和精英俘获的影响。肯尼亚的移动货币系统说明了私人创新如何通过基于赞助的所有权和政治联盟而免受竞争，这引发了关于利益分配和权力不对称的担忧（Tyce，2020年；Shapland和Almekinders，2021年）。在土壤测试的背景下，公共目标决策可能同样倾向于政治战略区域，而不是农业需求最大的地区。第三部门组织可以通过更包容的方法来缓解这种不平等（Rotz等人，2019年），尽管它们自己也面临治理挑战。

2.2.3. 第三部门治理的挑战
第三部门组织通常通过拨款或补贴服务来支持农业发展，特别是在合作社环境中。与公共提供类似，如果服务免费或以非常低的成本提供，这种支持可能会排挤私人提供者。即使非政府组织优先考虑边缘化群体，它们也可能难以到达偏远地区，或者可能依赖于自上而下的分配机制，从而导致精英俘获（Shapland和Almekinders，2021年）。合作社还面临内部治理挑战。成员在偏好、年龄、风险态度和农场规模方面的差异可能会削弱集体土壤测试的积极性（Candemir等人，2021年），而非常贫困的农民可能由于财务障碍而无法成为成员。

2.3. 农民使用阶段
2.3.1. 市场治理的挑战
有限理性可能导致土壤肥力管理效果不佳。土壤健康指标在农民的决策中可能不太重要，因为农民通常依赖可观察的结果，如产量表现来评估土壤质量（Eze等人，2021年）。虽然经验知识很有价值，但在条件变化的情况下，包括休耕期减少或气候变异性增加时，这种评估可能变得不足（Barrett，2008年）。此外，对科学土壤测试方法的熟悉程度有限可能会降低对实验室和数字方法的信任或兴趣（Fabregas等人，2019年）。由于土壤测试的好处往往需要时间才能显现并且仍然不确定，资源贫乏的农民的高折现率和风险厌恶进一步减少了投资动力。在这种情况下，土壤测试可以被视为一种公共干预的合理对象（Eecke，2003年）。这些挑战还因缺失或功能不佳的因素市场而加剧（Dillon和Barrett，2017年）。即使土壤测试产生了建议，农民也可能无法获得所需的投入品。来自肯尼亚的证据表明，推荐的化肥在当地农业投入品经销商处可能无法获得（Malima等人，2020年）。信息不对称进一步限制了服务的使用，因为农民难以轻松评估服务质量。在数字系统中，关键的不准确性来源，如校准质量或数据充分性，在很大程度上是不可观察的（Fraser，2019年）。这些不对称性创造了机会主义行为的动机，包括在熟练员工或校准数据上的投资不足，从而加强了认证机制的潜在作用（McCampbell等人，2022年）。

2.3.2. 公共部门治理的挑战
公共部门在提供农艺知识和协调咨询服务方面发挥着关键作用，包括与私人提供者的合作。然而，有限的制度能力和财政资源可能会在将数字土壤测试工具整合到现有推广系统时削弱协调。在肯尼亚，县政府和私人土壤测试提供者之间的协调失败导致了土壤测试报告的延迟或缺失，阻止了农民根据建议采取行动，降低了数字土壤测试措施的有效性（Malima等人，2020年）。

2.3.3. 第三部门治理的挑战
农民合作社通常通过拨款或补贴服务来支持农业发展，特别是在合作社环境中。与公共提供类似，如果服务免费或以非常低的成本提供，这种支持可能会排挤私人提供者。即使非政府组织优先考虑边缘化群体，它们也可能难以到达偏远地区，或者可能依赖于自上而下的分配机制，从而导致精英俘获（Shapland和Almekinders，2021年）。合作社还面临内部治理挑战。成员在偏好、年龄、风险态度和农场规模方面的差异可能会削弱集体土壤测试的积极性（Candemir等人，2021年），而非常贫困的农民可能由于财务障碍而无法成为成员。

3. 研究背景和方法论
3.1. 肯尼亚的土壤肥力管理和数字土壤测试工具
根据世界银行的世界发展指标（世界银行，2025年），肯尼亚在撒哈拉以南非洲地区的化肥使用量排名第八，平均为47公斤/公顷——高于大陆平均水平22.5公斤/公顷，但低于塞舌尔、毛里求斯和南非等国家。化肥的使用得到了国家食品和营养安全框架下的国家补贴计划的支持，约占农业预算的15%（肯尼亚政府，2022年）。尽管有这些投资，土壤肥力限制仍然是生产力的主要限制。来自Nyandarua和Meru等高潜力地区的证据表明，土壤酸度普遍较高（例如pH 3.9-6.6）且养分不足，这突显了土壤诊断方法对改善肥力管理的重要性（Mugo等人，2020年）。肯尼亚的土壤肥力议程已转向综合土壤肥力管理（ISFM），得到了公共研究机构和国际组织的支持，尽管采用受到技术和制度障碍的限制（Mugwe等人，2019年）。土壤分析指标是ISFM的核心，但获取土壤测试的机会仍然有限。公共部门的测试主要由肯尼亚农业和畜牧业研究组织（KALRO）提供，该组织依赖基于实验室的湿化学方法，在数据收集时尚未采用光谱方法。私人实验室也提供商业土壤测试服务，有些与化肥公司有关，有些则涉及更广泛的环境分析。

3.2. 本案例研究中使用的数字土壤测试工具
案例研究考察了一种基于近红外（NIR）光谱的便携式数字土壤测试工具，该工具能够在田间评估选定的土壤特性并生成特定地点的化肥建议。该工具由欧洲的一个私营部门在2010年代初开发，肯尼亚是其最初的试点地区之一。它的设计目的是通过使用连接到智能手机应用程序的手持设备在田间进行测量，从而降低与传统实验室土壤分析相关的成本和物流障碍。该工具分析从准备好的土壤样本中获得的反射光谱：从一块田地收集多个子样本，进行均匀处理后，使用手持光谱仪进行扫描。光谱响应通过算法预测模型转化为土壤化学特性的估计值，包括氮、磷、钾、pH值、电导率和有机碳。预测是通过将田间光谱与基于实验室分析的土壤样本构建的参考数据库进行比较来生成的。校准依赖于从不同农业生态区收集的土壤样本的湿化学分析得出的大型光谱库。使用特定于国家的校准数据集来提高在本地土壤和气候条件下的预测准确性，并随着更多样本的加入而完善模型性能。该系统采用机器学习技术来更新预测功能，并根据目标产量和本地参数将土壤特性与作物养分需求联系起来。分析完成后，该工具会生成一份土壤肥力报告，其中包含针对选定作物的化肥和土壤改良建议，包括施用率、土壤酸度校正和有机投入的指导。结果可以现场打印或数字共享，使农民和服务提供者能够立即互动。该工具已通过私营企业、公共机构和农民组织传播，并通过商业和发展导向的倡议在撒哈拉以南非洲的多个国家得到应用。其技术原理与文献中描述的基于土壤光谱和机器学习的养分预测的应用一致（例如，Nocita等人，2015年；Rurinda等人，2020年）。

3.3. 采样和数据收集
鉴于数字土壤测试工具在小型农户农业环境中的新颖性，我们采用了探索性方法来识别发展路径中的相关参与者、机构和属性。与强调案例深度和多样性的定性研究方法（例如，Creswell和Poth，2016年）一致，数据收集分三个阶段进行，结合了关键信息人物访谈（KIIs）、深入访谈、直接观察和参与式资源映射（表1）。首先，与数字土壤测试工具的开发者进行了KIIs，以了解该系统的概况。其次，与系统中的利益相关者进行了44次额外的KIIs，包括28次电话访谈和15次面对面访谈。电话访谈主要针对管理人员，而面对面访谈则通常与负责土壤测试服务的现场或推广官员进行。所有访谈都在参与者的同意下进行了录音。第三，通过与数字土壤测试工具用户的25次面对面深入访谈收集了农民层面的数据，并通过五次直接观察土壤测试过程和九次参与式资源映射练习进行了补充。

表1. 数字土壤测试系统中的行动者和数据收集方法

| 机构部门类别 | 行动者类别 | 电话KIIs | 面对面KIIs | 土壤测试观察 | 深入访谈 | 参与式资源映射 | 总计 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 公共部门 | 县政府 | 9 | 4 | 2 | 0 | 1 | 5 | 25 |
| | 研究与学习机构 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 2 |
| | 行政机构 | 10 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| | 私营部门 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| | 农资经销商 | 4 | 2 | 2 | 0 | 0 | 8 |
| | 中小企业（SMEs） | 4 | 2 | 1 | 0 | 0 | 7 |
| | 生产者（农民） | 0 | 0 | 0 | 2 | 5 | 9 |
| 第三部门 | 非政府组织（NGOs） | 3 | 0 | 0 | 0 | 3 | 0 | 1 |
| | 农民合作社 | 5 | 6 | 0 | 0 | 1 | 1 | 2 |
| 总计 | 28 | 15 | 5 | 25 | 9 | 8 |

在KIIs中，半结构化问卷收集了关于工具获取、接触到的农民数量、土壤测试次数、需求创造策略、定价结构以及农民对服务的接受程度等信息，还包括对实践或生产力变化的看法以及实施挑战。农民是通过私营部门、公共部门和第三部门的参与组织被识别出来的，每个组织都将研究团队与至少三名他们服务的农民联系起来。这导致了一个由服务提供者自行决定的样本（表1），从而能够接触到直接使用数字土壤测试服务的农民，并支持对制度和社会因素如何影响采用和实施的定性探索。尽管这种抽样方法可能引入了正向选择偏差，特别是在报告的信任和实施建议方面，但这些服务提供者与农民之间的关系作为研究中的制度背景的一部分进行了分析（见第2节和附录A），其影响在讨论中得到了反映。

为了深入了解与工具相关的农业实践和潜在变化，开发了九份参与式资源地图。每张地图代表了一个通过服务提供者从主要行动者类别中选出的农场，包括公共推广办公室、私营农资经销商、中小企业和农民合作社。农民们制作了示意图，展示了土地规模和所有权、土地利用模式以及土壤采样地点。研究团队还观察了使用数字土壤测试工具进行土壤采样和测试的过程。为了模拟标准的服务互动，团队为五名参与农民请求了土壤测试，并报销了他们所花费的费用（表1）。观察笔记记录了从采样和测试到报告交付及任何相关建议的整个过程（图2）。与农民的深入访谈涵盖了土地历史、随时间变化的土壤肥力管理策略、使用数字土壤测试的经验、报告的解释、建议的实施以及土壤测试后的任何感知变化。

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图2. 使用数字土壤测试工具观察到的土壤测试过程。面板展示了实地工作中观察到的关键步骤：(A) 田间的土壤采样，(B) 使用连接到智能手机应用程序的手持光谱仪准备和均匀化子样本，(C) 生成土壤肥力报告，(D) 交流和解释土壤肥力报告和建议。

3.4. 数据分析
3.4.1. 定性主题分析
所有收集的数据都是定性的，包括访谈记录、观察到的土壤测试过程和农民互动的现场笔记以及深入的农民访谈。分析过程遵循了几个步骤，以确保透明度和系统性的解释（图3）。音频记录使用了作者实现的基于Python的工作流程进行转录，该流程利用了开源的语音转文本库，能够批量转录常见的音频格式。所有转录文本都由作者手动审核和校正，以提高准确性。用作者流利的斯瓦希里语和基库尤语进行的访谈被翻译成英语，以确保一致性。手写的现场笔记被数字化并与转录文本整合，形成了一个统一的定性数据集。

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图3. 数据分析工作流程概述。

在第2节中概述的三个分析阶段（开发、扩展和农民使用）的指导下，在Microsoft Word中开发了一个主题矩阵，以支持公共部门、私营部门和第三部门行动者之间以及这些部门内行动者类别之间的系统比较。对于每个受访者，矩阵记录了机构部门、行动者类别、关键属性和相关数据陈述，从而实现了案例内和案例间的比较。初始编码应用了从基于阶段的框架中得出的演绎主题，即：(1) 数字土壤测试工具的概述；(2) 行动者和属性；(3) 制度安排；(4) 治理挑战。随着模式的浮现，主题被不断细化。通过访谈、观察笔记和行动者提供的文档之间的三角验证加强了解释，并有助于识别不同制度环境下的趋同和差异。这种主题分析为第4节和第5节中呈现的结果提供了基础。

3.4.2. 农民层面数据的描述性和空间分析
使用从25名使用过数字土壤测试工具的农民那里编译的结构化数据集进行了补充的描述性分析。数据集在Microsoft Excel中进行了清理和组织，然后使用频率分布、交叉制表和图形可视化来总结关键变量。分析描述了农民特征、农场属性、土壤肥力管理实践以及使用工具后报告的变化，并支持了对定性发现的背景化。此外，实地工作中获得的位置信息，加上授权经销商提供的服务提供者列表，被用来生成参与数字土壤测试系统的行动者的分布图。这种映射提供了系统覆盖范围的空间概览，并有助于识别与解释定性结果相关的地理模式。这些描述性统计数据旨在补充定性见解，不用于统计推断。

4. 结果
4.1. 肯尼亚的数字土壤测试系统
支撑数字土壤测试系统的组织框架如图4所示。开发该工具的组织属于私营部门，而肯尼亚农业和畜牧业研究组织参与了验证相关的研究活动。来自国际公共部门的捐助实体，包括世界银行，通过诸如肯尼亚气候智能农业项目和国家农业和农村包容性增长项目等计划支持了这一倡议。这些项目资助了验证研究和为县政府购置数字土壤测试工具硬件。第三部门的行动者，特别是非政府组织，通过支持硬件采购和促进培训活动做出了贡献。

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图4. 肯尼亚的数字土壤测试系统。

在扩展阶段，私营部门的参与扩展到了提供土壤测试服务的农资经销商和其他中小企业（SMEs）。一家中小企业被指定为授权经销商，负责协调肯尼亚的数字土壤测试业务，包括硬件分发、培训和技术支持。这一阶段涉及的公共部门行动者包括教育机构、政府附属机构和县级公共推广服务。农民合作社作为接触大量农民的重要节点。根据本研究收集的数据，一个咖啡合作社为大约10万名注册农民提供了服务，而一个乳制品合作社则为约2.1万名注册牛奶供应商提供了数字土壤测试服务。从访谈数据来看，共采购了61台数字土壤测试工具，其中32台被报告为处于运行状态。不同机构部门之间的使用报告水平存在差异，私营部门行动者、合作社、非政府组织和公共机构之间观察到了差异。开发者表示，在实地工作期间，全国共售出了大约200台数字土壤测试工具。接受访谈的服务提供者主要位于高潜力农业区域，这些区域与肯尼亚土壤肥力状况地图门户中确定的土壤酸度和养分耗竭严重的地区重叠。这表明部署和报告的使用集中在土壤肥力限制较为明显的区域。采购与报告的实际使用之间的差距以及不同机构部门之间的差异在第4.2节中进一步探讨。

根据定义，农民是农民使用阶段的核心行动者，因为他们是土壤测试服务的直接接收者。图5展示了基于参与式资源映射得出的一个典型农场的示意图，说明了生产活动的空间组织和多样性。根据社会经济数据，参与农民的年龄中位数为64岁，教育水平中位数为12年。他们主要是拥有稳定土地所有权的小农户，平均持有4.4英亩的土地（图5）。大多数农民经营着多样化生产系统，包括咖啡和茶叶等经济作物、番茄等园艺作物、玉米和土豆等主食作物、蔬菜以及纳皮尔草和燕麦等饲料作物。农林业也很常见，果园和森林树木也被整合到了农场布局中。

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图5. 基于与农民共同开发的参与式资源地图生成的农场示意图。

4.2. 数字土壤测试系统中的制度安排和治理挑战
第4.2节分析了开发、扩展和农民使用阶段的制度安排和治理挑战。

4.2.1. 开发阶段
虽然土壤分析的光谱学技术并不新鲜，但数字土壤测试工具的开创性特点在于它旨在通过多样化的服务提供者在发展中国家的小农户田地中使用，而无需将样本运送到实验室。下面分析了相关过程和互动。

4.2.1.1. 数字土壤测试工具的校准和为农民生成的建议
数字土壤测试系统依赖于基于光谱学的预测模型，这些模型使用湿化学参考数据进行校准，并通过专有算法转化为特定作物的肥力建议。虽然一般的校准逻辑和建议工作流程是公开描述的，但详细的技术规范，包括模型参数和验证阈值，仅部分披露。校准过程和建议逻辑的详细描述见附录B。

尽管数字土壤测试工具的校准和肥力建议的生成依赖于实验室过程和专有算法，但其有效运行还取决于用户输入的准确现场信息。这些输入不是自动生成的。研究人员的观察表明，实际操作中存在偏离预定程序的情况。在涉及两个县、两个农业经销商和一家中小企业的观察活动中，服务提供者没有要求农民指明目标产量。相反，他们在软件中输入了任意值来继续操作。GPS坐标也是根据样本分析的位置而不是农场位置输入的。一位县官员解释说，由于无法前往农场获取位置数据，因此使用了办公室坐标，并指出“没有这些数据就无法进入下一步”。另一家中小企业也报告说，虽然样本是在田间收集的，但由于运输昂贵设备的安全考虑，测试是在办公室进行的。这些观察表明，实施实践可能会影响气候背景和推荐结果，即使校准过程在技术上是可靠的。

4.2.1.2. 肯尼亚数字土壤测试工具的验证过程
受访者报告称，KALRO启动了一个研究项目，以在小农户条件下验证数字土壤测试工具。该项目旨在为促进土壤测试的政策倡议提供信息，包括该工具的潜在用途。验证包括农艺试验，比较了数字土壤测试工具生成的肥力建议和传统湿化学分析对鸽子豌豆和土豆等作物的结果。试验在受控的研究环境和农民田地中进行。在研究时，验证结果尚未公开，这限制了用户独立评估工具准确性的能力。这并不一定意味着验证不足，但突显了可能影响信任和采纳决策的透明度缺乏。同时，公共部门的沟通表明了对该工具的制度支持。MyGOV功能报告了KALRO在多个县促进农民获取手持土壤测试技术方面的作用。

虽然文章没有提供准确性指标，但它表明了在农业倡议中的正式认可和推广，从而影响了实施者的合法性认知。同时，校准和验证细节对用户来说仍然是部分可访问的。如第2.1节所述，服务提供者和农民可能面临信息不对称，因为质量标准和校准细节并未完全披露（图B.1）。土壤测试报告附带的文件指出，报告的数值具有指示性，取决于具体情境，并不能保证绝对准确。建议用户在分类范围内解读结果，并在必要时寻求专业的农业咨询。附录B描述了对此不确定性的现场反应，展示了服务提供者和公共机构如何在实践中应对验证方面的差距。

4.2.2.1. 所有权结构
图6显示了私营部门、公共部门和第三部门拥有的数字土壤测试工具。小型企业在研究期间采购的工具数量最多，同时也运营着最多的工具。接受采访的四个小型企业中有两个认为该工具对业务前景有价值，其中一个企业将其核心业务从金融服务转向了土壤测试，并成为肯尼亚的授权经销商。在农业投入品经销商中，土壤测试与投入品销售以及现场咨询或农场推广服务相结合。四个农业经销商中有三个认为该工具的引入非常及时，因为他们需要解决许多农民面临的土壤肥力问题。一所高等教育机构将这一工具整合到了教学中，而一个政府附属机构则在灌溉项目中使用了它。三个县级推广办公室利用该工具来解决土壤酸度和盐度问题，七个县政府通过一个以生产力为重点的项目将其进行了整合。在第三部门，合作社提供了超出会员范围的土壤测试服务，尽管具体条款各不相同。总体而言，28个受访机构中有11个机构认为该工具很有用，因为它能够实现现场分析并立即获得结果，从而降低了通常被视为土壤测试障碍的成本。

4.2.2.2. 数字土壤测试工具硬件的获取策略
在市场初期，数字土壤测试硬件的获取是通过一项由捐助者支持的、基于绩效的模式组织的。2016年6月，一个国际农业金融基金会通过与技术开发商相关联的实体签署谅解备忘录，承诺提供约40万欧元的资金，用于在肯尼亚引入165台设备。其目标是覆盖约7.5万名小农户，同时测试可扩展的业务和所有权模式。捐助资金为选定的当地机构（包括小型企业、农业经销商和合作社）提供了有条件的硬件访问权限。访问权限通过参与计划来安排，需要支付500欧元的注册费，可获得一年的使用权限。这并不立即授予硬件所有权，该硬件的市场价值约为2750欧元。所有权是通过一种“赚取所有权”的机制来实现的，即机构在规定的时间内达到扫描阈值后可以降低剩余购买价格。完成400次扫描会触发部分所有权义务，而800次扫描则可以无需额外支付即可获得所有权（不含增值税）。由于许多机构未能在一年内达到阈值，因此引入了一年的延长期，要求在两年内完成1200次扫描（与授权经销商合作）。图7总结了这一获取模式。

4.2.2.3. 提供数字土壤测试工具软件的策略
在扩展阶段，获取专有软件成为主要挑战。从按次收费转向年度许可支付的方式降低了大多数服务提供者的负担能力，导致数字土壤测试工具的利用率低下。一些受访者认为这种变化可能具有不利性或剥削性；然而，由于缺乏关于定价结构或利润空间的数据，无法确定这是否属于剥削行为。这些动态表明了与专有数字平台相关的潜在锁定效应，详细内容在附录B中有说明。

4.2.2.4. 提高意识和知识转移
为支持数字土壤测试工具在肯尼亚的引入，人们投入了大量精力进行意识提升、宣传和培训。2018年，两个非政府组织合作提供了资金和市场专业知识，培养农民成为土壤专家。同样，与非政府组织合作的农民合作社也为农民开展了培训活动，培训内容通常包括土壤测试设备。例如，一个乳制品合作社向五个农民团体提供了土壤取样工具，一个县政府培训了五名推广官员如何使用数字土壤测试工具。尽管如此，实证研究仍表明，农民在土壤测试方面的专业知识和能力存在持续差距。关键信息提供者表示，培训时间通常较短，且未能系统地涵盖全面的土壤肥力管理内容。在私营部门，三名员工（两名农业经销商和一名小型企业）通过在职学习获得了相关知识，而一名农业投入品经销商在受训员工离职后停止了土壤测试业务。一名推广官员承认，在没有农业背景的服务提供者中，解读土壤测试结果存在困难，这需要频繁的后续咨询。合作社也面临能力限制，有三个合作社缺乏正式接受过土壤肥力管理培训的员工。在一个案例中，一名之前负责牛奶分级的工作人员转到了推广部门并承担了土壤测试职责。在其他两个合作社中，员工依靠谷歌等在线资源来转换肥料养分推荐。

4.2.2.5. 对土壤测试的补贴
公共部门和第三部门对土壤测试的补贴影响了市场动态，一些私营服务提供商报告称由于免费或低成本服务的竞争，需求减少了。详细的定价结构和补贴安排见附录B。

4.2.3. 农民使用阶段
表2展示了不同服务提供者覆盖的农民数量。每个服务提供商服务的农民数量从大约40人到5000人不等，反映了不同机构环境下的显著差异。相对于可使用的数字土壤测试工具数量和许可情况，每个工具覆盖的农民数量从不到100人到超过2500人不等。这种差异反映了利用强度、组织能力和服务提供模式的差异，而非农民需求的差异。零值并不表示技术被拒绝，而是反映了由于许可限制或机构用途在数据收集时硬件未投入使用的情况。

4.2.3.1. 推广和教育方法
除了现场咨询外，三个私营部门还建立了由他们自己人员组成的培训和咨询中心。一名农业投入品经销商组织了培训课程和实地活动，主要吸引了种植高价值作物的农民，这可能有助于提高对建议的遵守程度。据该经销商称，与农民建立信任是这种方法有效性的关键，通过整合农民现有知识并在培训后进行跟进来实现。“农业投入品经销商对土壤进行了测试并提供了培训，因此我们将他们视为我们的推广服务提供商。参与者小组由大约5-7名农民组成。”（农民[1]）。“在用更经济的替代品替换了相对昂贵的DAP后，我的番茄作物表现有所改善。生产成本下降，而产量变化不大。”（农民[2]）。尽管有这些好处，土壤测试和咨询活动仍然非常耗时，需要创建意识、收集样本、解读结果并进行后续跟进。

4.2.3.2. 投入品的可用性和利益冲突
一名农业经销商和一名小型企业表示，尽管进行了培训，许多农民对土壤测试的热情仍然有限，尤其是在提到费用时。这种抵制表现为继续使用DAP，尽管已知其具有酸化作用。农民提出的原因包括认为效果不佳、磷含量高或更倾向于使用有机肥料而非推荐的石灰。从概念框架来看，这些反应反映了有限理性。只有30%的受访农民保留了他们的土壤分析报告，这意味着大多数访谈依赖于回忆。未能保留报告可能表明农民认为这些报告的相关性较低。“我找不到那份报告。我记得建议是添加CAN、石灰和有机肥料，但我没有严格遵循推荐用量。”（农民[3]）。一个主要挑战是推荐投入品的不可获得性，这表明供应链中的协调存在问题。一家咖啡合作社的代表报告称，当推荐的肥料不可用时，农民感到不满。在某些情况下，服务提供者使用传统肥料将推荐量转换为养分等效值，而像石灰这样的投入品在当地无法获得。“我被告知使用石灰，但很难找到来源，而且得到的指导也不明确。”（农民[3]）。这些差距为道德风险创造了机会。在一个观察到的案例中，一名农业投入品经销商向农民提供了两组建议：一组直接来自数字土壤测试工具，另一组则建议购买更多的肥料。这表明，在咨询服务与投入品销售捆绑的情况下，可能存在利益冲突。虽然这个例子具有代表性，但它说明了治理安排如何可能引发机会主义行为。

4.2.3.3. 农业合作社提供的激励措施
合作社提供了具有优惠支付条件的土壤测试服务。会员费用在500肯尼亚先令到1350肯尼亚先令之间，低于私营部门的成本回收水平。会员在服务时无需支付费用，合作社预先支付费用，然后通过从产品付款中扣除来回收成本。额外的激励措施包括培训机会、学习小组、设备提供以及石灰等投入品的供应。尽管有这些激励措施，但由于会员利益的不同，对建议的遵守程度仍然有限。一名乳制品农民解释说，他的企业尚未商业化，而其他人则将市场条件不利视为实施的障碍。

5. 讨论
基于研究结果，本节讨论了在肯尼亚使用数字土壤测试工具的机会和挑战。将土壤测试服务更接近农民可以降低相对于实验室方法的交易成本，并提高获得针对特定地点的肥料建议的便利性。如果适当实施并持续进行，这样的系统可以带来生产力、盈利能力和环境效益。然而，概念框架表明，在没有公共部门或第三部门支持的情况下，小农户环境中不太可能出现土壤测试服务的私人市场。土壤测试及相关咨询服务具有抑制资源有限农民需求的优点，而信息不对称限制了农民评估服务质量的能力。鉴于潜在的经济和环境效益，公共部门和发展支持对于解决这些市场失灵是必要的。在肯尼亚，发展资金通过降低进入壁垒和补贴土壤测试服务来支持该工具的引入和早期扩展。在这种支持下，该系统通过涉及私营服务提供商、公共推广服务和合作社的商业模式得以实施。

5.1. 数字土壤测试工具系统带来的机会
所有机构类别的参与者都普遍认识到改善土壤肥力的需求。在肥力问题严重的地区引入现场土壤测试是一种具体的应对措施。该工具通过减少与传统实验室测试相关的后勤和技术负担，提供了明确的价值主张。在研究期间，私人成本回收价格估计为每个样本1000至1500肯尼亚先令，而许多农民通过县政府和合作社以补贴价格获得了数字检测服务。研究结果还表明，部分建议得到了采纳。鉴于土壤酸化现象普遍存在以及磷酸二铵（DAP）的酸化作用，增加石灰使用量并减少对其依赖尤为重要。这些变化与更广泛的证据一致，即改善撒哈拉以南非洲的土壤肥力需要同时解决生物物理限制和服务提供障碍（Stewart等人，2020年）。这也与越来越多的关于数字推广工具的研究结果相符，这些研究表明，工具的使用往往受到多种社会技术障碍的限制，农民会主动适应并重新解读数字建议，而不是机械地应用它们（Coggins等人，2022年）。在这种情况下，数字咨询工具的有效性取决于它们是否融入当地的服务提供系统中，而不仅仅是独立部署（Aker等人，2016年；Fabregas等人，2019年）。此外，尽管土壤检测是一项有益的活动，但私人参与者，特别是农业投入品经销商，在提高意识、建立信任和促进投入品获取方面往往非常有效，这支持了与当地农业贸易商合作可以改善服务绩效的观点（Malima等人，2020年）。如果土壤数据能够为更有针对性的政策提供信息，公共部门的参与也可以带来潜在的长期利益，包括化肥补贴的设计。基于合作社的服务提供能够扩大覆盖范围，并提供培训等补充服务以及针对女性的支持，表明数字土壤检测工具可以嵌入包容性的制度安排中。

5.2. 数字土壤检测工具系统有效利用的挑战
与概念框架一致，土壤检测和咨询服务面临治理挑战，这些挑战在各个阶段都显而易见。在开发阶段，关于验证和准确性的信息不对称尤为突出。开发者可能没有足够的动力披露验证指标，而采样和服务提供者的做法可能导致不准确性。考虑到开发资金的作用，本应要求更高的验证透明度。KALRO的验证计划是一个重要的步骤，但其结果即使在大规模应用后也没有公开。虽然缺乏公开的验证结果并不一定意味着验证不足，但它限制了用户独立评估准确性的能力，并可能影响对系统的信任。有限的独立交叉验证证据表明，验证并未系统地融入服务提供中，相关方依赖于机构信号和开发者的沟通。与基于实验室的土壤检测不同，数字土壤检测缺乏类似的认证机制，这加强了需要涵盖技术和服务提供的认证的必要性。经验还揭示了软件定价结构带来的风险。虽然年度许可可以降低开发者的风险并使高吞吐量提供者受益，但大多数受访者的业务量不足以在这种模式下维持可行性，这导致了设备使用率降低和资源浪费。服务提供者表示没有预料到价格变化，尽管之前有数据共享安排。这种动态与关于数字农业中利益分配不均和数据所有权问题的广泛讨论相吻合（Rotz等人，2019年；Hackfort，2021年）。由于硬件采购使服务提供者处于弱势谈判地位（第2.1节），支持硬件采购的开发组织可以考虑长期软件访问合同或其他保障措施，以保护当地服务提供者并维持服务提供（Carolan，2022年；Hackfort，2023年）。在服务提供过程中，多个环节都可能出现实施不准确的情况（见附录1）。输入关键信息（如目标产量和地理位置）的错误可能会影响建议的质量，反映出培训重点放在设备操作而非整体土壤肥力管理上。服务提供者的能力限制，包括那些没有农业培训的人员，以及缺乏相关专长的合作社，进一步增加了这种风险。这些发现强调了加强服务提供能力的必要性。在这种情况下，数字土壤检测工具及相关咨询服务的认证系统尤为重要。鉴于土壤诊断的技术性质以及不准确建议对农场管理决策的潜在影响，为技术和服务提供建立最低标准至关重要。类似于兽医和其他技术咨询服务中的认证系统，这样的框架可以帮助确保服务提供者具备足够的能力，并且咨询输出符合质量标准。同时，设计此类系统需要仔细考虑。在早期阶段，可能需要公共或开发合作伙伴的支持来建立认证框架（Klerkx等人，2019年）。为了避免排斥小型服务提供者，可以考虑分层认证系统等比例方法，根据能力区分角色和责任，或提供基于培训的认证或针对性支持（Klerkx等人，2019年）。此外，监管监督与创新之间存在固有的权衡。虽然认证可以提高透明度、问责制和用户信任，但过于严格的要求可能会减缓创新并限制新参与者的进入（McCampbell等人，2022年）。因此，有效的治理安排需要在保证质量与维持快速发展的数字农业系统的灵活性之间取得平衡。当土壤检测与化肥销售捆绑在一起时，可能会出现利益冲突。一个例子是，某个投入品经销商提供的建议远高于工具生成的建议，这突显了机会主义的风险及其对信任的挑战。同时，相对于典型的农艺范围而言，建议值过低可能会促使参与者非正式地调整建议。加强农民直接解读结果的能力，并开发化肥参考目录将营养建议转化为当地可用的产品，可以减少对投入品销售商自主解释的依赖，并可能得到公共推广的支持。最后，获取和采用挑战可以从有限理性和有益行为的动态角度来理解。土壤报告的保留率低表明农民对其感知的 usefulness较低。实施还可能受到互补供应链协调失败的限制，包括推荐的投入品（如石灰）的可用性有限。此外，服务提供者可能会优先考虑商业导向的农民以降低交易成本，这可能会排斥较贫困和较小的农民，从而加剧数字鸿沟（Ding等人，2022年；Harris和Achora，2018年）。公共提供可能增加包容性，但需要精心设计以避免排挤私人参与者。诸如县级青年参与等举措可以应对协调限制，但这取决于持续的资金支持和软件许可的获取。这些发现应谨慎解读。由提供者中介的农民采样可能偏爱那些与服务有更直接或积极互动的受访者，特别是在信任和实施方面。因此，结果反映了基于分析的治理动态见解，而不是具有统计代表性的采用或影响模式。除了具体案例外，这些发现对数字农业的制度分析也有启示。虽然新制度经济学的概念（如信息不对称、委托-代理问题和交易成本）仍然非常相关，但结果表明，数字土壤检测工具将这些挑战嵌入到基于软件的系统中，引入了额外的依赖性和不透明度。软件许可结构将传统的资产特定性转变为平台依赖性，其中对分析功能和农民生成数据的访问由专有系统中介（Carolan，2022年；Hackfort，2023年）。同样，算法的不透明性限制了用户独立评估服务质量的能力，加剧了信息不对称性。在这种情况下，这些动态也反映了技术开发者（通常位于全球北方）与本地服务提供者之间的不对称关系，后者依赖于专有系统，但对系统设计、定价或数据治理结构的影响有限（Abdulai，2022年）。这些动态表明，需要结合数字政治经济学和平台治理学的见解来补充制度方法，强调对数据、算法和数字基础设施的控制如何重塑农业系统的价值捕获和权力关系（例如，Rotz等人，2019年；Hackfort，2021年；Klingenberg等人，2022年）。从系统角度来看，这些发现表明，数字土壤检测系统的治理安排与长期的农艺和经济结果密切相关。由于透明度有限、能力限制和投入品获取挑战等因素，建议的实施不一致可能会影响土壤肥力的长期趋势，从而可能加剧现有的土壤退化模式。同时，结果指出了制度安排与农民行为之间的反馈循环，如服务提供、农民体验和后续使用决策之间的互动（Klerkx等人，2019年；McCampbell等人，2022年）。积极的土壤检测体验，包括作物表现的改善或投入成本的降低，可能会增强信任并鼓励持续使用，而未满足的期望或实施挑战可能会减少采用并削弱系统性能。土壤健康的改善反过来可以带来更稳定的产量和收入流，从而增强农民投资于土壤管理和咨询服务的意愿。虽然这些动态在本研究中没有直接测量，但它们强调了将数字土壤检测工具嵌入支持持续学习、信任和系统协调的制度安排中的重要性。这些发现表明，数字土壤检测系统的有效性不仅取决于其技术能力，还取决于其所处的治理安排。

6. 结论
本案例研究表明，基于光谱学的土壤检测系统结合数字咨询服务可以通过提供特定于田地的建议来支持小农户的土壤肥力管理，同时降低传统实验室检测的交易成本。然而，概念分析和实证分析都表明，实现这一潜力取决于治理安排。土壤检测服务受到与有益品特性和信息不对称相关的市场失灵的影响，需要公共、开发或第三部门的支持。在肯尼亚，开发组织促进了该技术的引入和规模化，降低了进入壁垒并扩大了获取范围。然而，对验证和准确性透明度的关注不足限制了用户评估服务质量的能力。这突显了数字土壤检测技术及相关咨询服务的认证或认证系统的重要性，包括服务提供者。研究结果进一步表明，数字咨询工具不能替代知识密集型支持，而是需要在农民学习、服务提供者能力和确保可信解释和后续跟进的制度安排上进行额外投资。此外，当硬件采购导致服务提供者处于弱势地位时，治理安排应促进软件提供者和当地服务提供者之间的成本和利益公平分享。除了土壤检测之外，这些发现对基于生物物理数据收集的数字咨询工具（如作物营养诊断和植物健康评估系统）也有广泛的影响。虽然这些工具可以通过包括私人服务提供者、合作社和公共推广系统在内的多种制度安排进行规模化，但其有效性取决于确保透明度、问责制和协调的治理机制。将规模化支持与透明的验证和与其他方法的比较联系起来可以增强信任和性能。因此，解决这些治理挑战对于确保基于生物物理的数字咨询工具有效促进可持续农业发展至关重要。

致谢
作者贡献声明：
Evelyne Njuguna：写作——审阅与编辑、撰写初稿、可视化、项目管理、方法论、数据分析、概念化。
Regina Birner：写作——审阅与编辑、监督、方法论、数据分析、概念化。
Thomas Daum：写作——审阅与编辑、监督、概念化。
John Mburu：监督、数据分析、概念化。

资助
本研究得到了德国学术交流服务（DAAD）的支持。