经济压力和对更可持续实践的推动正在推动下一代自动化技术的发展，使农民、监管机构和消费者都受益。
农业行业面临着压力。投入品和劳动力的成本急剧上升，使农民的盈利能力面临风险。在全球范围内，农民报告称，肥料和植物保护化学品等投入品的价格在过去几年中上涨了80%到250%。气候变化也挤压了利润。气候变暖导致天气变化更加多样化，急剧的天气事件更加频繁，干旱时间更长，以及新的入侵作物和害虫，这些都降低了产量。例如，在美国西南部，一场持续的大干旱如此严重，以至于过去二十年是该地区至少1200年来最干旱的时期。
为了应对这些挑战并保持经济效益,农民必须找到创新解决方案。自动化在减少农业对气候变化的影响和帮助种植者适应其财务影响方面具有相当大的前景。自动化农业解决方案存在于一个范围内，需要各种程度的操作支持。这包括从当今广泛采用的半自动化技术（例如辅助驾驶）到完全自动化系统（例如除草机器人）。下一代技术采用传感器、分析、机器人技术和设备的组合，帮助农民在田间做出更明智的决策，以更少的资源实现更多的产出。此外，生成式人工智能的最新发展为利用已有的大量数据集自动化决策提供了未来的机会。潜在的例子包括帮助农民制定关于何时、以及以什么速率施用哪些投入品（肥料、农药和种子）以最好地支持农场的盈利能力和可持续性实践的战略计划。自动化技术可以为大田作物和特种作物的种植者带来显著的价值。例如，在果园和葡萄园中的全自动使用案例可以每年为每英亩提供超过400美元的价值，使农民在自动化方面的投资回报翻倍或增加四倍。
目前自动化技术仍处于初期阶段。麦肯锡（McKinsey）2022年全球农民洞察调查显示，亚洲、欧洲、北美和南美洲地区不到5％的农民正在使用这种下一代技术，而使用农场管理软件的农民比例为21％。我们观察到两种趋势可能会推动自动化技术的普及：农场经济的压力和向更可持续农业实践的推动。在本文中，我们将深入探讨这些趋势以及它们如何影响农业设备和农场运营的未来。
农场经济是农民当前的痛点
农业自动化可以帮助解决困扰农民数年的两个问题：不断上涨的化学品成本和劳动力挑战。
投入品成本
供应链中断和地缘政治挑战使得广泛使用的化肥（例如尿素、重铵磷和钾肥）的价格在过去五年内每年增长超过15％（见图1）。在去年的麦肯锡调查中，美国农民将投入品成本列为对盈利能力的最大风险，其中化肥和农药的价格上涨幅度最大（见图2）。
自动化可以通过使农民更加高效地使用杀虫剂和化肥来降低这些成本。例如，传感器和田间数据（包括实时数据和存储数据）实现的自动化精准喷洒可以感知作物之间的间隙，并相应地调整化学品的喷洒量和喷洒时间，从而减少化学品的使用量。一些除草剂应用技术使用计算机视觉来有选择地喷洒杂草，避免对作物的影响。在美国大型玉米农场上，这些解决方案已经显示将除草剂成本降低了80％，为每英亩创造了价值30美元，并且回收期为两年。同样，通过传感器实现的化肥施用机器人可以在种植过程中控制直接施加到个别种子上的化肥量。这仅在美国玉米农场上每年可以节省超过9300万加仑的种子肥。
图 1
图 2
劳动力挑战
劳动力也是农民长期面临的问题。农场工人面临高风险的伤害，并且在美国是致命职业伤害率最高的行业。长期接触化学品和阳光也增加了农场工作被视为困难和危险的印象。例如，在英国，由于缺乏采摘作物的工人，2022年浪费了超过2200万英镑的水果和蔬菜。这些劳动力短缺和工人要求得到适当工作条件补偿的要求加速了农场工人工资的增加。在美国，工资在2015年至2022年1月间年均增长了4％，而在2000年至2014年间年均增长不到1％（见图3）。
图 3
自动化可以通过多种方式帮助缓解这些挑战。它可以改善农场的工作条件，降低工人所需的操作技能，并减少农场的劳动力成本。例如，辅助驾驶系统等半自动化技术可引导拖拉机减少行走重叠，使设备操作更轻松。完全自动化设备则进一步发展。机器操作员无需坐在驾驶室进行危险活动（例如喷洒），而可以担任监督多台设备的车队经理。这还提高了工人的生产力并降低了劳动力成本。在一个自动化使得一名美国玉米农场的工人可以管理四台机器的情况下，每英亩可节省15至20美元，每年在所有美国玉米农场上总共可以创造约15亿美元的价值。对于劳动力成本是较大驱动因素的美国特种作物，种植者的价值潜力甚至更大。例如，在一个工人管理四台机器的情况下，仅自动化除草和修剪就可以在美国葡萄园上每英亩节省30美元的劳动力成本。自动化还可以帮助降低除草剂成本，并由于能够更频繁地完成机械除草而保持产量（每英亩节省100美元）。
可持续性有望成为未来的变革催化剂
与投入品成本不同，可持续性压力尚未完全显现，预计在不久的将来将变得重要。然而，几年后，两方面的行动——监管机构和消费者——可能会成为自动化技术更大的推动因素。
监管机构
全球许多政府已经设定了更环保可持续农业的雄心勃勃的目标（见图4）。例如，欧洲绿色协议计划到2030年将欧洲农业进行改革，包括与2020年相比减少50％的杀虫剂使用量。此外，该计划还希望将四分之一的农业用地转为有机农业，以减少对合成肥料和除草剂的使用。同样，加拿大希望到2030年，农民使用的化肥比2020年减少30％。不符合目标的加拿大种植者将面临失去价值11亿美元的政府援助和用于购买更环保农机的补助金的风险。
自动化代表了实现这些要求的重要手段。通过使用自动化精准喷洒设备结合自动化除草或修剪解决方案，农民可以大大减少杀虫剂和化肥的使用量，甚至可能完全消除它们。此外，由于自动化设备可以数字化记录作物施用情况，农民可以无缝地收集数据并记录他们的操作情况。这使农民更容易参与当前的有机认证和GLOBALG.A.P等计划。从长远来看，这也有助于农民遵守欧洲绿色协议等计划的报告要求。
消费者
消费者对更可持续的食品体系的兴趣正在增长，积极的购物者正在向农民施加下游压力，改变他们生产食品的方式。麦肯锡在2023年对美国消费者的研究发现，由于消费者的增加兴趣，可持续品牌已经取得了市场进展。涉及环境、社会和治理（ESG）相关要求的产品在过去五年中平均累积增长了28％，而没有提出这类要求的产品仅增长了20％。涉及多种类型ESG要求的产品——例如环境可持续性和有机耕作方法——增长速度约是只涉及一种要求的产品的两倍。对于消费者需求的回应，消费品包装公司已经积极做出一系列环保承诺，包括其产品所使用的原材料和成分的来源和种植方式（见图5）。例如，雀巢承诺到2050年实现净零排放，提高原材料的可追溯性，并到2030年减少农场上的化学品使用。进一步消费者对面向可持续性的产品的采用可能会加速公司的ESG进程。
图5
软件解决方案——包括农场测量、报告和验证（MRV）平台以及农场管理系统——已经为农民提供了开始向消费者提供从农场到餐桌的追溯能力的途径。这包括对种植地点、生长时间以及使用的化肥和农药等数据的聚合和存储。配备摄像头和传感器的自动化设备可以进一步采集和传输丰富、标准化的数据，农民几乎不需要付出额外的努力。这可以帮助农民证明可持续农业实践，这也正是消费品包装公司日益追求的，包括减少化学品的使用、更高效的灌溉和更好的收获条件。
自动化的吸引力可能会增长
自动化农机的普及将受到许多因素的影响，包括技术成熟度和性能、宏观经济状况、地缘政治动态、监管决策和环境变化。在塑造其产品时，农业公司可能要考虑几个要点：
- 在其价值主张、销售宣传和销售资料中清楚地传达自动化设备的回报率和近期价值驱动因素。
- 重新构想农业体验，不仅包括自动化设备，还包括一套软件和服务，为实现田间发生的所有事情的测量、跟踪和优化创建一个数字生态系统。
- 调整商业模式，降低新自动化设备的前期资本成本。例如，农民定期支付订阅费或与供应商共享一部分成本节省（比如通过性价比）的模式，有助于使新技术对农民更具吸引力和可承受性。
- 与消费品包装公司更密切合作，帮助农业实现更多透明度和可追溯性，同时为农民提供工具和能力，以便轻继续收集和共享数据。
如果农场经济和可持续性继续对农民施加压力，我们预计自动化技术的应用将大幅加速。随着越来越多的种植者意识到农业自动化可以带来三重收益——更高的农业生产力和利润、改善的农场安全性以及朝着环境可持续性目标的进步——对这些技术的兴趣将不断蔓延。