- ➔ 投资机动机械化在商业上有充分的理由，机动机械化可以降低生产成本、实现规模化和集约化生产，提高生产力。阻碍其被采用的主要障碍包括无法获得必要的服务，如贷款和农业技术推广，特别是弱势、受排斥和边缘化的群体，其中包括小规模生产者和妇女；缺乏有利的商业环境；缺乏适合小规模农业的技术；以及基础设施薄弱。
- ➔ 许多中低收入国家采用机动机械化的速度很缓慢，但机动机械化仍然可以让这些国家受益非浅。中低收入国家应积极利用现有的各种机械，开发多种用途，并根据当地需求定制机械，特别需要关注那些经营不平坦小块土地的小规模生产者的需求。
- ➔ 数字技术可以提高农业经营的精准性和及时性，使农业咨询服务更加有效，并解决过去机械化带来的环境挑战（如土壤侵蚀），同时建立抵御冲击和压力的韧性。
- ➔ 数字技术使机械租赁服务变得可行，在低收入国家也是如此，这使小规模生产者和女性生产者等经常被排斥的群体能够用上农业机械。青年农民值得特别关注，他们是家庭农业向自动化农业转变的主要动力。
- ➔ 采用数字自动化技术的商业逻辑还没有得到充分论证，特别是在低收入和中等偏下收入国家，原因是网络连接和电力供应没有保障，相关服务（如金融、保险和教育）很难获取。对于人工智能机器人来说，情况更是如此，预计主要是高收入国家的大规模生产者会加速采用这些技术。
- ➔ 充分发挥数字自动化技术的潜力，需要解决阻碍采用的各种因素：基础设施薄弱，农民数字技能低下，新技术价格高昂，大环境不够有利，同时还需要在全球范围内投资研发和测试，因地制宜地开发数字自动化技术。
第2章讨论了农业自动化的趋势和动力，包括机械化和支持精准农业的新数字自动化技术。机动机械化已在世界各地被广泛采用，尽管在国与国之间和各国内部发展并不均衡。撒哈拉以南非洲大部分国家仍然落在后面。其他区域的机械化普及程度也并不平等，小规模生产者和妇女等弱势群体往往与之无缘。世界当前正处于农业数字自动化浪潮的初期，传感器、机器人、人工智能和其他数字工具可以使农业运营的一项或多项任务实现自动化：诊断、决策和执行。许多国家已经广泛采用机动机械化，但就数字自动化而言，农民和农业企业仍保持谨慎，他们会考虑当地条件和已经在使用的技术，对数字自动化技术进行筛选，希望找到物有所值和适合自己需求的解决方案。推广数字自动化的一个主要障碍是购置或运维成本过高，即使考虑当前的人力成本，这样的投资也很难让人觉得会有好的回报。阻碍推广的其他因素包括：缺乏适合小规模生产的技术，无法及时获得维护和修理，用户数字化水平低，网络连接时断时续，以及人们对创新怀有疑虑。本章分析了这些因素对农业自动化商业逻辑的影响，并提出如何才能让推广农业自动化更有理有据。
投资农业技术的商业理由是否充分，取决于农业生产者以及参与技术设备制造、经销、维护或修理的相关各方有可能获得多大的收益。有一个基本假设作为前提：农业生产者、经销商、维护人员和提供售后服务的商家都是理性的，他们的决策是为了实现自身利润和福祉的最大化。投资自动化技术需要成本，如果这些技术在当地并不普及，成本往往会居高不下。农业生产者和技术供应商只有在收益大于成本的情况下才会主动接受自动化。
对于某些技术而言，在某些条件下，投资成本可能会超过潜在收益，至少在短期内是如此，这可能会阻碍投资的积极性，尽管这些技术对未来整个社会极为有利，这时往往需要政府进行干预，使私人利益与全社会的利益相一致，通过激励机制使新技术具有商业前景。本章还探讨了与机动机械化相关的问题（主要是环境问题），并分析了如何通过新的数字自动化技术（包括仍在研发中的技术）解决这些问题（至少是部分解决）。这对于一些低收入和中等偏下收入国家意义尤其重大，在这些国家，机动机械化的采用一直以来进展缓慢，但数字技术的兴起有可能改变局面，推动可持续、高效和包容的机动机械化。
在为本报告编写的案例研究和其他文献的基础上，本章提出并总结了推广机动机械化和数字自动化技术的商业依据，然后讨论了政策和投资会如何强化这些商业依据，形成推动自动化技术采用的激励机制。最后，本章分析了各种技术的未来发展轨迹，指出这些技术有可能推动农业转型，解决各地生产者面临的不同挑战，实现农业的可持续发展。
论证机动机械化在各种情况下的商业逻辑，确认其广泛的潜力
关于机械化给农业和农村发展带来的好处，有大量和丰富的文献进行了论述。机械化让生产者更快、更有效地开展农业经营，提高农业生产力，增加收入，节省劳动力和成本，减少繁重的工作。例如，在亚洲的集约式湿地水稻生产系统中，用动力耕田机替换畜力犁，极大地节省了用于整地的劳动力成本。通过机械共享的方式实现整地和脱粒的机械化，提高了水稻种植密度和产量。1给稻谷脱壳或把谷物磨成粉非常耗费人力，而且极其单调枯燥，使用小型机械磨完成这些任务，大大增加了人们的闲暇时间，对妇女尤其意义重大。1机械化有助于减少作物破损和损耗，例如在印度，联合收割机减少了水稻损耗，将产量提高了24%。2插文8是近期的两个案例，表明在埃塞俄比亚和尼泊尔投资机械化有充分的商业依据。
插文8机械化与人工和畜力牵引的成本效益比较分析：以埃塞俄比亚和尼泊尔的小麦生产为例
在埃塞俄比亚，与使用手动工具或畜力牵引的传统技术相比，农民在小麦生产中使用两轮拖拉机分别将播种、收获和脱粒这些基本操作的成本降低了46%、65%和48%（见下图）。运输成本也下降了。平均总收入从传统做法的1964美元增加到机械化作业的2567美元。机械化和传统耕作系统的平均总可变成本分别为526美元和818美元。
图小麦生产中使用机动和非机动设备的农业运营成本 — 以埃塞俄比亚为例
因此，机械化运营将毛利润提高了78%，达到2041美元。这些结果表明，小麦的机械化生产比非机械化生产具有更高的效率和利润。
同样，在尼泊尔，小麦生产使用机动机械，包括施肥机、收割机和拖拉机驱动的脱粒机，使农场总运营成本降低了近一半，毛利润增加了81%，达到514美元（见下表）。
表小麦生产中使用机动和非机动设备的农业经营成本 — 以尼泊尔为例
资料来源：粮农组织，2022。16
即使在没有广泛采用机械化的撒哈拉以南非洲（第2章），也有证据表明机械化带来了巨大的好处。在科特迪瓦，拖拉机的使用促进了现代投入品的施用和作物管理的优化，提高了土地和劳动力的生产率。一项针对11个非洲国家的研究发现，拖拉机的使用使玉米单产增加了约0.5吨/公顷。3在埃塞俄比亚和加纳，使用拖拉机的农户可以通过耕种更多的土地提高产量，而非费力提高单产。4, 5在赞比亚，使用拖拉机的农户通过扩大耕种面积实现收入几乎翻番，农业劳动的每小时毛利润是其他农户的两倍。6尽管每公顷的劳动力需求减少了一半，由于耕种面积扩大，非机械化劳动对人手的需求实际上有所增加，需要雇佣帮手。从使用家庭劳动力转变为使用雇佣劳动力，减轻了妇女和儿童的负担，儿童能够去学校接受教育。
因此，农业机械化的好处远远超出提高农业生产力本身。机械化可以解放家庭劳动力，农业家庭能够将时间从农业劳动中抽出来做其他事情，如精心准备餐食改善家庭营养，或从事有助于提高生活水平的非农工作。7, 8, 9机械化还可以进一步创造新的就业机会，例如维护和修理设备的技工。由于对非农业商品和服务的需求增加，可能会对经济的各行各业产生溢出效应。10, 11机械化还包括保存和仓储技术（如干燥机和冷库），在实施得当的情况下可以改善食品安全，减少食品变质。12插文9展示了农业自动化在改善食品安全方面的作用。
插文9利用农业自动化提高食品安全
新技术的引入极大地改善了食品的保存条件和安全性，包括食品冷藏、冷链运输、脱水和熏制的新工艺。例如，在畜牧业中，屠宰场中用于酮体修整的垂直肉轨系统简单而有效，能防止肉被污染。粮食收获、分拣和包装实现自动化，可以大大降低食源性病原体从工人传播到食品的风险。对花生进行机械分类，可以剔除被真菌深度感染的果仁，极大地改善了公众的健康。但是，遵守恰当的设备卫生和个人卫生习惯，以防止机器本身传播食源性风险也很重要。例如，用于收集农作物的机器可能会将过敏原引入供应链，必需进行适当的清洁。机器还可能会通过机油泄漏、液压油、废气和其他方式造成食品安全风险。
数字自动化的进步也有助于快速检测食品中的污染物，为及时调查食源性疾病暴发提供更好的工具，并增强监督和监测系统。精准农业中的遥感技术可以及早发现虫害，有针对性地及时施用农用化学品，防止滥用。但是，这些好处并不见得都能兑现。例如，在某些情况下，为了达到预期的目标，自动化反而可能会增加农用化学品的投入，这对人类和环境都是有害的。同样重要的是，要确保农民获取技术的公平性，并解决数据隐私和权属的相关问题。
资料来源：粮农组织，2022。17
机械化也能加强农业生产的韧性，尤其是提高抵御干旱等气候冲击的能力，因为机械化使农民能够更快地完成耕作活动，并根据不断变化的天气灵活地调整工作，例如，在降雨没有规律和长期干旱的地方（近东和北非）13使用灌溉泵可以增加或稳定产量。1机械化还有助于农业家庭和农业雇工抵御疾病的冲击，而健康问题往往会严重干扰农业生产。14
根据当地需求定制机械化解决方案是强化商业逻辑的关键
现有证据表明，机动机械化的使用仍有持续增长的空间，特别是在目前机动机械化程度低或完全不存在的地区。跨越式发展是有可能的，跳过机械化阶段，直接采用具有人工智能的数字自动化和机器人技术，但这只有在少数高收入国家才有现实可行性（见第2章）。相比之下，低收入和中等偏下收入国家可以尝试各种各样的机动机械化解决方案。推广机动化机械化的商业理由是否充分，主要取决于当地条件和考虑采用的机械类型。对于位于平原的大型农场，联合收割机和四轮拖拉机等大型机械有用武之地，可以为农业生产者带来效益。然而，对小规模生产者而言，小型四轮和两轮拖拉机等小型机械可能更合适，小型机械成本更低，而且可以照顾到环境的可持续性。18事实证明，小型的机械化解决方案是缩小亚洲机械化差距的关键。2, 19, 20小型机械更适合小农场，可以绕过树桩和石头，而且更容易操作、维护和修理，申请小额贷款也更容易成功。此外，小型机械还可用于牵引松土机和操控播种机，实现生态农业的机械化，从而提高适应气候变化的韧性。21, 22插文10展示了一个实例，说明小型机械有助于提高缅甸小规模生产者的韧性。
插文10小型机动机械化提高小规模生产者的韧性
为应对2015年缅甸若开邦的热带气旋和随后于2016年发生的旱情，粮农组织与缅甸政府启动了一个由日本政府资助的为期一年的项目（2016/2017年），目标是改善家庭粮食安全，提高冲突和自然灾害易发地区小规模生产者的韧性。作为项目的一部分，粮农组织提供了双轮拖拉机和水泵等小型农业机械，机械化在若开邦受洪水和冲突影响的7个乡镇和73个村庄展开。项目总计分发了55台两轮拖拉机和94台水泵，并开展了关于使用和维护小型机械的培训。此外，146名村民接受了拖拉机操作培训。
结果显示，农民和整个社区受益良多，土地整理的成本降低（1.6美元/公顷），并大大节省了时间（两轮拖拉机比畜力牵引快7倍）。及时的土地整理进一步转化为更强的韧性，因为农民能更从容地应对变化无常的天气、劳动力短缺和其他灾害。机械化的其他好处还包括提高了农民收入和粮食安全，因为在旱季安装的水泵让农民可以种植豆类和蔬菜，既可以供家庭食用，也可以在集市上销售。
烘干机、脱粒机和收割机等其他小型机械也可以对小规模生产者的韧性产生积极影响，同时创造农村就业机会，并减轻工作负担。然而，选择哪种技术取决于当地实际情况和需求评估。此外，机械化服务要长期保持下去，有必要在村庄或周边地区设立维修网点，配备技术人员提供技术支持。最后，项目得出结论，如果项目能更多地关注妇女和青年，效果会好很多。
资料来源：粮农组织，2019。24
根据当地需求定制机动机械，近期在这方面涌现了一系列创新，而这不仅仅是为适应当地需求简单地调整机械的尺寸。近东和北非国家水资源日益短缺，农业产量难以提高。插文11展示了埃及机械化垄作种植协同创新的案例，使用机械化工具，结合投入品施用和大田农艺的改良，不仅提高了产量，也节约了稀缺的自然资源。
插文11埃及机械化垄作提高了生产力和水资源的可持续性
机械化垄作种植是行之有效的方法，可以提高生产力和作物产量，节约稀缺的水资源，优化排水从而避免土壤积水。埃及将机械化垄作用于小麦生产，改进了单产，生产力提高了25%，种子成本降低了50%，用水量减少了25%，劳动力成本也得以降低。因此，机械垄作现在已成为埃及全国小麦运动的重要组成部分。据测算，到2023年，埃及将利用机械垄作技术种植大约80万公顷小麦。据进一步测算，为期15年的项目将产生超过40亿美元的经济效益，其中大部分将惠及埃及的100多万户小麦生产者。其他好处包括减少对进口小麦的依赖（到2025年减少50%以上），提高20多万公顷干旱土地的水资源使用效率。
要取得好的效果，机械化垄作必须因地制宜，技术方案的具体构成也要根据具体情况而有所调整。在埃及，经过长期评估形成了一套明确的技术方案，包括使用改良的小麦品种，播种量为108公斤/公顷，11月15日至30日期间为播种期；使用机械犁/播种机进行整地和种植，氮肥施用量为168公斤/公顷。机械化垄作技术经过恰当调整后，特别适合中小型农场，因为成本相对低廉，很容易用小型拖拉机实施，适合当地现有的作物，包括单作作物（如小麦或水稻）和多作间种作物（如玉米、甜菜和蚕豆）。
目前许多低收入国家将农业机械化作为施政重点，特别是在撒哈拉以南非洲，在之前政府主导的机械化方案失败后，农业机械化曾被搁置了一段时间。23关于政府和发展伙伴应支持哪种技术路线，尤其是在尚未引进自动化的地方应如何选择，例如撒哈拉以南非洲的大部分地区和许多山区，目前正在就这些问题进行探讨。没有放之四海而皆准的方法，相反，适合当地条件的方案才是最好的方案。18农业自动化的决策应考虑当地的条件，包括面临的机遇和障碍，以及市场对相关机械化技术的需求。
人力和畜力仍然不可或缺
尽管机械化带来了种种好处，但证据表明，手动技术和畜力牵引仍然有重要意义。对于规模很小和分散的农场来说，畜力牵引可能是一种重要的动力来源，特别是在有草场、有水源和动物疾病可控的情况下。18 畜力牵引可以将畜牧业和种植业结合起来，优化资源利用，例如，将动物粪便作为作物的肥料，用作物残茬饲养动物。对许多生产者来说，这也是在过渡到机械化之前克服动力短缺最直接和最好的办法。21, 27对大多数非洲小规模生产者来说，过渡到畜力牵引已经是实实在在的进步。18
同样的道理也适用于高级手动工具，即主要依靠人力但通过智能设计能事半功倍的工具。这种工具特别适用于机械难以操作的农场，可以节省劳动力，让劳动力可以腾出时间休息或从事副业，降低成本，减少繁重的工作，增强韧性。插文12的案例分析了手动滚筒播种机对老挝人民民主共和国和尼泊尔的收入、效率、环境可持续性和韧性的积极影响，展示了高级手动工具的优势。
插文12在老挝人民民主共和国使用滚筒式播种机省时、省力、省钱
在老挝人民民主共和国的沙耶武里，在粮农组织的支持下，政府和小规模生产者实施了一个项目，对滚筒播种机进行实地测试，以实现水稻的可持续集约化生产。滚筒播种机是一种用于播种水稻秧苗的手动工具，比传统的人工移栽和撒播等种植方式更具优势。事实上，滚筒播种机让种植时间缩短了90%，劳动效率提高了40%以上，生产成本降低了20%，种子用量也节省了60%以上。滚筒式播种机不需要化石燃料，是一种环保技术，可用于生态农业，如鱼稻共生系统。滚筒式播种机提高了农民面对气候变化的韧性，使他们能够更灵活地选择种植时间，及时进行种植。此外，如果自然灾害毁坏了新播种的水稻，农民可以迅速而轻松地用滚筒进行补种。
资料来源：Flores Rojas，2018。28
总而言之，耕畜和高级手动工具的潜在用途取决于具体情境。虽然耕畜和手动工具没有拖拉机强大，但仍然有助于克服劳动力瓶颈，提高作物产量，扩大耕作面积。在许多情况下，先进的手动工具和畜力牵引可能是增加农业动力供应的最佳选择。政府和发展伙伴在思考应推广哪些技术路线时，可以用最优匹配框架进行筛选，并结合相应的机制建设和投资，同时要考虑到本国农业生态的现状和社会经济条件。农业机械化的创新进程应反映这些不断变化的条件，技术路线需要适时进行调整和改进。
