- ➔ 机动机械化是农业生产自动化的一种重要形式，其采用程度参差不齐，在撒哈拉以南非洲尤为受限。尽管如此，机动机械化仍然是全球农业转型不可或缺的组成部分。
- ➔ 关注包括妇女、青年和其他边缘化群体在内的小规模农业生产者，使他们能有机会持续地使用农业机械，这需要技术创新和制度创新，比如依托数字平台的机械化服务市场。
- ➔ 数字技术日益丰富，使用也越来越频繁，这有可能从根本上改变农业，随着这些技术逐渐普及，即使是中低收入国家的农业也会随之改变。
- ➔ 推动自动化被采用的动力因技术和环境而异。例如，采用挤奶机器人，主要是奶农希望有更灵活的工作时间和更高的生活质量；采用作物自动化技术，主要是为了追求更高的利润；而林业采用自动化技术，主要是为了实现更安全的工作条件。
- ➔ 已经有了一系列技术解决方案，适用于不同发展阶段的国家，而且还有更多解决方案正在酝酿之中。通过适当的政策和立法，政府可以推广适合不同生产者具体情况和需求的解决方案。
- ➔ 尤其需要关注小规模农业生产者，向他们提供经济适用的数字自动化技术，使他们能够采用这些技术并从中获益。
在漫长的历史中，人类依靠自己的肌肉和动物作为农业生产的主要动力。长期以来，农业自动化在很大程度上是指在用机动设备取代耕畜和人力执行各项农业操作，包括整理土地、除草、收割、灌溉、挤奶和喂食，以及脱粒和碾磨等就地加工活动。
近年来，数字自动化技术（见图2）已经进入农业领域，出现了各种各样的应用，有时是嵌入到现有的农业机械中，有时是自成一体，无论是哪种情况，数字自动化技术都有潜力改善农业生产者的诊断和决策。嵌入数字自动化技术的农业机械可以更精确地执行农业操作，进一步提升效率和生产力。
因此，数字自动化技术有能力改变农村生计和农业各个部门的面貌，包括种植业、畜牧业、水产养殖业和林业。在种植业中，这些技术可以提高种子、肥料和水等投入品的使用效率。在畜牧业和水产养殖业中，这些技术可以减少繁重的工作，提高作业的及时性，并提高饲料等投入品的使用效率。在农业的所有部门，特别是在林业部门，自动化机械可以改善工作条件，为工人提供一个更安全的工作环境。
本章介绍了全球自动化技术的趋势，分析了这些趋势在不同国家和区域之间的差异以及背后的原因。由于缺乏数据，本章的叙述部分主要依赖文献中的案例和为本报告编写的两份背景文件。1, 2（共27个案例研究，摘要见附件1）本章采用了历史的视角，先介绍机动机械化的出现及其在高收入国家的推广，然后介绍这些技术如何向中低收入国家转移。本章讨论了这些技术在采用过程中获得的动力和遇到的障碍，并尝试用这些因素来解释不同区域技术普及程度的差异。本章还揭示了推动自动化产生时需要权衡的一些利弊，包括机动机械可能造成的负面环境影响。本章也分析了数字技术如何正在改变农业机械的使用方式，并研究了对于非机械化农业实施数字解决方案的可能性。最后，本章描述了世界各地的数字自动化技术的发展现状，指出数字自动化有可能取代传统机动化机械化并扭转其造成的负面影响。
全球机动化机械化的趋势及其动力
不同区域的采用情况大相径庭
机动机械化在世界范围内大幅增长。证据表明，机动机械化的大规模采用最早出现在美国，当时拖拉机一跃成为农场的主要动力来源，在1910-1960年间取代了大约2400万头耕畜。3英国紧随其后，在1930年代首次采用拖拉机。日本和欧洲国家（丹麦、法国、德国、西班牙和前南斯拉夫）则要等到大约1955年才开始大规模使用拖拉机。之后，机动机械化发展势头越来越迅猛，很快就完全取代了畜力牵引。4使用拖拉机作为农业动力是二十世纪影响最深远的现代化进程之一，因为这引发了其他农业机械和设备的创新，如脱粒机、收割机和各种相关工具。5机动机械化减轻了农业劳动的繁重，使农民能够更及时地完成任务。后来，许多亚洲和拉丁美洲国家在采用机动机械方面也取得了长足的进展。6 撒哈拉以南非洲是唯一的例外，在过去几十年间，机动机械化一直裹足不前，7而其他一些非洲国家采用机动机械的进展则非常快。
在分析农业机械采用趋势时，数据匮乏是一个公认的难题。农业机械化中使用的机械和相关设备种类繁多，这对数据的收集构成重大挑战（见插文1，粮农组织计划如何应对这一挑战）。这些机械一般可分为两类：（1）有发动机的机械，如拖拉机、水泵和收割机；（2）没有发动机但与有发动机的机械相结合的配套设备（例如与拖拉机配套的犁和播种机、灌溉系统等）。收集的数据往往仅限于有发动机的机械，而且由于各国的农业生态和农业条件差异甚大，即使是这一类数据也很稀少。不同的农业气候区、土壤条件、地形和生产定位要求使用不同类型的机械和设备。例如，拖拉机有不同的尺寸和参数，有四轮和两轮拖拉机。此外，畜牧业和水产养殖业需要的机械类型可能差别很大，例如，牲畜生产需要的是饲喂机和挤奶机。
插文1克服农业机械使用报告中的数据挑战
2009年之前，粮农组织统计数据库定期报告农业机械和设备的使用和贸易（数量和金额）。该项统计开始于1961年，但发布的数据仅涉及为数不多的农业机械和设备，包括全农用的拖拉机、收割机和脱粒机、挤奶机、土壤机械和其他农业机械。
数据的主要来源是分发给各国对口部门由其填写的年度问卷，包括使用和贸易两个方面。问卷收集的一部分数据来自各国的全国农业普查（通常每十年进行一次），并在普查间隔期间尽可能利用统计年鉴、部级单位发布的数据和数据门户网站进行更新。大多数国家报告了贸易数据，但没有报告实际投入使用的机械的数量，这引发了对数据的疑虑，说明有必要提高数据的质量和详细程度。
2010年代初，粮农组织修订了调查问卷，要求各国提供更为详细的信息，特别是机械类型方面的信息。联合国商品贸易统计数据库中关于贸易数量和金额的数据也提供了有益的补充。其他缺失的数据则通过一系列二手数据源进行补充，其中包括各国的案例。
然而，修订后的调查问卷的答复率不及预期，只有少数几个国家能够提供更为详细的信息，外部渠道获得的信息总体上不够可靠。因此，修订后的调查问卷后来无人过问，本报告的数据目前只能截止到2009年（2011年收集），导致的结果是，人们对过去十年的农业机械和设备的发展知之甚少，这对于我们理解农业体系如何演变是一个主要的空白。
粮农组织统计司已开始整合不同的数据来源，以更新农业机械的数据。整合的方法仍在开发中，与以前的方法相比，新方法更加依赖调查和农业普查的数据。在未来几年，粮农组织在其参与的一系列项目的框架下，可能会开展调查数据的收集工作，包括农业综合调查计划 （AGRISurvey）和弥合农业数据缺口的“50x2030倡议”。这些项目旨在提供技术援助，促进一系列专题农业数据的收集，涉及社会经济变量和环境变量，并通过简约的模块化方法涵盖两次普查之间的间隔期。关于农业机械获取和使用的数据就是拟定的模块之一。
此外，农业普查的微观数据的发布方式越来越系统化。在两次普查之间的间隔期，关于农业机械使用和存量的数据可从一些调查中获得，如世界银行一直在推动的的入户调查 — 生活水平衡量研究，还有各国开展的类似调查。粮农组织农村生计信息系统数据库从此类调查中收集了一系列具有共性的指标和微观数据，为机械使用提供了另一个数据来源。
更新后的数据集将包括机械设备的产量和使用量、以及机械设备进出口的数量和按汇率换算后的贸易金额。
粮农组织计划在2023年前，通过收集、处理和开发标准化数据集，尽可能对所有可靠数据来源进行评估。长远来看，通过向各国分发修订后的调查问卷收集数据，仍将是更新农业机械数据的主要方法。
分析工作尽可能利用近年来的数据，并承认这些数据有遗漏和仍然偏于陈旧，在此前提下，图4展示了1961-2009年间世界各区域的机械化进展。应当指出，该项指标（每1000公顷可耕地使用的拖拉机台数）既没有反映拖拉机的大小，也没有反映其他配套设备。尽管如此，使用这项指标来体现总体机械化水平还是情有可原，其中一个原因就是缺乏其他效果更好的数据，而且毕竟拖拉机目前是很多农业作业的主要动力来源，如整地、播种、施肥和喷洒化学制剂。除了运输以外，拖拉机还可以为取水灌溉和挤奶机提供动力。
图4 每1000公顷可耕地使用的拖拉机台数
透过每1000公顷可耕地使用拖拉机的台数，现有统计数据（见图4）清楚表明，机械化在世界各地进展并不均衡。高收入国家（北美洲、欧洲和大洋洲）在1960年代已经高度机械化，但在以中低收入国家为主体的区域，机械化程度仍然较低。1990年代至21世纪初，欧洲的拖拉机使用量有所下降，其中俄罗斯联邦下降幅度最大（超过50%），这可能是由于该国在此期间经历了政治和经济转型；其他国家也出现了大幅下降，例如阿尔巴尼亚、丹麦、德国、爱尔兰和荷兰，而且背后的原因尚不明了。随着拖拉机的不断发展，农场和农田变得更为集中，单台拖拉机服务的公顷数也增加了。
1960年代后，亚洲和北非经历了快速的机械化。例如，在东亚、东南亚和南亚，每1000公顷使用拖拉机的台数分别增加了56倍和36倍，总量从1960年代的270万台增加到2000年代的2030万台。然而，2000年后东亚和东南亚地区指数级增长背后的部分原因是测量分析中纳入了第四类拖拉机（手扶拖拉机）；例如中国、缅甸和菲律宾，纳入手扶拖拉机后，拖拉机总数显著增加。同一时期，北非和西亚增加了十倍，从每1000公顷3台增加到33台。拉丁美洲及加勒比地区也经历了显著增长，每1000公顷可耕地使用的拖拉机台数几乎增加了两倍，从1960年代的5台增加到2000年代的14台。撒哈拉以南非洲是农业机械化没有显著进步的唯一地区，拖拉机的使用数量增长异常缓慢，在1980年代仅为210万台（每1000公顷耕地2.8台拖拉机），在2000年代下降到70万台（每1000公顷1.3台）。最近对该地区11个国家农业机械化进行的调查发现，轻型手持工具是当地农民使用的主要设备类型，这证实了当地机械化水平较低。研究表明，该地区只有18%的抽样家庭能够使用拖拉机驱动的机械，而其余家庭要么使用简单的手持工具（48%），要么使用畜力牵引设备（33%）。8
证据表明，在亚洲和北非，畜力牵引早已广泛使用，这为1960年代向机动机械化转型奠定了基础。绿色革命推动了农业集约化，工业化和经济结构的变化导致农村地区工资上涨，这些现象都进一步巩固了向机动机械化转型的进程。6同样的趋势在拉丁美洲及加勒比地区也表现得很明显，当地推动农业机械化的主要力量是私营部门，然而政府也发挥了关键作用，为机械化创造了有利的环境，例如阿根廷、哥斯达黎加、厄瓜多尔和秘鲁提供政府低息贷款和税收减免。10, 11一些国家还免除了农业机械的进口税（如秘鲁）。10
亚洲（中国和印度）和拉丁美洲及加勒比（巴西和墨西哥，阿根廷在一定程度上也可以算进来）的一些国家发展出强大的农业机械制造业，使全球出口机械更加多元化，11降低了小型设备（如两轮拖拉机和四轮拖拉机）和其他机械（如浅管井泵、脱粒机和谷物碾磨机）的购置成本，两轮拖拉机的价格在亚洲下降得尤为明显。12, 13, 14还有证据表明，农机租赁市场的兴起有助于推广农业机械化，因为这使小规模农业生产者能够以可负担的价格使用农业机械。6
1960年代和1970年代，在撒哈拉以南非洲地区，为了推广机械化想了很多办法，例如向农民发放购机补贴，开办国营和集体农场，建立公共租赁中心，这些项目往往得到外国捐助者的资助。15, 16然而，事实证明这些手段成本过于高昂，而且以失败告终，原因是基础设施落后，没有重视投资进行知识和技能的培训，不具备维护能力，燃料和备件供应不足，缺少对机械化的实际需求，没有解决寻租和腐败等治理问题。6, 16在撒哈拉以南非洲和其他机械化程度仍然有限的地区，公共部门似乎并不积极，没有采取措施为机械化创造一个有利的环境，如提升知识和技能，提供便利的融资，改善农村基础设施。11在该地区推行任何可持续的农业机械化战略，建立可自负盈亏的商业租赁市场都是当务之急（见插文2）。
插文2解读撒哈拉以南非洲的机械化
依赖人力和畜力的农业生产在撒哈拉以南非洲仍然占主导地位，这限制了生产力的发展。尽管世界各地的采用水平参差不齐，拖拉机仍称得上是过去70年中普及程度最高的农业机械之一。15然而，拖拉机的价格居高不下，大多数农民还是负担不起。因此，长效的租赁机制是让农民获得机械化的关键，对小规模生产者更是如此。拖拉机租赁服务在撒哈拉以南非洲得以开展，既包括传统的四轮拖拉机，也包括两轮拖拉机（即动力耕作机），但后者的租赁业务开始得比较晚，而且也不如前者活跃。政府经营的拖拉机租赁服务口碑并不好，与之相反，撒哈拉以南非洲拥有拖拉机的个人数以千计，他们可以向农民提供拖拉机租赁服务。加纳的TROTRO Tractor公司就是一个例子（见插文3）。
下图反映了撒哈拉以南非洲部分国家四轮（左）和两轮（右）拖拉机的使用现状（自有或租赁），这些数据取自生活水平衡量研究中的农业综合调查项目。
拖拉机在农村家庭中的保有量仍然很低，即使是通常更为便宜的两轮拖拉机，情况也是如此。拖拉机租赁业务的只是略微提高了四轮拖拉机的使用率，而两轮拖拉机的使用率极低，相应的租赁市场几乎不存在，这表明供应商亟需建立两轮拖拉机及其零备件的供应链，在农村各地全面开展可持续的租赁业务。15通过私营企业或政府合资建立商业上可自负盈亏的租赁业务，是在撒哈拉以南非洲实施可持续农业机械化战略的当务之急。
图 部分国家使用拖拉机的农户占比
相比之下，关于非拖拉机机械化的数据更为有限，但证据表明，即使在撒哈拉以南非洲，一些地点固定的作业很早之前就实现了机械化，例如用机械碾磨机完成原来需要耗费大量人力的碾磨。16全球来看，包括收割和除草在内的一系列作业的机械化程度仍然很低。此外，尽管联合收割机和固定式脱粒机在各国的使用有所增加，但目前只能用于收割和处理谷物。全球水果和蔬菜生产几乎都没有实现机械化，只有为数不多的几个例子是例外。6
平均值掩盖了显著的区域内差异，甚至是国与国之间的差异
虽然一些区域的拖拉机平均保有量高于其他区域，但由于结构性变化、农业转型、以及技术变革的差异，区域内部可能存在显著分化。例如，虽然1960年代拖拉机在日本快速普及，但亚洲其他国家（如泰国）直到1990年代至21世纪初才出现了类似的趋势。9另一方面，在中国，拖拉机的使用从1970年代和1980年代开始普及，而在孟加拉国、印度、缅甸和斯里兰卡，根据最近的统计，多达90%的农田（主要用于水稻生产）使用机动机械进行整地。18, 19, 20, 21地形条件也限制了机械化，导致了机械化在一些亚洲国家发展并不均衡。6, 14例如在尼泊尔山区，只有23%的农业生产者使用拖拉机和动力耕作机，而在该国平坦的特莱地区，这一比例达到46%。在拉丁美洲及加勒比地区，大规模农场和小规模农场之间存在显著差异，大规模农场的机械化程度比小规模农场高得多，因为小规模农场主要分布在偏远山区。10, 11, 22, 23
即使在机械化程度最低的撒哈拉以南非洲，国与国之间和国家内部的采用水平也不均衡。例如，2000年，博茨瓦纳和南非每1000公顷可耕地使用的拖拉机分别为8台和5台，而在马达加斯加、马里和塞内加尔等国家，每1000公顷可耕地使用的拖拉机不超过0.4台。在加纳，据估计平均有三分之一的农户使用拖拉机（主要用于耕作），但这一比例在林区只有2%，而在热带草原上则高达88%。6在坦桑尼亚，商业化农业区的机械化水平最高。24在尼日利亚，7%的生产者使用拖拉机，另外25%的生产者使用自有或租用的畜力牵引整地。25在埃塞俄比亚，只有大约1%的农田通过使用拖拉机实现了机械化，但主要是用于易于机械化的小麦和大麦生产，而这些作物系统往往由大型生产者主导，甚至还出现了小麦联合收割机服务市场。
关于畜牧业和水产养殖业的机械化，现有的有限数据告诉了我们什么？
畜牧业和水产养殖业采用机械的数据非常匮乏，也非常零散，甚至根本不存在，林业的此类数据也是如此。对有限数据的分析表明，畜牧机械（如挤奶机）集中在高收入国家。另一方面，低收入和中等收入国家虽然也有一些畜牧设备，但往往仅在大规模畜牧生产中使用。鉴于数据的匮乏和不一致，很难准确评估各种情况下的机械化状况。此外，到底什么设备才称得上是挤奶机，每台挤奶机能服务多少头奶牛，这些都不清楚。随着技术的发展，由机器挤奶的奶牛数量会增加，而机器的数量可能会减少。丹麦就是一个很好的例子，丹麦是一个产奶大国，但挤奶机的使用呈下降趋势，很可能是因为出现了更为先进的工艺或技术，而这并没有被统计数据捕捉到。9然而，或许一个案例研究（Lely）能提供一个不够严谨的证据：北欧的奶牛场进行了整合，带来了技术升级和更大的规模经济，这是挤奶机数量下降的深层次原因。2
