1.1 美国

1.1.1 发展现状

美国是世界上农业最发达、工业技术最先进的国家之一。由于地广人稀，劳动力不足，美国农业走的是先实行农业机械化提高劳动生产率，后大力推进生物技术化提高土地生产率的农业现代化道路。

20世纪40年代，美国领先世界各国最早实现了粮食生产机械化。20世纪60年代后期，粮食生产机械化水平更高，实现了土地耕翻、整地、播种、田间管理、收获、干燥等全过程机械化；70年代初完成了棉花、甜菜等经济作物从种植到收获各环节的全过程机械化，在工厂化禽畜饲养、设施农业、农产品加工、种植业等方面一直保持着世界先进水平，大大提高了农业劳动生产率。农业机械化有效地促进了美国农业的快速发展，1987年美国农业劳动力人均产值达到了5.53万美元，是当时其他发达国家的4倍，居世界第一位，成为世界上农产品出口大国。20世纪90年代中期，美国将卫星导航系统安装在农机上，使美国农机在世界上率先走向了高科技、高性能、智能化。作为世界上最大的农机制造企业之一的美国约翰迪尔公司，其制造的农机在作业时，利用配备的信息收集仪器和发送仪器对作业状况进行检测，然后把相关信息发送到卫星上，卫星对信息进行分析、储存后，把土地的产量、肥药情况、湿度等关键指标以绘图的方式发送给农民，有利于农民对第二年的耕作进行精确的估计。

美国约翰迪尔公司、凯斯万国公司、福特公司等大型跨国农机公司生产的农业机械生产率高，性能先进，标准化、系列化、通用化程度高，制造质量好，使用可靠，方便，舒适性好，处于世界先进水平，在本国和世界其他国家获得了广泛使用，深受用户欢迎。同时，为了保护农业生态环境，合理利用和节约农业资源，实现农业可持续发展，提高农业劳动生产率和农产品商品率，保持农业在国际上的竞争力，美国特别重视农业的发展和农业的现代化。美国工业为农业提供了大量农业机械、化肥、农用飞机等先进生产资料和装备，使美国出口产业中总有农业的一席之地，并且一直处于主要地位。

1.1.2 发展趋势

近几年，美国在谷物联合收割机、喷雾机、播种机等农业机械上开始全面采用全球定位系统来监控作业。农业机械出现了向智能农机方向发展的趋势。其优势主要体现在以下几点。

1．控制性能更优

控制性能是大型农业机械的主要性能指标。现在，美国的农业机械正从液压控制或手动控制向电子控制过渡，随着技术的不断改进，一些基本的控制已经实现了电子化。例如，威克斯公司能提供一套系统，根据设备行走速度自动调整切头的高度和速度，既减小了工作人员的劳动强度，又提高了生产效率。又如，威克斯公司为下一代农机设计的EMV系统具有在工作中随着收割条件的不断变化而改变阀的控制特性，比现有的系统效率更高。电子化的另一大优势是生产厂家能根据不同用户的特殊要求而定做专用阀（硬件变化不大）。另外，新型农机还将配有多种实时诊断元件。在过去，农户通常要等到某些元件出现故障后才去维修。现在，利用先进的诊断技术，农户能够准确预见将要出现的故障，从而采取相应措施，预先维护，提高设备运转率。

2．效率更高

农户的最终要求是效率更高而作业成本更低。制造、加工及生产的效率直接影响主机成本。以艾伦斯公司的产品为例，该公司选用了伊顿公司的直角静液驱动桥，大大减少了液压系统的安装劳动量。另外，将泵、电动机和车桥集成一体还省去了安装3个独立元件的配管作业，节省了装配时间，大大提高了生产线的效率；该技术的另一优点是结构更紧凑，在增添设计柔性的同时还能减少元件磨损，简化维护。

3．可靠性更好

杰尔森公司的一位技术人员指出，元件的可靠性至关重要。例如，设备转向系统的故障不仅会造成停工，还可能导致极为严重的产品责任事故。美国明尼苏达州车辆系统分公司推出了108系列动力单元，可大大提高农机作业的稳定性。例如，托罗公司的机械利用微型动力装置升、降切割台，设备手动功能也已实现自动化，操作者不需要推拉操纵杆，与动力装置连接的开关可以控制定位，把手动操作转化为按键操作。

4．精准农业技术开始发展

根据对经销商关于精准农业应用情况的调研，美国普渡大学对自动驾驶、无人机和变量技术等精准农业相关技术发展水平进行了推测。

从2000年开始，普渡大学便开始了美国精准农业相关技术应用情况的调研，从2011年开始由一年一次改为两年一次。2019年，对精准农业经销商调查显示，作物管理决策将越来越多地受到从客户领域收集的混合数据的指导。与2017年相比，网格/区域土壤采样、卫星/航空和无人机影像、产量测图等感知技术服务，均呈现上升趋势。相应的，肥料、石灰、种子及农药的变量施用技术服务全面增长，尽管增长率仍然相对较小。

网格/区域土壤采样经过十多年的发展，从只有大约一半的经销商提供服务，发展到2015年的67%和2017年的82%，到2019年的89%（见图1.1）。卫星影像是创建管理区和定点决策的合适基础，提供卫星影像的经销商从2015年的48%上涨到2017年的59%，再到2019年的70%。向客户提供无人机影像和产量监控及其他数据分析服务的经销商，也出现了类似的增长。

2019年，经销商增加了网格/区域植物组织采样（57%）和用于追踪的电子记录/测图（43%）。需要注意的是，该数据是指提供这些服务的经销商的百分比，而不是服务面积的百分比。2022年的数据是指经销商期望三年后他们提供这些服务的结果。目前，在不提供此类服务的经销商中，无人机影像和网格/区域植物组织采样的增幅最大。

变量技术（VRT）是用于解决田间差异行之有效的方法，也得到了相应的增长（见图1.2）。近十年来，大约一半的经销商提供变量施肥应用，2015年提高到69%，2017年提高到81%，现在达到88%。变量播种处方在过去几年中的应用大幅增长，提供此服务的经销商从2013年的24%增长到2015年的50%，再到2017年的56%，2019年58%的经销商提供该项服务。变量播种处方服务的显著增长可能是随着种植技术的变化和数据服务提供商的爆炸式增长而产生的，大部分提供商都是农业零售公司的一部分。目前，只有20%的经销商表示现在提供变量施药服务，预计在不久的将来会有一半的经销商提供该项应用，这可能与机器视觉技术的发展有关，因为该技术能够识别杂草和瞄准单株杂草。

与数据密集型技术相比，决策农业是一系列自动化的实践，它不依赖于农艺特性，只依赖于机器曾经前往的农田的大小和形状，减少重叠和遗漏、允许司机工作时间延长而不疲劳、可以在灰尘雨雾天气和夜间工作，给农业带来了巨大的经济效益。经销商利用导航技术为客户定制农药和肥料的使用，表明决策农业的市场正在成熟，90%的经销商使用GPS导航技术，75%的经销商提供基于GPS驱动喷杆/喷头控制的喷雾器（见图1.3）。另外，喷雾器转弯补偿技术的采用率为24%，与2017年相比仅略有上升。转弯补偿的意义在于帮助降低过度和过少施用量，而不是减少重叠和遗漏。有更多的经销商利用远程监控技术，在农机具间或办公室间交换信息，使用GPS车队管理追踪车辆物流和车辆位置。

2019年最大的改变是混合数据（Pooled Data）对作物管理决策的影响。2017年有一个新问题，要求经销商评估农民间分享数据的影响，这些数据是指与作物管理决策相关的各种因素（见图1.4）。2019年的调查显示，混合数据的影响总体上显著增加——这是来自多个农场的数据汇总，要么用于经销商内部管理，要么用于外部服务的一部分。对于作物营养决策，80%的受访者表示磷和钾的决策至少在某种程度上受到混合数据的影响，而两年前该比例为43%；79%的受访者认为氮决策受到影响，高于2017年的39%。80%的受访者（2017年为39%）表明混合数据对整体杂交或品种选择至少有一些影响，而72%的受访者（2017年为30%）表示它正在影响田间可变杂交或品种配置。58%的受访者表示混合数据正影响变种播种处方，高于2017年的30%。如前所述，部分原因可能是由于数据服务提供商越来越多。不到一半的受访者（47%）表示他们的公司有类似于2017年的客户数据隐私声明和/或数据条款和条件协议。

最后，所有这些技术最终都必须自食其力。这可以通过多种方式实现——通过增加特定活动的利润，也可以通过降低经销商的成本，可能是用于定制应用服务如导航、分段控制器或车队管理等。价值可能是间接的，如提高客户关系或提供竞争对手提供不了的产品或服务。当受访者被问及他们所提供的服务的盈利能力，精准土壤采样和变量施肥明显突出于其他服务（见图1.5），超过90%的受访者表示盈利或收支平衡。值得注意的是，无利可图的是提供无人机服务的经销商，其中64%的受访者表示没有收支平衡或不知是否盈利，比两年前略为提高；对于卫星/航空影像，42%的受访者表示没有收支平衡或不知是否盈利——与两年前相同。