农业领域的五大颠覆性技术：现状如何？
随着从根本上改变生产方式的颠覆性技术的出现，现代农业正在经历一场重大变革。我密切关注这些技术的发展，只关注那些有可能将农业改善至少 15%的解决方案--我认为这些才是真正的突破性技术。以下是重新定义农业的五项创新技术、它们的现状、局限性以及 5 年和 15 年后的全部潜力。
星际自主收割机
1.激光除草：精确和减少投入
我们现在在哪里？
激光除草正在成为除草剂的替代品，例如 Carbon Robotics 公司的解决方案。这项技术可以在不使用化学产品的情况下，以毫米为单位精确地对准杂草。从 2015 年到 2025 年，除草技术经历了一场革命，出现了许多新的解决方案--有的成本或高或低，有的效果或好或坏。然而，激光除草是唯一一项在未来展现出如此巨大潜力的技术。
优势
全面减少除草剂的使用，完全有机
减少除草剂的影响，提高产量
人工除草劳动量减少 50-70
人工成本占园艺生产成本的 5 - 60% 之间
数据自动化，为农民节省时间
更高的工作窗口 + 适用于高密度作物
保护生物多样性和土壤健康
局限性
设备成本高（500,000 美元/米）
有限的处理速度（1 公里/小时）
杂草丛生管理不善
何时充分发挥潜力？
5 年内，我们可以期待处理速度的提高和成本的降低。10 年后，激光将与非常非常强大的人工智能模型相辅相成，让杂草无机可乘。 随着欧洲、北美和澳大利亚有机蔬菜或无除草剂蔬菜生产的扩大，对这些解决方案的需求也将增加。受更严格的化学投入品法规限制的农民的目标市场也将扩大。此外，随着竞争的加剧和技术的进步，机器价格可能会下降十倍，原因是竞争加剧以及人工智能和材料的价格更加低廉。我认为，到 2035 年，发达市场的每个园艺农场都将拥有激光除草机。
新型 G2 激光割草机 - Credit : Carbon Robotics
拖拉机自动化
我关注拖拉机自动化已有多年，如果说我学到了什么，那就是这个行业喜欢大胆的承诺。但是，除了华而不实的演示和营销宣传（2016 年，CASE 发布了第一段视频），自动驾驶是否真的在重塑农业？让我们退后一步，先分析一下我们的现状，然后再看看 10 年后我们将何去何从。
Current situation
自主拖拉机不再是科幻小说。GPS RTK、人工智能传感器和计算机视觉已将这些机器改造成高度精确的工具。其目的很简单：减少对劳动力的依赖，提高效率，优化投入。在 2025 年消费电子展上，约翰迪尔加倍实现了这一愿景，推出了三款自主机具，包括 9RX 自主拖拉机。它拥有 16 个摄像头的 360 度视野，可为大规模作业提供无与伦比的精确度，但距离全球部署和实际操作还有很长的路要走。
然而，虽然这项技术令人印象深刻，但在现实世界中的应用却依然缓慢。原因何在？因为自动驾驶在农业中的意义远不止去掉驾驶员这么简单。
约翰迪尔信贷：2025 年拉斯维加斯消费电子展
优势
降低劳动力成本--在大规模农业生产中，由于不需要司机，自动驾驶技术可将运营成本降低 10%-25%。但老实说，完全自主的农场还很遥远。
无与伦比的精确性- RTK GPS 和人工智能驱动的传感器最大程度地减少了投入浪费，可能将燃料、化肥和化学品用量减少 5-10%。在成本不断攀升的时代，这无疑会改变游戏规则。
24/7 全天候作业- 自动驾驶拖拉机无需休息。它可以彻夜工作，最大限度地提高效率，减少对多台机器的需求。从理论上讲，这意味着更少的拖拉机、更少的操作员和精简的车队。
更少压力，更多策略--GPS 导航已经让农民从无休止的驾驶中解脱出来。而完全自主则可以进一步提高这一效率，让他们专注于农场管理，而不是田间劳作。
局限性
成本与投资回报率--像 AgXeed 这样的大马力自动驾驶拖拉机每马力大约需要 2,000 美元，而传统拖拉机每马力只需 1,000 美元。以这样的价格计算，自动驾驶多久才能见效？
傻瓜机具 "问题--大多数自动驾驶拖拉机仍然依赖于传统机具。在犁铧、播种机和喷雾器获得自身的智能和自我监控能力之前，全自动化仍然是不完整的。
适应性问题- 没有两个场地是相同的。泥泞、不平整的地形和意想不到的障碍物使得自动驾驶变得比在仓库等受控环境中更加棘手。
监管和安全障碍- 机器能否像人一样对突发情况做出反应？自动驾驶拖拉机需要一个强有力的法律框架来确保安全部署，而我们还没有做到这一点。
技能差距- 现实情况是，大多数农民都不是软件工程师。如果自动驾驶需要持续的 IT 支持和传感器校准，那么在现实世界中是行不通的。
对制造商的依赖- 通常由制造商锁定，限制了农民维修或改装自己机器的能力。这就形成了一种长期依赖，在这种情况下，关键软件的使用和维护可能会受到限制，或与昂贵的订阅费用挂钩。
我们何去何从？
目前，我们对拖拉机自动化的了解还只是皮毛，市场远未成熟。现实情况是，熟练的拖拉机驾驶员仍然广泛存在，而且价格低廉，每小时工资在18-30 欧元之间。按照这个成本，雇佣一名驾驶员仍然比投资一台完全自动驾驶的拖拉机要便宜得多，也更实用。
在当今的市场条件下，目前将自主解决方案商业化的初创公司提出的定价模式似乎并不现实。然而，5 年之后呢？10年之后呢？这才是真正的问题。从目前的发展速度来看，我认为至少还需要5 到 10 年的时间，自主拖拉机才能真正可靠、可扩展，并在经济上对大多数农场来说是可行的。
尽管如此，一旦有大型制造商正式推出完全自主的拖拉机，市场将迅速加速发展。机具制造商将被迫让他们的机具变得更加智能，滚雪球效应将会形成。这可能会大大缩短采用曲线，但就目前而言，农业世界还需要等待，才能看到能够处理农场上所有任务的完全自主拖拉机。技术正在到来，但还没有准备就绪。
自主收割：园艺业的下一个重大变革
现状
自动收割机不再只是原型机，它们正慢慢进入商业应用。这些机器配备了人工智能驱动的视觉、机械臂和精密传感器，旨在取代人类采摘水果和蔬菜的劳动。前景如何？大大减少对季节性劳动力的依赖，并显著降低生产成本。
然而，尽管取得了这些进步，如今的解决方案还远不够完美。即使有多个机械臂，大多数自主收割机的作业速度和效率也只有人类工人的一半。脆弱的农作物、不规则的形状和不可预测的生长条件仍然是重大挑战。
优势
大幅节约成本- 如果自主收割技术得到完善，可将生产成本降低20% 至 60%，这对于严重依赖人工的行业来说，无疑是一场变革。
劳动力短缺解决方案- 许多水果和蔬菜农场依赖季节性工人，而这一劳动力越来越难以保障。机器人可以提供可靠的替代方案。
收获一致性- 人工智能驱动的收获系统可确保在最佳成熟度时采摘水果和蔬菜，从而提高质量并减少浪费。
全天候作业 潜力- 与人类工人不同，机器不需要休息。它们可以昼夜不停地收割，从而在旺季提高效率。
局限性
速度和效率差距- 即使是当今最先进的机器人收割机，其速度仍然是人类采摘机的两倍
精细处理问题- 草莓和樱桃等软水果需要极高的精确度。机器很难与人手的灵巧和细心相媲美
初始成本高- 研发和购买自主收割机的成本非常高昂，对大多数农民来说，投资回报率是个问题
较差的收获质量和损失- 与人类相比，机器人对采摘质量的敏感度还不够，对于隐藏的果实也是如此，机器人无法感知。
作物多变性的挑战- 与统一的工厂条件不同，农场要应对不可预测的植物生长、天气变化和不同的收获条件，这使得全自动化变得复杂。
全部潜力是什么？
在我看来，收获技术正在成为园艺业的下一次重大革命，尤其是在那些仍然严重依赖季节性手工劳动的市场。生产成本最多可降低 60%，这是一个巨大的机遇，但目前技术还不成熟。
目前，这些机器人的速度和精确度还不足以完全取代人类。不过，随着人工智能、机器人技术和机器学习的不断进步，我相信在未来 5 到 8 年内，我们将看到室内农业的重大进展。
从个人角度来看，我认为还需要10 到 15 年的时间，这项技术才能完全满足户外市场的需求。在与解决方案制造商的讨论中，我认为硬件的改进可以使生产率翻番，软件的改进也是如此。但我认为，就成本效益而言，这还不足以真正实现比人类更快、更高的生产率。因此，我仍然相信，要想加快发展，劳动力价格还需要再上涨 50%，或者像科维这样的危机再次撼动市场。
此外，对于多年生作物来说，变革需要时间，因为今天种植的新果园至少是未来 20 年的投资。要实现果园自动化，特别是采摘自动化，可能需要特别简化的栽培系统。
目前，业界只能静观其变。但请不要误会：自主采摘即将到来，一旦实现，它将永远改变园艺业。
紫外线闪烁：杀菌剂的唯一替代品
紫外线闪烁是一种前景广阔的技术，旨在取代农业实践中的传统杀菌剂。其工作原理是发射强烈的紫外线（UVC），破坏真菌孢子的 DNA 或刺激植物更好地抵抗真菌，防止真菌生长和传播。这种方法为控制植物病害提供了一种不含化学物质的替代方法，因此对寻求更可持续解决方案的农民来说很有吸引力。
我们现在的立场是什么？
目前，紫外线闪烁是替代杀菌剂的少数有效解决方案之一。虽然这项技术前景广阔，但与更传统的方法相比，它仍处于早期阶段。实施紫外线闪光系统的成本仍然很高，而且为达到药效所需的照射次数也是一个限制因素。有几家公司正在探索这一领域，包括Saga 机器人公司、 欧洲的Agrikola.AI 公司和加利福尼亚的Tric Robotics 公司 。此外，久保田欧洲公司最近投资了紫外线增强技术，进一步验证了紫外线处理技术在农业领域的潜力。尽管这项技术还处于早期阶段，但主要农业企业对它的兴趣与日俱增，这表明人们越来越认识到，紫外线杀菌剂是化学杀菌剂的可行替代品。
佐贺机器人系统
优势
通往有机和无化学品农业之路 - 这一创新可使番茄等作物的有机生产成为可能，由于缺乏有效的替代品，这些作物仍然严重依赖杀菌剂。
提高产量和减少病害：研究表明，紫外线闪光可提高产量达 10%，同时将霜霉病和霜霉病感染率降低30%。链接到法国的一项研究（5 年反馈）
可持续性：该技术支持对可持续和清洁产品日益增长的需求，有助于种植者开拓具有生态意识的市场。
潜在的成本节约：在某些作物中，杀菌剂占生产成本的很大一部分。例如，在葡萄园、马铃薯和西红柿中，杀菌剂支出可占总生产成本的10%至 25%。
局限性
整合挑战：许多农场在日常运作中会预防性地使用杀菌剂。改用紫外线杀菌剂需要对病害管理策略进行重大调整
操作限制：紫外线闪光灯在夜间最有效，需要更频繁地进行处理（葡萄园最少 3 次），这就增加了劳动力需求，对已经面临劳动力短缺的农场来说不太实用。
效果微妙且不一致：与化学处理不同，紫外线的影响并非总是肉眼可见。虽然它能自然减缓霉菌和霜霉病的发展，但还不能完全消除它们。
成本和投资回报率的不确定性：紫外线的效果因真菌压力的不同而有很大差异，因此很难证明年复一年的投资是合理的。高昂的初始成本
高能耗：产生高强度闪光需要大量的能量输入，这可能导致高昂的电费，在没有高效能源（柴油）的情况下，限制了其大规模现场应用的可行性
抗病品种的竞争：抗病作物品种的兴起减少了对杀菌剂施用的需求。其中一些品种已经允许种植者将处理频率降低三倍，从而在某些情况下降低了紫外线解决方案的必要性
全部潜力是什么？
目前，只有少数农民真正认识到了紫外线技术的潜力，其高昂的成本也使其在大规模大田作物种植中无利可图。不过，我坚信，欧洲将推动紫外线技术的发展，因为那里的环保意识和社会对无农药食品的压力最大。未来五年，紫外线解决方案将在温室中得到广泛应用，因为温室中的可控环境和高价值作物证明了投资的合理性。到2035 年，随着成本降低和自动化消除劳动力限制，紫外线技术将成为葡萄园、浆果和果园等高价值作物的常用工具。10-15 年后，我们可能会看到大规模蔬菜生产或谷物生产取得重大突破，安装在可靠的自动车辆上的紫外线技术将广泛应用于马铃薯和西红柿等作物，这些作物病害压力大，杀菌剂的使用占生产成本的 25%。为什么不同时降低谷类作物 5-10%的杀菌剂成本呢？ 如果能效得到提高，可靠的自主系统出现，或者质量标签将紫外线-C 纳入其标准，那么这一解决方案将引发农业向可持续病害控制的重大转变。
功劳：紫外线增强系统
人工智能
我们现在的立场是什么？
农业仍然是数字化难以取得显著进展的领域。尽管技术发展日新月异，但许多农民仍然依赖传统方法，纸质记录和人为判断在决策中发挥着关键作用。虽然人工智能（AI）正在成为各行各业的头条新闻，但它尚未真正大范围地渗透到农业领域。大多数农民仍处于数字化应用的早期阶段，许多人还不了解人工智能的实际应用或好处。目前正在测试的技术通常侧重于数据分析和预测工具、作物检测......但要广泛实施还需要几年时间。
优势
改进决策- 来自传感器、无人机和卫星图像的数据可帮助农民在灌溉、作物管理和收获计划方面做出更好的决策
效率 -可优化农场流程，减少浪费，提高生产率，帮助农民节省时间和资源
病虫害预测 -开发预测模型，及早发现潜在的疾病爆发和虫害，使农民能够迅速采取行动，防止作物受损
自动化 -协助将重复性工作自动化，使农民能够专注于价值更高的活动，减少对人工的需求
独立顾问角色--充当外部顾问，为农民提供知识支持和独立观点，帮助他们在不完全依赖外部建议的情况下做出明智决策。
局限性
初始成本高--实施人工智能解决方案，包括数据管理工具或自动化系统，需要投入大量的时间、精力和经济成本，这可能成为许多农民的障碍。
缺乏基础设施和数据--许多农场没有高质量的数据或必要的数字基础设施，无法有效采用人工智能技术，因此需要等待数年才能收集到相关数据。
认识和理解有限--许多农民仍专注于传统方法，不知道人工智能如何有利于他们的经营，这已经是数字化的问题所在，即使他们是被生态系统逼出来的
复杂性和对人类判断的依赖--农业仍然严重依赖人类的专业知识 和判断，向更加自动化的系统过渡需要时间
人工智能在农学方面的局限性--它在某些农学领域，尤其是可持续农业和土壤科学方面仍然缺乏深厚的知识。人类的专业知识至关重要，尤其是在我们继续探索可持续农业的创新实践时。可持续农艺学领域仍处于起步阶段，人工智能模型还不能完全捕捉到许多细微的、与具体环境相关的因素。
充分发挥潜力
人工智能已被集成到一些农业工具中，如气象传感器、无人机和喷洒系统，但这些解决方案仍然缺乏可靠性和投资回报率，无法被农民完全采用。在我看来，尽管人工智能发展迅速，但在日常农业生产中还不够适用和可靠。尽管如此，我坚信人工智能对农业的影响已经开始，而且这项技术将继续逐步推广。不过，在我看来，还需要十年左右的时间，农场才能完全由人工智能管理。从农艺学的角度来看，我们对农业生态系统的了解还只是停留在表面（不包括化学），因此我很难想象人工智能如何能在管理这些复杂的生物过程方面超越人类的专业知识。随着可靠的解决方案被集成到现有工具中，人工智能在农业领域的真正潜力将逐渐显现出来，但我认为，在未来一段时间内，农民们仍将继续依赖他们的专业技能。
Mistral AI 制作的人工智能图片 "未来的法国农场
结 论
显然，我们正处于农业领域一场始于 10 年前的革命之中。一些技术开始成熟，而另一些技术则刚刚起步。无论如何，农业和周围的世界一样，正在以惊人的速度向前发展。每天都有新项目诞生，带来塑造未来农业的创新。但有一点是肯定的：只有能够应对未来挑战、满足农民真正需求的解决方案才有可能取得成功。我在这里提出的只是我自己的愿景，我承认，我可能是错的。技术发展如此之快，农业世界变化如此之快，以至于我们几乎不可能预测五年或十年后会发生什么。我所知道的是，未来将一如既往地告诉我们答案。但有一点是肯定的：未来的农业正在形成，我们作为这场变革的参与者，必须为这场变革做好准备。
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