本文为《2020未来农业食品创新生态报告》节选，该报告延续了“技术驱动下的产业变革”这一研究逻辑，从底层技术、行业应用、产业集群的视角总结了全球产业发展现状和未来趋势，产业变革同时受到宏观经济、全球贸易、资本投入、消费理念等的影响，共同构成了农业食品产业发展要素。解析这些产业要素，即可很好地发现产业变迁背后的关键驱动力，并判断产业走势，更好地配置产业资源。

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各类农业食品产业创新瞄准的关键点可以概括为2个关键词：成本和效率。从成本来看，中国农业综合成本不断走高，根据农科院“中国农业产业发展报告”的数据，人工成本和土地成本是推高农产品生产成本的最主要原因。1992年—2018年，剔除物价上涨因素，中国小麦每亩人工成本实际增长了1.7倍，每亩土地成本实际增长了6.2倍。其中，2005年—2018年，中国小麦每亩人工成本实际增长了1.06倍，每亩土地成本实际增长了1.91倍。除此之外，农业投入品成本上涨亦为重要原因。

不过从整体来看，服务支出在农业总成本中所占的比例还非常低，以2018年数据为例，三种粮食作物单位面积成本合计约1048元/亩，技术服务费仅0.01元。所以，当前智慧农业、精准农业或相关概念提出的解决方案是让农业资源使用效率更高，从而将技术服务费从农业投入品费用、人工成本费用中“抠”出来，这样既能够保证总成本不上升，又能够提升农业生产效率、减少资源浪费。

图：三种主粮（水稻、玉米、小麦）平均生产成本情况

数据来源：统计年鉴，亿欧

图：三种主粮（水稻、玉米、小麦）平均生产成本明细

数据来源：全国农产品成本收益资料汇编 2019，35斗

数字化技术泛指计算机、通信、网络等信息技术，其典型代表和应用包括计算机、互联网服务、云存储计算、移动端应用、大数据分析、人工智能、VR/AR等。应该说，当前几乎所有创新背后都有数字化技术的影子，其作为一种重要的基础设施，已经成为农业的“新农资”。同时，其对农业农村面貌也有非常好的窗口展示功能。

数字化技术集群在农业中的应用主要体现智慧农业或精准农业方面，其具体的应用场景包括农业种植、畜牧养殖、水产渔业、数字农业农村方面。比如联合国粮农组织报告提到，数字技术在农业食品中的应用实例包括动物健康系统、农场管理系统、农产品流通追溯系统、智慧养殖系统等，这些系统和解决方案能够很好地提高农业生产经营效率，或是改善农村地区尤其是偏远农村地区的信息获取是农业专业知识更新。

图：数字技术创新驱动下的农业农村图景

数据来源：35斗，公司官网

自上世纪50年代“绿色革命”以来，生命科学技术和食物系统的关联就变得更加密不可分，矮化小麦、水稻和农用化学品的结合，机械化耕作技术，精准灌溉技术的使用，使得粮食作物的产量大幅提高，养活了全球不断增长的人口。其背后是对作物基因、微生物作用机制的深度挖掘，这比传统的杂交育种、耕种方法的革新带来的变化更加明显，也更加具有连续性和可复制性。

今天，以基因技术、微生物技术、合成生物学技术等为代表的生命科学技术已经彻底革新了全球食物系统，涉及几乎所有的粮食作物和经济作物。全球转基因作物种植面积已经接近2亿公顷，其中以大豆为最，2018年末种植面积为1亿公顷，玉米、棉花、油菜的种植面积合计也将近1亿公顷。

图：全球转基因作物种植面积（单位：亿公顷）

图：四大转基因作物种植面积（单位：万公顷）

数据来源：东兴证券研究所，35斗

生命科学技术和动植物本身直接相关联，相对应的，作为一种更基础的、通用的技术集群，新材料和智能制造技术对食物系统的影响则更加全面，比如新的化合物的发现可能催生出效用更高的化肥、农药、食品添加剂，使得作物更加高产，食品更加美味和安全。尤其是在智能制造方面的创新，其一方面带来了更加高效的机械，比如大型农用机械，另一方面也提升了农产品和食品的加工效率和质量，使得食物在外形、色泽、营养方面的特性获得显著提升。

植物工厂是在完全密闭或半密闭条件下通过高精度环境控制，实现作物在立体空间、周年计划性生产的高效农业系统。由于技术高度密集，多年来一直被国际上公认为设施农业的最高级发展阶段，受到世界各国的高度重视。植物赖以生存的太阳光被荧光灯、LED灯等人工光源代替，配合环境调控系统，实现作物的全年连续不间断生产，同时减少农药使用。除光环境外，温度、湿度、二氧化碳、气流速度等参数同样可以通过计算机自动或人工实现精确控制。

与植物工厂相关的业态还包括垂直农业、集装箱农业等，都是在人工控制系统中实现种植作物，可以实现半工业化的农业生产，主要种植品种包括蔬菜、水果、菌类等高经济价值作物，或用在科研试验、观赏展示等方面。目前此类模式发展存在的问题是成本和经济价值不对等，即设备和技术投入成本较高，但产出物价值难以覆盖成本，所以未能大范围的推广。据咨询机构ACUMEN的数据，到2023年全球植物工厂相关的市场规模将达到60亿美元，年均复合增长率为25%。

目前该领域的头部企业主要集中在美国、欧洲等国家或地区，头部企业包括AeroFarms、Freight Farms、Elevate Farms、Plantlab、Upward Farms等，比如美国的AeroFarms总筹资金额达到了2.4亿美元，估值接近10亿美元，其出货大类是菠菜、生菜、羽衣甘蓝和嫩叶芝麻菜等，这些都是西餐沙拉当中常见的叶菜品种。就国内而言，尚未在植物工厂领域形成拥有广泛知名度的企业，但参与其中的科研院所、企业不在少数，后续主要任务是技术进一步成熟和商业化应用，以及行业标准的制定。

资料来源：35斗

粮食作物之外，设施种植被大量应用于茄果类、瓜类、豆类、甘蓝类、白菜类、葱蒜类、叶菜类等经济作物的种植方面，设施蔬菜单位面积产值是大田作物的25倍以上，是露地蔬菜的10倍以上。农业部办公厅2013年发布的相关文件显示，全国设施蔬菜面积近370万公顷，至少可解决2700多万人就业，同时，带动了农资、建材、温室制造和商业物流等相关产业发展，创造了1500多万个就业岗位。最新规划是，到2025年，种植设施区域布局更加合理，结构类型更加优化，以塑料大棚、日光温室和连栋温室为主的种植设施总面积稳定在200万公顷（约3000万亩）以上。

图：中国设施农业面积和应用趋势

图：中国前几大设施蔬菜种植面积及所在地区

数据来源：统计年鉴，亿欧智库

畜牧养殖行业提供了多样化的肉类食品，从产前中后三个阶段看，品种培育、饲料投入、养殖管理、健康防疫、动物福利、粪污处理、食品安全等是主要环节，每个环节都有相对应的指标。畜牧养殖科技的发展主要就是利用生物技术、数字技术来提升这些环节的对应指标，带来更高的饲料效率，更精细化的养殖场管理，更有效的疫病防治等。

比如在品种选育上，主要指标是PSY（Pigs Weaned per Sow per Year，以猪为例，即每头母猪每年所能产生的断奶仔猪头数），PSY越高，就意味着品种选育更加成功，当然其防疫能力、肉类品质也是重要的考量标准。在饲料效率方面则可以计算料肉比，即畜禽每增重一公斤所消耗的饲料量。

除了帮助对畜牧品种的基因测序分析之外，物联网、人工智能等信息技术可以发挥作用的地方是实时记录养殖场的各类数据，比如环境数据、动物生长数据、动物行为数据、饲料添加情况等，并建立相关的模型，帮助优化得出最优的养殖标准。传感器设备、摄像头、耳标等是畜牧业数字化建设常用到的硬件，结合算法、模型等可以达到现代化的、精准高效的养殖图景。

出于消费习惯、技术进步等原因，目前食品领域最热门的研究方向之一是新的蛋白原料，比如植物基蛋白、细胞培育肉、昆虫蛋白、藻类蛋白、微生物发酵蛋白等，可以归属于对自然资源的利用或者是生物技术开发。相较于常规的畜牧养殖，替代蛋白所需的资源消耗更少，对环境更加友好，更契合消费者对高品质、健康食品的需求。对于该市场的统计和预测口径不一，但可能会产生十亿级美元的市场，并且增长率高于常规蛋白产品。

当下最为炙手可热的技术无疑是细胞培养，其能在工厂“生产”肉类，而无需动物饲养，减少了动物饲养过程的水资源、饲料资源、场地资源的消耗，避免了生产过程中的污染，被视为肉类蛋白领域的革命性技术。当然，目前细胞培养技术还存在成本高昂、商业化程度低、监管法规不明确的问题，还没有大范围的推广。不过目前各国、各企业都正在做全面迎接细胞培养产品商业化的准备，比如美国政府问责办公室（GAO）的报告显示，一些估计称最快在2020年，将会有某些形式的人造肉实现商品化生产。

以“人造肉”为例，其核心目标是工厂化生产肉类蛋白或肉类蛋白的类似物，技术路径大致分为两类，其一是基于植物蛋白、氨基酸等制造“素肉”；其二是从活体动物身上提取细胞，然后在培养基上进行增殖。从原材料看，植物蛋白肉类公司基本是以各种豆类为蛋白质来源，包括黄豌豆、大豆，少部分会选择谷物、小麦为原料，细胞培育肉则是从活体细胞直接取材，然后在实验室或培养基培育。前者的代表公司是Beyond Meat、Impossible Foods，后者则有Modern Meadow、Mosa Meat、Memphis Meats等公司在进行研究。目前植物基蛋白已有成熟的商业化产品，主要是西式餐食的肉饼、汉堡等，实验室培育蛋白技术成熟度低，总体生产成本较高，还处于技术开发和早期验证阶段。

图：以细胞培养技术生产各种肉类

  资料来源：The Good Food Institute

一个完整的食物系统，不仅仅和农业、食品产业相关，其与医学、化学、物理、地理，乃至于社会学甚至宗教都有莫大的关系。并且在很多时候，是其他相关技术或者是产业动态来决定农业、食品产业的面貌，影响产业发展的趋势。比如医学的发展促进了精准营养方面的研究，从而带动了某些农产品或者是食物的流行，宗教文化对饮食习惯的作用自不必言。在网络时代，还可能因为流行文化、大众传播、媒体营销的作用而影响消费的选择，从而催生或者抑制某些细分市场。物理、化学、材料科学等领域的基础研究会给农业食品产业带来新的技术或应用，改变生产方式或者生产效率，比如农药、食品添加剂方面的新化合物，基于物理和能源科学的新的动力系统等。

我们以3D打印技术为例，来观察这种变化。3D打印技术即增材制造技术，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，体现了信息网络技术与先进制造技术、数字制造技术的密切结合，是智能制造的重要组成部分。3D打印主要应用于航空航天、汽车、医疗、教育等领域，也用于生物材料打印、食品打印等领域。目前3D打印技术已经在农业食品产业有具体应用，比如3D打印技术制造农业机械零件，3D打印技术制造食品，亦有将3D打印技术和人造肉技术相结合，更好地模仿真实肉类绵密的组织结构和口感。