与麦肯锡公司合作农业空间应用 ： 加强粮食和水安全 ， 改善气候行动A P R I L 2 0 2 3 ContentsIntroduction 31卫星技术有多个应用于农业72技术在不断发展 ， 而成本下降 ， 扩大客户底座163行业机遇 27本指南是交互式的注意此图标中可以与之交互的元素免责声明本文件由世界经济论坛发布 ， 作为对项目、洞察领域的贡献或互动。本文表达的调查结果、解释和结论是世界经济论坛促进和认可的合作进程的结果 ， 但其结果不一定代表世界经济论坛的观点 ， 也不一定代表其成员、伙伴或其他利益攸关方的整体观点。© 2023 年世界经济论坛。保留所有权利。本出版物的任何部分不得以任何形式或通过任何方式复制或传播 ， 包括影印和记录 ， 或通过任何信息存储和检索系统。图片 ： Getty Images ， Unsplash农业空间应用 ： 加强粮食和水安全 ， 改善气候行动Contents2 Introduction空间启用应用对农业的影响空间技术在农业中的价值正在得到越来越广泛的认可 ， 并将在不久的将来获得更大的接受。从历史上看 ， 空间应用的采用一直受到高成本、低分辨率和有限的消费者信任的限制。这些障碍正在下降 ， 并全面应用 ， 来自空间的见解可以解决预计的 30% 的粮食缺口到 2050 年 ， 通过减少废物 ， 将全球淡水使用量减少 5 - 10 ％ ， 将农业二氧化碳排放量减少多达 5000 万吨 ， 并将种植者成本降低 5 ％ 。这些社会效益将与经济回报齐头并进 ： 减少食物浪费可以为生产者额外贡献 1500 - 1750 亿美元的经济价值。1对于种植者来说 ， 5% 的成本降低意味着仅从投入节约就达到了 70 - 80 亿美元。2 有了这样的价值 ， 到 2030 年 ， 太空农业洞察市场预计将几乎翻一番 ， 达到近 10 亿美元。卫星技术驱动农业价值的例子已经可见。今天的种植者正在使用空中和卫星见解为了减少除草剂、化肥和水的使用 ， 各国政府正在使用卫星来解决粮食安全问题 ， 有条件地验证补贴和减少食物浪费。然而 ， 技术和人力驱动的障碍仍然存在。扩展将需要跨行业合作 ， 训练具有足够实际数据的算法 ， 以及明确定义的最终价值主张。最简单地说 ， 行业仍然需要汇集正确的数据 ， 以便在正确的时间为正确的人开发正确的见解。通过行业研究以及与农业和航天工业利益相关者的对话 ， 本报告研究了这个问题。农业空间应用 ： 加强粮食和水安全 ， 改善气候行动Contents3 F i g u r e1卫星应用应对农业挑战的潜力有什么危险 ？卫星图像的见解可以改善粮食系统 ， 并为...选择选项卡以发现更多信息粮食不安全42 亿全球每年生产的农作物吨121 亿到 2050 年需要额外的产量240 亿美元防止潜在作物损失通过卫星识别害虫3气候行动水的可用性全球每年供人类消费的作物产量估计为 42 亿吨 ， 必须至少增加 50% ， 即 21 亿吨 ， 才能满足 2050 年的预计粮食需求。早期害虫 ， 杂草和疾病通过高光谱和光学图像显示出防止作物损失的能力 ， 目前占总产量的 20 ％ 至 40 ％ 。如果大规模应用 ， 每年可以挽救多达 8 亿吨的农作物。Notes:1.不包括动物蛋白。来源 ： 粮农组织 2020 年。2.M. van Dijk ， T. Morley ， M. L. Rau 等人 ， “对预计的全球粮食需求和人口的荟萃分析 ”2010 - 2050 年期间的饥饿风险 ， “Nature Food ， https: / / www. natur e. com / articles / s43016 - 021 - 00322 - 9 。3.害虫包括杂草 ， 动物害虫和疾病病原体 ； E. Oerke ， “害虫的作物损失 ” ，《农业科学杂志》 ， 第 1 卷 ， 第 44 （ 1 ） 号 ， 第 31 - 43 页 （ 2006 年 ） ； C. Yang ， G. Odvody ， J. Thomasson 等人 ， “使用机载和高分辨率卫星图像和可变速率技术对棉花根腐病进行特定地点管理 ” ， ASABE 的交易 ， https: / / elibrary. asabe. org / abstract. aid = 48999农业空间应用 ： 加强粮食和水安全 ， 改善气候行动Contents4 F i g u r e1卫星应用应对农业挑战的潜力有什么危险 ？卫星图像的见解可以改善粮食系统 ， 并为...选择选项卡以发现更多信息Food不安全气候行动38 亿每年农田的二氧化碳当量排放量410 亿可归因于农业投入的排放量50.5 bn当洞察通知输入应用程序时 ， 潜在的排放减少水的可用性农业每年从化肥和农药投入中排放 10 亿吨温室气体。 Imagery Insights have showed that input needed can be cutted by 4 - 6% total, reduction of up to5 亿吨 ， 如果大规模应用。Notes:4.包括作物残留物 ， 水稻种植和燃烧 ， 施用于土壤的肥料 ， 合成肥料 ， 排水的有机土壤和肥料制造。来源 ： 粮农组织。5.包括化肥和农药的排放 ； 由于消除杂草而排除的除草剂减少了分解的排放。农业空间应用 ： 加强粮食和水安全 ， 改善气候行动Contents5 F i g u r e1卫星应用应对农业挑战的潜力有什么危险 ？卫星图像的见解可以改善粮食系统 ， 并为...粮食不安全气候行动水的可用性选择选项卡以发现更多信息400 亿每年抽取的淡水量6280 亿用于农业的淡水提取728 亿通过卫星信息灌溉改进减少淡水使用8每年抽取 280 亿升淡水用于农业用途 ， 占全球使用量的 70 ％ 。卫星支持的土壤水分含量分析表明 ， 通过更有效的灌溉措施 ， 农业用水量可以减少 5 - 10 ％ ， 如果大规模使用 ， 每年可节省 28 亿升淡水。Notes:6.资料来源 ： 世界银行。7.Ibid.8.世界银行 ， https: / / blogs. worldbank. org / digital - development / sky - not - limit - satellites - support - smallholder - farming - part - 2 。农业空间应用 ： 加强粮食和水安全 ， 改善气候行动Contents6 1卫星技术在农业领域有多种应用农业空间应用 ： 加强粮食和水安全 ， 改善气候行动Contents7 天基遥感器收集和促进大量数据的交换，包括来自可见光、红外、热和微波领域的天气信息和图像，这些数据在农业领域具有重要应用。分层，操纵和读取卫星收集的数据的先进分析方法正在为当今农业价值链中的利益相关者提供价值。技术的进步正在迅速扩大卫星部门监测和测量事件以及交换信息的能力。这些改进的技术 ， 加上不断增长的供应 ， 将在未来十年内促进五个用例 （ 图 2 ） 的采用 ， 以产生经济和社会价值 ：(1)提高产量估计的准确性 ，(2)通过改进决策来优化产量 ， (3) 支持可持续实践 ，（ 4 ） 减轻自然灾害的破坏 ， （ 5 ） 实现精准农业。F i g u r e2农业空间应用的核心用例价值主张 ：通过评估相对作物健康和建模对产量的影响来提高产量估计的准确性通过改进优化产量映射的字段检测到的作物健康问题和优化灌溉通过监测作物进行决策对于变量诊断为针对性和及时实践基于在季节使用卫星施肥作物保护的应用水测绘光谱数据 (例如rates产品如除草剂 ，疾病、天气、害虫和作物健康)杀虫剂和杀菌剂通过使用遥感来分析更强大的可持续实践排放、绘制土地和水使用地图 ， 并监测监管合规性自然灾害损害的预测、验证和减轻通过远程监测干旱、火灾和洪水前后的条件实现精准农业和自动驾驶汽车通过基于卫星的连接农业空间应用 ： 加强粮食和水安全 ， 改善气候行动Contents8 从历史上看 ， 卫星数据在农业中最常见的用途是用于产量估计 - 使用卫星数据和分析来生成准确且特定于地区的数据F i g u r e3在东非和南部非洲使用数字、空间工具跟踪区域粮食资产负债表按作物类型估计预期作物产量。这些见解对政府、非政府组织有显著价值食品安全的数字化解决方案需要卫星驱动的见解加强粮食安全和其他实际成果各国政府和非政府组织正在应用产量估算技术来量化粮食需求缺口并采取行动 （ 图 3 ） ， 并衡量地缘政治危机对粮食产量的影响 ， 而作物贸易商和其他利益攸关方则利用这些数据来更好地预测作物价格或协调收获地区的物流。在接下来的十年中 ， 产量估算活动将在新兴市场中扩展 ， 技术的进步甚至可以在多作物环境中进行估算。这种改善已经显示出影响 ， 使诸如东非和南部非洲共同市场 （ COMESA ） 的 “食品资产负债表 ” 之类的举措能够更频繁地更新预测五倍 ， 从而提高了食品的利用率并减少了高达 20 ％ 的浪费。在撒哈拉以南非洲 ， 粮食不安全影响 1.23 亿人。过去 ， 粮食不安全地区的国家政府很难预测总粮食供应 ， 包括主食作物的预期产量、库存和贸易 — — 这是 “粮食资产负债表 ” — — 手动数据编制往往导致延迟或不完整的见解。数据质量差导致临时决策 ， 伤害农民、加工商和消费者。东非和南部非洲共同市场 （ COMESA ） 和非洲绿色革命联盟 （ AGRA ） 是一个由农民领导的组织 ， 旨在将非洲农业从自给自足的模式转变为强大的产业 ， 共同领导了该地区数字食品资产负债表的开发。目的是提供所需的通用数据和分析基础设施来预测近实时的食品产量、库存水平和其他相关信息。选择选项卡以发现更多信息农业空间应用 ： 加强粮食和水安全 ， 改善气候行动Contents9 从历史上看 ， 卫星数据在农业中最常见的用途是用于产量估计 - 使用卫星数据和分析来生成准确且特定于地区的数据F i g u r e3在东非和南部非洲使用数字、空间工具跟踪区域粮食资产负债表按作物类型估算预期作物产量。这些见解对政府 ， 非政府组织 （ NGO ） 和作物贸易商具有重要价值 ， 可用于改善全国范围内和更大范围内的生计食品安全的数字化解决方案需要卫星驱动的见解1加强粮食安全和其他实际成果各国政府和非政府组织正在应用产量估算技术来量化粮食需求差距并采取行动 （ 图 3 ） ， 并衡量地缘政治危机对粮食产量的影响 ， 而作物贸易商和其他利益攸关方则利用这些数据来更好地预测作物价格或调整收获地区的物流。在接下来的十年中 ， 产量估算活动将在新兴市场中扩展 ， 技术的进步甚至可以在多作物环境中进行估算。这种改善已经显示出影响 ， 使诸如东非和南部非洲共同市场 （ COMESA ） 的 “食品资产负债表 ” 之类的举措能够更频繁地更新预测五倍 ， 从而提高了食品的利用率并减少了高达 20 ％ 的浪费。1卫星图像可以每两周一次 ， 按季节估算作物产量和产量。2遥感分析与手动调查相结合 ， 以验证估计。3综合调查和卫星数据可在多个国家 / 地区创建实时 ， 准确的作物产量预测。选择选项卡以发现更多信息农业空间应用 ： 加强粮食和水安全 ， 改善气候行动Contents103区域食品资产负债表 MVP 从历史上看 ， 卫星数据在农业中最常见的用途是用于产量估计 - 使用卫星数据和分析来生成准确且特定于地区的数据F i g u r e3在东非和南部非洲使用数字、空间工具跟踪区域粮食资产负债表按作物类型划分的预期作物产量估计。这些见解对政府，非政府组织 （ NGO ） 和农作物贸易商具有重要价值，可用于在全国范围内和更大范围内改善生计。各国政府和非政府组织正在应用产量估算技术来量化粮食需求差距并采取行动 （ 图 3 ），并衡量地缘政治危机对粮食产量的影响，而作物贸易商和其他利益相关者则使用这些数据来更好地预测作物价格或调整收成地区的物