导言
农业的进步在减少贫困、改善粮食安全以及提高全球生活水平方面发挥了重要作用。
这些改进是全球农业生产力不断提高的更广泛趋势的一部分。衡量这种生产力的一种方法是全要素生产率（TPF）。全要素生产率比较农民产出的数量与其使用的土地、劳动力、机械和其他投入的数量。
自2000年代以来，全球农业全要素生产率每年增长近2%。
此外，由于病虫害和气候变化的影响，农民在维持和提高作物产量方面不断面临挑战。因此，持续采用改良作物品种至关重要。图3.2显示了1961-2020年间亚洲、非洲、拉丁美洲和加勒比地区发展中经济体的农民采用新作物品种的情况，无论这些改良品种是由公共研究机构、大学还是私营公司开发的。
更重要的是，这一数字也反映了新技术采用不均衡的类似情况。尤其是撒哈拉以南非洲国家在采用改良作物品种方面远远落后于其他区域。
这些模式引发了两个重要问题。首先，为什么有些国家比其他国家更快地采用新的农业技术？其次，哪些条件有助于技术传播？
本章探讨了农业技术在各国的传播方式以及采用农业技术的驱动因素。本章重点介绍两种主要的现代技术，即转基因（GM）技术和精准农业技术（PAT）。
下文将探讨哪些因素决定了农业技术的扩散方式。研究表明，成功的扩散需要三个因素之间的相互作用：即农民的决策（需求侧）、产生技术的创新生态系统（供给侧）以及有利的环境。本章第三节将深入阐述知识产权的作用。
主要有三条经验。首先，技术不会自动传播。农民特点、国家创新能力、基础设施和政策选择都在其中发挥着作用。其次，许多不同的因素都会影响采用。农场规模就是一个例子。大型农场采用新技术的速度往往快于小型农场。第三，知识产权发挥着复杂的作用。它鼓励私营公司投资开发新技术，但也会因国家和技术的不同而以不同的方式影响可负担性和可获得性。
农业技术扩散的决定因素
影响农业技术传播的因素众多。这些因素可粗略地分为三个相互关联的要素：需求侧因素、供给侧因素和有利环境。人口结构的变化、病虫害的爆发以及消费者的偏好也会影响采用和不采用。
需求侧因素：农民的决策
影响农民是否愿意为新技术付费的因素是需求侧因素。农民面临着新作物性能的不确定性，因此必须在前期成本、学习要求、融资限制和市场信号与预期收益之间进行权衡。
当新技术被证明优于现有技术时，即使成本较高，农民也愿意为新技术买单。
供给侧因素：创新能力
农业技术因农业生态和具体情况而异。这就是影响技术扩散的供给侧因素的重要性所在。强大的创新生态系统能够因地制宜地采用、改造和创造新技术。
图3.3a和3.3b显示，发达经济体从向世界扩散新型创新和科学知识中获益最多。北美洲和欧洲是农业技术扩散的主要受益者，亚洲紧随其后。这三个区域产出的75%的农业新技术是基于新颖的专利技术，近95%的新技术基于新颖的科学知识。
有利环境：制度、市场和基础设施
支持性政策降低了扩散适当技术的风险和交易成本。基础设施、正常运作的市场和完善的知识产权框架为扩散创造了条件。此外，有证据表明，对推广服务、农民网络、供应商和合作社等可信赖的中介机构的支持，在促进新技术的使用方面发挥着重要作用。
扩散因技术而异
具有转基因性状的作物对当地适应性的需求和先进农业技术的模块化决定了它们各自的扩散模式。
转基因作物
转基因作物是科学家利用从其他物种提取的基因或通过人工合成方法改变基因的植物品种，目的是使作物更加健壮，更能承受特定的耕作挑战。科学家可以改造作物，使其抗虫、耐除草剂、延长保质期和/或提高产量，这些都是常见的转基因性状。
转基因技术在被农民采用之前，必须首先通过当地的研发工作使其适应当地的农业生态条件。
开发新作物可能需要很长时间。一项研究发现，使用传统的水果育种技术培育稳定的品系需要7到10年的时间。
制度/监管：监管影响转基因作物技术的扩散。大多数国家都对具有转基因性状的作物的种植和进口进行监管。采用转基因技术的作物在进口或种植前必须首先获得监管机构的批准。审批可确保用于消费和种植的适应当地环境的转基因作物的食品安全和环境保护。
然而，获得监管部门的审批可能花费高昂。开发一种具有转基因性状的作物，从发现到商业化平均需要花费6,420万美元。每个国家的监管审批还需额外花费4,320万美元，占总成本（即从发现到商业化再到监管审批）的37.6%。
图3.4显示，转基因作物进口的批准数量多于种植的批准数量。这表明，与允许农民在国内种植转基因作物相比，各国可能更愿意进口转基因作物。不过，阿根廷和南非等几个国家简化了审批程序，进口和种植均可获得批准。
监管审批并不能保证一个国家的农民会采用该技术。价格、投入品可获得性、农民认识和基础设施也很重要。
可获得性：拥有强大创新生态系统的国家更有可能开发、改造和采用适合当地农业生态条件的转基因技术。阿根廷、巴西、加拿大、印度和美国是转基因技术的最大采用国。
可负担性：采用转基因技术的农作物、树木和植物往往比采用传统种子技术开发的改良品种更昂贵。然而，如果预期利润超过成本，农民可能会被说服购买更昂贵的转基因技术（具有转基因性状的种子的技术成本与使用棉花、大豆和玉米种子的平均农业总收入的比较见表3.1）。
农民需要考虑的另一项成本是植物保护产品的价格和可获得性。在肯尼亚，一项关于农民采用杂交玉米和肥料的调查发现，这些投入品的价格和可获得性的变化在决定农民是否采用这些技术方面发挥了重要作用。
认识和培训：农民推广服务和管理计划在向农民展示转基因作物的功效以及帮助维持作物在整个生命周期中的性能方面发挥着重要作用。
对技术的熟悉程度会加快采用速度。在印度，熟悉杂交棉种植的农民更快地采用了转基因棉花。中国、墨西哥和美国的情况也是如此。
基础设施：对于农村地区的农民来说，能否获得具有转基因性状的种子非常重要。肯尼亚的基础设施薄弱，即种子和肥料经销商的覆盖与可获得性不足，导致农民对杂交玉米和化肥的采用率很低，即使采用该技术的估计总回报率很高也是如此。
图3.5展示了采用转基因技术的特定作物在选定国家内实现广泛扩散所需的时间，即耕地种植率达到80%。虽然美国开发了转基因技术，但一些发展中经济体实现广泛采用的速度更快，如南非的转基因棉花、阿根廷的转基因大豆和巴西的转基因玉米。
有若干因素可以解释这种情况。在阿根廷，当地定价、投入品可获得性和制度支持有助于解释为什么该国农民能够迅速采用转基因技术。
与此同时，消费者的犹豫不决和监管部门的谨慎态度也减缓了转基因技术在美国的采用，特别是在转基因作物用于食品的情况下。
精准农业技术
精准农业技术利用传感器、卫星导航和数据分析来优化农业生产。一般来说，精准农业技术可分为三大类：（i）数据收集（传感器、卫星导航），（ii）数据处理和/或分析（产量监测、土壤制图），以及（iii）决策指导（自动转向拖拉机、肥料和农药的可变施用量）。
澳大利亚、加拿大、欧洲和美国的农民在采用精准农业技术方面处于领先地位。
美国在1980年代率先采用精准农业技术，1983年后全球定位系统 (GPS) 普及后，采用速度加快。
然而，采用精准农业技术进程依然缓慢。研究表明，农民通常采用精准农业技术的单项组件，而非完整的系统。
不到三分之一的美国农民使用精准农业技术工具，而且采用的是模块而不是完整的系统。
此外，主要采用的精准农业技术也因农业需求而异。例如，缺水导致印度采用微灌技术，而美国和澳大利亚的农民则更注重采用指导系统进行大规模种植。
图3.6说明了与转基因作物相比，美国农民适应精准农业技术的速度较慢。它还展示了农民可以分阶段采用精准农业技术，如自动指导和变量施用技术。
可获得性：由于精准农业技术具有模块化特性，因此与现有机器和新机器的兼容性非常重要。如果没有互操作性标准，农民就有可能被锁定在单一供应商的生态系统中。
可负担性：成本和复杂性是采用精准农业技术的主要障碍。精准农业技术需要对硬件、软件和连通性进行前期投资。表3.2比较了使用三种不同绘图技术分析葡萄园作物健康状况并据此管理植物保护投入的成本。它显示了各种技术所需的不同精准农业技术组件：平台、传感设备和卫星导航系统校正器（RTK-GNSS）。无论农场规模大小，农民采用其中任何一种测绘技术的成本都在16,500欧元以上。然而，如表3.2所示，采用这些技术的单位成本会随着农场规模的扩大而下降。
在一些国家，由于缺乏盈利能力，农民已经放弃使用精准农业技术。
认识和培训：技能和培训会影响精准农业技术的使用。对欧洲农民的一项调查发现，精准农业技术对用户不友好，这一点以及在使用技术方面缺乏支持是采用精准农业技术的两个主要障碍。
尽管如此，那些采用了某些入门级精准农业技术的农民更有可能采用其他精准农业技术组件。例如，全球定位系统在拖拉机自动转向中的广泛应用也可用于指导农业投入品的应用，如可变速率肥料。这或许可以解释为什么可变速率肥料技术只得到了少量采用。
基础设施：基础设施限制了精准农业技术的采用。这种农业技术高度依赖于特定国家的物理和数字基础设施，如可靠的电力和用于数据传输的蜂窝或卫星连通性。
在电力和数字连通性薄弱的地区，依赖最新宽带和无线技术5G的精准农业技术将无法工作。
图3.7展示了全球基础设施面临的挑战。大多数大型农场可以使用4G网络连通性，而大多数小型农场则使用较老的2G技术。
移动技术的传播可以为获取精准农业技术提供便利，特别是在适应数字连通性限制的情况下。例如，印度正在投资研发，以便在数字连通性薄弱的区域为当地农民改造精准农业技术。
扩散因农场规模而异
大型农场采用转基因作物和精准农业技术的速度比小型农场快，因为它们能够将固定成本分摊到更多的产出上，并且更容易获得资金和信息。
相比之下，小农场面临信贷限制、单位成本较高以及缺乏对新技术及其使用的认识。这些因素会影响盈利能力，并增加采用新技术所带来的风险和不确定性。
这种鸿沟在各国内部都存在，特别是在精准农业技术方面。澳大利亚和美国的大型农场报告称，由于其农场需要大规模耕作，因此自动转向指导系统的使用率更高。阿根廷大型农场占农业用地总面积的78%，其中10％的农场使用了先进的精准农业技术。
其他区域也呈现出类似的模式。
在全球范围内，小于两公顷的小型农场数量占多数，但只占总耕地的一小部分。
不同规模农场之间的技术差距对低收入农民的影响尤为显著。表3.3概述了转基因技术和精准农业技术扩散的不同决定因素。对于小型农场来说，这些因素可能更加突出，对采用这些新技术构成了更大的障碍。
采用新技术的速度放慢，意味着生产率提高的速度放慢，收入水平提高的速度放慢。
如果没有有针对性的支持，技术进步可能会扩大收入差距，降低包容性。
在支持性环境中扩散速度更快
政府通过政策、法规和资助计划提供支持，可以缩小技术扩散采用的鸿沟。即使是行业主导的举措也有助于技术更快地扩散。
法规为扩散设定边界条件
转基因作物需要对人类健康和环境进行风险评估。高效、透明的流程可减少不确定性，加快安全采用的速度。如果流程缓慢或不可预测，企业就会推迟投资，农民也会持观望态度。
积极促进采用的政策
许多国家的政府帮助资助新技术的采购或示范项目，支持当地的适应性研究，并投资于推广工作。在转基因技术方面，公共部门一直通过农民推广服务和培训，积极推动增产作物的技术扩散。
政府还可以设定可持续发展目标，以鼓励使用精准农业技术。例如，巴西和加拿大的农民就受益于旨在鼓励采用精准农业技术的公共支持计划和政策。在美国，各种资助计划和公私合作伙伴关系有助于提高精准农业技术的使用率。
私营部门以及农民主导的倡议也在加快转基因作物和精准农业技术在农民中的传播速度方面发挥着重要作用。在一些国家，农业技术生产公司与公共部门合作，为农民提供推广服务和培训，以帮助保持转基因作物在整个生命周期中的完整性。例如，在澳大利亚，行业主导的倡议促进了农民使用精准农业技术。
基础设施至关重要
政府在为采用转基因作物和精准农业技术以及整个农业提供适当的基础设施方面也发挥着重要作用。例如，灌溉基础设施提供了重要而稳定的生长条件，为中国、墨西哥和美国采用转基因棉花提供了支持。就精准农业技术而言，物理和数字连通性的缺乏或薄弱限制了精准农业技术在国家间和国内的可用性。
标准和竞争政策至关重要
对于精准农业技术而言，开放标准可实现不同设备和品牌之间的互操作性。以公平、合理、无歧视（FRAND）条款许可的标准必要专利（SEP）可以释放兼容性，降低转换成本（有关标准必要专利的讨论，见第5章）。
竞争监管可以阻止反竞争的捆绑行为，因为这种行为会将农民锁定在专有生态系统中。
知识产权的作用
知识产权保护对农业技术扩散有着复杂的影响。它为私人研发投资提供了激励，但也可能为获得专有技术和开发后续发明制造障碍。其影响因技术、国家背景和市场结构而异。
知识产权保护推动创新
知识产权保护提供了一种限制使用和销售受保护技术的临时专有权。
在植物创新方面，历史上的大部分进步都来自公共部门的育种计划。这一情况在许多发展中经济体中仍然普遍存在。但在美国等一些经济体，对植物创新的私人投资已经超过了公共支出。
在美国，植物育种方面的技术进步可以通过以下知识产权工具得到保护：
《植物专利法》（1930年）：规定了对无性繁殖植物（包括观赏植物和水果）的专有权。
《植物品种保护法》（PVP）（1970年）：规定保护有性繁殖作物的植物品种，包括油料作物、禾本科植物和谷物。
专利（实用专利）：美国最高法院对Diamond 诉Chakrabarty案（1980年）和美国专利商标局（美国专商局）专利上诉和干涉委员会（1985年）对Ex parte Hibberd案的裁决将该司法管辖区的专利保护制度扩大到包括种子、植物的组成部分、植物品种、转基因生物和基因产品。
在如何保护植物育种创新方面发生的这些逐步变化，使该领域的创新对私营部门具有吸引力。
对私营企业而言，知识产权使其有可能获得研发投资的回报，从而产生更强的创新动力。
此外，由于淘汰率高，而且无法保证成功，该领域风险很大。一项研究发现，在研发过程中识别的560个遗传性状中，只有5个遗传性状最终得以商业化并推广给农民。
公共部门使用知识产权保护。例如，美国的公共研究机构为农业创新申请专利保护，以便向私营公司转让技术并促进其商业化。
然而，公共部门对知识产权保护的依赖程度不如私营部门。在许多情况下，农业创新的范围是不同的，私营部门侧重于那些可规模化的发明，而公共部门则侧重于特定区域的发明类型。
知识产权保护影响合作。许可协议和合资企业使当地企业和国家农业研究系统能够获得外国技术，从而将创新成果根据当地种质进行改造，并加强国内能力。这也有助于建设各国本地创新生态系统的创新能力。在许多情况下，私营公司与公共研究机构合作，使转基因技术适应特定的农业生态条件，从而建立更强大的当地创新生态系统。
然而，知识产权可以限制获取
受知识产权保护的技术可能会因获取成本高昂而影响新创新的开发和最终使用。
农民通常寻求兼具抗虫害、耐旱和高产等多种理想性状的作物品种。对于种子生产商来说，开发这种多性状种子的成本可能很高，尤其是当这些性状由不同的知识产权权利人拥有时。与多方谈判许可可能会导致“叠加”使用费，每个权利人都想获得相当大的份额。这些累积成本会挤压种子生产商的利润，阻碍具有最佳性状组合的种子商业化。
一项研究表明，在采用转基因技术的作物中，使用费占种子总标价的一半以上。
对植物创新中知识产权保护的关注则集中在更广泛的社会和伦理问题上。对于生物材料是否应归私人所有，以及知识产权限制是否会限制农业技术的获取，特别是在可能与人道主义目标相冲突的方面，人们提出了疑问。一个值得注意的矛盾点是专利权人与农民特权之间的关系，这反映了目前关于如何在创新激励与公平获取之间取得平衡的持续争论（见专栏3.2）。
1996年，孟山都公司（现为拜耳旗下公司）开发出了抗农达（RoundUp Ready）转基因大豆——经过基因改造，可以耐受该公司的农达除草剂。由于转基因技术的功效和性能已得到证实，农民们很快就采用了这种技术。
然而，在2007年至2023年期间，该公司在如何行使专利权方面遭遇了多起诉讼。
通常情况下，农民在购买改良作物品种时会支付技术费。在许多国家，这种购买会用尽专利权人的权利，允许农民随意使用该技术，包括将未使用的种子留到下一季。
孟山都公司采取了不同的做法。在将转基因技术商业化时，该公司要求种子生产商、谷物公司和农民签署技术许可协议，禁止农民将购买的种子保存一季后再重新播种。这一限制与农民传统的留种做法相矛盾。
农民在知情或不知情的情况下使用含有转基因性状的种子，必须根据收成支付赔偿金。这导致巴西、加拿大和美国等国对孟山都提起诉讼。
在巴西，农民认为赔偿金“损害了数百万农民的集体权利”，并于2009年4月9日提起集体诉讼。经过多年的法律诉讼，巴西上诉法院于2019年做出了有利于孟山都的裁决，裁定农民留种的特权不适用于专利技术。
对于精准农业技术而言，缺乏互操作性标准可能会减缓其采用速度。精准农业技术的模块化设计意味着农民可以单独购买各个组件。不过，农民可能会遇到硬件和软件（数字）组件之间的兼容性问题。此外，他们还可能面临将精准农业技术系统与现有农业设备集成的挑战。
精准农业技术中的许多数字组件依赖于重叠和互补的专有技术，而这些技术的许可费用可能很高。这可以通过商定的互操作性标准来解决。如果精准农业技术提供商采用的标准能够实现精准农业技术系统与现有机器的无缝集成，那么采用速度就会加快。这将是其他数字技术领域标准化的成功范例（见第5章关于标准必要专利的内容）。
但是，知识产权所有权不明确也会造成障碍
虽然知识产权保护可能会给农业新技术的采用带来问题，但知识产权所有权的不确定性也会造成障碍，使商业化复杂化并限制创新的潜在利益。
在先进的植物育种领域，基础技术所有权的悬而未决会给后续创新者造成压力。一个突出的例子是正在进行的涉及CRISPR Cas9基因编辑工具的许可纠纷。通过这项技术，科学家可以对植物、动物和其他生物的遗传密码进行高度针对性的修改，纠正基因组错误或引入有益的性状。CRISPR Cas9因其相对易用、高效和灵活而迅速普及，其改良性状的开发速度大约是传统育种技术的两倍。
争议的焦点是专利申请的重叠和后续发明许可权的不明确。CRISPR Cas9的基础专利有两项：一项由加州大学伯克利分校以及维也纳大学的Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier申请，另一项由麻省理工学院的张锋代表布罗德研究所申请。这两项专利都涉及CRISPR Cas9的使用，但适用于不同类别的DNA生物。Doudna/Charpentier的专利权已授权给科迪华公司；张锋的专利由布罗德研究所所有。
由于权利要求似乎存在重叠，理论上每个权利人都可以阻止对方将侵犯其专利的后续发明商业化。这就造成了严重的许可不确定性——潜在的创新者可能不知道该向哪一方争取商业化权利。
当美国联邦巡回上诉法院将此案发回专利审判与上诉委员会以确定发明优先权时，情况变得更加复杂，从而延长了解决时间。
一些研究人员转而采用其他技术，如CRISPR 3.0技术，包括本森希尔系统公司拥有的CRISPR Cms1和CRISPR C2c2，从而避免了许可僵局。虽然这些工具的效率可能无法与CRISPR Cas9相提并论，但它们提供了一条更清晰的商业化道路，因为专利所有权已经确立。
类似的所有权不确定性也影响到精准农业技术，特别是农场一级的数据。精准农业技术系统中嵌入的传感器每天收集数百万个数据点，涵盖土壤条件、投入品使用情况、天气模式和其他农场特定指标。将这些数据汇总到区域或国家层面，对于改进农场管理实践和指导农业投资决策至关重要。
然而，这些农场级数据的所有权和访问权仍然界定不清。例如，谁来掌控这些数据——是农民、精准农业技术制造商、特定系统组件供应商、存储信息的云服务运营商，还是最初捕捉数据的传感器开发商？
潜在的解决方案包括数据合作社和数据信托基金，它们为数据使用建立管理框架，同时确保农民分享收益。通过明确所有权和使用权，这种结构可以释放农场一级数据的全部潜力，促进个人和区域农业的改进。