美国铁路粮食运输分析及启示

Analysis and Implications of U.S. Rail Grain Transportation

摘要

在全球粮食贸易体系中，美国铁路长期承担着连接粮食主产区、国内消费市场及出口港口的重要运输任务，是美国粮食物流体系的重要组成部分。基于美国主要粮食产区、消费与出口通道的空间格局，综合运用公开统计数据对比、运输组织模式归纳与运价机制结构分析等方法，系统梳理美国铁路在粮食干线运输中的功能定位与运行逻辑。美国铁路通过“固定编组单元循环直达列车+可拆分成组单元列车”协同的组织方式，形成由内陆主产区连接沿海港口与内陆消费中心的骨干走廊，通过标准化车辆与装卸设施提升单位运能与周转效率，形成以重载化、长编组与快速装卸为核心的装备体系，由基准运价、运力竞拍溢价与燃油附加费等构成价格体系，借助一级竞拍与二级交易实现运力市场化配置，研究成果对优化我国铁路粮食运输的组织模式、装备适配与运价机制等方面具有重要的参考价值。

Abstract

In the global grain trade system, U.S. railroads have long undertaken the important transportation task of connecting major grain production areas, domestic consumption markets, and export ports, and they constitute an important part of the U.S. grain logistics system. Based on the spatial patterns of major U.S. grain production areas, consumption markets, and export corridors, this paper systematically examined the functional role and operating logic of U.S. railroads in trunk-line grain transportation by using methods such as comparative analysis of public statistical data, induction of transportation organization models, and structural analysis of freight-rate mechanisms. U.S. railroads form backbone corridors linking inland major production areas with coastal ports and inland consumption centers through a coordinated organization model of fixed-consist shuttle unit trains and divisible block unit trains. Standardized freight cars and loading and unloading facilities improve unit transportation capacity and turnaround efficiency, forming an equipment system centered on heavy-haul operation, long train formation, and rapid loading and unloading. The pricing system is composed of base freight rates, capacity auction premiums, and fuel surcharges, and market-based capacity allocation is achieved through primary auctions and secondary trading. The research results have important reference value for optimizing the organization model, equipment adaptation, and freight-rate mechanisms of China’s rail grain transportation.

Graphical abstract

关键词

美国铁路货运 / 粮食运输 / 货车车辆 / 运价机制 / 技术装备

Key words

U.S. Rail Freight / Grain Transportation / Freight Car / Freight Rate Mechanism / Technical Equipment

0　引言

美国铁路货运体系在农业物流中占据重要地位，长期承担粮食、农产品、农资及相关工业品的大宗运输任务。据北美铁道协会(Association of American Railroads，AAR)资料^[1]，美国铁路每年运输粮食约160万车；按美国农业部(United States Department of Agriculture, USDA)口径，铁路承担美国粮食总运输量的24%和出口粮食运输量的39%，在连接粮食主产区与消费市场、出口港口的物流网络中发挥着重要作用。

与公路和内河航运相比，铁路在长距离、大批量粮食运输中具备明显的规模经济优势，其运输组织方式、车辆装备和运价形成机制，均围绕粮食运输“产区集中、运距较长、需求季节性波动显著”等特征不断演进。美国铁路通过制度创新与技术升级，逐步形成了以单元列车为核心、运价机制高度市场化的粮食运输体系。

在我国推进粮食物流体系优化和铁路货运市场化改革的背景下，系统梳理和分析美国铁路粮食运输的运行模式、装备特征及价格形成机制，对于深化粮食运输规律认识、提升铁路在粮食跨区域调运中的承载能力，具有实践价值。

1　美国粮食运输概况

1.1　运输需求特征

美国玉米、大豆、小麦等粮食作物具有显著的区域集聚特征。总体上，玉米与大豆主产区集中在中西部“玉米带”，包括爱荷华、伊利诺伊、印第安纳、明尼苏达、内布拉斯加等；小麦主产区主要分布在大平原地区及北部平原地区，包括堪萨斯、北达科他、蒙大拿等。上述主产区与沿海出口港口及内陆消费中心之间形成稳定的大宗物流需求，为铁路发挥长距离、大运量运输优势提供了基础支撑。2024年，美国玉米产量为3.776亿t，居世界第一，占世界总产量的31%；大豆产量为1.188亿t，居世界第二位，总产量占比为18%；小麦产量为0.536 5亿t，占世界总产量的7%^[2]。

与此同时，美国的粮食消费市场广泛分布于全国各地乃至海外。生产与销售主要满足国内消费，剩余部分用于出口，由此形成了内陆主产区与国内消费市场、出口港口之间的长距离、大规模运输需求。2024年美国主要粮食国内消费及出口量如表1所示。2005—2022年美国粮食国内与出口运输量变化趋势如图1所示。

美国国内粮食消费主要用于食品、饲料、工业用途(如生物燃料)以及其他加工品。根据USDA数据，美国玉米作物的国内消费中，约45%用于乙醇生产，40%用于饲料，剩余部分用于食品和其他工业用途。大豆是美国的主要油料作物，约占美国油料作物产量的90%，主要用于油脂和蛋白质提取，广泛应用于食品加工及饲料行业。2024年，美国大豆约56%用于国内的饲料和油脂生产。小麦则主要用于食品生产，包括面包、面粉和其他加工食品。

研究发现，美国粮食运输呈现出显著的空间错配特征，即粮食生产主要集中于中西部内陆地区，而主要消费市场与出口港口则分布于沿海及边境区域。这种“产区集中、销区分散”的地理格局，决定了美国粮食运输具有长距离、大规模的典型特征，从而为铁路发挥其在长途运输中的成本优势提供了基础。

1.2　运输市场格局

美国的粮食运输主要依赖于驳船、铁路和卡车3种运输方式，将粮食高效地输送到国内和国际市场。这3种运输方式既是直接的竞争者，又常常互为补充，使得美国粮食在到达最终目的地之前，通常会经历2种或更多的运输方式。这种竞争与融合的平衡，为粮食发货人提供了一个高效且低成本的运输体系。2022年，美国粮食总运输量约为5.748亿t，其中卡车运输量3.537亿t，占比62%，铁路运输量1.512亿t，占比26%，驳船运输量6 980万t，占比12%。公路运输凭借其灵活性和广泛的覆盖范围，成为国内粮食运输的首选方式；驳船运输依赖于大型水道如密西西比河，是美国粮食出口的重要运输方式之一；铁路在长距离运输中具有成本优势，尤其是在连接内陆产区和沿海港口时发挥着重要作用。美国粮食运输市场份额如表2所示，整体呈现出公路、铁路和驳船多方式并存、分工互补的运输体系特征。

从不同运输方式市场份额来看，铁路运输占比整体呈下降趋势。根据USDA农业市场服务局统计，2005年铁路运输玉米占比为29%，但到了2022年下降至22%；小麦的铁路运输占比则从2005年的72%降至2022年的56%。然而，大豆的铁路运输占比则从2005年的20%升至2022年的25%^[3]。不同粮食品种铁路运输占比的变动，反映出运输方式之间的动态竞争关系。铁路在玉米和小麦运输中的占比有所下降，而在大豆运输中的占比相对稳定，表明铁路运输需求并非单向演变，而是受到市场需求结构、运输距离以及替代运输方式成本变化的共同影响。整体而言，这种多方式竞争与协同并存的运输格局，有效提升了美国粮食在全球市场的竞争力。

2　美国粮食铁路运输组织及运输装备

2.1　运输组织情况

2.1.1　美国铁路粮食运输主要路径

美国货运铁路网络是全球规模最大的铁路系统之一，其总里程达到22.5万km。这一庞大路网由6家Ⅰ级铁路公司(年运营收入达到4.9亿美元或以上)、22家区域铁路公司(Ⅱ级)以及584家地方及短途铁路公司(Ⅲ级)共同运营，美国货运铁路公司均为私营企业，负责货运铁路的建设和维护工作^[2]。

美国铁路粮食运输主要由6家Ⅰ级铁路公司承担，东部为CSX运输公司和诺福克南方铁路公司(NS)，西部为伯灵顿北方圣太菲铁路公司(BNSF)和联合太平洋铁路公司(UP)，中部为加拿大国家铁路公司(CN)和加拿大太平洋堪萨斯城铁路公司(CPKC)。美国的主要铁路公司按地域分布覆盖了美国的各个主要农业产区和出口港口，其中BNSF和UP是最大的2家粮食运输铁路公司。CPKC由加拿大太平洋铁路(CP)与堪萨斯城南方铁路(KCS)于2023年合并组建，进一步强化了北美地区南北向的铁路运输能力。2025年美国Ⅰ级铁路公司粮食装车数及占比如表3所示^[4]。

美国铁路粮食运输流向主要取决于粮食的产地、加工地、消费市场以及出口港口的位置。总体而言，美国的粮食运输流向呈现出从产地到消费市场和出口港口的明显关联趋势，运距越长，铁路运输占比越高。以玉米为例(占铁路粮食运输装车数的51%)，其典型路线如北达科他州法戈至俄勒冈州波特兰(2 414 km)，凸显出铁路在长距离运输中的成本优势，铁路占粮食出口运输的份额近40%，超过公路及内陆水运^[5]。中西部及五大湖地区的玉米、大豆主产区与北部平原的小麦主产区，通过铁路长距离运输网络集中对接最大的2个粮食出口地区墨西哥湾和太平洋西北部(PNW)，形成两大粮食运输走廊，其主要运输流向为中西部至墨西哥湾、西部至PNW、中西部至墨西哥边境(如拉雷多口岸)。美国大西洋海岸运输成本较高，竞争力较弱，通过其运输的粮食主要出口西欧。

2.1.2　美国铁路粮食运输组织模式

美国铁路粮食运输系统是一种高效、结构化的运输模式。USDA基于Ⅰ级铁路公司的粮食运输统计数据，将铁路粮食运输分为2类：一是固定编组循环直达单元列车(Shuttle Train)，是在符合铁路承运商要求的穿梭装载机(Shuttle Loaders)设施基础上进行运输的固定列车，与我国大秦铁路万吨重载单元列车类似，这类列车通常固定编组75~120节专用粮食漏斗车，主要运输单一品种的粮食，且通常往返于单一产地和单一目的地之间，有高频次、大运量、快速装卸等特点，因此非常适合粮食运输；二是常规列车(Non-Shuttle Train)，通常为编组25节以上的单元列车，但运输频率较低，运量较小，且可能涉及多种货物或不同目的地。

在实际铁路运输组织中，以美国最大的BNSF铁路公司为例，其循环直达单元列车主要用于单一起点至单一终点之间的大宗单一货种整列运输，包括煤炭单元列车、粮食单元列车及其他类型的单元列车。针对粮食运输，BNSF特别推出2种标准化服务方案：固定编组循环直达单元列车(Shuttle)和目的地效率成组单元列车(Destination Efficiency Train，DET)。循环直达单元列车采用110节(长度18.9 m)或120节(长度17.4 m)有盖漏斗车和4台机车的固定编组形式，实现从始发站到终点站的循环直达运输，全程不进行编组作业，且整列装载周期不超过15 h。相比之下，DET成组单元列车虽然同样采用110节车厢的标准化编组，但允许在运输途中根据多个目的地需求进行动态拆分编组，装载作业在24 h内完成^[6]。

过去20年间，美国干线铁路粮食运输列车呈现显著的大载重、长编组变革。以BNSF为代表的铁路运营商通过优化编组，将粮食班列的标准化单元列车编组从75节提升至110节及以上，单次运输量提升约47%。采用专用漏斗车(单节有效载重约100.7 t)的长编组单元列车最快可在15 h内完成110~120辆编组装车。在此背景下，循环直达单元列车占比逐年增加，根据BNSF公司2014年的数据，大约70%的粮食运输采用循环直达单元列车，而2022年达到了80%^[7]。

采用循环直达单元列车技术在始发地和目的地之间循环运输，避开了非固定编组列车的解编作业，提高了设备利用率和车辆循环次数，可以提高铁路系统及托运人供应链的效率。根据美国地面运输委员会(STB)的统计，2024年12月美国货运铁路系统范围内循环直达单元列车的平均月周转次数为2.55次。按目的地地区划分，PNW方向的平均月周转次数为2.87次，墨西哥方向为1.6次，墨西哥湾方向为2.7次，西南地区方向为2.88次^[2]。

铁路运输效率的重要指标之一是列车运行速度，2015—2024年BNSF粮食列车周平均运行速度变化如图2所示，根据STB周度铁路服务数据测算，2024年BNSF粮食单元列车的年平均运行速度为39.6 km/h，BNSF混编货物列车的年平均运行速度为38.5 km/h，NS粮食单元列车的年平均运行速度为31.1 km/h，BNSF粮食单元列车年平均运行速度如表4所示。

2.2　车辆装备发展情况

美国铁路车辆装备的发展，主要体现在车辆重载化、列车长编组化以及单元列车运输组织的成熟。随着大载重粮食漏斗车的推广和粮食列车向标准化长编组方向演进，美国铁路粮食运输逐步形成了规模化、集约化的运行体系，并显著提升了长距离、大批量粮食运输效率。嘉吉公司(Gartgill)与伊利诺伊中央铁路公司(IC)合作开行由115节货车组成、整列装运玉米的单元列车，是美国粮食整列运输发展的早期案例之一，通过整列租赁、筒仓轨道改造及烘干技术集成，使运输成本降低50%，技术创新重构了铁路粮食物流效率基准。以C-114型有盖粮食漏斗车为例^[5]，对美国铁路粮食运输车辆技术演进进行分析。

2.2.1　车辆技术

C-114型有盖粮食漏斗车是美国铁路粮食运输中广泛采用的大型标准化车型，主要用于玉米、小麦和大豆等散装粮食运输。其采用全封闭厢体结构与重力自卸系统，通过顶部气密式装货舱口和底部多组漏斗卸料口实现高效装卸作业，成为美国铁路粮食运输的核心装备。自1994年投入运营以来，C-114型漏斗车的显著经济性推动其使用率持续增长。相较于传统C-113型漏斗车车辆总重上限119.29 t，C-114型漏斗车车辆总重上限129.73 t，通过优化结构设计实现载重提升10%。数据显示1994年仅2.4%(330万t)的粮食和油料作物通过C-114型车辆运输；至2011年，其运输占比已跃升至68.6%，运输量突破1亿t。C-114型、C-113型粮食漏斗车运量占比变化如图3所示^[8]。通过2种车型运量占比变化，清晰展示了C-114型漏斗车取代C-113型漏斗车的关键转型过程，这一装备的升级奠定了现代美国铁路粮食高效率、重载化运输的基础，其影响延续至今。

C-114型漏斗车采用全封闭车体和重力卸料结构，车内通常设置2~4个料仓，可减少谷物在运输过程中的受潮和污染风险；车体长度通常约18.3~19.8 m，有效载重通常约89~102 t。以格林布赖尔公司产品为例，其有盖漏斗车容积约120.3~186.3 m³，4 751 ft³车型容积134.5 m³；6 580 ft³车型容积186.3 m³，车辆内部长度19.46 m、车钩间长度21.03 m、最大高度4.72 m、最大宽度3.23 m，自重30.94 t、载重98.79 t、车辆总重上限129.73 t。

2.2.2　机车及其他技术

（1）机车技术升级。美国铁路行业持续投资新型柴油动力机车以替换老旧机型。通用电气公司于2009年推出高燃油效率、低排放的混合动力机车ES44C4 Evolution，该车型符合美国环境署EPA Tier 2排放标准(2005年生效)，搭载GEVO发动机，牵引功率4 400马力，最高时速121 km，油箱容量5 000加仑。截至2015年，该型机车共生产1 304台，BNSF采购了1 280台该机型，较传统直流机车燃油效率提升17%，碳排放减少70%。2015年起，BNSF开始采购符合Tier 4标准(2012年生效)的ET44C4型机车，车重195.95 t，采用了新型高压燃油技术，将氮氧化合物(NOx)排放降低了76%，同时配备轨道清洁系统(ARC)以清除积雪与杂物。截至2025年，BNSF共投入352台Tier 4机车^[9]。

（2）智能化技术应用。美国铁路广泛采用自动设备识别(AEI)系统，通过电子标签实现车辆身份电子识别，数据实时上传至托运人管理系统以支持货物追踪。燃油优化系统如Trip Optimizer™可实现列车更高效地运行，集成轨道曲率、列车质量等参数，动态生成节能运行曲线，自动调节油门与制动，可降低燃油消耗5%~15%。运输计划优化系统(如RailEdge列车运行算法)通过整合时刻表与实时数据，可提高整点交付率，使路网平均速度提升10%~20%，每年节约支出约2亿美元^[10]。

3　美国铁路粮食运输价格

3.1　美国铁路粮食运输定价体系

美国铁路粮食运输定价体系是在铁路货运市场化改革背景下逐步演化形成的，其核心特征是通过分层定价机制实现运力配置的市场化调节，相应形成由基准运价、竞拍溢价及燃油附加费构成的定价体系结构。其中，基准运价作为基础定价由铁路公司根据运输成本、线路距离等因素进行核定，其特点为刚性稳定，但无法适配粮食运输的季节性波动与运力供需变化。为了解决这一问题，承运人采用特定的定价机制，即通过竞拍机制由托运人向铁路公司支付额外溢价，以锁定远期运力使用权。燃油附加费则根据国际油价动态调整，覆盖运输过程中的燃料成本波动风险。

分层定价机制使美国铁路公司可动态调节运力分配，降低托运人违约风险，优化了资源配置效率。早期由BNSF等铁路公司首先创建的“运输证书(COT)”系统，奠定了以市场竞争方式配置铁路运力的制度基础，其包括远期合约机制、拍卖配额系统、运力锁定保障及可转让性，通过拍卖竞价将运力分配给出价最高的托运人^[11]，也对应形成一级市场和二级市场的分层定价结构。一级市场主要用于远期运力配置，价格波动相对平缓。二级市场则为运力使用权的流转提供平台，价格受短期供需关系影响显著。一级市场实质是远期运力期货合约，用于对冲未来风险。二级市场是一级市场合约持有者，可将运力使用权在托运人之间二级流转，形成市场化交易平台，为未签订远期合同的临时需求者提供灵活运力获取渠道。通过分层定价机制，美国铁路粮食运输能够在保障基本运输服务的同时，利用价格信号调节运力供给，提高铁路资源配置效率。

3.2　美国铁路粮食运输价格

1980年《斯塔格斯铁路法案》通过放松管制赋予美国铁路公司运价制定自主权，允许其与托运人自由协商合同运价，同时推动行业整合形成区域性寡头垄断格局，Ⅰ级铁路公司数量从1980年的33家缩减至2023年的6家。这种市场集中化显著增强了铁路企业的议价能力，2011年前四大Ⅰ级铁路公司承担了86%的粮食和油料作物运量，较1980年的53%大幅提升^[12]。由于缺乏替代运输方式，Ⅰ级铁路公司的市场支配地位叠加通胀压力导致运价持续攀升。USDA数据显示，循环直达单元列车运价从2012年3月的195美元/车上涨至2025年2月的262美元/车(累计涨幅34.4%)，非循环直达单元列车运价同期从227美元/车涨至342美元/车(涨幅50.7%)。美国铁路粮食运价呈现非线性的波动特征，其变化受运输方式竞争、行业供需关系、能源成本及全球供应链协同效应共同驱动，而非遵循传统“递远递减”规律。尽管拍卖溢价和二级市场加价通常占比较小，但在运力紧张时期(如需求激增或供给短缺)，这2项附加费用可能超过基准运价和燃油附加费的总和。2025年2月燃油附加费维持在0.106美元/km，环比持平但较3年均值低13美分，反映出能源成本对运价影响的阶段性缓和。2025年2月美国铁路粮食运输部分线路运费统计如表5所示。

4　对我国铁路粮食运输的启示

美国铁路粮食运输体系的成功，得益于在宏观层面，形成了以铁路为骨干，与驳船、卡车高效协同的多式联运网络；在运营层面，通过推广循环直达单元列车和成组单元列车等标准化、集约化的高效直通/分拨运输模式，实现了规模经济效益；在技术层面，持续推进轴重提升、机车升级和以C-114型为代表的重载车辆技术，大幅降低了单位运输成本；在市场层面，自《斯塔格斯铁路法案》以来形成的市场化、弹性定价机制，有效调节了市场运力配置，激发了铁路企业提升服务的积极性。

美国铁路粮食运输的先进经验对优化我国粮食运输体系、保障国家粮食安全具有重要的现实借鉴意义。结合我国农业生产分散化、区域发展不均衡的国情，未来可从以下方面寻求突破。

（1）构建以铁路为骨干的粮食多式联运体系。借鉴美国经验，加强我国粮食主产区与主销区、港口之间的铁路通道建设，提升铁路在粮食长距离运输中的承运比重。同时，优化铁路货运场站与港口、公路枢纽的衔接，大力发展铁水联运、铁公联运，打破不同运输方式间的壁垒，降低全程物流成本。

（2）推广集约化、标准化的运输单元。积极探索适应我国国情的整列直通运输等高效组织模式，针对玉米、大豆、小麦等主要粮食品种，逐步推广标准化、专业化的散粮运输装备，提高车辆周转效率和装卸自动化水平，减少粮食在运输环节的损耗。

（3）深化粮食运输市场化定价改革。在当前铁路货运价格市场化改革的背景下，可借鉴美国铁路基于供需关系、运输距离和服务标准的弹性定价机制。探索建立与市场联动的粮食运价浮动模型，允许供需双方在一定范围内协商定价，利用价格杠杆引导粮食错峰运输、均衡外运，提高铁路资源的配置效率。

5　结束语

围绕美国粮食铁路运输的产销空间格局、运输组织方式、车辆装备特征和运价形成机制进行了系统梳理。研究表明，美国铁路依托固定编组穿梭列车与非穿梭运输协同组织，形成了由内陆主产区连接出口港口和内陆消费中心的骨干运输通道；依托大容积有盖漏斗车、长编组和快速装卸设施，持续提升了大宗粮食长距离运输的单位运能与周转效率；同时，通过基准运价、竞拍溢价和燃油附加费共同构成的分层定价机制，实现了运力资源的市场化配置。研究有助于深化对大宗粮食铁路运输规律的认识，也可为我国铁路粮食运输组织、装备配置和运价机制研究提供参考。

参考文献

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基金资助

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(J2024X005)