無人機在農業植保領域應用探析

□文/程根德 劉 曼

（河南科技大學管理學院 河南·洛陽）

［提要］ 農業是國民經濟建設與發展的基礎產業，無人機在農業植保領域的應用充分體現現代化農業的優勢作用。為探尋植保無人機未來發展方向，本文分別從無人機在農業植保領域的發展歷程、應用與影響因素等角度分析植保無人機發展現狀。研究發現：植保無人機領域存在政府政策支撐手段較為單一、行業產業鏈運作不流暢、植保無人機技術有待改進、行業規范體系建設落后于行業發展速度等問題。并圍繞該領域政策、產業鏈、技術和標準提出針對性的建議。

農業是我國國民經濟建設與發展的基礎產業，現代化農業發展依托現代化技術提高生產效率。農業植保是現代農業發展的重要工作內容之一，而無人機在農業植保領域的應用滿足了農業作業過程中高效率低成本的作業需求。植保無人機依托網絡信息技術為應用基礎，以便捷、高效、智能的理念為研發思路，為植保無人機的實際操作帶來深刻改變。由于我國廣大地區特有的種植模式和作物特性，傳統的地面機具無法下田，開展植保無人機的推廣和應用，不僅可以幫助減輕農民工作量、重構我國現代農業體系的形成，而且對于推動我國農業機械化進步，提高我國農業在世界的地位具有重要意義。

本文通過研究無人機在農業植保領域的應用與發展情況，理清植保無人機的發展邏輯，發現植保無人機快速發展過程中產生的問題，為其未來發展方向提供針對性建議，推動農業生產智能化、數據化、信息化，發展智慧農業，促進農業轉型升級。

一、無人機在農業植保領域發展歷程

國內的植保無人機產業發展已有十余年，實現了從無到有、從理論到實踐再到商業開發的快速發展。本文結合植保無人機產業發展歷程的特點，將植保無人機發展大致分為五個階段。

（一）概念機階段（2004～2008 年）。這一階段的植保無人機概念開始從國外傳入，概念相對模糊，僅限于行業內部傳播，尚未形成較高影響力，缺少有效成品。這個階段的植保無人機特點：無作業能力、無盈利能力。

（二）演示機階段（2009～2012 年）。該階段的演示機開始在實驗室出現并逐漸實驗于農田，植保無人機技術快速發展并出現電動無人機，商業價值初顯，這一領域概念開始對外傳播并產生一定影響。這個階段的植保無人機特點：作業能力較弱、無盈利能力。

（三）商業開發階段（2013～2017 年）。這個階段的植保無人機已經能夠完整地完成農田內的植保作業任務，商業價值與行業未來向好。電動無人機逐漸占據農業植保領域統治地位。眾多無人機公司進入這一領域搶占市場銷售份額，行業內人力資源快速增長，商業價值顯現、行業模式完善。這個階段的植保無人機特點：作業能力較強、盈利能力開始顯現并快速提升。

（四）商業發展階段（2018～2020 年）。植保無人機已經開發出播種、噴灑等多種機型，受到各類型農業生產方的認可與使用。植保無人機市場規模與保有量爆發增長，農機作業服務組織將植保無人機作業列入重點開發項目，技術開發和服務能力進一步發展。這個階段的植保無人機及領域特點：作業與盈利能力成熟、大量相關商業機構涌現。

（五）產業化階段（2021 年至今）。在此階段，植保無人機的技術開發、規模生產、商業應用等模塊共同構成了該成熟行業。大量社會資源注入，提高了行業活力，除無人機生產公司外，個別農機作業服務組織也開始整合市場資源擴大規模，行業開始出現產業鏈并逐漸發展成熟。階段的行業特點為規模化、專業化、社會化、金融化，行業進入成熟產業化運作階段。

二、植保無人機應用現狀調查

（一）保有現狀。近幾年，我國植保無人機保有量持續增加，據中商產業研究院統計，2016 年植保無人機保有量6，500 架，截至2019 年底，我國共生產各類植保無人機170 多個品種，保有量5.5 萬余架，作業面積超過8.5 億畝次。2020 年我國植保無人機數量達到了10 萬架。（圖1）

圖1 2016～2021 年我國植保無人機保有量趨勢柱狀圖

（二）應用優勢。實踐表明，無人機在農業植保領域的應用優勢明顯，由于植保無人機可在植保工作中承擔多項任務，下面僅以農藥噴灑類植保無人機為例。

1、噴防效率高。目前，市場上無人機根據油電動力不同，載藥量一般在5～30kg 左右，部分機型甚至可達80kg，噴藥效率可達3～4hm2/h-1，噴防效率是傳統人工的30～50 倍。

2、適用性廣泛。植保無人機垂直起降、空中作業、遠程操控，基本可以忽略地理條件所帶來的限制，能夠在山區、丘陵、水田等特殊作業環境下正常使用，可廣泛用于各種地形、作物的植保作業中。

3、農藥利用率高。植保無人機采用超低量噴霧技術，保證農藥噴灑均勻適量，同時利用無人機飛行時的下壓風場可提高農藥噴灑穿透力與覆蓋面，提高作物葉片反面與莖部根部施藥覆蓋率。與傳統人工相比，植保無人機減少了30%～50%的農藥使用量，降低農藥使用過量導致的作物燒苗、人員中毒的可能性。

4、應用成本低。植保無人機的高噴防效率、高農藥利用率、低人力需求等特點使其直接成本相較于傳統人工低5～8 倍，同時降低了作業過程中作物損毀、人員中毒等隱藏風險成本，提高了農業生產利潤率。

（三）推廣模式

1、農戶自購推廣模式。農戶自購無人機推廣模式是指在針對普通農戶以直接演示的方式進行推廣。受作業需求、合理用藥、人工成本影響，植保無人機受到越來越多的普通農戶關注。但是，自購無人機的情況較少出現，主要受資金投入、自身教育水平、農機信息等因素的制約，缺少對新技術的吸收能力。因此，植保無人機在普通農戶中推廣極其困難，唯有少量大型農戶、土地承包戶等對象才會考慮購入。

2、農民合作社購買推廣模式。農民合作社購買推廣模式是指向農民合作社推廣植保無人機，由合作社內部會員專人接受培訓后負責合作社區域內的植保無人機作業。農民合作社以集體資金決定購買，在資金問題上有一定支付能力。但合作社內部決策權較分散，多數社員文化水平與新事物接受能力較弱，很難支持投入大量資金購物植保無人機及相關配套設施，對植保無人機推廣產生一定阻力。

3、農機作業服務公司推廣模式。農機作業服務公司推廣模式是指向農機作業服務公司推廣植保無人機，由公司提供培訓后的專業人員進行飛控工作，為各類農戶提供植保無人機作業服務。農機作業服務公司資金充足、接受新裝備新技術的意愿較強、擁有大量穩定的服務顧客，是植保無人機推廣的優質對象。公司作為推廣的第三方，以提供服務的形式，通過自身市場渠道幫助植保無人機快速推廣，減少了農戶自身因素對推廣的阻力。以洛陽市為例，洛陽市植保無人機作業實施單位共三類：種植大戶購買自用，占總作業面積的2.1%；農業服務公司飛防作業，占總作業面積的94.8%；無人機生產企業組織的植保飛防作業，占總作業面積的3.1%。

綜上，在實際植保無人機推廣過程中，無人機企業和農戶作為推廣的主客體均表現不佳，而作為推廣的第三方，農機作業服務公司的作業面積占比極大，推廣效果顯著。

三、植保無人機發展影響因素分析

（一）政策因素：鼓勵科技轉化，政策補貼支持。如圖2 所示，近年來，植保無人機購機補貼政策穩步推行，范圍與規模逐漸擴大，由此可以看出，國家對植保無人機相關科技創新成果能夠促進農業生產效率的提高持認可與支持的態度，并通過補貼等政策鼓勵引導科技創新成果轉化應用。表1 是近年各省（市）植保無人機補貼具體情況。（圖2、表1）

表1 部分省（市）植保無人機購機補貼情況一覽表

圖2 我國關于植保無人機補貼政策時間流程圖

（二）經濟因素：多方因素驅動，市場前景向好。我國植保無人機市場規模逐年上升，2019 年市場規模約為46.60 億元。在疫情、5G 應用、無人機技術革新等多方面因素影響下，2020 年植保無人機行業迎來新一輪爆發，市場規模增至67.9 億元。據中商產業研究院預計，2021 年我國植保無人機市場規模將達95.61 億元。（圖3）

圖3 2016～2021 年我國植保無人機市場規模趨勢柱狀圖

（三）社會因素：農業勞動力流失大，植保機械化水平低。據國土資源部調查數據顯示，2020 年全國耕地保有量超過18.65 億畝，需要大量的農業植保作業。隨著人口老齡化趨勢嚴峻、農村人口流動加快，農村勞動力逐漸不足，導致農業生產效率低下。高效的植保無人機作業可替代人工作業。但目前我國農業植保作業的機械化水平相對于發達國家仍有較大差距。美國、日本等國家農業現代化程度高，植保機械滲透率已經超過50%，而我國尚未達到5%，因此我國植保機械滲透率提升具有巨大潛力。

（四）技術因素：行業規范體系正在建立，駕駛資格認定初見規模。行業標準作為企業從事產品生產與技術服務過程中的支撐依據，是確保產品與服務質量、提高市場競爭力的基礎條件。

2018 年《植保無人飛機質量評價技術規范》作為我國第一部關于植保無人機產品的行業標準頒布實施，為行業內產品生產提供統一規范。同時，《植保無人飛機作業質量》、《遙控飛行噴霧劑試驗方法》《無人機駕駛航空器系統標準體系建設指南》等相關標準為植保無人機的體系標準化奠定堅實基礎。行業規范體系的建立也推動了無人機駕駛員資格認定的進程，《2020 年度中國AOPA 民用無人機駕駛員報告》數據顯示，截至2020 年12 月31 日經中國AOPA 審定合格、現具備培訓資質的訓練機構共383 家，其中217 家獲得植保多旋翼無人機駕駛員培訓資質。

四、植保無人機發展中的問題

（一）政府職能分配不清，政策支撐手段較為單一。植保無人機的國家監管部門涉及到農業農村部、中國民用航空局及工業和信息化部等，例如農業農村部開展了購機補貼、扶持作業組織、進行作業指揮、制定行業標準等工作；中國民用航空局先后出臺無人機飛行、駕駛員管理、無人機登記等標準；工業和信息化部起草與發布了無人機制造業與生產管理的相關指導意見與辦法。除此之外，國家標準化管理委員會等一眾部門都參與到植保無人機的監督管理中。各部門均將植保無人機管理納入職責范圍并開展工作，造成職能交叉和管理不清現象，不利于行業發展。

目前，國家政策對無人機在農業植保領域應用的支持與推動，多為提供購機補貼，支撐宏觀發展植保無人機的政策手段較為單一，相關政策在配套設施建設、專業人才培養、商業金融支持等多方面尚未涉及或落實，難以發揮政府在植保無人機行業領域中助力者與調控者的作用。

（二）行業產業鏈存在主體薄弱環節，產業運作不流暢。如圖4 所示，植保無人機行業在未來必將向產業化方向發展，但目前的產業鏈主體中，農機作業服務組織是較為薄弱的一環。在上文分析中，在各類作業服務主體中，農機作業服務公司擁有最為有利的發展條件，獨立的商業化模式能夠提供高效、便捷的植保服務，避免因資金、技術、觀念等問題帶來消極影響。（圖4）

圖4 植保無人機產業鏈運行圖

愛企查數據顯示，截至2021 年7 月，共有66，609 家公司從事相關農機作業服務，但這一類型公司絕大多數僅為地方公司，經營地區較小，公司規模不大，行業內部混亂，缺少龍頭企業引領行業規范，整合市場資源。作為產業鏈中的重要一環，這一主體的薄弱將直接影響到產業運作流程中推廣、應用與反饋環節，造成短板問題，阻礙植保無人機行業的進一步發展。

（三）植保無人機技術有待改進。無人機的未來發展前景非常廣闊，但是就當前農業植保技術層次情況來看，并不能夠完全適應，綜合考慮主要是由于該項技術尚不完全成熟。在科技成果轉化的過程中，一些實際應用問題與現實作業要求是相關科研人員需要及時面對并解決的問題。（1）續航問題。當下無人機持續作業時間依然不能滿足生產實際需要，需重點解決相關問題，如續航能力不足、充電時間過長等。（2）安全問題。植保無人機作為無人機內駕駛的遠程操控農具，在安全保障問題方面需要著重注意，如自動躲避障礙、耐久性等能力。（3）操作問題。目前，多數植保無人機操作要求較高，需要長期從事的專業人員進行操作，而專業無人機飛手目前數量較少、供不應求，限制了植保無人機大面積推廣。簡化操作難度，提高自動化水平，從技術研發方面降低無人機操作門檻將成為植保無人機應用推廣的重要條件。

（四）植保無人機標準化體系建設落后于當前行業發展速度。雖然目前國內相關機構民用無人機系統標準制定工作取得了一定的成果，但依然存在一些問題和挑戰。根據工業和信息化部等多部門聯合提出的階段性建設目標，2020 年制定和修訂300 項以上無人駕駛航空器系統標準，實現標準基本滿足行業應用需求。

根據目前已發布的標準體系來看，各級別標準雖有立項，但根據全國標準信息公共服務平臺數據顯示，截至2021 年7 月（以發布時間為統計標準），我國共有無人機相關現行國家標準19 項，各級標準68項，其中植保無人機各級標準共12 項，與目標相比完成情況不容樂觀，行業規范體系建設進度無法滿足當前快速發展的無人機行業的需要，尤其是國家強制標準，導致行業魚龍混雜，不僅質量得不到保證，損害農民利益，而且存在安全隱患，嚴重制約著行業的可持續發展。

五、植保無人機發展路徑探析

（一）推行多角度的政策指導與支持，引領政策多向化。明確植保無人機的主要監管部門和職責，建立專門組織機構主持相關工作。在政策方面，靈活運用供給面、需求面、環境面政策工具，健全植保無人機周邊領域建設，引領政策多向化。在供給面政策工具中，除資金投入外，還應實施人才機制、基礎設施、公共服務等政策。鼓勵各高校開設無人駕駛航空器系統工程、無人機應用技術等專業，培養植保無人機技術開發與應用人才；大力建設植保無人機配套社會化服務體系，滿足相關保險、租賃、維修、充電和推廣等配套服務需求。在需求面政策工具中，實施校企合作、示范工程等政策。指導各高校相關專業積極與行業各類企業建立技術、人員等方面的密切聯系，鼓勵學生進入作業場地實踐學習；建立現代化農業示范工程，提高植保無人機作業率，探索新型農業模式。在環境面政策工具中，實施金融支持、稅收優惠、法規管制。支持金融機構開展無人機信貸業務支持，實施利率補貼，減少企業資金壓力；給予從事植保無人機的企業和個人賦稅上的減免；加快出臺涉及植保無人機發展的一系列法律法規、管理制度。

（二）完善行業產業鏈運作，促進市場產業化。針對植保無人機產業鏈主體來看，農機作業服務組織存在脫節現象，在產業運作中較為混亂，缺少龍頭企業的龍頭作業，沒有形成規模性的市場參與主體。目前從事農機作業服務的組織分為無人機公司服務團隊、農機作業公司和合作社自主作業三種，其中無人機公司服務團隊與合作社自作業均為上下游主體跨領域經營，進一步分散了農機作業領域主體的職能，壓縮專業組織的生存空間。這一問題的產生原因是相互的，一方面無人機公司與農戶因市場缺少能夠提供植保無人機作業的組織而被迫參與作業；另一方面少量植保無人機作業組織因上下游主體跨領域作業而被壓縮了生存空間，造成這一領域專業主體弱勢的惡性循環。

市場規則并不排斥上下游主體跨領域經營，但領域內需要出現龍頭企業起到引領與示范作用，積極融入產業鏈運作中。因此，農機作業服務組織這一主體需要得到社會的重視并吸收大量社會資源形成專業性公司。無論是無人機公司投入資金開設農機作業服務子公司，還是地區大型農戶形成聯盟組建農機作業公司，亦或是專業農機作業公司吸收社會資本擴大公司規模，都是增強這一領域主體地位與專業性的有效手段，是擴大經營范圍、吸收社會資源，進而形成領域競爭并產生發展活力的首要條件。

同時，農機作業服務組織也應主動融入產業鏈，要有合作共贏的遠見，積極與無人機供應商合作，完善植保無人機的功能；定期對無人機駕駛員進行培訓與資格審查，保障植保無人機服務的效果和安全。在推廣過程中，優先與土地規模集中的種植大戶和農民合作社進行合作，形成以戶帶村、以點帶面的示范效應。同時，支持公司通過合并、兼并、收購等形式擴大公司規模，走出地方營業區域，建立規模化產業引領行業發展，提升市場活力。（圖5）

圖5 以農機作業服務組織為視角的植保無人機行業產業鏈圖

（三）主張技術開發方向與實踐作業需求相匹配，推動技術成熟化。目前，植保無人機在續航、安全、操作以及其他實際應用方面問題頗多，這要求相關科研人員加強技術開發，攻堅克難解決各類問題，提升植保無人機的使用價值，使得植保無人機更加適用于各類植保作業，達到技術開發方向與實踐作業需求相匹配。同時，行業內的技術成熟不僅僅指純技術領域的完善，還要求良好的成果轉化渠道。相關政府部門以及科研機構應采取一系列措施激勵植保無人機相關技術成果轉化，為成果轉化提供政策、資金、人員方面的便利，減少轉化中的非技術難題，營造良好的技術研發環境。

（四）加快植保無人機標準化體系建設，打造標準規范化。在植保無人機相關標準制定的過程中，應著力加快行業急需的基礎類標準，例如植保無人機及部件的制造標準、維修標準、報廢標準、市場監管標準等。在標準內容方面，應盡可能提供詳細的測試數據標準與測試方法，如植保無人機作業的最大飛行高度、飛行速度等。詳細的測試數據標準與測試方法將簡單有效客觀地證明生產企業的產品合格率，有利于植保無人機產業健康發展與市場的有效管理。