植保無人機助推山區智慧農業發展的路徑分析*

陳武強 ， 田 波 ，滕召友 ，伍 艷 ，范清瑤 ，夏衛生

（1.長沙巨鼎工程技術有限公司，湖南 長沙 410081；2.湖南師范大學地理科學學院，湖南 長沙 410081）

習近平總書記多次強調全面建設社會主義現代化國家，大頭、重頭在“三農”，基礎和潛力也在“三農”[1]。但現階段我國農業生產條件并不樂觀，山地丘陵地區達到國土面積的60%左右，山區農作物播種面積占到總耕地面積的30%左右，生產條件優越的耕地數量不斷減少，可見山區農業是未來農業產業發展的重要潛力所在[2]。智慧農業尤其是植保無人機等小型機械技術的不斷成熟，能夠有效改善山區農業生態環境，顯著提高農業生產經營效率。因此，近年來我國愈發重視智慧農業[1]。當前，相關學者圍繞智慧農業問題展開了大量研究，研究內容主要集中在智慧農業的作用[3-5]、挑戰與對策[6-7]、與“互聯網+農業”的關系[8]等方面。而對于植保無人機，學者們主要關注其技術改良[9-11]、實踐應用[12-13]、現狀與建議[14-16]、管理機制[17-18]等方面。不難發現，關于兩者結合的研究較少，但目前我國智慧農業市場規模逐年擴大，無人機植保市場占據了主要地位。因此，本文從植保無人機在山區智慧農業中發揮的作用出發，試分析其發展路徑。

1 山區植保無人機發展現狀

1.1 市場現狀

隨著國家對糧食安全的重視程度不斷提高，植保無人機市場規模不斷擴大。首先從丘陵山區的自然條件出發，丘陵山區承載著生產我國大部分糧食以及特色農產品的重擔，但山區地勢起伏、耕地破碎，缺少足夠數量的平整機耕路，大型機械難以到達。受此限制，丘陵山區農業機械化水平遠低于全國機械化平均水平[19]。其次從丘陵山區的資源條件來看，相關研究（農機化司丘陵山區摸底調查）的數據表明，中國丘陵山區耕地面積近4 700萬hm2，占全國耕地面積的37%左右[20]。從農業需求來看，雖然我國是農業大國但農業投入產出比并不高，根據全國農技中心有關2023年農作物主要病蟲害趨勢的數據來看，主要糧食作物重大病蟲害呈重發態勢，預計發生面積20.20億畝次，如不采取有效防控措施，潛在產量損失將達3 500億斤以上。目前，國內病蟲草害防治仍然依靠人工農藥噴灑，農藥噴灑平均一年兩季，一季至少需要4次。而且我國種植大量高稈作物，大型機械無法作業，只能依靠人工噴灑農藥。但是隨著空心村、農村勞動力減少等問題的出現，農業生產逐漸無法負擔農藥噴灑帶來的大量勞動力消耗。綜上可知，植保無人機憑借著其高效安全、節水節藥等優勢，對國內山區智慧農業生產發展有著重大推動作用，具有較大的市場發展潛力。植保無人機成為時下熱點業務，出現了發展植保和飛防智慧農業管理平臺的大疆、專注農業無人化的極飛、形成農業飛防完整產業鏈的全豐、打造共享智慧農業服務生態系統的漢和航空、走向植保無人機人才培育的飛鷹兄弟等多家頭部植保無人機企業[20]。

1.2 政策現狀

改革開放以來，“三農”問題一直是中央工作的重點，其中，歷年中央一號文件多次提及智慧農業、“互聯網+農業”等關鍵詞[1]。2012年中央一號文件明確要求加強農業各方面科技創新；2015年，首次將“農業現代化”作為中央一號文件的首要議題，提出支持農機、化肥、農藥企業技術創新；2018年，在鄉村振興戰略意見中首次提出數字農業，到2023年相關政策也一直強調農村數字化推進智慧農業發展。隨著“十四五”時期的到來，我國物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術發展飛速，成為推動我國邁向智慧農業時代的有力支持。中央網信辦等十部門印發《數字鄉村發展行動計劃（2022—2025年）》，強調加快智慧農業的創新發展。從政策的發展過程中不難發現，中央對于智慧農業的發展極為重視，政策上的支持帶給了智慧農業更多的發展潛力和機會。

2014年起，中央多條重要文件明確指出要加強農業方面的航空農機建設，地方政府隨后也出臺了多項相關政策推動植保無人機發展。首先是購機補貼政策，2017年正式發布《農業部辦公廳財政部辦公廳中國民用航空局綜合司關于開展農機購置補貼引導植保無人飛機規范應用試點工作的通知》，植保無人機補貼指導意見文件隨之發行。其次是支持飛防組織和服務發展，政府不僅鼓勵植保無人機企業拓展產業鏈，支持不同發展方向的企業互相合作建立飛防服務體系，還利用農作物病蟲疫情統防統治補助、相關項目資金，支持各地大規模開展植保無人機病蟲防控。政府同時展開了植保無人機人才培訓工作，2015年起，開展“百縣萬名農民骨干科學用藥培訓行動”；2016年成立“國家航空植保科技創新聯盟”，同年啟動農用航機相關的國家重點研發項目；2017年開展新型植保機械使用與安全用藥培訓，開啟農村實用人才培訓工程。

2 山區植保無人機發展問題

2.1 推廣難度大

一是經濟要素阻礙了植保無人機在山區的推廣。雖然國家發行了植保無人機購置補貼的相關政策，但植保無人機對于山區單戶農民來說投入產出比仍然較低，山區耕地面積小，無人機單位面積使用成本高，后期維護保養技術成本也高。二是丘陵山區相比平原農村經濟發展更加滯后，這導致了山區農民平均收入低，購買無人機的意愿和能力都不強。三是山區地塊高低不平、坡度大，耕地破碎，植保無人機在小面積耕地作業成本高，且政策推廣力度不足，山區農民對植保無人機的認知較少。目前，我國農機推廣較為滯后[21]，依然停留在大型常規機械，植保無人機尚未成為我國農機推廣的主力方向，植保無人機甚至還未列入國家級農機補貼目錄。這使得山區農民對植保無人機知之甚少，再加上其經濟能力不足，很難產生購買植保無人機的意愿[22]。

2.2 缺少系統監管

無人機市場熱度不斷攀升，國內外眾多資本以及互聯網企業紛紛介入，加快了植保無人機的技術創新，價格趨低，在其推廣方面發揮著不可或缺的作用。但同時，植保無人機仍然屬于新興行業，政府對于企業和行業的監管嚴重滯后，相關法規尚未出臺，植保無人機生產標準尚在制定，提供植保無人機運營服務的企業還未形成地理上的集聚效應，大大制約了植保無人機產業發展。一方面，植保無人機屬于高新技術產物，市場上不同企業生產的植保無人機類別多樣，但植保無人機生產標準不一，不利于山區植保無人機的推廣教學以及后續的維修保養，且易產生農藥噴灑精度、越障能力、電池續航不足等問題。另一方面是安全問題，雖然植保無人機飛行高度低但其載物重量大，由于山區作業環境險峻、載物大多含有毒性，所以若缺少對植保無人機的使用管理可能存在較大的安全風險。

2.3 設備技術有待完善

一是現有植保無人機在農業生產上的應用效果存在如農藥飄移[20]、農藥腐蝕等問題，山區植保無人機作業環境更加復雜惡劣。雖然已有專家和企業進行相關改進研究，但是從理論到落實仍然需要時間，且未來性能如何難以確定。二是植保無人機在設備方面存在缺陷，如電池續航能力不強[23]、操作便利性不足等，而這些難題恰恰是植保無人機在山區發展的關鍵。目前市場上的植保無人機主要分為燃油、電動兩種機型。燃油機型存在噪聲大、維護保養困難的缺陷；電動機型在電池續航、重量負荷上存在缺陷，無法長時間作業。植保無人機在性能、發動機、電池、駕駛儀[12]等多方面都有待進一步完善，再加上在山區實現植保無人機前期學習、后期維修保養相當困難，使得植保無人機很難對山區智慧農業發展起到推動作用。

3 發展路徑分析

“三農”工作長期以來都是國家發展的重中之重，近年來更是不斷強調“現代農業科技和物質裝備支撐智慧農業發展”以及“丘陵山區農機裝備研發制造”，足以表明國家對丘陵山地機械化發展的重視程度。而植保無人機作為高端智能農機裝備，如何更好轉向山區作業，助力智慧農業發展，也成為重要的課題。因此，根據前文分析，探究山區植保無人機相關發展路徑，如圖1所示。

圖1 發展路徑

3.1 構建符合山區實際情況的特色植保無人機監管模式

根據山區植保無人機發展的現有困境和目標，政府相關部門應出臺相關法規構建符合山區實際情況的特色植保無人機監管模式。一是要確定山區植保無人機區別于其他作業環境下的生產、操作標準。山區植保無人機是面向山區農業生產的特殊民用航空器，在山區農業生產上，對其信號、電池續航、航線規劃、越障靈敏度等方面都有特殊的性能要求，應從這些要求出發，對山區植保無人機性能進行標準上的優化，明確規范山區植保無人機的企業生產許可、飛手的飛行許可。二是實行山區植保無人機實名購買、發證歸檔制度，確保相關部門確切掌握山區植保無人機的使用者身份信息以及操作水平。雖然山區植保無人機是作為農業機械生產，但因其機型特殊性、荷載物存在毒性、操作環境復雜、接觸人員混雜等特點，存在較大的安全風險。實行用戶實名購買、政府發證歸檔，確保植保無人機責任主體明確，飛行安全有保證。再鼓勵由農村集體牽頭，建立“農戶+企業+集體”的合作模式。一方面是山區經濟落后，耕地破碎、單位面積小，單戶購買無人機的難度與成本巨大。由集體牽頭與提供專業化、高性價比服務的無人機植保服務公司合作，能夠大大降低植保無人機集中監管難度。從另一方面來看，農業植保無人機具有安全風險和操作難度，購買人群過于分散易導致管理和教學難度增加。三是要加快制定植保無人機管理政策，植保無人機作為新興科技產業，科研投入大且回報周期長，山區智慧農業具有經濟基礎差、自然條件以及基礎農業條件差的特點。為了讓植保無人機成為山區智慧農業的重要助力，需要政府政策的大力支持。除去原有的植保無人機購機補貼，政府相關部門可以考慮鼓勵企業面向山區智慧農業應用場景進行性能創新，牽頭社會資本加大對山區智慧農業發展的支持力度，成立專項資金項目開展山區農業購機補貼。

3.2 發展山區植保無人機信息化管理系統

近年來，國內物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術飛速發展，中央也多次指明智慧農業將是我國農業發展的未來方向，山區智慧農業發展需求更是龐大。因此，植保無人機并不能停留在孤立的、單一功能的飛行器這一定位，要進一步推動植保無人機的智能化發展[24]，加快融入智慧系統的進程。這就需要構建起完善的植保無人機信息化管理系統[25]，充分發揮山區植保無人機高效、適應山區地形等性能特點，結合北斗系統的精準定位功能以及物聯網、人工智能、大數據等現代信息技術，在智慧農業的生產全過程通過傳感器和云計算實現山區作業信息感知精準管理和智能控制。例如農業用地變化勘測，利用植保無人機采集山區農業用地圖斑形狀、面積等數據，及時掌握農地用途流轉變化，大大提高耕地紅線控制、土地規模流轉、山區林地保護、土地用途管制等的便利程度。還可以發展農田生化信息獲取技術，獲取土壤肥力、農作物生長情況、農作物病蟲害等信息，以便監控農田生產情況，做出及時反應，從而精準施肥施藥，在節約肥藥資源的同時保護農作物和土壤健康。還可以進行山區環境生態風險監控，通過對土壤理化性質、植被覆蓋、地塊形狀等多種信息的掌握，形成初步的環境生態評估，及時預警并進行精準防護。此外，還可以實現農業生產布局智能規劃，通過植保無人機傳感器收集農田信息，結合智慧系統科學地進行農業生產布局，由此形成不同田塊的農業生產布局方案，有效解決丘陵地區農戶科學知識水平不足導致的過度用田和布局不當問題，在節省農戶時間的同時提高產量。

3.3 確定山區植保無人機科技創新方向

植保無人機創新能夠加快積累山區智慧農業技術優勢，但首先要更加精準化，山區耕地破碎、地形起伏大、農業范圍廣，農業生產具有規模小、品種多的特點。因此，在植保無人機的技術創新上理應有所側重。應當重點攻克植保無人機山區應用場景下的高精度、低功耗、易越障等特定要求。其次要更加智能化，提高用戶體驗。當前植保無人機的操作仍然較為復雜，技術門檻較高。但我國城鎮化、人口老齡化速度加快，決定了當下很大一部分農民仍然是學識水平較低的中老年人。為提升用戶的體驗感和推動山區植保無人機的推廣，植保無人機應該朝著更加智能化的方向發展，大力研發智能規劃路線、一鍵起飛、自動作業、自動充電等功能[26]。最后是要更加集中化，要針對當前突出問題如電池續航、藥物飄移、載藥量等，集中力量進行攻克，目前各頭部植保無人機企業各自為政，政府需要科學指導和統籌安排各企業技術創新的方向和力量分配，積蓄山區植保無人機科技創新力量。

4 結論

隨著科學技術的快速發展，植保工作的作業范圍、智能化程度都得到了進一步擴大和提高，尤其是在傳統大型機械難以到達的丘陵山區實現了一定程度的農業機械化。因此，各地政府也不斷發布補貼、鼓勵政策，對植保無人機進行推廣，植保無人機市場規模不斷擴大。可以預見，未來植保無人機市場會發展得更加繁榮。本文通過對目前植保無人機以及智慧農業發展的市場、政策現狀進行分析和梳理，充分認識到了植保無人機在山區農業市場的巨大潛力以及其對智慧農業發展的推動作用，對植保無人機現階段無法在山區農業發揮其應有作用的阻礙進行了深入探究，最后對現階段植保無人機助推山區智慧農業發展的路徑進行了分析和探討，對于增強山區智慧農業發展內生動力、奠定山區智慧農業及鄉村振興發展基礎具有一定參考價值。