无人机在农业植保领域应用探析

□文/程根德 刘 曼

（河南科技大学管理学院 河南·洛阳）

［提要］ 农业是国民经济建设与发展的基础产业，无人机在农业植保领域的应用充分体现现代化农业的优势作用。为探寻植保无人机未来发展方向，本文分别从无人机在农业植保领域的发展历程、应用与影响因素等角度分析植保无人机发展现状。研究发现：植保无人机领域存在政府政策支撑手段较为单一、行业产业链运作不流畅、植保无人机技术有待改进、行业规范体系建设落后于行业发展速度等问题。并围绕该领域政策、产业链、技术和标准提出针对性的建议。

农业是我国国民经济建设与发展的基础产业，现代化农业发展依托现代化技术提高生产效率。农业植保是现代农业发展的重要工作内容之一，而无人机在农业植保领域的应用满足了农业作业过程中高效率低成本的作业需求。植保无人机依托网络信息技术为应用基础，以便捷、高效、智能的理念为研发思路，为植保无人机的实际操作带来深刻改变。由于我国广大地区特有的种植模式和作物特性，传统的地面机具无法下田，开展植保无人机的推广和应用，不仅可以帮助减轻农民工作量、重构我国现代农业体系的形成，而且对于推动我国农业机械化进步，提高我国农业在世界的地位具有重要意义。

本文通过研究无人机在农业植保领域的应用与发展情况，理清植保无人机的发展逻辑，发现植保无人机快速发展过程中产生的问题，为其未来发展方向提供针对性建议，推动农业生产智能化、数据化、信息化，发展智慧农业，促进农业转型升级。

一、无人机在农业植保领域发展历程

国内的植保无人机产业发展已有十余年，实现了从无到有、从理论到实践再到商业开发的快速发展。本文结合植保无人机产业发展历程的特点，将植保无人机发展大致分为五个阶段。

（一）概念机阶段（2004～2008 年）。这一阶段的植保无人机概念开始从国外传入，概念相对模糊，仅限于行业内部传播，尚未形成较高影响力，缺少有效成品。这个阶段的植保无人机特点：无作业能力、无盈利能力。

（二）演示机阶段（2009～2012 年）。该阶段的演示机开始在实验室出现并逐渐实验于农田，植保无人机技术快速发展并出现电动无人机，商业价值初显，这一领域概念开始对外传播并产生一定影响。这个阶段的植保无人机特点：作业能力较弱、无盈利能力。

（三）商业开发阶段（2013～2017 年）。这个阶段的植保无人机已经能够完整地完成农田内的植保作业任务，商业价值与行业未来向好。电动无人机逐渐占据农业植保领域统治地位。众多无人机公司进入这一领域抢占市场销售份额，行业内人力资源快速增长，商业价值显现、行业模式完善。这个阶段的植保无人机特点：作业能力较强、盈利能力开始显现并快速提升。

（四）商业发展阶段（2018～2020 年）。植保无人机已经开发出播种、喷洒等多种机型，受到各类型农业生产方的认可与使用。植保无人机市场规模与保有量爆发增长，农机作业服务组织将植保无人机作业列入重点开发项目，技术开发和服务能力进一步发展。这个阶段的植保无人机及领域特点：作业与盈利能力成熟、大量相关商业机构涌现。

（五）产业化阶段（2021 年至今）。在此阶段，植保无人机的技术开发、规模生产、商业应用等模块共同构成了该成熟行业。大量社会资源注入，提高了行业活力，除无人机生产公司外，个别农机作业服务组织也开始整合市场资源扩大规模，行业开始出现产业链并逐渐发展成熟。阶段的行业特点为规模化、专业化、社会化、金融化，行业进入成熟产业化运作阶段。

二、植保无人机应用现状调查

（一）保有现状。近几年，我国植保无人机保有量持续增加，据中商产业研究院统计，2016 年植保无人机保有量6，500 架，截至2019 年底，我国共生产各类植保无人机170 多个品种，保有量5.5 万余架，作业面积超过8.5 亿亩次。2020 年我国植保无人机数量达到了10 万架。（图1）

图1 2016～2021 年我国植保无人机保有量趋势柱状图

（二）应用优势。实践表明，无人机在农业植保领域的应用优势明显，由于植保无人机可在植保工作中承担多项任务，下面仅以农药喷洒类植保无人机为例。

1、喷防效率高。目前，市场上无人机根据油电动力不同，载药量一般在5～30kg 左右，部分机型甚至可达80kg，喷药效率可达3～4hm2/h-1，喷防效率是传统人工的30～50 倍。

2、适用性广泛。植保无人机垂直起降、空中作业、远程操控，基本可以忽略地理条件所带来的限制，能够在山区、丘陵、水田等特殊作业环境下正常使用，可广泛用于各种地形、作物的植保作业中。

3、农药利用率高。植保无人机采用超低量喷雾技术，保证农药喷洒均匀适量，同时利用无人机飞行时的下压风场可提高农药喷洒穿透力与覆盖面，提高作物叶片反面与茎部根部施药覆盖率。与传统人工相比，植保无人机减少了30%～50%的农药使用量，降低农药使用过量导致的作物烧苗、人员中毒的可能性。

4、应用成本低。植保无人机的高喷防效率、高农药利用率、低人力需求等特点使其直接成本相较于传统人工低5～8 倍，同时降低了作业过程中作物损毁、人员中毒等隐藏风险成本，提高了农业生产利润率。

（三）推广模式

1、农户自购推广模式。农户自购无人机推广模式是指在针对普通农户以直接演示的方式进行推广。受作业需求、合理用药、人工成本影响，植保无人机受到越来越多的普通农户关注。但是，自购无人机的情况较少出现，主要受资金投入、自身教育水平、农机信息等因素的制约，缺少对新技术的吸收能力。因此，植保无人机在普通农户中推广极其困难，唯有少量大型农户、土地承包户等对象才会考虑购入。

2、农民合作社购买推广模式。农民合作社购买推广模式是指向农民合作社推广植保无人机，由合作社内部会员专人接受培训后负责合作社区域内的植保无人机作业。农民合作社以集体资金决定购买，在资金问题上有一定支付能力。但合作社内部决策权较分散，多数社员文化水平与新事物接受能力较弱，很难支持投入大量资金购物植保无人机及相关配套设施，对植保无人机推广产生一定阻力。

3、农机作业服务公司推广模式。农机作业服务公司推广模式是指向农机作业服务公司推广植保无人机，由公司提供培训后的专业人员进行飞控工作，为各类农户提供植保无人机作业服务。农机作业服务公司资金充足、接受新装备新技术的意愿较强、拥有大量稳定的服务顾客，是植保无人机推广的优质对象。公司作为推广的第三方，以提供服务的形式，通过自身市场渠道帮助植保无人机快速推广，减少了农户自身因素对推广的阻力。以洛阳市为例，洛阳市植保无人机作业实施单位共三类：种植大户购买自用，占总作业面积的2.1%；农业服务公司飞防作业，占总作业面积的94.8%；无人机生产企业组织的植保飞防作业，占总作业面积的3.1%。

综上，在实际植保无人机推广过程中，无人机企业和农户作为推广的主客体均表现不佳，而作为推广的第三方，农机作业服务公司的作业面积占比极大，推广效果显著。

三、植保无人机发展影响因素分析

（一）政策因素：鼓励科技转化，政策补贴支持。如图2 所示，近年来，植保无人机购机补贴政策稳步推行，范围与规模逐渐扩大，由此可以看出，国家对植保无人机相关科技创新成果能够促进农业生产效率的提高持认可与支持的态度，并通过补贴等政策鼓励引导科技创新成果转化应用。表1 是近年各省（市）植保无人机补贴具体情况。（图2、表1）

表1 部分省（市）植保无人机购机补贴情况一览表

图2 我国关于植保无人机补贴政策时间流程图

（二）经济因素：多方因素驱动，市场前景向好。我国植保无人机市场规模逐年上升，2019 年市场规模约为46.60 亿元。在疫情、5G 应用、无人机技术革新等多方面因素影响下，2020 年植保无人机行业迎来新一轮爆发，市场规模增至67.9 亿元。据中商产业研究院预计，2021 年我国植保无人机市场规模将达95.61 亿元。（图3）

图3 2016～2021 年我国植保无人机市场规模趋势柱状图

（三）社会因素：农业劳动力流失大，植保机械化水平低。据国土资源部调查数据显示，2020 年全国耕地保有量超过18.65 亿亩，需要大量的农业植保作业。随着人口老龄化趋势严峻、农村人口流动加快，农村劳动力逐渐不足，导致农业生产效率低下。高效的植保无人机作业可替代人工作业。但目前我国农业植保作业的机械化水平相对于发达国家仍有较大差距。美国、日本等国家农业现代化程度高，植保机械渗透率已经超过50%，而我国尚未达到5%，因此我国植保机械渗透率提升具有巨大潜力。

（四）技术因素：行业规范体系正在建立，驾驶资格认定初见规模。行业标准作为企业从事产品生产与技术服务过程中的支撑依据，是确保产品与服务质量、提高市场竞争力的基础条件。

2018 年《植保无人飞机质量评价技术规范》作为我国第一部关于植保无人机产品的行业标准颁布实施，为行业内产品生产提供统一规范。同时，《植保无人飞机作业质量》、《遥控飞行喷雾剂试验方法》《无人机驾驶航空器系统标准体系建设指南》等相关标准为植保无人机的体系标准化奠定坚实基础。行业规范体系的建立也推动了无人机驾驶员资格认定的进程，《2020 年度中国AOPA 民用无人机驾驶员报告》数据显示，截至2020 年12 月31 日经中国AOPA 审定合格、现具备培训资质的训练机构共383 家，其中217 家获得植保多旋翼无人机驾驶员培训资质。

四、植保无人机发展中的问题

（一）政府职能分配不清，政策支撑手段较为单一。植保无人机的国家监管部门涉及到农业农村部、中国民用航空局及工业和信息化部等，例如农业农村部开展了购机补贴、扶持作业组织、进行作业指挥、制定行业标准等工作；中国民用航空局先后出台无人机飞行、驾驶员管理、无人机登记等标准；工业和信息化部起草与发布了无人机制造业与生产管理的相关指导意见与办法。除此之外，国家标准化管理委员会等一众部门都参与到植保无人机的监督管理中。各部门均将植保无人机管理纳入职责范围并开展工作，造成职能交叉和管理不清现象，不利于行业发展。

目前，国家政策对无人机在农业植保领域应用的支持与推动，多为提供购机补贴，支撑宏观发展植保无人机的政策手段较为单一，相关政策在配套设施建设、专业人才培养、商业金融支持等多方面尚未涉及或落实，难以发挥政府在植保无人机行业领域中助力者与调控者的作用。

（二）行业产业链存在主体薄弱环节，产业运作不流畅。如图4 所示，植保无人机行业在未来必将向产业化方向发展，但目前的产业链主体中，农机作业服务组织是较为薄弱的一环。在上文分析中，在各类作业服务主体中，农机作业服务公司拥有最为有利的发展条件，独立的商业化模式能够提供高效、便捷的植保服务，避免因资金、技术、观念等问题带来消极影响。（图4）

图4 植保无人机产业链运行图

爱企查数据显示，截至2021 年7 月，共有66，609 家公司从事相关农机作业服务，但这一类型公司绝大多数仅为地方公司，经营地区较小，公司规模不大，行业内部混乱，缺少龙头企业引领行业规范，整合市场资源。作为产业链中的重要一环，这一主体的薄弱将直接影响到产业运作流程中推广、应用与反馈环节，造成短板问题，阻碍植保无人机行业的进一步发展。

（三）植保无人机技术有待改进。无人机的未来发展前景非常广阔，但是就当前农业植保技术层次情况来看，并不能够完全适应，综合考虑主要是由于该项技术尚不完全成熟。在科技成果转化的过程中，一些实际应用问题与现实作业要求是相关科研人员需要及时面对并解决的问题。（1）续航问题。当下无人机持续作业时间依然不能满足生产实际需要，需重点解决相关问题，如续航能力不足、充电时间过长等。（2）安全问题。植保无人机作为无人机内驾驶的远程操控农具，在安全保障问题方面需要着重注意，如自动躲避障碍、耐久性等能力。（3）操作问题。目前，多数植保无人机操作要求较高，需要长期从事的专业人员进行操作，而专业无人机飞手目前数量较少、供不应求，限制了植保无人机大面积推广。简化操作难度，提高自动化水平，从技术研发方面降低无人机操作门槛将成为植保无人机应用推广的重要条件。

（四）植保无人机标准化体系建设落后于当前行业发展速度。虽然目前国内相关机构民用无人机系统标准制定工作取得了一定的成果，但依然存在一些问题和挑战。根据工业和信息化部等多部门联合提出的阶段性建设目标，2020 年制定和修订300 项以上无人驾驶航空器系统标准，实现标准基本满足行业应用需求。

根据目前已发布的标准体系来看，各级别标准虽有立项，但根据全国标准信息公共服务平台数据显示，截至2021 年7 月（以发布时间为统计标准），我国共有无人机相关现行国家标准19 项，各级标准68项，其中植保无人机各级标准共12 项，与目标相比完成情况不容乐观，行业规范体系建设进度无法满足当前快速发展的无人机行业的需要，尤其是国家强制标准，导致行业鱼龙混杂，不仅质量得不到保证，损害农民利益，而且存在安全隐患，严重制约着行业的可持续发展。

五、植保无人机发展路径探析

（一）推行多角度的政策指导与支持，引领政策多向化。明确植保无人机的主要监管部门和职责，建立专门组织机构主持相关工作。在政策方面，灵活运用供给面、需求面、环境面政策工具，健全植保无人机周边领域建设，引领政策多向化。在供给面政策工具中，除资金投入外，还应实施人才机制、基础设施、公共服务等政策。鼓励各高校开设无人驾驶航空器系统工程、无人机应用技术等专业，培养植保无人机技术开发与应用人才；大力建设植保无人机配套社会化服务体系，满足相关保险、租赁、维修、充电和推广等配套服务需求。在需求面政策工具中，实施校企合作、示范工程等政策。指导各高校相关专业积极与行业各类企业建立技术、人员等方面的密切联系，鼓励学生进入作业场地实践学习；建立现代化农业示范工程，提高植保无人机作业率，探索新型农业模式。在环境面政策工具中，实施金融支持、税收优惠、法规管制。支持金融机构开展无人机信贷业务支持，实施利率补贴，减少企业资金压力；给予从事植保无人机的企业和个人赋税上的减免；加快出台涉及植保无人机发展的一系列法律法规、管理制度。

（二）完善行业产业链运作，促进市场产业化。针对植保无人机产业链主体来看，农机作业服务组织存在脱节现象，在产业运作中较为混乱，缺少龙头企业的龙头作业，没有形成规模性的市场参与主体。目前从事农机作业服务的组织分为无人机公司服务团队、农机作业公司和合作社自主作业三种，其中无人机公司服务团队与合作社自作业均为上下游主体跨领域经营，进一步分散了农机作业领域主体的职能，压缩专业组织的生存空间。这一问题的产生原因是相互的，一方面无人机公司与农户因市场缺少能够提供植保无人机作业的组织而被迫参与作业；另一方面少量植保无人机作业组织因上下游主体跨领域作业而被压缩了生存空间，造成这一领域专业主体弱势的恶性循环。

市场规则并不排斥上下游主体跨领域经营，但领域内需要出现龙头企业起到引领与示范作用，积极融入产业链运作中。因此，农机作业服务组织这一主体需要得到社会的重视并吸收大量社会资源形成专业性公司。无论是无人机公司投入资金开设农机作业服务子公司，还是地区大型农户形成联盟组建农机作业公司，亦或是专业农机作业公司吸收社会资本扩大公司规模，都是增强这一领域主体地位与专业性的有效手段，是扩大经营范围、吸收社会资源，进而形成领域竞争并产生发展活力的首要条件。

同时，农机作业服务组织也应主动融入产业链，要有合作共赢的远见，积极与无人机供应商合作，完善植保无人机的功能；定期对无人机驾驶员进行培训与资格审查，保障植保无人机服务的效果和安全。在推广过程中，优先与土地规模集中的种植大户和农民合作社进行合作，形成以户带村、以点带面的示范效应。同时，支持公司通过合并、兼并、收购等形式扩大公司规模，走出地方营业区域，建立规模化产业引领行业发展，提升市场活力。（图5）

图5 以农机作业服务组织为视角的植保无人机行业产业链图

（三）主张技术开发方向与实践作业需求相匹配，推动技术成熟化。目前，植保无人机在续航、安全、操作以及其他实际应用方面问题颇多，这要求相关科研人员加强技术开发，攻坚克难解决各类问题，提升植保无人机的使用价值，使得植保无人机更加适用于各类植保作业，达到技术开发方向与实践作业需求相匹配。同时，行业内的技术成熟不仅仅指纯技术领域的完善，还要求良好的成果转化渠道。相关政府部门以及科研机构应采取一系列措施激励植保无人机相关技术成果转化，为成果转化提供政策、资金、人员方面的便利，减少转化中的非技术难题，营造良好的技术研发环境。

（四）加快植保无人机标准化体系建设，打造标准规范化。在植保无人机相关标准制定的过程中，应着力加快行业急需的基础类标准，例如植保无人机及部件的制造标准、维修标准、报废标准、市场监管标准等。在标准内容方面，应尽可能提供详细的测试数据标准与测试方法，如植保无人机作业的最大飞行高度、飞行速度等。详细的测试数据标准与测试方法将简单有效客观地证明生产企业的产品合格率，有利于植保无人机产业健康发展与市场的有效管理。