1、我國植保無人機的發展歷程

1951年，廣州市第一次使用C-46型飛機開展蚊蠅防治，我國農業航空發展的序幕就此拉開。1958年，問世于南昌飛機制造廠的運-5型飛機，被廣泛應用于農林播種、施肥和農藥噴灑等，極大推動了我國農業航空的進步發展。1963年，飛防植保作業開始在小麥病蟲草害的防治得到應用。上世紀90年代，輕型農藥噴灑飛機在小麥、棉花等農作物的病蟲防治和化學除草上得到廣泛應用，同時也在草原滅蝗和森林害蟲防治中發揮巨大作用。農業農村部公開信息顯示(見圖1)，2014年我國植保無人機保有量僅為695架，到2019年時，我國植保無人機市場保有量已超過5萬架，躋身為全球植保無人機保有量最多的國家，植保作業面積也已超過5億畝次。2020年，我國植保無人機保有量超過10萬架，作業面積首次突破10億畝次，標志著我國航空植保發展步入全新時代。到了2021年，我國植保無人機保有量預估達到16萬架，作業面積也高達14億畝次，我國無人機市場前景可期。此外，5G技術也早已開始在植保飛防行業中應用，2020年，首架5G網聯植保無人機于重慶市農業科學院科研基地成功試飛，為30畝試驗農田提供集無人機植保、農業大數據和遙感大數據為一體的精準農業服務。

近年來，國家通過制定相應的扶持政策，完善標準與補貼制度，加快推動植保無人機在國內的應用推廣。早在2014年，河南省財政就列出給予植保無人機購機補貼的專項資金，到2017年9月，農業農村部、財政部、民航局3個部門聯合下發《農業農村部辦公廳、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》，并決定當年選擇浙江(含寧波)、安徽、江西、湖南、廣東、重慶6個省(市)，開展利用農機購置補貼引導植保無人飛機規范應用的試點工作。截至2019年先后又有吉林、湖北、江蘇、甘肅、陜西、山東和寧夏等多個省份出臺了最新植保無人機補貼政策。2021年4月6日，農業農村部發布了關于印發《2021—2023年農機購置補貼實施指導意見》的重要通知，其中明確了植保無人機進入國家補貼。

2、植保無人機概述

植保無人機，又可稱為無人飛行器，主要由飛行平臺(直升機、固定翼、多軸飛行器)、導航飛控和噴灑系統等3部分組成(見圖2)，通過人為在地面遙控或導航飛控來實現噴灑作業。其中導航飛控與噴灑系統是植保無人機的核心部分。

2.1 飛行平臺

植保無人機按照飛行平臺構架類型可分為單旋翼、多旋翼和固定翼無人機3種類型(見表1)；按飛行動力則可分為電動和油動無人機2種類型(見表2）。

2.2 導航飛控

導航飛控系統相當于普通飛機的駕駛員，是植保無人機的控制核心，由無人機植保綜合管理模塊、高度控制子模塊、航路導航控制子模塊和噴霧控制子模塊組成。無人機植保綜合管理模塊作為無人機控制的核心，具有管理不同模塊間的信息交換、實現作業參數設定等人機交互功能。高度控制子模塊可以精確測量無人機距離作物冠層的距離，并且實時調整鉛垂方向升力使無人機穩定在所需求的作業高度上。航路導航控制子模塊可以使無人機沿預先設定的作業航路飛行，隨時調整飛行過程中可能出現的航線誤差，從而實現精確導航。噴霧控制子模塊則依據植保無人機的作業位置實時控制藥劑噴灑作業開關，有效避免農藥的漏噴和重噴。通過以上模塊的協同作用不僅可以提升飛行平臺的飛行質量，而且能夠保障飛行安全和出色完成任務。

2.3 噴灑系統

噴桿、輸液軟管、藥箱和噴頭組成了噴灑系統。噴桿的材質一般都為碳纖維，而液管作為輸送藥液的通道，則可以將藥箱、水泵、流量計和噴頭等結構串聯起來，材質多采用透明硅膠軟管。藥箱是儲存藥液的工具，需要具備快速插拔、自動聯通噴嘴、防止藥液滴漏的功能。噴頭是噴灑系統的核心部件，且性能優劣直接影響關鍵性噴霧質量指標，如噴施作業中的施藥量、霧滴大小和均勻度等。目前，國內市場上植保無人飛機噴頭按霧化原理可分為液力式和離心式2類。液力式噴頭噴灑，是通過液泵將藥液“壓出”到噴頭中，經過小孔后以較大的初速度噴射出去，受到液體表面張力、空氣阻力和重力等綜合作用，逐漸失速形成液膜、液絲直至霧滴完成霧化過程，并形成一定的壓力在噴嘴的噴孔處進行霧化。離心式噴頭噴灑是將水“吸出”到離心霧化盤上，然后通過霧化盤的高速旋轉將液體甩離，在離心力和空氣阻力綜合作用下完成霧化。

3、植保無人機的優勢

早期，農作物病蟲草害防治主要是通過背負式手動(電動)噴霧器，噴霧噴粉機，便攜式、擔架式和車載式機動噴霧器等傳統植保機械進行作業。然而，從精準農業和環境保護角度出發，傳統植保作業方式存在明顯弊端：1)作業效率低，難以實現規模化作業。2)霧化質量不高，防治效果有待提高。3)農藥浪費嚴重，存在環境污染風險。與傳統植保機械相比，航空植保以其突出的優勢獲得了飛速發展且日趨成熟。1)用途廣泛植保無人機用途廣泛，不僅可以進行農藥噴灑，還可以進行農田信息監測、航空施肥、病蟲草害發生的預測預報和監測以及育苗授粉等作業。2)高效、安全和環保植保無人機噴灑速度可以達到人工噴灑速度的百倍以上，當有害生物發生面積大，短時期內暴發成災時，植保無人機的優勢特別明顯。植保無人機利用遠距離遙控操作進行噴灑相關作業，避免操作人員與農藥直接接觸，保障了噴灑作業時的安全。從生態環境方面來講，植保無人機減少了農藥和水的使用量，。3)省水、省工和省時植保無人機噴施農藥，一般用水量為7.500～15 L/hm2，而傳統施藥方法用水量為225～450 L/hm2 。植保無人機作業可以省藥50%，省水90%。每公頃地的服務價格僅需100多元，可減少一半以上的人工費用，用時短，只需要十幾分鐘，與傳統噴藥技術相比，既節約了成本，又節省了人力和時間。

4、植保無人機的應用

4.1在大田作物中的應用

大田作物是我國糧食生產和糧食安全的重要基礎，由于種植面積廣，通過傳統植保機械進行施藥，存在效率低、成本高等突出問題。近年來，由于農村勞動力的嚴重短缺，使用無人機進行大田作物植保作業面積不斷擴大，其中作業面積前5名的作物依次是玉米、麥類、棉花、大豆和水稻。

4.2在蔬菜上的應用

基于我國人口基數大的現狀，國內對蔬菜產量和品質均有極大需求。然而，傳統露天蔬菜病蟲害發生量大，施藥次數多，且部分蔬菜受地形影響難以進行化學防治。例如，西蘭花、白菜等十字花科蔬菜，作為日常生活中不可缺少的一類蔬菜，其病蟲害種類多，發生情況復雜，農藥用量大。當病蟲嚴重發生時常常因無法得到及時的防治，使菜農遭受嚴重損失，而植保無人機的出現大大彌補了這一缺陷。2017年，袁偉方等應用植保無人機噴施150 g/L聯苯·吡蟲啉懸浮劑防治豇豆薊馬，結果表明，植保無人機處理區用藥量比人工噴藥處理區減少20 mL時，藥后3 d植保無人機處理區平均防效(83.6%)仍優于人工噴藥處理區(79.2%)。2018年，孫梅梅等在寧波余姚市開展植保無人機防治西蘭花煙粉虱與鱗翅目害蟲的田間防效試驗，霧滴沉降效果試驗表明利用植保無人機施藥可以達到減藥20%的目的。

4.3 在果樹林木上的應用

果樹業作為我國林業的重要組成部分，對我國經濟發展具有重要促進作用。但是由于受地形、果樹形狀的影響，傳統施藥技術難以獲得理想的防治效果。植保無人機的出現較大程度上克服了地形限制，在果樹病蟲害防治以及雜草防除等方面發揮了重要作用。2019年5月，王茜等在南寧市隆安縣的3年生沃柑園中，對比研究了人工擔架式噴霧和植保無人機噴霧防治柑橘潰瘍病、控夏梢的效果和成本。結果表明：植保無人機噴霧展現出更為優異的防治效果，利用植保無人機噴霧防治的柑橘潰瘍病病葉率和病情指數分別為2.20%和0.24，均低于人工擔架式噴霧防治。此外，植保無人機噴霧控夏梢可增效20.3%，成本更低。松材線蟲被稱為“松樹的癌癥”，自1982年以來在我國各地林區迅速傳播擴散，危害程度不斷加深。為有效遏制松材線蟲病疫情的擴散蔓延，確保松林資源安全，威海市于2020年6月利用植保無人機對全域松林(除經區、南海新區外)實施3輪施藥以防治松材線蟲病媒介昆蟲活動，飛防區域涉及55個鎮(街)，施藥范圍200萬畝次。

5、植保無人機公司

5.1 植保無人機生產公司

目前，國內生產植保無人機的企業層出不窮，其中以大疆、極飛、羽人、高科新農、漢和等代表企業研發能力較強，每年都會有新的機型問世，表6是國內植保無人機生產的主要企業及其代表產品。

5.2 植保無人機線下租賃公司

近年來，植保無人機發展迅速，但是其市場價格高昂，對于普通農戶來說仍是一筆較大的開支，并且后續的維護保養難度較大，這讓許多農戶望而卻步。鑒于此，市場上出現了許多無人機租賃公司，提供植保飛防服務，表7列舉了部分植保無人機線下租賃公司。

6、存在的問題

與物流、測繪和勘探等行業的無人機不同，植保無人機在設計與使用過程中，必須滿足植保作業的特殊要求。盡管當前國內航空植保發展較快，但是植保無人機自身和飛防法律法規等方面存在諸多問題，在一定程度上限制了我國航空植保的應用與發展。

6.1 植保無人機存在的問題

1)無人機價格偏高，造成農業生產普及率低[52]。以大疆MG1為例，裸機價格為4萬多元，如果加上10塊電池和其他費用，配備整套設備需要8萬～10萬元，對于普通農戶來說，成本投資較大。2)植保無人機電池可持續作業時間短，續航能力差，目前，大多數電動植保無人機續航時間僅為5~10 min，頻繁更換電池不僅成本高，而且耽誤作業時間。3)植保無人機載重小，一般僅為10～30 kg，大面積作業時需要頻繁地更換藥箱，直接影響到作業效率，從而影響到防治成本。

6.2 飛防藥劑及助劑存在的問題

1)國內市場現有劑型難以滿足飛防實際需求。目前，國內真正專門用于植保無人飛機施藥的農藥制劑、助劑還沒有登記生產，仍然屬于空白階段。植保無人機需要采用沉降性好、安全性高的專用藥劑，但目前這一類超低容量制劑仍較少，選擇性也差，成為提升作業效益的瓶頸。2)國內飛防助劑市場亟待系統化和規范化。目前，我國對農藥助劑管理還未正式提出明確的規定和要求，市面上的產品性能差異顯著。

專業植保無人機技術人員是集無人機操作、維修養護于一身的復合型人才，需要熟悉植保無人機作業過程所涉及的作業計劃、施藥技術、地面組織與安全保障等環節。但目前專業隊伍人才匱乏，國內高校飛行專業和培訓機構屈指可數，且只對無人機操作熟悉，植保知識不足，容易造成藥害。

7、展望

近幾年來，中共三農文件中多次明確提出支持飛防在農業中的應用，“飛防”已然成了植保行業不斷升溫的熱點話題，其在不斷發展的同時，也帶動了相關配套產業的快速發展。此外，越來越多的農戶、種植戶對飛防的認識從好奇、質疑到逐漸接受，對飛防效果的認識也變得更加理性，市場的需求進入井噴狀態。隨著科技的不斷進步，傳統的農耕方式正在發生改變，農業的現代化、規模化、專業化、標準化生產逐步成為時代潮流[57]。而植保無人機作為一項新興技術，推廣的速度只會變得越來越快，相信隨著國家對植保無人機監管、研發、推廣及財政補貼力度的加大，我國植保無人機所遇到的一系列問題都會迎刃而解，也會給農業生產帶來翻天覆地的變化。