农业无人机的使用是否提高了粮食生产效率？——来自中国农村的证据

《Food Policy》：Does Agricultural Unmanned Aerial Vehicle Use Improve Grain Production Efficiency? Evidence from Rural China

　　

摘要

提升粮食生产eficiency（GPE）对于保障粮食安全和推动更加节约资源、高效益的农业转型至关重要，特别是在小农系统中，传统农机受规模和地形条件制约较大。中国农业无人机（UAV）的快速推广，为评估数字农机能否在不依赖耕地扩张的情况下提高农业生产效率提供了新的机遇。然而，关于无人机使用强度如何影响GPE，以及在何种条件下能带来效率提升的证据仍然有限。本研究基于2022年中国农村振兴调查（CRRS）中来自九个省份的2,030个粮食生产农户的数据，采用超效率松弛变量模型测算GPE，并估计了无人机使用强度的影响。结果显示，无人机使用强度与GPE之间存在显著的U型关系，只有当无人机使用强度超过某一阈值后，效率提升才会显现。无人机使用主要通过替代劳动力影响GPE，并与农药投入呈非线性关系。此外，村级农业生产服务组织的存在增强了无人机使用的正面效应，表明服务供给与技术应用具有互补性。效率效应在西部地区和水稻生产系统中更为显著，这些地区传统机械化相对受限。这些发现表明，农业无人机的效益不仅取决于是否采用，还取决于足够的使用强度以及配套的服务制度。扩大无人机服务可及性并促进其有效融入农场经营的政策，有助于改善要素配置和粮食生产效率，尤其是在传统机械化适应性较差的地区。更广泛地看，这些努力可以支持农业数字化和可持续农业现代化进程。

引言

在发展中国家以小农为主体的农业系统中，如何在保障粮食安全的同时提高生产效率，仍是一项核心挑战（Wang等，2019；Wu等，2026；Zheng等，2021）。面对全球粮食需求快速增长、资源和环境约束日益收紧、以及农村劳动力持续外流的综合压力，提高农业效率已成为关键政策议题（He和Qi，2025；Song等，2025）。中国农业生产具有土地碎片化、农业人口老龄化、要素错配持续存在等特点（Adamopoulos和Restuccia，2014；Chen等，2023；Le，2020；Liu等，2023）。长期以来，高投入的生产模式虽成功保障了粮食安全，但对化肥和农药的高度依赖也带来了显著的环境外部性，包括土壤退化、水体富营养化和生物多样性丧失（Liu等，2025；Shi等，2021）。这些环境压力加剧了在降低投入强度的同时提高生产eficiency的紧迫性。因此，从投入驱动型农业增长向绿色、效率导向型农业体系转型，已成为实现农业可持续发展的关键路径（Bai等，2026；Muren等，2025；Wang等，2023）。

农业机械化长期以来被视为农业生产力增长的重要基石，能显著提升作业效率并缓解现代农业中的人力约束（Ma等，2018）。传统地面农机通过在耕整、播种、收获等关键环节以机械动力替代人力来提高生产效率（Reardon等，2024）。农机外包服务的扩展进一步拓宽了农民使用机械化作业的途径，使小农户无需承担全部购置成本即可享受现代装备服务，从而加速了机械化生产方式的普及。这类服务型机械化模式在推动小农主导型农业系统中的技术采纳方面发挥了重要作用。然而，传统农业机械化仍与田间条件、农场规模和地形特征密切相关。在碎片化的小农系统中，依赖大型地面机械可能限制作业灵活性和精准度，现有机械化路径下仍存在进一步提升效率的空间（Zhang等，2017）。特别是，传统农机在碎片化地块、不规则田块和山区常面临作业约束。这些约束并未削弱机械化取得的成就，而是凸显了在多样化生产环境下，需要技术创新来补充和提升传统机械化的必要性。

这些约束为发展更加灵活和精准导向的技术创造了机会，其中农业无人机（UAV）近年来发展迅速。截至2025年11月底，中国已有超过30万台农业无人机投入使用，累计作业面积超过2亿公顷1。无人机技术的快速扩散反映了向智能化和数字化农业生产体系转型的大趋势。作为新一代智能农业机械，无人机将机械作业与数字信息技术相结合（Michels等，2020；Zhang和Kovacs，2012）。配备定位系统、传感器和数字控制技术，无人机能够实现精准喷洒、实时监测和数据驱动的农场管理（Phang等，2023；Singh等，2024）。其灵活的起降能力、极小的地形限制和三维作业模式，使无人机尤其适用于传统农机效果较差的碎片化地块、山区和水田农业（Padhiary等，2024；Yang等，2018）。通过增强作业灵活性、提高投入品使用精准度和强化病虫害防治效率，无人机技术有望补充现有机械化路径，促进更高效、更可持续的粮食生产体系。无人机技术是推动中国农业机械化下一阶段发展、支持高效可持续粮食生产的重要路径（Belton等，2026；Luo等，2016）。尽管无人机技术扩散迅速，但农业无人机在农场层面是否以及如何提升粮食生产eficiency（GPE）仍是一个尚未解决的实证问题。

随着农业无人机使用的快速扩张，越来越多的文献从不同角度探讨了其经济与技术影响。第一，现有研究表明，采用无人机可以降低生产成本、提高产量并增加农场利润。Umeda等（2022）利用日本水稻农场数据发现，与传统地面喷洒相比，无人机可将人力成本降低近一半。印度类似证据表明，采用无人机可在降低生产成本的同时提高作物产量和农场收入。然而，设备成本高、技术技能有限和服务网络不足仍是制约更广泛采用的重要因素（Barathkumar等，2024）。Hosen（2025）进一步报告，无人机使用可将整体农业生产成本降低约32%，并使农民收入提高41%—45%。第二，现有研究考察了无人机采用对农业投入品使用和绩效的影响。Mogili和Deepak（2018）以及Nahiyoon等（2024）报告，无人机能提升作业效率，促进劳动力节约和产量稳定。Li等（2025）进一步发现，无人机采用通过更精准的喷洒减少了农药使用。相反，Zhang等（2026）认为，由于反弹效应和降低的应用成本，无人机可能会增加农药施用的频率。这些相互矛盾的研究结果使无人机使用与农药投入之间的关系仍未明确。第三，最近的研究开始认识到组织支持在促进无人机采用中的重要性。Chen等（2020）表明，农民合作社通过提供信息、培训、设备共享和专业支持服务，降低了小农户的技术采用障碍。

尽管这些研究为理解无人机使用的经济与技术影响提供了重要洞见，但仍有一些关键问题尚未解决。第一，现有研究主要使用单一经济指标来评估无人机绩效，如作物产量、农场收入或生产成本（Barathkumar等，2024；Hosen，2025；Li等，2025；Zhang等，2026）。虽然这些指标能捕捉特定的经济结果，但无法揭示多种生产投入如何高效转化为粮食产出，因此对无人机使用的整体效率影响理解不足。第二，无人机采用影响生产绩效的机制尚不清晰。特别是，现有关于农药使用的证据相互矛盾（Li等，2025；Zhang等，2026），而劳动力替代与农药投入调整在塑造效率结果中的相对作用，实证关注有限。第三，尽管农业无人机越来越多地通过服务型生产体系获取，但村级农业生产服务组织如何影响无人机使用效果的关注仍然不足。作为连接农民与农业技术的互补性制度，这些组织可能决定无人机技术能在多大程度上有效融入小农户生产，但实证证据仍很稀缺。本研究旨在弥补这些研究空白。

本研究利用中国粮食生产农户的入户调查数据，考察农业无人机使用是否提升GPE。中国提供了一个尤为相关的实证背景，因为它既以小农高度碎片化经营为特征，同时又是全球农业无人机服务市场增长最快的国家之一。不同于仅关注传统生产结果（如产量或收入），本研究考察GPE，探讨无人机使用影响其的机制，以及村级农业生产服务组织的调节作用。

本研究在三个方面对文献有所贡献。第一，通过提供农业无人机使用与GPE之间关系的微观证据，拓展了数字农业和农业机械化的文献。第二，通过同时考察劳动力节约和农药使用路径，并揭示无人机使用强度在塑造生产效率中的非线性作用，为理解农业无人机生产率效应的内在机制做出贡献。第三，通过展示村级农业生产服务组织强化了无人机使用的生产率效应，凸显了互补性制度的重要性，从而为组织支持如何与数字农业技术互补在小农系统中产生效率提升提供了新的证据。

本文其余部分结构如下：第2部分阐述理论基础并提出研究假设；第3部分介绍数据、变量和描述性统计；第4部分展示实证策略；第5部分报告研究结果；最后，第6部分给出结论、政策启示和局限性。

各部分节选

理论基础与研究假设

本节构建解释农业无人机使用如何可能影响GPE的理论基础，并据此推导相应的研究假设。借鉴诱致性技术变迁理论、要素替代理论和交易成本经济学，我们分析无人机技术影响生产效率的潜在路径。

数据

本研究使用2022年中国农村振兴调查（CRRS）数据来测算农户层面的GPE，并考察农业无人机使用对GPE的影响。CRRS是一项大规模农村入户调查，提供了丰富的农业生产、家庭特征和村级发展条件信息，尤其适合本研究的分析。经过数据筛选和样本清洗后，实证分析基于家庭……

基准模型

为考察农业无人机使用对GPE的影响，我们设定无人机使用强度的一次项和二次项，以捕捉无人机使用与生产效率之间可能的非线性关系。二次项设定提供灵活的函数形式，用于识别潜在的非单调关系，并广泛应用于应用计量研究（Lind和Mehlum，2010；Wooldridge，2010）。在农业情境下，这种设定尤为相关……

无人机使用对GPE的非线性效应

表4报告了基准回归结果。无人机使用强度线性项系数显著为负，而二次项系数显著为正，表明农业无人机使用与GPE之间存在明显的U型关系。具体而言，在较低的无人机使用水平下，GPE先下降，一旦使用强度超过某一阈值，GPE才开始上升。

这一发现与以往研究提出的观点基本一致，即……

结论

基于2022年中国农村振兴调查（CRRS）中来自九个省份的2,030个农场家庭的入户调查数据，本研究系统考察了农业无人机使用对GPE的影响、其内在机制，以及这些效应得以实现的制度条件。主要研究结论如下：

第一，农业无人机使用与GPE之间存在显著的U型非线性关系。在较低的无人机使用水平下，GPE下降……

作者贡献声明

许霞：撰写—审阅与编辑、撰写—原稿、可视化、软件、方法论、形式分析、数据整理、概念构思。
耿宪辉：撰写—审阅与编辑、撰写—原稿、监督指导、方法论、经费获取、形式分析、数据整理、概念构思。
刘臻臻：撰写—审阅与编辑、撰写—原稿、监督指导、软件、项目管理、方法论、形式分析、概念构思。

曹广桥：资金
本研究得到国家自然科学基金（编号：72503101）和中国农业科研系统专项基金（CARS-28）的支持。
数据来源：《乡村振兴综合调查》和《中国乡村振兴调查》（CRRS）数据库（项目编号：GQDC2020017；GQDC2022020；2024ZDDC001），以及中国社会科学院资助的经济社会重大问题调查项目。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益关系或人际关系，这些关系可能影响本文报告的研究工作。
徐霞 | 耿贤辉 | 刘臻臻 | 曹广桥 | 袁鹏
南京农业大学经济管理学院，南京 210095，中国