我國茶葉機(jī)械化采摘技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

黃藩 王云 熊元元

摘要：茶葉機(jī)械化采摘是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展茶葉機(jī)械化采摘雖有長足進(jìn)步，但仍存在較大問題。筆者通過簡單介紹機(jī)械采茶的發(fā)展現(xiàn)狀，指出機(jī)械采茶的有關(guān)問題，并對(duì)未來趨勢(shì)進(jìn)行展望，旨在為我國茶葉機(jī)械化采摘技術(shù)發(fā)展提供一定的參考意見。

關(guān)鍵詞：茶葉;機(jī)采技術(shù);存在問題;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：S225.99?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）12-0048-04

茶葉含有豐富的茶多酚、蛋白質(zhì)、氨基酸、咖啡堿、多糖、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)和功能成分[1]，具有消炎殺菌、抗輻射、預(yù)防癌癥、調(diào)節(jié)血脂等保健作用[2]，是風(fēng)靡全球的保健飲品，越來越受到消費(fèi)者的青睞。但傳統(tǒng)的種植、采摘及加工等環(huán)節(jié)需要耗費(fèi)大量的勞動(dòng)力，已無法滿足日益增長的消費(fèi)者需求，制約著行業(yè)發(fā)展，因此茶葉機(jī)械化采摘成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國從20世紀(jì)50年代起針對(duì)大宗茶采摘開始機(jī)采試驗(yàn)[3]，全國各主要產(chǎn)茶區(qū)研究集成了機(jī)采茶園農(nóng)藝工程技術(shù)，雖然對(duì)名優(yōu)茶機(jī)采進(jìn)行了大量試驗(yàn)[4-5]，但仍然存在較大問題。本文對(duì)茶葉機(jī)采技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行簡單介紹，并對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡單探索，旨在為茶葉機(jī)械化采摘技術(shù)發(fā)展提供一定的參考意見。

1 我國茶葉機(jī)械化采摘的現(xiàn)狀

雖然機(jī)采效益明顯高于手工，但茶園要實(shí)施機(jī)采必須有相應(yīng)的基建設(shè)備和技術(shù)，包括栽培技術(shù)、機(jī)器選型配套技術(shù)及機(jī)采葉分選技術(shù)等農(nóng)藝工程技術(shù)的集成。

1.1 茶園基建

標(biāo)準(zhǔn)化茶園建設(shè)包括茶樹行距、株距、修剪形式，灌溉設(shè)施，除霜設(shè)施，以及大型設(shè)備入園道路設(shè)施等。除了新開墾建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化茶園，大部分是通過改造現(xiàn)有茶園建成機(jī)采標(biāo)準(zhǔn)化茶園。在規(guī)劃設(shè)計(jì)上，新茶園茶行間距1.5 m，茶行長度35～40 m為宜，茶行兩端地頭各留1.5 m，便于采茶機(jī)掉頭、換行、下葉;由老茶園改造的，但是應(yīng)用雙人采茶機(jī)采茶的行距 應(yīng)≤1.8 m，選用單人采茶機(jī)的行距應(yīng)≤1.2 m[6]。而零星分散、叢植茶園、坡度超過20°以上的茶園不適宜機(jī)械采茶作業(yè)，改造時(shí)需進(jìn)行叢植改條植及改換無性系良種等措施。1.2 機(jī)采品種

目前，機(jī)采多為往復(fù)切割式，對(duì)芽頭沒有識(shí)別性，并不適合所有品種，而無性系品種長勢(shì)較為勻齊，可以在一定程度上緩解采茶機(jī)“一刀切”帶來的弊端。王秀鏗等認(rèn)為，機(jī)采品種選擇主要考慮再生性和株型，要求采后新梢萌發(fā)力強(qiáng)、生長間隔期短、分枝級(jí)數(shù)多且葉片夾角稍大，且認(rèn)為湘波綠不適合機(jī)采[7]。經(jīng)過大量研究證明，龍井43、中茶102、浙農(nóng)113、浙農(nóng)139、藪北種、烏牛早、迎霜、碧云、福鼎大白、櫧葉齊、云抗10號(hào)、青峰和垂綠等紅、綠茶品種適合機(jī)采[8-11]，丹桂、黃觀音、白芽奇蘭、金觀音、悅茗香、黃棪、福建水仙、金牡丹等烏龍茶品種適合機(jī)采[12]。

1.3 栽培技術(shù)

樹冠培養(yǎng)技術(shù)是機(jī)采茶樹栽培的保障。大量研究表明，幼齡茶樹修剪樹冠為水平型，可以養(yǎng)成高產(chǎn)樹冠，成齡茶樹修剪樹冠為弧形，可以增大采摘面積，衰老茶樹需要及時(shí)臺(tái)刈等[13]。土壤肥力對(duì)機(jī)采茶產(chǎn)量和質(zhì)量的影響較大。大量試驗(yàn)表明，機(jī)采茶園多施氮素，可以增加機(jī)采茶葉的完整率和細(xì)嫩芽葉比例，增加采摘批次，提高機(jī)采的產(chǎn)量，增加茶葉生化成分含量，提高茶葉品質(zhì)[14-16]。不同地區(qū)根據(jù)測(cè)土配方要求，實(shí)踐集成施肥技術(shù)，如浙江省麗水市松陽縣分別在每年的10月、2月、5月、7—8月施用冬肥、春肥、夏肥、秋肥，用肥量分別為全年量的40%、25%、10%、25%[17]。

1.4 采摘適期

大量研究表明，產(chǎn)值是確定機(jī)采適期的最好方式，紅茶、綠茶春茶為標(biāo)準(zhǔn)新梢（一芽二、三葉及夾二、三葉）80%左右開采，夏茶為標(biāo)準(zhǔn)新梢60%左右開采[3]。龍井43、浙農(nóng)113和浙農(nóng)139等名優(yōu)茶，標(biāo)準(zhǔn)芽葉即一芽一至二葉占新梢總數(shù)的80%左右時(shí)為最適開采標(biāo)準(zhǔn)，而余葉展后15～18 d，也可以作為名優(yōu)茶的開采標(biāo)準(zhǔn)[6，18]。直立型茶梢的白芽奇蘭烏龍茶和披張型的鐵觀音以及金觀音以中開面三葉為切入點(diǎn)[19]。由于機(jī)采能在一定程度上刺激芽葉萌發(fā)，機(jī)采適宜的間隔期較手采短，大宗茶一般為20～30 d[20]，名優(yōu)茶采摘間隔期更短。

1.5 設(shè)備選用

采茶設(shè)備的選擇首先應(yīng)考慮適用性，影響采茶機(jī)適用性的因素，包括蓬面整齊程度、高度、寬度、茶樹行間通過性、茶樹品種、漏采率、機(jī)器噪聲、機(jī)器振動(dòng)、燃油消耗率等[5，21]。幼齡茶園選擇平行采茶設(shè)備，成齡茶園選擇弧形采茶設(shè)備，綜合考慮省力性和適用性，平坡茶園選擇雙人采茶機(jī)，針對(duì)丘陵山區(qū)的地形以及名優(yōu)茶鮮葉嫩度高、量小、采摘精確高的特點(diǎn)，建議選用小型單人采茶機(jī)[14]，并且應(yīng)用便攜式名優(yōu)茶采摘機(jī)采茶，機(jī)采葉完整率可達(dá)70%，比傳統(tǒng)采摘機(jī)械提高20%。

2 我國茶葉機(jī)械化采摘存在的問題

2.1 機(jī)采茶園不集約

集約化是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。但很多地區(qū)仍以家庭為單位開展種植生產(chǎn)，茶園分布零散，茶園集約化生產(chǎn)水平不高[22]。特別是丘陵山區(qū)茶園，茶園田塊較小，地勢(shì)較高，茶園布局的不規(guī)范非常不便于大型機(jī)采設(shè)備的使用，并且茶行靠外一側(cè)沒有通向茶園的機(jī)耕道，茶行兩頭沒有留出掉頭空間。甚至機(jī)采茶園的茶樹品種還存在混雜現(xiàn)象，給后續(xù)茶葉加工造成困難，無性系良種的種植推廣還有待加強(qiáng)。另外很多地區(qū)的機(jī)采茶園管理粗放，茶農(nóng)由于意識(shí)或者效益等原因，施肥、樹冠修剪和留養(yǎng)等措施跟不上，導(dǎo)致機(jī)采茶樹過早衰老，影響機(jī)采效果[23]。

2.2 機(jī)采技術(shù)不精細(xì)

機(jī)采經(jīng)過近70年的發(fā)展，仍然使用往復(fù)切割式采茶機(jī)，雖有不同程度的改進(jìn)[24-26]，但非選擇性的特點(diǎn)仍然存在。雖然機(jī)采技術(shù)的應(yīng)用極大降低了低端茶葉的生產(chǎn)成本，機(jī)采鮮葉仍然很難滿足名優(yōu)茶加工的需求。例如，烏龍茶品飲對(duì)外形要求比較低，但烏龍茶茶樹品種豐富，其物理性狀各具特點(diǎn)，這給高端烏龍茶機(jī)采技術(shù)的應(yīng)用帶來一定的復(fù)雜性和難度，當(dāng)前單一性和通用性的機(jī)采設(shè)備與之無法匹配[27]。同時(shí)，雖然名優(yōu)茶采摘的機(jī)器人技術(shù)成為近年研究熱點(diǎn)，但效率和穩(wěn)定性還有待提高，尚未應(yīng)用到實(shí)踐中[28-30]。

2.3 機(jī)采茶不優(yōu)質(zhì)

機(jī)采鮮葉中標(biāo)準(zhǔn)芽葉含量較手采葉低，碎葉和對(duì)夾葉含量高，這將極大影響干茶的色香味。陸德彪等研究了 6CDW-220 微型采茶機(jī)的機(jī)采鮮葉加工扁型綠茶的效果，結(jié)果除了湯色以外，外形、香氣、葉底等項(xiàng)目的得分均較手工茶低2～5分[31]。葉飛等對(duì)比了早春（4月初）機(jī)采和手采2種鮮葉制成的恩施玉露，發(fā)現(xiàn)機(jī)采毛茶外形和葉底的感官得分低于手采毛茶[32]。機(jī)采鮮葉老嫩不勻，給后續(xù)初加工帶來技術(shù)難度，造成干茶勻度下降，目前只能通過鮮葉采后分級(jí)和干茶精制的方法，在一定程度上進(jìn)行彌補(bǔ)。

3 茶葉機(jī)械化采摘技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

全國各個(gè)茶區(qū)自然環(huán)境、生產(chǎn)傳統(tǒng)、產(chǎn)品要求等均存在很大差異，需要在深入調(diào)研基礎(chǔ)上，結(jié)合地域條件因地制宜，確定不同區(qū)域最佳茶葉收獲方式和技術(shù)路線，有針對(duì)性地進(jìn)行茶葉機(jī)械化采摘技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用。

3.1 機(jī)采茶園集約化

3.1.1 農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)互融促進(jìn)機(jī)采茶園標(biāo)準(zhǔn)化 機(jī)采的經(jīng)濟(jì)效益受農(nóng)機(jī)性能、茶樹品種、栽培管理等多方面因素的影響，所以農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)融合發(fā)展是機(jī)采效益實(shí)現(xiàn)的保障。目前選擇性智能采摘技術(shù)尚未應(yīng)用于實(shí)踐，只能通過農(nóng)藝措施建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)采茶園，合理優(yōu)化并形成區(qū)域規(guī)范的茶葉生產(chǎn)技術(shù)體系，為茶葉機(jī)采實(shí)施提供基礎(chǔ)條件。高標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)采茶園需要通過農(nóng)藝修剪措施，培養(yǎng)適應(yīng)機(jī)采的樹冠面;日常注意培肥，滿足機(jī)采茶園施肥量的需求;加強(qiáng)病蟲害防護(hù)措施，并注意及時(shí)補(bǔ)栽缺株。只有將機(jī)械、農(nóng)藝和制茶工藝相融合的采茶機(jī)械化技術(shù)推廣作為重點(diǎn)，才能推動(dòng)采茶機(jī)械化技術(shù)的進(jìn)展[33]。

3.1.2 農(nóng)民生產(chǎn)合作方式變革促進(jìn)機(jī)采集約化 機(jī)械采茶是規(guī)模生產(chǎn)，必須與茶園種植、茶葉加工的適度規(guī)模經(jīng)營相結(jié)合[34]。谷兆騏等比較了平水日鑄茶的機(jī)采和手采2種采摘模式，在售價(jià)均為250元/kg的情況下，得出機(jī)采茶的成本比手采茶低36.22%，得率低25.48%，經(jīng)濟(jì)效益高約21.30%[35]。由此可以看出，機(jī)采鮮葉因?yàn)榈寐瘦^低，如果無法在鮮葉數(shù)量上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，機(jī)采的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)被減弱。而每天進(jìn)廠大量的鮮葉，則需要具有相當(dāng)規(guī)模的加工廠及時(shí)將鮮葉付制。種植及生產(chǎn)的機(jī)械化和規(guī)模化發(fā)展，勢(shì)必引起生產(chǎn)組織模式的變革，比如有關(guān)茶葉種植加工及農(nóng)業(yè)機(jī)械的農(nóng)民專業(yè)合作社的大量出現(xiàn)。大型采摘設(shè)備投入較大，個(gè)體種植戶不愿意購置一些利用率不高的大型采茶設(shè)備?？梢越梃b其他實(shí)現(xiàn)收獲規(guī)模化的農(nóng)作物，嘗試建設(shè)采摘服務(wù)平臺(tái)，農(nóng)場(chǎng)主可以選擇代收或者租賃設(shè)備，節(jié)省一部分購機(jī)資金。如美國的花生機(jī)械化采收服務(wù)平臺(tái)上，提供農(nóng)場(chǎng)與耕地的位置、耕地規(guī)模、土壤類型、種植品種與收獲時(shí)間等花生收獲信息，同時(shí)提供花生收獲機(jī)械類型、型號(hào)、數(shù)量、租賃和代收服務(wù)指導(dǎo)價(jià)格等信息，用發(fā)達(dá)的信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了花生收獲的集約化[36]。

3.2 機(jī)采技術(shù)精細(xì)化

隨著消費(fèi)者對(duì)茶葉品質(zhì)要求的提高，機(jī)采技術(shù)朝著精細(xì)化的方向發(fā)展。精細(xì)化采摘需要研發(fā)高效率、高精度、智能化的采茶機(jī)器人。機(jī)器人采摘作業(yè)的實(shí)現(xiàn)，需要解決識(shí)別定位、采摘?jiǎng)幼?、?dǎo)航、換行、移運(yùn)等多個(gè)環(huán)節(jié)與裝備的充電、維護(hù)等問題。茶園作業(yè)環(huán)境的高度非結(jié)構(gòu)化、鮮葉個(gè)體的大差異化對(duì)采摘機(jī)器人的作業(yè)帶來了巨大挑戰(zhàn)，是制約采摘機(jī)器人技術(shù)作業(yè)性能提高與推廣應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。除了在茶園標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方面繼續(xù)努力推廣以外，機(jī)械、電子技術(shù)的高速發(fā)展使采摘機(jī)器人技術(shù)的研究大大加速，將為名優(yōu)茶采摘機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)。目前，RealSense深度攝像頭和彩色CCD相機(jī)charge coupled douice camera等多信息先進(jìn)傳感技術(shù)提高了嫩芽識(shí)別度，已有研究者利用機(jī)器視覺圖像技術(shù)用于茶葉的種類、品質(zhì)等級(jí)鑒別和產(chǎn)地溯源[37-41]。我國茶葉采摘機(jī)器人發(fā)展較晚，但是在溫室果蔬采摘等領(lǐng)域，機(jī)器人已有一定范圍的投入使用[42]。隨著機(jī)械臂、底盤、傳感器、電機(jī)系統(tǒng)等關(guān)鍵模塊不斷成熟，RFID（radio frequency idontifica tion，射頻識(shí)別技術(shù)）、激光切割、熱切割等新技術(shù)快速引入并運(yùn)用于機(jī)器人導(dǎo)航與摘取等環(huán)節(jié)，圖像處理與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)求解等算法和工具的成熟模塊化使檢測(cè)與控制的實(shí)施得到簡化，采摘機(jī)器人技術(shù)不斷得到有力推動(dòng)[43-47]。

3.3 機(jī)采茶優(yōu)質(zhì)化

3.3.1 機(jī)采茶加工配套設(shè)備開發(fā) 目前，專門配套機(jī)采鮮葉的加工設(shè)備缺乏，現(xiàn)有加工設(shè)備不能最大化提高機(jī)采茶的品質(zhì)。很多研究對(duì)機(jī)采鮮葉的分選、攤放、萎凋、做青等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期探明機(jī)采茶葉品質(zhì)影響因素，將為機(jī)采茶加工設(shè)備研發(fā)提供理論依據(jù)。何鑫以機(jī)采鮮葉為原料，系統(tǒng)研究了大宗茶分級(jí)機(jī)的分級(jí)效果，空調(diào)攤放和加溫萎凋?qū)Σ桴r葉主要化學(xué)成分和香氣物質(zhì)變化的影響[48]。劉亞峰研究了機(jī)采鮮葉分選技術(shù)中對(duì)烏龍茶內(nèi)質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)鮮葉采用滾動(dòng)式處理對(duì)烏龍茶香味的穩(wěn)定性有正效應(yīng)，且鮮葉分選后的做青方式以四搖為宜[19]。機(jī)采鮮葉在制作過程中，需要初加工、精加工及深加工等系列產(chǎn)品的配套，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)采茶效益的提升。朱德文針對(duì)機(jī)采鮮葉的特點(diǎn)，研究開發(fā)機(jī)采茶鮮葉加工速溶綠茶關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有加工速溶茶的鮮葉粉碎設(shè)備、殺青設(shè)備及浸提設(shè)備等進(jìn)行了研發(fā)[49]。

3.3.2 機(jī)采茶分選分級(jí)技術(shù)開發(fā) 機(jī)采毛茶勻凈度較差，需要通過分選獲得不同等級(jí)的茶葉，提升茶葉品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前，融合了機(jī)械、電子、圖像識(shí)別等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研制的茶葉分級(jí)機(jī)，有風(fēng)選、色選和靜電等多種類型[50-51]。在生產(chǎn)實(shí)踐中，機(jī)采鮮葉制成毛茶后，再進(jìn)行茶葉精制，取得了很好的效果。翁炎生等提出了直接對(duì)機(jī)采茶青進(jìn)行香茶加工，再利用色選機(jī)對(duì)機(jī)采香茶進(jìn)行分選分級(jí)的松陽香茶機(jī)械化采制模式，從而提高了茶葉產(chǎn)品質(zhì)量和加工附加值[52]。葉飛等研究發(fā)現(xiàn)，鮮葉（風(fēng)選）分級(jí)和加工過程（風(fēng)選-色選）分級(jí)（殺青葉分級(jí)、二青葉分級(jí)、三青葉分級(jí)）后制得的綠茶，相比不分級(jí)機(jī)采綠茶，在感官品質(zhì)上并沒有明顯的改善;但毛茶精制分級(jí)后，得到的一級(jí)茶和二級(jí)茶的品質(zhì)明顯高于不分級(jí)機(jī)采綠茶[53]。曹婷婷以機(jī)采巖毛茶為原料，開展巖毛茶關(guān)鍵精制工序的比較研究與全程工藝參數(shù)的跟蹤研究，為機(jī)采機(jī)制巖毛茶實(shí)際生產(chǎn)提供了一整套可應(yīng)用的精制加工技術(shù)[54]。實(shí)時(shí)、客觀、高效、智能的分選分級(jí)技術(shù)，是提高機(jī)采茶品質(zhì)的重要手段，國家應(yīng)繼續(xù)擴(kuò)大國家農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼的范圍，后續(xù)鮮葉風(fēng)選設(shè)備、毛茶色選設(shè)備等也都納入補(bǔ)貼的范圍。

4 小結(jié)

綜上所述，我國茶葉機(jī)采技術(shù)經(jīng)過長期發(fā)展，雖然茶園基建、品種篩選、栽培技術(shù)優(yōu)化、采摘適期選擇、機(jī)采設(shè)備選用等方面的進(jìn)步，在提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本方面取得了一定效果，但機(jī)采茶園建設(shè)集約化，機(jī)采技術(shù)精細(xì)化，機(jī)采茶優(yōu)質(zhì)化等方面仍然存在很多問題。還需在推進(jìn)農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)結(jié)合建立規(guī)范化機(jī)采茶園，變革農(nóng)民合作生產(chǎn)方式，發(fā)展智能采摘機(jī)器人技術(shù)，深化機(jī)采茶配套設(shè)備開發(fā)，發(fā)展毛茶分選分級(jí)技術(shù)等多方面進(jìn)行突破，將極大改善我國機(jī)采現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)茶葉機(jī)械化采摘技術(shù)新發(fā)展。

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