南方地區(qū)茶園機械化現(xiàn)狀與發(fā)展建議

摘 要： 我國是茶葉大國，茶葉種植具有面積大、分布廣、地形復雜等特點，茶葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須通過茶園生產(chǎn)機械化來實現(xiàn)。茶葉生產(chǎn)主要包括耕作施肥、植保、灌溉、修剪和采摘等關鍵環(huán)節(jié)。其中耕作目前以人工淺耕除草為主，在規(guī)模較大的茶園有微耕機的應用；植保則以手動噴霧器噴灑農(nóng)藥為主，同時引入物理防治手段加以輔助；大眾茶采摘以手工或手持機具為主，在宜機化茶園有乘坐式采茶機等大型設備的應用，而對于名優(yōu)茶采摘仍依賴手工。通過對南方地區(qū)茶園耕作、植保和茶葉采摘等關鍵環(huán)節(jié)機械化現(xiàn)狀的研究，分析了目前南方地區(qū)茶園種植機械化在茶園基礎建設、作業(yè)機械、農(nóng)機農(nóng)藝融合等方面存在的問題，并針對這些問題提出加快茶園種植機械化進程的思路，旨在為南方地區(qū)茶園種植機械化的發(fā)展提供參考。

關鍵詞：茶園機械；南方地區(qū)茶園；耕作；茶葉采摘；茶葉；全程機械化

中圖分類號：S233 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）09-0005-07

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.09.001

0 引言

茶產(chǎn)業(yè)是南方地區(qū)傳統(tǒng)特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，也是茶葉主產(chǎn)區(qū)推進鄉(xiāng)村全面振興、實現(xiàn)共同富裕的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。然而隨著農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟快速發(fā)展，農(nóng)村勞動力短缺問題日益凸顯，因此，構(gòu)建機藝融合的茶園全程機械化體系已迫在眉睫。本研究深入了解南方地區(qū)茶園機械化水平現(xiàn)狀及其制約因素，厘清發(fā)展思路，并提出相應的對策，以加快茶園全程機械化進程。

1 茶產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

根據(jù)中國茶葉流通協(xié)會數(shù)據(jù)，2021 年中國茶園總種植面積達326.41 萬hm2，同比增長3.13%，茶葉總產(chǎn)量達318 萬t，較2020 年增產(chǎn)8.3%，占世界總產(chǎn)量的45% 左右[2-3]。我國茶園面積和產(chǎn)量始終位居世界第1 位。南方地區(qū)茶園主要分布在江南茶區(qū)、西南茶區(qū)和華南茶區(qū)。其中，江南茶區(qū)位于長江中下游南部，包括浙江省、江西省等省，以及皖南、蘇南、鄂南等地，年產(chǎn)量約占全國總產(chǎn)量的2/3。目前，我國茶產(chǎn)業(yè)正面臨茶產(chǎn)品供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、茶產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的發(fā)展機遇。

2 主要生產(chǎn)模式

茶葉生產(chǎn)流程如圖1 所示，包括耕作施肥、植保、灌溉、修剪和采摘等環(huán)節(jié)[4-6]。

（1）耕作施肥環(huán)節(jié)。茶園耕作施肥包括耕整、中耕除草、開溝施肥等環(huán)節(jié)。茶園產(chǎn)區(qū)自南向北，跨度大，氣候、土壤溫度及地形都存在較大差異，應根據(jù)當?shù)靥攸c進行調(diào)整。一般在生產(chǎn)季節(jié)，茶園進行3～5次耕作，如春茶前的中耕，春茶后和夏茶后的淺耕，并進行相應的施肥。在非生產(chǎn)季節(jié)，大多以秋耕（深耕）結(jié)合施基肥。

（2）植保環(huán)節(jié)。為了建立健康的生態(tài)環(huán)境，采用農(nóng)業(yè)措施、物理措施和生物防治等方法，抑制茶園病蟲害的暴發(fā)。近年來，打造生態(tài)茶園，一般以農(nóng)業(yè)防治為基礎，綜合運用物理防治和生態(tài)防治措施，減少病蟲害的損失，保持茶園生態(tài)平衡。

（3）灌溉環(huán)節(jié)。茶園水分來源于降水、地下水和人工灌溉。其中灌溉是指通過設施將水輸送到茶園，以補充土壤水分，改善茶樹生長發(fā)育條件的措施。

（4）修剪環(huán)節(jié)。采用修剪措施是為了獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)目標。修剪方法主要有定型修剪、輕修剪、深修剪、重修剪和臺刈。修剪期的選擇，應考慮在茶樹體內(nèi)養(yǎng)分貯藏量大、有較長恢復期時進行，即茶樹生長相對休止期的中后期為最佳。

（5）采摘環(huán)節(jié)。茶樹生長期為春季至夏季，也是茶葉采收時期。到了冬季，茶樹大多處于相對休止狀態(tài)。采摘對象是茶樹新梢的芽葉，不同茶類有不同的采摘標準。名優(yōu)茶采摘單芽、一芽一葉和一芽二葉，而大宗茶則采摘一芽二葉、一芽三葉等。

3 茶園全程機械化研究現(xiàn)狀

茶園機械化水平的提高，可將勞動力從茶園松土、施肥、采摘等環(huán)節(jié)中解放出來?？v觀我國茶園機械發(fā)展，已有70 余年歷程，整體發(fā)展速度呈現(xiàn)由快變慢，而后由慢到快的態(tài)勢[7-8]。茶園機械從相對簡單到比較復雜，從操作復雜到操作簡便，從半機械化到全機械化，目前，我國南方地區(qū)茶園機械仍處于起步發(fā)展階段[9]。茶園中多使用大型管理機，集修剪、施肥、采摘于一體，但體積龐大、機動性欠佳，維護成本較高，人工操作復雜， 無法滿足丘陵山區(qū)茶園的實際要求[10-12]。2013—2020 年全國茶園機械化水平變化及2020 年各生產(chǎn)關鍵環(huán)節(jié)的機械化水平情況（以浙江省、江蘇省為代表的南方地區(qū)茶園）如圖2 所示[13]。

3.1 耕作施肥環(huán)節(jié)

目前南方地區(qū)主要采用多功能田園管理機和微耕機等小型耕作設備完成，茶園施肥主要與中耕、除草等作業(yè)同步進行，采用開溝?施肥?覆土的作業(yè)方式。

20 世紀70—80 年代，開始茶園耕作方面相關研發(fā)，主要針對坡度lt;10°的茶園。早期茶園耕作是依靠半機械畜力中耕機。目前，市場上出現(xiàn)許多耕作機械，如浙江唐詩之路控股集團有限公司、金華牛哥機械有限公司等研制的耕作機，此類機械在茶園中作業(yè)靈活、結(jié)構(gòu)簡單，在南方丘陵山區(qū)的茶園有一定的應用[14-16]。然而由于我國茶園土壤長期管理不善，板結(jié)土壤使得耕作鍬齒易變形、耕作深度達不到要求，因此未實現(xiàn)大規(guī)模應用。而深耕作業(yè)由于耕作阻力大，需要依靠大型動力裝備帶動耕作部件作業(yè)，但由于體積較大，在南方丘陵山區(qū)無法實現(xiàn)自由調(diào)轉(zhuǎn)，目前適合南方地區(qū)茶園的深耕機型很少。

茶園施肥機的研制多結(jié)合耕作類機械、開溝類機械或具有綜合性能的茶園管理機，如圖3 所示[17-19]。戴有華等[20] 設計了一種與茶園拖拉機配套使用的深松施肥機，采用跨行作業(yè)方式，一次可開4 條深松溝、施入肥料及覆土等作業(yè)。湖南農(nóng)業(yè)大學[21] 設計了一種茶園多功能可調(diào)開溝施肥機，有多組旋耕刀片，排肥電機由蓄電池供電。楊葉成[22] 研制了一種茶園專用的高效施肥裝置，并優(yōu)化了其工作參數(shù)，田間試驗表明，離心撒肥裝置撒肥均勻性較好，可用于茶園施肥。然而，目前研究的重點主要集中于顆粒化肥施肥機，沒有專用的茶園有機肥施肥機，茶農(nóng)仍沿用傳統(tǒng)的有機肥施肥方式。

3.2 植保環(huán)節(jié)

長期以來，手動噴霧器數(shù)量占茶園植保機械數(shù)量的80%，農(nóng)藥有效利用率僅20%～40%，這與植保機械落后導致重噴、漏噴現(xiàn)象嚴重有關。除手動噴霧器以外，南方地區(qū)茶園還使用無人機、機動氣吸捕蟲機等植保機械，如圖4 所示[23]。對比人工噴霧和地面噴霧，植保無人機具備操控簡便、靈活高效等優(yōu)點，能快速進行大范圍覆蓋噴灑。

為最大限度發(fā)揮航空植保技術的優(yōu)勢，提高噴藥的質(zhì)量和效果，減少農(nóng)藥流失浪費，研究人員對航空植保噴霧的多個技術領域展開了廣泛而深入的研究，包括GPS 導航施藥技術、航空噴嘴模型、靜電噴霧等。此外，物聯(lián)網(wǎng)、害蟲智能視覺檢測等信息技術開始應用于病蟲害監(jiān)測，如圖5 所示?；谖锫?lián)網(wǎng)技術的茶樹病蟲害公共服務平臺集病蟲害檢索系統(tǒng)、病蟲害監(jiān)控預警系統(tǒng)于一體，實現(xiàn)茶樹病蟲害綜合防治，但仍處于探索階段。未來的茶園植保機械向風助噴霧、精量噴霧、機電一體化噴霧，以及利用風、聲、光、電等物理防治方向發(fā)展。

3.3 灌溉環(huán)節(jié)

我國作物灌溉方式仍以漫灌為主，存在大量的水資源浪費。精準灌溉是指在作物生長階段，通過對土壤中的水分含量或土壤中養(yǎng)分等關鍵指標自動監(jiān)測，精準控制灌溉用水量等參數(shù)，節(jié)約用水量，有利于提升茶葉品質(zhì)和產(chǎn)量。目前精準灌溉研究主要集中在作物灌溉模型、環(huán)境與需水量之間的關系和專家知識構(gòu)建灌溉規(guī)則3 個方面。由于茶樹各器官內(nèi)部組織的差異，并且受外界不同條件影響，各器官之間水分分布有較大差別，現(xiàn)有的理論體系還待完善。水肥一體化技術處于初期應用階段，未來茶園將通過先進技術提升灌溉質(zhì)量，實現(xiàn)精準高效灌溉。

3.4 修剪環(huán)節(jié)

目前大多數(shù)茶樹修剪機為往復切割型，主要由汽油機、往復切割刀、傳動機構(gòu)和機架等組成。根據(jù)作業(yè)功能可將其分為單人手提式、雙人抬式、側(cè)邊修剪機，以及輕、重、深型修剪機等；老化嚴重的茶園也可用臺刈機進行修剪。近幾年研發(fā)的大型設備，仍沿用傳統(tǒng)小型設備的工作原理，如跨行乘駕型履帶采茶機，則采用往復切割式采摘原理和風吹式集葉方式，而低地隙多功能茶園管理機配套的修剪機具，也采用往復切割式修剪。南方多地開始嘗試引進跨行自走式茶樹修剪采摘一體機在標準茶園進行修剪作業(yè)，如圖6 所示。

3.5 采摘環(huán)節(jié)

20 世紀50 年代開始，我國對采茶機的研制進行積極的探索，但由于當時制造技術與理論研究限制，設計的產(chǎn)品未能大面積推廣。杭州正馳達精密機械有限公司[24] 發(fā)明了一種全自動大型軌道式采茶機，在平緩地帶作業(yè)良好，但由于需要鋪設導軌，無法對坡度較大茶園進行采摘作業(yè)。目前，浙江省、江蘇省、貴州省等地的一些規(guī)模較大的茶園都有采茶機的應用[25-27]。大宗茶采摘普遍使用技術成熟的機動單人、雙人采摘機械，如圖7 所示；在宜機化標準茶園應用跨行自走式大宗茶采摘機械，如圖8 所示。而名優(yōu)茶的采摘方面，一種是通過普通大宗茶采摘機采摘后對鮮葉分級的技術方法，在實際運用中效果不理想；另一種則是通過模擬人工采摘的方式實現(xiàn)，對此研究人員開展大量的嘗試研究。如2006 年中國農(nóng)科院研發(fā)出國內(nèi)首臺名優(yōu)茶采摘機，采茶效率17.5 kg/h[28]。王先偉等[29] 使用改進的ORB-SLAM2 算法，實現(xiàn)采茶機器人在室外環(huán)境下導航避障及路徑規(guī)劃。賈江鳴等[30] 研制了手持式名優(yōu)茶嫩梢采摘機械手。目前智能化采茶機器人尚在研發(fā)試驗階段。

4 存在問題

南方地區(qū)茶園機械化存在兩方面問題。一是茶葉生產(chǎn)機械化程度低。耕作施肥、收獲等環(huán)節(jié)機械化作業(yè)水平低，智能化機械裝備保有量低等。具體表現(xiàn)在耕作施肥專用機械不足，適用機型少；小型手持式修剪收獲機械噪聲和勞動強度均較大，作業(yè)效率不高；名優(yōu)茶采摘仍無機可用；灌溉設備、防霜機、軌道機等一些設備還處于推廣初期。二是加工設備連續(xù)化生產(chǎn)線推廣仍然偏少，并且加工設備智能化、數(shù)字化程度不高。

（1）基礎設施不夠完善。由于自然條件的制約，茶園的溝、渠、路等基礎配套比較困難，大多因陋就簡，存在農(nóng)機作業(yè)死角，造成農(nóng)機通行難、作業(yè)難。茶園地塊形狀不規(guī)則、細碎分散，種植坡度較大，山地碎石多，沒有完成基本的宜機化改造?；A設施的限制，導致只能使用種類不多的微小型茶園機械，沒有條件滿足中大型茶園機械的使用。同時機械化適用模式總結(jié)推廣不足，茶園機械作業(yè)標準缺乏。茶葉生產(chǎn)經(jīng)營仍以家庭分散為主，生產(chǎn)組織化和專業(yè)分工程度不高，茶園種植規(guī)模比較小，與農(nóng)機高效作業(yè)對茶園地塊集中連片的面積要求還有較大差距，影響茶園生產(chǎn)機械作業(yè)效率和使用范圍。

（2）社會化服務滯后。目前以茶葉龍頭企業(yè)統(tǒng)一收購加工銷售和茶園植保飛防的社會化服務較多，但專門從事茶園耕種管收環(huán)節(jié)機械化作業(yè)的服務組織缺少。一些地方的茶葉專業(yè)合作社或企業(yè)利用茶葉加工設備開展茶葉鮮葉加工等社會化服務，但組織化程度低，還有較大的綜合服務拓展空間。茶機制造企業(yè)總體規(guī)模小，技術薄弱，研發(fā)投入少，高質(zhì)量茶機產(chǎn)品研發(fā)制造不容樂觀。

（3）智能化技術應用薄弱。茶園管收機械自動化智能化程度不高。除植保無人機外，絕大部分作業(yè)機械需要較多人工操作，自動化、智能化機械應用少。智慧茶園建設處于起步階段，基礎設施較落后，網(wǎng)絡光纖等安裝、升級困難；灌溉設施簡陋，水肥管網(wǎng)、溝渠不配套；缺乏數(shù)據(jù)采集裝備和智能農(nóng)機，數(shù)據(jù)接口不通用；數(shù)字化技術與茶園管理機械融合應用場景少等。

5 對策建議

（1）因地制宜研制茶園機械化設備。以農(nóng)機創(chuàng)新研究試驗基地建設為依托，丘陵山區(qū)先導區(qū)、小型適宜機械研發(fā)推廣一體化建設為主平臺，結(jié)合茶園立地條件和種植農(nóng)藝，按照茶園生產(chǎn)農(nóng)藝農(nóng)機融合要求，研制一批具有個體小輕化、使用靈巧化、功能多樣化及技術高端化等特點，并且適合丘陵山區(qū)的多功能、系列化茶園生產(chǎn)各環(huán)節(jié)作業(yè)機械，突破茶園作業(yè)環(huán)節(jié)瓶頸。鼓勵制造龍頭企業(yè)，加強與涉農(nóng)高等院校、科研機構(gòu)聯(lián)系合作，提升研發(fā)能力，加快茶葉裝備研發(fā)以模仿跟蹤和技術引進為主向自主創(chuàng)新為主的轉(zhuǎn)變。推動茶葉裝備產(chǎn)業(yè)升級所需共性技術、關鍵技術、配套技術和工程化技術的創(chuàng)新研發(fā)。

（2）加強推進茶園種植規(guī)程建設。組織土壤、農(nóng)藝、農(nóng)機和工程等多個領域的相關專家，按照宜機化要求修訂或重新制定茶園標準園建設標準，標準制定要充分考慮各種茶園機械作業(yè)行駛、田間掉頭，以及配套茶園道路、地頭轉(zhuǎn)彎空間等要求。在避免水土流失、保護生態(tài)環(huán)境前提條件下，對茶葉主產(chǎn)區(qū)內(nèi)坡度在25°以下茶園進行連通地塊、消除死角、并小為大、調(diào)整布局、貫通溝渠及培肥土壤為內(nèi)容的茶園宜機化改造，進而保證茶園機械開得進去、用得起來。以高水平農(nóng)機農(nóng)藝融合示范基地建設為契機，綜合考慮茶園機械性能結(jié)構(gòu)和作業(yè)要求，確定新建或改建茶園種植規(guī)格即行距、茶蓬高度、茶蓬修剪形式等機械作業(yè)所需種植管理標準，選育適合機采茶樹品種，滿足機械對農(nóng)藝要求。按照有利茶樹生長需求明確茶園耕作、施肥、灌溉、植保和修剪等農(nóng)藝要求，制定各環(huán)節(jié)機械作業(yè)標準，以適應農(nóng)藝對機械要求。

（3）大力發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)農(nóng)機社會化服務。加大培育家庭農(nóng)場、專業(yè)合作社、龍頭企業(yè)等新型茶葉種植經(jīng)營主體，推進茶園規(guī)?；?jīng)營。以高標準區(qū)域農(nóng)機綜合服務中心建設為依托，大力培育茶園新型農(nóng)機作業(yè)社會化服務主體，開展茶園委托管理、病蟲統(tǒng)防統(tǒng)治、肥料統(tǒng)配統(tǒng)施等服務，提高茶農(nóng)組織化程度。推廣茶園機械作業(yè)訂單服務，或單環(huán)節(jié)、多環(huán)節(jié)、全程的茶園生產(chǎn)托管等經(jīng)營方式，以此為紐帶為小戶茶農(nóng)或規(guī)模茶園經(jīng)營主體提供茶園全程機械化或茶園部分關鍵環(huán)節(jié)作業(yè)托管服務，促進小戶茶農(nóng)和現(xiàn)代茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展有機銜接。

（4）加快推進茶園生產(chǎn)管理機械化、數(shù)字化、智能化。隨著國家對茶園機械化重視程度日益增長，加快推進農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，進一步強化智能農(nóng)機，使茶園機械發(fā)展邁入新的發(fā)展階段。將計算機視覺、圖像處理、伺服控制等技術應用到茶園機械中，提高茶園機械的自動化、智能化程度，實現(xiàn)茶園植保機械的精準、精量噴施，茶葉采摘的精準識別定位及單芽完整采摘等。建立智慧茶園平臺，運用5G、大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等高新技術實現(xiàn)茶園信息采集、茶園智能灌溉、施肥及茶園蟲情信息實時監(jiān)測等。目前，智能農(nóng)機還處于初級階段，未來市場規(guī)模巨大，前景廣闊。信息技術與農(nóng)機技術推廣緊密結(jié)合，不斷加碼產(chǎn)品與技術創(chuàng)新，從根本上實現(xiàn)農(nóng)機現(xiàn)代化作業(yè)，引領茶行業(yè)環(huán)保、智能、高效的發(fā)展新趨勢。

6 結(jié)束語

目前南方地區(qū)茶園機械化還存在很多問題，尤其是丘陵山區(qū)茶園，但近年來通過茶園宜機化改造及標準化建設，機械作業(yè)條件得到了改善。未來，南方地區(qū)茶園將繼續(xù)推進標準化建設、規(guī)?；?jīng)營，同時加大政府扶持及研發(fā)力度，研制具有自主知識產(chǎn)權且實用的茶園機械，擺脫無機可用的困境，提高茶產(chǎn)業(yè)的機械化、智能化水平。

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