丁文芹，肖宏儒*，宋志禹，肖蘇偉，韓余，夏先飛，梅松

1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，210014；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所，570100

秦巴山區(qū)茶園地形陡峭，坡度大于25°的山地茶園面積占茶園總面積的75%以上，人工作業(yè)強(qiáng)度大，綜合機(jī)械化程度不足5%，而市場上可供選擇的耕作、施肥、修剪、植保及采摘機(jī)械多以中型、大型為主，針對(duì)山地茶園的茶園專用機(jī)械非常少，秦巴山區(qū)茶園機(jī)械化發(fā)展較為滯后，嚴(yán)重影響了茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。秦巴山區(qū)茶農(nóng)年齡普遍在50～60 歲，茶葉勞動(dòng)力成本占70%以上，20年后誰來種茶、誰來采茶、如何種茶將成為秦巴山區(qū)茶園面臨的最嚴(yán)重的問題。

因此通過研究當(dāng)前秦巴山區(qū)茶園的耕作、施肥、修剪、植保及采摘等環(huán)節(jié)作業(yè)現(xiàn)狀，重點(diǎn)針對(duì)山地茶園機(jī)械化技術(shù)特點(diǎn)剖析山地茶園機(jī)械化存在的問題，提出秦巴山區(qū)茶園管理省力化策略，以加快秦巴山區(qū)茶園機(jī)械化進(jìn)程。

一、秦巴山區(qū)茶園生產(chǎn)管理現(xiàn)狀

秦巴山區(qū)茶園90%以上為家庭小塊型茶園，單塊茶園面積為0.33～0.53 hm2，由于山區(qū)梯級(jí)茶園居多，地形坡度最大可達(dá)38.21°，樹齡在15～25 a的老茶園占90%，茶園行距1.2～1.5 m，陡坡梯級(jí)茶園多為雙行條栽[1]。由于秦巴山區(qū)茶園地形險(xiǎn)要，坡度陡，茶園機(jī)具上山難，適用于秦巴山區(qū)茶園的專用機(jī)械少。茶園中基本沒有建設(shè)主干道、支道、機(jī)耕道。

1.茶園耕作

秦巴山區(qū)茶園耕作以淺耕為主，主要選用市場上已有成型的背負(fù)式割草機(jī)配套除草機(jī)進(jìn)行作業(yè)。茶園耕作以茶園地頭的除草為主，茶行間基本免耕。茶園普遍使用除草劑，導(dǎo)致存在農(nóng)藥殘留風(fēng)險(xiǎn)[2]。

2.茶園施肥

3.茶園修剪

秦巴山區(qū)茶園修剪主要采用日本產(chǎn)修剪設(shè)備，修剪質(zhì)量高、占地面積小、重量輕、工作效率高，但是以手提為主，手臂勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)1 h 手臂會(huì)出現(xiàn)發(fā)抖的現(xiàn)象[4]。單邊修剪機(jī)的價(jià)格比較低廉，可以取得較高的效益，主要適用于茶樹的輕修剪、邊緣修剪以及定型修剪等。

4.茶園植保

秦巴山區(qū)茶園病蟲害防治主要采用傳統(tǒng)的背負(fù)式手動(dòng)噴霧器，茶園條件較好的有采用色板誘殺、太陽能殺蟲燈物理防治技術(shù)與裝備。目前負(fù)壓捕蟲技術(shù)與裝備應(yīng)用較少。

5.茶葉采摘

名優(yōu)茶采摘全靠人工采摘，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。目前，國內(nèi)高校及科研院所對(duì)名優(yōu)茶采摘技術(shù)均有研究，但研究成果尚未達(dá)到應(yīng)用階段。大宗茶的機(jī)械化采摘裝備普遍采用往復(fù)切割式采茶機(jī)，按照動(dòng)力方式分，有汽油式采茶機(jī)和電動(dòng)采茶機(jī)等。

二、秦巴山區(qū)茶園管理省力化策略

1.推進(jìn)宜機(jī)械化茶園標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)進(jìn)程

茶園標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)是茶園機(jī)械化推行的立足之本，也是基礎(chǔ)平臺(tái)。由于茶園建設(shè)尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可執(zhí)行，導(dǎo)致茶園機(jī)械與茶園種植之間出現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合障礙。一類產(chǎn)品往往只能適應(yīng)一部分種植模式的茶園，茶園中普遍使用的機(jī)械又多為大田作物中傳統(tǒng)適用機(jī)械，從而導(dǎo)致產(chǎn)品市場亂、雜、無序。因此，推進(jìn)機(jī)械化茶園標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)進(jìn)程是加快秦巴山區(qū)機(jī)械化進(jìn)程的首要條件。

目前秦巴山區(qū)茶園在建設(shè)方面主要存在以下問題：（1）茶園無機(jī)耕道，無田間機(jī)械掉頭區(qū)域，茶園作業(yè)機(jī)械無法進(jìn)入；（2）無系統(tǒng)化田間灌溉系統(tǒng)，水管暴露或者掩埋深度不夠，對(duì)耕作機(jī)械、采茶機(jī)械作業(yè)時(shí)造成干涉；（3）樹木套種雜亂無章，缺乏系統(tǒng)化規(guī)劃，減少了茶園機(jī)械作業(yè)有效面積；（4）茶園梯度設(shè)置不合理，人工和機(jī)械均難以爬坡作業(yè)。

由于秦巴山區(qū)茶園以家庭不規(guī)則小田塊的山地茶園為主，平緩坡茶園較少，因此因應(yīng)以山地茶園（坡度15°～25°）標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)為主，其中作業(yè)道路根據(jù)茶園規(guī)模、地形和地貌等條件，設(shè)置規(guī)范的道路系統(tǒng)，機(jī)械作業(yè)主道寬2.5 m ，生產(chǎn)作業(yè)道寬1.0～1.5 m，機(jī)具調(diào)頭道寬0.5～1.0 m，調(diào)頭道外側(cè)保留1～2 叢茶樹作為保護(hù)行。丘陵茶園梯壁高度以1 m左右為宜，梯面寬度應(yīng)在2 m以上，梯層兩端要與斜坡道路連接。而平緩坡茶園可以在改造茶園和新建茶園中進(jìn)行合理的機(jī)械化規(guī)劃，包括道路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、灌溉系統(tǒng)建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)等，農(nóng)藝應(yīng)調(diào)整配合農(nóng)機(jī)，并根據(jù)茶園機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)要求，制定茶園機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程，以推進(jìn)茶園機(jī)械化進(jìn)程。

2.制定茶園機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)模式

傳統(tǒng)茶園作業(yè)機(jī)械一般按照茶園作業(yè)的耕作、施肥、修剪、植保和采摘5 個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行劃分，再針對(duì)每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的技術(shù)與裝備進(jìn)行詳細(xì)的列支，每種作業(yè)機(jī)械均配有獨(dú)立動(dòng)力機(jī)械，導(dǎo)致茶園機(jī)械市場混亂，農(nóng)戶無法根據(jù)茶園條件選擇適用的茶園作業(yè)機(jī)械，從而阻礙了茶園機(jī)械化技術(shù)與裝備的發(fā)展和茶葉經(jīng)濟(jì)效益的突破。

我國茶園分布區(qū)域廣，地形條件復(fù)雜多樣，且各茶區(qū)茶園建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不一，農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)不一，造成了我國茶園機(jī)械化程度不足日本茶園綜合機(jī)械化水平10%的局面[5]。研發(fā)的新機(jī)具往往只能適應(yīng)一部分茶園，比如大型履帶或輪式自走式茶園機(jī)械在平緩坡茶園具有較好的作業(yè)效果，而在坡度較大的山地茶園中行走較為困難且配套作業(yè)機(jī)具難以作業(yè)。中小型機(jī)具在山地茶園中可輕便化作業(yè)，但是用于平緩坡茶園中生產(chǎn)效率偏低，不能滿足平緩坡茶園生產(chǎn)機(jī)械化需求，因此用一種設(shè)備實(shí)現(xiàn)所有茶園的機(jī)械化生產(chǎn)是不現(xiàn)實(shí)的。只有根據(jù)茶園的地形條件、種植特點(diǎn)，因地制宜，模式劃分，才能覆蓋茶園全地形、各環(huán)節(jié)，從而更好地推進(jìn)茶園機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程。

白陽臉上的職業(yè)笑容僵了一僵。這家分手公司是他和何冰一起開的，他們倆從大學(xué)起就是類似于閨蜜和哥們兒的異性好友，以至于身邊人無數(shù)次想把他們撮合在一起，然而不知為什么，兩個(gè)人始終沒有發(fā)展為戀人，結(jié)果就成了沒有性別之分、無話不談的死黨。

為此，將我國茶園分為山地茶園、緩坡茶園和平坡茶園，提出相應(yīng)的3 類機(jī)械化作業(yè)模式，并配套不同地形條件下的多種模塊化多功能復(fù)式作業(yè)機(jī)具，針對(duì)性強(qiáng)，作業(yè)效率顯著提高，有效降低投入成本。

針對(duì)山地茶園，重點(diǎn)發(fā)展輕簡型、便攜式茶園作業(yè)技術(shù)模式，以100 kg 以下的手扶式或者背負(fù)式機(jī)具為主，配套耕作、施肥、修剪、植保和采摘5個(gè)環(huán)節(jié)的作業(yè)機(jī)具。

針對(duì)緩坡茶園，重點(diǎn)發(fā)展乘坐自走式窄幅行間作業(yè)技術(shù)模式，配備快速接口，配套耕作、施肥、修剪、植保和采摘5 個(gè)環(huán)節(jié)作業(yè)機(jī)具于一機(jī)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多功能作業(yè)。

針對(duì)平坡茶園，重點(diǎn)發(fā)展大型乘坐自走式跨行作業(yè)技術(shù)模式，根據(jù)需要配套深松鏟、立旋、臥旋、采摘、捕蟲等作業(yè)機(jī)具。

3.優(yōu)化、完善并創(chuàng)制相應(yīng)模式下的茶園機(jī)械技術(shù)與裝備

針對(duì)山地茶園，集成應(yīng)用輕簡型系列茶園機(jī)械化作業(yè)技術(shù)與裝備。主要包括負(fù)壓式茶樹系列吸蟲機(jī)、扶葉式單人采茶機(jī)、KMCG-30茶田翻耕管理機(jī)、C-6 茶園深耕機(jī)、KM1S-30 微耕松土機(jī)、KM3CJ-35 自走式雙面修邊機(jī)、KM3CX-700 背負(fù)式茶樹修剪機(jī)等輕簡型茶園機(jī)械化作業(yè)裝備。

針對(duì)緩坡茶園，集成應(yīng)用低地隙多功能茶園管理技術(shù)與裝備（圖1）。該裝備旋耕生產(chǎn)率最高可達(dá)到0.24 hm2/h，其中創(chuàng)建的“針式”仿生耕作理論，耕作深度增加150%，達(dá)25.79 cm，功耗降低40%，深耕作業(yè)生產(chǎn)率最高可達(dá)到0.3 hm2/h，施肥作業(yè)在旋耕作業(yè)的同時(shí)進(jìn)行，施肥量可在220～490 g/min范圍調(diào)整，植保噴霧作業(yè)的生產(chǎn)率達(dá)0.3 hm2/h，旋耕時(shí)的碎土率達(dá)93%，埋草覆蓋率達(dá)92.4%。

圖1 低地隙多功能茶園管理裝備

針對(duì)平坡茶園，集成應(yīng)用高地隙多功能茶園管理技術(shù)與裝備（圖2）。該裝備中耕除草生產(chǎn)率最高可達(dá)0.47 hm2/h，深松作業(yè)生產(chǎn)率最高可達(dá)到0.63 hm2/h，施肥作業(yè)在中耕除草或深松作業(yè)的同時(shí)進(jìn)行，植保噴霧作業(yè)的生產(chǎn)率達(dá)0.99 hm2/h，中耕除草時(shí)的碎土率達(dá)95.7%，埋草覆蓋率達(dá)97%，深松作業(yè)時(shí)深度達(dá)295～315 mm，生產(chǎn)效率在目前大型茶園作業(yè)裝備中較為突出。

圖2 高地隙多功能茶園管理技術(shù)與裝備

針對(duì)采摘人工勞動(dòng)強(qiáng)度高等難題，集成應(yīng)用跨行自走式采茶技術(shù)與裝備（圖3）。創(chuàng)建的“有限選擇性”最優(yōu)采摘理論及扶葉仿生采摘技術(shù)、“即采即篩”復(fù)式作業(yè)技術(shù)，將漏采率由10%降至1%以內(nèi)，茶葉完整率由60%增至80%，生產(chǎn)率增加40%，使夏秋茶資源獲得充分利用；智能仿生采茶機(jī)器人的茶芽識(shí)別率不小于90%，采摘速度不小于40個(gè)/min，可替代人工。

圖3 跨行自走式采茶裝備

4.制定秦巴山區(qū)茶園機(jī)械化作業(yè)技術(shù)方案

（1）四川南江縣

南江縣茶園以山地茶園為主，以小型割灌機(jī)、單邊修剪機(jī)、單雙人采茶機(jī)、傳統(tǒng)植保噴霧機(jī)、柴油機(jī)灌溉機(jī)組等應(yīng)用為主。茶園機(jī)械品種少而簡易、配套率不高、作業(yè)效率低，操作勞動(dòng)強(qiáng)度大。

技術(shù)方案：由于南江縣茶園地塊大多比較零散，呈階梯狀分布，未設(shè)置機(jī)耕道，首先應(yīng)在茶園設(shè)置機(jī)庫，便于機(jī)具的存放和縮短機(jī)具在茶園之間的周轉(zhuǎn)時(shí)間，減少茶農(nóng)肩扛手抬的勞動(dòng)強(qiáng)度。其次，減少茶園免耕面積，應(yīng)用一機(jī)多能且同時(shí)具備割草和微耕功能的背負(fù)式或便攜式茶園微耕機(jī)、茶園割草設(shè)備，以清除雜草和增強(qiáng)土壤肥力。中耕機(jī)可選用2～6 kW 動(dòng)力配套的鋤齒式翻耕機(jī)，點(diǎn)式耕作，阻力小省力，可以有效避免茶園中的石頭對(duì)刀片的損傷；施肥可采用人工撒肥或用離心式撒肥機(jī)進(jìn)行，再通過微耕機(jī)或者翻耕機(jī)將土肥充分混合；植保作業(yè)除了采用傳統(tǒng)的背負(fù)式噴霧器之外，也可選用代表綠色防控技術(shù)的背負(fù)式吸蟲機(jī)和光電氣色復(fù)合式害蟲捕獲機(jī)；當(dāng)?shù)夭鑸@的修剪和采摘在單、雙人采茶機(jī)的基礎(chǔ)上，茶園條件較好的可選用跨行自走式采茶技術(shù)與裝備，修剪采茶一體，一機(jī)多用，作業(yè)效率高。

（2）四川平昌縣

平昌縣平坡茶園中主要存在排澇不及時(shí)導(dǎo)致茶園中央茶苗淹死的現(xiàn)象。為了有效緩解淹苗的現(xiàn)象，茶農(nóng)會(huì)在茶行中間設(shè)置排水渠對(duì)茶園中的雨水進(jìn)行排澇，導(dǎo)致茶園機(jī)械通過困難。由于勞動(dòng)力缺乏，茶園基本免耕，不施有機(jī)肥，茶園土壤板結(jié)，較其他農(nóng)田土壤含水率低，大部分茶園沒有農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)道路。

技術(shù)方案：按照《茶葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》（NY/T 5018—2015）新建茶園或者改造老茶園，茶園作業(yè)以適宜緩坡、山地茶園機(jī)械化作業(yè)技術(shù)與裝備為主。中耕和淺耕可選用最大耕深18 cm、耕寬為35 cm 的鋤齒式茶園翻耕機(jī)和耕深在4～7 cm、耕寬在20～30 cm的茶園松土除草機(jī)；料斗容量為62 L 的自走式茶園撒肥機(jī)可用于平昌地區(qū)茶園的施肥作業(yè)；傳統(tǒng)修剪可采用背負(fù)式或手持式單人修剪機(jī)、雙人修剪機(jī)（弧形/平行），茶園定期修剪且存在封行的情況下可選用修剪寬度20～42 cm 可調(diào)、修剪高度100 cm 的自走式兩面?zhèn)冗呅藜魴C(jī)進(jìn)行茶園雙側(cè)邊修剪作業(yè)；植保環(huán)節(jié)可選用代表茶園綠色防治技術(shù)的背負(fù)式吸蟲機(jī)以及光電起色復(fù)合式害蟲捕獲機(jī)。

（3）陜西紫陽縣

紫陽縣茶園大多建設(shè)于漢江對(duì)面，以山地茶園為主，茶園縱向坡度較陡，且目前的茶樹多為起壟種植，茶園機(jī)械運(yùn)輸困難，茶園尚未設(shè)置掉頭區(qū)域，茶園修剪及采摘機(jī)械化程度較高，其他環(huán)節(jié)仍然以人工為主。

技術(shù)方案：新建茶園坡度較陡時(shí)應(yīng)建立梯級(jí)茶園，茶園兩側(cè)1～2 m均應(yīng)留有掉頭區(qū)域，在茶園設(shè)置1～2 個(gè)機(jī)庫。除草設(shè)備宜選用窄幅、便攜式或背負(fù)式除草機(jī)為主；由于田埂中石頭較多，中耕設(shè)備可采用輕簡型鋤齒式翻耕機(jī)；修剪設(shè)備可選背負(fù)式或者手持式單人、雙人修剪機(jī)；采茶設(shè)備應(yīng)以單人或者雙人抬采茶設(shè)備為主，適宜機(jī)采的品種也可選用電動(dòng)采茶機(jī)實(shí)現(xiàn)選擇性采摘。

（4）湖北竹山縣

竹山縣山地、緩坡、平坡3 種地形茶園均存在，但是平坡茶園由于在茶園改造或者新建過程中缺乏標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃，茶園田埂較多、茶行較短、行間距不一，導(dǎo)致適用于平坡茶園的高地隙多功能茶園管理技術(shù)與裝備在該縣難以推廣。此外，山地茶園普遍存在田頭無掉頭區(qū)域、排水渠設(shè)計(jì)不合理等問題。雖然目前全縣茶園已有多個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)開始實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，逐步向?qū)I(yè)化精細(xì)化機(jī)械轉(zhuǎn)變，但是部分作業(yè)環(huán)節(jié)仍然以人工為主，茶園管理總體機(jī)械化水平仍然不高。

技術(shù)方案：指導(dǎo)竹山縣按照茶園機(jī)械化作業(yè)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行茶園建設(shè)，在標(biāo)準(zhǔn)化茶園的基礎(chǔ)上，平緩坡茶園可選用作業(yè)效率較高的低地隙多功能茶園管理技術(shù)與裝備、高地隙多功能茶園管理技術(shù)與裝備以及跨行自走式采茶技術(shù)與裝備。坡度較陡的山地茶園可選用山地軌道運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸鮮葉及肥料；茶園的除草宜選用背負(fù)式除草機(jī)或者松土除草機(jī)；耕作可選用輕簡型鋤齒式翻耕機(jī)；單履帶式開溝施肥一體機(jī)可用于茶園施肥；茶園定期修剪且存在封行的情況下可采用自走式兩面?zhèn)冗呅藜魴C(jī)進(jìn)行茶園雙側(cè)邊修剪，可大幅度降低人工作業(yè)強(qiáng)度；采摘宜選用單人扶葉式采茶機(jī)、單人采茶機(jī)和雙人采茶機(jī)等。在植保環(huán)節(jié)中，可同時(shí)采用2～5 臺(tái)背負(fù)式吸蟲機(jī)，蟲口減退率可達(dá)70%。

三、發(fā)展對(duì)策與建議

1.進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的有效融合

農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的有效融合是實(shí)現(xiàn)茶園機(jī)械化的首要條件。機(jī)械化為茶園的農(nóng)藝技術(shù)提供高產(chǎn)、高效的技術(shù)手段，新茶園規(guī)劃及舊茶園的改造應(yīng)為機(jī)械化作業(yè)創(chuàng)造條件。

2.因地制宜，針對(duì)性地發(fā)展茶園機(jī)械

針對(duì)丘陵山地茶園應(yīng)以輕簡型系列茶園機(jī)械化作業(yè)技術(shù)與裝備為導(dǎo)向，根據(jù)山地茶園產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，研發(fā)和篩選便攜式、一機(jī)多用、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單的輕簡型系列化機(jī)具。針對(duì)緩坡、平坡茶園，應(yīng)著力發(fā)展高效率、大中功率的茶園復(fù)式多功能作業(yè)機(jī)具。只有著力于3 種模式下的茶園機(jī)械的共同發(fā)展，才能又快又好地推進(jìn)秦巴山區(qū)以及全國范圍內(nèi)的茶園全程機(jī)械化進(jìn)程[6]。

3.加大新能源動(dòng)力機(jī)械的研發(fā)力度

山地茶園作業(yè)對(duì)機(jī)具動(dòng)力和重量比提出了更高的要求，傳統(tǒng)的柴油機(jī)或汽油機(jī)作為動(dòng)力會(huì)導(dǎo)致茶園機(jī)械機(jī)身過重而無法攜帶或者由于動(dòng)力過小無法滿足作業(yè)深度及工作效率的需求。積極研發(fā)綠色的新能源動(dòng)力可以很大程度上降低茶園全程機(jī)械化在秦巴山區(qū)的推廣難度。

4.加快機(jī)械裝備模塊化研發(fā)進(jìn)程

實(shí)現(xiàn)動(dòng)力平臺(tái)、機(jī)具掛接接口等茶園通用零部件及模塊的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化，對(duì)茶園機(jī)械的發(fā)展具有十分重要的意義。另外，山地茶園對(duì)機(jī)械裝備的輕簡性有極為苛刻的要求，而模塊化具有拆卸方便的特點(diǎn)，是輕簡型茶園機(jī)械發(fā)展的有效途徑。

5.加快人工智能在茶園機(jī)械化技術(shù)中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)將更加深入地滲透到工業(yè)以及生活的方方面面，茶園機(jī)械化也是如此。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可使機(jī)械裝備更高效、合理，操作更簡單，管理成本更低廉。