丘陵山區(qū)茶園中耕機(jī)械化研究進(jìn)展

段凱　蔡克桐　梅軍

摘要我國(guó)茶園主要分布在丘陵山區(qū)地帶，由于環(huán)境復(fù)雜，茶園翻耕作業(yè)一直是茶園生產(chǎn)機(jī)械化中的重難點(diǎn)問(wèn)題。結(jié)合丘陵山區(qū)茶園機(jī)械化生產(chǎn)情況，分析茶園中耕作業(yè)中存在的問(wèn)題，總結(jié)了近年來(lái)丘陵山區(qū)茶園中耕機(jī)械化的研究新動(dòng)態(tài)。

關(guān)鍵詞丘陵山區(qū)；茶園；中耕；機(jī)械化

中圖分類(lèi)號(hào)S23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）22-0159-03

AbstractOur tea plantation is mainly in the hilly mountainous area，because of the complexity of the environment，the replanting of tea plantation has been a difficult problem in the mechanization of tea plantations.Combined with the mechanized production of tea plantation in hilly mountain area，analysis of the problems in the cultivation of tea plantation，this paper summarizes the new dynamic of cultivated mechanization in the hilly mountain tea fields in recent years.

Key wordsHilly area；Tea plantation；Cultivator；Mechanization

我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用茶樹(shù)的國(guó)家，是茶葉的原產(chǎn)地，飲茶消費(fèi)者數(shù)量居世界首位，但在茶園管理機(jī)械方面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本、印度、肯尼亞等主要產(chǎn)茶國(guó)[1]。我國(guó)茶園主要分布在云南、貴州、四川、湖北、福建、浙江、安徽、湖南等地的丘陵山區(qū)地帶，機(jī)械作業(yè)環(huán)境惡劣復(fù)雜，大多數(shù)茶園缺乏標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)[2]，我國(guó)超過(guò)60%的茶園位于陡坡地帶，而便于機(jī)械化作業(yè)的平緩坡茶園不足40%。因此，迫切需要研制出適用于丘陵山區(qū)茶園的田間管理機(jī)械化作業(yè)設(shè)備。

近年來(lái)，盡管我國(guó)茶園在中耕、施肥、茶樹(shù)修剪、采茶、災(zāi)害管理等方面均已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)[3]，但在丘陵山區(qū)茶園尚未出現(xiàn)作業(yè)效果理想的中耕機(jī)械設(shè)備。因此，實(shí)現(xiàn)丘陵山區(qū)茶園的中耕機(jī)械化成為當(dāng)下亟待解決的重點(diǎn)問(wèn)題。

1茶園中耕技術(shù)

茶園土壤耕作根據(jù)深度不同分為淺耕、中耕、深耕[4-5]。一般來(lái)說(shuō)，耕作深度超過(guò)15 cm為深耕，耕作深度不到15 cm的都屬于淺耕，而茶園中耕的深度為10～15 cm。茶園進(jìn)行中耕的時(shí)間受地區(qū)、作業(yè)功能的影響而不同。

茶園中耕技術(shù)主要是調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱等物理特性，在茶葉生產(chǎn)期間進(jìn)行松土、除草、施肥等作業(yè)，促進(jìn)茶樹(shù)的生長(zhǎng)和茶葉質(zhì)量、產(chǎn)量的提高。

茶園中耕作業(yè)用工約占茶園總體的25%，作業(yè)環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率不高，尤其是丘陵山區(qū)茶園的茶樹(shù)栽培管理完全依賴人工，土壤耕作質(zhì)量很難達(dá)到農(nóng)藝要求[6-8]，且處于生產(chǎn)期內(nèi)的茶園每年都需要經(jīng)過(guò)多次不同程度的土壤中耕作業(yè)。因此，先進(jìn)、適用的茶園中耕機(jī)械化技術(shù)已成為當(dāng)下研究的重點(diǎn)。

2丘陵山區(qū)茶園機(jī)械化生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1丘陵山區(qū)茶園機(jī)械化應(yīng)用情況

資料顯示[9]，湖北省2014年末實(shí)有茶園面積30.38萬(wàn)hm2，在全國(guó)排名第四，是茶葉大省。據(jù)統(tǒng)計(jì)[10]，湖北省范圍內(nèi)的茶園主要分布在恩施、宜昌、咸寧、黃岡、十堰、襄陽(yáng)、孝感等地，屬于典型的丘陵山區(qū)環(huán)境。2015年，在湖北省14個(gè)生產(chǎn)茶葉的市（州）中，恩施、宜昌、黃岡、咸寧茶葉產(chǎn)量位居前四，產(chǎn)量總和占湖北省總產(chǎn)量的82.9%，加上排名前七的十堰、襄陽(yáng)、孝感等地，產(chǎn)量總和占湖北省的97.4%。丘陵山區(qū)茶園土壤、行走等客觀環(huán)境復(fù)雜，且受地理環(huán)境限制，茶園建設(shè)不規(guī)范，導(dǎo)致丘陵山區(qū)茶園機(jī)械化發(fā)展緩慢落后。

據(jù)統(tǒng)計(jì)[10]，2015年咸寧市茶葉產(chǎn)量為3.42萬(wàn)t，在湖北省排名第四，年末實(shí)有茶園面積為2.18萬(wàn)hm2。咸寧市地理環(huán)境為“七山一水兩分田”，是典型的丘陵山區(qū)地帶，土壤特性為紅黃黏性土壤，其茶園情況圖1所示，主要生產(chǎn)綠茶、黑茶、青茶和紅茶，茶葉的栽培和加工有著悠久的歷史，享有“茶葉之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。但茶園機(jī)械設(shè)備應(yīng)用情況不容樂(lè)觀，僅限于采茶機(jī)、修剪機(jī)，盡管出現(xiàn)手扶式的小型微耕機(jī)以及乘坐式多功能管理機(jī)，但是適用性不高，現(xiàn)行的茶園耕作仍以人工、畜力為主。

2.2丘陵山區(qū)茶園機(jī)械化應(yīng)用中存在的問(wèn)題

2.2.1茶葉生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展失衡。

茶葉生產(chǎn)機(jī)械化包括機(jī)耕、施肥、機(jī)剪、灌溉、植保、機(jī)采、茶葉初加工等環(huán)節(jié)，茶葉加工基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，形成連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)線。但茶園作業(yè)機(jī)械極其短缺，丘陵山區(qū)茶園機(jī)械化作業(yè)只有少數(shù)的幾種采茶機(jī)、修剪機(jī)，即使出現(xiàn)小型的茶園耕作機(jī)械，但是適用性較差，嚴(yán)重制約茶業(yè)的發(fā)展。

2.2.2茶園作業(yè)環(huán)境不規(guī)范。

丘陵山區(qū)茶園作業(yè)環(huán)境惡劣復(fù)雜，茶園作業(yè)機(jī)械化程度低，導(dǎo)致茶農(nóng)的茶園標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)意識(shí)不高，茶園作業(yè)環(huán)境不規(guī)范，如茶園壟間行距較窄、茶園耕作機(jī)械調(diào)頭轉(zhuǎn)彎困難等，嚴(yán)重影響茶園耕作機(jī)械化的發(fā)展。

2.2.3茶園機(jī)械設(shè)備適用性不高。

主要是茶園耕作機(jī)械，丘陵山區(qū)茶園土壤比較堅(jiān)硬，機(jī)械作業(yè)時(shí)動(dòng)力不足，耕作深度不達(dá)標(biāo)，機(jī)械甚至被卡停在茶園里；翻耕作業(yè)時(shí)刀具部分頻繁出現(xiàn)纏草問(wèn)題，影響正常作業(yè)，甚至出現(xiàn)機(jī)械被卡死的現(xiàn)象，不得不停機(jī)手動(dòng)清理；作業(yè)時(shí)機(jī)器振動(dòng)、跳動(dòng)厲害，噪聲大，增加操作手的作業(yè)強(qiáng)度；茶園耕作設(shè)備的動(dòng)力機(jī)多為柴油機(jī)，作業(yè)時(shí)濃烈的油煙會(huì)污染綠色原生態(tài)的茶葉。

3丘陵山區(qū)茶園中耕機(jī)械設(shè)備應(yīng)用及研究現(xiàn)狀

3.1國(guó)外茶園中耕機(jī)械化研究現(xiàn)狀

國(guó)外主要茶葉生產(chǎn)貿(mào)易國(guó)有日本、印度、越南、肯尼亞及斯里蘭卡。前蘇聯(lián)是最早研究茶園管理機(jī)械的國(guó)家，日本是研究茶園作業(yè)機(jī)械最多且基本實(shí)現(xiàn)管理機(jī)械化的國(guó)家。日本茶葉耕作機(jī)械以自走式、手扶式茶園管理機(jī)械為主。盡管?chē)?guó)外茶園耕作機(jī)械遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于國(guó)內(nèi)，但這些機(jī)械在我國(guó)因茶園地理環(huán)境及農(nóng)藝的差異而未能大面積推廣應(yīng)用[11]。

3.2國(guó)內(nèi)丘陵山區(qū)茶園中耕機(jī)械設(shè)備應(yīng)用最新研究動(dòng)態(tài)

20世紀(jì)90年代后期，新昌縣捷馬機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)的ZGJ-120型茶園中耕機(jī)[12-13]，是ZGJ-150型茶園施肥中耕機(jī)的改良升級(jí)版，以F170型柴油機(jī)為動(dòng)力，采用手扶自走式作業(yè)方式，中耕作業(yè)部件為兩把齒形鍬，適用于松軟、硬度適中的茶園，可在坡度為15°以下茶園中穩(wěn)定作業(yè)，但在土壤含水率很低且堅(jiān)硬的茶園中作業(yè)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)耕深不一致、作業(yè)效率較低、機(jī)器行走時(shí)跳動(dòng)不良等現(xiàn)象，其外形如圖2所示。

2011年，楊擁軍等[14]針對(duì)我國(guó)南方茶園機(jī)耕過(guò)程中易受茶樹(shù)枝條阻礙、纏草等情況影響，在煙草作物中耕機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種小型茶園中耕機(jī)。該機(jī)采用流線型罩殼，在減小中耕機(jī)行進(jìn)阻力的同時(shí)保證工作過(guò)程連續(xù)、流暢，也可調(diào)節(jié)耕深，適應(yīng)不同土質(zhì)要求和耕作環(huán)境要求等，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2012年，楊擁軍等[15]針對(duì)茶園中耕機(jī)作業(yè)過(guò)程中機(jī)器振動(dòng)幅度較大的問(wèn)題展開(kāi)深入研究，通過(guò)調(diào)整機(jī)器部件布局、完善底盤(pán)設(shè)計(jì)、采用液壓與彈簧機(jī)構(gòu)，同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)楔形外殼達(dá)到減震吸震的目的。

2012年，由無(wú)錫華源凱馬發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司張士興、農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所肖宏儒等針對(duì)茶行有限的空隙發(fā)明了新型模仿人工鋤地作業(yè)的KM3G-30型茶園翻耕機(jī)[11]，其外形如圖4所示，操作和運(yùn)輸方便，適合坡地和小塊茶園中應(yīng)用。該機(jī)選用170FS柴油機(jī)，手扶自走式，工作功率為2.8 kW，經(jīng)過(guò)茶園現(xiàn)場(chǎng)使用，整機(jī)振動(dòng)、跳動(dòng)性較大，在堅(jiān)硬的土壤環(huán)境下尤為明顯。

2013年，肖宏儒等[16-17]設(shè)計(jì)了茶園管理機(jī)復(fù)合底盤(pán)、機(jī)具配套接口結(jié)構(gòu)的高地隙多功能茶園管理機(jī)。該機(jī)全部采用高效液壓直驅(qū)方式，通過(guò)調(diào)整整機(jī)寬度、地隙高度可增強(qiáng)整機(jī)在復(fù)雜地形及不同茶園農(nóng)藝的適用性，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)改進(jìn)，形成履帶式、輪式等不同樣機(jī)，如圖5所示。另外，還有適用于低地隙的履帶式多功能茶園管理機(jī)，如圖6所示。多功能茶園管理機(jī)的研制成功使我國(guó)茶園可實(shí)現(xiàn)大型機(jī)械高效作業(yè)，為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，具有較強(qiáng)的通用性。

2013、2014年，徐良等[18-19]針對(duì)茶園中耕纏草問(wèn)題，通過(guò)對(duì)雜草纏繞力分析和計(jì)算，建立了纏繞力數(shù)學(xué)模型，并得出了防纏草和減少纏草的措施和方法。

2015年，徐良等[20]設(shè)計(jì)研制了3ZFC-40型茶園中耕機(jī)，由汽油機(jī)提供動(dòng)力完成碎土、碎草作業(yè)。該機(jī)作業(yè)性能良好，耕深理想，可靠性及作業(yè)效率較高，是適合丘陵地區(qū)茶園作業(yè)的新型茶園中耕機(jī)械。但由于機(jī)器重心偏置而產(chǎn)生微量彈動(dòng)、長(zhǎng)莖稈雜草等依然會(huì)出現(xiàn)纏死問(wèn)題，在土壤濕度大于32%時(shí)，容易發(fā)生堵塞。

4總結(jié)與展望

綜上所述，丘陵山區(qū)茶園已經(jīng)出現(xiàn)多種不同類(lèi)型的耕作機(jī)械，且基本實(shí)現(xiàn)了小型化、輕簡(jiǎn)型或乘坐式的發(fā)展，但是智能化程度不高、適用性不強(qiáng)，尤其是耕深不達(dá)標(biāo)、機(jī)具纏草、振動(dòng)跳動(dòng)性大等問(wèn)題比較嚴(yán)重，至今尚沒(méi)有較好的解決方法，需要進(jìn)一步深入研究。

實(shí)現(xiàn)丘陵山區(qū)茶園的中耕機(jī)械化，首先需要研制出實(shí)用且適用的中耕機(jī)械設(shè)備，進(jìn)而完善配套的茶園標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，為茶園的中耕機(jī)械化創(chuàng)新創(chuàng)造有利條件，同時(shí)需要加大政府扶持及研發(fā)力度，并成立專業(yè)的茶機(jī)合作社，為農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相融合提供堅(jiān)實(shí)的保障。

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