秦巴山區(qū)茶園管理省力化策略

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)強度大，綜合機械化程度不足5%，而市場上可供選擇的耕作、施肥、修剪、植保及采摘機械多以中型、大型為主，針對山地茶園的茶園專用機械非常少，秦巴山區(qū)茶園機械化發(fā)展較為滯后，嚴重影響了茶產(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)茶園面臨的最嚴重的問題。

因此通過研究當前秦巴山區(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，重點針對山地茶園機械化技術(shù)特點剖析山地茶園機械化存在的問題，提出秦巴山區(qū)茶園管理省力化策略，以加快秦巴山區(qū)茶園機械化進程。

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)梯級茶園居多，地形坡度最大可達38.21°，樹齡在15～25 a的老茶園占90%，茶園行距1.2～1.5 m，陡坡梯級茶園多為雙行條栽[1]。由于秦巴山區(qū)茶園地形險要，坡度陡，茶園機具上山難，適用于秦巴山區(qū)茶園的專用機械少。茶園中基本沒有建設(shè)主干道、支道、機耕道。

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式割草機配套除草機進行作業(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[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，手臂勞動強度大，作業(yè)1 h 手臂會出現(xiàn)發(fā)抖的現(xiàn)象[4]。單邊修剪機的價格比較低廉，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)的背負式手動噴霧器，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，費工費時。目前，國內(nèi)高校及科研院所對名優(yōu)茶采摘技術(shù)均有研究，但研究成果尚未達到應(yīng)用階段。大宗茶的機械化采摘裝備普遍采用往復(fù)切割式采茶機，按照動力方式分，有汽油式采茶機和電動采茶機等。

二、秦巴山區(qū)茶園管理省力化策略

1.推進宜機械化茶園標準化建設(shè)進程

茶園標準化建設(shè)是茶園機械化推行的立足之本，也是基礎(chǔ)平臺。由于茶園建設(shè)尚未有統(tǒng)一標準可執(zhí)行，導(dǎo)致茶園機械與茶園種植之間出現(xiàn)農(nóng)機農(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械又多為大田作物中傳統(tǒng)適用機械，從而導(dǎo)致產(chǎn)品市場亂、雜、無序。因此，推進機械化茶園標準化建設(shè)進程是加快秦巴山區(qū)機械化進程的首要條件。

目前秦巴山區(qū)茶園在建設(shè)方面主要存在以下問題：（1）茶園無機耕道，無田間機械掉頭區(qū)域，茶園作業(yè)機械無法進入；（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，對耕作機械、采茶機械作業(yè)時造成干涉；（3）樹木套種雜亂無章，缺乏系統(tǒng)化規(guī)劃，減少了茶園機械作業(yè)有效面積；（4）茶園梯度設(shè)置不合理，人工和機械均難以爬坡作業(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°）標準化建設(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)，機械作業(yè)主道寬2.5 m ，生產(chǎn)作業(yè)道寬1.0～1.5 m，機具調(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行合理的機械化規(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，并根據(jù)茶園機械化生產(chǎn)技術(shù)要求，制定茶園機械化生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程，以推進茶園機械化進程。

2.制定茶園機械化生產(chǎn)技術(shù)模式

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

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)標準不一，農(nóng)藝標準不一，造成了我國茶園機械化程度不足日本茶園綜合機械化水平10%的局面[5]。研發(fā)的新機具往往只能適應(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)機具難以作業(yè)。中小型機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)機械化需求，因此用一種設(shè)備實現(xiàn)所有茶園的機械化生產(chǎn)是不現(xiàn)實的。只有根據(jù)茶園的地形條件、種植特點，因地制宜，模式劃分，才能覆蓋茶園全地形、各環(huán)節(jié)，從而更好地推進茶園機械化生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展進程。

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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)機具，針對性強，作業(yè)效率顯著提高，有效降低投入成本。

針對山地茶園，重點發(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式機具為主，配套耕作、施肥、修剪、植保和采摘5個環(huán)節(jié)的作業(yè)機具。

針對緩坡茶園，重點發(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 個環(huán)節(jié)作業(yè)機具于一機，實現(xiàn)一機多功能作業(yè)。

針對平坡茶園，重點發(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)機具。

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

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

針對緩坡茶園，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25.79 cm，功耗降低40%，深耕作業(yè)生產(chǎn)率最高可達到0.3 hm2/h，施肥作業(yè)在旋耕作業(yè)的同時進行，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0.3 hm2/h，旋耕時的碎土率達93%，埋草覆蓋率達92.4%。

圖1 低地隙多功能茶園管理裝備

針對平坡茶園，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0.47 hm2/h，深松作業(yè)生產(chǎn)率最高可達到0.63 hm2/h，施肥作業(yè)在中耕除草或深松作業(yè)的同時進行，植保噴霧作業(yè)的生產(chǎn)率達0.99 hm2/h，中耕除草時的碎土率達95.7%，埋草覆蓋率達97%，深松作業(yè)時深度達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

針對采摘人工勞動強度高等難題，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；智能仿生采茶機器人的茶芽識別率不小于90%，采摘速度不小于40個/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、單邊修剪機、單雙人采茶機、傳統(tǒng)植保噴霧機、柴油機灌溉機組等應(yīng)用為主。茶園機械品種少而簡易、配套率不高、作業(yè)效率低，操作勞動強度大。

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)置機耕道，首先應(yīng)在茶園設(shè)置機庫，便于機具的存放和縮短機具在茶園之間的周轉(zhuǎn)時間，減少茶農(nóng)肩扛手抬的勞動強度。其次，減少茶園免耕面積，應(yīng)用一機多能且同時具備割草和微耕功能的背負式或便攜式茶園微耕機、茶園割草設(shè)備，以清除雜草和增強土壤肥力。中耕機可選用2～6 kW 動力配套的鋤齒式翻耕機，點式耕作，阻力小省力，可以有效避免茶園中的石頭對刀片的損傷；施肥可采用人工撒肥或用離心式撒肥機進行，再通過微耕機或者翻耕機將土肥充分混合；植保作業(yè)除了采用傳統(tǒng)的背負式噴霧器之外，也可選用代表綠色防控技術(shù)的背負式吸蟲機和光電氣色復(fù)合式害蟲捕獲機；當?shù)夭鑸@的修剪和采摘在單、雙人采茶機的基礎(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)會在茶行中間設(shè)置排水渠對茶園中的雨水進行排澇，導(dǎo)致茶園機械通過困難。由于勞動力缺乏，茶園基本免耕，不施有機肥，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和耕深在4～7 cm、耕寬在20～30 cm的茶園松土除草機；料斗容量為62 L 的自走式茶園撒肥機可用于平昌地區(qū)茶園的施肥作業(yè)；傳統(tǒng)修剪可采用背負式或手持式單人修剪機、雙人修剪機（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進行茶園雙側(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)的背負式吸蟲機以及光電起色復(fù)合式害蟲捕獲機。

（3）陜西紫陽縣

紫陽縣茶園大多建設(shè)于漢江對面，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，茶園機械運輸困難，茶園尚未設(shè)置掉頭區(qū)域，茶園修剪及采摘機械化程度較高，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應(yīng)建立梯級茶園，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 個機庫。除草設(shè)備宜選用窄幅、便攜式或背負式除草機為主；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；修剪設(shè)備可選背負式或者手持式單人、雙人修剪機；采茶設(shè)備應(yīng)以單人或者雙人抬采茶設(shè)備為主，適宜機采的品種也可選用電動采茶機實現(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準化規(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)計不合理等問題。雖然目前全縣茶園已有多個作業(yè)環(huán)節(jié)開始實現(xiàn)機械化，逐步向?qū)I(yè)化精細化機械轉(zhuǎn)變，但是部分作業(yè)環(huán)節(jié)仍然以人工為主，茶園管理總體機械化水平仍然不高。

技術(shù)方案：指導(dǎo)竹山縣按照茶園機械化作業(yè)技術(shù)規(guī)程進行茶園建設(shè)，在標準化茶園的基礎(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輸機運輸鮮葉及肥料；茶園的除草宜選用背負式除草機或者松土除草機；耕作可選用輕簡型鋤齒式翻耕機；單履帶式開溝施肥一體機可用于茶園施肥；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進行茶園雙側(cè)邊修剪，可大幅度降低人工作業(yè)強度；采摘宜選用單人扶葉式采茶機、單人采茶機和雙人采茶機等。在植保環(huán)節(jié)中，可同時采用2～5 臺背負式吸蟲機，蟲口減退率可達70%。

三、發(fā)展對策與建議

1.進一步加強農(nóng)機農(nóng)藝的有效融合

農(nóng)機農(nóng)藝的有效融合是實現(xiàn)茶園機械化的首要條件。機械化為茶園的農(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)為機械化作業(yè)創(chuàng)造條件。

2.因地制宜，針對性地發(fā)展茶園機械

針對丘陵山地茶園應(yīng)以輕簡型系列茶園機械化作業(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、一機多用、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單的輕簡型系列化機具。針對緩坡、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)機具。只有著力于3 種模式下的茶園機械的共同發(fā)展，才能又快又好地推進秦巴山區(qū)以及全國范圍內(nèi)的茶園全程機械化進程[6]。

3.加大新能源動力機械的研發(fā)力度

山地茶園作業(yè)對機具動力和重量比提出了更高的要求，傳統(tǒng)的柴油機或汽油機作為動力會導(dǎo)致茶園機械機身過重而無法攜帶或者由于動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)綠色的新能源動力可以很大程度上降低茶園全程機械化在秦巴山區(qū)的推廣難度。

4.加快機械裝備模塊化研發(fā)進程

實現(xiàn)動力平臺、機具掛接接口等茶園通用零部件及模塊的標準化與模塊化，對茶園機械的發(fā)展具有十分重要的意義。另外，山地茶園對機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，是輕簡型茶園機械發(fā)展的有效途徑。

5.加快人工智能在茶園機械化技術(shù)中的應(yīng)用

隨著計算機信息技術(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，茶園機械化也是如此。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可使機械裝備更高效、合理，操作更簡單，管理成本更低廉。