山區(qū)茶園管理機(jī)器換人技術(shù)集成應(yīng)用與效益分析

夏益民 周樟平 袁天增 蘇祝成

(1.遂昌縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局茶葉技術(shù)推廣站；2.遂昌縣科學(xué)技術(shù)局； 3.浙江劍光農(nóng)業(yè)生態(tài)科技開(kāi)發(fā)有限公司；4.浙江農(nóng)林大學(xué))

茶葉是遂昌縣發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的兩大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一[1-3]，2021年全縣茶園面積12.83萬(wàn)畝，茶葉總產(chǎn)量15846噸，茶產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值15.31億元，茶產(chǎn)業(yè)從業(yè)總?cè)藬?shù)6.45萬(wàn)，采茶機(jī)、修剪機(jī)11584臺(tái)，茶葉加工機(jī)械13364臺(tái)。由于茶葉產(chǎn)業(yè)作為遂昌縣的農(nóng)村傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，屬勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，在生產(chǎn)中單戶群體性表現(xiàn)十分明顯，機(jī)型配置不一、工藝與標(biāo)準(zhǔn)混雜，生產(chǎn)中未能形成有效的成套完整的生產(chǎn)規(guī)程和優(yōu)化配套的機(jī)具。目前茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展中面臨勞動(dòng)力短缺和成本上漲的壓力，茶園管理中機(jī)器換人計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)可以解放大量的勞動(dòng)力資源，促進(jìn)農(nóng)村勞動(dòng)力人口向二產(chǎn)、三產(chǎn)的轉(zhuǎn)移，對(duì)提高茶葉的經(jīng)濟(jì)效益和促進(jìn)茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展有至關(guān)重要的作用。2019年作者承擔(dān)了縣校合作項(xiàng)目“茶園管理‘機(jī)械換人’技術(shù)示范”。項(xiàng)目對(duì)茶園土壤管理、樹(shù)冠培養(yǎng)與采摘、病蟲(chóng)害防治等技術(shù)作了分類，并對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行了組合集成。試驗(yàn)對(duì)比分析了機(jī)器換人與人工的效益，總結(jié)了機(jī)器換人的技術(shù)效果及其關(guān)鍵點(diǎn)。項(xiàng)目成果有著示范、指導(dǎo)和帶動(dòng)作用。

1 機(jī)器換人機(jī)具的選型

試驗(yàn)主要選用的機(jī)具設(shè)備見(jiàn)表1。

2 試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

2.1 茶園管理技術(shù)的分類

在浙江省遂昌縣黃沙腰鎮(zhèn)東塢村建立示范基地508畝，通過(guò)對(duì)茶園管理人工投入的技術(shù)類型進(jìn)行梳理，進(jìn)行機(jī)器換人匹配和設(shè)備組合集成，以機(jī)械設(shè)備取代人工來(lái)降低人力、物力和財(cái)力的消耗，最大限度地提高生產(chǎn)效率。應(yīng)用的技術(shù)為：

1)茶園土壤管理技術(shù)及其設(shè)備集成。項(xiàng)目?jī)?nèi)容主要為除草、開(kāi)溝、旋耕、起壟、運(yùn)施肥等，含旋耕開(kāi)溝、施肥后回填、除草以及運(yùn)施肥機(jī)械化項(xiàng)目。

2)樹(shù)冠與采摘管理技術(shù)及其設(shè)備集成。項(xiàng)目?jī)?nèi)容主要包含適宜于山地梯級(jí)茶園機(jī)械化修剪及采摘。

表1 茶園使用機(jī)械設(shè)備表

3)病蟲(chóng)害管理技術(shù)及其設(shè)備集成。項(xiàng)目?jī)?nèi)容為植保無(wú)人機(jī)應(yīng)用。

2.2 試驗(yàn)的技術(shù)思路

根據(jù)茶園管理農(nóng)事作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行采摘-修剪-除草-開(kāi)溝施肥-運(yùn)輸-病蟲(chóng)害管理等各項(xiàng)試驗(yàn)。

(1)采摘

采摘適期根據(jù)茶類確定。如一芽二、三葉及同等嫩度對(duì)夾葉為標(biāo)準(zhǔn)新稍，即標(biāo)準(zhǔn)新稍達(dá)到60%～80%時(shí)，為機(jī)械化采摘適期。批次應(yīng)根據(jù)茶樹(shù)品種、茶類、茶季等綜合確定。一般春茶采1～2次，夏茶采1次，秋茶采2～3次。雙人采茶機(jī)在前進(jìn)時(shí)應(yīng)與茶行走向呈一定角度。主機(jī)手應(yīng)倒走，行進(jìn)速度以30m/分鐘為宜。需要來(lái)回兩次才能采完一行茶樹(shù)，去程應(yīng)采去不少于采摘面寬度的60%。

(2)修剪

手采茶園改造。視樹(shù)勢(shì)通過(guò)輕(深、重)修剪或臺(tái)刈，待樹(shù)冠形成與采茶機(jī)適應(yīng)的平整采摘面后實(shí)行機(jī)械化采摘。每次機(jī)械化采摘切口比上次切口提高1～2 cm。一般連續(xù)機(jī)采五年宜進(jìn)行一次深修剪。

(3)除草

每年進(jìn)行除草作業(yè)2～3次，旋耕機(jī)單獨(dú)打草；或利用旋耕機(jī)翻土旋耕進(jìn)行有機(jī)肥混合打草。

(4)開(kāi)溝施肥

茶園基地每年肥培管理分春茶前，春茶后，夏茶后三次追肥，全年機(jī)械化采摘結(jié)束后需深施基肥和速效化肥。在全年機(jī)械化采摘結(jié)束后的9月下旬-10月中旬開(kāi)溝深施基肥，施后覆土。開(kāi)溝方式及效果：旋耕機(jī)安裝開(kāi)溝刀片茶樹(shù)側(cè)方開(kāi)V字溝型，深15～25 cm。在施肥入溝后在其外邊10～15 cm，以同樣方向側(cè)翻覆蓋施肥溝，下批次開(kāi)溝時(shí)，從反方向翻開(kāi)溝從而達(dá)到松土、施肥一體；形成茶樹(shù)間土壤起壟，保護(hù)根部同時(shí)起到排水蓄水功能。

(5)運(yùn)輸

根據(jù)茶園基地的各類路況進(jìn)行履帶式爬山虎操控使用。

(6)病蟲(chóng)害管理

植保無(wú)人機(jī)通過(guò)地面遙控來(lái)實(shí)現(xiàn)噴灑作業(yè)，茶園病蟲(chóng)害管理用藥應(yīng)嚴(yán)格遵守生產(chǎn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確對(duì)癥施藥。

3 經(jīng)濟(jì)效益與技術(shù)效果分析

3.1 土壤管理機(jī)器換人技術(shù)

3.1.1翻耕 機(jī)械翻耕為1.1畝/小時(shí)；人工工效為：0.28畝/小時(shí)；(翻耕工效為開(kāi)溝加回填工效平均值)；節(jié)約人力292.9%。機(jī)械翻耕費(fèi)用為39.74元/畝；人工翻耕費(fèi)用為：107.8元/畝；節(jié)約費(fèi)用63.14%(見(jiàn)表2)。

3.1.2除草 機(jī)械除草為0.90畝/小時(shí)；人工工效為：0.33畝/小時(shí)；機(jī)械除草費(fèi)用為19.25元/畝；人工除草費(fèi)用為：33.67元/畝；節(jié)約費(fèi)用42.83%。機(jī)械除草需7.21畝/天；人工除草需要2.65畝/天；節(jié)約人力172%(見(jiàn)表3)。

旋耕機(jī)打草適宜早期嫩草，高度10～25 cm，雜草過(guò)長(zhǎng)容易纏繞設(shè)備轉(zhuǎn)軸，卡頓無(wú)法正常作業(yè)，延誤工作效率；旋耕機(jī)打草有翻耕松土促進(jìn)茶樹(shù)根系生長(zhǎng)效果。割灌機(jī)除草，雜草過(guò)高，影響除草進(jìn)度。

表2 翻耕項(xiàng)目試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表

機(jī)械化率：100% (作業(yè)面積217畝/試驗(yàn)面積217畝=100%)

節(jié)約人力：292.9% ((1.1畝/小時(shí)-0.28畝/小時(shí))÷0.28畝/小時(shí)=0.82/0.28=292.9%)

節(jié)約費(fèi)用：63.14% (107.8-39.74)÷107.8=63.14%

表3 除草項(xiàng)目試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表

節(jié)約費(fèi)用：42.83% ((33.67-19.25)÷33.67=42.83%)

節(jié)約人力：172% ((7.21-2.65)÷2.65=172%)

3.1.3田園運(yùn)輸與人工搬運(yùn) 機(jī)械運(yùn)輸為0.41噸/小時(shí)；人工運(yùn)輸為：0.09噸/小時(shí)；節(jié)約人力336%。機(jī)械運(yùn)輸費(fèi)用為41.33元/噸；人工運(yùn)輸費(fèi)用為：153.87元/噸；以1噸/畝施肥量計(jì)，節(jié)約費(fèi)用112.54元/畝，達(dá)73.14%(見(jiàn)表4)。

田園運(yùn)輸機(jī)搬運(yùn)適宜規(guī)模大、運(yùn)輸線路長(zhǎng)的茶園基地，履帶式爬山虎牽引力大，爬坡抓地性能好，運(yùn)輸能力強(qiáng)。較大程度減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的節(jié)約了人力物力。

3.1.4施肥 機(jī)械操作為0.28畝/小時(shí)，人工操作為：0.08畝/小時(shí)；節(jié)約人力250%。機(jī)械操作費(fèi)用為55.98元/畝；人工操作費(fèi)用為：183.66元/畝；節(jié)約費(fèi)用69.52%。節(jié)約相關(guān)人工開(kāi)支2/3以上(見(jiàn)表5、表6)。

表4 運(yùn)輸項(xiàng)目試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表

機(jī)械化率：93.69% (作業(yè)面積203.3畝÷試驗(yàn)面積217畝=93.69%)

節(jié)約費(fèi)用：73.14% (153.87-41.33)÷153.87=73.14%

表5 施肥項(xiàng)目試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

3.2 樹(shù)冠與采摘管理機(jī)器換人技術(shù)

3.2.1機(jī)采 機(jī)械采摘為72.72 kg/小時(shí)；人工采摘為：3.40 kg/小時(shí)；機(jī)械采摘費(fèi)用為0.38元/kg；人工采摘費(fèi)用為：3.93元/kg；節(jié)約費(fèi)用3.55元/ kg。機(jī)械采摘為581.77 kg/人；人工采摘為27.18 kg/人；節(jié)約人力21人(見(jiàn)表7)。

規(guī)模化茶園由于采摘人員不足，往往造成優(yōu)質(zhì)鮮葉不能及時(shí)采摘，大大降低茶園收益。夏秋茶機(jī)械化采摘可以增加茶園收益，同時(shí)解決采摘人員不足的問(wèn)題。春茶機(jī)采可降低手工采摘成本以及解決采摘人員不足的問(wèn)題。由于春茶鮮葉性價(jià)比較好，機(jī)采后鮮葉經(jīng)過(guò)生產(chǎn)車間的鮮葉分級(jí)設(shè)備、篩選，適合中高檔生產(chǎn)要求。

表6 施肥項(xiàng)目試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表

節(jié)約人力：250% ((0.28-0.08)÷0.08=250%)

節(jié)約費(fèi)用：69.52%((183.66-55.98)÷183.66)=69.52%)(69.52%>66.7%)

春茶成長(zhǎng)態(tài)勢(shì)不同，春茶機(jī)采后，會(huì)形成少部分茶葉(未剪芽葉)。長(zhǎng)勢(shì)較快，利用手提式采茶機(jī)機(jī)采，對(duì)成熟新稍損傷少，同時(shí)便于下批次機(jī)采時(shí)鮮葉勻稱，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

表7 大宗茶采摘項(xiàng)目試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表

節(jié)約費(fèi)用：(3.93元/kg-0.38元/kg=3.55元/kg)

節(jié)約人力：21人(581.77÷ 27.18=21.40)

機(jī)械化應(yīng)用率：92.21% ((17453-1359)÷17453=92.21%)

3.2.2修剪 機(jī)械化修剪質(zhì)量能滿足茶園管理的要求，其樹(shù)冠面平整度優(yōu)于手工修剪，基本無(wú)漏剪、撕裂率小于10%，修剪面既整齊又美觀。修剪后形成的樹(shù)冠面較大，而且芽葉萌發(fā)比手工修剪萌發(fā)整齊，且萌發(fā)數(shù)較多(見(jiàn)表8)。

表8 修剪項(xiàng)目試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表

茶園修剪均采用機(jī)剪，無(wú)人工對(duì)比數(shù)據(jù)，機(jī)械化應(yīng)用率達(dá)100%。

3.3 病蟲(chóng)害管理機(jī)器換人技術(shù)

無(wú)人機(jī)飛防為6.56畝/小時(shí)；人工施藥為：1.53畝/小時(shí)；無(wú)人機(jī)飛防費(fèi)用為3.81元/畝；人工施藥費(fèi)用為：10.58元/畝；節(jié)約費(fèi)用63.98%。無(wú)人機(jī)飛防為56.51畝/天；人工施藥為12.28畝/天；節(jié)約人力360%。本次實(shí)驗(yàn)無(wú)人機(jī)飛4批次共計(jì)868畝，實(shí)際飛防面積為850.6畝，應(yīng)用率為98%，2%面積人工補(bǔ)防(見(jiàn)表9)。

從技術(shù)效果來(lái)看，飛防及時(shí)有效，滅蟲(chóng)徹底全面，對(duì)于人力資源緊缺的情況尤為適用，全年可減少噴藥1～2批次。

表9 植保無(wú)人機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表

機(jī)械化率：98% (850.6÷(217×4)=98%)

節(jié)約費(fèi)用：63.98% ((10.58-3.81)÷10.58=63.98%)

節(jié)約人力：360% ((56.51-12.28)÷12.28=360%)

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)施本項(xiàng)目，樹(shù)冠與采摘管理技術(shù)集成應(yīng)用可節(jié)約大宗茶采摘費(fèi)用3.55元/ kg，綜合土壤管理技術(shù)及病蟲(chóng)害管理技術(shù)集成應(yīng)用可節(jié)約費(fèi)用329.47元/畝，項(xiàng)目區(qū)可節(jié)支167370.76元。由此可見(jiàn)，機(jī)器換人技術(shù)集成應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)生產(chǎn)、提效率、降成本、增效益，應(yīng)用機(jī)械裝備提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)技術(shù)紅利替代人口紅利，成為傳統(tǒng)茶產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力之源。