我國茶園耕作機械的研制和發展

權啟愛

中國農業科學院茶葉研究所，310008

茶園耕作實際上應包括茶園墾殖、開溝施肥和耕作等作業。我國茶園的墾殖、開溝施肥和耕作以往多以人工進行，費力費工。從20世紀60年代起，我國各茶區開墾茶園，特別是開墾平地及坡度小于15°的緩坡茶園，開始逐步機械化，茶園耕作機械的研發隨之提上日程，但直至目前仍進展緩慢。

一、茶園墾殖機械化技術的發展

茶園開墾一般分初墾和復墾兩個階段。初墾要求深翻50 cm以上、標準化茶園甚至要求達到80 cm。復墾在種植茶苗前進行，深度30～40 cm。

1.茶園墾殖機械化起步

傳統的茶園開墾，歷來依賴人工使用柴刀、手鋸清除園內的雜樹、蒿草，再使用鋤頭、鐵耙翻土，極度費力、艱辛。20世紀50年代初，貴州省湄潭茶場將二戰時期遺留下的退役老坦克改裝成拖拉機，后面牽引深耕犁進行茶園開墾，效果良好（圖1）。

圖1 20世紀50年代應用坦克改裝的拖拉機進行茶園開墾

20世紀50年代后期，洛陽拖拉機廠建成，國產大型東方紅履帶式拖拉機投產并普遍推廣應用。湄潭茶場及茶區各地的成片茶園，開始使用東方紅-54型（圖2）、東方紅-75型等履帶拖拉機，配套相關農具實施茶園墾殖。

后來一些大、中型茶場開墾茶園時，一般采用東方紅-75型履帶拖拉機牽引LS-30型三鏵犁進行深耕。三鏵犁犁體后裝上松土鏟，犁鏵先將上層土壤翻起，松土鏟則隨后把犁溝底部的土壤翻松，做到“上翻下松”，不亂土層。但是，LS-30型三鏵犁1次耕翻深度有限，需往復耕翻2次，才能使翻土深度勉強達到45 cm左右。80年代初期，浙江省金華市九峰山茶場和蘭溪上華茶場在茶園大面積開墾時，采用了東方紅-75型履帶式拖拉機牽引改裝的雙鏵犁，其做法是在東方紅-75型拖拉機原配套的四鏵犁基礎上，拆除第一、四鏵犁和限深輪，保留第二、三鏵犁，對犁架、犁柱、懸掛等部位焊接處加固，改裝成可深翻50 cm的雙鏵犁。作業時，為克服拆除鏵犁后拖拉機產生的偏牽引，以右履帶緊靠犁溝或越過犁溝1/3的方式前進，這樣既不漏耕，又使開墾深淺一致，8 h可開墾1 hm2左右。廣東省茶區開墾茶園，是先用推土機將土地整平，然后用東方紅-75型履帶式拖拉機懸掛雙臂單鏵（中分）犁開出種茶溝，再施肥、回土和種茶苗。

圖2 東方紅-54型履帶式拖拉機

2.茶園墾殖機械化的最新進展

近年來，大型挖掘機等工程機械在茶園建設中獲得廣泛應用（圖3），已較普遍應用推土機和挖掘機等進行茶園開墾，開墾速度大為提高，勞動強度大幅降低。

在開墾平地和緩坡茶園時，一般是先用東方紅-75型拖拉機配套推土鏟，清除地面雜樹或老茶樹，然后將表土推至集中處，再用大型挖掘機深翻土壤，挖掘深度能隨意掌握，可輕易挖至0.8 m深，每斗挖土可達1 m3甚至更多，挖出的石塊等可隨時清除，一邊挖土一邊整地，再用推土機覆上表土，開墾即告完成。往往在一周之內就能完成10 hm2茶園的開墾。緩坡茶園可按等高線規劃成區塊進行機械開墾，規劃好通往區塊的道路，在地頭留足機械回轉空地，便于機械進入和運行。但也有人主張，坡度在15°以內的緩坡茶園，可按等高線橫坡使用挖掘機開墾，種植后的茶行沿等高線分布在山坡上，加上茶園中道路的科學規劃和建設，不僅能方便耕作機和采茶機械進入茶行作業，而且茶行等高環繞的茶園極具觀賞性，利于茶旅結合。

圖3 大型挖掘機開墾茶園

陡坡茶園亦可用挖掘機開墾，一般是沿著等高線循序而上，先從最下面第一行開始挖掘，接著將第二行表土挖起鋪在第一行表面，隨后將第二行挖至規定深度，如此循序作業，自下而上依次形成一圈圈環繞在山坡上的梯級茶園，同樣看起來十分美觀。

茶園開墾后的播種或植苗，在20世紀50年代大多采用種子直播，浙江省農業廳1958年研制成功一種茶籽穴播機，可比人工播種提高工效3～4倍，后來茶樹種植大多應用扦插苗。60年代浙江研制出一種人力茶苗起苗器，作業時將茶苗套入機管，雙手握住操作手柄，腳踏月形舌板使機管入土，拔起機管，踏下圓環框架橫檔，1株營養缽式的帶土茶苗便離管而出。起苗器至今還在生產中應用。

二、茶園耕作機械的發展

茶園耕作也是茶葉生產中最繁重和最費工的作業項目，因缺乏耕作機械和勞力，不少茶區的茶園長期不耕作，肥料也多采用地面撒施，嚴重制約著茶園產量和茶葉品質的提高。

1.茶園耕作機械化的探索

我國的茶園耕作長期以來依賴人工進行，20世紀60年代中國援助非洲幾內亞種茶時，出口的耕作工具還是杭州茶區常用的大鐵耙。1996年筆者訪問我國援建的幾內亞瑪桑達茶場，看見茶園勞作中還在使用這種鐵耙。

20世紀50年代，各茶區在茶園作業中開始嘗試使用半機械化畜力農具（圖4）。如福建、江蘇、安徽、浙江等省茶區推廣的鐵木結構的畜力三齒中耕器，用于成齡茶園中耕除草，一人一牛每天可耕1.0～1.3 hm2；五齒中耕器適用于幼齡茶園，耕深5 cm左右，耕幅1 m，一人一牛每小時可耕茶園0.2～0.3 hm2。這一時期還研制出畜力雙行茶園施肥器等，用于幼齡茶園中施化肥和粉碎后的餅肥、土雜肥，兩人一牛每天可施肥2.7 hm2左右，比人工提高工效約10倍。

圖4 20世紀50年代湄潭茶場用牛拉農具進行茶園耕作

2.中國茶園耕作機械化的起步

20世紀50—70年代，手扶拖拉機在農業生產中普遍應用，一些國營茶場開始嘗試將大田用手扶拖拉機及配套農具引入茶園進行中耕除草、開溝施肥和噴藥等。1956年，杭州茶葉試驗場將手扶拖拉機加防護罩，用于中耕除草和施化肥，工效可達0.13～0.20 hm2/h。因茶園多分布于山區，地勢高低不平加之手扶拖拉機機型單一，機體過寬，重心高，因此在茶行間行走穩定性差，操作起來十分費力，對茶樹枝條損傷也大，幼齡茶園使用尚可，成齡茶園應用不理想。

20世紀80年代中期，2.2～3.7 kW小型手扶拖拉機開始在茶園耕作中試用，并逐步推廣開。后來此類小型手扶拖拉機被稱為微耕機（圖5），目前，微耕機生產企業眾多，僅列入國家支持推廣和購機補貼目錄的型號就達數十種，不僅有輪式機型，同時還開發出在山地茶園作業時行走穩定性更好的履帶式機型，在茶園中的應用推廣速度加快。如浙江采云間茶業有限公司200多hm2茶園的中耕除草，就完全依賴微耕機配套旋耕機完成。微耕機體形小，寬度可控制在60 cm以內，重量輕，重心低，轉彎靈活，操作方便，簡單加裝甚至不加防護罩即可進入茶園作業，在茶園中耕除草、開溝施肥等作業中發揮了較好作用，但要求作業茶園土質較疏松。若在土壤較為堅硬的茶園內，則需使用較大型茶園耕作機或人工先進行耕作，待茶園土質疏松以后再用微耕機進行耕作，則可事半功倍。

圖5 輪式（上）和履帶式微耕機（下）

圖6 C-12型茶園耕作機（下圖配裝中耕用旋耕機）

1977年，第一機械工業部向浙江省機械科學研究所等單位下達“茶園耕作機的研究”課題，課題組經過幾年的設計、研制和改進，于20世紀80年代初研制成功一種配帶耕作農機具等的小型履帶式茶園拖拉機——C-12型茶園耕作機（圖6），1982年9月通過鑒定，投入批量生產，是一種較為理想的茶園耕作專用動力機型。該機使用S195型8.88 kW柴油機為動力，采用行間作業和履帶行走機構。機器下部最大寬度8 cm，上部寬度50 cm，機器橫斷面設計成“凸”字形，以充分利用茶行空間，防護罩為流線形，減少了對茶樹枝條的損壞，能順利“鉆”入茶行，配套有關農具進行作業。整臺機器重心低、穩定性好，在坡度15°的茶園中可穩定作業，在坡度30°時順坡行進或短距離通過田埂及坡道也表現出良好的性能，一般有1.0～1.5 m空地即可轉向調頭，適宜在行距1.5 m以上條植茶園中使用。該機采用液壓農具提升系統，并具提升、中立和浮動3個工位，耕作時農具處于“浮動”狀態，以適應高低不平的地面，保證耕作深度一致，升降迅速可靠。可配套多種農具，完成茶園中耕、深耕作業。中耕除草時使用旋耕機，耕作寬度60 cm，中耕深度8～10 cm，每小時可耕0.33 hm2左右，耕后土壤膨松度30%左右。用由回轉曲柄帶動的挖掘式耕作機進行深耕，工作原理似人工鐵耙，3組挖掘鍬互成120°配置在曲軸上。作業時，耕作機動力輸出軸通過傳動機構帶動曲軸旋轉，驅動3組挖掘鍬交錯入土，像人工掘地那樣，一鍬一鍬不斷把土塊翻起，耕作深度可達20 cm，臺時工效0.10～0.13 hm2/h，耕后土塊大小適中，地表平整，并且對茶根損傷較小，很受茶區歡迎。20世紀80年代，年銷售量曾達萬臺以上，還部分出口到英國等地。可惜到了20世紀80年代后期，隨著茶園的承包到戶、茶園經營規模的變小，C-12型茶園耕作機銷售遇到困難，加之國營嘉善拖拉機廠倒閉，該機停止生產。

3.茶園作業機械化的最新進展

2010年后，在農業部和國家現代農業產業技術體系組織下，農業部南京農業機械化研究所肖宏儒研究員出任國家茶葉產業技術體系茶園機械崗位專家，開始研制可在茶園中作業的茶園耕作動力機械及其配套農機具。通過對日本茶園作業機械的考察，依靠研究所的科研實力，肖宏儒團隊很快在該所原有高地隙拖拉機自走底盤基礎上，研制出了可在茶園中跨行作業的高地隙自走式多功能茶園管理機（圖7），該機實際上是一種茶園作業自走通用底盤，可配套旋耕、肥料深施、噴藥等機具，在茶園中獲得較好的應用效果，后由江蘇省鹽城市云馬農業機械有限公司投入小批量生產。

同時，農業部南京農業機械化研究所還與江蘇省無錫華源凱馬發動機有限公司聯合研制了一種可在茶行內中耕除草的小型茶園管理機（圖8），動力為2.94 kW柴油機，挖掘式耕作部件，耕深8～10 cm，工效為0.1 hm2/h。

圖7 高地隙自走式多功能茶園管理機

圖8 無錫凱馬小型茶園管理機

此外，20世紀90年代中期，浙江省新昌縣曾研制成功一種可鉆入茶行中作業的ZGJ-150型小型茶園耕作施肥機，使用2.9 kW柴油機為動力，鍬式挖掘機構，耕作深度可達10～12 cm，耕作質量較好。2011年，新昌縣捷馬機械有限公對該機進行了全面改進設計，重新命名為ZGJ-120型茶園耕作機（圖9），改用3.7 kW柴油機為動力，仍使用鍬式挖掘部件，最大耕深12 cm，使用效果良好，已逐步推廣應用。

圖9 ZGJ-120型茶園耕作機

2011年初，肖宏儒團隊聘請筆者參與高地隙自走式多功能茶園管理機的部分試驗，并為團隊講解茶園作業機械。筆者提出自20世紀80年代以來，業界用于茶園耕作動力設備的發展方向，一是研制跨行作業使用的高架底盤，這種機型一般為乘坐式跨行作業，可在我國占茶園總面積5%～10%的平地或緩坡茶園作業中應用；第二也是更重要的是要研發一種能夠鉆入茶行行間、動力足夠、行走穩定的茶園拖拉機（耕作機），以適應于我國約70%茶園的耕作。現行開發的小型茶園管理機雖可順利鉆入茶行，但因動力過小，加之我國多數茶園長期不耕作，土壤板結堅硬，現有小型機型很難滿足當前多數茶園的耕作要求，故茶園耕作需要一種動力更大、能鉆入茶行行間作業的新機型，即使要用小型茶園管理機實施茶園耕作作業，若遇茶園土壤堅硬，也要先使用上述動力更足的茶園耕作機進行數次耕作，再換用小型機械進行耕作，方可獲得良好的作業效果。為此，筆者建議開發一種類似于C-12型茶園拖拉機（耕作機）機型，獲肖宏儒研究員團隊的認可，并受委托在浙江找尋1臺C-12型茶園耕作機作參考，無奈多方打聽均無結果。是年7月初，筆者在金華浙江采云間茶業有限公司內偶然看到了一臺已經廢棄的C-12型茶園耕作機，如獲至寶，立即聯系各方購得該機器運至農業部南京農業機械化研究所內。后來又獲得杭州市農業科學研究院茶葉研究所的支持，提供了C-12型茶園耕作機的挖掘式耕作部件等，加上團隊對國內外茶園耕作機械資料的大量收集，研制工作正式展開。

在肖宏儒研究員帶領下，團隊旋即開始新機型及配套農機具的研發設計。歷經兩年余的努力，終于完成了茶園拖拉機及其部分配套農具的設計和試制，其動力機被命名為金馬3SL-150D型茶園拖拉機（圖10）。后經多地試驗、改進和完善，最終以拖拉機產品標準要求，通過了茶園專用拖拉機的產品鑒定，并由江蘇省鹽城鹽海拖拉機制造有限公司投產，為我國新增了一種茶園專用的耕作動力機型。

圖10 金馬3SL-150D型茶園拖拉機

金馬3SL-150D型拖拉機外形結構尺寸雖與C-12型茶園耕作機基本相似，但是通過全新的系統設計和新技術的應用，該機機械結構更為合理，制造質量和操作性能顯著提高，整機呈流線型，外形更加美觀。加之特殊設計和制造的罩殼，可保證順利進入茶行作業，不會損傷茶樹枝條。該機還特意加大了動力機功率，將柴油機功率提高到11～13 kW，即使在較堅硬的茶園土壤中，仍有足夠功率保證耕作性能良好。金馬3SL-150D型拖拉機現已陸續研制配套旋耕機，挖掘式深耕機，盤式、鏈式和旋耕刀式開溝機，噴桿式和吹霧式噴霧機，吸蟲機等機具，并且還可配套茶樹修剪機和采茶機等，目前已在茶區廣泛投入試用，作業效果良好。可以預料，在進一步擴大應用、改進和完善基礎上，一定會成為我國茶園耕作中應用最普遍的骨干機型。

三、茶園耕作機械化普及的制約因素及對策

當前，我國茶區雖然對茶園耕作機械化要求迫切，但實際推廣普及進展緩慢，究其制約因素大概有以下幾點。

1.茶區對茶園耕作機械化的認識有待深化

近年來，由于茶園耕作用動力機及其配套農具缺乏，不少茶園施肥不再開溝，而采用撒施方式將肥料撒在地面上，嚴重影響肥效。再者由于勞動力缺乏，不再或極少對茶園進行耕作（特別是深耕），茶園土壤板結嚴重，影響茶園產量的提高和茶葉品質的改善。久而久之，這種粗放的管理模式形成了習慣，甚至認為，肥料撒施雖造成了肥效降低，但比用人工開溝施肥成本低。應該及早轉變這種錯誤認識，把茶園耕作和耕作機械化作為一項重要的標準化茶園管理技術措施落實。

2.茶園缺少規劃、茶樹種植欠規范

我國傳統的茶園開發很少進行規劃，往往不是沿等高線盡可能規劃建成區塊，而是采取上下順坡種植，茶樹種植到邊到頭，不留機器掉頭回轉地帶，加之茶行行距過窄，垂直于茶行方向留有灌溉明溝或障礙物，道路也狹窄，故耕作機械無法進入茶園或在耕作時經常會遇到溝渠或障礙物不能通過，到了地頭無法轉彎掉頭，嚴重制約著耕作機械化的推廣普及。應對傳統茶園和新發展茶園按照標準化茶園要求進行改造和建設，要求新茶園建設前首先要進行規劃，按照機械化耕作要求科學布置園、林、路、渠，清除阻礙機器通行的障礙物。機械化耕作茶園行距應在1.5 m以上，地頭留有1.5～2.0 m的機器回轉地帶，以便耕作機械可順利進入茶園中作業。

3.茶園耕作機械品種單調，作業性能和運行可靠性有待提高

經過業界近年來的努力，我國的茶園耕作機械及其配套農機具的研發取得顯著進展，使茶園墾殖、開溝施肥和耕作等作業基本上有機械可供選擇，但總體上機械類型還較少，特別是作為動力機的茶園拖拉機機型就更少，加上現有機械研發成功并不久，作業性能和運行可靠性還有待進一步完善和改進，這一點應引起業界特別是設備研發和制造企業的重視，這是實現茶園耕作機械化的重要保證條件。