我國茶葉機械化采摘技術研究現狀與發展趨勢

黃藩 王云 熊元元

摘要：茶葉機械化采摘是行業發展的必然趨勢。經過幾十年的發展茶葉機械化采摘雖有長足進步，但仍存在較大問題。筆者通過簡單介紹機械采茶的發展現狀，指出機械采茶的有關問題，并對未來趨勢進行展望，旨在為我國茶葉機械化采摘技術發展提供一定的參考意見。

關鍵詞：茶葉;機采技術;存在問題;發展趨勢

中圖分類號：S225.99?? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）12-0048-04

茶葉含有豐富的茶多酚、蛋白質、氨基酸、咖啡堿、多糖、維生素等營養物質和功能成分[1]，具有消炎殺菌、抗輻射、預防癌癥、調節血脂等保健作用[2]，是風靡全球的保健飲品，越來越受到消費者的青睞。但傳統的種植、采摘及加工等環節需要耗費大量的勞動力，已無法滿足日益增長的消費者需求，制約著行業發展，因此茶葉機械化采摘成為發展的必然趨勢。我國從20世紀50年代起針對大宗茶采摘開始機采試驗[3]，全國各主要產茶區研究集成了機采茶園農藝工程技術，雖然對名優茶機采進行了大量試驗[4-5]，但仍然存在較大問題。本文對茶葉機采技術的現狀及存在的問題進行簡單介紹，并對發展趨勢進行簡單探索，旨在為茶葉機械化采摘技術發展提供一定的參考意見。

1 我國茶葉機械化采摘的現狀

雖然機采效益明顯高于手工，但茶園要實施機采必須有相應的基建設備和技術，包括栽培技術、機器選型配套技術及機采葉分選技術等農藝工程技術的集成。

1.1 茶園基建

標準化茶園建設包括茶樹行距、株距、修剪形式，灌溉設施，除霜設施，以及大型設備入園道路設施等。除了新開墾建設標準化茶園，大部分是通過改造現有茶園建成機采標準化茶園。在規劃設計上，新茶園茶行間距1.5 m，茶行長度35～40 m為宜，茶行兩端地頭各留1.5 m，便于采茶機掉頭、換行、下葉;由老茶園改造的，但是應用雙人采茶機采茶的行距 應≤1.8 m，選用單人采茶機的行距應≤1.2 m[6]。而零星分散、叢植茶園、坡度超過20°以上的茶園不適宜機械采茶作業，改造時需進行叢植改條植及改換無性系良種等措施。1.2 機采品種

目前，機采多為往復切割式，對芽頭沒有識別性，并不適合所有品種，而無性系品種長勢較為勻齊，可以在一定程度上緩解采茶機“一刀切”帶來的弊端。王秀鏗等認為，機采品種選擇主要考慮再生性和株型，要求采后新梢萌發力強、生長間隔期短、分枝級數多且葉片夾角稍大，且認為湘波綠不適合機采[7]。經過大量研究證明，龍井43、中茶102、浙農113、浙農139、藪北種、烏牛早、迎霜、碧云、福鼎大白、櫧葉齊、云抗10號、青峰和垂綠等紅、綠茶品種適合機采[8-11]，丹桂、黃觀音、白芽奇蘭、金觀音、悅茗香、黃棪、福建水仙、金牡丹等烏龍茶品種適合機采[12]。

1.3 栽培技術

樹冠培養技術是機采茶樹栽培的保障。大量研究表明，幼齡茶樹修剪樹冠為水平型，可以養成高產樹冠，成齡茶樹修剪樹冠為弧形，可以增大采摘面積，衰老茶樹需要及時臺刈等[13]。土壤肥力對機采茶產量和質量的影響較大。大量試驗表明，機采茶園多施氮素，可以增加機采茶葉的完整率和細嫩芽葉比例，增加采摘批次，提高機采的產量，增加茶葉生化成分含量，提高茶葉品質[14-16]。不同地區根據測土配方要求，實踐集成施肥技術，如浙江省麗水市松陽縣分別在每年的10月、2月、5月、7—8月施用冬肥、春肥、夏肥、秋肥，用肥量分別為全年量的40%、25%、10%、25%[17]。

1.4 采摘適期

大量研究表明，產值是確定機采適期的最好方式，紅茶、綠茶春茶為標準新梢（一芽二、三葉及夾二、三葉）80%左右開采，夏茶為標準新梢60%左右開采[3]。龍井43、浙農113和浙農139等名優茶，標準芽葉即一芽一至二葉占新梢總數的80%左右時為最適開采標準，而余葉展后15～18 d，也可以作為名優茶的開采標準[6，18]。直立型茶梢的白芽奇蘭烏龍茶和披張型的鐵觀音以及金觀音以中開面三葉為切入點[19]。由于機采能在一定程度上刺激芽葉萌發，機采適宜的間隔期較手采短，大宗茶一般為20～30 d[20]，名優茶采摘間隔期更短。

1.5 設備選用

采茶設備的選擇首先應考慮適用性，影響采茶機適用性的因素，包括蓬面整齊程度、高度、寬度、茶樹行間通過性、茶樹品種、漏采率、機器噪聲、機器振動、燃油消耗率等[5，21]。幼齡茶園選擇平行采茶設備，成齡茶園選擇弧形采茶設備，綜合考慮省力性和適用性，平坡茶園選擇雙人采茶機，針對丘陵山區的地形以及名優茶鮮葉嫩度高、量小、采摘精確高的特點，建議選用小型單人采茶機[14]，并且應用便攜式名優茶采摘機采茶，機采葉完整率可達70%，比傳統采摘機械提高20%。

2 我國茶葉機械化采摘存在的問題

2.1 機采茶園不集約

集約化是行業發展的必然趨勢。但很多地區仍以家庭為單位開展種植生產，茶園分布零散，茶園集約化生產水平不高[22]。特別是丘陵山區茶園，茶園田塊較小，地勢較高，茶園布局的不規范非常不便于大型機采設備的使用，并且茶行靠外一側沒有通向茶園的機耕道，茶行兩頭沒有留出掉頭空間。甚至機采茶園的茶樹品種還存在混雜現象，給后續茶葉加工造成困難，無性系良種的種植推廣還有待加強。另外很多地區的機采茶園管理粗放，茶農由于意識或者效益等原因，施肥、樹冠修剪和留養等措施跟不上，導致機采茶樹過早衰老，影響機采效果[23]。

2.2 機采技術不精細

機采經過近70年的發展，仍然使用往復切割式采茶機，雖有不同程度的改進[24-26]，但非選擇性的特點仍然存在。雖然機采技術的應用極大降低了低端茶葉的生產成本，機采鮮葉仍然很難滿足名優茶加工的需求。例如，烏龍茶品飲對外形要求比較低，但烏龍茶茶樹品種豐富，其物理性狀各具特點，這給高端烏龍茶機采技術的應用帶來一定的復雜性和難度，當前單一性和通用性的機采設備與之無法匹配[27]。同時，雖然名優茶采摘的機器人技術成為近年研究熱點，但效率和穩定性還有待提高，尚未應用到實踐中[28-30]。

2.3 機采茶不優質

機采鮮葉中標準芽葉含量較手采葉低，碎葉和對夾葉含量高，這將極大影響干茶的色香味。陸德彪等研究了 6CDW-220 微型采茶機的機采鮮葉加工扁型綠茶的效果，結果除了湯色以外，外形、香氣、葉底等項目的得分均較手工茶低2～5分[31]。葉飛等對比了早春（4月初）機采和手采2種鮮葉制成的恩施玉露，發現機采毛茶外形和葉底的感官得分低于手采毛茶[32]。機采鮮葉老嫩不勻，給后續初加工帶來技術難度，造成干茶勻度下降，目前只能通過鮮葉采后分級和干茶精制的方法，在一定程度上進行彌補。

3 茶葉機械化采摘技術發展趨勢

全國各個茶區自然環境、生產傳統、產品要求等均存在很大差異，需要在深入調研基礎上，結合地域條件因地制宜，確定不同區域最佳茶葉收獲方式和技術路線，有針對性地進行茶葉機械化采摘技術的研發和推廣應用。

3.1 機采茶園集約化

3.1.1 農藝與農機互融促進機采茶園標準化 機采的經濟效益受農機性能、茶樹品種、栽培管理等多方面因素的影響，所以農藝與農機融合發展是機采效益實現的保障。目前選擇性智能采摘技術尚未應用于實踐，只能通過農藝措施建設高標準的機采茶園，合理優化并形成區域規范的茶葉生產技術體系，為茶葉機采實施提供基礎條件。高標準的機采茶園需要通過農藝修剪措施，培養適應機采的樹冠面;日常注意培肥，滿足機采茶園施肥量的需求;加強病蟲害防護措施，并注意及時補栽缺株。只有將機械、農藝和制茶工藝相融合的采茶機械化技術推廣作為重點，才能推動采茶機械化技術的進展[33]。

3.1.2 農民生產合作方式變革促進機采集約化 機械采茶是規模生產，必須與茶園種植、茶葉加工的適度規模經營相結合[34]。谷兆騏等比較了平水日鑄茶的機采和手采2種采摘模式，在售價均為250元/kg的情況下，得出機采茶的成本比手采茶低36.22%，得率低25.48%，經濟效益高約21.30%[35]。由此可以看出，機采鮮葉因為得率較低，如果無法在鮮葉數量上占據優勢，機采的經濟效益會被減弱。而每天進廠大量的鮮葉，則需要具有相當規模的加工廠及時將鮮葉付制。種植及生產的機械化和規模化發展，勢必引起生產組織模式的變革，比如有關茶葉種植加工及農業機械的農民專業合作社的大量出現。大型采摘設備投入較大，個體種植戶不愿意購置一些利用率不高的大型采茶設備。可以借鑒其他實現收獲規模化的農作物，嘗試建設采摘服務平臺，農場主可以選擇代收或者租賃設備，節省一部分購機資金。如美國的花生機械化采收服務平臺上，提供農場與耕地的位置、耕地規模、土壤類型、種植品種與收獲時間等花生收獲信息，同時提供花生收獲機械類型、型號、數量、租賃和代收服務指導價格等信息，用發達的信息化系統實現了花生收獲的集約化[36]。

3.2 機采技術精細化

隨著消費者對茶葉品質要求的提高，機采技術朝著精細化的方向發展。精細化采摘需要研發高效率、高精度、智能化的采茶機器人。機器人采摘作業的實現，需要解決識別定位、采摘動作、導航、換行、移運等多個環節與裝備的充電、維護等問題。茶園作業環境的高度非結構化、鮮葉個體的大差異化對采摘機器人的作業帶來了巨大挑戰，是制約采摘機器人技術作業性能提高與推廣應用的關鍵瓶頸。除了在茶園標準化建設方面繼續努力推廣以外，機械、電子技術的高速發展使采摘機器人技術的研究大大加速，將為名優茶采摘機器人的實現提供基礎。目前，RealSense深度攝像頭和彩色CCD相機charge coupled douice camera等多信息先進傳感技術提高了嫩芽識別度，已有研究者利用機器視覺圖像技術用于茶葉的種類、品質等級鑒別和產地溯源[37-41]。我國茶葉采摘機器人發展較晚，但是在溫室果蔬采摘等領域，機器人已有一定范圍的投入使用[42]。隨著機械臂、底盤、傳感器、電機系統等關鍵模塊不斷成熟，RFID（radio frequency idontifica tion，射頻識別技術）、激光切割、熱切割等新技術快速引入并運用于機器人導航與摘取等環節，圖像處理與機器人運動求解等算法和工具的成熟模塊化使檢測與控制的實施得到簡化，采摘機器人技術不斷得到有力推動[43-47]。

3.3 機采茶優質化

3.3.1 機采茶加工配套設備開發 目前，專門配套機采鮮葉的加工設備缺乏，現有加工設備不能最大化提高機采茶的品質。很多研究對機采鮮葉的分選、攤放、萎凋、做青等工藝參數進行優化，以期探明機采茶葉品質影響因素，將為機采茶加工設備研發提供理論依據。何鑫以機采鮮葉為原料，系統研究了大宗茶分級機的分級效果，空調攤放和加溫萎凋對茶鮮葉主要化學成分和香氣物質變化的影響[48]。劉亞峰研究了機采鮮葉分選技術中對烏龍茶內質的影響，發現鮮葉采用滾動式處理對烏龍茶香味的穩定性有正效應，且鮮葉分選后的做青方式以四搖為宜[19]。機采鮮葉在制作過程中，需要初加工、精加工及深加工等系列產品的配套，才能實現機采茶效益的提升。朱德文針對機采鮮葉的特點，研究開發機采茶鮮葉加工速溶綠茶關鍵設備及技術，對現有加工速溶茶的鮮葉粉碎設備、殺青設備及浸提設備等進行了研發[49]。

3.3.2 機采茶分選分級技術開發 機采毛茶勻凈度較差，需要通過分選獲得不同等級的茶葉，提升茶葉品質和經濟價值。目前，融合了機械、電子、圖像識別等現代科學技術研制的茶葉分級機，有風選、色選和靜電等多種類型[50-51]。在生產實踐中，機采鮮葉制成毛茶后，再進行茶葉精制，取得了很好的效果。翁炎生等提出了直接對機采茶青進行香茶加工，再利用色選機對機采香茶進行分選分級的松陽香茶機械化采制模式，從而提高了茶葉產品質量和加工附加值[52]。葉飛等研究發現，鮮葉（風選）分級和加工過程（風選-色選）分級（殺青葉分級、二青葉分級、三青葉分級）后制得的綠茶，相比不分級機采綠茶，在感官品質上并沒有明顯的改善;但毛茶精制分級后，得到的一級茶和二級茶的品質明顯高于不分級機采綠茶[53]。曹婷婷以機采巖毛茶為原料，開展巖毛茶關鍵精制工序的比較研究與全程工藝參數的跟蹤研究，為機采機制巖毛茶實際生產提供了一整套可應用的精制加工技術[54]。實時、客觀、高效、智能的分選分級技術，是提高機采茶品質的重要手段，國家應繼續擴大國家農機補貼的范圍，后續鮮葉風選設備、毛茶色選設備等也都納入補貼的范圍。

4 小結

綜上所述，我國茶葉機采技術經過長期發展，雖然茶園基建、品種篩選、栽培技術優化、采摘適期選擇、機采設備選用等方面的進步，在提高生產效率，降低生產成本方面取得了一定效果，但機采茶園建設集約化，機采技術精細化，機采茶優質化等方面仍然存在很多問題。還需在推進農藝與農機結合建立規范化機采茶園，變革農民合作生產方式，發展智能采摘機器人技術，深化機采茶配套設備開發，發展毛茶分選分級技術等多方面進行突破，將極大改善我國機采現狀，實現茶葉機械化采摘技術新發展。

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