秦巴山區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.農業農村部南京農業機械化研究所，210014；2.中國熱帶農業科學院橡膠研究所，570100

秦巴山區茶園地形陡峭，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，秦巴山區茶園機械化發展較為滯后，嚴重影響了茶產業的發展。秦巴山區茶農年齡普遍在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茶園面臨的最嚴重的問題。

因此通過研究當前秦巴山區茶園的耕作、施肥、修剪、植保及采摘等環節作業現狀，重點針對山地茶園機械化技術特點剖析山地茶園機械化存在的問題，提出秦巴山區茶園管理省力化策略，以加快秦巴山區茶園機械化進程。

一、秦巴山區茶園生產管理現狀

秦巴山區茶園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]。由于秦巴山區茶園地形險要，坡度陡，茶園機具上山難，適用于秦巴山區茶園的專用機械少。茶園中基本沒有建設主干道、支道、機耕道。

1.茶園耕作

秦巴山區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。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，導致存在農藥殘留風險[2]。

2.茶園施肥

3.茶園修剪

秦巴山區茶園修剪主要采用日本產修剪設備，修剪質量高、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1 h 手臂會出現發抖的現象[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

秦巴山區茶園病蟲害防治主要采用傳統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與裝備。目前負壓捕蟲技術與裝備應用較少。

5.茶葉采摘

名優茶采摘全靠人工采摘，費工費時。目前，國內高校及科研院所對名優茶采摘技術均有研究，但研究成果尚未達到應用階段。大宗茶的機械化采摘裝備普遍采用往復切割式采茶機，按照動力方式分，有汽油式采茶機和電動采茶機等。

二、秦巴山區茶園管理省力化策略

1.推進宜機械化茶園標準化建設進程

茶園標準化建設是茶園機械化推行的立足之本，也是基礎平臺。由于茶園建設尚未有統一標準可執行，導致茶園機械與茶園種植之間出現農機農藝融合障礙。一類產品往往只能適應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適用機械，從而導致產品市場亂、雜、無序。因此，推進機械化茶園標準化建設進程是加快秦巴山區機械化進程的首要條件。

目前秦巴山區茶園在建設方面主要存在以下問題：（1）茶園無機耕道，無田間機械掉頭區域，茶園作業機械無法進入；（2）無系統化田間灌溉系統，水管暴露或者掩埋深度不夠，對耕作機械、采茶機械作業時造成干涉；（3）樹木套種雜亂無章，缺乏系統化規劃，減少了茶園機械作業有效面積；（4）茶園梯度設置不合理，人工和機械均難以爬坡作業。

由于秦巴山區茶園以家庭不規則小田塊的山地茶園為主，平緩坡茶園較少，因此因應以山地茶園（坡度15°～25°）標準化建設為主，其中作業道路根據茶園規模、地形和地貌等條件，設置規范的道路系統，機械作業主道寬2.5 m ，生產作業道寬1.0～1.5 m，機具調頭道寬0.5～1.0 m，調頭道外側保留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劃，包括道路網絡建設、灌溉系統建設、防災減災系統建設等，農藝應調整配合農機，并根據茶園機械化生產技術要求，制定茶園機械化生產技術規程，以推進茶園機械化進程。

2.制定茶園機械化生產技術模式

傳統茶園作業機械一般按照茶園作業的耕作、施肥、修剪、植保和采摘5 個環節進行劃分，再針對每個作業環節的技術與裝備進行詳細的列支，每種作業機械均配有獨立動力機械，導致茶園機械市場混亂，農戶無法根據茶園條件選擇適用的茶園作業機械，從而阻礙了茶園機械化技術與裝備的發展和茶葉經濟效益的突破。

我國茶園分布區域廣，地形條件復雜多樣，且各茶區茶園建設標準不一，農藝標準不一，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]。研發的新機具往往只能適應一部分茶園，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機具難以作業。中小型機具在山地茶園中可輕便化作業，但是用于平緩坡茶園中生產效率偏低，不能滿足平緩坡茶園生產機械化需求，因此用一種設備實現所有茶園的機械化生產是不現實的。只有根據茶園的地形條件、種植特點，因地制宜，模式劃分，才能覆蓋茶園全地形、各環節，從而更好地推進茶園機械化生產技術發展進程。

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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，提出相應的3 類機械化作業模式，并配套不同地形條件下的多種模塊化多功能復式作業機具，針對性強，作業效率顯著提高，有效降低投入成本。

針對山地茶園，重點發展輕簡型、便攜式茶園作業技術模式，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個環節的作業機具。

針對緩坡茶園，重點發展乘坐自走式窄幅行間作業技術模式，配備快速接口，配套耕作、施肥、修剪、植保和采摘5 個環節作業機具于一機，實現一機多功能作業。

針對平坡茶園，重點發展大型乘坐自走式跨行作業技術模式，根據需要配套深松鏟、立旋、臥旋、采摘、捕蟲等作業機具。

3.優化、完善并創制相應模式下的茶園機械技術與裝備

針對山地茶園，集成應用輕簡型系列茶園機械化作業技術與裝備。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裝備。

針對緩坡茶園，集成應用低地隙多功能茶園管理技術與裝備（圖1）。該裝備旋耕生產率最高可達到0.24 hm2/h，其中創建的“針式”仿生耕作理論，耕作深度增加150%，達25.79 cm，功耗降低40%，深耕作業生產率最高可達到0.3 hm2/h，施肥作業在旋耕作業的同時進行，施肥量可在220～490 g/min范圍調整，植保噴霧作業的生產率達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，集成應用高地隙多功能茶園管理技術與裝備（圖2）。該裝備中耕除草生產率最高可達0.47 hm2/h，深松作業生產率最高可達到0.63 hm2/h，施肥作業在中耕除草或深松作業的同時進行，植保噴霧作業的生產率達0.99 hm2/h，中耕除草時的碎土率達95.7%，埋草覆蓋率達97%，深松作業時深度達295～315 mm，生產效率在目前大型茶園作業裝備中較為突出。

圖2 高地隙多功能茶園管理技術與裝備

針對采摘人工勞動強度高等難題，集成應用跨行自走式采茶技術與裝備（圖3）。創建的“有限選擇性”最優采摘理論及扶葉仿生采摘技術、“即采即篩”復式作業技術，將漏采率由10%降至1%以內，茶葉完整率由60%增至80%，生產率增加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.制定秦巴山區茶園機械化作業技術方案

（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、傳統植保噴霧機、柴油機灌溉機組等應用為主。茶園機械品種少而簡易、配套率不高、作業效率低，操作勞動強度大。

技術方案：由于南江縣茶園地塊大多比較零散，呈階梯狀分布，未設置機耕道，首先應在茶園設置機庫，便于機具的存放和縮短機具在茶園之間的周轉時間，減少茶農肩扛手抬的勞動強度。其次，減少茶園免耕面積，應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；植保作業除了采用傳統的背負式噴霧器之外，也可選用代表綠色防控技術的背負式吸蟲機和光電氣色復合式害蟲捕獲機；當地茶園的修剪和采摘在單、雙人采茶機的基礎上，茶園條件較好的可選用跨行自走式采茶技術與裝備，修剪采茶一體，一機多用，作業效率高。

（2）四川平昌縣

平昌縣平坡茶園中主要存在排澇不及時導致茶園中央茶苗淹死的現象。為了有效緩解淹苗的現象，茶農會在茶行中間設置排水渠對茶園中的雨水進行排澇，導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，較其他農田土壤含水率低，大部分茶園沒有農機化生產道路。

技術方案：按照《茶葉生產技術規程》（NY/T 5018—2015）新建茶園或者改造老茶園，茶園作業以適宜緩坡、山地茶園機械化作業技術與裝備為主。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茶園的施肥作業；傳統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、修剪高度100 cm 的自走式兩面側邊修剪機進行茶園雙側邊修剪作業；植保環節可選用代表茶園綠色防治技術的背負式吸蟲機以及光電起色復合式害蟲捕獲機。

（3）陜西紫陽縣

紫陽縣茶園大多建設于漢江對面，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，茶園尚未設置掉頭區域，茶園修剪及采摘機械化程度較高，其他環節仍然以人工為主。

技術方案：新建茶園坡度較陡時應建立梯級茶園，茶園兩側1～2 m均應留有掉頭區域，在茶園設置1～2 個機庫。除草設備宜選用窄幅、便攜式或背負式除草機為主；由于田埂中石頭較多，中耕設備可采用輕簡型鋤齒式翻耕機；修剪設備可選背負式或者手持式單人、雙人修剪機；采茶設備應以單人或者雙人抬采茶設備為主，適宜機采的品種也可選用電動采茶機實現選擇性采摘。

（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劃，茶園田埂較多、茶行較短、行間距不一，導致適用于平坡茶園的高地隙多功能茶園管理技術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域、排水渠設計不合理等問題。雖然目前全縣茶園已有多個作業環節開始實現機械化，逐步向專業化精細化機械轉變，但是部分作業環節仍然以人工為主，茶園管理總體機械化水平仍然不高。

技術方案：指導竹山縣按照茶園機械化作業技術規程進行茶園建設，在標準化茶園的基礎上，平緩坡茶園可選用作業效率較高的低地隙多功能茶園管理技術與裝備、高地隙多功能茶園管理技術與裝備以及跨行自走式采茶技術與裝備。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側邊修剪機進行茶園雙側邊修剪，可大幅度降低人工作業強度；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。在植保環節中，可同時采用2～5 臺背負式吸蟲機，蟲口減退率可達70%。

三、發展對策與建議

1.進一步加強農機農藝的有效融合

農機農藝的有效融合是實現茶園機械化的首要條件。機械化為茶園的農藝技術提供高產、高效的技術手段，新茶園規劃及舊茶園的改造應為機械化作業創造條件。

2.因地制宜，針對性地發展茶園機械

針對丘陵山地茶園應以輕簡型系列茶園機械化作業技術與裝備為導向，根據山地茶園產業現狀，研發和篩選便攜式、一機多用、結構緊湊、操作簡單的輕簡型系列化機具。針對緩坡、平坡茶園，應著力發展高效率、大中功率的茶園復式多功能作業機具。只有著力于3 種模式下的茶園機械的共同發展，才能又快又好地推進秦巴山區以及全國范圍內的茶園全程機械化進程[6]。

3.加大新能源動力機械的研發力度

山地茶園作業對機具動力和重量比提出了更高的要求，傳統的柴油機或汽油機作為動力會導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深度及工作效率的需求。積極研發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的推廣難度。

4.加快機械裝備模塊化研發進程

實現動力平臺、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展的有效途徑。

5.加快人工智能在茶園機械化技術中的應用

隨著計算機信息技術的發展，人工智能技術將更加深入地滲透到工業以及生活的方方面面，茶園機械化也是如此。人工智能技術的應用，可使機械裝備更高效、合理，操作更簡單，管理成本更低廉。