丘陵山区茶园机械化现状与发展建议

2023-10-08随顺涛李光辉万先起蒋金巧魏鼎才陈兴毅

四川农业科技 2023年9期

谭杰,随顺涛,高新,李光辉,万先起,蒋金巧,罗吉,魏鼎才,陈兴毅,张军

(四川省农业机械科学研究院,成都 610066)

中国茶园经济进入了快速发展的阶段,从20世纪60年代开始,我国茶园生产机械的发展经历了从无到有的历程,产业规模也在不断扩大。然而四川由于独特的地形地貌特征,茶叶生产机械化水平低,加之近年来的农村劳动力紧缺,鲜叶及时采摘得不到保证,茶叶产业的发展受到了严重制约[1]。利用机械设备能够明显的节约劳动力、提高作业效率、减少劳动成本、提高经济效益[2],同时随着人口老龄化加剧,劳动力资源日益紧缺,人力作业质量已不能满足茶园的生产需求等的现象,茶园的发展受到一定程度的影响,因此,提高茶叶生产过程机械化水平,确保茶园产业能够持续稳定的发展刻不容缓。

1 茶园机械化研究现状

1.1 四川茶园机械化

四川地形复杂,以丘陵山区为主要特色,然而丘陵山区由于地块小而散、坡地多田块杂、地形地貌跨度大等特点,使得茶园机械化发展缓慢。廖念禾等[3]通过分析丘陵山区茶园种植机械化现状,认为目前存在较多的难题尚未被攻克,导致针对山区丘陵地段能够使用的机械设备缺乏,存在茶园作业效率低,机械设备适应性差等问题。张家美等[4]通过对丘陵山区茶园机械化应用现状与前景展望,提出未来的植保机械化的发展，需要加强组织领导和统筹规划,加大政策扶持力度,引导合作社规范化建设等方式,从而强化丘陵山区农机和农艺的融合发展。罗泽涌等[5]认为茶园标准化建设、经营规模化有利于丘陵山区茶园机械化的应用和推广。因此,需要改变传统茶农茶园机械的保养管理意识差,国内茶园机械使用成本高的现状。研发出适合丘陵山区茶园的机械化装备,提高作业效率,从而促进茶园产业的不断发展。

1.2 国外茶园机械化

目前,国外的日本和东非等都产茶国都在研究茶园机械化,其研究最早始于日本,可追溯至1910年,至今已有一个世纪[6]。例如,日本在20世纪30年代就已投入使用采茶剪,比手工采茶提高工效10倍左右[7]。韩余等[8]深入分析国内外采茶机械化的发展历史与现状,发现日本、英国和法国等,基本能够实现了机械化,然而国内机械化发展及推广程度还不高,需要茶园机械化作业促进我国茶园产业发展。因此,通过国外茶园发展历程来看,国内茶园机械化发展需要引起重视,不断实现各环节机械化作业,才能大幅提高生产效率,降低人工劳作成本,促进茶树稳定生长,从而保障高品质茶叶的可持续生产。

2 存在的问题

目前,阻碍我国茶园生产机械化存在的问题,体现在我国茶园种植模式不适合机械化作业。我国传统茶园的茶树并非为优质的无性系树种,存在种植繁密、茶行较窄和机器不能掉头等问题,从而不利于茶园的机械化作业[9]。我国在2000年后开始逐步建立新型茶园,由于前期规划合理,能够实现机器化作业,但是在全国茶园中的占比小,因此,整理而言我国茶园的机械化水平仍然有较大的提升空间,特别是丘陵山区的茶园机械化水平。

2.1 茶园基建标准化问题

茶园基建属于前期茶园规划阶段,存在的问题分为两个方面,一方面是茶园建园难以标准化,主要是丘陵山区的地形复杂,普遍存在土地坡度大,地块小而散,呈现无规则阶梯状分布等特征,使得茶园从开始建园便存在一定难度。另一方面是茶园地理位置不方便,丘陵山区地带多为缓坡种植、高山种植,坡度普遍较大,存在交通不够便捷等特征。

2.2 土壤耕整差异化问题

土壤耕整是茶园农艺管理的重要环节,一是农艺水平差异明显,由于丘陵山区土壤、海拔等差异,农艺管理水平难度大,从而存在适合种植的茶树品种杂乱、发芽和芽叶不均等问题。二是茶园人才缺乏,主要体现在茶园劳动力短缺和茶农专业技术跟不上,使得茶园前期农艺管理缺乏专业指导,以及后期采摘劳动力短缺和劳动成本增加,造成茶园土壤耕整的难度增加。三是机具设备差异化,南方以丘陵山区为主,对于机具的要求更高,并不能套用北方的机具设备,因此,缺乏适应丘陵山区的高质量、高水平的土壤整改机具,以及茶园智能化机具的引进,亟待解决长期的人工劳作,从而使得茶园采摘的稳定性和采摘效率得到提升。

2.3 植保技术成熟化问题

植保技术是茶园病虫害防治的重要手段,然而茶树植保技术相关的机械设备还不够成熟。主要体现在机具研发团队缺乏,产品质量不够硬,使得植保机械存在寿命短、故障多和成本高等问题。机具经济效益差,利润薄是主要影响因素,市场规模小,均是制约植保技术进一步发展的阻碍,难以形成轻量化、高质量和技术成熟的植保机械。

2.4 采摘机械规模化问题

采摘机械取代人工采摘是必然趋势,然而目前丘陵山区茶园采摘机械,一方面存在生产规模小、缺乏龙头企业引领和经济效益差等问题,从而相关农业机械研发热情不高,配套技术的水平待提高。以及,采摘机械存在稳定性差,主要体现在碎叶和杂质较多,使得茶品质欠佳,难以形成稳定性好的高品质茶叶。另一方面,采摘机械售后缺乏保障,采摘机械等配套设备主要是在采收季节集中使用,淡季时机器处于闲置状态,机器缺乏长期保养,造成机器故障率增加,从而对采收茶的品质产生一定程度的影响。同时,丘陵山区由于交通不便,售后维修的网点不全,服务时效长和耽误农时,为采收机械的售后保障提升了难度,也增加了购买、使用和维修的成本和费用,从而采摘机械难以形成规模化发展。

3 茶园机械化技术探讨

关于茶园的机械化水平,沈强等人[10]提出可以从茶园基建入手,加强宜机化机采茶园建设,以及提升茶园机采技术与设备精细化等机械化生产技术。谈小红[11]提出以宜机化改造为抓手,促进丘陵山区科学治理,推进“三品一标”认证工程,促进茶园机械化生产技术标准化。笔者主要围绕名优茶采摘、深耕施肥、深翻除草为主要方向进行深入分析与探讨。

3.1 名优茶采摘机械化

名优茶与普通茶相比,具有色泽鲜活、芽叶完整和不破碎等特点,有利加工成形、质兼优的定义为名优茶[12]。目前,名优茶的人工采摘方法主要是掐采、提手采、双手采三种方法,机械采摘方法主要为微型、单人提、双人抬和乘座式的采茶四种机器[8]。罗泽涌等[5]调查发现目前的茶叶采摘机械虽然能够实现茶叶的采摘,但仅适用于修剪成形茶园的大宗茶叶,还无法达到名优茶的采摘要求。杨劲松[12]认为应该从茶鲜叶采摘时间、手法和盛具等方面提升采摘技术,以达到提高名优茶采摘品质。贾江鸣等[13]针对名优茶机械化采摘的问题,设计了一种手持式名优茶采摘机械手,其平均采摘速度为25.2个/min,采摘成功率为74.3%,得到试验值与预测值的误差小于5%。由此可知,名优茶的采摘对于机械化要求程度高,需要采摘精度和智能水平更高的机器人来完成,采摘机器需要操作智能化、轻量化和便携式等方向发展。

3.2 茶园深耕施肥机械化

3.2.1 茶园深耕施肥的作用目前,耕种的分类主要分为浅耕(深8～10cm)、中耕(深10～15cm)、深耕(深15cm以上)。关于茶园深耕施肥的相关研究,发现茶园深耕施肥具有改善土壤理化性质的作用,表现为深耕后土壤容重减轻,孔隙度增加,有效养分被释放而增加,从而实现增量增产[14]。但是,谌介国[15]发现专业茶园如果连年深耕有害茶树生长,因为深耕使茶树根系大量破坏,抑制茶树地上部分的生长,从而引起茶叶连年减产,提出逐年分片、隔行进行深耕施肥。李泽相[16]认为深耕施肥的时间一般在9月下旬至10月底为宜,宜早不宜迟,以及深耕施肥根据茶树树龄和大小而有所区别。丁文芹等[17]研究茶园机械耕作方式对土壤物理性状的影响,认为耕作方式能改变土壤的物理性状,周期性耕作可有效改善茶园土壤紧实度、土壤容重和孔隙度。因此,茶园深耕施肥具有促进生长、增收增产的促进作用。

3.2.2 茶园深耕施肥的机械化研究相关学者开展茶园机械化耕作技术、改进方案的研究,肖宏儒等人[18],给出了适合平地茶园、缓坡茶园、陡坡茶园等不同坡度茶园的耕作机械配置方案,并分析了现有常见的几种茶园耕作施肥技术与机具特点,提出间隔1～3年深耕1次。叶炜等人[19]以开展深耕茶园,发展三产,提出努力织就致富梦,为提高茶园经济效益提出相应的措施。吴建等人[20]以提出建立茶园全程机械化生产示范基地,推广应用采茶机、修剪机、茶园单轨运输车、植保无人机等茶园管理新机械和新技术,引领茶园的变革。李赛君[21]对比总结了4种茶园深耕机械,发现手扶深耕机具的机体宽度较小,操作较灵活,进入茶园较方便,耕作深度 20～25cm,该机械适用山区、丘陵、平地茶园。

3.2.3 茶园精准施肥技术探讨施肥是茶园中耕管理的一项重要工序,目前国内大多是针对果园或大田的,缺少茶园专用施肥设备,国内茶园中仍然广泛采用大田用施肥装置进行施肥作业[22]。精准施肥即利用现代自动化控制技术实现肥料精准定量、定位排施。李明等人[23]设计了茶园遥控式静电喷药施肥机,其遥控系统可精准的调节施肥量,一次性完成浅施肥和覆土作业。戴有华等人[24]设计了一种深松施肥装置,该机可一次开4条深沟、施入有机肥及覆土等作业,并对机器的主要受力部件进行有限元分析,得出了结构优化的依据。因此,总结国内关于茶园各个作业环节关键技术与装备的研究,发现目前以部件结构设计和机器性能试验居多,缺少关于机器作业机理理论方面研究和针对性的试验设计,多数改造的机具并不适合在行距较窄的茶园作业,因此关于茶园精准化深耕施肥的研究工作仍然需要继续加强。

3.3 茶园深翻除草机械化

3.3.1 茶园深翻机械化研究每年秋季,茶园的旱地需要进行一次深翻松土,然而茶园由于长期施用化肥,导致土壤酸化和板结严重。目前主要依靠人工挖掘,但是劳动强度大和效率低,亟待开展茶园深翻机械化研究。茶园翻耕通常在8～9月进行,或者每年冬季封园时进行,隔年深翻帮助提高茶园的产量[25]。钱坤等人[26]根据茶园状况进行合理规划,提出每年采用轮换深翻重肥的方式改造茶园,通过隔行挖沟,深、宽为30cm×40cm,施有机肥料2500kg/667m2或饼肥等,提高了茶园产量。汪彰辉等人[27]对幼林和茶园深翻锄的设计及运动分析,研制了深翻锄,基本达到耕深、平稳轻便等要求。

关于茶园深耕的理论研究,李翠英[28]认为深翻深度一般为15～20cm,过深易伤根系,影响茶树的正常生长,一般可结合施冬肥一并进行。曹涤环[29]认为成龄茶园要普遍深翻一次;低产茶园改造当年,进行抽槽深翻,深度50cm×50cm;幼龄茶园未普遍深翻的,在栽植当年抽槽深翻,要求同低产茶园。吴成建等人[30]探索山区丘陵茶园的机具选型与操作技术,认为丘陵山地茶园存在坡度并且起伏不平等现象,茶行蜿蜒曲折不规范,认为小微型耕机具适于此类地形。因此,茶园深翻机具能够有效减少害虫、改善土壤和保水保肥的影响,具有不可替代的作用。

3.3.2 茶园除草机械化研究一般生产茶园的除草工作是1年除草3次以上,幼龄茶园则至少5次。除草是茶园发展的关键环节,关于相关的机械化技术研究。一方面是刀具防缠草技术,这是由于除草时的刀具缠绕草会增大作业阻力,从而增加功耗和降低作业质量,需要合理设计刀具形状及安装角度,使得杂草能沿除草刀具自行滑脱,或者在相关结构的作用下强行脱落。王文明等人[9]总结分析我国茶园除草技术与装备,提出开展防缠绕式除草部件的研制与推广,鼓励防缠绕减阻部件的原创性设计,从而提高除草的作业效率。

另一方面是茶园绿色控草技术,为推进茶园除草的机械化发展,主要是深入研究机械除草技术和人工除草技术,以及化学除草技术和物理除草技术的研究,如表1所示。左从国等人[31]认为国内茶园绿色控草技术相对较落后,提出了改除草为控草,推进茶园除草机械化,加速天然除草剂研发,完善间作控草技术研究,建立绿色控草技术组合体系、加速茶园绿色控草技术推广等方法。因此,需要进一步研究茶园绿色控草技术,探讨机械化发展方向,以及相关技术的深入研究和结合应用,不断促进茶园深翻除草机械化进一步发展。

表1 茶园绿色控草技术概述

4 茶园机械化技术提升路径

4.1 提升茶园机械化生产技术

提升茶园机械化技术需要多角度入手。一是研发多功能、高性能的机械化设备。通过引进后再创新等技术手段,在宜机化改造的基础上,改进茶园机械设备,实现智能化、标准化和规模化发展,研发集成采摘、施肥、深耕等多用途于一体的机械化设备。二是研发轻量化、便携化的机械化设备。根据丘陵山区的地形地貌特征,需要产品质量过硬,刀片等材料持久耐用的同时,满足轻量化要求,从而方便茶农进行携带,减轻工作强度为目标,不断提升机械化设备的质量,实现减本增效、增产增效的特点。三是组建研发团队。满足市场需求,政府牵引为主导力量,实现从引进其他学科的专业人才,达到多学科交叉融合,不断突破茶园机械化生产技术研发瓶颈,让茶园工作变得更加轻松愉悦,从而促进茶园产业的深入发展。

4.2 提供茶园机械化技术保障

一是茶园机械化技术推广。茶叶在我国历史悠久,普遍认为手工种植、采摘等的品质更高,排斥茶园机械化技术,应当改变推广方式和宣传模式,采用茶农乐于接受的方式推广普及,促进机械化技术的推广应用和技术指导。二是茶园机械化售后服务保障。丘陵山区由于地理位置差异,缺乏相应的维修网点,造成维修时间长、效率低等问题,需不断改变现状,提高茶农机械化保养、维护意识,做好售后保障统筹规划。三是茶园机械化技术扶持。结合市场需求,制定优惠政策,采用政府牵引和企业合作等方式,扶持丘陵山区茶园机械化的技术研发,从耕作、除草、修剪、采摘和植保等环节细化,扶持相关机具的规模化发展,以提高经济效益和满足市场需求为目标,为茶农带来技术保障。