南方地区茶园机械化现状与发展建议

摘 要： 我国是茶叶大国，茶叶种植具有面积大、分布广、地形复杂等特点，茶叶产业发展必须通过茶园生产机械化来实现。茶叶生产主要包括耕作施肥、植保、灌溉、修剪和采摘等关键环节。其中耕作目前以人工浅耕除草为主，在规模较大的茶园有微耕机的应用；植保则以手动喷雾器喷洒农药为主，同时引入物理防治手段加以辅助；大众茶采摘以手工或手持机具为主，在宜机化茶园有乘坐式采茶机等大型设备的应用，而对于名优茶采摘仍依赖手工。通过对南方地区茶园耕作、植保和茶叶采摘等关键环节机械化现状的研究，分析了目前南方地区茶园种植机械化在茶园基础建设、作业机械、农机农艺融合等方面存在的问题，并针对这些问题提出加快茶园种植机械化进程的思路，旨在为南方地区茶园种植机械化的发展提供参考。

关键词：茶园机械；南方地区茶园；耕作；茶叶采摘；茶叶；全程机械化

中图分类号：S233 文献标识码：A 文章编号：2095-1795（2024）09-0005-07

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.09.001

0 引言

茶产业是南方地区传统特色优势产业，也是茶叶主产区推进乡村全面振兴、实现共同富裕的支柱产业[1]。然而随着农业农村经济快速发展，农村劳动力短缺问题日益凸显，因此，构建机艺融合的茶园全程机械化体系已迫在眉睫。本研究深入了解南方地区茶园机械化水平现状及其制约因素，厘清发展思路，并提出相应的对策，以加快茶园全程机械化进程。

1 茶产业现状

根据中国茶叶流通协会数据，2021 年中国茶园总种植面积达326.41 万hm2，同比增长3.13%，茶叶总产量达318 万t，较2020 年增产8.3%，占世界总产量的45% 左右[2-3]。我国茶园面积和产量始终位居世界第1 位。南方地区茶园主要分布在江南茶区、西南茶区和华南茶区。其中，江南茶区位于长江中下游南部，包括浙江省、江西省等省，以及皖南、苏南、鄂南等地，年产量约占全国总产量的2/3。目前，我国茶产业正面临茶产品供给侧结构性改革、茶产业转型升级的发展机遇。

2 主要生产模式

茶叶生产流程如图1 所示，包括耕作施肥、植保、灌溉、修剪和采摘等环节[4-6]。

（1）耕作施肥环节。茶园耕作施肥包括耕整、中耕除草、开沟施肥等环节。茶园产区自南向北，跨度大，气候、土壤温度及地形都存在较大差异，应根据当地特点进行调整。一般在生产季节，茶园进行3～5次耕作，如春茶前的中耕，春茶后和夏茶后的浅耕，并进行相应的施肥。在非生产季节，大多以秋耕（深耕）结合施基肥。

（2）植保环节。为了建立健康的生态环境，采用农业措施、物理措施和生物防治等方法，抑制茶园病虫害的暴发。近年来，打造生态茶园，一般以农业防治为基础，综合运用物理防治和生态防治措施，减少病虫害的损失，保持茶园生态平衡。

（3）灌溉环节。茶园水分来源于降水、地下水和人工灌溉。其中灌溉是指通过设施将水输送到茶园，以补充土壤水分，改善茶树生长发育条件的措施。

（4）修剪环节。采用修剪措施是为了获得高产优质的生产目标。修剪方法主要有定型修剪、轻修剪、深修剪、重修剪和台刈。修剪期的选择，应考虑在茶树体内养分贮藏量大、有较长恢复期时进行，即茶树生长相对休止期的中后期为最佳。

（5）采摘环节。茶树生长期为春季至夏季，也是茶叶采收时期。到了冬季，茶树大多处于相对休止状态。采摘对象是茶树新梢的芽叶，不同茶类有不同的采摘标准。名优茶采摘单芽、一芽一叶和一芽二叶，而大宗茶则采摘一芽二叶、一芽三叶等。

3 茶园全程机械化研究现状

茶园机械化水平的提高，可将劳动力从茶园松土、施肥、采摘等环节中解放出来。纵观我国茶园机械发展，已有70 余年历程，整体发展速度呈现由快变慢，而后由慢到快的态势[7-8]。茶园机械从相对简单到比较复杂，从操作复杂到操作简便，从半机械化到全机械化，目前，我国南方地区茶园机械仍处于起步发展阶段[9]。茶园中多使用大型管理机，集修剪、施肥、采摘于一体，但体积庞大、机动性欠佳，维护成本较高，人工操作复杂， 无法满足丘陵山区茶园的实际要求[10-12]。2013—2020 年全国茶园机械化水平变化及2020 年各生产关键环节的机械化水平情况（以浙江省、江苏省为代表的南方地区茶园）如图2 所示[13]。

3.1 耕作施肥环节

目前南方地区主要采用多功能田园管理机和微耕机等小型耕作设备完成，茶园施肥主要与中耕、除草等作业同步进行，采用开沟−施肥−覆土的作业方式。

20 世纪70—80 年代，开始茶园耕作方面相关研发，主要针对坡度lt;10°的茶园。早期茶园耕作是依靠半机械畜力中耕机。目前，市场上出现许多耕作机械，如浙江唐诗之路控股集团有限公司、金华牛哥机械有限公司等研制的耕作机，此类机械在茶园中作业灵活、结构简单，在南方丘陵山区的茶园有一定的应用[14-16]。然而由于我国茶园土壤长期管理不善，板结土壤使得耕作锹齿易变形、耕作深度达不到要求，因此未实现大规模应用。而深耕作业由于耕作阻力大，需要依靠大型动力装备带动耕作部件作业，但由于体积较大，在南方丘陵山区无法实现自由调转，目前适合南方地区茶园的深耕机型很少。

茶园施肥机的研制多结合耕作类机械、开沟类机械或具有综合性能的茶园管理机，如图3 所示[17-19]。戴有华等[20] 设计了一种与茶园拖拉机配套使用的深松施肥机，采用跨行作业方式，一次可开4 条深松沟、施入肥料及覆土等作业。湖南农业大学[21] 设计了一种茶园多功能可调开沟施肥机，有多组旋耕刀片，排肥电机由蓄电池供电。杨叶成[22] 研制了一种茶园专用的高效施肥装置，并优化了其工作参数，田间试验表明，离心撒肥装置撒肥均匀性较好，可用于茶园施肥。然而，目前研究的重点主要集中于颗粒化肥施肥机，没有专用的茶园有机肥施肥机，茶农仍沿用传统的有机肥施肥方式。

3.2 植保环节

长期以来，手动喷雾器数量占茶园植保机械数量的80%，农药有效利用率仅20%～40%，这与植保机械落后导致重喷、漏喷现象严重有关。除手动喷雾器以外，南方地区茶园还使用无人机、机动气吸捕虫机等植保机械，如图4 所示[23]。对比人工喷雾和地面喷雾，植保无人机具备操控简便、灵活高效等优点，能快速进行大范围覆盖喷洒。

为最大限度发挥航空植保技术的优势，提高喷药的质量和效果，减少农药流失浪费，研究人员对航空植保喷雾的多个技术领域展开了广泛而深入的研究，包括GPS 导航施药技术、航空喷嘴模型、静电喷雾等。此外，物联网、害虫智能视觉检测等信息技术开始应用于病虫害监测，如图5 所示。基于物联网技术的茶树病虫害公共服务平台集病虫害检索系统、病虫害监控预警系统于一体，实现茶树病虫害综合防治，但仍处于探索阶段。未来的茶园植保机械向风助喷雾、精量喷雾、机电一体化喷雾，以及利用风、声、光、电等物理防治方向发展。

3.3 灌溉环节

我国作物灌溉方式仍以漫灌为主，存在大量的水资源浪费。精准灌溉是指在作物生长阶段，通过对土壤中的水分含量或土壤中养分等关键指标自动监测，精准控制灌溉用水量等参数，节约用水量，有利于提升茶叶品质和产量。目前精准灌溉研究主要集中在作物灌溉模型、环境与需水量之间的关系和专家知识构建灌溉规则3 个方面。由于茶树各器官内部组织的差异，并且受外界不同条件影响，各器官之间水分分布有较大差别，现有的理论体系还待完善。水肥一体化技术处于初期应用阶段，未来茶园将通过先进技术提升灌溉质量，实现精准高效灌溉。

3.4 修剪环节

目前大多数茶树修剪机为往复切割型，主要由汽油机、往复切割刀、传动机构和机架等组成。根据作业功能可将其分为单人手提式、双人抬式、侧边修剪机，以及轻、重、深型修剪机等；老化严重的茶园也可用台刈机进行修剪。近几年研发的大型设备，仍沿用传统小型设备的工作原理，如跨行乘驾型履带采茶机，则采用往复切割式采摘原理和风吹式集叶方式，而低地隙多功能茶园管理机配套的修剪机具，也采用往复切割式修剪。南方多地开始尝试引进跨行自走式茶树修剪采摘一体机在标准茶园进行修剪作业，如图6 所示。

3.5 采摘环节

20 世纪50 年代开始，我国对采茶机的研制进行积极的探索，但由于当时制造技术与理论研究限制，设计的产品未能大面积推广。杭州正驰达精密机械有限公司[24] 发明了一种全自动大型轨道式采茶机，在平缓地带作业良好，但由于需要铺设导轨，无法对坡度较大茶园进行采摘作业。目前，浙江省、江苏省、贵州省等地的一些规模较大的茶园都有采茶机的应用[25-27]。大宗茶采摘普遍使用技术成熟的机动单人、双人采摘机械，如图7 所示；在宜机化标准茶园应用跨行自走式大宗茶采摘机械，如图8 所示。而名优茶的采摘方面，一种是通过普通大宗茶采摘机采摘后对鲜叶分级的技术方法，在实际运用中效果不理想；另一种则是通过模拟人工采摘的方式实现，对此研究人员开展大量的尝试研究。如2006 年中国农科院研发出国内首台名优茶采摘机，采茶效率17.5 kg/h[28]。王先伟等[29] 使用改进的ORB-SLAM2 算法，实现采茶机器人在室外环境下导航避障及路径规划。贾江鸣等[30] 研制了手持式名优茶嫩梢采摘机械手。目前智能化采茶机器人尚在研发试验阶段。

4 存在问题

南方地区茶园机械化存在两方面问题。一是茶叶生产机械化程度低。耕作施肥、收获等环节机械化作业水平低，智能化机械装备保有量低等。具体表现在耕作施肥专用机械不足，适用机型少；小型手持式修剪收获机械噪声和劳动强度均较大，作业效率不高；名优茶采摘仍无机可用；灌溉设备、防霜机、轨道机等一些设备还处于推广初期。二是加工设备连续化生产线推广仍然偏少，并且加工设备智能化、数字化程度不高。

（1）基础设施不够完善。由于自然条件的制约，茶园的沟、渠、路等基础配套比较困难，大多因陋就简，存在农机作业死角，造成农机通行难、作业难。茶园地块形状不规则、细碎分散，种植坡度较大，山地碎石多，没有完成基本的宜机化改造。基础设施的限制，导致只能使用种类不多的微小型茶园机械，没有条件满足中大型茶园机械的使用。同时机械化适用模式总结推广不足，茶园机械作业标准缺乏。茶叶生产经营仍以家庭分散为主，生产组织化和专业分工程度不高，茶园种植规模比较小，与农机高效作业对茶园地块集中连片的面积要求还有较大差距，影响茶园生产机械作业效率和使用范围。

（2）社会化服务滞后。目前以茶叶龙头企业统一收购加工销售和茶园植保飞防的社会化服务较多，但专门从事茶园耕种管收环节机械化作业的服务组织缺少。一些地方的茶叶专业合作社或企业利用茶叶加工设备开展茶叶鲜叶加工等社会化服务，但组织化程度低，还有较大的综合服务拓展空间。茶机制造企业总体规模小，技术薄弱，研发投入少，高质量茶机产品研发制造不容乐观。

（3）智能化技术应用薄弱。茶园管收机械自动化智能化程度不高。除植保无人机外，绝大部分作业机械需要较多人工操作，自动化、智能化机械应用少。智慧茶园建设处于起步阶段，基础设施较落后，网络光纤等安装、升级困难；灌溉设施简陋，水肥管网、沟渠不配套；缺乏数据采集装备和智能农机，数据接口不通用；数字化技术与茶园管理机械融合应用场景少等。

5 对策建议

（1）因地制宜研制茶园机械化设备。以农机创新研究试验基地建设为依托，丘陵山区先导区、小型适宜机械研发推广一体化建设为主平台，结合茶园立地条件和种植农艺，按照茶园生产农艺农机融合要求，研制一批具有个体小轻化、使用灵巧化、功能多样化及技术高端化等特点，并且适合丘陵山区的多功能、系列化茶园生产各环节作业机械，突破茶园作业环节瓶颈。鼓励制造龙头企业，加强与涉农高等院校、科研机构联系合作，提升研发能力，加快茶叶装备研发以模仿跟踪和技术引进为主向自主创新为主的转变。推动茶叶装备产业升级所需共性技术、关键技术、配套技术和工程化技术的创新研发。

（2）加强推进茶园种植规程建设。组织土壤、农艺、农机和工程等多个领域的相关专家，按照宜机化要求修订或重新制定茶园标准园建设标准，标准制定要充分考虑各种茶园机械作业行驶、田间掉头，以及配套茶园道路、地头转弯空间等要求。在避免水土流失、保护生态环境前提条件下，对茶叶主产区内坡度在25°以下茶园进行连通地块、消除死角、并小为大、调整布局、贯通沟渠及培肥土壤为内容的茶园宜机化改造，进而保证茶园机械开得进去、用得起来。以高水平农机农艺融合示范基地建设为契机，综合考虑茶园机械性能结构和作业要求，确定新建或改建茶园种植规格即行距、茶蓬高度、茶蓬修剪形式等机械作业所需种植管理标准，选育适合机采茶树品种，满足机械对农艺要求。按照有利茶树生长需求明确茶园耕作、施肥、灌溉、植保和修剪等农艺要求，制定各环节机械作业标准，以适应农艺对机械要求。

（3）大力发展茶产业农机社会化服务。加大培育家庭农场、专业合作社、龙头企业等新型茶叶种植经营主体，推进茶园规模化经营。以高标准区域农机综合服务中心建设为依托，大力培育茶园新型农机作业社会化服务主体，开展茶园委托管理、病虫统防统治、肥料统配统施等服务，提高茶农组织化程度。推广茶园机械作业订单服务，或单环节、多环节、全程的茶园生产托管等经营方式，以此为纽带为小户茶农或规模茶园经营主体提供茶园全程机械化或茶园部分关键环节作业托管服务，促进小户茶农和现代茶产业发展有机衔接。

（4）加快推进茶园生产管理机械化、数字化、智能化。随着国家对茶园机械化重视程度日益增长，加快推进农业机械化和农机产业转型升级，进一步强化智能农机，使茶园机械发展迈入新的发展阶段。将计算机视觉、图像处理、伺服控制等技术应用到茶园机械中，提高茶园机械的自动化、智能化程度，实现茶园植保机械的精准、精量喷施，茶叶采摘的精准识别定位及单芽完整采摘等。建立智慧茶园平台，运用5G、大数据、云计算和物联网等高新技术实现茶园信息采集、茶园智能灌溉、施肥及茶园虫情信息实时监测等。目前，智能农机还处于初级阶段，未来市场规模巨大，前景广阔。信息技术与农机技术推广紧密结合，不断加码产品与技术创新，从根本上实现农机现代化作业，引领茶行业环保、智能、高效的发展新趋势。

6 结束语

目前南方地区茶园机械化还存在很多问题，尤其是丘陵山区茶园，但近年来通过茶园宜机化改造及标准化建设，机械作业条件得到了改善。未来，南方地区茶园将继续推进标准化建设、规模化经营，同时加大政府扶持及研发力度，研制具有自主知识产权且实用的茶园机械，摆脱无机可用的困境，提高茶产业的机械化、智能化水平。

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