丘陵山區茶園機械化現狀與發展建議

譚 杰,隨順濤,高 新,李光輝,萬先起,蔣金巧,羅 吉,魏鼎才,陳興毅,張 軍

(四川省農業機械科學研究院,成都 610066)

中國茶園經濟進入了快速發展的階段,從20世紀60年代開始,我國茶園生產機械的發展經歷了從無到有的歷程,產業規模也在不斷擴大。然而四川由于獨特的地形地貌特征,茶葉生產機械化水平低,加之近年來的農村勞動力緊缺,鮮葉及時采摘得不到保證,茶葉產業的發展受到了嚴重制約[1]。利用機械設備能夠明顯的節約勞動力、提高作業效率、減少勞動成本、提高經濟效益[2],同時隨著人口老齡化加劇,勞動力資源日益緊缺,人力作業質量已不能滿足茶園的生產需求等的現象,茶園的發展受到一定程度的影響,因此,提高茶葉生產過程機械化水平,確保茶園產業能夠持續穩定的發展刻不容緩。

1 茶園機械化研究現狀

1.1 四川茶園機械化

四川地形復雜,以丘陵山區為主要特色,然而丘陵山區由于地塊小而散、坡地多田塊雜、地形地貌跨度大等特點,使得茶園機械化發展緩慢。廖念禾等[3]通過分析丘陵山區茶園種植機械化現狀,認為目前存在較多的難題尚未被攻克,導致針對山區丘陵地段能夠使用的機械設備缺乏,存在茶園作業效率低,機械設備適應性差等問題。張家美等[4]通過對丘陵山區茶園機械化應用現狀與前景展望,提出未來的植保機械化的發展，需要加強組織領導和統籌規劃,加大政策扶持力度,引導合作社規范化建設等方式,從而強化丘陵山區農機和農藝的融合發展。羅澤涌等[5]認為茶園標準化建設、經營規模化有利于丘陵山區茶園機械化的應用和推廣。因此,需要改變傳統茶農茶園機械的保養管理意識差,國內茶園機械使用成本高的現狀。研發出適合丘陵山區茶園的機械化裝備,提高作業效率,從而促進茶園產業的不斷發展。

1.2 國外茶園機械化

目前,國外的日本和東非等都產茶國都在研究茶園機械化,其研究最早始于日本,可追溯至1910年,至今已有一個世紀[6]。例如,日本在20世紀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]。韓余等[8]深入分析國內外采茶機械化的發展歷史與現狀,發現日本、英國和法國等,基本能夠實現了機械化,然而國內機械化發展及推廣程度還不高,需要茶園機械化作業促進我國茶園產業發展。因此,通過國外茶園發展歷程來看,國內茶園機械化發展需要引起重視,不斷實現各環節機械化作業,才能大幅提高生產效率,降低人工勞作成本,促進茶樹穩定生長,從而保障高品質茶葉的可持續生產。

2 存在的問題

目前,阻礙我國茶園生產機械化存在的問題,體現在我國茶園種植模式不適合機械化作業。我國傳統茶園的茶樹并非為優質的無性系樹種,存在種植繁密、茶行較窄和機器不能掉頭等問題,從而不利于茶園的機械化作業[9]。我國在2000年后開始逐步建立新型茶園,由于前期規劃合理,能夠實現機器化作業,但是在全國茶園中的占比小,因此,整理而言我國茶園的機械化水平仍然有較大的提升空間,特別是丘陵山區的茶園機械化水平。

2.1 茶園基建標準化問題

茶園基建屬于前期茶園規劃階段,存在的問題分為兩個方面,一方面是茶園建園難以標準化,主要是丘陵山區的地形復雜,普遍存在土地坡度大,地塊小而散,呈現無規則階梯狀分布等特征,使得茶園從開始建園便存在一定難度。另一方面是茶園地理位置不方便,丘陵山區地帶多為緩坡種植、高山種植,坡度普遍較大,存在交通不夠便捷等特征。

2.2 土壤耕整差異化問題

土壤耕整是茶園農藝管理的重要環節,一是農藝水平差異明顯,由于丘陵山區土壤、海拔等差異,農藝管理水平難度大,從而存在適合種植的茶樹品種雜亂、發芽和芽葉不均等問題。二是茶園人才缺乏,主要體現在茶園勞動力短缺和茶農專業技術跟不上,使得茶園前期農藝管理缺乏專業指導,以及后期采摘勞動力短缺和勞動成本增加,造成茶園土壤耕整的難度增加。三是機具設備差異化,南方以丘陵山區為主,對于機具的要求更高,并不能套用北方的機具設備,因此,缺乏適應丘陵山區的高質量、高水平的土壤整改機具,以及茶園智能化機具的引進,亟待解決長期的人工勞作,從而使得茶園采摘的穩定性和采摘效率得到提升。

2.3 植保技術成熟化問題

植保技術是茶園病蟲害防治的重要手段,然而茶樹植保技術相關的機械設備還不夠成熟。主要體現在機具研發團隊缺乏,產品質量不夠硬,使得植保機械存在壽命短、故障多和成本高等問題。機具經濟效益差,利潤薄是主要影響因素,市場規模小,均是制約植保技術進一步發展的阻礙,難以形成輕量化、高質量和技術成熟的植保機械。

2.4 采摘機械規模化問題

采摘機械取代人工采摘是必然趨勢,然而目前丘陵山區茶園采摘機械,一方面存在生產規模小、缺乏龍頭企業引領和經濟效益差等問題,從而相關農業機械研發熱情不高,配套技術的水平待提高。以及,采摘機械存在穩定性差,主要體現在碎葉和雜質較多,使得茶品質欠佳,難以形成穩定性好的高品質茶葉。另一方面,采摘機械售后缺乏保障,采摘機械等配套設備主要是在采收季節集中使用,淡季時機器處于閑置狀態,機器缺乏長期保養,造成機器故障率增加,從而對采收茶的品質產生一定程度的影響。同時,丘陵山區由于交通不便,售后維修的網點不全,服務時效長和耽誤農時,為采收機械的售后保障提升了難度,也增加了購買、使用和維修的成本和費用,從而采摘機械難以形成規模化發展。

3 茶園機械化技術探討

關于茶園的機械化水平,沈強等人[10]提出可以從茶園基建入手,加強宜機化機采茶園建設,以及提升茶園機采技術與設備精細化等機械化生產技術。談小紅[11]提出以宜機化改造為抓手,促進丘陵山區科學治理,推進“三品一標”認證工程,促進茶園機械化生產技術標準化。筆者主要圍繞名優茶采摘、深耕施肥、深翻除草為主要方向進行深入分析與探討。

3.1 名優茶采摘機械化

名優茶與普通茶相比,具有色澤鮮活、芽葉完整和不破碎等特點,有利加工成形、質兼優的定義為名優茶[12]。目前,名優茶的人工采摘方法主要是掐采、提手采、雙手采三種方法,機械采摘方法主要為微型、單人提、雙人抬和乘座式的采茶四種機器[8]。羅澤涌等[5]調查發現目前的茶葉采摘機械雖然能夠實現茶葉的采摘,但僅適用于修剪成形茶園的大宗茶葉,還無法達到名優茶的采摘要求。楊勁松[12]認為應該從茶鮮葉采摘時間、手法和盛具等方面提升采摘技術,以達到提高名優茶采摘品質。賈江鳴等[13]針對名優茶機械化采摘的問題,設計了一種手持式名優茶采摘機械手,其平均采摘速度為25.2個/min,采摘成功率為74.3%,得到試驗值與預測值的誤差小于5%。由此可知,名優茶的采摘對于機械化要求程度高,需要采摘精度和智能水平更高的機器人來完成,采摘機器需要操作智能化、輕量化和便攜式等方向發展。

3.2 茶園深耕施肥機械化

3.2.1 茶園深耕施肥的作用 目前,耕種的分類主要分為淺耕(深8～10cm)、中耕(深10～15cm)、深耕(深15cm以上)。關于茶園深耕施肥的相關研究,發現茶園深耕施肥具有改善土壤理化性質的作用,表現為深耕后土壤容重減輕,孔隙度增加,有效養分被釋放而增加,從而實現增量增產[14]。但是,諶介國[15]發現專業茶園如果連年深耕有害茶樹生長,因為深耕使茶樹根系大量破壞,抑制茶樹地上部分的生長,從而引起茶葉連年減產,提出逐年分片、隔行進行深耕施肥。李澤相[16]認為深耕施肥的時間一般在9月下旬至10月底為宜,宜早不宜遲,以及深耕施肥根據茶樹樹齡和大小而有所區別。丁文芹等[17]研究茶園機械耕作方式對土壤物理性狀的影響,認為耕作方式能改變土壤的物理性狀,周期性耕作可有效改善茶園土壤緊實度、土壤容重和孔隙度。因此,茶園深耕施肥具有促進生長、增收增產的促進作用。

3.2.2 茶園深耕施肥的機械化研究 相關學者開展茶園機械化耕作技術、改進方案的研究,肖宏儒等人[18],給出了適合平地茶園、緩坡茶園、陡坡茶園等不同坡度茶園的耕作機械配置方案,并分析了現有常見的幾種茶園耕作施肥技術與機具特點,提出間隔1～3年深耕1次。葉煒等人[19]以開展深耕茶園,發展三產,提出努力織就致富夢,為提高茶園經濟效益提出相應的措施。吳建等人[20]以提出建立茶園全程機械化生產示范基地,推廣應用采茶機、修剪機、茶園單軌運輸車、植保無人機等茶園管理新機械和新技術,引領茶園的變革。李賽君[21]對比總結了4種茶園深耕機械,發現手扶深耕機具的機體寬度較小,操作較靈活,進入茶園較方便,耕作深度 20～25cm,該機械適用山區、丘陵、平地茶園。

3.2.3 茶園精準施肥技術探討 施肥是茶園中耕管理的一項重要工序,目前國內大多是針對果園或大田的,缺少茶園專用施肥設備,國內茶園中仍然廣泛采用大田用施肥裝置進行施肥作業[22]。精準施肥即利用現代自動化控制技術實現肥料精準定量、定位排施。李明等人[23]設計了茶園遙控式靜電噴藥施肥機,其遙控系統可精準的調節施肥量,一次性完成淺施肥和覆土作業。戴有華等人[24]設計了一種深松施肥裝置,該機可一次開4條深溝、施入有機肥及覆土等作業,并對機器的主要受力部件進行有限元分析,得出了結構優化的依據。因此,總結國內關于茶園各個作業環節關鍵技術與裝備的研究,發現目前以部件結構設計和機器性能試驗居多,缺少關于機器作業機理理論方面研究和針對性的試驗設計,多數改造的機具并不適合在行距較窄的茶園作業,因此關于茶園精準化深耕施肥的研究工作仍然需要繼續加強。

3.3 茶園深翻除草機械化

3.3.1 茶園深翻機械化研究 每年秋季,茶園的旱地需要進行一次深翻松土,然而茶園由于長期施用化肥,導致土壤酸化和板結嚴重。目前主要依靠人工挖掘,但是勞動強度大和效率低,亟待開展茶園深翻機械化研究。茶園翻耕通常在8～9月進行,或者每年冬季封園時進行,隔年深翻幫助提高茶園的產量[25]。錢坤等人[26]根據茶園狀況進行合理規劃,提出每年采用輪換深翻重肥的方式改造茶園,通過隔行挖溝,深、寬為30cm×40cm,施有機肥料2500kg/667m2或餅肥等,提高了茶園產量。汪彰輝等人[27]對幼林和茶園深翻鋤的設計及運動分析,研制了深翻鋤,基本達到耕深、平穩輕便等要求。

關于茶園深耕的理論研究,李翠英[28]認為深翻深度一般為15～20cm,過深易傷根系,影響茶樹的正常生長,一般可結合施冬肥一并進行。曹滌環[29]認為成齡茶園要普遍深翻一次;低產茶園改造當年,進行抽槽深翻,深度50cm×50cm;幼齡茶園未普遍深翻的,在栽植當年抽槽深翻,要求同低產茶園。吳成建等人[30]探索山區丘陵茶園的機具選型與操作技術,認為丘陵山地茶園存在坡度并且起伏不平等現象,茶行蜿蜒曲折不規范,認為小微型耕機具適于此類地形。因此,茶園深翻機具能夠有效減少害蟲、改善土壤和保水保肥的影響,具有不可替代的作用。

3.3.2 茶園除草機械化研究 一般生產茶園的除草工作是1年除草3次以上,幼齡茶園則至少5次。除草是茶園發展的關鍵環節,關于相關的機械化技術研究。一方面是刀具防纏草技術,這是由于除草時的刀具纏繞草會增大作業阻力,從而增加功耗和降低作業質量,需要合理設計刀具形狀及安裝角度,使得雜草能沿除草刀具自行滑脫,或者在相關結構的作用下強行脫落。王文明等人[9]總結分析我國茶園除草技術與裝備,提出開展防纏繞式除草部件的研制與推廣,鼓勵防纏繞減阻部件的原創性設計,從而提高除草的作業效率。

另一方面是茶園綠色控草技術,為推進茶園除草的機械化發展,主要是深入研究機械除草技術和人工除草技術,以及化學除草技術和物理除草技術的研究,如表1所示。左從國等人[31]認為國內茶園綠色控草技術相對較落后,提出了改除草為控草,推進茶園除草機械化,加速天然除草劑研發,完善間作控草技術研究,建立綠色控草技術組合體系、加速茶園綠色控草技術推廣等方法。因此,需要進一步研究茶園綠色控草技術,探討機械化發展方向,以及相關技術的深入研究和結合應用,不斷促進茶園深翻除草機械化進一步發展。

表1 茶園綠色控草技術概述

4 茶園機械化技術提升路徑

4.1 提升茶園機械化生產技術

提升茶園機械化技術需要多角度入手。一是研發多功能、高性能的機械化設備。通過引進后再創新等技術手段,在宜機化改造的基礎上,改進茶園機械設備,實現智能化、標準化和規模化發展,研發集成采摘、施肥、深耕等多用途于一體的機械化設備。二是研發輕量化、便攜化的機械化設備。根據丘陵山區的地形地貌特征,需要產品質量過硬,刀片等材料持久耐用的同時,滿足輕量化要求,從而方便茶農進行攜帶,減輕工作強度為目標,不斷提升機械化設備的質量,實現減本增效、增產增效的特點。三是組建研發團隊。滿足市場需求,政府牽引為主導力量,實現從引進其他學科的專業人才,達到多學科交叉融合,不斷突破茶園機械化生產技術研發瓶頸,讓茶園工作變得更加輕松愉悅,從而促進茶園產業的深入發展。

4.2 提供茶園機械化技術保障

一是茶園機械化技術推廣。茶葉在我國歷史悠久,普遍認為手工種植、采摘等的品質更高,排斥茶園機械化技術,應當改變推廣方式和宣傳模式,采用茶農樂于接受的方式推廣普及,促進機械化技術的推廣應用和技術指導。二是茶園機械化售后服務保障。丘陵山區由于地理位置差異,缺乏相應的維修網點,造成維修時間長、效率低等問題,需不斷改變現狀,提高茶農機械化保養、維護意識,做好售后保障統籌規劃。三是茶園機械化技術扶持。結合市場需求,制定優惠政策,采用政府牽引和企業合作等方式,扶持丘陵山區茶園機械化的技術研發,從耕作、除草、修剪、采摘和植保等環節細化,扶持相關機具的規模化發展,以提高經濟效益和滿足市場需求為目標,為茶農帶來技術保障。

5 結論

對四川丘陵山區茶園機械化現狀進行了調查研究,分析存在的問題,從多個方面提出對策,進行了茶園機械化的探討與建議,以期提升茶葉機械化的技術水平,為茶園帶來經濟效益,并探索出一條丘陵山區高質量發展的茶園機械化發展之路。