茶园中耕机械化发展现状与对策分析

代红朝，肖宏儒,梅 松，宋志禹

(农业部南京农业机械化研究所，南京 210014)



茶园中耕机械化发展现状与对策分析

代红朝，肖宏儒,梅 松，宋志禹

(农业部南京农业机械化研究所，南京 210014)

中耕是茶园管理作业过程中的一个重要环节，实现茶园机械化耕作管理，可提高茶叶生产效率与品质。国内茶园耕作长期处于传统作业状态，不能满足茶园管理需要，更不符合现代化农业要求，而国外部分茶叶生产国已经实现茶叶生产全程机械化作业。茶业是传统的劳动力密集型产业，时效性较强，而随着我国城镇化进程加快，农业劳动力资源急剧短缺，茶园用工难问题日益突出。茶园耕作机械短缺已严重制约了我国新型高效茶业的发展。为此，针对国内外茶园中耕机械进行了综述，分析了发展趋势，指出了存在的问题，并据此提出了解决方案。

茶业；耕作管理；中耕；机械化

0 引言

资料显示[1-2]，我国茶叶发于神农，闻于鲁周公，兴于唐朝，盛于宋代。中国是世界上最早发现和利用茶树的国家，是饮茶、种茶、制茶的原产地，是茶叶的出口、消费大国。在19世纪，中国茶叶曾长期垄断着国际市场。如今茶叶作为全球性纯天然饮料，成为占据重要地位的国际农产品贸易种类之一。在现代丰富多样的饮料当中，茶叶仍是最具活力的天然、绿色、健康饮料，纯绿色、纯天然已成为未来饮料世界的主流和发展趋势。因此，应抓住茶业巨大的发展前景这一机遇，大力振兴我国茶业经济。

我国茶业区域特色比较明显，全国生产茶叶的省、市、自治区中，红茶主产区分布在广东、云南，乌龙茶主要集中在福建，花茶产区主要分布在云南、广西、福建等，名优绿茶集中在四川、安徽、湖南、浙江等。纵观全国各茶类主产区，茶叶生产机械化现状令人担忧，茶业经济发展中存在诸多问题亟待解决。茶业是传统的劳动力密集型产业[3]，生产具有典型的季节性。然而，随着改革开放的深入实施，成批的农业劳动力大量流出，造成茶园劳动力资源短缺，不断上涨的劳动力成本导致茶叶生产成本急剧上升，对整个茶产业的影响日渐突出。这些问题日益成为当前阻遏茶业经济发展的关键因素，迫使茶业产业生产方式做出转变。

1 土壤中耕技术优势

土壤机械耕作是调控土壤物理状态、保持农业可持续发展的重要途径，而耕层土壤的物理变化对农作物的生长环境产生着重要作用[4-7]。土壤机械耕作包括丰富的内容，涉及多学科知识，如土壤的机械阻力、孔隙比、导热性及有机质含量等。中耕机械是农作物生长期间用于松土破板结、除草、施肥等作业的机械。茶园中耕、除草、施肥等作业所用劳动力约占整个茶园生产用工的1/4,且作业环境较差、任务繁重、效率低下,茶树的栽培管理严重依赖人工、畜力劳作，耕作质量很难达到农艺要求[8-10]。中耕后的土壤具有以下主要优势：

1)疏松土壤，增加土壤通气性：茶果园等旱作物中耕，可增加土壤的孔隙度，增加土壤氧含量，改善土温，从而增强农作物的呼吸作用，加强根系吸收能力，促进作物健壮生长。

2)提高土壤有效养分含量：由于茶果园旱地中大多数微生物都是好气性的，当土壤板结或者土壤中氧气不足时，不利于微生物活动，导致土壤中有机质、矿物质不能被充分分解、释放，使土壤肥力下降。

3)调节土壤水分含量：旱地中耕能切断土壤表层的毛细管，防止土壤水分向表层运送而蒸发，从而提高土壤的抗旱能力；当土壤水含量过多时，中耕松土又可促使土壤水分蒸发，对于丘陵坡地等能防止地表径流及减少水土流失等[11]。

4)提高土壤温度：中耕能使土壤疏松，从而使受光面积增大，热量向土壤深层传导，进而提高土壤温度，尤其对板结的土壤进行中耕，可加快幼苗成长。

5)抑制作物徒长：农作物营养生长过旺时，中耕可切断部分根系，控制吸收养分，抑制徒长[12]。

6)行间除草：茶果园等行间易生杂草，中耕可清除杂草，提高土壤肥力利用率，利于作物生长，国内外长期实践证明，化学除草病不能取替机械中耕。

7)土肥相融：中耕可使表层肥料搅拌到底层，达到土肥相融的目的。

2 国外茶园中耕机械化现状

国外主要茶叶生产贸易国有日本、印度、越南、肯尼亚及斯里兰卡[13-15]。前苏联是最早研究茶园管理机械的国家，全苏山地拖拉机研究所于20世纪30年代成立，研究设计了茶园跨行式自动底盘拖挂机具，后又相继研制了跨行式施肥机、耕耘机，以及源于其它作物喷灌机具、治虫机具的改进。日本是研究茶园作业机械最多且基本实现管理机械化的国家。日本茶园主要由家庭农户经营，茶园有一定规模的茶农一般配备了整套茶叶机械与设备。日本的现代化茶园种植制度统一，田间作业等亦可由农协等经济、高效地完成。因此，日本是世界上目前唯一能够实现茶业全程机械化与标准化作业的茶叶生产国，也是茶叶单位产值最高的国家，其茶园生产管理技术的发展逐步成熟，并引导着当今国际茶叶机械化的发展方向。

1955年，日本开始在茶园管理作业中使用改装的小型手扶拖拉机[14]；随后，小型耕作机械逐步被乘用型茶园管理机所替代。茶园管理机械或配备田间铁轨，或采用履带液压行走装置(全液压驱动)，可分别携带不同机具完成耕作、施肥等作业，具有较强的适应性、作业效率高、便捷安全等优势。其中，较为典型的是MCF-2乘用型茶园施肥中耕机，于20世纪70年代后期在松元机工株式会社成功研发。该机采用履带式自动底盘，后部配备两部卧式旋耕机，通过尾轮可调节中耕作业深度，并能同时在两行进行作业；龙门架两侧上面分别装有肥料箱，箱内肥料经搅动而排入管内到达地面，后经施耕机翻土覆盖。日本茶叶耕作机械主要由几家大公司生产，以自走式、手扶式茶园管理机械为主。这些机械的工作方式不同于其他土壤耕作方式，且更具有实用性，目前在我国大陆因茶园种植等农艺的差异而未能大面积推广应用。

我国台湾地区茶园管理机械具有操作简便、轻巧灵活等优点[13]，如坡地多用途作业机及气压式深层松土施肥机等。

3 国内茶园中耕机械化现状

茶园管理是茶叶生产过程中重要的组成部分，按时、高效地做好茶园管理作业，能够彻底清除杂草、疏松土壤、增强土壤肥力，从而保证茶树全苗、高产、优质及持续增产等。茶园生产机械化的重点和难点在茶园耕作管理机械化。茶园中耕耕深一般在0.15m以内，茶园中的耕作管理通常有中耕、除草、施肥等作业功能。茶园在生长采摘期间，每年都需要若干次不同程度的行间松土、除草、施肥等中耕作业，这些作业环境恶劣、任务复杂而繁重。中耕作业采用人工作业时用工数占全年20%[16-17]，而中耕机械化不仅可以降低成本、提高产量、改善土壤性状、减少病虫害，更能提高丘陵等山区、干旱茶园土壤抗旱能力。

20世纪70年代前，我国茶园生产管理等田间作业一直由传统的半机械化的畜力农具作业，工效低，经济效益差[18]。70年代后，我国手扶拖拉机逐渐开始广泛应用，经过加装防护罩等机构，采用旋耕机开始在部分茶园中进行中耕、除草等作业，在一定程度上提高了生产效率；但其体型较大、重心偏高、操作较困难等一系列不便利因素，在坡地茶园作业时稳定性差，整体使用性能有待提高。

1980年，原浙江省机械科学研究所、浙江省嘉善拖拉机厂等单位成功研制了C-12型茶园专用耕作机械，这是我国茶园耕作机械首款值得推广应用的茶园专用动力机[19-20]。C-12型茶园耕作机使用S195型(8.8kW)柴油机提供动力，采用履带式行走装置，机器下部最大宽度为0.8m，上部为0.5m，整机横断面成“凸”字型，可充分利用茶行间隙，配置流线形防护罩减少对茶树枝条的损坏。其变速箱箱体共设置6个前进档、2个倒档，可满足中耕、深耕、开沟、施肥等作业。采用液压提升系统，设置中立、提升、浮动等3个工位，以适应地面起伏状况并保持耕深。中耕除草作业使用左右各配8把弯犁的旋耕机，松土、除草性能良好，且不易缠草。整机驱动力较大、重心低、稳定性较好，适宜于行距为1.5m的条植茶园作业。

20世纪80年代，绍兴东方红茶场使用小型柴油机悬挂直齿犁，依靠链轨式行走装置进行中耕作业，耕幅达0.8m，耕深可达0.3m，每小时可耕作0.13hm2左右，该耕作机适用于一定坡度的茶园[20]。

20世纪90年代中期，国内第1家生产茶园中耕机的原浙江省新昌县东辉机械厂研制的ZGJ-150型茶园中耕施肥机，是在日本一种施肥、浅耕两用机的基础上，结合我国茶园实际状况而制造的新机型[21]。该机以2.2kW的F165型柴油机为动力，采用手扶自走式作业方式，中耕作业部件为2把齿形锹，中耕幅宽设定在0.35～0.55m范围内；中耕耕深为0.13～0.15m，作业行走速度可达0.5m/s，整机长、宽、高分别为1.50、0.42、1m，质量为120kg左右。该机在全国多省茶区推广使用性能稳定，得到了茶农一致好评。然而，由于我国茶园土壤长期管理不善，坚硬的土壤使得该机动力不足、耕作锹齿变形、耕作深度不达标。

随后，经过实地调研，新昌县捷马机械有限公司(原东辉机械厂)在ZGJ-150型基础上全新设计了ZGJ-120型茶园中耕机[22]。该机以F170型柴油机为动力，功率达2.96kW(4马力)，行走轮采用铁轮，轮缘宽0.9m，外缘焊有人字形凸出筋条，耕幅设定在0.45m，最大耕深为0.12m，行走速度达0.4m/s，整机长、宽、高分别为1.25、0.47、0.76m，质量为130kg左右。经过改进后的试验，ZGJ-120型茶园中耕机适用于松软、硬度适中的茶园，可在坡度为15°以下茶园中稳定作业，茶树枝条损伤率极低，耕作质量满足农艺要求。试验中还发现：该机在土壤含水率很低且坚硬的茶园中作业时，出现耕深不一致、作业效率较低、机器行走时跳动等不良现象。

2011年，杨拥军等[23]针对我国南方茶园机耕过程中受茶树枝条阻碍、缠草等情况，在烟草作物中耕机基础上经过改进设计了一种小型茶园中耕机。该茶园中耕机由传动系统、旋耕刀、静刀、限深装置、罩壳及机架等组成，工作时由柴油机提供动力，动力经由带轮带动槽轮传递到一级变速箱，调速后将动力传到二级可调速变速箱中，进而传递给刀轴带动旋耕刀。中耕除草作业时，通过在旋耕刀旋转机构上方装配1根与之相对应的静刀轴，使安装在刀轴套管导槽中的静刀片、下方旋耕刀成间隙均匀分配，刀轴旋转时静刀片能与缠绕的杂草之间产生一定的剪切应力，从而缠在旋耕刀上的杂草被静刀片切断并随着旋耕刀翻转土壤而脱离旋耕机构。该机亦采用了流线型罩壳，在减小中耕机行进阻力的同时保证工作过程连续、流畅，亦可调节耕深，适应不同土质要求和耕作环境要求等。

2012年，由无锡华源凯马发动机有限公司张士兴、农业部南京农业机械化研究所肖宏儒等针对茶行有限的空隙发明了新型模仿人工锄地作业的刀具。其作业时可利用土壤作用于刀具的水平方向的反作用力克服一部分整机前进作业时受到的地表阻力，从而为发动机减轻负荷、节省能耗。整机运用高等机构学原理，结构设计精巧而紧凑，可顺利进入茶果园等狭窄的行间作业。在使用中，由于曲柄机构受震动、惯性力、负载力等复杂环境影响，轴承、螺栓等连接固定部分容易松动、损坏，其强度和结构参数等有待进一步优化。该茶田翻耕机外形图如图1所示。

图1 茶田翻耕机

2013年起，在现代农业茶叶产业技术体系等的支持下，由肖宏儒等设计了茶园管理机复合底盘、机具配套接口结构，同时研制配套的中耕、除草等一系列机具，最终完成节能高效的高地隙多功能茶园管理机[24-25]。该机为减少能耗损失而全部采用高效液压直驱方式，调整底盘高度以实现横跨茶棚并能复式作业，通过调整整机宽度、地隙高度可增强整机在复杂地形及不同茶园农艺的适用性。经过试验改进，形成履带式、轮式等不同样机，外形图如图2所示。该机型结构简单、质量较小、能耗低、作业效率高、实用性较强，应加强推广应用。另我，还有适用于低地隙的履带式多功能茶园管理机，样机外形图如图3所示。多功能茶园管理机的研制成功使我国茶园可实现大型机械高效作业，极大地提高了生产率，为国内首创，亦适用于其他果园等的作业，具有很强的通用性。

2015年，徐良等设计研制了3ZFC-40型茶园中耕机[26-27]，主要由机架、除草中耕刀、汽油机及开沟器组成等，整机约25kg，由2.58kW(3马力)汽油机提供动力，经过变速箱减速后带动旋刀轴转动，使中耕除草刀完成碎土、碎草作业。中耕除草装置由防缠保护盖、旋转刀组组成，在相邻两组刀间设置横向肋条，以增大轴径、防止缠草；防缠圆环、变速箱凹槽相互配合，可有效防止缠草；变速箱体两侧分别开有圆形凹槽，并与防缠保护盖密封配合，可解决输出轴被缠死的问题。经过试验，该机作业性能良好，耕深较为理想，可靠性及作业效率较高，是适合丘陵地区茶园作业的新型茶园中耕机械。但是，由于机器重心偏置而产生微量弹动、长茎秆杂草等依然会出现缠死问题及土壤湿度大于32%时容易堵塞等问题有待解决。

图2 高地隙多功能茶园管理机

图3 低地隙多功能茶园管理机(悬挂有机具)

4 当前茶园中耕机械发展趋势

实现茶叶机械化管理，可极大地提高劳动生产效率，降低茶叶生产成本，解决当前农业劳动力资源紧缺问题，并能稳步发展茶业经济，提高茶叶品质，满足茶园节本增效的现实之需，也是发展茶业现代化、提高茶农生活质量、创建新型农村等的必由之路。

纵观茶园耕作机械整个发展史，虽然适用于茶园的机型较少，但近几年在国家强力推进农业现代化的进程中农业机械化水平得到迅速提高，茶园机械整体水平亦有一定程度的提升。随着计算机辅助设计、虚拟样机等技术的发展与广泛应用，专门针对茶园的耕作机械虽少，尤其是中耕机械，但亦有其发展趋势：

1)当前茶园中耕机械实现了小型化发展。随着发动机、传动系统的发展，以及新技术、新材料的应用，越来越多的工作部件被集成于一体或者被集成模块所替代，其工作稳定性、可靠性等亦得到很大提升。如上文所述的茶田翻耕机，其小巧的外观能轻松进入有限的茶行间作业。

2)当前茶园中耕机械实现了可乘用型的发展。传统的茶田耕作机械借用大田作业机械，在茶园耕作性能较差，而新型的多功能茶园管理机在实现乘坐功能的前提下却能保证良好的作业性能。

3)当前茶园中耕机械智能化、通用性水平得到提升和发展。发动机技术的发展提高了动力机械的智能化水平，通用接口技术的发展提升了机具使用率，新型的茶园管理机械不仅可以用于茶园作业，还可用于林果园等间隙种植的作物。

4)当前茶园中耕机械实现了节能、绿色、环保。机械设计与制造水平的提升可提高中耕机械自身的经济性能，如油耗、尾气排放等。针对茶园的中耕机械的应用还可以减少化肥的使用，提高茶园土壤有机质含量，改善茶园的生物环境，提供适于茶树生长的条件。

5 存在问题及解决方案

纵观国内外茶园机械的发展过程，结合我国茶园机械发展现状，茶园管理机械化是实现茶业现代化、提高茶业经济效益最迫切、最关键的部分。近年来，随着我国工业的发展，我国在茶叶加工、包装等后处理机械方面有较多的研究与应用，并取得了不错的成果；但在茶园管理机械(尤其是耕作机械)却很少见有新机型应用，更没有适用性强的管理机械。在丘陵山区的茶园，管理机械化程度更是极低，且茶园耕作劳动强度大、人工作业成本高，因此急需可推广的、实用性强的茶园耕作机械。

目前，我国茶园耕作机械化水平较低，并存在诸多问题，主要有3方面：

1)我国茶园规范化、标准化程度低。茶园规划各不相同，茶园所处丘陵、山区地形复杂多样化，茶园育种与栽培等农艺不适于机械化，缺乏相应有效的技术服务体系及农机技术推广人员，机手作业水平低，不能适应市场需求。

2)国内茶叶机械科研体系不健全，国家政策、专项资金等有待更多的倾斜与支持，科研力度有待加大，科研水平、科研面有待进一步提高、扩大。

3)茶机企业数量少、实力单薄、创新力不高，生产制造水平较低，作业机具功能单一、价格昂贵、低性能，这些都严重制约着茶叶机械的发展。

我国茶园实现机械化的路程还很长，鉴于国外茶园机械化发展状况，根据我国茶园实际发展现状及国民饮茶习惯等，建议通过以下途径提高我国茶园耕作机械化水平：

1)行业主导茶叶品质、品种及相应栽培技术的规范与推广，茶叶机械、农学、企业等各学科、各单位协同一致，提高农机、农艺的深度融合水平，共同打造有中国特色的新型现代化茶园。

2)加大政策、资金等的支持力度，运用现代设计方法，结合先进的计算机仿真分析功能，采用国内外新技术、新材料等研发新机型。针对不同地形、不同农艺的品种进行分类研究、逐步攻克，进一步发挥农机推广站等农机、农艺服务部门的作用，及时跟踪反馈茶园需求，打通产品的研发、制造、推广应用等环节，提高产品从设计到应用的效率，使各部门、各环节相互紧密衔接，建立一整套高效的茶园服务体系。

3)提高茶园规模化及标准化经营水平，成立茶机专业合作社，提高茶机的安全使用水平和利用效率，努力打造现代生态茶园。

[1] 肖宏儒,权启爱.茶园作业机械化技术机装备研究[M].北京:中国农业科学技术出版社,2012.

[2] 肖宏儒,秦广明,宋志禹.茶园管理机械化发展战略与重点[J].湖北农机化,2013(1):12-17.

[3] 涂同明,付文华.茶叶生产机械化可实现多重效益[J].农机科技推广,2009(2):46.

[4] 李锦泽,李志红,侯桂凤,等.耕作机械现状及发展对策[J].农机化研究, 2007(5):238-240.

[5] 丁启朔,丁为民.现代土壤机械耕作研究的综述[J].土壤通报,2006(1):149-153.

[6] 李志红,杨良玖,全腊珍.我国耕整机械现状及发展对策探讨[J].农机化研究,2005(3):46-47.

[7] 侯宝立,侯金荣,吕岩.推广机械中耕深松技术势在必行[J].农民致富之友, 2014(20):225.

[8] 卢振辉.有机茶园土壤管理与施肥技术[J].林业科技开发,2002,2(16):63-65.

[9] 王叶红.茶园土壤耕作技术[J].安徽林业,2006(5):37.

[10] 骆耀平.茶树栽培学[M].北京:中国农业出版社,2008.

[11] 王瑞丽,黄毅,张玉龙.中耕深松节水技术研究[J].农机化研究,2011, 33(12):106-109.

[12]BarzegarAR,AsoodarMA,KhadishA,etal.Soilphysicalcharacteristicsandchickpeayieldresponsestotillagetreatments[J].Soil&TillageResearch, 2003, 71(1):49-57.

[13] 刘素惠,金心怡,都志龙,等.我国茶叶生产全程机械化发展及茶机标准化建设探析[J].福建茶业,2011,33(6):39-42.

[14] 李建国,肖宏儒,张宴志,等.日本茶叶生产机械化考察与思考[J].农业装备技术,2009,35(1):9-11.

[15] 肖宏儒,秦广明,宋志禹.茶叶生产机械化发展战略研究[J].中国茶叶,2011(7):8-11.

[16] 过婉珍,洪菊英,孙小平.中耕机对茶树鲜叶增产的机理分析[J].茶叶科学技术,2001(4):21-22.

[17] 谢宇峰,许剑平,李存斌,等.国内外耕作机械的现状及发展趋势[J].农机化研究,2009，31(11):238-240.

[18] 高峰,徐四清.茶园管理机械的发展现状[J].茶叶机械,2001(4):13-14.

[19] 潘强,缪玉伦,辛谊.茶园管理机械开发进展[J].江苏农机化,2012(1):29-31.

[20] 肖宏儒,权启爱.茶园作业机械化技术手册[K].北京:原子能出版社,2010.

[21] 权启爱.ZGJ-150型茶园中拼施肥机及其使用技术[J].中国茶叶,1998(5):8-9.

[22] 权启爱,王辉.ZGJ-120型茶园中耕机的结构特点和使用技术[J].中国茶业,2014(6):34-35.

[23] 杨拥军,陈力航,喻季红,等.一种小型茶园中耕机的研制[J].茶叶通讯,2011,38(4):11-14.

[24] 肖宏儒,梅松,丁文芹,等.多功能茶园管理机节能高效作业技术研究[J].中国农机化,2013,34(6):211-215.

[25] 肖宏儒,李建国,秦广明,等.高地隙自走式多功能茶园管理机田间试验研究[J].中国农机化,2010(6):40-44.

[26] 徐良,周训谦,肖洁.3ZFC-40型茶园中耕机的研制[J].农产品加工,2015(6):52-58.

[27] 丁为民,王耀华,彭嵩植.反转旋耕刀滑切角分析与计算[J].农业机械学报,2001(6):26-29,21.

Keywords：teaindustry;cultivationmanagement;cultivation;mechanization

TeaCultivatorMechanizationDevelopmentandCountermeasures

DaiHongchao,XiaoHongru,MeiSong,SongZhiyu

(NanjingResearchInstituteforAgriculturalMechanization,MinistryofAgriculture,Nanjing210014,China)

Cultivatorisoneofthemostimportantpartsoftheteagardenmanagementoperationprocess,therealizationofmechanizedfarmingmanagementcanimprovetheproductionefficiencyandqualityoftea.Domesticteagardenfarming,especiallythecultivationoperations,inthetraditionaloperationstateforalongtime,cannotmeettherequirementsofthemanagementoftea,notconformtotherequirementsofthemodernagriculture.Someforeignteaproductioncountrieshasrealizedthemodernizationofthewholeteaproduction.Teaindustryisthetraditionallabor-intensiveindustries,andisstrongoftimeliness.However,withtherapiddevelopmentofChina'surbanizationanddramaticshortageofagriculturallaborresources,theproblem,difficultemploymentinteagarden,isbecomingmoreandmoreprominent.ItisshortageofteagardencultivationmachinerythathasseriouslyrestrictedthedevelopmentofthenewtypeofefficientteaindustryinChina.Thispaperreviewedthedomesticandforeignteacultivationmachinery,analyzedthedevelopmenttrend,pointedouttheproblemsaboutthedomesticteagardencultivationmachinery,andaccordinglyproposedsolutions.

2016-03-23

中国农业科学院果蔬茶创新工程、现代农业茶叶产业技术体系项目(CARS-23)；公益性行业(农业)科研专项(201303132)；国家星火计划项目(2013GA690001)

代红朝(1989- ),男,河南平顶山人, 硕士研究生，(E-mail)dhcman@qq.com。

肖宏儒(1958-),男,江苏泰兴人,研究员，(E-mail)xhr2712@sina.com。

S

A

1003-188X(2017)04-0263-06