中国茶树工厂化育苗装备研究应用现状及对策

周 洋，张 强，崔清梅，梁金波，戴居会

（恩施土家族苗族自治州农业科学院/国家茶叶产业技术体系恩施综合试验站，湖北 恩施 445000）

在茶叶生产过程中，育苗是茶叶生产的首要环节，育苗的好坏是茶园早产、丰产的基础。工厂化育苗由于在缩短栽培周期、改善秧苗品质、新品种快速转化及提高土地利用率等方面的突出优势，近年来在中国各地形成规模化发展趋势［1，2］。工厂化茶树育苗生产过程涉及基质搅拌装盘、穴盘扦插、温室土培、搬运等多个环节［3，4］，单纯依靠人工作业效率低、人力成本高，且人工主观经验无法保证育苗生产管理的标准化、精细化实施，不利于培育高品质的茶树秧苗［5］。面对当前劳动力紧张以及集约育苗模式不断发展的趋势，开展工厂化茶树育苗设备的研究和推广应用工作，对于保障中国茶树育苗产业的可持续发展具有重要意义。

中国工厂化种苗装备研发起步于20世纪80年代末，主要在引进基础上通过跨越式发展而来，至今初步形成了较完整的装备研发与生产体系，具备了一定的研发生产能力［6，7］。在实际生产应用中，仅播种、覆土、基质填装等部分环节实现了机械化，但距种苗全程自动化、连续化生产的要求，仍存在较大差距。

针对中国工厂化茶树育苗生产装备的发展现状进行总结，重点介绍其各自关键技术和发展趋势，对当前中国茶树育苗装备研究和应用存在的问题进行分析，并在此基础上提出相应对策。

1 研究及应用现状

目前，工厂化茶树育苗采用的是茶树无性系良种“二段法”快繁技术，设备的研究和应用已经涉及茶树育苗生产的多个环节，包括基质消毒、基质处理、基质装盘、穴盘传送、温室土培等。应用于不同环节的装备在国内研究应用的发展水平各不相同，其中基质搅拌机、基质装盘机、穴盘清洗机、中小型传送带等在专业茶苗育苗基地已经初步达到产业化应用，其他环节作业机械仍处于研究和示范应用阶段。

1.1 基质搅拌

育苗基质是固定支持秧苗、保持水分和营养、提供根系正常生长发育环境的重要载体，制备适宜的基质是工厂化育苗的重要环节和培育壮苗的基础。基质的搅拌作业是基质制备的关键环节，要求在不破坏基质内部结构的情况下将各种原料、肥料等进行充分搅拌混合，保证育种后的透气吸水营养均衡。基质搅拌机是应用最早、最广的茶树育苗设备，国内多家企业已经具备了相关产品的量产制造能力。国内比较常见的基质搅拌机，如2YB-J10基质混合搅拌机（图1），此设备集成度较高，既可单机作业，也可与后续工序连线作业，通过电气控制系统，可实现全自动搅拌、加湿、出料、复位、清仓等功能，单次搅拌量1 000 L，搅拌效能可达800～4 200盆/h。

1.2 基质消毒

基质作为栽培的核心，既是决定植物根系生长的最主要因素，也是病虫害传播的媒介和繁殖场所，对基质消毒是其进行循环利用的前提［8，9］。国内对基质消毒装备的研究起步较晚，现有的消毒机械规格少，性能不稳定，大多数基质消毒设备还处于试制阶段。欧长劲等［10］、王诗敏等［11］开发了一种蒸汽—热风混流消毒设备，让基质与蒸汽—热风混流气体进行充分的热交换，使基质达到高温状态，从而实现对栽培基质的消毒。周雪青等［12］利用微波消毒加热速度快、无污染和无残留的特点，设计开发了一种基于微波技术的基质消毒设备。乔晓东等［13］、贾海遥等［14］采用螺旋输送器推送有机基质，实现有机基质连续进出，升举抄板抛撒有机基质与臭氧气体形成对流，以提高消毒效率。目前使用较成熟的如SJ-2.5型基质杀菌降温生产线（图2），采用高温蒸汽杀菌，杀菌效率2.5 m3/h，降温后≤45℃，但是从整体来看，中国育苗基质消毒基本上还是人工操作，机械化基质消毒设备发展水平较低，设备整体性能有待提高。

1.3 基质装盘

茶树工厂化育苗以穴盘育苗为主要手段，现阶段多采用蔬菜、花卉等精量播种流水线中使用的基质装盘机。2YB-G30B基质装盘机（图3）采用光电信号检测系统和独特的刷平装置，实现自动控制基质装土和装盘后平整，装盘效率≥300盘/h。

1.4 茶穗扦插

茶穗的扦插是茶树育苗生产过程中至关重要的环节，扦插的质量直接影响到茶苗的出苗率，现阶段均采用人工扦插，尚无机具替代，而人工作业的扦插方式需要大量的人力资源供应，同时工人作业水平不一也导致生产作业效率低，难以满足工厂化生产的需求，已成为茶树工厂化育苗的技术瓶颈问题，急需进行专用产品的研发。

1.5 温室土培苗床设备

温室土培育苗是茶树工厂化“二段法”育苗中周期最长、工序最多的环节，是快速生根、出圃的关键。目前常用的茶树温室土培育苗设备主要有移动苗床、旋转立体式育苗机、多层循环育苗机等3种。

移动苗床（图4）可通过手轮驱动苗床面，向左右移动，能使温室的使用面积达80%左右，肥、水管理粗放，以其较高的操作便利性和水平面积利用率广泛应用于企业大规模育苗［15］。但也仍然存在不足，目前移动苗床大多只有一层，相对连栋温室巨大的空间，上部空间未充分利用，空间利用率低，单位空间育苗面积少，育苗产出率不高，自动化程度低。

浸入式水肥自供一体育苗机（图5）采用正六方形对称结构和定时控制器控制，机具下设有水肥槽。育苗机定时、定段循环运动过程中，在保证茶苗均匀采光的同时，完成水肥的自动供给，有效降低管理成本，相较移动苗床温室利用率提高80%以上［16，17］。

多层循环运动茶树育苗机（图6）采用多层循环设计［18］，增加了补光和自动喷灌装置，温室利用率提高280%以上，育苗过程中光照一致性高，水、肥浪费少，有效地利用了温室的垂直空间，可实现茶树育苗过程的自动化作业。

1.6 穴盘清洗机

为节约资源、减少污染、降低成本，育苗穴盘的重复利用成为工厂化育苗的必然选择。已使用过的穴盘残留基质中可能含有一些有害的病原菌或虫卵等［19，20］，需对其进行清洗消毒，以免影响种子的出苗质量。传统人工清洗消毒方式是先手工洗刷穴盘，待晾晒干后放入稀释600倍多菌灵或稀释800～1 000倍杀灭尔等杀菌剂中浸泡消毒，最后清水洗涤消毒液并自然干燥，存在效率低、劳动量大和工作环境差等一系列问题，不能满足茶树育苗的规模化、集约化要求。目前国内在育苗产业化和商业化方面发展落后，配套的穴盘清洗方面装备开发与试验较少，相应的成套装置缺乏。禹振军等［21］研制了一种SDQXJ-Ⅰ型隧道式穴盘清洗机，工作时将穴盘水平放置输送至清洗舱，上下左右4个方向交错排列的喷嘴在水泵作用下对穴盘进行清洗。高原源等［22］基于先浸泡、后水压清洗干燥的方式开发了一款物理水压冲洗的育苗穴盘自动清洗装置，采用竖直送盘、对称多次冲洗、循环水箱的设计，实现了对穴盘的高效自动清洗。李恺等［23］设计了一种穴盘清洗消毒装置，通过清洗-冲洗两段式高压清洗结合消毒液喷雾附着的方法，一次性完成穴盘的清洗和消毒。目前在国内可以根据需要定制不同规格的穴盘清洗机，也有成熟的穴盘清洗生产线（图7），自动完成清洗、消毒、风干、烘干等工序，效率为600盘/h，清洗后的菌落数小于10，机械化程度较高，能满足不同工厂化生产需求。

1.7 其他辅助设备

苗床土是培育壮苗的基础，一般天然采土的颗粒细度达不到茶树扦插育苗的农艺要求，要经过碎土筛土机［24］的破碎、过筛，再按需求添加相应比例基质和肥料，才能取得直径小且均匀、通透性好的苗床养分土。

在茶树扦插之前基质需要保持适宜的湿度，一般选用浇水机、接盘机等与基质装盘机连线使用，实现局部连续化作业。

茶树育苗生产过程中，穴盘、基质及相关工具设备等农资物料，物流输送量大，投入的劳动力多，尤其是生产旺季，劳动力资源短缺、劳动费用增加，使工厂化生产在竞争日益激烈的市场经济环境下面临巨大的挑战［25］。目前在中国工厂化育苗物流输送装备主要有三类，第一类是皮带输送装置，应用于穴盘、茶穗等物资的搬运和输送，需要在温室作业区安装布置输送带，对设备控制精度、可靠性要求均较高，是一种前期投资较大，后期收益较明显的物流输送装置。第二类是悬挂式物流输送设备，适用于温室内物流输送距离长、变向多、输送路线十分复杂，且一般中小型物流输送设备无法满足自动运输的装置。第三类是基于导航系统的运输机器人［26］、叉车，适用于非固定车间，相对占用空间较小，购买性价比高。

2 存在的问题

自中国引进工厂化育苗技术之后，经过40多年的研究与发展，茶树育苗技术已日趋成熟，但是在与其配套的育苗设备的推广应用中仍存在着一些问题。

2.1 专用设备缺乏

茶树育苗许多设备可在花卉、蔬菜、烟草等育苗设备中找到替代品，但是在有些工序如温室水、雾培愈合和转苗扦插工序，还找不到可以相匹配的设备，面对工厂化育苗中数以百万计的茶穗，人工茶穗装板和穴盘扦插远远满足不了生产的需求，茶穗自动装板和穴盘自动化扦插已成为茶树工厂化育苗中的“卡脖子”难题。

2.2 设备连续性、成套性差

当前，中国茶树育苗所用设备多为单机或单工序成套设备，工序间缺乏衔接配套设备，需要依靠人工进行转运，连续性差，不能发挥工厂化高效育苗的优势。目前，国内还没有形成茶树的工厂化育苗生产系统，无法进行各要素规划、设计，硬件选配、布局，技术、设备、管理融合后的高度统一，也就达不到各设备与生产线之间的有机衔接和组合，因此还无法实现茶树育苗的机械化以及全程自动化生产。目前在国内推广、可供生产系统组配的设备有基质破碎提升机、基质搅拌机、穴盘清洗机、水肥配制机、消毒设备等。

2.3 设备昂贵，可靠性差

工厂化育苗设备因集成了设施生物技术、设施工程技术、设施智能控制技术和现代管理技术，其精密性程度高，技术瓶颈较多。国内较大型的茶树育苗工厂所采用的育苗关键设备大部分还是依赖进口，尽管设备先进、质量好，但价格较贵，投资较大，运营成本高。目前，中国茶树育苗主体的规模普遍较小，经济实力有限，少量购置国产育苗设备使用，但生产效率、可靠性及寿命与国外产品存在较大差距。这是多数复杂设备和有精准性功能要求设备普遍存在的问题，与国内制造业的整体状况有关。

2.4 从业人员梯度不合理，素质普遍偏低

现有的茶树育苗生产是人员与自动化设备的结合，其生产方式正从传统农业向工业发生改变。目前，农业生产的收益相较其他行业明显偏低，青壮劳动力向其他行业流失严重，实际从事农业生产的主力军是老人和妇女，但他们的素质尚未达到产业工人的要求，学习能力弱，实践生产经验不足，严重制约了茶树育苗产业的发展。

3 发展对策

未来茶树工厂化育苗的发展将以农机农艺融合为路径，在保证育苗能力最大化、成本投资最小化和工艺流程合理化的同时，促使设备、工艺和技术协调发展。机械化、自动化、信息化的“三化”结合将成为未来工厂化育苗的重要特征。从设施到设备，整个系统集成将更集约化，管理也将更趋于智能化。工厂化育苗将向质量、效益并重的方向发展，实现工厂化育苗产业的全面健康发展。

3.1 信息化智能化装备研究

收集茶树育苗生产过程中的各类幼苗的生长数据和环境数据，建立育苗生产数据平台，对各类生长参数和环境参数进行平台化管理。现有的育苗设备几乎都是半自动机械式的，不利于自动化控制和效率提高。通过物联网技术，将遥感技术和管理专家系统、地理信息系统、电子技术等相结合，综合液压、气动和微电机技术，提高设备的智能程度，既可以大幅度提高生产效率，降低人工成本，减少人为误操作，也可以适时监控各设备的工作情况，一旦出现故障，及时提醒生产人员或自动停机，避免造成更大的损失。

3.2 育苗生产系统装备研究

以集约化、精细化、规模化、高效化为目标，瞄准世界先进的工厂化育苗生产系统，研发茶树育苗生产线的自动化生产装备，集成剪穗、愈伤组织培养、基质处理、消毒、填料、土培、转运、清洗等装备。对设备的工程材料、机械设计、加工制造、电气控制、生产系统集成等多个方面进行优化完善，提高设备作业精度和可靠性，降低设备后期维护难度和成本。

3.3 低碳节能、绿色环保研究

茶树工厂化育苗和其他农业发展一样，面临着成本、效益、质量、生态等方面的挑战，节能新材料、新技术和新能源的利用是工厂化育苗领域研究的热点和难点。如研发温室加热降温的太阳能集热器，将储存的多余太阳能转换成电能，为冬季供暖与夏季降温，节省能源消耗；营养液闭路循环系统代替传统的营养液无土栽培技术，通过对营养液的回收、过滤、消毒等技术手段，实现节水、节肥，提高营养液的利用效率，减少营养液过剩外排造成的面源污染；探索新型补光光源LED替代传统人工灯源荧光灯、钠灯、金属卤化物等。

3.4 加强设施农业人才培养

工厂化育苗的设备和系统都是基于计算机开发设计的，对于从业人员的专业知识和系统的操作使用要求较高，人员作业素质低就不能充分发挥育苗设施设备的生产作用。各级政府应引导和鼓励各类涉农科研高校、职业教育学校培养设施农业人才，支持建立设施农业各类实训基地和人才孵化基地。农机部门可通过垂直体系的专业人才技能培训，让基层科技人员定点支持、服务到户，建立建全设施农业生产技术推广体系，提升基层农技推广人员的专业技术能力。此外政府部门要结合当地农业特点、工资水平研究出台政策，对新型农业经营主体给予一定的资金补贴，提高从业人员的收入水平，让从业者无后顾之忧。

4 小结

随着中国工厂化育苗生产规模逐渐扩大，现有设施装备技术体系在技术含量、可靠性、系统性、信息化、智能化等方面的不足，对产业瓶颈制约作用越来越明显，影响了产业整体效益水平。尽管中国茶树工厂化育苗还存在很多问题，但近年来中国的设施装备从引进走向自主研发，农业公司和公司化主体发挥带头作用明显，已经初见成效，部分茶树育苗工序的作业条件已经得到改善，可以进行机械化、自动化作业。下一步，应继续加大配套机械的研发力度，采取引进应用、参考借鉴和自主创新并重的策略，研制技术含量高的具有自主知识产权的茶树育苗机械，提高茶树工厂化育苗的自动化程度，为进一步实现智能化育苗打下坚实基础。