名優(yōu)茶機械化采摘的研究

孫慕芳，寧井銘，張正竹*

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名優(yōu)茶機械化采摘的研究

孫慕芳123，寧井銘1，張正竹1*

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室，安徽合肥 230036；2.信陽農(nóng)林學院，河南信陽 464000；3.河南省豫南茶樹資源綜合開發(fā)重點實驗室，河南信陽 464000）

名優(yōu)茶的機械化采摘已成為制約中國茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的難題。文中提出了茶園園相和機采技術(shù)是影響名優(yōu)茶機械化采摘的主要影響因素。從茶園園相和機采技術(shù)兩方面對機采名優(yōu)茶的研究進行了綜述和評價，指出品種、機采、分級、貯青是解決機采名優(yōu)茶加工的四個關(guān)鍵點。

名優(yōu)茶；機械化；采摘

從發(fā)達國家的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展軌跡看，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)最終會被現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系替代?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)是以產(chǎn)品市場化為目標，以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素投入和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)組織管理為保障?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素投入是指生產(chǎn)過程的機械化、電氣化、信息化、智能化、化學化、生物化；現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)組織管理的特點是專業(yè)化、社會化、區(qū)域化和企業(yè)化[1]。目前中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)已基本實現(xiàn)機械化和化學化，但是離現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系仍有相當?shù)木嚯x。

傳統(tǒng)茶產(chǎn)業(yè)屬于中國特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，其加工過程已實現(xiàn)機械化；但是茶園管理的機械化程度和水平還不高。機械化采摘技術(shù)曾經(jīng)在中國推廣了一段時間，上世紀80～90年代，湖南省茶葉研究所王秀鏗系統(tǒng)研究了機采茶園的栽培管理技術(shù)，由他主持的“機采茶樹栽培技術(shù)”于1990年獲國家科技進步三等獎。但是由于茶產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從大宗茶向名優(yōu)茶進行了調(diào)整，導致機采的研究停滯。隨著科技的發(fā)展，人工成本大幅提高及勞動力短缺，茶園管理機械化水平低下已經(jīng)成為制約中國茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

“農(nóng)特產(chǎn)品收獲技術(shù)與裝備研發(fā)（茶葉）”被列為“十三五”國家重點研發(fā)計劃“智能農(nóng)機裝備”重點專項的項目任務(wù)。

要解決名優(yōu)茶機采難題，首先要弄清楚名優(yōu)茶機采的制約因素或影響因素。目前已有的研究[2-7]從茶園選址、茶樹種植密度、樹冠培養(yǎng)、品種篩選、水肥管理、修剪制度、留養(yǎng)制度、采茶機械及其配套技術(shù)等多個方面闡述了影響名優(yōu)茶機采的因素，鄧曉明[8]提出蓬面整齊程度（40%）、蓬面高度（20%）、茶樹行間通過性能（15%）、蓬面寬度（15%）和茶樹品種（10%）是影響采茶機機采效益的主要因素。綜合文獻報道，將制約名優(yōu)茶機采的核心因素分為茶園園相和機械化采摘兩個方面。

1 茶園園相

1.1 茶園選址

中國茶區(qū)分布廣袤，茶園可分為平地茶園、緩坡地茶園（≤15°）、坡地茶園（15～25°）、高山茶園。其中以分布在山地、丘陵的緩坡地、坡地茶園居多，部分茶園依山而建，給機械化管理帶來了困難。因此，發(fā)展機采茶園應(yīng)該選擇平地茶園或建有等高梯面的緩坡地茶園。

1.2 茶園管理

機采茶園管理包括對樹冠的管理及其他配套栽培管理措施。研究較多的包括冠面形狀、修剪制度、留蓄新稍、采摘適期、采摘輪次、施肥水平等問題。

1.2.1 樹冠面的培養(yǎng)

適宜機采的冠面形狀有平行和弧形兩種，建議沒有成園前采用平剪，促進冠面的幅度，成園后為了采摘時整齊度及以弧剪為宜。樹冠面的培養(yǎng)，幼齡茶園的修剪，可參考大宗茶[9]。如果是手改機，一般需要2～3年轉(zhuǎn)化期，春茶后進行重修剪，再在當年的六月底進行輕修剪或深修剪，在前期對葉層均有顯著增加的效應(yīng)，但其效應(yīng)隨著采摘的進行而降低。對已進行重修剪的改造茶園，不建議頻繁進行重修剪，否則會導致其新梢密度及小樁密度顯著降低，不利于機采樹冠新長梢的勻齊度。在重修剪的基礎(chǔ)上采用輕修剪或深修剪措施能較快地調(diào)勻茶樹新長枝的粗細。

1.2.2 冠面的覆蓋處理

石元值[10]采采用邊線3.5cm（網(wǎng)孔邊線寬約0.1cm）菱形塑料網(wǎng)在茶樹輕修剪后覆網(wǎng)，并固定。作者認為覆網(wǎng)能增加過濾老葉的功能。

1.2.3 修剪制度

陰代權(quán)[11]等人從植物激素、代謝源、代謝庫的角度，闡述了修剪制度制訂的原則。研究成果分為：（1）修剪分類：機采茶園的修剪等級劃分與普通茶園基本一致，分為輕修剪（剪平5cm左右或修平采摘面）、深修剪（10～15cm或15～20cm）、重修剪（20～30cm）、臺刈。（2）修剪適期：這方面研究少，文獻對修剪的時間只是簡單規(guī)定，如6月初。修剪適期雖然受氣候、茶園生長勢、采摘制度、施肥安排多項因素影響，但修剪時間對枝條生長、芽葉萌發(fā)、體內(nèi)激素分泌的影響及程度還是需要研究清楚。（3）修剪深度：常規(guī)機采茶園的修剪以輕修剪或維持機采面平整為主。次數(shù)根據(jù)茶樹生長勢而定，可以為1次輕修剪+冠面維護。輕修剪時間可以定在春茶前、春茶后、秋茶后，田潤泉[6]認為三種修剪時間中秋末的輕剪對機采樹冠效果更好。

812 Primary malignant melanoma in uterus: a case report

1.2.4 留蓄新稍

大部分文獻給出的建議是各季修剪需要留蓄新葉，一般春夏季留養(yǎng)魚葉或1片成熟葉，秋季留養(yǎng)1～2片成熟葉。陰代權(quán)[12]認為對茶園葉面積指數(shù) 3～4范圍內(nèi)留葉量的多少是決定茶園生產(chǎn)能力大小的主要因素，提出夏季留養(yǎng)程度比春季、秋季要多。

1.2.5 采摘適期

采摘適期是影響機采名優(yōu)茶產(chǎn)量、質(zhì)量的因素之一，調(diào)查不同的采摘時間（以標準芽葉占新稍比例或魚葉萌發(fā)后的天數(shù)），機采鮮葉的標準芽葉比例、破碎葉比例及名優(yōu)茶產(chǎn)量、總產(chǎn)量。認為其標準芽葉比例高于大宗機采茶園，一般定在70%～80%左右。

1.2.6 采摘輪次

采摘輪次與茶樹耐采性、茶園管理水平、氣候有關(guān)。

1.2.7 施肥水平

施肥是影響機采茶園的質(zhì)量和產(chǎn)量的重要因素。據(jù)王秀鏗[13]對大宗茶園調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施肥水平對樹冠面的葉層厚度、葉面積指數(shù)、載葉量、百芽重、新梢重量和長度,均有影響。對機采名優(yōu)茶園施肥水平的研究認為[14]，機采鮮葉每100kg，需要純氮量5～7kg，平均施肥標準高于大宗機采茶園的4～6kg。施肥水平的確定可以根據(jù)上年鮮葉產(chǎn)量、樹體留葉量、當?shù)赝寥罓顩r合理配施。

1.3 茶樹品種

品種是茶葉加工的重要基礎(chǔ)原料，現(xiàn)有栽培品種多以早發(fā)、優(yōu)質(zhì)、高抗、高產(chǎn)、特異為選育目標，并沒有適宜機采的要求?，F(xiàn)亟需對適宜機采品種的生物學指標進行系統(tǒng)研究，提出適宜機采品種的特征。

適宜機采的茶樹品種可以從品種的再生能力、株型結(jié)構(gòu)、芽葉性狀3個方面進行評價。品種的再生能力包括耐剪性和耐采性。耐剪性指茶樹修剪后，在一定生長周期內(nèi)新生枝條的分枝級數(shù)、數(shù)量、長度、生長量、著葉量來衡量；耐采性指茶樹被強采后，新稍的發(fā)芽密度、百芽重、生長量、萌發(fā)輪次來衡量。株型結(jié)構(gòu)主要包括骨干枝、生產(chǎn)枝的級數(shù)和數(shù)量、分枝角度、莖粗及在空間的分布。芽葉性狀是判斷機采品種的重要指標之一，包括芽葉質(zhì)量、產(chǎn)量和整齊度等。適宜機采株型目前并沒有標準性的描述，對名優(yōu)茶機采品種的篩選多從機采效果，如機采葉機械組成[15]等作為評價依據(jù)。今后需要加快機采品種的選育，如以國外成熟的機采品種和中國特色品種進行雜交選育；加快與機采品種相關(guān)的研究，如適宜機采生物學指標的確定（節(jié)間長度、著葉角度[16]）、茶樹幼齡期的快速鑒別、茶樹分枝角度的功能基因研究等；加快建立品種機采適應(yīng)性的評價體系。

另外，中國名優(yōu)茶花色品種繁多，對種植品種芽葉性質(zhì)要求多樣，不可能像日本等產(chǎn)茶國在全國范圍內(nèi)只推廣某幾個品種。機采品種的篩選可能需要與制品特征結(jié)合，如分為扁形、條形、卷曲性等基本類型。

2 名優(yōu)茶機械化采摘

名優(yōu)茶是指具有一定知名度的優(yōu)質(zhì)茶。中國名優(yōu)茶花色品種繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計有千余種。名優(yōu)茶采摘以單芽、1芽1葉、1芽2葉為主，其中又以1芽1葉、1芽2葉最常見。因此，名優(yōu)茶的機采標準認定為1芽1葉、1芽2葉為主，單芽為輔。90年代農(nóng)業(yè)部分開始探索生產(chǎn)名優(yōu)茶，之后中國茶葉產(chǎn)品逐步由大宗茶向名優(yōu)茶調(diào)整，名優(yōu)茶一枝獨秀，以占比約40%產(chǎn)量和70%產(chǎn)值成為中國茶產(chǎn)業(yè)的特色和亮點。名優(yōu)茶采用手工采摘，隨著人工成本的提升及勞動力的短缺，名優(yōu)茶的采摘問題已經(jīng)成為當前茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸[2]。影響機采的因素有采茶機械和機采技術(shù)。

2.1 采茶機械

中國從20世紀50年代開始研究采茶機，最初從日本引進采茶機進行試驗，60年代初，自主研制了首臺單人往復切割式采茶機，70年代全國有10多個產(chǎn)茶省參與采茶機的研制，并成功研制出了機動、電動、手動的往復切割、水平鉤刀切割、螺旋滾刀切割等10余種采茶機，不過由于動力不足和刀片易損，沒有能夠大面積推廣[17-18]。80年代末期，中國開始與國外合資生產(chǎn)采茶機和茶樹修剪機，在杭州和長沙先后組建了浙江川崎茶葉機械有限公司和長沙落合園林采茶有限公司，進行散件進口國內(nèi)組裝。其他生產(chǎn)形式還有完全國產(chǎn)及主件進口配件國產(chǎn)等形式[19]。

現(xiàn)有的采茶機按驅(qū)動形式分為汽油機驅(qū)動、電機驅(qū)動、手動驅(qū)動采茶機，以汽油機驅(qū)動式使用較多，它的優(yōu)點是機動性強，坡地實用性強，缺點是燃燒產(chǎn)生的廢氣和潤滑油可能造成原料污染（探索新型清潔能源）。按移動形式采茶機分為單人背負手提式、雙人擔架式、自走式等。其中雙人擔架式操作方便，采茶質(zhì)量較好。但在丘陵坡地茶園，單人采茶機應(yīng)用更為便捷。

綜合來看，現(xiàn)有采茶機多不具有選擇性，更為適合大宗茶的加工，且以往復式切割器為主，采茶效率高、采摘完整率高、重割率低。目前中國常見采茶機機型如表1所示。采茶機的研發(fā)為茶葉機械領(lǐng)域的研究熱點之一，新成果非常多。集中在（1）整機優(yōu)化，如周福祥[20]發(fā)明了一種裝有減震裝置的內(nèi)燃機驅(qū)動采茶機，通過在底座和支撐架之間設(shè)置減震裝置，有效地降低了內(nèi)燃機引起的背架振動，使操作者可長時間作業(yè)。（2）動力驅(qū)動優(yōu)化采茶機的研制，如電動采茶機及太陽能和蓄電池雙電源手持采茶機[21-22]。（3）新型懸浮式采茶機的研制，如中國計量學院葉綱[23]發(fā)明了一種懸浮式采茶機，可以在茶樹蓬面實現(xiàn)自動行走采茶。（4）對采摘原料選擇性優(yōu)化的采茶機的研制，如南通大學鄧勇等[24]發(fā)明了一種茶葉單芽采茶機。原理是采茶機的底板上設(shè)置能通過單芽的底孔，在底孔的近側(cè)設(shè)置切刀。朱洪春[25]等發(fā)明了一種采茶機的茶青篩分機構(gòu)及采茶機，實現(xiàn)自走式采茶和葉莖大于3.0cm和0.5cm的茶青篩分。（5）對機采茶園地形適應(yīng)性優(yōu)化的采茶機的研制，如胡松鈺等[26]發(fā)明了一種設(shè)有多輪防顛簸行走機構(gòu)的采茶機。實現(xiàn)了采茶機能在高低不平的山坡地茶地上平穩(wěn)、高效、保質(zhì)保量采茶。農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所研制的履帶乘坐式全自動采茶機[27]，采用液壓驅(qū)動，地隙靈活可調(diào)，可橫跨茶蓬作業(yè)。（6）對采茶高度的智能化識別采茶機的研制，如湯一平等[28]發(fā)明了一種基于機器視覺的智能化自動切割式采茶機。該采茶機通過機器視覺的智能識別，能自動調(diào)整切刀的位置，實現(xiàn)嫩茶層在橫向方向上更為精確的切割。（7）采茶機器人的研究，如高鳳[29]等對采茶機器人的并聯(lián)機構(gòu)和末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。

表1 中國常見采茶機機型

未來采茶機械可能會如同加工機械一樣，既要有適合中小茶園的輕簡式采茶機，又有適合大型標準化茶園的智能型采茶機械人問世。前者會向材料輕便、采茶高度可控、具有一定采茶選擇性、操作舒適（如減少震動和噪音）、動力驅(qū)動穩(wěn)定的方向發(fā)展；后者會集機械、液壓、電子、計算機視覺、信息技術(shù)、智能控制、光學、專家系統(tǒng)為一體的類似智能采茶機器人的方向發(fā)展。

2.2 機采技術(shù)

同一型號的采茶機在使用時，機采效果由于受機采技術(shù)的影響而并不相同。這方面的研究不多，主要包括采茶機刀片離冠面的高度、采摘前行速度、采茶機刀片與新梢間的角度等。研究表明[30]，當采茶機的刀口離老葉層1.5～2.0cm時，有利于減少老葉在機采葉中的比例；當采摘速度為0.5m/s時，機采鮮葉的完整率較高，且隨著采摘速度的加快，單葉數(shù)量呈上升趨勢；此外，刀片與新梢保持垂直，機采葉中單葉比例小，隨著刀口向上傾斜單葉比例會增加。

機采技術(shù)與采茶機械性能、園相及人為操作便利等因素有關(guān)，如單人采茶機機采效果一般不如雙人采茶機。對機采技術(shù)的研究除了上述介紹的三個方面外，還可以增加不同園相、不同品種、不同季節(jié)、不同采摘標準等方面的研究。

3 名優(yōu)茶機采的關(guān)鍵點

上世紀90年代國內(nèi)也曾出現(xiàn)過名優(yōu)茶“手制還是機制”的討論，發(fā)展至今，各地名優(yōu)茶加工的機械化程度得到了長足進步。從發(fā)展的眼光看，以機采鮮葉為原料必定能做出符合市場要求的優(yōu)質(zhì)茶。

名優(yōu)茶機采是名優(yōu)茶機械化加工的組成部分，在研究名優(yōu)茶機采問題時，必須把機采放入到名優(yōu)茶機械化加工這個大背景中。而名優(yōu)茶機械化加工又是個系統(tǒng)工程，千頭萬緒。需要探討的問題很多：包括茶產(chǎn)品、茶園建設(shè)和管理及機采品種選育、采茶機械和技術(shù)、鮮葉分級設(shè)備和技術(shù)、鮮葉貯青設(shè)備和技術(shù)、后續(xù)名優(yōu)茶加工設(shè)備和技術(shù)的優(yōu)化。機采名優(yōu)茶的茶產(chǎn)品研究核心是明確名優(yōu)機采茶的市場定位和產(chǎn)品屬性；品種和機采的研究已經(jīng)在前文中進行了闡述；茶園建設(shè)和管理的研究可參考1994年中國頒布的適用于大宗茶類《機械化采茶技術(shù)規(guī)程NY/T225-94》，該規(guī)程對適制大宗茶的茶園條件、機械選配、栽培管理、樹冠培養(yǎng)、茶葉采摘、機械保養(yǎng)等技術(shù)進行了規(guī)范。無論使用什么樣的采茶設(shè)備，采后鮮葉都要進行分選?，F(xiàn)有分選設(shè)備主要以鮮葉輕重、大小、長短等物理性狀為依據(jù)進行分選，分選效果和效率偏低，在今后的研究中，需要從分選原理、分選效果、分選效率上進行突破。貯青設(shè)備和技術(shù)不僅對于傳統(tǒng)手工采摘原料非常必要，對機采原料來說，由于一次性采摘質(zhì)量大，機械損傷高，且前期需要進行更為復雜的分選，所以機采鮮葉的貯青將成為影響制茶原料質(zhì)量的關(guān)鍵因素，必須予以重視。綜上，要實現(xiàn)名優(yōu)茶的機采和加工，必須解決四個關(guān)鍵點：品種、機采（機械）、分級、貯青。

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（責任編輯：蔣文倩）

S571.1

A

1006-5768（2017）04-180-005

2017-08-30

孫慕芳（1979-），女，安徽蕪湖人，博士研究生，副教授。主要從事茶葉加工與品質(zhì)控制。E-mail：xynzsmf@163.com

張正竹，博士，教授。E-mail：zzz@ahau.edu.cn

2016安徽省科技重大專項項目（1603070109）