據海關數據顯示，今年上半年我國農業(yè)機械累計進出口額為367.61億元，其中累計進口金額為17.83億元，比去年同期下降31.3%；累計出口金額為349.78億元，出口顯著提升，比去年同期增長37.1%。我國農業(yè)機械化正呈現"總量增長"與"結構優(yōu)化"并行的發(fā)展態(tài)勢。
6月出口主要商品量值表節(jié)選（萬元）
圖源：中華人民共和國海關總署
6月進口主要商品量值表節(jié)選（萬元）
圖源：中華人民共和國海關總署
然而，在出口額整體呈現增長的情況下，細分領域發(fā)展不均衡問題亟待關注。以茶產業(yè)為例，我國作為全球最大的茶葉生產國，茶園生產機械化進程卻明顯滯后。我國目前茶園管理綜合機械化率不足30%，在耕作、除草、修剪、大宗茶采摘等環(huán)節(jié)，存在“無機可用、無機好用”的困境。同時，在當前茶園生產管理人員老齡化嚴重、學歷層次失衡等問題的制約下，對智能化、無人化機械裝備的需求也與日俱增，亟須研發(fā)出輕簡型高效機具。
針對這些問題，本期對國內茶園生產機械化發(fā)展情況與技術裝備研究現狀進行梳理，歸納總結當前發(fā)展瓶頸與挑戰(zhàn)，并展望未來發(fā)展趨勢，以需求為導向，以技術為支撐，為機械化、智能化并行發(fā)展的茶園生產管理技術體系建立提供參考。
茶園生產管理主要包括茶園耕作、茶園除草、茶園施肥、茶園植保、茶樹修剪、鮮葉采摘、茶園轉運等環(huán)節(jié)，2024年在精準農業(yè)、綠色農業(yè)、智慧農業(yè)等理念引導下，以現有技術裝備為基礎，針對多環(huán)節(jié)作業(yè)現狀均開展了相關研究工作，從作業(yè)機理、裝備優(yōu)化、智能化升級等多方向進行研發(fā)，促進茶園生產管理機械化技術體系穩(wěn)步發(fā)展。
01茶園耕作技術與裝備研究
茶園耕作是茶園生產管理中的一個重要環(huán)節(jié)，由于我國茶園分布廣泛、類型多樣，需要因地制宜選擇耕作方式開展作業(yè)。耕作主要分為淺耕、中耕與深耕。淺耕可起到松土、保墑等作用，一般結合追肥、除草等作業(yè)進行；中耕作業(yè)一般與追肥相結合，可起到防除雜草、提高地溫、促進茶芽萌發(fā)等作用；深耕作業(yè)要求中間深兩邊淺，一般與復合肥、有機肥等基肥施用同時進行。
茶園耕作技術裝備是茶園生產管理機械化研究的重點，為提高耕作作業(yè)效率，2024年研究者們分別從參數組合、耕作機具優(yōu)化、整機試制與優(yōu)化等方面開展研究工作。
02茶園除草技術與裝備研究
茶園除草是茶園管理的重要一環(huán)，過量雜草不僅會與茶樹爭奪水分、養(yǎng)分、生長空間，同時也會導致病蟲害頻發(fā)，嚴重影響茶葉品質與產量。
以精準無損作業(yè)需求為導向，2024年度茶園除草技術裝備研究可分為物理除草研究與化學除草研究。
物理除草研究方面主要為除草設備的研發(fā)、機具的結構優(yōu)化，如研發(fā)旋轉式茶園除草機，適用丘陵山地茶園的小型除草機、貴州省茶葉研究所研發(fā)了山地茶園除草粉碎覆土機。
化學除草研究方面主要為精準施藥，山東省農業(yè)科學院與杭州菲聯達智能科技有限公司聯合設計了一種茶園自主行走式并聯臂精準除草裝置，可實時避障并通過定位組件感知雜草，通過機械臂注射醋酸實現除草。金華市農業(yè)科學研究院設計了一種可寬窄調節(jié)的乘坐式茶園除草機，能自動調節(jié)間距以適應不同間距的茶行，除草機構能自動調整噴淋范圍，實現無損茶樹的化學除草。
03茶園施肥技術與裝備研究
為滿足茶樹生長需求，補充高強度機采帶走的氮磷鉀營養(yǎng)物質，需通過施肥改良土壤肥力，提高茶園產量和茶葉品質。
2024年，茶園施肥機械相關研究依然向精準化方向持續(xù)發(fā)展，分別從茶園施肥技術定性分析、營養(yǎng)成分快速診斷、裝備設計等方面開展研究工作。
為定性分析不同施肥技術對特定茶樹品種的效果，以英德市茶區(qū)的英紅9號為研究對象，以田間試驗評測不同施肥技術（不施肥、習慣施肥、有機水溶肥滴灌、化肥滴灌、有機肥+化肥滴灌）對不同茶樹品種和茶園經濟效益的影響，證明了在水肥一體化茶園中可采用化肥滴灌以達到較好的經濟效益。
在營養(yǎng)成分快速診斷方面，中國農業(yè)科學院茶葉研究所提出了一種生態(tài)茶園施肥方法，通過完全展開葉的葉片厚度、柵欄組織厚度、全氮含量與總碳含量等參數精準預測茶樹所需養(yǎng)分，能夠在保證茶樹營養(yǎng)供給的同時有效提高肥料利用率。
在裝備設計方面，針對丘陵山區(qū)生態(tài)茶園施肥問題，中國農業(yè)科學院茶葉研究所也設計了一種山地茶園開溝施肥覆土一體機，采用螺旋齒槽定量結合轉速調控的方式實現精準定量施肥，適用于多種茶園中的施肥作業(yè)。華中農業(yè)大學所設計的丘陵山地茶園側位深施肥機可實現丘陵山地茶園的高精準度、高效施肥。
04茶園植保技術與裝備研究
我國茶園植保作業(yè)模式多樣化，以病蟲害防治與防霜凍為主要目標，其中針對病蟲草害的防治方法主要有藥劑防治法、物理防治法和生物防治法，通過植保機械的應用可將藥劑防治法、物理防治法相結合以促進茶園生態(tài)化、可持續(xù)化發(fā)展。
2024年，以生態(tài)化與高效化為導向，茶園植保技術裝備，特別是病蟲害防治方面，主要從病蟲害預警、高效裝備研制等方向開展研究。
一款基于負壓吸附原理的捕蟲機，蟲口退減率和防治效果分別達81.87%和80.60%，具有顯著的短期防治效果。
負壓吸附捕蟲機
除了傳統的植保裝備外，無人機在茶園植保中也具有較好的應用前景。無人機植保作業(yè)效率高，節(jié)約人力，操控更為智能和簡便。
05鮮葉采摘技術與裝備研究
茶葉采摘是勞動強度最大的茶葉生產環(huán)節(jié)，也是實現茶葉生產全過程機械化難度最大的環(huán)節(jié)。我國茶葉采摘可分為大宗茶采摘與名優(yōu)茶采摘兩種，由于該環(huán)節(jié)作業(yè)勞動強度大，時效性要求高，亟需向高效機械化方向發(fā)展以提高采摘效率，降低勞動力成本，保障茶葉品質一致性。
在大宗茶鮮葉采摘技術裝備研究方面，以湖北省茶區(qū)為試驗點，開展了多種采茶機（單人電動小型、1～2人電動中型、1～2人燃油中型、2～3人燃油中型）的實地調研，通過使用成本、使用效率、使用體驗等多因素進行采茶機的選型優(yōu)化對比試驗，發(fā)現單人電動采茶機在老齡化嚴重的茶區(qū)更具推廣前景。
此外，2024年自走式采茶機整機、基于圓盤水平切割器的組合式電動采茶機也被研發(fā)出來，用于解決丘陵山地難以實現機械化采摘的問題。
在名優(yōu)茶鮮葉采摘技術裝備研究方面，茶芽目標的檢測與定位依然是當前的研究重點。
06茶園智能化關鍵技術裝備研究
自主導航與路徑規(guī)劃關鍵技術
我國茶園機械人工依賴性強，勞動力需求大、老齡化嚴重等問題未得到有效緩解，茶園生產管理環(huán)境復雜，標準化茶園建設需要根據選點地理環(huán)境進行取舍，難以構建理想化的標準宜機化茶園。為保證茶產業(yè)持續(xù)、綠色發(fā)展，迫切需要突破茶園自主導航與路徑規(guī)劃關鍵技術研究，解決茶園裝備自主作業(yè)行走卡點問題。
農業(yè)農村部南京農業(yè)機械化研究所果蔬茶收獲機械創(chuàng)新團隊針對茶園高地隙多功能管理機開展了北斗RTK自主導航系統集成研發(fā)工作，在田間試驗中，能夠實現緩坡（坡度≤10°）的鋪裝/非鋪裝路面的直線/曲線自主導航，導航誤差在7cm內。
茶園高地隙多功能管理機自主導航田間試驗
快速檢測關鍵技術
茶樹生長受多環(huán)境因素影響，需及時對關鍵因素進行量化檢測，及時掌握茶樹生長環(huán)境情況，為種植模式的調整提供數據支撐。
07我國茶園生產機械化發(fā)展瓶頸與挑戰(zhàn)
農機農藝融合性較差，缺少特質化裝備成果
我國茶園類型多樣，以丘陵山地茶園為主，一方面丘陵山地茶園道路窄、坡度大、崎嶇不平，存在機具上山難、作業(yè)難等問題，缺少適宜丘陵山地作業(yè)的機具；另一方面由于山地茶園土質硬、土壤板結、石塊多，而微耕機、田園管理機等小型耕整地機具重量輕、動力小，無法保證耕整地作業(yè)質量，遇到石塊等硬物易造成機具刀片損壞，適應性與通過性仍需要進一步改進。
當前機械人工依賴性大，自動化、智能化水平低
我國茶園從業(yè)人員以60歲以上人群為主，老齡化使得他們對新知識、新技術的學習動力和學習能力下降，“有機難用”現象顯著。茶園生產管理自動化、智能化發(fā)展仍處于起步階段，尚未形成相對成熟的裝備體系與配套的技術標準。
茶葉采摘技術裝備研究進展緩慢
名優(yōu)茶智能化采摘存在茶葉視覺識別模型通用性差，在復雜遮擋環(huán)境中檢測與定位精度低，多臂采摘控制效率低、存在盲區(qū)，實時性有待提高，現有機械臂質量大、速度低、適應性差等問題；大宗茶采摘存在自適應性差，產品一致性難以保證等問題；鮮葉收集方面存在機具裝載量小，運輸成本高等問題。
08我國茶園生產機械化發(fā)展趨勢
因地制宜發(fā)展茶園特質化裝備
我國茶園類型多樣，在不同作業(yè)環(huán)節(jié)具有不同的技術要求，應根據茶園類型（平坡、緩坡、陡坡）與農機農藝需求進行針對性研發(fā)，將工業(yè)領域經驗成果遷移至茶園生產管理并研制專用裝備機具，有效發(fā)揮人工智能等高新技術的推動作用，實現“有機可用”，如針對丘陵山地茶園作業(yè)特點，研制一批具有個體小輕化、使用靈巧化、功能多樣化、技術高端化等特點的多功能、系列化茶園生產各環(huán)節(jié)作業(yè)機械，突破茶園作業(yè)環(huán)節(jié)瓶頸。
智能裝備逐步走進茶園
在現有茶園機械化技術裝備基礎上，針對性開展智能化轉型升級工作，進行多源信息融合感知、基于大模型的決策、實時自適應執(zhí)行等方向的研究，并“連點成線”，形成自主作業(yè)模式，減少人工操作，進一步節(jié)本增效，通過茶園數字化管理技術、茶葉芽葉識別采摘機等智能化技術的研發(fā)與推廣，推進茶園數字化、智能化，建立智慧茶園平臺，運用5G、大數據、云計算、物聯網等高新技術實現茶園信息采集、茶園智能灌溉、施肥，茶園蟲情信息實時監(jiān)測等。
精準作業(yè)提升茶園生產質量
以茶園化肥農藥減施增效等關鍵技術為基礎，積極響應國家節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展政策的號召，通過充分利用人工智能技術，實現對茶樹養(yǎng)分、茶樹病蟲害等的快速精準檢測，進而設計精確、精量的施肥與施藥策略以改善過量施肥、農藥殘留超標及導致的生態(tài)問題。研發(fā)精準執(zhí)行機構依據智能決策指導精確作業(yè)，實現名優(yōu)茶智能采摘等高標準作業(yè)，并保證產品的一致性。
本文節(jié)選自《中國茶葉》2025年第8期，P1-9，《2024年茶園生產機械化研究現狀與發(fā)展趨勢》，作者：陳佳，蔣清海，韓余，占才學，陳彬，孫翔靈，宋志禹*。部分圖片來源于網絡。
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