茶园施肥机械现状分析耿子鑫1,曹响才2,杨文凯1,吕孝石1,马雪莉1,饶洪辉1,曾㊀斌3,陈春睿1,康丽春1(1.江西农业大学工学院,江西南昌330033;2.江西省农业技术推广中心,江西南昌330299;3.遂川县茶叶发展中心,江西遂川343999)摘㊀要:近年来,随着我国茶叶市场的开放,茶叶产业迅速发展,但目前我国茶叶生产机械化的普及率仍处在较低水平㊂现阶段,需要加快茶产业关键技术革新,推动我国茶叶产业的发展,其中一个重要环节就是实现茶叶施肥的机械化㊂针对我国已有不同种类施肥机械的工艺结构,进行了调研,得出茶园施肥机械化方面还存在较多问题,如施肥机械化发展仍处于起步阶段,缺乏全面的茶园机械化施肥种植体系,在山区丘陵地区实现施肥机械化困难等㊂需要研制出适合本土茶园的施肥机械,进一步优化农机购置补贴及相关政策,对茶叶施肥机械进行针对性研发,为茶园在机械化施肥方面的可持续发展提供必要参考依据㊂关键词:茶产业;茶园施肥机械;农机购置补贴;机械化施肥中图分类号:S224.2㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Adoi :10.14031/ki.njwx.2024.02.017Anaylysis on Current Status of Fertilizing Machinery of Tea PlantGENG Zixin 1,CAO Xiangcai 2,YANG Wenkai 1,LV Xiaoshi 1,MA Xueli 1,RAO Honghui 1,ZENG Bin 3,CHEN Chunrui,KANG Lichun 1(1.Jiangxi Agricultural University,College of Engineering,Nanchang 330033,China;2.Jiangxi Agricultural Technology Extension Center,Nanchang 330299,China;3.Suichuan County Tea Development Center,Suichuan 343999,China)Abstract :In recent years,with the opening of China s tea market,the tea industry has developed rapidly,but the pene-tration rate of mechanization of tea production in China is still at a low level.At this stage,it is necessary to speed up the key technological innovation of the tea industry and promote the development of China s tea industry,one of which is to realize the mechanization of tea fertilization.In view of the process structure of different types of fertilization machinery in China,it is found that there are still many problems in the mechanization of tea fertilization,such as:the develop-ment of fertilization mechanization is still in its infancy,the lack of a comprehensive tea mechanized fertilization planting system,and the difficulty of realizing fertilization mechanization in mountainous and hilly areas.Under this situation,it is necessary to develop fertilization machinery suitable for local tea,further optimize agricultural machinery purchase subsidies and related policies,and conduct targeted research and development of some varieties of tea fertilization ma-chinery,so as to provide the necessary reference for the sustainable development of tea in mechanized fertilization in thefuture.Keywords :tea industry;tea fertilizer machinery;agricultural machinery purchase subsidies;mechanically fertilizing 基金项目:2020年度江西省重点研发计划项目(20202BBFL63042)作者简介:耿子鑫(2002 ),男,湖北襄阳人,本科生,研究方向为茶园施肥机械㊂通信作者:康丽春(1982 ),女,江西遂川人,博士,讲师,研究方向为智慧农业及人工智能㊂0㊀引言近年来,随着茶叶产业的高质量发展,茶园施肥机作为其重要的生产工具已引起了世界各产茶国以及社会各界的广泛关注,并成为众多学者探讨的焦点,越来越多的学者开始研究茶园施肥机械㊂研究发现,早期的施肥机主要偏重于使用日本的多功能茶园施肥机,后来由肖宏儒等[1]在此基础上改造而研制出了高㊁低地隙茶园施肥机㊂据调研,茶园施肥机械仍然面临一些问题,如受地形影响和不同茶树行间距的复杂性,从而导致施肥过程中耗费了大量人力,较为单一的机型适配,山地㊁丘陵茶叶施肥机施用困难且普及率较低等㊂本文将茶园施肥机械及其面临的问题作为研究对象,分析现阶段已有施肥机械的机构及工作原理,指出目前茶园施肥机面临的问题,提出解决方法,从而优化现有机型㊁发展新能源茶园施肥机㊂为将来茶园施肥机械发展的切实推进提供参考㊂1㊀茶叶产业的现状随着我国茶叶市场的开放,茶叶的生产经营主体日渐活跃,茶叶产量和茶园面积呈现逐年增长的趋势㊂截至2021年底,我国茶叶产量318万t,较2020年增加24.82万t,同比增长8.47%,首次突破300万t,近年来的茶叶产量变化趋势如图1所示[2]㊂图1㊀2015 2021年中国茶叶产量如图2所示,我国茶叶生产企业大多属于中小规模企业,注册资本分布差异明显,分布多位于100万元以内,仅有10%的企业资金注册在500万元以上,总体的生产规模难以与日益增长茶叶产量和消费水平相匹配㊂因此,未来需通过实现茶叶生产机械化来降低成本和提高生产,从而提高企业注册资本㊂图2㊀中国茶叶生产企业注册资本分布2㊀茶园施肥机械2.1㊀人工施肥与机械化施肥对比传统人工施肥与茶园机械化施肥相比,人工施肥劳动量大,成本高,施肥后的作物对肥料的利用率也较低㊂茶叶产业作为一种典型的劳动密集型产业,本身不适合大面积人工作业,根据肖宏儒等[3]多年研究来看,人工施肥无法避免挤压剪切土壤,导致土壤结块,形成恶性循环,降低土壤肥力及土壤蓄水量㊂若使用机械设备开沟施肥,在机械作业完成后,耕作和施肥一并完成,不仅改善了土壤的理化性质,而且也降低了土壤紧实度㊂另外,机械施肥相较于人工施肥,肥料喷撒更加均匀,减少农药浪费,也提高了茶叶存活率㊂2.2㊀茶园施肥机械发展现状在20世纪60年代初期,我国开始了对茶园生产机械的研究,由于受到当时经济水平的影响,发展较为缓慢㊂在20世纪70年代后,逐渐取得较大突破㊂当前,我国基本实现了对茶树修剪㊁大宗茶采摘㊁植保等环节的机械化,但仅有15%~20%的平地茶园实现了机械化耕作与施肥,山地㊁丘陵茶园机械化程度仍然较低㊂我国茶园主要位于丘陵㊁山地区域,其坡度较大,茶农仍然使用传统的人工作业,普通大型平原类施肥机械无法入园㊂总之,茶园整体机械化程度不高,缺少先进的茶园施肥机械技术装备,存在丘陵㊁山地地区机械化等薄弱环节,茶园施肥全面机械化仍未实现㊂2.3㊀手扶式茶叶施肥机械手扶式茶叶施肥机械(图3)由4个机械系统及多个耕锹器具构成[4],包含两个行走轮和一个转向轮构成行走系统,采用齿轮传动作为传动系统,通过摇杆机构控制变速操作系统,以燃烧化石燃料作为动力系统,具体零部件结构如图4所示㊂该机适合在山地㊁丘陵的横向斜坡坡度较低的地形进行耕作施肥,在一定程度上可以克服地面高度不同对施肥作业带来的影响㊂图3㊀手扶式茶叶深耕施肥机在进行作业时,坡度对该机械影响较小,在坡度0ʎ~30ʎ都可保证正常工作㊂此机的柴油发动机功率较低,仅为2.9kW,外壳采用塑料,重量较轻,单人操作㊂该机械显著减少了传统茶农人工负重施肥的负担,而且有效提高了施肥效率㊂该机械可在土质坚硬的茶园中作业,对根系的危害较小,其市场价格在1600~2500元,性价比高㊂该机的缺点是功率较小,工作效率也受到地形的限制㊂1.检测部;2.光发射器;3.光接收器;4.机身;5.洒水部包括水箱;6.处理器;7.通道一;8.进料斗;9.进料通道;10.手推柄;11.通道二;12.磨肥器;13.磨肥池;14.驱动轮一;15.肥料流量阀;16.水量控制阀;17.洒水头;18.出水管;19.出料管道;20.施肥喷头;21.履带;22.驱动轮二;23.传动轴;24.变速箱;25.内燃机图4㊀手扶式茶叶施肥机械二维图手扶式茶叶施肥机械性能参数如表1所示㊂实际使用时,该机旋耕生产率最高可达0.06hm2/h,最低为0.047hm2/h㊂深耕作业生产率最高可达0.074hm2/h,最低为0.02hm2/h㊂开始工作时先由耕锹进行松土,同时进行喷撒施肥,施肥量可以随不同种类的茶树而改变㊂在耕除杂草的同时,将杂草掩埋使肥料可以得到利用,提高生物资源的利用率㊂该机喷杀消毒时范围较广,相比人工作业更加均匀,减少了资源浪费,有效防止了虫害,提高了茶叶生产率㊂表1㊀小型手扶式茶叶施肥机械性能参数性能类型参数值外形尺寸(长ˑ宽ˑ高)/mm1000ˑ560ˑ500轮距/mm300质量/kg75燃油箱体积/L 2.5原地左转弯半径/mɤ0.35原地右转弯半径/mɤ0.35额定功率/kW 2.9平均耗油率/(L㊃h-1) 1.4耕深/cm8~10耕宽/cm30~502.4㊀高地隙履带式茶叶施肥机械高地隙履带式茶叶施肥机械(如图5),高地隙履带式茶叶施肥机械是由动力系统㊁支撑机械㊁驾驶平台㊁操作系统㊁履带传动系统等组成[5]㊂在茶园作业时,由于不同品种的茶树其种植间距不同,可调节履带间距来实现不同品种的施肥作业,有较好适应性,也可应用在耕作㊁喷药㊁采茶和修剪等作业㊂该机型可在平原的茶园进行作业,有效降低劳动者作业强度,改变了传统人工茶叶施肥的繁琐现状㊂具体参数如表2所示㊂高地隙履带式茶叶施肥机械使用履带行走,接地比压低,可有效保护土壤,在地形较优的平原茶园施肥作业效果较好㊂履带间距可达180cm,且间距可调,对于种植较为密集的茶园实用性较好㊂该机使用液压马达作为执行元件,机构紧凑,功率大,平稳性强,履带高度适中,同时此机械进行作业时离茶树的根部较远,对其损伤程度较小,有效保护了茶树根系㊂另外,该机视野范围广阔,操作简单相对于手扶式茶叶施肥机械更安全,在平地㊁低坡的茶园里可大规模作业㊂图5㊀高地隙履带式茶叶施肥机械表2㊀高地隙履带式茶叶施肥机械性能参数性能类型参数值外形尺寸(长ˑ宽ˑ高)/mm2520ˑ2390ˑ2400履带宽度/mm240液压油箱体积/L70燃油箱体积/L70原地左转弯半径/m 1.15原地右转弯半径/m 1.13道路行驶速度/km㊃h-17.3平均耗油率/L㊃h-1 5.42.5㊀低地隙履带式茶叶施肥机械低地隙履带式茶叶施肥机械(图6)是以扁平的履带作底盘构成的行走系统,外部结构采用流线型设计,通过机械液压的方式来传递动力,通过履带传动实现行走,驱动力大,可装配多种不同的作业机械,来完成施肥㊁耕地㊁采茶等多项作业[6],具体参数如表3所示㊂图6㊀低地隙履带式茶叶施肥机械表3㊀低地隙履带式茶叶施肥机械性能参数性能类型参数值外形尺寸(长ˑ宽ˑ高)/mm2610ˑ810ˑ1710履带宽度/mm 150液压油箱体积/L 25燃油箱体积/L 20原地左转弯半径/m 0.75原地右转弯半径/m 0.75道路行驶速度/(km㊃h -1)11.1平均耗油率/(L㊃h-1)5.4㊀㊀低地隙履带式茶叶施肥机重心低,履带式行走稳定,平稳性较强,灵活度高,转弯需要较小的半径,且对地形有较强的适应性㊂可在角度为15ʎ的横向坡茶园内作业,能够越过50mm 宽度以下沟坑㊂该机采用履带传动,可以实现原地转弯,需要的原地转弯条件是:转弯宽度约为2m㊂相比于高地隙,二者具有相同的耗油功率,该机最高行走速度更快,转弯性能远优于高地隙,该机由于重心低其平稳性优于高地隙,自动化又优于手扶式茶叶施肥机械,因此,低地隙履带式茶叶施肥机械具有更好的性能㊂图7㊀日本茶园管理机2.6㊀日本茶叶施肥机械高度机械化是日本茶产业的最大特征之一㊂相较于中国,日本对茶叶机械研究起步较早,且在世界所有生产茶叶的国家中处于领先地位,茶叶生产机械化和标准化程度最高㊂日本茶叶施肥机械化发展较为成熟㊂1910 1970年,将全国80%的茶园完成了种植与采摘的一系列机械化㊁标准化生产㊂根据京农[7]文献所述,日本茶叶施肥机械特点是功率大㊁质量轻㊁结构紧凑㊁有较优良的转弯性能,具有适应性强㊁作业效率高㊁操作安全方便等显著特点㊂日本茶园机械对不同种类茶叶都有较好适应性,在山地㊁丘陵机械化程度也相对较高㊂3㊀茶园施肥机械的购置补贴根据江西省农业厅发布的‘2021 2023年江西省农业机械购置补贴实施方案“,文件明确指出加强对丘陵㊁山区机械化的扶持补贴,加大农业机械购置补贴力度,支持农机创新产品列入中央财政补贴范围㊂其中,茶叶施肥等茶园机械包括在内,丘陵山区特色产业发展机械补贴比例上升至35%,通用类机械的增长幅度约20%,部分已占有量较大的机械补贴幅度逐步下调㊂农机购置补贴的对象为从事农业生产的个人和农业生产经营组织,具体补贴金额如表4㊂4㊀茶叶施肥机械的问题及发展方向4.1㊀茶叶施肥机械带来环境污染问题目前,茶叶施肥机械的驱动主要依赖于化石燃料的燃烧,机械的尾气排放具有一定环境污染问题,一是污染空气,二是其不完全燃烧产生的CO㊁NOx等有害物质会影响茶叶的品质㊂未来这种造成较大污染的内燃机将被淘汰,燃料驱动将改为清洁能源和电能为主要动力㊂茶叶施肥机械将由较小污染或无污染的动力来驱动,特别对于优质茶叶,茶园机械逐渐向低污染㊁高环保方向发展㊂表4㊀江西省2018 2022年茶叶施肥机械购置补贴单位:元/台㊀2018年2019年2020年2021年2022年6行及以上气吹式侧深施肥装置68906890689050006300 6行及以上电控螺旋式侧深施肥装置68906890689056006300㊀㊀4.2㊀茶园机械化产业集群未成型在茶园施肥机械领域里面,人才较为稀缺,仍处于发展阶段,多数产品还在完善和成熟中㊂我国茶园施肥机使用的机型多为日本制造[8],或者是由日本引进后再自行研制,国产茶叶施肥机械自主创新较慢㊂对于山地㊁坡度较大的丘陵地带,高地隙机械进入茶园较为困难,安全防护等系统设置也不完善,在一定程度上阻碍了茶叶机械化发展㊂施肥机械更适用于行间距较大的平原茶园作物,不适用于山地以及坡度较大的丘陵,山地㊁丘陵多为小型施肥机械,机型过于单一,自动化程度低㊂4.3㊀茶叶施肥机械普及不到位目前,仍有不少地区茶园施肥还在以人工耕作㊁施肥为主,其根本原因是茶叶施肥机械的普及不到位,传统观念未改变,缺少正确科学的引导㊂对于施肥机械的发展争议较大,实际工作和技术推广少,适宜多地形的茶园施肥机械也不完善,在一定程度上阻碍了茶叶机械化的普及㊂5㊀结论综上所述,我国茶园施肥机械的研究相对滞后,茶园施肥机械对不同品种的茶叶适宜性不强,茶园施肥机械的购置补贴有较大波动㊂未来呈现茶园作业机械补贴力度加大㊁补贴种类增多的良好态势,茶园施肥机械在国家政策扶持下已朝机械化㊁标准化㊁智能化方向发展㊂但茶园施肥机械购置补贴仍需要不断优化㊁更新,政府应加大对丘陵㊁山区茶园施肥机械的扶持力度,使其可以与茶叶施肥机械化作业的需求相匹配㊂同时在未来需要将电能㊁生物能源㊁清洁能源等无污染和轻微污染能源作为施肥机械的主动力,来逐步替代污染性较大的化石燃料,降低环境污染㊂在管理方面,政府需要加大宣传新技术的力度,联合相关农业部门来普及茶叶知识,培养专项人才帮助茶农,学习国外先进的茶园管理规划方案,定期培训茶农㊂在科研技术方面,加大资金的投入和新型技术的研发,以提高农机技术装备自主研制能力㊁优化产品更新㊁加快茶园施肥机械的研制开发,打破机型被垄断的局面㊂在机械普及方面,对优良的施肥机械进行技术推广,增加茶园农业技术人员配额㊂总的来说,结合我国茶叶行业的本土现状,国家应加大并优化购置补贴,因地制宜,结合我国本土茶树的特点,研究出适合本土的茶叶施肥机械㊂实行不同品种茶叶机械的针对性研发,提升施肥机械的作业性能,实现施肥机械品质的升级,构建完整的茶叶机械化产业链㊂参考文献:[1]㊀肖宏儒,韩余,宋志禹,等.茶园机械化耕作技术[J].中国茶叶,2018,40(1):5-9.[2]㊀谭杰,随顺涛,高新,等.丘陵山区茶园机械化现状与发展建议[J].四川农业科技,2023(9):75-78. [3]㊀肖宏儒,夏建林,丁文芹,等.茶园作业机械化技术及装备研究[M].北京:中国农业科学技术出版社.2012.[4]㊀徐浩,杨玉栋.手扶拖拉机配旋耕机作业[J].湖南农机,2009,36(2):35.[5]㊀肖宏儒,钟成义.高地隙履带自走式茶园管理机研制成功[J].农业装备技术,2010,36(4):13.[6]㊀戴有华,史修坤.茶园深松施肥机的设计与分析[J].中国农机化学报,2018,39(3):26-30.[7]㊀京农.日本茶叶机械化现状分析[J].当代农机,2017(7):21.[8]㊀刘伟,刘东亮,缪有成,等.英红九号茶树在郴州引种表现及主要栽培管理技术[J].现代园艺,2021,44(17):54-56.(04)。
