名优茶机械化采摘的研究

孙慕芳，宁井铭，张正竹*



名优茶机械化采摘的研究

孙慕芳123，宁井铭1，张正竹1*

（1.安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室，安徽合肥 230036；2.信阳农林学院，河南信阳 464000；3.河南省豫南茶树资源综合开发重点实验室，河南信阳 464000）

名优茶的机械化采摘已成为制约中国茶产业可持续发展的难题。文中提出了茶园园相和机采技术是影响名优茶机械化采摘的主要影响因素。从茶园园相和机采技术两方面对机采名优茶的研究进行了综述和评价，指出品种、机采、分级、贮青是解决机采名优茶加工的四个关键点。

名优茶；机械化；采摘

从发达国家的农业产业发展轨迹看，传统农业产业最终会被现代农业产业体系替代。现代农业产业是以产品市场化为目标，以现代农业生产要素投入和现代化农业组织管理为保障。现代化农业生产要素投入是指生产过程的机械化、电气化、信息化、智能化、化学化、生物化；现代化农业组织管理的特点是专业化、社会化、区域化和企业化[1]。目前中国农业产业已基本实现机械化和化学化，但是离现代农业产业体系仍有相当的距离。

传统茶产业属于中国特色农业产业，其加工过程已实现机械化；但是茶园管理的机械化程度和水平还不高。机械化采摘技术曾经在中国推广了一段时间，上世纪80～90年代，湖南省茶叶研究所王秀铿系统研究了机采茶园的栽培管理技术，由他主持的“机采茶树栽培技术”于1990年获国家科技进步三等奖。但是由于茶产品结构从大宗茶向名优茶进行了调整，导致机采的研究停滞。随着科技的发展，人工成本大幅提高及劳动力短缺，茶园管理机械化水平低下已经成为制约中国茶产业可持续发展的瓶颈。

“农特产品收获技术与装备研发（茶叶）”被列为“十三五”国家重点研发计划“智能农机装备”重点专项的项目任务。

要解决名优茶机采难题，首先要弄清楚名优茶机采的制约因素或影响因素。目前已有的研究[2-7]从茶园选址、茶树种植密度、树冠培养、品种筛选、水肥管理、修剪制度、留养制度、采茶机械及其配套技术等多个方面阐述了影响名优茶机采的因素，邓晓明[8]提出蓬面整齐程度（40%）、蓬面高度（20%）、茶树行间通过性能（15%）、蓬面宽度（15%）和茶树品种（10%）是影响采茶机机采效益的主要因素。综合文献报道，将制约名优茶机采的核心因素分为茶园园相和机械化采摘两个方面。

1 茶园园相

1.1 茶园选址

中国茶区分布广袤，茶园可分为平地茶园、缓坡地茶园（≤15°）、坡地茶园（15～25°）、高山茶园。其中以分布在山地、丘陵的缓坡地、坡地茶园居多，部分茶园依山而建，给机械化管理带来了困难。因此，发展机采茶园应该选择平地茶园或建有等高梯面的缓坡地茶园。

1.2 茶园管理

机采茶园管理包括对树冠的管理及其他配套栽培管理措施。研究较多的包括冠面形状、修剪制度、留蓄新稍、采摘适期、采摘轮次、施肥水平等问题。

1.2.1 树冠面的培养

适宜机采的冠面形状有平行和弧形两种，建议没有成园前采用平剪，促进冠面的幅度，成园后为了采摘时整齐度及以弧剪为宜。树冠面的培养，幼龄茶园的修剪，可参考大宗茶[9]。如果是手改机，一般需要2～3年转化期，春茶后进行重修剪，再在当年的六月底进行轻修剪或深修剪，在前期对叶层均有显著增加的效应，但其效应随着采摘的进行而降低。对已进行重修剪的改造茶园，不建议频繁进行重修剪，否则会导致其新梢密度及小桩密度显著降低，不利于机采树冠新长梢的匀齐度。在重修剪的基础上采用轻修剪或深修剪措施能较快地调匀茶树新长枝的粗细。

1.2.2 冠面的覆盖处理

石元值[10]采采用边线3.5cm（网孔边线宽约0.1cm）菱形塑料网在茶树轻修剪后覆网，并固定。作者认为覆网能增加过滤老叶的功能。

1.2.3 修剪制度

阴代权[11]等人从植物激素、代谢源、代谢库的角度，阐述了修剪制度制订的原则。研究成果分为：（1）修剪分类：机采茶园的修剪等级划分与普通茶园基本一致，分为轻修剪（剪平5cm左右或修平采摘面）、深修剪（10～15cm或15～20cm）、重修剪（20～30cm）、台刈。（2）修剪适期：这方面研究少，文献对修剪的时间只是简单规定，如6月初。修剪适期虽然受气候、茶园生长势、采摘制度、施肥安排多项因素影响，但修剪时间对枝条生长、芽叶萌发、体内激素分泌的影响及程度还是需要研究清楚。（3）修剪深度：常规机采茶园的修剪以轻修剪或维持机采面平整为主。次数根据茶树生长势而定，可以为1次轻修剪+冠面维护。轻修剪时间可以定在春茶前、春茶后、秋茶后，田润泉[6]认为三种修剪时间中秋末的轻剪对机采树冠效果更好。

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1.2.4 留蓄新稍

大部分文献给出的建议是各季修剪需要留蓄新叶，一般春夏季留养鱼叶或1片成熟叶，秋季留养1～2片成熟叶。阴代权[12]认为对茶园叶面积指数 3～4范围内留叶量的多少是决定茶园生产能力大小的主要因素，提出夏季留养程度比春季、秋季要多。

1.2.5 采摘适期

采摘适期是影响机采名优茶产量、质量的因素之一，调查不同的采摘时间（以标准芽叶占新稍比例或鱼叶萌发后的天数），机采鲜叶的标准芽叶比例、破碎叶比例及名优茶产量、总产量。认为其标准芽叶比例高于大宗机采茶园，一般定在70%～80%左右。

1.2.6 采摘轮次

采摘轮次与茶树耐采性、茶园管理水平、气候有关。

1.2.7 施肥水平

施肥是影响机采茶园的质量和产量的重要因素。据王秀铿[13]对大宗茶园调查发现，施肥水平对树冠面的叶层厚度、叶面积指数、载叶量、百芽重、新梢重量和长度,均有影响。对机采名优茶园施肥水平的研究认为[14]，机采鲜叶每100kg，需要纯氮量5～7kg，平均施肥标准高于大宗机采茶园的4～6kg。施肥水平的确定可以根据上年鲜叶产量、树体留叶量、当地土壤状况合理配施。

1.3 茶树品种

品种是茶叶加工的重要基础原料，现有栽培品种多以早发、优质、高抗、高产、特异为选育目标，并没有适宜机采的要求。现亟需对适宜机采品种的生物学指标进行系统研究，提出适宜机采品种的特征。

适宜机采的茶树品种可以从品种的再生能力、株型结构、芽叶性状3个方面进行评价。品种的再生能力包括耐剪性和耐采性。耐剪性指茶树修剪后，在一定生长周期内新生枝条的分枝级数、数量、长度、生长量、着叶量来衡量；耐采性指茶树被强采后，新稍的发芽密度、百芽重、生长量、萌发轮次来衡量。株型结构主要包括骨干枝、生产枝的级数和数量、分枝角度、茎粗及在空间的分布。芽叶性状是判断机采品种的重要指标之一，包括芽叶质量、产量和整齐度等。适宜机采株型目前并没有标准性的描述，对名优茶机采品种的筛选多从机采效果，如机采叶机械组成[15]等作为评价依据。今后需要加快机采品种的选育，如以国外成熟的机采品种和中国特色品种进行杂交选育；加快与机采品种相关的研究，如适宜机采生物学指标的确定（节间长度、着叶角度[16]）、茶树幼龄期的快速鉴别、茶树分枝角度的功能基因研究等；加快建立品种机采适应性的评价体系。

另外，中国名优茶花色品种繁多，对种植品种芽叶性质要求多样，不可能像日本等产茶国在全国范围内只推广某几个品种。机采品种的筛选可能需要与制品特征结合，如分为扁形、条形、卷曲性等基本类型。

2 名优茶机械化采摘

名优茶是指具有一定知名度的优质茶。中国名优茶花色品种繁多，据不完全统计有千余种。名优茶采摘以单芽、1芽1叶、1芽2叶为主，其中又以1芽1叶、1芽2叶最常见。因此，名优茶的机采标准认定为1芽1叶、1芽2叶为主，单芽为辅。90年代农业部分开始探索生产名优茶，之后中国茶叶产品逐步由大宗茶向名优茶调整，名优茶一枝独秀，以占比约40%产量和70%产值成为中国茶产业的特色和亮点。名优茶采用手工采摘，随着人工成本的提升及劳动力的短缺，名优茶的采摘问题已经成为当前茶产业发展的瓶颈[2]。影响机采的因素有采茶机械和机采技术。

2.1 采茶机械

中国从20世纪50年代开始研究采茶机，最初从日本引进采茶机进行试验，60年代初，自主研制了首台单人往复切割式采茶机，70年代全国有10多个产茶省参与采茶机的研制，并成功研制出了机动、电动、手动的往复切割、水平钩刀切割、螺旋滚刀切割等10余种采茶机，不过由于动力不足和刀片易损，没有能够大面积推广[17-18]。80年代末期，中国开始与国外合资生产采茶机和茶树修剪机，在杭州和长沙先后组建了浙江川崎茶叶机械有限公司和长沙落合园林采茶有限公司，进行散件进口国内组装。其他生产形式还有完全国产及主件进口配件国产等形式[19]。

现有的采茶机按驱动形式分为汽油机驱动、电机驱动、手动驱动采茶机，以汽油机驱动式使用较多，它的优点是机动性强，坡地实用性强，缺点是燃烧产生的废气和润滑油可能造成原料污染（探索新型清洁能源）。按移动形式采茶机分为单人背负手提式、双人担架式、自走式等。其中双人担架式操作方便，采茶质量较好。但在丘陵坡地茶园，单人采茶机应用更为便捷。

综合来看，现有采茶机多不具有选择性，更为适合大宗茶的加工，且以往复式切割器为主，采茶效率高、采摘完整率高、重割率低。目前中国常见采茶机机型如表1所示。采茶机的研发为茶叶机械领域的研究热点之一，新成果非常多。集中在（1）整机优化，如周福祥[20]发明了一种装有减震装置的内燃机驱动采茶机，通过在底座和支撑架之间设置减震装置，有效地降低了内燃机引起的背架振动，使操作者可长时间作业。（2）动力驱动优化采茶机的研制，如电动采茶机及太阳能和蓄电池双电源手持采茶机[21-22]。（3）新型悬浮式采茶机的研制，如中国计量学院叶纲[23]发明了一种悬浮式采茶机，可以在茶树蓬面实现自动行走采茶。（4）对采摘原料选择性优化的采茶机的研制，如南通大学邓勇等[24]发明了一种茶叶单芽采茶机。原理是采茶机的底板上设置能通过单芽的底孔，在底孔的近侧设置切刀。朱洪春[25]等发明了一种采茶机的茶青筛分机构及采茶机，实现自走式采茶和叶茎大于3.0cm和0.5cm的茶青筛分。（5）对机采茶园地形适应性优化的采茶机的研制，如胡松钰等[26]发明了一种设有多轮防颠簸行走机构的采茶机。实现了采茶机能在高低不平的山坡地茶地上平稳、高效、保质保量采茶。农业部南京农业机械化研究所研制的履带乘坐式全自动采茶机[27]，采用液压驱动，地隙灵活可调，可横跨茶蓬作业。（6）对采茶高度的智能化识别采茶机的研制，如汤一平等[28]发明了一种基于机器视觉的智能化自动切割式采茶机。该采茶机通过机器视觉的智能识别，能自动调整切刀的位置，实现嫩茶层在横向方向上更为精确的切割。（7）采茶机器人的研究，如高凤[29]等对采茶机器人的并联机构和末端执行器结构进行设计。

表1 中国常见采茶机机型

未来采茶机械可能会如同加工机械一样，既要有适合中小茶园的轻简式采茶机，又有适合大型标准化茶园的智能型采茶机械人问世。前者会向材料轻便、采茶高度可控、具有一定采茶选择性、操作舒适（如减少震动和噪音）、动力驱动稳定的方向发展；后者会集机械、液压、电子、计算机视觉、信息技术、智能控制、光学、专家系统为一体的类似智能采茶机器人的方向发展。

2.2 机采技术

同一型号的采茶机在使用时，机采效果由于受机采技术的影响而并不相同。这方面的研究不多，主要包括采茶机刀片离冠面的高度、采摘前行速度、采茶机刀片与新梢间的角度等。研究表明[30]，当采茶机的刀口离老叶层1.5～2.0cm时，有利于减少老叶在机采叶中的比例；当采摘速度为0.5m/s时，机采鲜叶的完整率较高，且随着采摘速度的加快，单叶数量呈上升趋势；此外，刀片与新梢保持垂直，机采叶中单叶比例小，随着刀口向上倾斜单叶比例会增加。

机采技术与采茶机械性能、园相及人为操作便利等因素有关，如单人采茶机机采效果一般不如双人采茶机。对机采技术的研究除了上述介绍的三个方面外，还可以增加不同园相、不同品种、不同季节、不同采摘标准等方面的研究。

3 名优茶机采的关键点

上世纪90年代国内也曾出现过名优茶“手制还是机制”的讨论，发展至今，各地名优茶加工的机械化程度得到了长足进步。从发展的眼光看，以机采鲜叶为原料必定能做出符合市场要求的优质茶。

名优茶机采是名优茶机械化加工的组成部分，在研究名优茶机采问题时，必须把机采放入到名优茶机械化加工这个大背景中。而名优茶机械化加工又是个系统工程，千头万绪。需要探讨的问题很多：包括茶产品、茶园建设和管理及机采品种选育、采茶机械和技术、鲜叶分级设备和技术、鲜叶贮青设备和技术、后续名优茶加工设备和技术的优化。机采名优茶的茶产品研究核心是明确名优机采茶的市场定位和产品属性；品种和机采的研究已经在前文中进行了阐述；茶园建设和管理的研究可参考1994年中国颁布的适用于大宗茶类《机械化采茶技术规程NY/T225-94》，该规程对适制大宗茶的茶园条件、机械选配、栽培管理、树冠培养、茶叶采摘、机械保养等技术进行了规范。无论使用什么样的采茶设备，采后鲜叶都要进行分选。现有分选设备主要以鲜叶轻重、大小、长短等物理性状为依据进行分选，分选效果和效率偏低，在今后的研究中，需要从分选原理、分选效果、分选效率上进行突破。贮青设备和技术不仅对于传统手工采摘原料非常必要，对机采原料来说，由于一次性采摘质量大，机械损伤高，且前期需要进行更为复杂的分选，所以机采鲜叶的贮青将成为影响制茶原料质量的关键因素，必须予以重视。综上，要实现名优茶的机采和加工，必须解决四个关键点：品种、机采（机械）、分级、贮青。

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（责任编辑：蒋文倩）

S571.1

A

1006-5768（2017）04-180-005

2017-08-30

孙慕芳（1979-），女，安徽芜湖人，博士研究生，副教授。主要从事茶叶加工与品质控制。E-mail：xynzsmf@163.com

张正竹，博士，教授。E-mail：zzz@ahau.edu.cn

2016安徽省科技重大专项项目（1603070109）