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摘要我国茶园主要分布在丘陵山区地带，由于环境复杂，茶园翻耕作业一直是茶园生产机械化中的重难点问题。结合丘陵山区茶园机械化生产情况，分析茶园中耕作业中存在的问题，总结了近年来丘陵山区茶园中耕机械化的研究新动态。
关键词丘陵山区；茶园；中耕；机械化
中图分类号S23文献标识码A文章编号0517-6611（2017）22-0159-03
AbstractOur tea plantation is mainly in the hilly mountainous area，because of the complexity of the environment，the replanting of tea plantation has been a difficult problem in the mechanization of tea plantations.Combined with the mechanized production of tea plantation in hilly mountain area，analysis of the problems in the cultivation of tea plantation，this paper summarizes the new dynamic of cultivated mechanization in the hilly mountain tea fields in recent years.
Key wordsHilly area；Tea plantation；Cultivator；Mechanization
我國是世界上最早發现和利用茶树的国家，是茶叶的原产地，饮茶消费者数量居世界首位，但在茶园管理机械方面，远远落后于日本、印度、肯尼亚等主要产茶国[1]。我国茶园主要分布在云南、贵州、四川、湖北、福建、浙江、安徽、湖南等地的丘陵山区地带，机械作业环境恶劣复杂，大多数茶园缺乏标准化建设。据统计[2]，我国超过60%的茶园位于陡坡地带，而便于机械化作业的平缓坡茶园不足40%。因此，迫切需要研制出适用于丘陵山区茶园的田间管理机械化作业设备。
近年来，尽管我国茶园在中耕、施肥、茶树修剪、采茶、灾害管理等方面均已实现机械化作业[3]，但在丘陵山区茶园尚未出现作业效果理想的中耕机械设备。因此，实现丘陵山区茶园的中耕机械化成为当下亟待解决的重点问题。
1茶园中耕技术
茶园土壤耕作根据深度不同分为浅耕、中耕、深耕[4-5]。一般来说，耕作深度超过15 cm为深耕，耕作深度不到15 cm的都属于浅耕，而茶园中耕的深度为10～15 cm。茶园进行中耕的时间受地区、作业功能的影响而不同。
茶园中耕技术主要是调节土壤的水、肥、气、热等物理特性，在茶叶生产期间进行松土、除草、施肥等作业，促进茶树的生长和茶叶质量、产量的提高。
茶园中耕作业用工约占茶园总体的25%，作业环境恶劣、劳动强度大、效率不高，尤其是丘陵山区茶园的茶树栽培管理完全依赖人工，土壤耕作质量很难达到农艺要求[6-8]，且处于生产期内的茶园每年都需要经过多次不同程度的土壤中耕作业。因此，先进、适用的茶园中耕机械化技术已成为当下研究的重点。
2丘陵山区茶园机械化生产现状
2.1丘陵山区茶园机械化应用情况
资料显示[9]，湖北省2014年末实有茶园面积30.38万hm2，在全国排名第四，是茶叶大省。据统计[10]，湖北省范围内的茶园主要分布在恩施、宜昌、咸宁、黄冈、十堰、襄阳、孝感等地，属于典型的丘陵山区环境。2015年，在湖北省14个生产茶叶的市（州）中，恩施、宜昌、黄冈、咸宁茶叶产量位居前四，产量总和占湖北省总产量的82.9%，加上排名前七的十堰、襄阳、孝感等地，产量总和占湖北省的97.4%。丘陵山区茶园土壤、行走等客观环境复杂，且受地理环境限制，茶园建设不规范，导致丘陵山区茶园机械化发展缓慢落后。
据统计[10]，2015年咸宁市茶叶产量为3.42万t，在湖北省排名第四，年末实有茶园面积为2.18万hm2。咸宁市地理环境为“七山一水两分田”，是典型的丘陵山区地带，土壤特性为红黄黏性土壤，其茶园情况图1所示，主要生产绿茶、黑茶、青茶和红茶，茶叶的栽培和加工有着悠久的历史，享有“茶叶之乡”的美誉。但茶园机械设备应用情况不容乐观，仅限于采茶机、修剪机，尽管出现手扶式的小型微耕机以及乘坐式多功能管理机，但是适用性不高，现行的茶园耕作仍以人工、畜力为主。
2.2丘陵山区茶园机械化应用中存在的问题
2.2.1茶叶生产机械化发展失衡。
茶叶生产机械化包括机耕、施肥、机剪、灌溉、植保、机采、茶叶初加工等环节，茶叶加工基本实现机械化，形成连续化、自动化生产线。但茶园作业机械极其短缺，丘陵山区茶园机械化作业只有少数的几种采茶机、修剪机，即使出现小型的茶园耕作机械，但是适用性较差，严重制约茶业的发展。
2.2.2茶园作业环境不规范。
丘陵山区茶园作业环境恶劣复杂，茶园作业机械化程度低，导致茶农的茶园标准化建设意识不高，茶园作业环境不规范，如茶园垄间行距较窄、茶园耕作机械调头转弯困难等，严重影响茶园耕作机械化的发展。
2.2.3茶园机械设备适用性不高。
主要是茶园耕作机械，丘陵山区茶园土壤比较坚硬，机械作业时动力不足，耕作深度不达标，机械甚至被卡停在茶园里；翻耕作业时刀具部分频繁出现缠草问题，影响正常作业，甚至出现机械被卡死的现象，不得不停机手动清理；作业时机器振动、跳动厉害，噪声大，增加操作手的作业强度；茶园耕作设备的动力机多为柴油机，作业时浓烈的油烟会污染绿色原生态的茶叶。 3丘陵山区茶园中耕机械设备应用及研究现状
3.1国外茶园中耕机械化研究现状
国外主要茶叶生产贸易国有日本、印度、越南、肯尼亚及斯里兰卡。前苏联是最早研究茶园管理机械的国家，日本是研究茶园作业机械最多且基本实现管理机械化的国家。日本茶叶耕作机械以自走式、手扶式茶园管理机械为主。尽管国外茶园耕作机械远远强于国内，但这些机械在我国因茶园地理环境及农艺的差异而未能大面积推广应用[11]。
3.2国内丘陵山区茶园中耕机械设备应用最新研究动态
20世纪90年代后期，新昌县捷马机械有限公司设计的ZGJ-120型茶园中耕机[12-13]，是ZGJ-150型茶园施肥中耕机的改良升级版，以F170型柴油机为动力，采用手扶自走式作业方式，中耕作业部件为两把齿形锹，适用于松软、硬度适中的茶园，可在坡度为15°以下茶园中稳定作业，但在土壤含水率很低且坚硬的茶园中作业时，会出现耕深不一致、作业效率较低、机器行走时跳动不良等现象，其外形如图2所示。
2011年，杨拥军等[14]针对我国南方茶园机耕过程中易受茶树枝条阻碍、纏草等情况影响，在烟草作物中耕机基础上改进设计了一种小型茶园中耕机。该机采用流线型罩壳，在减小中耕机行进阻力的同时保证工作过程连续、流畅，也可调节耕深，适应不同土质要求和耕作环境要求等，其结构如图3所示。
2012年，杨拥军等[15]针对茶园中耕机作业过程中机器振动幅度较大的问题展开深入研究，通过调整机器部件布局、完善底盘设计、采用液压与弹簧机构，同时优化设计楔形外壳达到减震吸震的目的。
2012年，由无锡华源凯马发动机有限公司张士兴、农业部南京农业机械化研究所肖宏儒等针对茶行有限的空隙发明了新型模仿人工锄地作业的KM3G-30型茶园翻耕机[11]，其外形如图4所示，操作和运输方便，适合坡地和小块茶园中应用。该机选用170FS柴油机，手扶自走式，工作功率为2.8 kW，经过茶园现场使用，整机振动、跳动性较大，在坚硬的土壤环境下尤为明显。
2013年，肖宏儒等[16-17]设计了茶园管理机复合底盘、机具配套接口结构的高地隙多功能茶园管理机。该机全部采用高效液压直驱方式，通过调整整机宽度、地隙高度可增强整机在复杂地形及不同茶园农艺的适用性，经过试验改进，形成履带式、轮式等不同样机，如图5所示。另外，还有适用于低地隙的履带式多功能茶园管理机，如图6所示。多功能茶园管理机的研制成功使我国茶园可实现大型机械高效作业，为国内首创，具有较强的通用性。
2013、2014年，徐良等[18-19]针对茶园中耕缠草问题，通过对杂草缠绕力分析和计算，建立了缠绕力数学模型，并得出了防缠草和减少缠草的措施和方法。
2015年，徐良等[20]设计研制了3ZFC-40型茶园中耕机，由汽油机提供动力完成碎土、碎草作业。该机作业性能良好，耕深理想，可靠性及作业效率较高，是适合丘陵地区茶园作业的新型茶园中耕机械。但由于机器重心偏置而产生微量弹动、长茎秆杂草等依然会出现缠死问题，在土壤湿度大于32%时，容易发生堵塞。
4总结与展望
综上所述，丘陵山区茶园已经出现多种不同类型的耕作机械，且基本实现了小型化、轻简型或乘坐式的发展，但是智能化程度不高、适用性不强，尤其是耕深不达标、机具缠草、振动跳动性大等问题比较严重，至今尚没有较好的解决方法，需要进一步深入研究。
实现丘陵山区茶园的中耕机械化，首先需要研制出实用且适用的中耕机械设备，进而完善配套的茶园标准化建设，为茶园的中耕机械化创新创造有利条件，同时需要加大政府扶持及研发力度，并成立专业的茶机合作社，为农机农艺相融合提供坚实的保障。
参考文献
[1] 肖宏儒，秦广明，宋志禹.茶园管理机械化发展战略与重点[J].湖北农机化，2013（1）：12-17.
[2] 韩旭.中国茶叶种植地域的历史变迁研究[D].杭州：浙江大学，2013.
[3] 韩余，肖宏儒，秦广明，等.我国茶园机械研究新动态[J].中国农机化学报，2013，34（3）：13-16.
[4] 柴文胜.茶园生产机械化耕作技术[J].湖北农机化，2016（5）：40-41.
[5] 张勇.茶园耕作技术[J].现代农业科技，2015（20）：46.
[6] 卢振辉.有机茶园土壤管理与施肥技术[J].林业科技开发，2002，16（2）：63-65.
[7] 王叶红.茶园土壤耕作技术[J].安徽林业，2006（5）：37.
[8] 骆耀平.茶树栽培学[M].北京：中国农业出版社，2008.
[9] 牛盾.2014年中国农业统计资料年鉴[M].北京：中国农业出版社，2015.
[10] 李团中，许晓红.湖北省2015年鉴[M].湖北：中国统计出版社，2016.
[11] 代红朝，肖宏儒，梅松，等.茶园中耕机械化发展现状与对策分析[J].农机化研究，2017，39（4）：263-267.
[12] 权启爱.ZGJ-150型茶园中耕施肥机及其使用技术[J].中国茶叶，1998（5）：8- 9.
[13] 权启爱，王辉.ZGJ-120型茶园中耕机的结构特点和使用技术[J].中国茶叶，2014（6）：34-35.
[14] 杨拥军，陈力航，喻季红，等.一种小型茶园中耕机的研制[J].茶葉通讯，2011，38（4）：11-14.
[15] 杨拥军，刘同乐，喻季红，等.茶园中耕机减震吸震技术探索[J].茶叶通讯，2013，40（1）：15-18.
[16] 肖宏儒，梅松，丁文芹，等.多功能茶园管理机节能高效作业技术研究[J].中国农机化学报，2013，34（6）：211-215.
[17] 肖宏儒，李建国，秦广明，等.高地隙自走式多功能茶园管理机田间试验研究[J].中国农机化学报，2010（6）：41-44.
[18] 徐良.茶园中耕机械杂草缠绕力计算与分析[J].茶叶科学，2014，34（4）：396-400.
[19] 徐良，肖宏儒.茶园中耕机械缠草机理分析[J].中国农机化学报，2015，36（2）：25-28.
[20] 徐良，周训谦，肖洁.3ZFC-40型茶园中耕机的研制[J].农产品加工，2015（6）：52-55.
关键词丘陵山区；茶园；中耕；机械化
中图分类号S23文献标识码A文章编号0517-6611（2017）22-0159-03
AbstractOur tea plantation is mainly in the hilly mountainous area，because of the complexity of the environment，the replanting of tea plantation has been a difficult problem in the mechanization of tea plantations.Combined with the mechanized production of tea plantation in hilly mountain area，analysis of the problems in the cultivation of tea plantation，this paper summarizes the new dynamic of cultivated mechanization in the hilly mountain tea fields in recent years.
Key wordsHilly area；Tea plantation；Cultivator；Mechanization
我國是世界上最早發现和利用茶树的国家，是茶叶的原产地，饮茶消费者数量居世界首位，但在茶园管理机械方面，远远落后于日本、印度、肯尼亚等主要产茶国[1]。我国茶园主要分布在云南、贵州、四川、湖北、福建、浙江、安徽、湖南等地的丘陵山区地带，机械作业环境恶劣复杂，大多数茶园缺乏标准化建设。据统计[2]，我国超过60%的茶园位于陡坡地带，而便于机械化作业的平缓坡茶园不足40%。因此，迫切需要研制出适用于丘陵山区茶园的田间管理机械化作业设备。
近年来，尽管我国茶园在中耕、施肥、茶树修剪、采茶、灾害管理等方面均已实现机械化作业[3]，但在丘陵山区茶园尚未出现作业效果理想的中耕机械设备。因此，实现丘陵山区茶园的中耕机械化成为当下亟待解决的重点问题。
1茶园中耕技术
茶园土壤耕作根据深度不同分为浅耕、中耕、深耕[4-5]。一般来说，耕作深度超过15 cm为深耕，耕作深度不到15 cm的都属于浅耕，而茶园中耕的深度为10～15 cm。茶园进行中耕的时间受地区、作业功能的影响而不同。
茶园中耕技术主要是调节土壤的水、肥、气、热等物理特性，在茶叶生产期间进行松土、除草、施肥等作业，促进茶树的生长和茶叶质量、产量的提高。
茶园中耕作业用工约占茶园总体的25%，作业环境恶劣、劳动强度大、效率不高，尤其是丘陵山区茶园的茶树栽培管理完全依赖人工，土壤耕作质量很难达到农艺要求[6-8]，且处于生产期内的茶园每年都需要经过多次不同程度的土壤中耕作业。因此，先进、适用的茶园中耕机械化技术已成为当下研究的重点。
2丘陵山区茶园机械化生产现状
2.1丘陵山区茶园机械化应用情况
资料显示[9]，湖北省2014年末实有茶园面积30.38万hm2，在全国排名第四，是茶叶大省。据统计[10]，湖北省范围内的茶园主要分布在恩施、宜昌、咸宁、黄冈、十堰、襄阳、孝感等地，属于典型的丘陵山区环境。2015年，在湖北省14个生产茶叶的市（州）中，恩施、宜昌、黄冈、咸宁茶叶产量位居前四，产量总和占湖北省总产量的82.9%，加上排名前七的十堰、襄阳、孝感等地，产量总和占湖北省的97.4%。丘陵山区茶园土壤、行走等客观环境复杂，且受地理环境限制，茶园建设不规范，导致丘陵山区茶园机械化发展缓慢落后。
据统计[10]，2015年咸宁市茶叶产量为3.42万t，在湖北省排名第四，年末实有茶园面积为2.18万hm2。咸宁市地理环境为“七山一水两分田”，是典型的丘陵山区地带，土壤特性为红黄黏性土壤，其茶园情况图1所示，主要生产绿茶、黑茶、青茶和红茶，茶叶的栽培和加工有着悠久的历史，享有“茶叶之乡”的美誉。但茶园机械设备应用情况不容乐观，仅限于采茶机、修剪机，尽管出现手扶式的小型微耕机以及乘坐式多功能管理机，但是适用性不高，现行的茶园耕作仍以人工、畜力为主。
2.2丘陵山区茶园机械化应用中存在的问题
2.2.1茶叶生产机械化发展失衡。
茶叶生产机械化包括机耕、施肥、机剪、灌溉、植保、机采、茶叶初加工等环节，茶叶加工基本实现机械化，形成连续化、自动化生产线。但茶园作业机械极其短缺，丘陵山区茶园机械化作业只有少数的几种采茶机、修剪机，即使出现小型的茶园耕作机械，但是适用性较差，严重制约茶业的发展。
2.2.2茶园作业环境不规范。
丘陵山区茶园作业环境恶劣复杂，茶园作业机械化程度低，导致茶农的茶园标准化建设意识不高，茶园作业环境不规范，如茶园垄间行距较窄、茶园耕作机械调头转弯困难等，严重影响茶园耕作机械化的发展。
2.2.3茶园机械设备适用性不高。
主要是茶园耕作机械，丘陵山区茶园土壤比较坚硬，机械作业时动力不足，耕作深度不达标，机械甚至被卡停在茶园里；翻耕作业时刀具部分频繁出现缠草问题，影响正常作业，甚至出现机械被卡死的现象，不得不停机手动清理；作业时机器振动、跳动厉害，噪声大，增加操作手的作业强度；茶园耕作设备的动力机多为柴油机，作业时浓烈的油烟会污染绿色原生态的茶叶。 3丘陵山区茶园中耕机械设备应用及研究现状
3.1国外茶园中耕机械化研究现状
国外主要茶叶生产贸易国有日本、印度、越南、肯尼亚及斯里兰卡。前苏联是最早研究茶园管理机械的国家，日本是研究茶园作业机械最多且基本实现管理机械化的国家。日本茶叶耕作机械以自走式、手扶式茶园管理机械为主。尽管国外茶园耕作机械远远强于国内，但这些机械在我国因茶园地理环境及农艺的差异而未能大面积推广应用[11]。
3.2国内丘陵山区茶园中耕机械设备应用最新研究动态
20世纪90年代后期，新昌县捷马机械有限公司设计的ZGJ-120型茶园中耕机[12-13]，是ZGJ-150型茶园施肥中耕机的改良升级版，以F170型柴油机为动力，采用手扶自走式作业方式，中耕作业部件为两把齿形锹，适用于松软、硬度适中的茶园，可在坡度为15°以下茶园中稳定作业，但在土壤含水率很低且坚硬的茶园中作业时，会出现耕深不一致、作业效率较低、机器行走时跳动不良等现象，其外形如图2所示。
2011年，杨拥军等[14]针对我国南方茶园机耕过程中易受茶树枝条阻碍、纏草等情况影响，在烟草作物中耕机基础上改进设计了一种小型茶园中耕机。该机采用流线型罩壳，在减小中耕机行进阻力的同时保证工作过程连续、流畅，也可调节耕深，适应不同土质要求和耕作环境要求等，其结构如图3所示。
2012年，杨拥军等[15]针对茶园中耕机作业过程中机器振动幅度较大的问题展开深入研究，通过调整机器部件布局、完善底盘设计、采用液压与弹簧机构，同时优化设计楔形外壳达到减震吸震的目的。
2012年，由无锡华源凯马发动机有限公司张士兴、农业部南京农业机械化研究所肖宏儒等针对茶行有限的空隙发明了新型模仿人工锄地作业的KM3G-30型茶园翻耕机[11]，其外形如图4所示，操作和运输方便，适合坡地和小块茶园中应用。该机选用170FS柴油机，手扶自走式，工作功率为2.8 kW，经过茶园现场使用，整机振动、跳动性较大，在坚硬的土壤环境下尤为明显。
2013年，肖宏儒等[16-17]设计了茶园管理机复合底盘、机具配套接口结构的高地隙多功能茶园管理机。该机全部采用高效液压直驱方式，通过调整整机宽度、地隙高度可增强整机在复杂地形及不同茶园农艺的适用性，经过试验改进，形成履带式、轮式等不同样机，如图5所示。另外，还有适用于低地隙的履带式多功能茶园管理机，如图6所示。多功能茶园管理机的研制成功使我国茶园可实现大型机械高效作业，为国内首创，具有较强的通用性。
2013、2014年，徐良等[18-19]针对茶园中耕缠草问题，通过对杂草缠绕力分析和计算，建立了缠绕力数学模型，并得出了防缠草和减少缠草的措施和方法。
2015年，徐良等[20]设计研制了3ZFC-40型茶园中耕机，由汽油机提供动力完成碎土、碎草作业。该机作业性能良好，耕深理想，可靠性及作业效率较高，是适合丘陵地区茶园作业的新型茶园中耕机械。但由于机器重心偏置而产生微量弹动、长茎秆杂草等依然会出现缠死问题，在土壤湿度大于32%时，容易发生堵塞。
4总结与展望
综上所述，丘陵山区茶园已经出现多种不同类型的耕作机械，且基本实现了小型化、轻简型或乘坐式的发展，但是智能化程度不高、适用性不强，尤其是耕深不达标、机具缠草、振动跳动性大等问题比较严重，至今尚没有较好的解决方法，需要进一步深入研究。
实现丘陵山区茶园的中耕机械化，首先需要研制出实用且适用的中耕机械设备，进而完善配套的茶园标准化建设，为茶园的中耕机械化创新创造有利条件，同时需要加大政府扶持及研发力度，并成立专业的茶机合作社，为农机农艺相融合提供坚实的保障。
参考文献
[1] 肖宏儒，秦广明，宋志禹.茶园管理机械化发展战略与重点[J].湖北农机化，2013（1）：12-17.
[2] 韩旭.中国茶叶种植地域的历史变迁研究[D].杭州：浙江大学，2013.
[3] 韩余，肖宏儒，秦广明，等.我国茶园机械研究新动态[J].中国农机化学报，2013，34（3）：13-16.
[4] 柴文胜.茶园生产机械化耕作技术[J].湖北农机化，2016（5）：40-41.
[5] 张勇.茶园耕作技术[J].现代农业科技，2015（20）：46.
[6] 卢振辉.有机茶园土壤管理与施肥技术[J].林业科技开发，2002，16（2）：63-65.
[7] 王叶红.茶园土壤耕作技术[J].安徽林业，2006（5）：37.
[8] 骆耀平.茶树栽培学[M].北京：中国农业出版社，2008.
[9] 牛盾.2014年中国农业统计资料年鉴[M].北京：中国农业出版社，2015.
[10] 李团中，许晓红.湖北省2015年鉴[M].湖北：中国统计出版社，2016.
[11] 代红朝，肖宏儒，梅松，等.茶园中耕机械化发展现状与对策分析[J].农机化研究，2017，39（4）：263-267.
[12] 权启爱.ZGJ-150型茶园中耕施肥机及其使用技术[J].中国茶叶，1998（5）：8- 9.
[13] 权启爱，王辉.ZGJ-120型茶园中耕机的结构特点和使用技术[J].中国茶叶，2014（6）：34-35.
[14] 杨拥军，陈力航，喻季红，等.一种小型茶园中耕机的研制[J].茶葉通讯，2011，38（4）：11-14.
[15] 杨拥军，刘同乐，喻季红，等.茶园中耕机减震吸震技术探索[J].茶叶通讯，2013，40（1）：15-18.
[16] 肖宏儒，梅松，丁文芹，等.多功能茶园管理机节能高效作业技术研究[J].中国农机化学报，2013，34（6）：211-215.
[17] 肖宏儒，李建国，秦广明，等.高地隙自走式多功能茶园管理机田间试验研究[J].中国农机化学报，2010（6）：41-44.
[18] 徐良.茶园中耕机械杂草缠绕力计算与分析[J].茶叶科学，2014，34（4）：396-400.
[19] 徐良，肖宏儒.茶园中耕机械缠草机理分析[J].中国农机化学报，2015，36（2）：25-28.
[20] 徐良，周训谦，肖洁.3ZFC-40型茶园中耕机的研制[J].农产品加工，2015（6）：52-55.