茶樹種植

龍潤茶“用制藥的經(jīng)驗制茶”，經(jīng)“86道質(zhì)量把關(guān)”生產(chǎn)，為天下做一杯百姓茶。龍潤茶不斷前進，不斷超越，創(chuàng)造著一個又一個奇跡，而這一切，都源于一個使命——為消費者生產(chǎn)和提供健康的好茶。

第七道質(zhì)量把關(guān)

茶樹種植方式、密度把關(guān)

生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、健康、安全的生態(tài)茶產(chǎn)品、綠色有機茶產(chǎn)品，是龍潤茶業(yè)質(zhì)量體系的起點。坡地種植茶樹沿等高線修梯地進行栽種，新建茶園坡度不超過25度。茶樹種植密度約為3200株/畝，充分發(fā)揮茶樹的個體和群體優(yōu)勢。

龍潤茶的坡地種植茶樹，是沿著等高線修建梯田進行栽種的。梯田是在坡地上分段沿等高線建造的階梯式農(nóng)田，是治理坡耕地水土流失的有效措施，蓄水、保土、增產(chǎn)作用十分顯著，而且梯田的通風透光條件較好，有利于作物生長和營養(yǎng)物質(zhì)的積累。

龍潤選擇茶園的坡度一般小于25度。選擇坡地種植，是因為山坡的太陽直接輻射量大于平地，有利于提高茶葉香氣，有好的滋味和嫩度，但如果坡度過大，不僅水土沖刷嚴重，茶園土壤持水量少，不利于茶樹生長。因此，一般宜選擇于坡度在25度以下，最多不超過30度。

簡單來說，坡度小于25度的低山丘陵地帶，通常降水較多，雨熱同期，如果坡度大于25度容易引起水土流失。

合理密植是茶樹栽培研究的重要內(nèi)容。所謂茶樹合理密植，它既要達到有效地利用空間和土層，又要使茶樹個體和群體結(jié)構(gòu)得以充分發(fā)展，從而取得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的。

茶葉產(chǎn)量在一定程度上說，是隨著單位面積內(nèi)茶叢數(shù)的增加而提高的;而單叢產(chǎn)量則呈相反趨勢，它隨茶叢數(shù)的增加而遞減。這是茶樹群體和個體之間矛盾發(fā)展的結(jié)果。

龍潤茶的茶樹種植密度約為3200株/畝，充分發(fā)揮茶樹的個體和群體優(yōu)勢，保證茶樹在群體結(jié)構(gòu)良好發(fā)展的前提下，最大限度地滿足茶樹個體生長發(fā)育的需要，同時又能使單位面積內(nèi)因密植程度的提高而增加的產(chǎn)量，超過個體削減的產(chǎn)量，最后使茶樹取得豐產(chǎn)。

茶園地形條件主要有海拔、坡地、坡向等，龍潤茶的坡地種植茶樹沿著等高線修筑梯田，山頂、山脊、梯田之間須保留自然植被，為加強固土、保水、擋風、生防作用，專門安排種植特定植物，才成就優(yōu)質(zhì)、健康、安全的好茶。

科普茶樹種植方式與密度

茶樹種植方式應(yīng)考慮兩內(nèi)容，一是茶樹的行叢距。即排列方式，二是每叢的定苗數(shù)。我國茶樹種植方式是多種多樣的。有解放前遺留下的的叢式茶園，這種茶園產(chǎn)量低，管理也不方便，正在逐漸淘汰。大多數(shù)是解放后發(fā)展起來的單行條栽茶園，一般種植規(guī)格是中小葉種茶樹行距為150厘米左右，叢距33厘米左右。

每叢定苗2-3株;大葉種茶樹行距165厘米左右，叢距50百米左右，每叢定苗1-2株。我國大多數(shù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)場隊，都是這種種植方式。雙行條栽茶園，在部分茶區(qū)也有采用，大先遣為165厘米左右，列距和叢距都是33厘米左右。

種植是茶葉產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為高品質(zhì)茶葉提供了保障，但是種植成本占據(jù)了目前茶葉生產(chǎn)成本的主要份額。復(fù)雜的種植條件與勞動力不足使茶葉種植成本不斷提升，種植環(huán)節(jié)的智能化是茶葉生產(chǎn)從傳統(tǒng)模式向現(xiàn)代模式轉(zhuǎn)變的必由之路。

一、茶樹種植智能化框架

種植智能化是一套依托于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術(shù)支撐的綜合管理系統(tǒng)，包含了農(nóng)情監(jiān)測、優(yōu)化決策、設(shè)備調(diào)度的自動化。

1. 監(jiān)測感知層

監(jiān)測感知層是智能化系統(tǒng)的“眼睛”和“耳朵”，也是智能化系統(tǒng)信息處理的基礎(chǔ)。感知層依賴載具平臺上的各類傳感器，實時獲取茶樹周邊環(huán)境、茶樹自身的各類信息，如溫濕度、輻射、茶樹養(yǎng)分等數(shù)據(jù)信息的采集。智能化系統(tǒng)對感知層要求是信息獲取的原位、實時、精準、快速、智能，因此數(shù)據(jù)相對于傳統(tǒng)觀測必然需要海量儲存。

2. 傳輸存儲層

傳輸存儲層是智能化系統(tǒng)的“神經(jīng)”與“倉庫”，監(jiān)測感知層搜集的海量信息數(shù)據(jù)通過傳輸存儲層匯集到數(shù)據(jù)倉庫，為后續(xù)的數(shù)據(jù)計算提供源源不斷的“養(yǎng)分”。傳輸過程主要依賴各類數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與設(shè)備對數(shù)據(jù)進行高效傳輸，盡可能減少數(shù)據(jù)傳輸延遲，同時還需要實現(xiàn)不同設(shè)備的組網(wǎng)與信息的兼容并行處理，而智能化系統(tǒng)中存儲主要體現(xiàn)在海量數(shù)據(jù)的高效云存儲與交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲與提取的高兼容、低延時、低誤差。

3. 計算決策層

計算決策層是“大腦”，匯集的各類信息只有經(jīng)過計算決策層的復(fù)雜運算才能生成有應(yīng)用價值的信息，反饋給用戶或者傳送給作業(yè)設(shè)備。在種植端，計算決策層主要是對農(nóng)情信息的智能化處理，設(shè)備的路徑規(guī)劃、決策控制，實現(xiàn)作物生長態(tài)勢的判斷，以及不同場景下的應(yīng)對決策生成，比如茶樹脅迫狀態(tài)診斷、對應(yīng)設(shè)備操作所需的參數(shù)等。計算決策層需要算力與算法共同實現(xiàn)，算力依托于計算芯片、內(nèi)存，而算法是決策的核心。

4. 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層是“手腳”，將計算決策層得出的信息、參數(shù)，反饋到對應(yīng)的終端，如顯示器、機械設(shè)備，實現(xiàn)決策結(jié)果的操作應(yīng)用。由于設(shè)備種類多樣，參數(shù)需求復(fù)雜，因此應(yīng)用反饋層要求數(shù)據(jù)信息的高度兼容、操作參數(shù)精準化。目前種植智能化管理的主要瓶頸在監(jiān)測感知層與計算決策層，在監(jiān)測感知層、計算決策層，技術(shù)及裝備均剛剛處于起步階段，距離產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有一段距離。而傳輸存儲層、應(yīng)用服務(wù)層隨著近年來信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，海量數(shù)據(jù)傳輸與存儲的技術(shù)難度不大，挑戰(zhàn)在于如何降低成本。

二、茶樹種植智能化管理研究現(xiàn)狀與問題

1. 農(nóng)業(yè)傳感器

與茶樹種植相關(guān)的農(nóng)業(yè)傳感器主要有環(huán)境傳感器、植物生理傳感器、智能設(shè)備傳感器3類。環(huán)境傳感器的主要作用是獲取茶樹賴以生存的土壤、大氣環(huán)境中的相關(guān)參數(shù)。生理傳感器用于獲取與茶樹生長態(tài)勢相關(guān)的參數(shù)。智能設(shè)備傳感器用于關(guān)鍵目標識別、相關(guān)設(shè)備的執(zhí)行效果監(jiān)測?？傮w上我國已經(jīng)開展了不少關(guān)于信息快速獲取及組網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)，但目前茶園智慧管理中的傳感器仍采用通用型農(nóng)業(yè)傳感器，專用傳感器較為缺乏。

2. 信息感知技術(shù)

(1)空間信息獲取

依托衛(wèi)星、無人機等遙感平臺，配合地理信息技術(shù)，可以實現(xiàn)茶樹種植區(qū)內(nèi)關(guān)鍵信息的快速獲取。應(yīng)用不同的遙感數(shù)據(jù)源的光譜特征和各種植被指數(shù)，結(jié)合不同的算法提取紋理特征實現(xiàn)對茶園的分類，以及茶樹生長過程及受害情況、茶園產(chǎn)量預(yù)測等。我國農(nóng)業(yè)遙感衛(wèi)星傳感器以多光譜遙感為主，觀測要素缺乏、缺少光學與微波等協(xié)同觀測能力，遙感數(shù)據(jù)保障率和質(zhì)量有待提高。

(2)茶樹生長態(tài)勢感知

植物生長信息可直接用于脅迫診斷、產(chǎn)量與品質(zhì)預(yù)測，這些參數(shù)大多依賴傳統(tǒng)的理化分析方法，費時費力，而智能化管理系統(tǒng)所需的實時數(shù)據(jù)需要對作物生理參數(shù)進行快速、無損檢測。近年來在茶樹生長態(tài)勢感知方面開展了大量反演模型算法研究工作，如利用高光譜設(shè)備，對茶樹品種、茶樹葉面積指數(shù)、冠層葉片中葉綠素、氮、磷鉀含量進行反演算法等研究。

3. 智慧茶園系統(tǒng)實現(xiàn)

(1)茶園綜合管理系統(tǒng)

利用無線通信、傳感器檢測和數(shù)字圖像識別技術(shù)，自主設(shè)計和研制了一套茶園可視化農(nóng)業(yè)氣象信息動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)茶園圖像信息、溫濕度、降水數(shù)據(jù)的一體化采集和綜合顯示的功能。

茶園可視化農(nóng)業(yè)氣象信息動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

設(shè)計了基于低能耗廣域網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)云平臺的茶園監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實時采集茶園空氣溫濕度、土壤溫濕度等參數(shù)，通過服務(wù)器對獲取的茶園信息進行分析、存儲，并將數(shù)據(jù)同步到PC端和移動端，實現(xiàn)對茶園環(huán)境的遠程智能監(jiān)控。

茶園監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

在茶園生境智慧管控技術(shù)研究方面，建立了茶園生境智慧管控技術(shù)，包含茶園土壤生態(tài)調(diào)控技術(shù)、茶園生態(tài)位配置與管控技術(shù)、茶園病蟲害監(jiān)測預(yù)警與生態(tài)防控技術(shù)、茶園生境環(huán)境信息自動化感知技術(shù)、茶園水分智慧管控技術(shù)以及茶園生境智慧管控專家服務(wù)系統(tǒng)等。從實際應(yīng)用情況看，目前“智慧茶園”均止步在農(nóng)情信息收集與信息匯總展示場景，管理決策仍然依賴于人，而智能決策算法缺失是“智慧茶園”的瓶頸問題。

茶園害蟲監(jiān)測預(yù)警平臺模型

(2)智能灌溉設(shè)備

茶園智能化灌溉系統(tǒng)發(fā)展有兩個方面，一是優(yōu)化灌溉系統(tǒng)的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，改進灌溉效果，研究設(shè)計了由可編程控制器和變頻器聯(lián)合控制的茶園變頻恒壓噴灌控制系統(tǒng)，可根據(jù)用水量的變化，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結(jié)合，實現(xiàn)恒壓、節(jié)能，并對噴灌過程中的各種特征量進行實時、動態(tài)顯示，提高了茶園噴灌的自動化水平和管理水平。

恒壓噴灌系統(tǒng)控制原理

另一方面智能化灌溉是通過算法實現(xiàn)灌溉時機的精準選擇，設(shè)計基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的茶園智能化噴灌系統(tǒng)，可針對不同茶樹生長期對土壤、溫度、水分、鹽分等條件的需要，進行精準實時灌溉。

茶園智能化噴灌系統(tǒng)組成圖

(3)其他智能機械

在通用智能機械平臺方面，設(shè)計可定制化的通用農(nóng)機遠程智能管理平臺。受制于茶園復(fù)雜地形、植被覆蓋、土壤類型差異，與茶樹種植相關(guān)的智能農(nóng)機設(shè)備，如耕作機、施肥機、修剪機的智能化程度遠不及灌溉設(shè)備。此外，智能農(nóng)機裝備領(lǐng)域未形成科學的標準化體系，導(dǎo)致該領(lǐng)域相關(guān)標準定位不清、標準間交叉重復(fù)、配套性差。發(fā)布實施的智能農(nóng)機裝備地方標準、團體標準、企業(yè)標準質(zhì)量參差不齊，裝備生產(chǎn)沒有統(tǒng)一規(guī)范、新產(chǎn)品研發(fā)無標可依、上下游產(chǎn)業(yè)無法配套銜接。

三、茶樹種植智能化管理研究展望

1. 先進傳感器研發(fā)

研究可靠的快速感知技術(shù)，研發(fā)高精度、可靠性強的農(nóng)業(yè)專用傳感器，同時研究多傳感器的時空同步采集、高效組網(wǎng)傳輸、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合處理及實時在線解析等關(guān)鍵技術(shù)，用于大量不同參數(shù)的快速獲取。

2. 智能決策管理模型

目前“智慧茶園”系統(tǒng)的瓶頸之一是決策模型缺乏，形成了有數(shù)據(jù)無算法的困境，因此需要深化茶樹領(lǐng)域相關(guān)的農(nóng)業(yè)模型研究，為茶園管理與作業(yè)過程的智能化決策提供依據(jù)。針對物聯(lián)網(wǎng)引入的海量數(shù)據(jù)，需要研發(fā)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的知識共享與綜合輔助決策模型，通過知識和數(shù)據(jù)相結(jié)合的決策模型，將精準決策與智能算法進行有效關(guān)聯(lián)，進行預(yù)測評判，為生產(chǎn)作業(yè)提供智能化決策。

3. 智能茶園機械裝備

需要開展茶園機械裝備作業(yè)過程實時分析、智能化決策與控制前期研究，建立茶園農(nóng)機智能化、精準化作業(yè)技術(shù)儲備。但由于茶樹種植相關(guān)的機械化程度仍然很低，除了研制自動化程度高的大型茶園機械外，還需要針對分布較廣的山地丘陵茶園，加強結(jié)構(gòu)簡單、易于操作的輕小型機械的研發(fā)，提高我國茶樹種植的機械化水平。

本文節(jié)選自《中國茶葉》2022年第5期，P1-7，《茶樹種植智能化管理研究進展及展望》，作者：程俊杰，龍俐至，倪康，阮建云。

茶是中國原產(chǎn)的樹種，學者考證多以為其初源應(yīng)出自西南地區(qū)﹔但茶樹的種植范圍在中國仍有一個逐漸擴大的過程。文獻記載的中國境內(nèi)最早的茶葉使用區(qū)域應(yīng)在巴蜀地區(qū),《茶經(jīng)》曾記載”巴山、峽川有兩人合抱樹”，研究者推測兩人合抱之茶樹應(yīng)有千年樹齡，以陸羽所處之中唐逆推千年，約為春秋戰(zhàn)國之際，則顯然巴蜀為茶樹種植向中原擴大的一個重要途徑。