王梓清1，王武闯2，田国强2，王林政3，毕国宇2，王林军1*

1.威海市农业农村事务服务中心，山东 威海 264200；2.山东科润信息技术有限公司，山东 威海 264400；3.威海双丰神农科技有限公司，山东 威海 264200

摘要：在北方茶园中应用数字化技术，能够针对制约北方茶产业发展的诸多不利因素提供技术和管理方案，推动北方茶叶产业高质量发展。文章阐述了北方茶区发展数字化茶园的必要性和可行性，介绍了北方数字化茶园的技术研究与应用现状，包括茶园气象灾害预测、病虫害智能监测预警、茶园可视化实时监控系统，以及数字茶叶等方面，并提出了北方数字茶园今后的发展趋势。

关键词：数字化；气象灾害预测；病虫害智能监测预警；实时监控系统

中图分类号：S571.1；TP29

文献标识码：A

文章编号：1000-3150（2024）04-58-8

文章来源：《中国茶叶》2024年第4期

Research and Practice on Digitalization of Northern Tea Gardens

WANG Ziqing1,WANG Wuchuang2,TIAN Guoqiang2,WANG Linzheng3,BI Guoyu2,WANG Linjun1*

1.Weihai Agricultural and Rural Affairs Service Center,Weihai 264200,China;2.Shandong Kerun Information Technology Co.,Ltd.,Weihai 264400,China;3.Weihai Shuangfeng Divine Farming Technology Co.,Ltd.,Weihai 264200,China

Abstract: The application of digital technology in northern tea gardens can provide solutions and techniques for many problems that exist in the development of the northern tea industry, and promote the high-quality development of the northern tea industry.The article discussed the necessity and feasibility of digital development in northern tea gardens,introduced the research and application of digitalization in northern tea gardens,including meteorological disaster prediction in tea gardens, intelligent monitoring and early warning of diseases and pests, visualization monitoring system at actual time in tea gardens, and digital tea, etc.The development trend of digital tea gardens in northern China was put forward.

Keywords: digitalization, meteorological disaster prediction, intelligent monitoring and early warning of diseases and pests,real time monitoring system

基金项目：山东省人才项目——茶叶产业技术体系威海综合试验站（SDAIT～19～10）；

山东省人才项目——茶叶产业技术体系威海科润综合试验站（SDAIT～19～12）。

近年来，茶业发展呈现出规模化、标准化、智慧化、机械化、品牌化的趋势[1-3]，这一发展趋势的背后，离不开数字技术在茶业发展中的深入应用。随着时代进步和科技发展，数字技术将越来越多地应用于茶叶生产的各个环节，如同隐形的推手推动着茶产业的进步[4]。数字技术在北方茶园的应用，能够针对制约北方茶产业发展的诸多不利因素提供技术和管理方案，有利于推动北方茶产业高质量发展进程，为北方茶产业的可持续发展提供强有力的支撑[5]。数字技术通过实时监测并调控环境条件，为茶树生长提供更有利的环境，能有效提高茶叶产量、改善茶叶品质；通过全面监控和管理茶叶的生产加工过程，提高生产效率和成品茶的质量；通过建立茶叶生产数据库和信息化管理系统，实现数据共享和信息交流，将生产效益和管理水平提升到一个全新的高度。

1 北方茶园数字化的必要性与可行性

茶树喜温畏寒[6]，适宜生长在阳光充足、温暖湿润的环境中，而北方气候因存在低温时段长、降水总量偏少、季节性干旱及昼夜温差大等逆境条件，不利于茶树的营养生长和产量形成，但有利于茶叶品质的提升。北方大规模茶园种植起步晚于南方，种植技术和管理经验相对落后。随着人口老龄化趋势加剧，劳动力不足问题日益凸显，且生产资料成本日趋上升，北方茶企又普遍缺乏深加工能力，导致产品同质化严重，价格竞争激烈。相较于南方茶叶，北方茶叶品牌的影响力较低，还需要更多的时间和努力去提升品牌知名度。受以上多方面因素影响，我国北方茶产业的高质量发展受到了很大制约，亟需有效手段来解决相关问题。数字化技术的介入和应用，为北方茶产业提供了一条全新路径，根据地域特点提供适合的管理方案，可有效克服不利因素的影响，并发挥北方茶产业发展的优势[5]。

数字茶园（也称智慧茶园）是借助物联网、视频监控、云通信、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术，实现对茶树生长环境及茶叶生产、加工、流通、销售等过程的精准化、智能化管理的茶园[7]。北方茶园的数字化建设通过实现茶叶种植过程的信息化智能化，可应对茶树在北方气候环境中遇到的低温、霜冻、干旱等逆境，及时发现病虫害并采取防治措施，减少损失[8]，从而提高茶叶质量；茶叶数字化加工技术的应用，促进北方茶叶加工水平的提档升级，改善产品质量不稳定、生产效率不高等问题[9]；智能销售管理系统通过融合云计算技术，精准掌控销售渠道，可改变传统的销售模式，优化产品销售系统，在茶叶生产端与消费者之间搭建了一个信息化平台，以消费者的品饮体验和消费意愿指导茶叶生产[10]。

北方茶园数字化管理分为以下5 步。第一步，采集数据，通过环境监测系统、土壤监测系统和茶叶生理监测系统采集茶园的基础信息。第二步，数据累积和分析，将采集到的海量信息进行云计算，根据不同数据模型进行分析，为下一步信息的应用做准备。第三步，风险预测预报，根据数据分析结果，提前预测预判茶叶生长过程中可能出现的病虫草害和气候变化等风险。第四步，确定栽培方案，根据数据分析结果和判定的风险级别，制定精准的栽培技术等应对方案。第五步，实现跨平台数据互联互通，涵盖茶园数据采集系统、物联网（IoT）系统、数据分析系统、气象灾害监测预警系统、决策支持系统，以及农业管理系统等。通过以上5个步骤的实施，数字茶园实现茶叶生长全过程的数字化管理和监控，防灾抗灾减灾，提高茶叶的产量和质量，为茶农带来更多的收益和便利。

2 北方茶园数字化研究与应用

茶园数字化建设，应用物联网、自动化控制、实时监控、智能预警等技术，基于“全面感知、标准引领、平台支撑、智慧应用”的指导思想开展实施。

北方数字茶园建设包含生长环境监测系统、茶树生理监测系统、水肥一体化智能灌溉系统、气象灾害监测预警系统、病虫害智能监测预警系统和茶园可视化实时监控系统等。通过在园区安装智能硬件对各监测点的植保状况、作物生长情况、农业气象灾害情况、气象环境、土壤环境、植物生理环境、实时视频环境等各种作物生长过程中重要的参数进行实时监测，监测预警结果可以在园区展示中心实时展示，并对监测信息进行分析处理，以提供多方位、多角度的科学指导（图1）。

图1 “北方茶园数字化研究与应用”流程示意图

北方茶园在气候、土壤及地形等方面与南方茶园差异较大，因此数字化茶园的解决方案需要着重考虑环境因素的影响，加强气象灾害预警及干预功能，以适应不同地区的茶园管理需求。此外，北方茶园数字化发展在某些方面滞后于南方，因此在实现跨平台数据互联互通时，应注重技术创新及引进；在设备设施配套上，应注重研发与更新。

2.1 茶树生长环境监测

北方气象特征复杂，导致了茶叶的最佳生长期短，因此通过监测各种环境数据以准确控制茶树生长发育环境，可以使茶树生长长期处于一个相对最优的环境状态中。

在茶园中安装的气象环境采集设备和土壤环境采集设备（图2），能实现对环境条件变化的有效监测。通过在茶园安装各类茶园所需的传感器，实时监控茶园上方的空气温湿度、风速风向、大气压力、光照辐射总量，茶园土壤温湿度、土壤pH、土壤氮磷钾含量，以及茶树生长情况等。运用这些设备为茶园管理人员提供详细的监测数据，为及时调整和控制茶园培育环境提供专业依据。将茶叶品质产量与种植期间的数据提供给专家进行深入分析，并以可视化的方式呈现，为茶农提供种植参考依据，同时为茶叶产品终端消费者提供品质保障。

图2 茶园中安装气象环境采集设备和土壤环境采集设备

借助物联网、云计算等手段，实现对茶树生长环境及茶叶生产、加工、流通、销售等过程的精准化、智能化管理，茶园物联网信息采集-数据分析-优化投入方案-田间实践的良性循环，促进茶叶增产增效[5]。

在威海、青岛、临沂等地茶园内建设的实时数字化全维度气象环境监测站

山东省在威海、烟台、青岛、日照、临沂、泰安等地茶叶主产区内，开展了数字茶园建设与应用。选取威海、烟台、临沂等地10 处代表性茶园建设实时数字化全维度气象环境监测站，通过智能物联网环境监测系统，根据监测茶园土壤的温湿度、电导率、pH、光照强度、风速、风向、CO2等数据，对各类气象灾害发生做出预警，从而实现智能化茶园管理，保障茶叶质量与产量。

2.2 茶树生理监测系统

建设农业智能相机，对茶树生长过程进行近距离定时拍照收集，抓取作物动态瞬间，经由网络自动上传至茶园物联网管理系统。通过物联网管理系统，园区管理者可随时掌握茶叶生长动态，并采取及时有效的应对措施，实现茶园栽培管理的可视化和精准化，同时也可为农产品质量追溯提供数据支撑。

农业智能相机示意图

2.3 水肥一体化智能灌溉

在茶园内建设水泵、过滤系统、控制系统、电磁阀、滴灌系统、雾化喷淋系统等设施装备，全面铺设微喷、滴灌等水肥一体化系统（图3），安装无线传感网络，基于农业物联网和作物生长模型实现对茶园精准水肥一体化智能控制。数字茶园生长环境监测系统，能够对园区内的土壤、作物生理、气象小环境和农业气象灾害等因素实现全维度、高密度和高粒度的大数据在线监测。充分利用园区的物联网系统，创造有利于茶树生长的小环境，实现茶叶栽培管理中的水肥药一体化精准管理和自动化控制。

图3水肥一体化智能灌溉示意图

如在威海威茗茶业有限公司的示范园中，安装有茶叶生长环境监测系统和水肥一体化智能灌溉系统。平台会根据茶树不同生长阶段，提供适宜茶树生长的土壤温湿度和氮磷钾等数据的阈值与实时监测数据做比对分析，不仅可以为改善生产环境、预警自然灾害发生与产品质量追溯提供数据支持，同时也能为茶叶种植管理提供科学精准的施肥灌溉依据。水源通过三级过滤设备后，与肥料融合，通过管网将水肥精准地输送到田间，再通过滴灌的方式，将水肥精准地作用到茶树根系部位。

根据地块的面积，安装了对应数量的无线电磁阀，作为一个独立的灌溉分区，通过“耕者宝”小程序实现了水肥机和电磁阀的远程开启、关闭，以及分区分组定时定量灌溉。通过这些精准管控，可以及时精准地调节和改善基地的土壤环境，使茶树长期处于最佳生长环境和生理状态，提高了管理水平，节约了生产成本，提升了茶园效益。

2.4 茶园小气候自动调节和干预

应用物联网设备采集的茶园小气候数据，结合水肥一体化设备等机械自动化设备，实现对茶园小气候的自动调节和干预，提高茶叶的品质和产量。

安装空气温度、空气湿度、光照、降雨量等传感器，实时监测茶园的气候数据，通过物联网设备将数据传输到云端或本地数据中心进行分析和处理。分析茶园气候数据，当气候条件超过预设范围时，系统自动发出预警信号，提醒管理人员采取相应措施。工作人员根据采集到的数据，通过水肥一体化设备等自动化设备，能够对茶园进行精准管理。例如，当茶园温度过高时，自动开启喷水装置进行降温；当茶园湿度过低时，自动开启灌溉系统进行补水等。基于采集和分析的数据，通过算法和模型，智能化地给出茶园管理的决策建议。

茶园小气候自动调节和干预示意图

2.5 茶园气象灾害预测、霜冻防治

早春气温不稳定，茶园容易遭受“倒春寒”霜冻的侵袭。调查表明，“倒春寒”轻则造成茶树新梢芽叶焦灼，产生“麻点”现象，重则造成成片已萌发芽叶焦枯失水，导致当年春茶减产甚至绝收，会给茶叶生产者带来严重的经济损失[11]，因此，做好“倒春寒”预防工作对保障当年的茶叶产量和品质至关重要。

在园区建设农业气象灾害监测预警系统和智能雾化防霜冻系统能有效解决“倒春寒”的霜冻问题。以物联网、实时监控、智能预警等技术，结合农业气象预报数据，建设高标准、高质量、高水平的农业灾害监测预警系统，可完成茶树生长阶段判定、灾害监测、霜冻预测等功能，实现园区灾害的监测和预警（图4）。

图4 茶园气象灾害预测示意图

结合智能雾化防霜冻系统（图5），保证茶树叶片表面形成冰水混合物，温度始终保持在0 ℃状态，保护茶叶不被冻坏。基于茶园物联网监测设备，系统可以精准在线监测到10 层空气梯度温湿度、茶树冠层温湿度、茶树冠层风速风向及地面温湿度等，采集的数据依据霜冻模型自动执行相应的运算，可以准确分辨霜冻的类型（平流霜冻、辐射霜冻和混合霜冻等），准确预测霜冻来临时间和类型。

图5 茶园智能雾化防霜冻系统示意图

山东省临沂市丘陵广布，适宜茶树生长，但春季易受霜冻天气影响。为此，临沂春曦茶叶有限公司茶园引进安装了“防霜冻风扇”。当夜晚温度降到4 ℃时，风扇自动启动后，把高处暖空气吹到茶树上，而且风扇转动可带动空气流动，削弱逆温层以上的上层冷空气下沉，从而减轻或消除霜冻对茶树的影响，解决茶叶防霜冻的难题。

2.6 病虫害智能监测预警

病虫害智能监测设备（图6）可对收集的害虫分别进行分段存放、拍照与计数，并将数据发送至监测平台，平台整理分析每天的数据，形成数据库，以供植保专家远程诊断。结合茶园物联网监测传感数据，为用户计算和展现病虫害图形，精准预测病虫害发生时间和程度，指导用户提前采取措施进行有效防治。

图6 茶园病虫害智能监测预警示意图

茶树种植对精准施肥施药有严格要求，通过布局茶园物联网综合监测系统收集茶园环境、土壤墒情、病虫害等数据对茶树生长态势进行精准把控，并结合作物长势采用植保无人机可实现茶园生物农药精准可变量喷洒。

2.7 茶园可视化实时监控系统

在园区安装高清枪型摄像机和360°高清球型摄像机，对茶园环境进行实时监控，实时采集视频信号，显示茶树生长实时画面，管理者可在手机或电视上远程查看，随时随地了解茶园情况。视频监控实时监测定位信息，并将监控视频进行存储，在平台上可实时预览视频或调取存储录像。

茶园可视化实时监控系统示意图

2.8 数字茶叶

数字茶叶是一种全新的茶叶管理和营销方式，通过数字化技术手段，对茶叶生产进行全流程管理和监控，以提高茶叶质量和生产效率，并为消费者提供更加安全、健康、高品质的茶叶产品。按照《茶叶质量安全追溯系统建设要求》（DB37/T 3970—2020）来建设茶叶追溯系统，对茶叶生产、加工过程数据进行全程记录，实现了茶叶的全程可视化追溯。

茶叶追溯系统是“生产有记录、流向可追踪、质量可追溯、责任可界定、违者可追究”的大数据平台，实现了农产品从生产到加工、包装、批发、销售的各环节可追溯。各系统数据深度整合，实现跨系统追溯，从投入品的销售流向、基地的使用情况、茶叶的检测结果到茶叶的流向全程无缝整合，组成一条完整的追溯链条。将全链路信息传到区块链中，为每一个茶叶产品创建唯一的“原产地身份证”，从而实现茶叶的来源可查、去向可追、责任可究，实现“从茶园到茶杯”的全程追溯。在销售终端，消费者只要用手机轻轻一扫，即可了解茶叶生产、加工的整个过程。

3 北方茶园数字化建设主要经验

3.1 问题导向和结果导向

北方茶园数字化应用的研究以问题和结果为导向，通过数字技术的应用、技术培训、人才培养、深加工能力的提升，以及品牌建设和宣传等手段，可有效解决北方茶园气象灾害易发、种植经验落后、人口老龄化、深加工能力缺乏、品牌知名度低等问题。促进北方茶产业可持续发展。因此，在基地建设初期就应整体考虑茶园物联网系统的建设，通过前期的数据积累，为茶园管理、茶叶生产提供数据支撑。

3.2 注重数据有效性

茶园数字化发展的前提是数据的有效积累，数据的准确性和稳定性决定了所积累数据的有效性。由于茶园多位于野外山区，电力和网络条件受限，北方茶园在冬季面临低温的严峻挑战。目前市场上的一些气象和土壤传感器采集终端在数据采集的精准性、稳定性和连续性方面存在一些问题，影响了数据的价值。因此，在选择采集终端时，就应注重设施的稳定性和精准性。

3.3 茶园数字化要实现跨平台融合

为使茶园管理高效、精细，需将农艺、农技、农机紧密结合，将数字茶园管理经验与茶叶品质产量相融合，通过软件模型与硬件设施设备的联动，实现智能化管理。这将有效解决茶园数据资源浪费、人力成本高昂、管理方式粗放等问题，进一步提升茶叶品质与茶园效益，为茶产业可持续发展注入新的活力。

4 北方茶园数字化发展展望

茶园数字化为解决北方茶产业发展困境提供了全新的视角，以数字化调控茶园小气候，实现茶园精细化管理，减少化肥和农药的使用量，提高了茶叶的产量和品质。随着技术的不断进步和应用，可以预见未来的茶园将更加智能化、精细化和绿色化，为消费者带来更加健康和环保的茶叶产品。

茶园数字化有望解决劳动力短缺的问题。通过数字化技术的应用，茶园实现精准种植、自动化管理、智能化销售和管理等目标，减少对人工的依赖，降低人力成本，推动农业的可持续发展。

茶园数字化有望推动北方茶叶产业的升级和发展，通过电子商务平台、物联网技术等数字化工具，提高北方茶叶品牌影响力，拓宽销售渠道，实现线上销售和线下体验的有机结合，提高产业的竞争力和市场影响力。

北方茶园数字化技术的应用是贯彻落实我国“四化同步”国家战略、加快转变茶产业发展方式和推进茶业现代化建设的迫切需要；数字化技术在北方茶园管理中的强力渗透，生产、经营、管理、服务四大领域相互衔接，有助于促进信息化和茶业现代化深度融合，推动北方茶业全产业链改造升级，为推进北方茶产业高质量发展、实施乡村振兴战略、建设数字中国作出积极贡献。

参考文献

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[11]王舒婷,曲凤凤,张新富,等.“倒春寒”冻害茶叶的加工工艺研究[J].山东农业科学,2020,52(7):137-141.

基金项目：山东省茶叶产业技术体系威海综合试验站（SDAIT-19-10）、威海科润综合试验站（SDAIT-19-12）专项人才资金支持项目

作者简介：王梓清，女，农艺师，主要从事果树、茶叶等技术研究与推广工作。

*通信作者，E-mail：whsgcz@163.com

文章来源：《中国茶叶》2024年第4期

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