防霜風扇在茶園中的增溫效果

黃海濤，毛宇驍，李紅莉，余繼忠

(杭州市農業科學研究院 茶葉研究所，浙江 杭州 310024)

浙江茶區位于我國東部沿海，屬典型的亞熱帶季風氣候區，四季分明，季節變化中各種氣象災害頻繁發生，春季霜凍“倒春寒”是浙江茶葉產區最嚴重的自然災害之一[1-4]。因此，茶園霜凍害防御技術是促進茶葉穩產增收的關鍵。目前，茶園霜凍害防御方法主要有覆蓋法、煙熏法、防霜風扇和噴灌防霜等[5-7]。風扇防霜的原理是早春霜凍發生的同時一般存在輻射逆溫現象，使用風機擾動氣流，將上方暖空氣與下方茶樹冠層處冷空氣進行對流混合，以提高茶樹冠層溫度，從而達到防霜的目的，是目前公認的一種經濟且有效的方法[8-9]。我國茶園防霜風扇系統在2000年以后從日本引進并逐漸推廣開來。浙江茶區于2007年首次從日本古田電機公司將茶園防霜風扇系統引入安吉地區白茶茶園，并驗證了其茶園防霜凍的有效性；此后，逐漸得到小面積推廣[10]。由于防霜風扇系統一次性投入較大，因此，其推廣應用和相關使用技術條件研究并不多見，主要研究多見于早春逆溫茶園近地時空特征和防霜凍效果等方面[8, 10]。本文對防霜風扇在早春逆溫條件下對茶園的有效增溫范圍，以及不同啟動溫度條件下的增溫效果進行了研究，優化了防霜風扇設置間距、回轉角度、啟動溫度等技術參數，為更好地使用防霜風扇進行有效的霜凍防御提供了依據。

1 材料與方法

1.1 材料

防霜風扇系統為日本FULTA防霜風扇系統，每套防霜風扇系統由防霜風扇、控制箱、立桿、底座和線路配件等組成。近地溫度測定采用江蘇省精創電氣股份有限公司生產的RC-4HC型溫濕度記錄儀，每臺儀器使用前均經過標準校對。

1.2 方法

本試驗于2019年春季進行，試驗地點在浙江省杭州市西湖區轉塘街道大清谷茶園基地(120°3′52″E，30°11′3″N，海拔24.6 m)，茶園面積2 hm2，安裝有防霜風扇系統18套，防霜風扇間距26～30 m，縱深30～40 m，回轉角度120°，安裝高度6.5 m，俯角30°。該試驗地點分別于2019年3月8日和4月1日發生霜凍害[11]；霜凍發生時，在不同水平距離、角度和垂直高度布置溫濕度記錄儀(如圖1和圖2所示)，測定防霜風扇的影響范圍、增溫效果，以及不同啟動溫度情況下的田間增溫防霜凍效果。

圖1 溫度儀水平距離的布置

圖2 溫度儀垂直距離的布置

2 結果與分析

2.1 防霜風扇有效覆蓋范圍

2019年3月8日杭州市西湖區有霜凍發生，觀察基地茶園霜凍發生情況，以及防霜風扇對霜的清除效果。如圖3所示，風扇正下面覆蓋盲區半徑約為3.5 m，防霜風扇增溫距離可達22 m，有效覆蓋半徑約為18.5 m，防霜風扇在左右兩邊各還有一個回轉角30°的盲區。防霜風扇規劃覆蓋茶園面積975 m2，實際有效覆蓋面積約為493.8 m2，有效覆蓋率約為50.6%。

圖3 風扇清霜的效果

2.2 防霜風扇的有效距離

溫度儀布置如圖1～2所示，溫度儀距離地面垂直高度6.5 m。防霜風扇不同水平距離溫度記錄儀在霜凍發生期間的溫濕度記錄(表1)顯示，防霜風扇對距離防霜風扇0～18 m的最低溫度均有提升，距離防霜風扇22.5 m開始最低溫度明顯下降，27 m位置較18 m位置最低溫度低0.8 ℃左右；表明防霜風扇覆蓋力度在22.5 m處已經開始減弱，而在27 m左右急劇減弱。溫度記錄儀結果與觀察到的落霜清除面積情況一致。

表1 3月8日茶園水平面溫度分布

2.3 茶園垂直高度溫度變化

距離風扇9 m位置觀測點不同垂直高度的溫度如表2所示。對照組3.0 m處最低溫度最低，低于1.5 m和近地0.2 m的溫度。啟動防霜風扇以后，茶園上層3.0 m、茶蓬面層1.5 m和近地0.2 m等位置空氣的最低溫度均較對照有所提升，表明防霜風扇對提高近茶叢1.5～3.0 m空氣溫度有一定的效果。

表2 3月8日茶園垂直高度溫度分布

2.4 防霜風扇不同溫度啟動的效果

2019年4月1日茶園發生霜凍，分別設置3 ℃啟動和4 ℃啟動，結果如圖4所示。設置為4 ℃啟動的防霜風扇在23：30左右溫度降低至4 ℃時率先啟動，30 min內迅速將溫度從4 ℃提升到5.2 ℃；此后隨著冷空氣溫度繼續下降，茶叢蓬面溫度雖然有所下降，但最低溫度僅為3.9 ℃，遠遠高于霜凍發生溫度。設置為3 ℃啟動的防霜風扇則推遲2 h啟動，30 min內迅速將溫度從2.4 ℃提升到4.2 ℃，此后隨著溫度繼續下降，茶叢蓬面溫度雖然有所下降，但最低溫度為3.2 ℃，高于霜凍發生溫度區域。

圖4 防霜風扇不同溫度啟動的溫度變化

3 小結

陸文淵等[10]研究表明，防霜風扇對安吉白茶茶園的增溫效果明顯，茶園冠層平均最大增溫2.8 ℃。戴青玲等[12]在早春逆溫條件下對茶園高架風扇防霜效果進行了研究，結果表明，隨著風扇作用距離的增加，升溫幅度逐漸減小，風扇軸線方向25 m內溫度均有不同幅度提高，20 m內增溫效果明顯，試驗中溫度最高增幅達3.6 ℃。

本研究結果表明，在早春霜凍發生條件下，防霜風扇對茶叢蓬面附近垂直空間1～3 m的增溫反應非常迅速，30 min就能大幅提升1.2～1.8 ℃，使茶園脫離霜凍發生溫度區域；啟動溫度越高，增溫效果越好，4 ℃啟動較3 ℃啟動能保持更高的最低溫度和平均溫度。單個防霜風扇正下方存在防御盲區，半徑約為3.5 m，回轉角度120°的防霜風扇兩側各有1個30°的防御盲區。綜合考慮清霜效果和溫度，單個防霜風扇的有效覆蓋面積約為493.8 m2，風扇軸向距離22 m內有較好的增溫和除霜效果。

本研究表明，風扇間距包括軸向距離設置為22 m左右較為合適，能更好地起到防霜凍效果；早春啟動溫度設定為低于4 ℃啟動，防霜凍和增溫效果更佳。

本研究是基于單個防霜風扇進行的，防霜風扇組會存在協同作用；因此，后續可對防霜風扇的應用條件做進一步優化。另外，如何解決防霜風扇立柱附近的防御盲區也是一個重要的方向。本研究結果為茶園防霜風扇的布置間距和密度、回轉角度和啟動溫度等技術參數的設定提供了依據，也為茶園防霜風扇技術的推廣使用提供了參考。