茶园防霜风机的研制及应用现状

李文萃，任广鑫，范起业，汤一，唐小林*

（1.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州 310016；2.浙江大学茶学系，浙江杭州 310058）

茶园防霜风机的研制及应用现状

李文萃1,2，任广鑫1，范起业1，汤一2，唐小林1*

（1.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州 310016；2.浙江大学茶学系，浙江杭州 310058）

对茶园防霜风机的工作原理及国内外的研制和应用效果进行了综述，同时分析了防霜风机的特点和存在问题。根据现有茶园防霜风机自动化程度高、操作简便、可降低劳动强度和防霜效果佳等优点，以及设备成本高，闲置时间长，易遭受外界和人为损坏等缺陷，提出了重点研究防霜风机的多重功效和动力来源，以增强系统的抗腐蚀性和稳定性，改进设备性能，降低生产成本等解决措施。另外，对防霜风机的应用前景进行展望，期望对其进一步发展和推广起到良好的促进作用。

防霜风机，研制，应用效果，前景

茶树春季发新芽后抗寒能力下降，易受到倒春寒影响而发生冻害，气温在0℃以下，甚至低于-2℃时就会出现冰冻，即使抗冻性强的良种也会遭受危害[1]。受冻害的嫩芽经加工后，滋味苦涩、香气低，严重冻害的早茶则不能采摘。据统计，2010年全国春茶产区70%的茶园受到冻害或干旱等极端恶劣气候影响；2011年初，持续干旱、低温和霜冻等气候导致多个产茶省的春茶上市时间推迟，明前茶产量下降12%左右[2]。2012年早春遭遇低温天气，导致茶树发芽晚、开采期推迟，春茶生产期缩短，各地呈现出不同程度的减产；2013年4月中旬，浙江、江西、福建等省出现轻度倒春寒现象[3]，这不仅给茶农造成巨大的经济损失，也制约了名优茶的生产。传统的防霜冻措施有培土保温、茶园铺草、灌水及熏烟驱霜等，这些方法均依靠人工预期准备，操作繁琐，费时费工，且污染环境，一定程度上也会影响产品品质，防霜冻效果并不理想。茶园防霜风机属于新型防霜设备，目前在国外一些发达国家应用较为普遍，尤其是日本，防霜机械设备的普及率达90%以上[4]。实践表明，茶园防霜风机可实现自动控制，能降低茶农的劳动强度，防霜效果好，具有广阔的应用前景。因此，了解防霜风机的工作原理、性能以及应用研究现状，对于我国相关设备的改进及茶园霜冻危害的预防和改善，具有一定的现实意义和指导作用。

1 茶园防霜风机的工作原理

1.1 原理

在低层大气中，气温一般随高度的增加而降低；但在早春倒春寒条件下，地面因辐射冷却而降温，离地越近，空气冷却降温越快，而上层空气受地面影响弱，降温缓慢，出现温度随着高度的上升而增加的趋势，这种现象叫“逆温现象”[4]。在此条件下，萌发的茶芽抗寒能力降低，嫩芽在0℃左右会受到轻度冻害，-3℃~-2℃时会严重冻害[5]。茶园防霜风机正是利用逆温层的存在，通过人工改变气象条件达到防霜目的。其工作原理是[6]：采用风机系统对近地区域的空气进行物理扰动，一方面，可以将茶园上方暖空气输送到茶树冠层，使冷暖空气充分混合以提高茶树冠层气温，避免降至0℃以下；另一方面，茶园近地空气经扰动后，形成微域气流，吹散水汽，能够减少露水形成，从而阻止霜冻发生；即使形成霜，也会减缓化霜速度，减轻芽叶的二次冻害。

1.2 结构与特点

常见的茶园防霜风机是利用钢管将一种特制的风扇架在离地面6m以上高处的设备，整机主要由立柱、电机、风扇、控制器及其它辅助配件组成，其风向和角度可调，能够适应不同地形。防霜风机多用于大田中，在设计时更多地兼顾了其防水性、安全性和耐用性。与传统防霜措施相比，防霜风机具有一次投入长期受益、自动化程度高、操作简单、便于维护以及降低劳动强度等优点，且防霜效果好，能有效解决使用大型常规防霜设备成本高、运输装卸繁琐以及人为预期霜冻时间的不可靠性等问题[7-8]。

2 茶园防霜风机的研制现状

2.1 国外研制情况

国外在防霜方面很早实现了机械化、自动化，防霜风机的使用在一定程度降低了农作物霜冻危害的发生。日本是最早开始利用风扇进行茶园防霜的国家，上世纪50年代采用机械对茶园、果园防霜的技术已较为成熟。到80年代末期，日本有霜害威胁的茶园90%以上开始使用机械防霜[5]。90年代末，静冈县茶业试验场研制出一种升降式防霜扇，该机的特点是：体积不大、占地面积小，将风扇上升的高度设定在2m左右，充分考虑了茶树高度和人员操作方便；在非霜季节可以随时降下[9]。升降式防霜机不仅解决了传统大型送风设备投资成本高、运输繁杂及影响田间其他农事操作等问题；同时能够缓解茶农的防霜劳动强度，具有实际使用价值。目前，在日本较为普及的是小型防霜风扇，如DFC1030-3K型。该型风扇扇叶直径为1m，电机功率为2.48kW，电源为三相380V。此设备的电缆架空配置，防霜机控制系统集中在同一控制箱内。风机系统通过总控制箱自动控制，利用安装于茶树蓬面的感应温度探头探测温度，使防霜机在茶蓬附近接近临界温度时能及时开启，运转开启温度一般设定在3~4℃[10]。近年来，又出现了可折叠的防霜扇，能够避免对其它茶园机械的操作造成障碍，但使用不多。防霜风机的深入研制，表明了日本对茶园霜冻问题的重视及机械化技术的先进性，值得借鉴。

美国与许多欧洲国家主要将此防霜技术应用于葡萄园、果园防霜，一般使用的防霜装置是塔式风机，该设备功率较大，通常以大功率柴油机作为动力来源，采用简单的温控器设定上下限来启闭装置[11-12]。由于该设备的控制方法需依据经验设定参数，只适用于地形简单均一、气象条件不复杂的情况；同时，机器运行过程中产生的废气对果园环境有一定污染，因此应用范围不广泛。

2.2 国内研制情况

我国对机械化防霜技术的研究起步较晚，防霜风机的研制和在茶园中的应用尚处在初步阶段。由江苏大学农业工程研究院开发的防霜系统主要结构包括：轴流风扇、转动云台、安装立柱、电气控制箱、温度传感器、调整部件等；主驱动电动机功率3kW，回转直径0.9m，转速998rad/min，安装俯角15~0°可调，摆动范围60°、90°、120°可调；由于安装后会全年暴露在外，风扇及配件均采用防锈、防腐装置[13]。另外，江南大学国家大学科技园与无锡市农机推广站自主研发的新型茶园防霜机通过了省级鉴定，专家认为该产品技术成果处于国内领先水平，具有实际推广价值[14]。中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院与相关单位合作，就茶园防霜风机进行了深入研究，开发了6CFJ-1000型茶园防霜风机。该机风量大，在地面垂直方向1.5m，离风机轴线中心水平方向25m范围内，风速为1.1~3.2m/s。

3 茶园防霜风机的应用效果研究现状

通过对早春逆温条件下茶园防霜风机的防霜效果进行研究，结果表明防霜风机的使用可以降低茶园的受霜冻率，有利于提高早春茶产量和经济效益。李传德等[15]研究发现，使用风机的受霜冻率比对照（未使用风机）低71.52%；冻害过后12天防霜机区域内的茶芽平均长度比对照增加108%，百芽重增加121%。

茶园防霜风机对茶树冠层有明显的增温效果，升温幅度一般在2~4℃，不同设备效果略有差异。楼黎静等[7]通过对比试验发现，逆温天气下启动防霜风扇可使安吉白茶茶树冠层气温平均提高2℃之多，茶园没有霜冻现象；而没有安装防霜风扇的茶园则出现不同程度的霜冻。另有研究发现开启防霜风扇后，茶园各层气温相差不大，变化趋势较一致，且防霜风扇对茶园的平均增温值最大达2.8℃[16]。胡永光等[17]研究发现，WT3000型高架风机防霜系统运行可靠稳定，比国外同类控制技术节能约20%；其有效防霜面积约1000m2，在辐射晚霜条件下，可提高茶树冠层温度约2.86℃；在重霜冻条件下，可提高茶叶产量约47.7%。戴青玲等[18]研究发现，距离防霜风机25m范围内茶园温度均有不同幅度提高，20m范围效果明显，10m处效果最好，最高升幅达3.6℃。另外，防霜面积还与风机的安装角度有关，因而在安装风扇时，要考虑好角度的设置，以便最大限度的发挥风机防冻作用。此外，不同近地点防霜风机的作用强度不同，水平方向距离风扇越远，风速越小。研究发现，0~ 15m范围内风速急剧变小，15~32m范围内，风速基本稳定在1~2m/s；1~5m/s的风速分布范围，约占总体分布的90%以上；如以风扇摆动范围90°计算，其有效作用面积将大于1000m2[13]。

茶园防霜风机不仅能够有效提高茶树冠层温度，还能保证早春茶叶的产量和品质，具有良好的经济、社会和生态效益。通过对中高档雨花茶春茶产值进行预估核算发现，使用防霜风机可使茶园每年减少损失约1989元/667m2，实现净增收1251元/667m2[10]。研究表明，防霜风机其每年分摊成本与遭受冻害的损失相当，但可使茶叶提早5天左右上市，为“人无我有”的早茶上市提供了间接效应[15]。

4 茶园防霜风机存在的问题和应用前景

尽管茶园防霜风机的防霜效果显著，效益明显，但是目前在推广方面还存在一定难度。一方面，国内使用的茶园防霜机械多数是从日本引进，设备成本高，一次性投入大，普通茶农和一般企业无法大规模应用[10]；另一方面，由于我国茶区众多，地形地貌复杂，引进的防霜设备需要对其可行性进行检验，具体的参数设置也需根据实际情况进行田间试验来作调整，该系统在茶园上的应用还未形成一套成熟的操作规范，因此一定程度上制约了防霜机械的大面积推广。若能得到各级政府支持，不仅能降低茶农投入成本，对风机防霜的普及也有一定积极推动作用。此外，防霜风机一年多数时间处于闲置状态，易遭受外界环境影响或人为破坏，从而缩短其使用年限。今后的研究可进一步探明防霜风机的多重功效和动力来源，以及增强风机系统的抗腐蚀性和稳定性，以提高其利用率。总之，研制新型防霜风机不仅可以推广现有较成熟的茶园防霜机械设备，起到科技示范作用，还可以改进和提高设备性能，降低生产成本，为今后的大范围推广应用创造条件。

针对早春茶面临的霜冻问题，采用机械化防霜已成为一种趋势。茶园防霜风机设备简单、经济效益显著、没有大气污染、能够自动控制，节约大量人力，而且有利于茶叶品质的改善，是防霜冻技术中一项有效的科研成果。防霜风机不仅可用于茶园防霜，对于其他农作物、经济作物和果园等同样适用。在我国，小麦、玉米、葡萄和果树等农作物受到霜冻危害的几率仍然很大，造成其产量下降、品质降低[19-22]。但多数仍采用传统的熏烟、灌水、施肥等方法，机械化防霜冻措施极少推行。若能将防霜风机在茶园上的防霜经验通过改良后运用在其它农作物上，将会极大程度地降低劳动强度，实现农业的机械化和自动化生产，具有重要社会效益和广阔的市场前景。

[1] 童启庆.茶树栽培学[M].北京:中国农业出版社,2007:302.

[2] 中国茶叶流通协会.2011年全国春茶产销形势分析报告[J].茶世界,2011,(6):24-29.

[3] 李佳禾,占万宝,梅宇.2013年全国春茶产销形势分析报告[J].茶世界,2013,(5):8-18.

[4] 李传德,荆国芳,赵挺俊.茶园使用防霜机械系统的初探[J].农业装备技术,2009,8(35):12-14.

[5] 赵挺俊,李传德.茶果园防霜机械系统的防霜机理与技术[J].江苏农机化,2011,(1):31-32.

[6] 武田善行,野中邦彦,中村顺行,等.茶大百科[M].日本:农山渔村文化协会,2008.

[7] 楼黎静,钱文春,陆文渊,等.安吉白茶茶园防霜风扇系统应用初探[J].茶叶科学技术,2009,(3):34-35.

[8] 戴青玲.茶园风扇防霜效果及控制技术研究[D].镇江:江苏大学,2008.

[9] 中野敬之.茶园防霜省力机械——升降式防霜扇[J].中国农技推广,1999,(3):23.

[10]李松,李传德.茶园防霜扇应用效果及推广效益初探[J].中国园艺文摘,2012,(11):177-179.

[11]Natita Kazutaka,SakumaHirobumi.Frostprevention fan:JP, JP10113076[P].1998-05-06.

[12]Brown Philip.Anti-frost fan:US,US4753034[P].1988-06-28.

[13]胡永光,李萍萍,戴青玲,等.茶园高架风扇防霜系统设计与试验[J].农业机械学报,2007,12(38):97-100.

[14]江苏新型茶园防霜机通过省级鉴定[J].农业装备与车辆工程, 2010,(5):14.

[15]李传德,荆国芳,赵挺俊,等.新型茶园防霜机应用效果试验[J].中国茶叶,2009,(8):25-27.

[16]陆文渊,钱文春,顾泽,等.安吉白茶茶园风扇防霜冻效果的研究[J].茶叶,2009,35(4):215-218.

[17]胡永光.基于气流扰动的茶园晚霜冻害防除机理及控制技术[D].镇江:江苏大学,2011.

[18]戴青玲,张胜波.早春逆温条件下茶园高架风扇防霜效果试验[J].江苏农业科学,2009,(4):220-222.

[19]石玉昆.小麦晚霜冻害原因与防御对策 [J].现代农业科技, 2007,(15):152.

[20]冯玉香,何维勋.我国玉米霜冻害的时空分布[J].中国农业气象,2000,21(3):6-9.

[21]张艳萍,宋长冰,安冬梅.葡萄霜冻害研究进展[J].中外葡萄与葡萄酒,2006,(3):41-43.

[22]宋天俊,刘安枫,衣先众,等.果树晚霜冻害的预防与补救措施[J].烟台果树,2005,(2):47-48.

表3 不同处理对茶树一芽二叶品质成分的影响Table 3 Impacts of different treatments on quality components of two leaves and a bud of tea

3 结论

茶园施用该叶面肥后，茶树新稍长度、百芽重、芽头密度、光合速率、细胞间隙CO2浓度显著增加，这表明使用该种叶面肥可以使茶叶增产。施用叶面肥的茶树一芽二叶水浸出物和氨基酸含量显著提高，茶多酚含量和酚氨比降低，这可使茶叶鲜味增加、苦涩味降低，从而可以提高茶叶品质。但是，本次试验只是按照此种叶面肥产品说明设计了一种喷施浓度，未能设置梯度试验，还有待进一步研究论证施肥浓度，但就1/300浓度试验效果来看，增产提质效应明显。

参考文献

[1] 周国兰,刘晓霞,何萍,等.“想不到”高能活性生物微肥在茶树上的应用效果[J].茶叶通讯,2009,(3):19-20.

[2] 楼基道.茶树喷施生物叶面肥效果试验初报[J].中国农业信息, 2009,(8):24-25.

[3] 邵建华,陆腾甲.氨基酸微肥的生产和应用研究进展[J].江苏化工,2000,28(2-3):40-42.

[4] Peers T.Plant nutrients-commercial availability and use[J]. Agriculture&Equipment International,1998,50(2):54-55.

[5] 张汉鸥,韩宝瑜,章正和,等.茶树益微对茶树生长发育和茶叶产量的影响[J].茶叶科学,1995,15(1):15-22.

Research Status of the Development and Application of Tea Anti-frost Fan

LI Wen-cui1,2,REN Guang-xin1,FAN Qi-ye1,TANG Yi2,TANG Xiao-lin1*
(1.Hangzhou Tea Research Institute,CHINA COOP,Zhejiang Key Laboratory of Transboundary Applied Technology for Tea Resources, Hangzhou 310016,China;2.Department of Tea Science,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)

This paper reviewed its operating principle and the research status of development and application effects at home and abroad.Meanwhile,it analyzes its features and problems.Based on the advantages of being highly automatic,easy to operate,reducing labor intensity and its anti-frost effect,and the defects of being high cost,long idle time,vulnerable to the outside world and man-made damage,it proposes that we should focused on the multiple effects and power sources of anti-forst fan to enhance corrosion resistance and stability of the system and improve the equipment performance toreduce the production costs.In addition,we expect the application of this fan will further develop and promote its technology.

Anti-frost fan,Development,Application effect,Prospect

S499

A

2095-0306（2014）02-0034-04

2013-01-25

李文萃（1988-），女，河南三门峡人，硕士，主要从事茶叶加工与审评方面的研究。

*通讯作者：dcshu@126.com