防霜风扇在茶园中的增温效果

黄海涛，毛宇骁，李红莉，余继忠

(杭州市农业科学研究院 茶叶研究所，浙江 杭州 310024)

浙江茶区位于我国东部沿海，属典型的亚热带季风气候区，四季分明，季节变化中各种气象灾害频繁发生，春季霜冻“倒春寒”是浙江茶叶产区最严重的自然灾害之一[1-4]。因此，茶园霜冻害防御技术是促进茶叶稳产增收的关键。目前，茶园霜冻害防御方法主要有覆盖法、烟熏法、防霜风扇和喷灌防霜等[5-7]。风扇防霜的原理是早春霜冻发生的同时一般存在辐射逆温现象，使用风机扰动气流，将上方暖空气与下方茶树冠层处冷空气进行对流混合，以提高茶树冠层温度，从而达到防霜的目的，是目前公认的一种经济且有效的方法[8-9]。我国茶园防霜风扇系统在2000年以后从日本引进并逐渐推广开来。浙江茶区于2007年首次从日本古田电机公司将茶园防霜风扇系统引入安吉地区白茶茶园，并验证了其茶园防霜冻的有效性；此后，逐渐得到小面积推广[10]。由于防霜风扇系统一次性投入较大，因此，其推广应用和相关使用技术条件研究并不多见，主要研究多见于早春逆温茶园近地时空特征和防霜冻效果等方面[8, 10]。本文对防霜风扇在早春逆温条件下对茶园的有效增温范围，以及不同启动温度条件下的增温效果进行了研究，优化了防霜风扇设置间距、回转角度、启动温度等技术参数，为更好地使用防霜风扇进行有效的霜冻防御提供了依据。

1 材料与方法

1.1 材料

防霜风扇系统为日本FULTA防霜风扇系统，每套防霜风扇系统由防霜风扇、控制箱、立杆、底座和线路配件等组成。近地温度测定采用江苏省精创电气股份有限公司生产的RC-4HC型温湿度记录仪，每台仪器使用前均经过标准校对。

1.2 方法

本试验于2019年春季进行，试验地点在浙江省杭州市西湖区转塘街道大清谷茶园基地(120°3′52″E，30°11′3″N，海拔24.6 m)，茶园面积2 hm2，安装有防霜风扇系统18套，防霜风扇间距26～30 m，纵深30～40 m，回转角度120°，安装高度6.5 m，俯角30°。该试验地点分别于2019年3月8日和4月1日发生霜冻害[11]；霜冻发生时，在不同水平距离、角度和垂直高度布置温湿度记录仪(如图1和图2所示)，测定防霜风扇的影响范围、增温效果，以及不同启动温度情况下的田间增温防霜冻效果。

图1 温度仪水平距离的布置

图2 温度仪垂直距离的布置

2 结果与分析

2.1 防霜风扇有效覆盖范围

2019年3月8日杭州市西湖区有霜冻发生，观察基地茶园霜冻发生情况，以及防霜风扇对霜的清除效果。如图3所示，风扇正下面覆盖盲区半径约为3.5 m，防霜风扇增温距离可达22 m，有效覆盖半径约为18.5 m，防霜风扇在左右两边各还有一个回转角30°的盲区。防霜风扇规划覆盖茶园面积975 m2，实际有效覆盖面积约为493.8 m2，有效覆盖率约为50.6%。

图3 风扇清霜的效果

2.2 防霜风扇的有效距离

温度仪布置如图1～2所示，温度仪距离地面垂直高度6.5 m。防霜风扇不同水平距离温度记录仪在霜冻发生期间的温湿度记录(表1)显示，防霜风扇对距离防霜风扇0～18 m的最低温度均有提升，距离防霜风扇22.5 m开始最低温度明显下降，27 m位置较18 m位置最低温度低0.8 ℃左右；表明防霜风扇覆盖力度在22.5 m处已经开始减弱，而在27 m左右急剧减弱。温度记录仪结果与观察到的落霜清除面积情况一致。

表1 3月8日茶园水平面温度分布

2.3 茶园垂直高度温度变化

距离风扇9 m位置观测点不同垂直高度的温度如表2所示。对照组3.0 m处最低温度最低，低于1.5 m和近地0.2 m的温度。启动防霜风扇以后，茶园上层3.0 m、茶蓬面层1.5 m和近地0.2 m等位置空气的最低温度均较对照有所提升，表明防霜风扇对提高近茶丛1.5～3.0 m空气温度有一定的效果。

表2 3月8日茶园垂直高度温度分布

2.4 防霜风扇不同温度启动的效果

2019年4月1日茶园发生霜冻，分别设置3 ℃启动和4 ℃启动，结果如图4所示。设置为4 ℃启动的防霜风扇在23：30左右温度降低至4 ℃时率先启动，30 min内迅速将温度从4 ℃提升到5.2 ℃；此后随着冷空气温度继续下降，茶丛蓬面温度虽然有所下降，但最低温度仅为3.9 ℃，远远高于霜冻发生温度。设置为3 ℃启动的防霜风扇则推迟2 h启动，30 min内迅速将温度从2.4 ℃提升到4.2 ℃，此后随着温度继续下降，茶丛蓬面温度虽然有所下降，但最低温度为3.2 ℃，高于霜冻发生温度区域。

图4 防霜风扇不同温度启动的温度变化

3 小结

陆文渊等[10]研究表明，防霜风扇对安吉白茶茶园的增温效果明显，茶园冠层平均最大增温2.8 ℃。戴青玲等[12]在早春逆温条件下对茶园高架风扇防霜效果进行了研究，结果表明，随着风扇作用距离的增加，升温幅度逐渐减小，风扇轴线方向25 m内温度均有不同幅度提高，20 m内增温效果明显，试验中温度最高增幅达3.6 ℃。

本研究结果表明，在早春霜冻发生条件下，防霜风扇对茶丛蓬面附近垂直空间1～3 m的增温反应非常迅速，30 min就能大幅提升1.2～1.8 ℃，使茶园脱离霜冻发生温度区域；启动温度越高，增温效果越好，4 ℃启动较3 ℃启动能保持更高的最低温度和平均温度。单个防霜风扇正下方存在防御盲区，半径约为3.5 m，回转角度120°的防霜风扇两侧各有1个30°的防御盲区。综合考虑清霜效果和温度，单个防霜风扇的有效覆盖面积约为493.8 m2，风扇轴向距离22 m内有较好的增温和除霜效果。

本研究表明，风扇间距包括轴向距离设置为22 m左右较为合适，能更好地起到防霜冻效果；早春启动温度设定为低于4 ℃启动，防霜冻和增温效果更佳。

本研究是基于单个防霜风扇进行的，防霜风扇组会存在协同作用；因此，后续可对防霜风扇的应用条件做进一步优化。另外，如何解决防霜风扇立柱附近的防御盲区也是一个重要的方向。本研究结果为茶园防霜风扇的布置间距和密度、回转角度和启动温度等技术参数的设定提供了依据，也为茶园防霜风扇技术的推广使用提供了参考。