基于气流屏障下的茶园低温冻害防控研究

孙永明，雷礼文*，王永刚，黄尚书，余跑兰，林小兵

（1. 江西省红壤研究所，江西 南昌 330046；2. 婺源县农业农村局，江西 婺源 333200）

茶叶是江西传统特色产业，是茶区农民脱贫致富、农村经济发展重要支柱性产业［1－5］，更是策应国家乡村振兴战略和江西绿色崛起战略的重要举措和有力抓手［6－7］。然而，随着全球性气候异常变化的影响［8－10］，江西茶区不断受到雨雪、冰冻等极端低温天气的困扰和威胁［11－15］，据气象监测数据显示［16］：1950～2010年这60年中，江西发生大冻害天气（＜-5℃）7次，几乎每10年发生至少一次，极端最低气温赣北为-9～-15.8℃，赣中-6.6～-12.5℃，赣南-5.5～-7.1℃；一般冻害天气（0℃～-5℃）平均3年左右发生一次。茶树受冻后，轻则减产，重则死亡，常造成巨大损失，如2008年出现的大规模大范围低温冰雪天气，仅婺源县茶园受损面积就高达9万亩，超过5成以上茶园受灾，尤其是新种茶园茶树大面积受损，成活率不到50%，部分高山茶园及低山投产茶园春季名优茶绝收，直接经济损失1.28亿元。因此，开展茶园冻害减灾避灾、探索科学有效的防治措施是摆在全省各级茶叶科技工作者面前十分紧迫而现实的问题，对保障江西茶产业健康发展、维持茶农稳定收入、维护茶区社会和谐具有重要意义。

目前，国内外学者对茶树冻害研究已有相关报道［17－21］，相继明确了茶树冻害成因、冻害机理，划分了冻害等级以及提出了覆盖、熏烟、喷水等防冻技术，为当前茶园冻害防控提供了重要的理论和技术支撑，但关于气流屏障技术研究鲜见报道，且绝大部分现有技术在实际操作过程中存在明显的区域性和局限性，防控效果差。如冬季覆盖稻草（野草）量难于收集；熏烟容易产生明火且污染环境；喷水量难于掌控，若中途停止，则比不喷水时更易发生冻害。为此本研究以阻碍冷空气的平流运动以及与茶树叶片的直接接触为出发点，通过设置围挡，比较不同处理温度下，茶树冻害发生差异，探讨冻害影响各因子之间的关联性、贡献率，以期为茶园冻害减灾避灾提供新思路、新方法。

1 材料与方法

1.1 供试茶园

试验茶园位于江西省庐山市华林镇共同村，地理坐标为东经115°55′15″，北纬29°24′5″，海拔110 m，冬季平均气温15～18℃，极端最低气温-11℃。茶树品种为迎霜，树龄为3年。

1.2 试验设置

试验设置3个处理，处理1：自然生长环境下未采取任何措施（对照）；处理2：在茶蓬四周按照长20 m、宽6 m、高1.5 m设置围布（“穿衣”），围布厚度为60 g·m-2；处理3：在茶蓬四周设置围布，同时在茶蓬上方齐平围布高度覆盖一层白膜（“穿衣＋戴帽”）。白膜厚度为5 s（0.05 mm），透光率可达96%。围布为无纺布，由进口聚丙烯颗粒为原料制成。白膜和围布均不影响茶树的产量与品质。每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积120 m2。

1.3 观测指标及方法

温度指标：在每个处理茶园地上1.5 m处放置1台温度记录仪（SSN-11E，深圳宇问加壹传感系统有限公司），于2020年12月29日开始每隔0.5 h记录一次温度，直至2021年1月21日结束。日平均气温计算方法：将全天24 h内监测的气温相加后平均，日平均气温＝（t1＋t2＋……＋tn）/n；日较差计算方法：将全天24 h内监测的最高气温减最低气温，日较差＝t最高－t最低；日低温持续时间计算方法：将全天24 h内气温≤0℃的时间相加，日低温持续时间＝h1＋h2＋……＋hn；日负积温计算方法：将全天24 h内气温≤0℃的温度相加，日负积温＝t1＋t2＋……＋tn。

受冻率指标：分别于2021年1月5日（第一波寒潮结束）、1月14日（第二波寒潮结束）、1月21日（气温回暖）3次对各个处理茶树受冻率进行调查，调查方法随机取3棵茶树进行受冻率调查，调查出现变色、枯焦或脱落的受冻叶片数和整个样方内所有的叶片数，受冻率＝∑n /∑N。

1.4 数据统计分析

采用Excel进行数据整理统计，采用OriginPro8.1进行制表和绘图，采用DPS软件进行相关性、显著性及主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理温度变化

2.1.1 日低温

由图1可见，试验期间各处理日出现低温（≤0℃）天数分别为：对照13 d，围布1 d，围布＋膜10 d，与对照相比，围布、围布＋膜处理发生天数分别减少1 d和3 d；各处理日出现低温（≤0℃）时间累加分别为：对照93.5 h，围布84 h，围布＋膜77.5 h，与对照相比，围布、围布＋膜处理持续时间分别减少9.5 h和16 h，降幅10.16%～17.11%；各处理日出现低温（≤0℃）温度累加分别为：对照-431.9℃，围布-407.2℃，围布＋膜-344.5℃，与对照相比，围布、围布＋膜处理负积温下降24.7℃和87.4℃，降幅5.72%～20.23%。综上所述，围挡可以有效减少低温（≤0℃）发生天数、持续时间以及负积温。

图1 不同处理对日最低温、日出现低温时间累加和日出现低温温度累加的影响Fig. 1 Effects of treatments on lowest daily temperature and accumulation and duration of subfreezing temperature surrounding tea bushes

2.1.2 日均温和日较差

由图2可知，各围挡措施均能有效降低地上1.5 m日均温和日较差，试验期间围布和围布＋膜日均温平均值为5.92℃和5.99℃，与对照日均温（6.60℃）相比，围布和围布＋膜处理分别降低了0.68℃和0.61℃，降幅9.24%～10.30%；围布和围布＋膜日较差平均值为13.53℃和12.52℃，与对照日较差（15.39℃）相比，围布和围布＋膜处理分别降低了1.86℃和2.87℃，降幅12.08%～18.64%，可见围挡措施可以减小空气温度的波动范围，更有利于保持空气温度的稳定性。

图2 不同处理对日均温和日较差的影响Fig. 2 Effects of treatments on average and fluctuation range of daily temperature

2.2 不同处理冻害差异

根据茶树受冻调查（图3）结果显示，3个不同调查时期各处理茶树均不同程度的发生冻害，茶树受冻率均表现为：对照＞围布＞围布＋膜。其中1月5日，与对照的茶树受冻率（11.61%）相比，围布和围布＋膜处理茶树受冻率分别下降了2.11%～3.38%；1月14日，与对照的茶树受冻率（25.36%）相比，围布和围布＋膜处理茶树受冻率分别降低了3.45%～7.05%；1月21日，与对照的茶树受冻率（26.55%）相比，围布和围布＋膜处理茶树受冻率分别降低了4.37%～8.08%。方差分析表现为围布＋膜处理茶树受冻率显著低于对照（P＜0.05），而围布与对照处理的茶树受冻率差异不显著。由此可见，围挡对减轻茶树受冻有一定的积极作用。

图3 不同处理对茶树受冻率的影响Fig. 3 Effect of treatments on tea plant freeze-injury rate

2.3 冻害影响因子相关性分析

将茶树受冻率与平均日最低温度、极端日最低温度、平均日温度、平均日较差、日低温（≤0℃）持续时间、日低温积温进行相关性分析（表1），结果显示：茶树受冻率与平均日最低温度、极端日最低温度、平均日温度呈极显著负相关（P＜0.01），与日低温持续时间、日低温积温呈极显著正相关（P＜0.01），与平均日较差不相关（P＞0.05）。

表1 茶树受冻率相关性分析Table 1 Factors affecting plant freeze-injury

2.4 冻害影响因子主成分分析

为探明各冻害影响因子的贡献率，对平均日最低温度、极端日最低温度、平均日温度、平均日较差、日低温（≤0℃）持续时间、日低温积温6个因子进行主成分分析，结果显示（表2）：在所有的主成分构成中，第一主成分贡献率最大，为89.69%，几乎反映了全部信息。第1主成分主导因子为平均日最低温度、平均日温度、日低温持续时间，他们的权重系数分别为0.4257、0.4254、0.4249。

表2 主成分分析各因子载荷量及贡献率Table 2 Principal component analysis on load capacity and contribution rate

2.5 冻害影响代表因子阈值估算

按照主成分1中载荷量大小排序，剔除与载荷量最大因子存在相关性的指标，最终选取平均日最低温度1个代表因子，与茶树受冻率进行曲线拟合，结果显示：二者的关系可以用线性方程进行描述（图4），拟合方程为y＝-0.026x＋0.08,（n＝9，R2＝0.949）。根据茶树低温冻害分级标准，冻害级别小于10%视为对农业生产基本无影响，由此计算10%冻害发生率的平均日最低温度阈值为-0.77℃。

图4 茶树受冻率与平均日最低温度线性拟合Fig. 4 Linear fitting between plant freeze-injury rate and average lowest daily temperature

3 讨论与结论

通常情况下，气温在0℃以下，自由水在茶树细胞间隙中形成冰晶，茶树开始受冻［22］，且随着低温越低，持续时间越长，冻害发生就越重［23］。本研究充分证实了该观点，发现围布、围布＋膜措施可以有效减少低温（≤0℃）发生天数、持续时间以及负积温，从而起到减轻茶树受冻的作用。究其原因，主要是围布措施直接阻碍了冷空气平流及垂直运动，削弱了冷空气对茶树的直接侵害。此外，当空气温度骤降，近地面的水汽在茶树植株表面凝结成白色结晶［24］，会发生霜冻。霜冻往往是降温剧烈导致，以李亚春［25］等对苏南茶区茶树春霜冻害风险触发临界指标2℃计算，试验区冬季温度骤降13～16℃开始发生冻害，本研究结果与该观点基本一致。研究发现与对照日较差（15.39℃）相比，围布和围布＋膜处理分别降低了1.86℃和2.87℃，降幅12.08%～18.64%，其主要原因是形成了茶树局部环境与外界大气热交换的屏障层，起到了温度的调控作用。

茶树冻害影响因素众多［26－28］，从内因来说，与品种、树龄、生长势及当年枝条的成熟及休眠与否均有关联；从外因来说，与气象、地势、坡向、水体、土壤、栽培管理等因素分不开，归根结底冬季低温是茶树发生冻害的主要原因［29］，本研究揭示了平均日最低温度、平均日温度、日低温持续时间是低温冻害主导因子，贡献率为89.69%；计算出10%冻害发生率的平均日最低温度阈值为-0.77℃，为茶园冻害防控提供了重要的理论依据。本研究不足之处在于缺少茶园冻害与地形地势、风速风向、茶树品种树龄以及栽培管理水平等关联性研究，有待下一步探索。综上所述，围布＋膜是冬季茶区尤其是幼龄茶园值得推广的冻害减灾避灾技术。