防霜風(fēng)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(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 茶葉研究所，浙江 杭州 310024)

浙江茶區(qū)位于我國東部沿海，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，季節(jié)變化中各種氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生，春季霜凍“倒春寒”是浙江茶葉產(chǎn)區(qū)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一[1-4]。因此，茶園霜凍害防御技術(shù)是促進(jìn)茶葉穩(wěn)產(chǎn)增收的關(guān)鍵。目前，茶園霜凍害防御方法主要有覆蓋法、煙熏法、防霜風(fēng)扇和噴灌防霜等[5-7]。風(fēng)扇防霜的原理是早春霜凍發(fā)生的同時(shí)一般存在輻射逆溫現(xiàn)象，使用風(fēng)機(jī)擾動(dòng)氣流，將上方暖空氣與下方茶樹冠層處冷空氣進(jìn)行對流混合，以提高茶樹冠層溫度，從而達(dá)到防霜的目的，是目前公認(rèn)的一種經(jīng)濟(jì)且有效的方法[8-9]。我國茶園防霜風(fēng)扇系統(tǒng)在2000年以后從日本引進(jìn)并逐漸推廣開來。浙江茶區(qū)于2007年首次從日本古田電機(jī)公司將茶園防霜風(fēng)扇系統(tǒng)引入安吉地區(qū)白茶茶園，并驗(yàn)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(fēng)扇系統(tǒng)一次性投入較大，因此，其推廣應(yīng)用和相關(guān)使用技術(shù)條件研究并不多見，主要研究多見于早春逆溫茶園近地時(shí)空特征和防霜凍效果等方面[8, 10]。本文對防霜風(fēng)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(dòng)溫度條件下的增溫效果進(jìn)行了研究，優(yōu)化了防霜風(fēng)扇設(shè)置間距、回轉(zhuǎn)角度、啟動(dòng)溫度等技術(shù)參數(shù)，為更好地使用防霜風(fēng)扇進(jìn)行有效的霜凍防御提供了依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

防霜風(fēng)扇系統(tǒng)為日本FULTA防霜風(fēng)扇系統(tǒng)，每套防霜風(fēng)扇系統(tǒng)由防霜風(fēng)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(chuàng)電氣股份有限公司生產(chǎn)的RC-4HC型溫濕度記錄儀，每臺(tái)儀器使用前均經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)校對。

1.2 方法

本試驗(yàn)于2019年春季進(jìn)行，試驗(yàn)地點(diǎn)在浙江省杭州市西湖區(qū)轉(zhuǎn)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(fēng)扇系統(tǒng)18套，防霜風(fēng)扇間距26～30 m，縱深30～40 m，回轉(zhuǎn)角度120°，安裝高度6.5 m，俯角30°。該試驗(yàn)地點(diǎn)分別于2019年3月8日和4月1日發(fā)生霜凍害[11]；霜凍發(fā)生時(shí)，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(fēng)扇的影響范圍、增溫效果，以及不同啟動(dòng)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(jié)果與分析

2.1 防霜風(fēng)扇有效覆蓋范圍

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

圖3 風(fēng)扇清霜的效果

2.2 防霜風(fēng)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(fēng)扇不同水平距離溫度記錄儀在霜凍發(fā)生期間的溫濕度記錄(表1)顯示，防霜風(fēng)扇對距離防霜風(fēng)扇0～18 m的最低溫度均有提升，距離防霜風(fēng)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(fēng)扇覆蓋力度在22.5 m處已經(jīng)開始減弱，而在27 m左右急劇減弱。溫度記錄儀結(jié)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(fēng)扇9 m位置觀測點(diǎn)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(dòng)防霜風(fēng)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(fēng)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(fēng)扇不同溫度啟動(dòng)的效果

2019年4月1日茶園發(fā)生霜凍，分別設(shè)置3 ℃啟動(dòng)和4 ℃啟動(dòng)，結(jié)果如圖4所示。設(shè)置為4 ℃啟動(dòng)的防霜風(fēng)扇在23：30左右溫度降低至4 ℃時(shí)率先啟動(dòng)，30 min內(nèi)迅速將溫度從4 ℃提升到5.2 ℃；此后隨著冷空氣溫度繼續(xù)下降，茶叢蓬面溫度雖然有所下降，但最低溫度僅為3.9 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于霜凍發(fā)生溫度。設(shè)置為3 ℃啟動(dòng)的防霜風(fēng)扇則推遲2 h啟動(dòng)，30 min內(nèi)迅速將溫度從2.4 ℃提升到4.2 ℃，此后隨著溫度繼續(xù)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(fā)生溫度區(qū)域。

圖4 防霜風(fēng)扇不同溫度啟動(dòng)的溫度變化

3 小結(jié)

陸文淵等[10]研究表明，防霜風(fēng)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(fēng)扇防霜效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，隨著風(fēng)扇作用距離的增加，升溫幅度逐漸減小，風(fēng)扇軸線方向25 m內(nèi)溫度均有不同幅度提高，20 m內(nèi)增溫效果明顯，試驗(yàn)中溫度最高增幅達(dá)3.6 ℃。

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

本研究表明，風(fēng)扇間距包括軸向距離設(shè)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(dòng)溫度設(shè)定為低于4 ℃啟動(dòng)，防霜凍和增溫效果更佳。

本研究是基于單個(gè)防霜風(fēng)扇進(jìn)行的，防霜風(fēng)扇組會(huì)存在協(xié)同作用；因此，后續(xù)可對防霜風(fēng)扇的應(yīng)用條件做進(jìn)一步優(yōu)化。另外，如何解決防霜風(fēng)扇立柱附近的防御盲區(qū)也是一個(gè)重要的方向。本研究結(jié)果為茶園防霜風(fēng)扇的布置間距和密度、回轉(zhuǎn)角度和啟動(dòng)溫度等技術(shù)參數(shù)的設(shè)定提供了依據(jù)，也為茶園防霜風(fēng)扇技術(shù)的推廣使用提供了參考。