大面积果园高架长叶片防霜机的效果试验分析

大面积果园高架长叶片防霜机的效果试验分析

1 韩新鹏 、 1 韩云、 1 陈安超、 2 吕翊恺 、 1 吕跟来

1 潍坊科技学院 262700 2 山东政法学院 250014

摘要：研究了霜冻来临时，TN160果园防霜机在梨园防霜冻的效果及具体范围。结果表明，防霜机可以有效提高周边100m范围内果园温度达2℃以上，能起到很好的防霜冻效果。

关键词：果园防霜机；霜冻；防霜冻效果

霜冻是农业气象灾害之一，是指由于空气温度突然下降使植株茎、叶表面温度下降到0℃以下，使正在生长发育的农作物受到损害，甚至死亡。植物受到冻伤，从而导致减产、品质下降或绝收。农业上常用防霜冻的方法主要有灌溉、遮盖、熏烟和施肥等方法，这些方法都具有一定的防霜冻效果，但这些措施都存在使用成本较高、防霜冻效果不明显等问题。国外利用扰动空气的原理对农作物进行防霜，取得了一些效果。该原理是在霜冻发生的天气条件下，往往伴随着“上热下冷”的逆温现象，使上下层空气混合，提高近地层气温，从而达到防霜的目的，该方法提高温度显著，防霜效果明显，同时该方法一次投入，可以多年重复使用，大大降低了防霜冻成本。为了验证果园防霜机在河西梨园中的使用效果，本试验在2次强降温寒潮天气过程，设计试验记录温度变化情况，评估防霜机的防霜冻效果及有效保护范围。

1、材料与方法

1.1试验仪器设备    

TN160果园防霜机，天水风动机械有限公司生产的果园专用型防霜机，风扇中心高度10m，风扇直径为6m，防霜半径为80～100m。防霜机所需动力是由大功率柴油发动机提供，发动机功率为93kw。温度记录仪，以色列Fourier公司制造的带有USB接口的高精度温度记录仪，可以悬挂在任意位置方便准确地测量和记录现场温度。WQG-12通风干湿温度计，武强县精创仪器仪表厂生产的农业教学用高精度温度计，测量范围为-35℃～45℃，测量精度为0.2℃。

1.2试验地点   

甘肅省农科院张掖试验场梨样板梨园，该梨园位于张掖市甘州区西南，距城9kg，地理坐标为东经100°22′，北纬38°51′，海拔1550m，属大陆性中温干旱气候，全年平均气温7.1℃，平均年降水量129mm，全年平均日照时数3085h，平均无霜期153d。栽植品种以早酥梨和苹果梨为主。

1.3试验方法   

为了研究防霜机在梨园中防霜冻的效果，在防霜机风扇中心位置悬挂温度记录仪和温度计;以防霜机为中心，分别向东和向北或向西和向南垂直方向悬挂10个温度计作为监测点，温度计高度为1.5m，间距为10m;在距防霜机1km处悬挂2个温度计作为对照点，高度1.5m。当监测点温度下降到1℃时，监测防霜机风扇中心温度，如果中心温度高于地面温度，证明存在逆温层，启动防霜机，同时每隔0.5h时记录监测点和对照点温度。

1.4试验时间   

2015年5月10日，受北方冷空气影响，张掖市气温下降达6～8℃，气象台预报霜冻蓝色预警。张掖试验场梨园全园做好防霜冻熏烟和试验准备工作，同时做好了TN160型果园防霜机调试工作，5月11日2：30，试验梨园监测点温度下降到1℃，监测防霜机风扇中心温度为4.5℃，证明存在逆温层，可以进行试验，同时启动防霜机，监测温度;2016年5月1日，张掖市甘州区突降雨夹雪，气温下降幅度较大，气象台预报霜冻蓝色预警。张掖试验场及时调试防霜机做好防霜冻和试验准备工作。5月2日2：00，试验梨园监测点温度下降到1℃，监测防霜机风扇中心温度为5℃，证明存在逆温层，可以进行试验，同时启动防霜机，监测温度。

2、结果与分析

2.1风扇中心温度的变化   

在防霜机开机前和开机后1h内，2次风扇中心温度都维持在4℃以上，1h后，随着防霜机的工作搅动上下空气，风扇中心温度有所下降，维持在2～3℃左右。

2.2以风扇为中心向外延伸温度变化   

以风扇为中心向外延伸100m，防霜机所影响的温度变化趋势基本相同，除个别点受人工点火放烟影响外，温度变化数值基本一致。同时在防霜机开机工作1h内温度有一个显著上升的过程，在防霜机工作过程中温度基本保持在-0.5℃以上。

2.3距防霜机1000m对照温度的变化

两晚距防霜机1000m的对照温度最低都达到了-3℃以下，0℃以下温度持续4h左右，对果园产量和果品品质会造成很大影响。

2.3果园近地层10m气温变化

2.3.1苹果园内近地层气温的日垂直变化

图1为10月21日01:00至24:00苹果园内近地层10m气温日垂直变化。从图1看出，苹果园内气温昼夜温差可达到14.0℃以上。气温在7:00开始升高，到16:00气温达到最高，16:00后随着太阳辐射减少而减少，并且气温从低层随高度增加而缓慢下降，到次日07:00气温降到最低。8:00至17:00内气温随高度增加而升高，其中近地面1m增温最明显；17:00后（日落时间），由于大气长波辐射使近地面空气层冷却，1～10m内的气温虽然总体呈下降趋势，但高层气温仍高于底层（逆温出现），20:00的逆温最强，10m与lm气温差达5.9℃，其中1～3m的温差为3.2℃，3～10m温差为2.7℃。

图1苹果园内近地面10m范围内气温的日垂直变化（2013年10月21日）

2.3.2防霜机保护区内外近地面10m的气温变化

10月21日6:00－10:00，“天水市万亩果园防霜试验基地”少云、轻雾，风速很小。防霜机启动前7:35观测的不同高度气温，地面温度为2.7℃，1.5m以上气温随着高度增加而增加，1～10m之间的气温差为2.1℃，说明强降温天气过程中，苹果园近地层逆温较强，逆温层垂直厚度大。07:30至09:00防霜机开、关机期间，保护区内（距防霜机53m，下同）、外（距防霜机190m，下同）近地面10m范围内气温垂直分布。防霜机开机前07:30至07:45果园内、外不同高度气温随高度增加而升高，其中10m与1m气温分别在4.0℃、2.5℃左右变化，最大逆温温差为2.0℃以上。在7:45至8:30防霜机开机工作期间，保护区内受长叶风扇动力扰动作用将上层热空气与下层冷空气混合，促进冷暖空气对流，到7:55后1～10m逆温温差减弱为0.2℃（7:45至7:55时间段内最大温差下降了1.8℃），8:05后1～10m内逆温现象消失，随着防霜机开启时间的增加，改变了垂直气温的逆温状态，气温发生逆转。8:30至9:00防霜机关闭后，在防霜机对果园近地层气温的后延影响下，不同高度气温继续逆转升高，尤其1～3m高度气温较明显，8:35保护区内近地层1～2m气温温差为1.0℃以上，而防霜机保护区外1～10m之间气温温差仅0.2℃，9:00保护区内1m高度气温达到7.4℃，保护区外1m高度气温为6.2℃。以上讨论说明，高架长叶防霜机能够消除果园近地层逆温，对近地层气温具有升温效果，可防御霜冻形成。

3、总结与讨论

防霜机可以有效提高周边100m范围内果园温度达2℃以上，能起到很好的防霜冻效果。总体来看，100m范围内，防霜机的增温效果差别不大，距离远近与增温效果没有明显差异。TN160型果园防霜机在刚开始启动后对控制范围内的温度有一个明显提高的过程，随着逆温层温度的降低，能够将控制范围内的温度控制在一个相对稳定的水平线上。TN160型果园防霜机对河西地区梨园防霜冻具有显著效果，具有推广应用价值。

参考文献

［1］唐广．春晚霜冻的成因特点及预防．北京农业科学，2011(6)

［2］王昭．苹果树花期冻害的预防和补救措施．果树实用技术与信息，2013(7)

［3］宋天俊，刘安枫，衣先众，等．果树晚霜冻害的预防与补救措施．烟台果树，2015(2)

［4］韩荣青，李维京，艾婉秀，等．中国北方初霜冻日期变化及其对农业的影响．地理学报，2010(5)

本文为2021年山东省大学生创新创业训练计划创新训练项目(丘陵果园烟雾防霜机的研制与试验)(项目编号S202112843043)成果 ）