貴州茶樹生長季熱量資源的時空分布特征研究

田 月，趙 孟，李 勇，易俊蓮，左 晉

(1. 貴州省氣象局科技與預報處，貴州 貴陽 550002；2.貴州省桐梓縣氣象局，貴州 桐梓 563200；3. 貴州省山地環(huán)境氣候研究所，貴州 貴陽 550002)

貴州茶樹生長季熱量資源的時空分布特征研究

田 月1，趙 孟2，李 勇3，易俊蓮3，左 晉3

(1. 貴州省氣象局科技與預報處，貴州 貴陽 550002；2.貴州省桐梓縣氣象局，貴州 桐梓 563200；3. 貴州省山地環(huán)境氣候研究所，貴州 貴陽 550002)

該研究根據貴州省1961—2010年茶樹生育期內積溫的氣象觀測資料，分析了貴州春、夏、秋茶季內熱量資源的時空變化特征。結果表明：研究區(qū)茶樹生育期熱量資源最充足的是夏茶季，其次是秋茶季，最少的則是春茶季；春茶季、夏茶季及秋茶季熱量資源的空間分布特征相似，都是由西到東逐漸增加；而且3個茶季生育期的熱量資源從1961—2010年期間都呈增加趨勢；春茶季、夏茶季、秋茶季熱量資源呈現減少趨勢的站點占研究區(qū)域總站點數的比例分別為9.9%、46%、12.3%。春茶季、夏茶季、秋茶季熱量資源的地區(qū)間差異均呈現縮小的趨勢。

貴州；茶樹；生育期；熱量資源；變化規(guī)律

1 引言

茶葉是一種溫暖喜濕的作物，它適合種植在丘陵地形為主，排水條件較好的地方，降水充沛、年溫差小、日夜溫差大、無霜期長、光照條件好，這樣的氣候條件適宜各種類型的茶樹生長。貴州茶葉原料較嫩；水溶性灰分的含量大；茶葉礦質元素豐富，且有益營養(yǎng)元素多，茶葉品質好[2]。貴州省境內多山多霧植被也較豐富，土壤和氣候適宜于茶樹生長，茶樹廣泛分布于山區(qū)、丘陵、河畔和盆地[1]；其氣候也是四季分明，春暖風和，冬無嚴寒，夏無酷暑，雨量充沛，多云寡照，濕度較大。茶樹種植區(qū)域隨地形和氣候而變化，主要分布在黔中山原丘陵區(qū)、黔東低山丘陵盆地區(qū)、黔南低山河谷區(qū)、黔北中山峽谷區(qū)和黔西高原中山區(qū)[1]。

全球氣候在不斷的變暖，貴州的氣候也在發(fā)生明顯的改變。氣候變化要比原來認識到的更加嚴重，而且有95%以上的人認為氣候變化是人類的行為造成的。氣候變暖是非常明確的，且從1950年代以來的氣候變化是千年以來所未見的。從有詳細氣象記錄以來的1850年代開始，剛剛過去的3個10 a每一個都刷新了氣溫最高的紀錄；從1983—2012年這30 a可能是北半球自1 400年以來最熱的30 a。1880—2012年，全球海陸表面平均溫度呈線性上升趨勢，升高了0.85℃；2003—2012年平均溫度比1850—1900年平均溫度上升了0.78℃[3]。全球氣候變暖改變了各地的熱量資源[4]，對農業(yè)的影響將極有可能不平衡地分布于各地區(qū)[5]。在氣候變化背景下，研究指出：近50 a來貴州秋、冬季及年平均氣溫呈上升趨勢，春、夏氣溫呈下降趨勢[6]。隨之而影響了茶樹的正常生理代謝[7]。溫度是茶樹生命活動的必要因子之一。它影響著茶樹的地理分布，制約著茶樹生育速度。只有在一定的溫度條件下，茶樹才能正常地進行一切生理生化活動。茶樹通常在10～35℃之間，可以正常生長，在15～25℃范圍內，生長迅速，尤其是在20～25℃時，新梢生長最快。氣溫達30℃以上時，茶樹生長速度顯著減慢。35℃以上高溫，將破壞酶促反應，新梢生長將漸停止[8]。

貴州是茶樹原產地之一，省內平均海拔在1 000 m以上的地區(qū)，占總面積的56.1%，由于山高多霧，茶葉自然品質較好，鮮葉主要化學成分含量豐富，且成分比率協調[9]。貴州茶葉種植范圍最廣、品種多，對氣候變化比較敏感，加上貴州夏秋季節(jié)的干旱使得茶園土壤物理性狀向著不良方向發(fā)展，這必然影響到茶葉生化成分的合成，從而導致茶葉的品質下降[7]。

因此，在全球氣候變暖的背景下，摸清氣候變化背景下貴州茶樹生育期熱量資源空間變化規(guī)律，充分掌握茶樹的熱量資源的時空分布特征，基于茶樹的農業(yè)氣候指標，結合貴州復雜地形的氣候特征和貴州茶樹的主要品種特性，構建氣候變化背景下貴州茶樹氣候適宜性的評價指標；基于茶樹的農業(yè)氣候指標以及貴州茶樹的品種特性，定量化評估貴州茶樹生長季內關鍵氣象因子對氣候變化的響應；解析氣候變化對貴州復雜地形茶樹氣候適宜性的影響，對貴州茶樹的合理栽培布局，提高氣候資源利用率，對相關部門正確決策，主動采取各種有效措施減緩和適應氣候變化具有重要的意義。

2 數據和方法

2.1 數據來源

本研究所用數據為貴州省82個地面氣象臺站的1961—2010年逐日氣象資料，主要包括：最高氣溫、最低氣溫和平均氣溫、≥10℃積溫、10～15℃積溫、≥10℃積溫起始日等。

2.2 不同茶季時段的確定

形成茶葉產量的熱量指標用≥10℃積溫來表示[10]，按采制時間及不同生育期對溫度要求的相關資料，本文將茶葉生育期劃分為春、夏、秋三季茶(表1)。春茶季時間定義為3月—5月15日；夏茶季為5月16日—7月；秋茶季為8—10月；越冬期為11月—次年2月[11～13]。

表1 不同茶季的時段劃分

2.3 氣候傾向率

數理統計上用Xi表示樣本量為n的某一氣候變量，用t表示Xi所對應的時間，建立Xi與t之間的一元線性回歸方程：

Xi=a+btii=1，2，……，n

(1)

式中，a為回歸常數，b為回歸系數，a和b可以用最小二乘法計算，以b的10倍作為氣候要素的氣候傾向率[14]。

2.4 變差系數

變差系數又叫變異系數，為均方差與均值的比值，可用來比較研究區(qū)域不同站點某要素離差程度的大小。n個站點某要素的變差系數Cv可以按式(2)、(3)計算[15]。

(2)

(3)

式中，S為均方差，xi為i站的某要素值，x′為該要素的區(qū)域平均值。變差系數越大，說明地區(qū)間該要素的差異越大，越不穩(wěn)定；變差系數越小，說明研究區(qū)域該要素的地區(qū)間差異越小，越穩(wěn)定。

2.5 反距離權重插值方法

反距離權重(IDW Inverse Distance Weighted)插值法是基于相近相似的原理：即兩個物體離得近，它們的性質就越相似，反之，離得越遠則相似性越小。它以插值點與樣本點之間的距離為權重進行加權平均，離插值點越近的樣本點賦予的權重越大[16-18]。

反距離加權插值法的一般公式如下：

(4)

本文主要對貴州省82個氣象站點1961—2010年間的熱量資源指標(≥10℃積溫)氣候傾向率的大小進行分析，并用反距離權重插值方法分別對春茶季、夏茶季、秋茶季通過ACRGIS制圖軟件做各茶季熱量資源指標(≥10℃積溫)氣候傾向率圖，分析貴州省不同茶季茶樹生育期熱量資源在時間上的變異程度。用變差系數[15]比較研究區(qū)域不同站點某要素離差程度的大小，得出貴州省不同茶季茶樹生育期熱量資源在空間上的變化程度，根據逐年的變差系數分析其傾向率[14]，評估氣候變化背景下不同茶季熱量資源地區(qū)間差異的變化趨勢。

3 結果與分析

3.1 春茶季熱量資源的變化規(guī)律

從春茶季平均積溫圖(圖1a)中可以看出：研究區(qū)域春茶季平均積溫由西北部向東部和南部逐步遞增的趨勢；全區(qū)春茶季平均積溫在640～1 490℃·d；高值區(qū)主要分布在黔東南、黔南、黔西南一帶，尤其是在赤水、冊亨、望謨、羅甸等大部分站點平均積溫基本都在1 320℃·d以上；而在威寧、畢節(jié)、大方、習水、開陽、水城等地的平均積溫都在640～810℃·d之間。茶樹喜歡溫暖的氣候條件，對溫度和熱量有一定的要求。在適當的溫度條件下，茶樹才能生長良好。在春季一般日平均氣溫穩(wěn)定在8～14℃時，茶樹的越冬芽開始萌發(fā)。一般情況下，一年之中≥10℃的活動積溫越多，茶樹的生長時期就越長。茶樹每萌發(fā)一輪所需的≥10℃的活動積溫為760～1 060℃·d。從分析來看，貴州種植面積較大的茶區(qū)包括湄潭、鳳岡、印江、石阡、雷山、黎平等地[19]，其平均積溫完全能夠滿足春茶對熱量資源的要求。

圖1 1961—2010年貴州茶樹生育期平均積溫分布(單位：℃) (a.春茶季；b.夏茶季；c.秋茶季)

從春茶季≥10℃積溫氣候傾向率圖(圖2a)中可以看出：1961—2010年，貴州春茶季積溫氣候傾向率在-25～30℃·d/(10a)，整體表現為增加趨勢；研究區(qū)域春茶季積溫除了赫章、盤縣、赤水、仁懷、余慶、納雍、貴陽、興義等8個站點呈減少趨勢之外，其余站點的氣候傾向率均為正值，占區(qū)域總站數的86%。

3.2 夏茶季平均積溫的變化規(guī)律

從夏茶季平均積溫圖(圖1b)中可以看出：夏茶季平均積溫總體表現為從西北部向東北、東南部逐漸增加的趨勢，與春茶季分布區(qū)間沒有太明顯的差異，平均積溫高值區(qū)(≥1 700℃·d)位于赤水、冊亨、望謨、羅甸、三都、銅仁、黔東南、遵義、黔南等地區(qū)，最大值達2 000℃·d；而低值區(qū)(≤1 400℃·d)位于畢節(jié)、大方、水城、普安一帶，最小值只有1 250℃·d(威寧)。茶樹喜歡溫暖、潮濕、蔭蔽的生長環(huán)境，需要適當的溫度、水分、光照和土壤條件。溫度對于茶樹生長發(fā)育的快慢、采摘期的遲早和長短、鮮葉的產量以及成茶的品質，都有密切關系。茶樹生長最適宜的平均溫度在18～25℃之間，低于5℃時，茶樹停止生長，高于40℃時容易死亡。而且，在降水保證的情況下，茶葉生長期內活動積溫愈多，茶葉采摘次數愈多，茶葉產量也就越高。從分析中可以看出研究區(qū)夏茶季的平均積溫可以滿足該時段茶樹的生長需求。

從夏季茶≥10℃積溫的氣候傾向率的圖(圖2b)中可以看出：1961—2010年，貴州夏茶季積溫氣候傾向率在-27～23℃·d/(10a)，總體表現為增長趨勢，表現為減少趨勢的站點占總站點數的46%。

3.3 秋茶季平均積溫的變化規(guī)律

秋茶季平均積溫的空間分布跟夏茶季相似(圖1c)，都是呈從西北部向東北、東南部逐漸增加的趨勢；最大值達2 200℃·d，最小值為1 200℃·d，區(qū)域平均為1 868℃·d；積溫高值區(qū)(≥1 800℃·d)主要分布在赤水、冊亨、望謨、羅甸、銅仁、黔東南、遵義等地區(qū)；而積溫低值區(qū)(≤1 400℃·d)主要分布在威寧、畢節(jié)、大方、水城等地區(qū)。影響茶樹的生殖生長因素有很多，光照時間對茶樹生殖生長的影響是比較明顯的，適當延長光照，生殖生長就加強；夏秋季光照時間比較長，積溫比較大，對于茶樹的生長也是有益的，如果光照較少，或者采取遮蔭措施，則會減少茶產量。

從秋季茶≥10℃積溫的氣候傾向率圖(圖2c)中可以看出：1961—2010年，貴州秋茶季積溫氣候傾向率在-20～30℃·d/(10a)，跟春茶季沒有特別大的區(qū)別，全區(qū)總體呈增加趨勢；減少趨勢主要位于盤縣、仁懷、貴陽、雷山、劍河、余慶、施秉、鎮(zhèn)遠、鳳岡、印江、松桃等地，其中盤縣與仁懷的減少趨勢最大。

圖2 1961—2010年貴州茶樹生育期氣候傾向率分布(單位：℃) (a.春茶季；b.夏茶季；c.秋茶季)

從以上分析可以看出，在不同茶季，熱量資源最豐富的是夏茶季，其次是秋茶季，最小則是春茶季，不過3個茶季的高低值中心區(qū)在空間分布上的茶季都比較小，特別是夏茶季和秋茶季。從時間變化規(guī)律來看，氣候變化背景下，研究區(qū)域的積溫只有夏茶季增加的比較少，而春茶季和秋茶季增加都比較明顯；春茶季、夏茶季、秋茶季呈現減少趨勢的站點占研究區(qū)域總站數的比例分別為9.9%、46%、12.3%。

3.4 不同茶季熱量資源地區(qū)間差異的變化規(guī)律

從表2中可以看出，研究區(qū)域春茶季、夏茶季、秋茶季熱量資源的地區(qū)間變差系數平均值分別為0.17、0.09、0.10，表明春季茶熱量資源的地區(qū)間變化差異最大，秋季茶其次，夏季茶最小。其1961—2010年貴州不同茶季熱量資源地區(qū)間變差系數的傾向率分別為-0.006/(10a)、-0.007/(10a)和-0.006/(10a)，其值均為負數，由此說明，氣候變化背景下，春茶季、夏茶季、秋茶季熱量資源的地區(qū)間差異均呈現縮小的趨勢。因此，貴州省茶樹目前存在的地區(qū)間差異性布局宜進行相應調整。

表2 1961—2010年貴州不同茶季熱量資源地區(qū)間變差系數

4 結論與討論

① 貴州不同茶季熱量資源最大的是夏茶季，其次是秋茶季，最小的是春茶季；夏茶季、秋茶季和春茶季熱量資源空間分布都比較相似，從西北部向東北、東南部逐漸增加的趨勢。由此可見貴州東北、東南部的熱量資源相對較為充足，更能夠給茶樹生長提供足夠的熱量資源。

② 1961—2010年，研究區(qū)域不同茶季平均積溫只有夏茶季增加趨勢較小，春茶季、秋茶季增加的趨勢較大；春茶季、夏茶季、秋茶季平均積溫呈現減少趨勢的站點占研究區(qū)域總站數的比例分別為9.9%、46%、12.3%。因此，春茶季、秋茶季平均積溫的逐漸增長，為茶葉的種植所需的熱量資源提供了更加良好的條件，也為貴州省茶產業(yè)的發(fā)展提供了進一步的優(yōu)勢。

③ 氣候變化背景下，春茶季、夏茶季、秋茶季熱量資源的地區(qū)間差異均呈現縮小的趨勢。地區(qū)間差異的逐步減小，給茶葉的種植也帶來了更大的區(qū)域優(yōu)勢，可以隨著地區(qū)間熱量資源差異的減小，從而根據各個地區(qū)條件的符合性來擴大茶葉種植面積、增長茶葉產量。

④ 在全球氣候變暖的背景下，溫度持續(xù)走高，極端氣候事件發(fā)生頻率及強度等均發(fā)生了變化，尤其是夏旱頻率強度的變化等，對茶葉的生長發(fā)育極其不利，茶葉是好暖喜濕的作物，溫度過高也會抑制茶葉的生長，降水量不足對茶葉的生長影響更大。因此，在充足的熱量資源下也要保證水資源的充足，及時做到對茶葉生長所需各方面條件的關注。

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Temporal-spatial differentiation characteristics of heat resource in the growing season of tea plants in Guizhou

TIAN Yue1，ZHAO Meng2，YI Junlian3，LI Yong3，ZUO Jin2

(1.Guizhou Province Meteorological Bureau，Guiyang 550002 China；2.Guizhou Provincial Meteorological Bureau of Tongzi County，Tongzi 563200 China；3.Guizhou Institute of Mountainous Environment and Climate，Guiyang 550002 China)

The study based on the meteorological observation data that growth period during 1961—2010 years of tea in Guizhou province accumulated temperature，analyzes the characteristics of temporal and spatial variation of heat resources in Guizhou in spring，summer，autumn tea season.The results indicate that，the summer tea heat resources accounts for most in different growing season in the study area，followed by autumn tea，the least is the spring season.The spatial distribution of spring tea heat resources is similar to summer tea and autumn tea，which increased gradually from the west to east；And the three tea seasons during the growth period of heat resources from 1961 to 2010，all showed a trend of increase.The number of stations with descending trends for spring tea，summer tea，autumn tea，occupies a proportion of 9.9 %，46 %，2.3 % of the total，respectively.The difference of heat resources between spring tea and summer tea and autumn tea are narrowing trend.

Guizhou；Tea plants；growth period；Heat resources； Variation characteristics

2014-09-26

田月(1984—)，男(土家族)，工程師，主要從事氣象綜合業(yè)務管理工作。

中國氣象局2014年氣候變化專項“氣候變化對貴州茶樹氣候適宜性的影響評估”。

1003-6598(2015)02-0001-05

S162

A