氣象要素對(duì)青島嶗山茶葉產(chǎn)量影響分析

劉春濤，魏明明，郭麗娜

(1.山東省青島市嶗山區(qū)氣象局，山東 嶗山區(qū) 266102；2.山東省青島市氣象局，山東 青島 266003)

1 引言

青島嶗山茶區(qū)位于我國(guó)江北茶區(qū)最北緣，20世紀(jì)80年代初大面積南茶北移引種成功，茶葉是嶗山地區(qū)主要經(jīng)濟(jì)作物之一，目前范圍遍布嶗山區(qū)和李滄區(qū)東部、城陽(yáng)區(qū)東部山區(qū)、即墨市東南部[1-2]。由于露天種植，茶葉產(chǎn)量很大程度上取決于氣象因子，近年來(lái)很多學(xué)者對(duì)茶葉生產(chǎn)氣候條件影響進(jìn)行相關(guān)研究[3-6]。黃壽波[7]分析氣象因子對(duì)茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)關(guān)系，確定茶葉生產(chǎn)中熱量、水分及光照等指標(biāo)；金志鳳[8]對(duì)茶樹種植適宜區(qū)劃進(jìn)行相關(guān)分析；楊俊虎[9]對(duì)氣象因子與春茶產(chǎn)量進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，了解春茶產(chǎn)量影響的主要?dú)庀笠蜃樱唤嗝鬧10]對(duì)浙南春茶開采前后氣象條件進(jìn)行分析并建立開采期預(yù)報(bào)。但前人研究多集中在江南茶區(qū)，嶗山茶區(qū)地屬于中國(guó)茶樹種植緯度較高的區(qū)域，氣候條件與中國(guó)南方茶區(qū)存在明顯的差異性，易受干旱、凍害、低溫冷害等氣象災(zāi)害影響，相關(guān)研究較少[11]。

本研究基于嶗山區(qū)1994—2015年氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、空氣相對(duì)濕度等氣象資料及茶葉產(chǎn)量數(shù)據(jù)，研究氣候條件與茶葉產(chǎn)量的關(guān)系，篩選出對(duì)茶葉產(chǎn)量影響明顯的氣象要素，建立茶葉氣象產(chǎn)量評(píng)估模型，論述嶗山地區(qū)氣候條件對(duì)茶葉產(chǎn)量的利弊影響，并提出了應(yīng)對(duì)措施和生產(chǎn)建議，以期為進(jìn)一步提高茶樹產(chǎn)量、優(yōu)化茶樹生產(chǎn)及相關(guān)農(nóng)業(yè)部門正確決策服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資料來(lái)源

本文選用1994—2015年嶗山地區(qū)王哥莊街道嶗山茶單產(chǎn)資料，產(chǎn)量資料來(lái)源于嶗山區(qū)統(tǒng)計(jì)局。

氣象資料選取王哥莊街道鄰近的李村氣象站逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、空氣相對(duì)濕度等。

2.2 產(chǎn)量資料處理

茶葉產(chǎn)量可分解為社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素決定的趨勢(shì)產(chǎn)量、氣象因素決定的氣象產(chǎn)量和偶然因素造成的隨機(jī)產(chǎn)量[12-13]，即

Y=Yh+Ym+δ

(1)

式中，Y為實(shí)際產(chǎn)量，Yh為趨勢(shì)產(chǎn)量，Ym為氣象產(chǎn)量，δ為隨機(jī)產(chǎn)量，隨機(jī)產(chǎn)量通常可以忽略不計(jì)。趨勢(shì)產(chǎn)量可以通過(guò)擬合函數(shù)從實(shí)際產(chǎn)量中分離出來(lái)，本研究采用5a線性滑動(dòng)平均法擬合趨勢(shì)產(chǎn)量，然后利用上式計(jì)算氣象產(chǎn)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣象產(chǎn)量分離

利用直線滑動(dòng)平均法，滑動(dòng)時(shí)段長(zhǎng)度取5a，模擬茶葉產(chǎn)量的時(shí)間趨勢(shì)項(xiàng)序列，得到趨勢(shì)產(chǎn)量，結(jié)果見圖1。由圖可見，茶葉趨勢(shì)產(chǎn)量平穩(wěn)上升，實(shí)際單產(chǎn)總體呈上升趨勢(shì)，但存在波動(dòng)起伏。從氣象產(chǎn)量來(lái)看，實(shí)際單產(chǎn)的波動(dòng)主要受氣象產(chǎn)量影響，氣象條件的利弊導(dǎo)致了氣象產(chǎn)量的波動(dòng)，進(jìn)而影響實(shí)際產(chǎn)量的波動(dòng)。

圖1 1994—2015年青島嶗山茶葉產(chǎn)量變化趨勢(shì)Fig.1 The variation curve of tea yield from 1994 to 2015 in Laoshan

3.2 關(guān)鍵氣象因子選擇及相關(guān)性分析

嶗山茶葉生長(zhǎng)的基本氣象條件分析。嶗山茶樹具有喜溫、喜酸、喜潮濕、耐蔭、怕寒的特點(diǎn)[14]，產(chǎn)量形成受多重氣象因子影響，熱量條件是茶樹生長(zhǎng)發(fā)育的重要限制因子[15-16]。氣溫在15～25 ℃時(shí)，茶樹生長(zhǎng)較為迅速；22～23 ℃時(shí)，若水分和空氣濕度條件適宜，茶芽的生長(zhǎng)速度最快；若溫度繼續(xù)升高，則茶樹生長(zhǎng)速度逐漸緩慢[17～19]。茶樹對(duì)低溫較敏感，氣溫下降到10 ℃以下，茶樹梢停止生長(zhǎng)，嚴(yán)寒期遇-15～-10 ℃的低溫，易得赤枯病[20]。茶樹喜濕潤(rùn)，水分條件決定著茶樹產(chǎn)量的高低和茶葉的品質(zhì)，茶樹生長(zhǎng)發(fā)育要求年降水量為1 000～1 400 mm，在生長(zhǎng)季節(jié)月降水量達(dá)100 mm就能滿足茶樹生長(zhǎng)發(fā)育的需要[14]。此外，適宜的空氣濕度對(duì)茶樹生產(chǎn)極為有利，茶樹生長(zhǎng)階段適宜空氣相對(duì)濕度為80%～90%，小于50%時(shí)新芽生長(zhǎng)將受到抑制，低于40%茶樹將受害[20]。日照條件對(duì)于茶樹的春茶采摘期、茶葉生長(zhǎng)具有一定影響，但前人研究發(fā)現(xiàn)日照時(shí)數(shù)多與其他氣象因子綜合影響產(chǎn)量[21-23]。

根據(jù)以上茶樹生長(zhǎng)氣候條件分析，本文分析了氣象產(chǎn)量與多年各旬、月氣象資料的相關(guān)分析，選取了相關(guān)系數(shù)較顯著的8個(gè)因子，即旬平均氣溫、旬最高氣溫、旬最低氣溫、月降水量、月日照時(shí)數(shù)、月空氣相對(duì)濕度的相關(guān)關(guān)系，另外考慮冬季低溫災(zāi)害影響，引入前一年12月至當(dāng)年2月日最低氣溫低于-10 ℃日數(shù)作為相關(guān)因子，將通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的因子作為影響茶葉產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子。

結(jié)果顯示， 5—7月中旬降水量、5月中旬—6月上旬平均氣溫、9月平均氣溫、5月中旬—6月上旬平均最高氣溫、7—8月平均最高氣溫、12—2月日最低氣溫低于-10 ℃日數(shù)、7月日照時(shí)數(shù)、7—9月相對(duì)濕度與氣象產(chǎn)量呈顯著相關(guān)(表1)。其中5—7月中旬降水量與嶗山茶產(chǎn)量相關(guān)性最大，為正相關(guān)，5月中旬—6月上旬平均最高氣溫相關(guān)性最小，為負(fù)相關(guān)。與嶗山茶產(chǎn)量相關(guān)性為正相關(guān)，相關(guān)性由大到小依次為5—7月中旬降水量、5月中旬—6月上旬平均氣溫、7—9月相對(duì)濕度、9月平均氣溫；與嶗山茶產(chǎn)量相關(guān)性為負(fù)相關(guān)，相關(guān)性由大到小依次為12—2月日最低氣溫低于-10 ℃日數(shù)、7—8月平均最高氣溫、7月日照時(shí)數(shù)、5月中旬—6月上旬平均最高氣溫。

表1 關(guān)鍵氣象因子及其與氣象產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)Tab.1 The correlation coefficient of screened key meteorological factors with meteorological yield

注: *表示通過(guò)0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。

上述氣象因子對(duì)嶗山茶生長(zhǎng)發(fā)育具有明顯的生物學(xué)意義，反映了嶗山茶葉對(duì)光溫水條件需求及可能影響氣象災(zāi)害。嶗山茶主要生長(zhǎng)季在4月下旬—9月下旬，旺盛生長(zhǎng)階段在5—8月，此期間降水量情況對(duì)茶葉產(chǎn)量影響較大，因此水分條件與茶葉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

5月上旬—6月中旬茶樹處于春茶形成及采摘期，這是茶樹一年中品質(zhì)最好的階段。6月下旬嶗山茶樹進(jìn)入夏茶發(fā)育階段，茶樹雖然是喜溫植物，但過(guò)高的溫度也會(huì)對(duì)茶樹產(chǎn)生不良的影響，易抑制茶芽生長(zhǎng)，因此7—8月平均最高氣溫與茶葉產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。茶樹具備耐蔭特性，需要較短的日照，日照時(shí)間太長(zhǎng)、日照強(qiáng)度太強(qiáng)對(duì)茶葉生長(zhǎng)不利，因此平地茶區(qū)可栽培防護(hù)林，減弱了太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，縮短日照時(shí)長(zhǎng)。冬季氣溫過(guò)低易發(fā)生茶樹凍害，嚴(yán)重時(shí)直接影響翌年茶樹產(chǎn)量。

茶樹生長(zhǎng)發(fā)育中，芽葉對(duì)空氣的濕度要求較高，嶗山三面環(huán)海、全年以東南風(fēng)為主，來(lái)自海上的暖濕氣流帶來(lái)充足的水汽，云霧日數(shù)多，所謂“高山云霧出好茶”，據(jù)統(tǒng)計(jì)嶗山區(qū)沿海多年大霧平均日數(shù)為51.5 d，5—7月份大霧日數(shù)約占全年的50%；通?？諝庀鄬?duì)濕度在 80%～90% 時(shí)茶樹生長(zhǎng)發(fā)育良好，7—9月是嶗山茶葉夏茶和秋茶的旺盛生長(zhǎng)階段，期間茶葉產(chǎn)量約占全年產(chǎn)量的2/3，故此期間空氣相對(duì)濕度對(duì)茶葉產(chǎn)量影響具有積極作用。

9月平均氣溫與茶葉產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系。嶗山區(qū)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)22℃的終日平均在9月上中旬，嶗山秋茶主要集中在9月。秋茶產(chǎn)量主要決定于熱量條件，通常9月的平均氣溫越高，秋茶的產(chǎn)量就越高，反之產(chǎn)量有所降低。

3.3 茶葉氣象產(chǎn)量通徑分析

如當(dāng)自變量數(shù)目比較多，且自變量間相互關(guān)系比較復(fù)雜時(shí)通常采用通徑分析。影響嶗山茶葉單產(chǎn)的氣象因素很多，這些氣象因子之間可能相關(guān)并且互相影響，利用通徑分析可以幫助在眾多氣象因子中找到影響茶葉單產(chǎn)的關(guān)鍵氣象因子，通徑系數(shù)是沒(méi)有單位的相對(duì)數(shù)，通徑系數(shù)具有偏回歸系數(shù)的性質(zhì)，通徑系數(shù)分析可以建立最優(yōu)多元回歸方程。

對(duì)8個(gè)關(guān)鍵氣象因子進(jìn)行通徑分析，表2為各氣象因子對(duì)產(chǎn)量的通徑系數(shù)。由表可得，對(duì)嶗山茶葉產(chǎn)量直接作用最大的是9月平均氣溫(正效應(yīng))和12—2月日最低氣溫低于-10 ℃日數(shù)(負(fù)效應(yīng))，其次是5月中旬—6月上旬平均氣溫，可見溫度對(duì)嶗山茶直接影響比較明顯。直接影響最小的是7—9月相對(duì)濕度，雖然該氣象因子與產(chǎn)量相關(guān)性良好，但是主要通過(guò)間接影響產(chǎn)生，間接影響為0.48。從間接影響系數(shù)來(lái)看，7—9月相對(duì)濕度對(duì)茶葉產(chǎn)量間接影響最大，其次是5—7月中旬降水量，二者皆為正效應(yīng)。第三是7—8月平均最高氣溫，它與茶葉產(chǎn)量間接影響為較高負(fù)數(shù)，直接影響為較低的負(fù)數(shù)。

3.4 建立茶葉氣象產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型

進(jìn)一步對(duì)嶗山茶氣象產(chǎn)量與氣象因子進(jìn)行多元線性回歸，選取1994—2013年氣象產(chǎn)量與以上氣象因子建立預(yù)測(cè)模型，2014—2015年做預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，利用SPSS22.0建立的多元線性回歸模型為：

Ym=0.049X1+26.575X2+42.439X3-17.149X4-11.222X5-20.618X6-0.244X7-638.321

(2)

表2 1994—2015年青島嶗山茶葉產(chǎn)量通徑分析Tab.2 Path analysis of tea yield from 1994 to 2015 in Laoshan

(R2=0.66，P<0.1)

由(2)式可知，有7個(gè)因子引入模型，對(duì)建立的回歸方程做統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)：

查表分子自由度為7，分母自由度為12，信度α=0.1時(shí)，F(xiàn)α=2.28，因?yàn)镕>Fα,所以建立的多元線性回歸方程效果顯著。

3.5 嶗山茶葉產(chǎn)量檢驗(yàn)及預(yù)報(bào)

3.5.1 對(duì)1994—2013年歷史產(chǎn)量資料檢驗(yàn) 利用建立的模型對(duì)1994—2013年的歷史茶葉產(chǎn)量資料的平均準(zhǔn)確率進(jìn)行檢驗(yàn)[24]：

(3)

3.5.2 對(duì)2014—2015年茶葉產(chǎn)量預(yù)報(bào)檢驗(yàn) 對(duì)2014、2015年做預(yù)報(bào)檢驗(yàn)：把2014年的有關(guān)資料代入由(1)、(2)式，2014年預(yù)報(bào)值為:

通過(guò)方程檢驗(yàn)、歷史擬合及預(yù)報(bào)檢驗(yàn)可知，選取以上 7個(gè)氣象因子建立的嶗山茶葉氣象產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型，一定程度上可以滿足業(yè)務(wù)和服務(wù)需要。

4 結(jié)論與討論

本文利用青島市嶗山區(qū)1994—2015年氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、空氣相對(duì)濕度等氣象資料及嶗山茶葉產(chǎn)量數(shù)據(jù)，首先從嶗山茶葉產(chǎn)量中分離出了受氣象因子影響的茶葉氣象產(chǎn)量，并分析了茶葉氣象產(chǎn)量與關(guān)鍵氣象因子的關(guān)系，建立了嶗山茶葉氣象產(chǎn)量評(píng)估模型，主要分析結(jié)果如下：

①氣象因子對(duì)嶗山茶葉產(chǎn)量的影響起著重要作用，經(jīng)過(guò)相關(guān)性分析和回歸分析發(fā)現(xiàn)，嶗山茶葉氣象產(chǎn)量與5—7月中旬降水量、5月中旬—6月上旬平均氣溫、9月平均氣溫以及7—9月相對(duì)濕度具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。表明當(dāng)5—7月中旬降水量偏多(少),5月中旬—6月上旬平均氣溫偏高(低),但是該時(shí)段最高氣溫偏低(高),有(不)利于嶗山茶葉產(chǎn)量的增加。

②利用這些關(guān)鍵氣象因子建立的影響茶葉氣象產(chǎn)量回歸模型，能夠較好的擬合嶗山茶葉氣象產(chǎn)量。表明這7個(gè)氣象因子是影響嶗山茶葉產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子，可利用該模型開展嶗山茶葉產(chǎn)量評(píng)估與預(yù)評(píng)估氣象服務(wù)工作。

有上述結(jié)論可以看出,5—7月中旬降水量與嶗山茶產(chǎn)量相關(guān)性最顯著，為正相關(guān)，其次是12—2月日最低氣溫低于-10 ℃日數(shù)，為顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明嶗山茶葉喜濕潤(rùn)，干旱會(huì)導(dǎo)致茶葉的產(chǎn)量降低，生長(zhǎng)期縮短，一旦發(fā)生旱情要及時(shí)采取遮蔭、覆蓋地表、澆水灌溉等方式及早降低災(zāi)情發(fā)展。說(shuō)明嶗山區(qū)冬季茶樹對(duì)低溫凍害較為敏感，實(shí)際生產(chǎn)中，遇到強(qiáng)寒潮天氣、氣候干燥，易導(dǎo)致茶蓬青枯，輕者使茶樹深修剪，重者需要重修剪，嚴(yán)重影響春茶的產(chǎn)量。同時(shí)熱量條件對(duì)嶗山茶直接影響比較明顯，如果熱量條件差，茶葉生長(zhǎng)受到制約，因此可選擇抗寒、抗病性較強(qiáng)的優(yōu)良品種。

本文僅僅對(duì)嶗山茶葉氣象產(chǎn)量與生育期內(nèi)的平均氣溫、降雨量等氣象因子進(jìn)行了初步分析，對(duì)于其影響機(jī)理及其如何在氣象服務(wù)中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究。

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