氣候變化對茶葉生產(chǎn)的影響及應(yīng)對技術(shù)展望

韓文炎，李鑫，顏鵬，張麗平，張?zhí)m

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，310008

氣候變化是指氣候平均狀態(tài)統(tǒng)計學(xué)意義上的巨大改變或者持續(xù)較長一段時間（30年或更長）的氣候變動，包括平均值和變率的變化。氣候變化的主要特征是全球氣候變暖，以及伴隨而來的極端天氣頻繁。氣候變化對生態(tài)環(huán)境及人類社會的影響是顯而易見的，已導(dǎo)致冰川消融、海平面上升、極端氣候、物種滅絕、水土流失、病蟲害暴發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)退化和自然災(zāi)害加劇等，是目前全球面臨的最重大挑戰(zhàn)之一，關(guān)乎人類的生存，已引起國際社會的廣泛關(guān)注[1]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由于“靠天吃飯”，受到的沖擊更大。近年來，在全球氣候變暖的背景下，高溫干旱、低溫凍害和暴雨等極端天氣十分頻繁，如江南茶區(qū)2008年冬季的雪災(zāi)，2010年春季的“倒春寒”，以及2013年和2016年夏季的高溫干旱等都給茶葉生產(chǎn)造成了非常顯著的影響。因此，了解氣候變化發(fā)展趨勢，提出應(yīng)對技術(shù)措施，對于茶產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展具有十分重要的意義。

一、我國代表性茶區(qū)氣候變化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

對我國海南、昆明、杭州和濟(jì)南等有代表性茶區(qū)近60年來的主要?dú)庀笠?，包括平均氣溫、極端最低和最高氣溫、大氣平均相對濕度、降水量、年均降水天數(shù)和年日照時數(shù)等進(jìn)行了統(tǒng)計。結(jié)果表明，按直線方程進(jìn)行擬合，在過去50年中，平均氣溫提高了1.3℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自工業(yè)革命以來全球平均氣溫升高的0.85℃；平均極端最低氣溫提高了2.1～3.8℃；最高氣溫變化不大，但高于35℃的高溫天數(shù)則顯著增加；年均降水量沒有顯著變化，但年均降水天數(shù)減少了11.2 d，大氣平均濕度降低了5.4%；年均日照時數(shù)也減少了40.9 h；另外，與1980年相比，云南的雨季推遲了22 d，明顯加劇了春旱，對云南春茶生產(chǎn)有顯著的影響[2]。

隨著大氣CO2濃度的升高，氣候變化呈進(jìn)一步加劇之勢。根據(jù)IPCC AR4數(shù)據(jù)庫及典型氣候模型預(yù)測表明，未來數(shù)十年中，江西每10年的增溫速度高達(dá)0.22～0.41℃，顯著高于歷史基準(zhǔn)的0.16℃，降雨量也會比歷史基準(zhǔn)值減少10.1%～18.9%[3]。我國茶葉主產(chǎn)區(qū)長江中下游地區(qū)到2050年和2100年氣溫平均升高2.2℃和4.5℃左右；降水變化不明顯，但夏季降水增加[4]。更為嚴(yán)重的是高溫、干旱、低溫凍害、熱帶臺風(fēng)和洪澇等極端災(zāi)害天氣會明顯增加。進(jìn)入本世紀(jì)以來，杭州最高氣溫屢創(chuàng)記錄，2002年為40.3℃，創(chuàng)1950年有氣象記錄以來的最高溫度，2013年更是高達(dá)41.6℃，2016年和2017年也分別高達(dá)40.3℃和41.3℃。干旱持續(xù)時間也越來越長，浙江茶區(qū)2013年夏季連續(xù)40 多天基本無雨[5]，安徽在2019年8月12日至10月28日期間，全省平均降水量僅為83.9 mm，較常年同期減少60%，平均無降水天數(shù)為65 d，較常年同期偏多11 d，為1961年以來同期最多。另外，春季“倒春寒”更為頻繁，浙江茶區(qū)幾乎每年都有發(fā)生，只是程度或地點(diǎn)不同，其中2010年3月8—10日的晚霜凍害導(dǎo)致浙江省半數(shù)以上茶園受害，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)17 億元[6]。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會的報告表明，這種情況在未來會更加強(qiáng)烈和頻繁[1]。

二、氣候變化對茶葉生產(chǎn)的影響

1.茶葉生產(chǎn)區(qū)域和季節(jié)的變化

隨著平均氣溫升高，特別是最低氣溫的持續(xù)升高，茶葉產(chǎn)區(qū)將逐漸向北和高海拔地區(qū)拓展。近年來，北方茶區(qū)茶園面積持續(xù)擴(kuò)大，除了該區(qū)域茶葉品質(zhì)較好、經(jīng)濟(jì)效益較高外，氣候變化導(dǎo)致的次適宜茶區(qū)向適宜茶區(qū)轉(zhuǎn)化也是重要原因之一。亞熱帶茶區(qū)茶葉生產(chǎn)季節(jié)會適當(dāng)延長，特別是開采期提前，這有利于提高春季名優(yōu)茶產(chǎn)量，但“倒春寒”帶來的風(fēng)險也隨之增加。年平均氣溫增加1℃，每年大于10℃的天數(shù)可增加15 d[7]，顯然這有利于延長茶葉的生產(chǎn)季節(jié)。

2.茶葉產(chǎn)量的變化

氣候變化對茶葉產(chǎn)量的影響既有有利的一面，也有不利的一面。從有利因素來講，氣溫和CO2濃度適當(dāng)升高有利于茶樹光合作用，提高茶葉產(chǎn)量。如年平均氣溫提高1℃，大于10℃的天數(shù)增加15 d，由于10℃是大多數(shù)茶樹品種的萌動起點(diǎn)溫度，如果其中的一半天數(shù)，約8 d 分布在春季，則杭州地區(qū)的茶葉生產(chǎn)季節(jié)可從193 d 增加到201 d，茶葉產(chǎn)量可增加約4%。但極端天氣如高溫干旱、低溫凍害和洪澇的增加不僅直接導(dǎo)致減產(chǎn)，而且還會引起水土流失，土壤有機(jī)質(zhì)積累減少，病蟲害暴發(fā)等，從而影響產(chǎn)量。

大氣CO2濃度升高對茶樹生長發(fā)育和茶葉產(chǎn)量的提高也有一定的促進(jìn)作用。當(dāng)CO2質(zhì)量濃度從目前的近400 mg/L增加到550 mg/L和750 mg/L時，茶樹新梢凈光合速率分別提高17.9%和25.8%，并能緩解和消除光合午休現(xiàn)象，從而有利于提高茶葉產(chǎn)量[8]。研究表明，當(dāng)CO2質(zhì)量濃度提高到800 mg/L 并培養(yǎng)24 d 后，茶苗樹高、地上和地下部干重、根冠比均有顯著提高[9]；進(jìn)一步研究表明，短期提高CO2濃度增產(chǎn)幅度較大，但隨著茶樹在高CO2濃度中的時間延長，飽和效應(yīng)也隨之出現(xiàn)。由于大氣CO2濃度是逐漸提高的，因此茶葉產(chǎn)量的實(shí)際增幅可能沒有預(yù)想的那么明顯。

雖然我國主要茶區(qū)年均降雨量變化不大，但降雨天數(shù)減少意味著雨水相對集中，從而既加劇了季節(jié)性干旱，又導(dǎo)致洪澇災(zāi)害。另外，光照時數(shù)和降雨天數(shù)同時減少意味著多云或陰天增多，這對于喜漫射光的茶樹是否有利主要取決于茶園所處的地理位置，如果在陽光強(qiáng)烈的熱帶和亞熱帶地區(qū)，這是有利的，但對于陽光并不強(qiáng)烈的高山和高緯度茶區(qū)則可能會降低產(chǎn)量。

氣候變化也會增加病蟲草的為害。如氣溫升高會增加害蟲的發(fā)生代數(shù)，提高害蟲或病原菌的越冬成活率。如茶尺蠖在杭州一般年發(fā)生6代，但如果10月份的平均氣溫超過20℃則會發(fā)生7代；又如茶小綠葉蟬的越冬蟲數(shù)與日平均氣溫低于0℃的天數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)[10]。極端天氣也容易導(dǎo)致病蟲害的大暴發(fā)，如2016年8—9月，長江中下游茶區(qū)茶尺蠖大面積暴發(fā)，主要原因是高溫干旱對茶尺蠖天敵絨繭蜂的影響明顯較大，從而導(dǎo)致茶尺蠖由于失去了天敵的控制作用而暴發(fā)成災(zāi)[11]。

氣候變化對茶園土壤的影響也是顯而易見的。隨著氣溫升高，土壤有機(jī)肥的礦化速度加快，雖然有利于養(yǎng)分的釋放，但不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，養(yǎng)分利用時間縮短，N2O 的釋放量也會明顯增加，從而降低氮素養(yǎng)分的利用率；暴雨等極端天氣還會加劇水土流失，最終影響茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)。另外，大氣CO2以及SO2和NO2等污染氣體濃度的提高還會提高酸雨的強(qiáng)度和頻度，從而進(jìn)一步降低土壤pH，對于酸化已經(jīng)較為嚴(yán)重的茶園土壤來說，這顯然不利于其持續(xù)健康發(fā)展。

研究還表明，隨著大氣CO2濃度升高，植物體內(nèi)的碳濃度顯著提高，而氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、銅和鋅等其他營養(yǎng)元素幾乎全部降低，對水稻等25種作物的測定表明，氮含量的降幅可高達(dá)14%以上[12]?？梢姡瑸樘岣咧参矬w內(nèi)這些元素的含量，保持養(yǎng)分平衡及作物產(chǎn)量，需要使用更多的肥料。

3.對茶葉品質(zhì)的影響

一般來說，較低的溫度有利于氮素代謝，促進(jìn)氨基酸和咖啡堿等氮代謝產(chǎn)物的合成與積累，但較高的溫度有利于茶樹碳代謝，有利于茶多酚含量的提高。顯然，隨著溫度的升高，茶葉茶多酚含量會提高，氨基酸含量降低，從而降低茶葉品質(zhì)，特別是綠茶品質(zhì)。但對于利用中小葉品種生產(chǎn)的紅茶，茶多酚含量適當(dāng)提高，有利于發(fā)酵，從而在一定程度上有利于提高紅茶品質(zhì)。

大氣CO2濃度增加對茶葉品質(zhì)的影響具有兩面性，CO2濃度適當(dāng)提高有利于光合產(chǎn)物的累積，為各種有機(jī)化合物，包括含氮化合物提供碳架，所以短期看有利于茶葉各種內(nèi)含成分的合成，但長期看主要是增加茶樹體內(nèi)碳代謝產(chǎn)物的含量。研究表明，當(dāng)大氣CO2質(zhì)量濃度從400 mg/L 提高到800 mg/L處理1個月后，新梢游離氨基酸和茶多酚含量均有明顯提高，但3個月后，游離氨基酸含量降低，而茶多酚含量進(jìn)一步提高；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，茶多酚的主要成分黃酮類化合物在CO2質(zhì)量濃度550 mg/L和800 mg/L條件下，比對照400 mg/L分別提高了19.4%和35.9%[13]。蔣躍林等[14]的研究也表明，當(dāng)CO2質(zhì)量濃度由400 mg/L提高到550 mg/L和800 mg/L時，茶葉氨基酸含量分別降低了1.7%～4.5%和6.7%～12.2%，咖啡堿含量分別降低了3.1%～4.6%和5.1%～10.7%，與此同時，茶多酚含量提高了3.8%～6.0%和6.9%～11.3%，可溶性多醣分別增加了8.4%～14.4%和18.1%～28.2%。

可見，無論是溫度升高，還是大氣CO2濃度增加均會導(dǎo)致茶葉茶多酚含量增加，氨基酸含量減少，從而影響茶葉品質(zhì)，特別是綠茶品質(zhì)。另外，伴隨著病蟲害加劇，農(nóng)藥使用量的增加，茶葉農(nóng)殘含量可能提高；氣候變化導(dǎo)致的降雨頻率降低，可能會導(dǎo)致更多的大氣干沉降物質(zhì)，如含有重金屬元素和多環(huán)芳烴的灰塵沉積在茶葉表面，從而帶來更多的污染，影響茶葉質(zhì)量安全。

三、氣候變化應(yīng)對策略

應(yīng)對氣候變化的挑戰(zhàn)，需要各方協(xié)力合作。一方面需要降低茶園碳的排放，為減緩氣候變化做出貢獻(xiàn)；另一方面，需要做好適應(yīng)工作，促進(jìn)茶葉生產(chǎn)的持續(xù)健康發(fā)展。

1.加強(qiáng)茶園基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是應(yīng)對極端天氣最有效的措施，從長遠(yuǎn)看也是最經(jīng)濟(jì)的手段。茶園基礎(chǔ)設(shè)施包括排灌系統(tǒng)、園區(qū)道路、坡改梯、防護(hù)林和遮陰樹、防凍風(fēng)扇和殺蟲燈及相關(guān)的電力系統(tǒng)建設(shè)等。茶園灌溉系統(tǒng)主要包括噴灌和滴灌，當(dāng)兩者不能同時安裝時，選擇噴灌的利用率更高，不僅可抗旱、改善茶園小氣候，而且對于預(yù)防早春“倒春寒”也有顯著的效果。

2.大力推廣低碳茶葉生產(chǎn)技術(shù)

目前生產(chǎn)上推廣的低碳栽培模式主要有有機(jī)茶園、良好農(nóng)業(yè)規(guī)范（GAP）和氣候智慧茶園等。這些模式不僅要求綠色環(huán)保，盡量減少化肥和農(nóng)藥的使用，而且通過增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和茶園生態(tài)建設(shè)等，提高茶園應(yīng)對氣候變化及極端天氣的能力。如有機(jī)茶園土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮和微生物量明顯增加，土壤結(jié)構(gòu)改善，保水和保肥能力增強(qiáng)[15]；有機(jī)茶園的天敵數(shù)量和生物多樣性也明顯改善，從而與常規(guī)茶園相比，應(yīng)對氣候變化的能力更強(qiáng)。

3.加強(qiáng)氣候變化對茶葉生產(chǎn)影響預(yù)測模型的研發(fā)

目前的預(yù)測模型主要針對氣候變化趨勢，且以平均氣溫和降水分布類型，或?qū)Υ筇镒魑锂a(chǎn)量的變化預(yù)測為主。因此，需加強(qiáng)針對茶葉生產(chǎn)區(qū)域，聚焦茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)變化的預(yù)測模型。預(yù)測的參數(shù)不僅包括氣溫、降雨等，還應(yīng)包括極端天氣等。對氣候的早期預(yù)警也必不可少。

4.降低茶園溫室氣體排放

茶園溫室氣體主要有N2O 和CO2，其中降低N2O 的排放是控制茶園土壤溫室氣體排放的關(guān)鍵。據(jù)研究，影響茶園N2O 排放的主要因子是茶園施氮量、土壤含水量和pH值等。研究表明，當(dāng)茶園施氮量為300、600、900 kg/hm2時，土壤N2O-N 的排放量分別占茶園施氮量的1.43%、1.96%和3.44%[16]；當(dāng)土壤含水量較高時施用氮肥，N2O的排放量顯著增加；土壤pH較低時，特別是pH 低于4.0 時，N2O 的排放量也會呈指數(shù)曲線增加。因此，降低茶園施氮量，合理改良土壤對于降低茶園土壤N2O 的排放量具有重要作用。但控制N2O排放的微生物機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

5.選育和推廣抗性品種

隨著氣候變化的加劇，極端天氣的頻率和強(qiáng)度會越來越高。因此，選育抗性良種，如抗高溫、抗干旱、抗低溫和抗病蟲能力強(qiáng)的品種對于應(yīng)對氣候變化具有十分重要的作用。另外，選育養(yǎng)分利用率高、光合作用能力強(qiáng)，特別是適應(yīng)高大氣CO2濃度條件下的高光效品種對于充分利用氣候變化對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的作用也是必不可少的。

6.改善茶園綜合生態(tài)系統(tǒng)

大力促進(jìn)生態(tài)茶園建設(shè)，努力提高茶園水土保持能力，特別是提高土壤有效深度和有機(jī)質(zhì)含量。建設(shè)茶園防護(hù)林帶，種植遮陰樹和行道樹。對于南方茶區(qū)，在茶園內(nèi)部種植遮陰樹，遮光率以30%左右為宜；對于長江中下游和北方茶區(qū)，則在茶園四周種植防護(hù)林和行道樹。另外，通過“豬-沼-茶”、茶園養(yǎng)羊和養(yǎng)雞等，在為茶園提供部分肥源的同時，提高茶場對氣候變化應(yīng)對能力，同時提高綜合效益。對于氣候變化激烈，在不久的將來有可能不再適合種茶的地區(qū)，還應(yīng)考慮其他作物類型。

7.加強(qiáng)宣傳和技術(shù)推廣

氣候變化對茶葉生產(chǎn)的影響是一個漸進(jìn)和逐漸累積的過程，應(yīng)對技術(shù)措施也不可能一蹴而就，而是一個長期的過程。因此，加強(qiáng)對茶葉生產(chǎn)者的宣傳，對相關(guān)應(yīng)對技術(shù)措施進(jìn)行試驗(yàn)研究和示范推廣十分必要。

8.開發(fā)和推廣茶園極端天氣保險

隨著科技進(jìn)步，先進(jìn)技術(shù)措施的應(yīng)用不斷普及，這些技術(shù)措施對于提高茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)對氣候變化，促進(jìn)茶產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展起到了非常重要的作用。但是，總體來說，在大自然和極端天氣面前，這些技術(shù)能起的作用有時是微不足道的。因此，開發(fā)和推廣茶園極端天氣保險，如“倒春寒”保險、高溫干旱保險等，對于減輕茶農(nóng)損失也是必不可少的。