婺源春茶開(kāi)采期的預(yù)報(bào)模型

楊?lèi)?ài)萍,陶 瑤,汪建軍,張 坤,林志堅(jiān)

(1.江西省農(nóng)業(yè)氣象中心,江西 南昌 330096;2.江西省上饒市氣象局,江西 上饒 334000;3.江西省氣象科學(xué)研究所,江西 南昌 330096)

0 引言

春茶在全年茶葉生產(chǎn)中,無(wú)論是產(chǎn)量還是品質(zhì),都有舉足輕重的地位。春茶開(kāi)采期的準(zhǔn)確把握對(duì)春茶產(chǎn)量和品質(zhì)都有明顯的影響，恰如農(nóng)諺所說(shuō)“早三天是寶,遲三天是草”。隨著人們生活水平的提高,春茶“早、新、優(yōu)”成為當(dāng)今茶葉市場(chǎng)的賣(mài)點(diǎn)。因此,準(zhǔn)確預(yù)報(bào)春茶的開(kāi)采期,對(duì)茶葉生產(chǎn)者適時(shí)做好早春茶園管理,組織采茶勞動(dòng)力,做好制茶準(zhǔn)備,安排好銷(xiāo)售計(jì)劃等具有重要意義[1-3]。

春茶開(kāi)采期大多在春分與清明之間,但年際間變動(dòng)較大。自20世紀(jì)80年代以來(lái),不少學(xué)者對(duì)春茶的開(kāi)采期進(jìn)行了探討和研究,得到了大量的研究成果。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為影響春茶開(kāi)采期的因子主要有氣象條件、土壤條件、茶樹(shù)品種特性、田間管理等[4-7]。但對(duì)于某一固定的茶園,其地形地貌是基本不變的,茶樹(shù)的品種特性也相對(duì)穩(wěn)定;茶園的生產(chǎn)管理措施雖然每年稍有改進(jìn),但主要的生產(chǎn)措施基本相同。然而,每年的氣象要素有所不同。所以,在上述諸因子中,氣象條件對(duì)春茶開(kāi)采期的影響往往起著主導(dǎo)作用[8-10]。

早春時(shí)節(jié)溫度總體上呈回升趨勢(shì)。茶樹(shù)經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季的休眠,此時(shí)生長(zhǎng)能力很強(qiáng),養(yǎng)分自根部逐漸向上移動(dòng),供應(yīng)茶葉萌發(fā)生長(zhǎng)的需要。當(dāng)氣溫回升到適宜程度時(shí),春茶就開(kāi)始萌發(fā)。因此,在眾多氣象因子中,溫度是影響春茶萌發(fā)和開(kāi)采的關(guān)鍵因子[11-14]。除了要達(dá)到適宜的溫度條件外,降水、日照等對(duì)茶芽的萌發(fā)也有明顯影響[15-17]。李旭群[18]研究發(fā)現(xiàn)：3月低溫多陰雨對(duì)茶芽的萌動(dòng)、萌發(fā)極為不利,開(kāi)采期會(huì)因此明顯偏遲;而3月暖溫多陰雨則最有利于茶樹(shù)新梢生長(zhǎng),茶芽萌發(fā)快,開(kāi)采期早。姜燕敏等[19]研究發(fā)現(xiàn)：安吉白茶開(kāi)采期的主要預(yù)報(bào)因子是1月平均氣溫和1月日照時(shí)數(shù)；鳩坑開(kāi)采期的主要預(yù)報(bào)因子為1月平均氣溫、1月日照時(shí)數(shù)和1月下旬≥10 ℃的有效積溫。汪春園等[20]指出3月中、下旬平均氣溫和3月中旬日照時(shí)數(shù)以及由它們組成的復(fù)合氣象因子與春茶谷雨前產(chǎn)量的關(guān)系密切。陳健[21]認(rèn)為春茶采摘期與2月氣溫的相關(guān)性最大,其中,2月上中旬氣溫回暖條件、2月中下旬低溫霜凍程度是預(yù)測(cè)茶葉成熟采摘期的關(guān)鍵因子。朱蘭娟等[22]的研究結(jié)果表明,2月下旬低溫天數(shù)和3月上旬平均最低氣溫是影響龍井43和龍井群體種開(kāi)采期的關(guān)鍵氣象因子。根據(jù)以上研究,國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種春茶開(kāi)采期氣象因子預(yù)報(bào)方法,這些方法將逐月(或逐旬)的平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度等作為預(yù)報(bào)因子,對(duì)春茶的開(kāi)采期進(jìn)行預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)效果較好。

茶樹(shù)具有很強(qiáng)的適應(yīng)外界自然環(huán)境的能力。在氣候趨暖的背景下,茶樹(shù)為了適應(yīng)氣象環(huán)境,茶樹(shù)的外形、葉片的解剖結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)等都會(huì)發(fā)生明顯改變,進(jìn)而導(dǎo)致茶芽的萌發(fā)期和春茶的開(kāi)采期發(fā)生變化，但在目前的春茶開(kāi)采期氣象預(yù)報(bào)模型中,尚未考慮不斷變化的氣象條件對(duì)春茶萌發(fā)期及開(kāi)采期的影響。

婺源綠茶歷史悠久,位列江西省“四綠一紅”茶葉品牌的首位。2018年,婺源縣發(fā)展茶園面積1.25萬(wàn)hm2(其中有機(jī)茶園認(rèn)證面積0.23萬(wàn)hm2),茶葉產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)系列年產(chǎn)值逾35億元,成為當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。婺源綠茶以春茶為主。目前尚未見(jiàn)有關(guān)婺源春茶開(kāi)采期氣象預(yù)報(bào)模型的研究報(bào)道。鑒于此,我們應(yīng)用近年來(lái)的婺源茶葉觀測(cè)資料和同期的氣象資料,采用關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)方法,建立了婺源春茶開(kāi)采期的預(yù)報(bào)模型；然后引入不斷變化的氣象條件,對(duì)該模型進(jìn)行改進(jìn)；最后將改進(jìn)的預(yù)報(bào)模型與常規(guī)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型進(jìn)行比較和檢驗(yàn),得出了適用于婺源春茶開(kāi)采期預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的預(yù)報(bào)方法,可為江西省茶葉氣象服務(wù)提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 材料

茶葉開(kāi)采期資料和同期的氣象數(shù)據(jù)均來(lái)源于婺源縣氣象局,資料年限為2014～2019年。

在茶葉觀測(cè)資料中,觀測(cè)的茶葉品種為上梅州,觀測(cè)項(xiàng)目主要有開(kāi)采期、產(chǎn)量等。開(kāi)采期是指每年第一批鮮葉的采摘日期,以春茶新梢有15%～20%達(dá)到1芽2～3葉為可開(kāi)采標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)婺源春茶的開(kāi)采期資料,開(kāi)采期最早為3月中旬,最晚為4月上旬。結(jié)合春茶開(kāi)采期氣象服務(wù)需求,預(yù)報(bào)結(jié)果須在每年2月底前發(fā)布。因此,本文使用的氣象資料主要為每年1～2月的逐日平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、降水量、空氣相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)等。

1.2 方法

1.2.1 常規(guī)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)方法 以歷年1～2月逐月(或逐旬)的平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)等氣象因子作為自變量,以春茶的開(kāi)采期日序?yàn)橐蜃兞?采用逐步回歸分析方法,建立春茶開(kāi)采期的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型。最終得到的模型是：Y=aX1+bX2+…+nXn+k。式中,Y為春茶開(kāi)采期的日序,以1月1日起算,1月1日取值為1,1月2日取值為2,以此類(lèi)推;X1、X2、…、Xn為關(guān)鍵氣象因子；a、b、…、n為關(guān)鍵氣象因子的回歸系數(shù)；k為截距項(xiàng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型

以1～2月逐月的平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、雨日數(shù)為自變量,以春茶的開(kāi)采期為因變量,采用逐步回歸分析方法,建立了春茶開(kāi)采期的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型，如公式(1)所示：

Y=119.8956-3.4626X1-0.6259X2

(1)

式(1)中：Y為春茶開(kāi)采期的日序；X1為1月平均氣溫；X2為1月雨日數(shù)。式(1)通過(guò)了0.01顯著性水平檢驗(yàn)。式(1)表明,1月平均氣溫和1月雨日數(shù)均與春茶的開(kāi)采期具有極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。1月平均氣溫越高、1月雨日越多,則春茶的開(kāi)采期越早。茶樹(shù)是典型的亞熱帶多年生常綠木本植物,在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中逐漸形成了喜溫暖濕潤(rùn)、喜弱光而耐蔭,怕寒冷、漬水和炎熱干旱的特點(diǎn)。故1月若多為溫暖、多陰雨天氣,則有利于打破春芽休眠,使得春芽的萌發(fā)提前。該模型的因子組成與春茶萌芽的生長(zhǎng)特性相符,具有合理性。

2.2 改進(jìn)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型

由前文分析可知,1月平均氣溫和1月雨日數(shù)是影響婺源春茶開(kāi)采期的關(guān)鍵氣象因子。因此,計(jì)算2014～2018年的近10年1月平均氣溫均值和1月雨日數(shù)均值,結(jié)果如表1所示。表1表明,在氣候趨暖背景下,1月平均氣溫呈上升趨勢(shì),1月雨日數(shù)呈增多趨勢(shì)。

表1 婺源2014～2018年的近10年1月平均氣溫均值和1月雨日數(shù)均值

按照1.2.2提出的方法,建立了改進(jìn)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型,如公式(2)所示。式(2)通過(guò)了0.01顯著性水平的檢驗(yàn)。

(2)

式(2)中：Y為春茶開(kāi)采期的日序；X1為1月平均氣溫；X2為1月雨日數(shù)；x1、x2分別為1月平均氣溫、1月雨日數(shù)的近10年滑動(dòng)平均值(見(jiàn)表1)。

2.3 模型檢驗(yàn)與效果分析

根據(jù)氣象觀測(cè)資料,婺源2019年1月平均氣溫、1月雨日數(shù)分別為6.6 ℃、19 d;預(yù)報(bào)年份近10年(2010～2019年)的1月平均氣溫、1月雨日數(shù)分別為5.96 ℃、8.02 d。2019年婺源春茶的開(kāi)采期為4月1日(日序值為90)。分別應(yīng)用常規(guī)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型和改進(jìn)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型,對(duì)2019年婺源春茶的開(kāi)采期進(jìn)行預(yù)報(bào)檢驗(yàn),結(jié)果如表2所示。從表2可以看出,改進(jìn)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型的預(yù)報(bào)誤差(預(yù)報(bào)值與實(shí)際值之差)明顯小于常規(guī)模型的,預(yù)報(bào)效果更好。

表2 模型預(yù)報(bào)結(jié)果及其預(yù)報(bào)誤差

3 結(jié)論與討論

本文應(yīng)用2014～2018年婺源茶葉觀測(cè)資料和同期氣象資料,采用關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)方法,并引入了不斷變化的氣象條件,對(duì)常規(guī)的春茶開(kāi)采期預(yù)報(bào)模型進(jìn)行了改進(jìn),然后以2019年為例,對(duì)改進(jìn)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型和常規(guī)的預(yù)報(bào)模型進(jìn)行了預(yù)報(bào)檢驗(yàn),得到了以下結(jié)論:

1月平均氣溫和1月雨日數(shù)是影響婺源春茶開(kāi)采期的關(guān)鍵氣象因子。1月平均氣溫越高、1月雨日數(shù)越多,則春茶的開(kāi)采期越早;反之則越晚。

應(yīng)用改進(jìn)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型,預(yù)報(bào)2019年婺源春茶開(kāi)采期的日序?yàn)?8 d,晚于常規(guī)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型的(85 d)。改進(jìn)的預(yù)報(bào)模型的預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際值更加接近,預(yù)報(bào)效果更好。

本文建立的婺源春茶開(kāi)采期的預(yù)報(bào)模型,主要應(yīng)用1月的氣象觀測(cè)要素,具有較好的時(shí)效性,能夠滿足春茶開(kāi)采期預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的需要。

綜上所述,氣溫、雨日數(shù)匹配適宜,形成暖溫、多陰雨的天氣條件,對(duì)春茶的萌發(fā)和開(kāi)采十分有利。這一結(jié)論與李旭群、姜燕敏等的研究結(jié)果一致。然而,在氣候變暖背景下,近10年1月平均氣溫趨高,1月雨日數(shù)趨多,春茶的開(kāi)采期可能提前。但常規(guī)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型未考慮茶樹(shù)自身適應(yīng)環(huán)境的能力和自我調(diào)節(jié)作用,導(dǎo)致預(yù)報(bào)得到的開(kāi)采期明顯早于實(shí)際值。改進(jìn)的關(guān)鍵氣象因子預(yù)報(bào)模型引入了關(guān)鍵氣象因子近10年的滑動(dòng)平均值,以及預(yù)報(bào)年關(guān)鍵氣象因子與其滑動(dòng)平均值的距平百分率,這在一定程度上較合理地反映了茶樹(shù)適應(yīng)氣候變化的能力和響應(yīng)情況,因此從2019年的預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,改進(jìn)模型的預(yù)報(bào)效果更優(yōu)。但是,由于本文使用的歷史資料年限較短,因此所建立模型的適用性還需在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)。