中國茶樹春霜凍害研究進展

王培娟 唐俊賢 金志鳳 馬玉平 陳 惠

1)(中國氣象科學研究院， 北京 100081)2)(浙江省氣候中心， 杭州 310017)3)(福建省氣象科學研究所， 福州 350001)

引 言

茶與咖啡、可可并稱為世界三大飲料。中國是茶樹原產(chǎn)地，目前全球已有60多個國家和地區(qū)種植茶樹[1]，主要分布在16°S～30°N之間的熱帶、亞熱帶地區(qū)[2]，中國茶樹種植面積、產(chǎn)量、茶葉年消費總量均位于世界首位[2-3]。2018年統(tǒng)計[4]顯示：我國18個主要產(chǎn)茶省份茶園面積穩(wěn)中略增，達2.93×107hm2，茶葉產(chǎn)量持續(xù)增加，其中名優(yōu)茶產(chǎn)量增加約4×104t，全國干毛茶總產(chǎn)值達到2157.3億元。

茶葉按采摘時間可分為春茶、夏茶、秋茶和冬茶。春茶通常指3—5月中旬采制的茶葉，由于春季溫度適中，降水充沛，且經(jīng)過冬季的休養(yǎng)生息，使春茶葉質(zhì)柔軟，茶芽肥碩，色澤翠綠，富含維生素和氨基酸，因此在各地茶葉生產(chǎn)中，春茶茶葉品質(zhì)最好，經(jīng)濟效益最高，在茶葉生產(chǎn)中居重要地位。如2010年浙江省春季名優(yōu)茶產(chǎn)值占全年茶葉總產(chǎn)值的90.7%[5]。春茶質(zhì)量與天氣狀況、茶園管理技術(shù)、采制技術(shù)有關(guān)[6]，產(chǎn)量與收益呈正相關(guān)，且直接影響全年茶葉產(chǎn)值。

在氣候變化背景下，極端低溫冷害與霜凍事件雖呈減少趨勢，但仍時有發(fā)生并造成嚴重影響[7]。Heino等[8]認為20世紀歐洲北部和中部氣溫日較差減小、霜凍頻次降低。近幾十年，歐洲[8]、加拿大[9]的霜凍日數(shù)均逐漸減少，中國平均終霜凍日提早時間顯著大于初霜凍日推遲時間，且無霜期自20世紀80年代起明顯延長[10-13]。然而，終霜凍期提前并不意味著春霜凍害一定減輕，由于春季氣溫升高導致作物生育進程加快，對霜凍的敏感期也會提前。霜凍害是影響范圍較大的災害性天氣[14]，主要危害小麥[15-18]、玉米[19-22]、向日葵[22]、枸杞[23-24]、茶樹[25-26]、蘋果樹[27-29]、葡萄[30]、柑橘[31]、枇杷[32]、臺灣青棗[33]等作物。如2005年黃淮區(qū)域凍害造成3.33×106hm2小麥受凍，受凍嚴重的麥田幾乎絕收[16]。2004年煙臺遭遇強冷空氣，持續(xù)低溫使處于開花期的蘋果受害，全市蘋果受害面積達6.4×104hm2，其中2.1×104hm2蘋果絕收[27]。由于特早芽、早芽茶樹品種推廣種植，春茶芽葉萌發(fā)提前，更容易受到春霜凍的危害[34]。2005—2014年浙江省各地茶園均遭受早春霜凍危害，給浙江省茶葉生產(chǎn)造成嚴重影響。以2013年4月上旬為例，受北方強冷空氣影響，4月6日開始浙江省受冷高壓中心控制，7日最低氣溫下降5～7℃，大部分地區(qū)在4℃以下，部分山區(qū)降至-2～0℃，出現(xiàn)春霜凍，給處在全面采摘期的浙江春茶生產(chǎn)造成嚴重危害。據(jù)統(tǒng)計，2013年4月上旬的低溫霜凍害，造成浙江省名優(yōu)茶產(chǎn)量損失1140 t，直接經(jīng)濟損失約7.2億元[2]。目前國內(nèi)的茶樹氣象災害研究集中于低溫冷害、霜凍害、旱熱害等[35-36]，茶樹作為一種喜溫喜濕的經(jīng)濟作物[37-38]，茶芽在氣溫較低的早春容易受凍，導致春茶開采期延遲，造成茶葉產(chǎn)量減少、品質(zhì)下降，帶來經(jīng)濟損失[39-42]。因此，茶農(nóng)特別重視春茶生產(chǎn)，并致力于提高春茶產(chǎn)量以增加收入[43-44]。

本文基于已有研究，從茶樹春霜凍的概念與分類、危害機理、災害指標、時空分布、影響與風險評估和防御措施6個方面，系統(tǒng)總結(jié)我國茶樹春霜凍研究進展。

1 概念與分類

1.1 霜凍害概念與分類

低溫災害包括低溫冷害和霜凍害，二者具有顯著差異。低溫冷害是指農(nóng)作物生長發(fā)育期間，因氣溫低于作物生理下限溫度，影響作物正常生長發(fā)育，引起農(nóng)作物生育期延遲，或是生殖器官生理活動受阻，最終導致減產(chǎn)的一種農(nóng)業(yè)氣象災害[45]。冷害的致災溫度因作物所處發(fā)育期的差異而變化，但均在0℃以上，有時甚至可達20℃左右。霜是指近地面溫度降至0℃或以下時，空氣中水汽達到飽和凝華成的白色結(jié)晶物[46]。霜凍害通常被定義為在農(nóng)作物、果樹等生長季節(jié)內(nèi)，冷空氣入侵使百葉箱日最低氣溫降到2℃或以下[10]，或地表輻射冷卻導致土壤表面溫度下降到0℃以下，造成作物受害甚至死亡的農(nóng)業(yè)氣象災害[47]。霜和霜凍未必同時產(chǎn)生。發(fā)生霜凍時，近地面氣溫可在0℃以下，也可在0～5℃的范圍內(nèi)[48]，當最低氣溫達到4℃時[49]，地面溫度可降至0℃以下產(chǎn)生霜。因此，霜凍發(fā)生時，可能有霜，也可能無霜。有霜時的霜凍叫白霜，無霜時的霜凍叫黑霜或暗霜。當溫度下降到0℃以下時，植物細胞間隙水分凍結(jié)成冰晶，細胞內(nèi)原生質(zhì)與液泡逐漸脫水和凝固，導致細胞死亡。解凍時細胞間隙中的冰融化成水，并很快蒸發(fā)，原生質(zhì)因失水導致植物干死[50]。

霜凍在秋季、冬季以及春季均會出現(xiàn)，但主要出現(xiàn)在深秋到初春[7]。霜凍發(fā)生主要由溫度變化導致，霜凍害按照發(fā)生時間一般可分為春霜凍和秋霜凍。春霜凍又稱晚霜凍、終霜凍，是指作物苗期、果樹花期、越冬作物返青后發(fā)生的霜凍，主要發(fā)生在喜溫作物的苗期和開花期[51]；秋霜凍又稱早霜凍、初霜凍，指秋收作物尚未成熟，露地蔬菜還未收獲時發(fā)生的霜凍，主要發(fā)生在秋收作物的灌漿成熟期[51]。

霜凍害按照天氣成因又可分為平流型霜凍、輻射型霜凍和平流輻射型霜凍[52-53]。平流型霜凍是冷空氣從高緯度地區(qū)積累發(fā)展并南下，引起劇烈降溫造成的，常伴有烈風，也被稱為風霜。平流型霜凍危害范圍廣、面積大，多發(fā)于早春和晚秋的長江以北地區(qū)以及冬季的華南和西南地區(qū)，易對蘇南茶區(qū)茶樹萌發(fā)前或剛萌發(fā)茶芽產(chǎn)生危害[54]。輻射型霜凍是指晴朗無風的夜晚或早晨，在冷高壓控制下，地表植物表面因強烈的輻射冷卻而形成的霜凍，常被稱為晴霜。輻射型霜凍常出現(xiàn)在風小、晴朗或少云的夜間及凌晨，易對朝北的坡地以及地勢低洼處的茶園產(chǎn)生危害。平流輻射型霜凍是冷空氣入侵和輻射冷卻共同作用下的霜凍，又稱混合型霜凍。入侵的冷空氣溫度在0℃以上，不能形成霜凍，夜晚天氣晴朗無風，輻射冷卻進一步加強，使地面和近地面氣溫下降至0℃以下而產(chǎn)生的霜凍，也是最常見的一種霜凍。該類霜凍情形下茶樹受凍程度最嚴重。

1.2 茶樹春霜凍害

不同學者對茶樹春霜凍害的定義不同。Making[55]指出低溫是引發(fā)茶樹霜凍害的主要環(huán)境因子。Christersson[56]和Huang[57]認為春季出現(xiàn)0℃以下低溫時，茶樹新梢芽葉就會遭受霜凍危害。駱耀平[58]將茶樹春霜凍定義為日平均氣溫在0℃以上時，夜間地面或茶樹植株表面溫度降至0℃以下，導致茶葉表面結(jié)霜或未結(jié)霜但是造成茶樹受害甚至死亡的現(xiàn)象。李亞春等[34]研究蘇南茶區(qū)茶樹春霜凍時認為日最低氣溫不高于2℃發(fā)生茶樹春霜凍。婁偉平[5]認為茶樹一般在3—4月萌芽，在此期間，氣溫驟降至4℃以下，茶葉冠層溫度降至0℃以下，萌發(fā)的芽葉受凍即為茶樹春霜凍。徐金勤等[59]將3—4月日最低氣溫不高于4℃作為茶樹早春霜凍的發(fā)生指標。姜燕敏等[60]根據(jù)實際情況，認為浙南2—4月最低氣溫不高于4℃時，即發(fā)生茶樹春霜凍。通常情況下，影響江南茶區(qū)的春霜凍害出現(xiàn)在每年的3月上旬至4月中旬(即驚蟄到谷雨之間)，此時江南茶區(qū)日平均氣溫多在10℃以上，而北方強冷空氣活動仍較頻繁，當日最低氣溫下降到4℃及以下時，已萌發(fā)的新梢茶芽因抗寒能力弱，極易遭受春霜凍危害。

2 危害機理

霜凍害本質(zhì)上是一種低溫災害，按照低溫程度又可分為冷害和凍害。冷害是0℃以上低溫對植物的傷害，凍害是0℃以下低溫對植物的傷害。

2.1 茶樹春霜凍害的內(nèi)因

生物膜系統(tǒng)的類脂分子是對低溫冷害反應最明顯的位置[61-63]。Levitt等[62]提出的“膜脂相變冷害”理論認為溫帶植物遭受0℃以上低溫時，生物膜由液晶相變?yōu)槟z相導致膜透性增大，膜上結(jié)合酶活性下降導致酶促反應失調(diào)。膜脂的相變破壞了膜結(jié)構(gòu)和功能，使細胞內(nèi)鉀離子外滲，加劇傷害。當膜脂降解時，植物組織會受害甚至致死。蛋白質(zhì)對溫度同樣敏感，低溫對蛋白質(zhì)的破壞主要體現(xiàn)在對原生質(zhì)蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)變性上[64]。低溫條件下，植物蛋白質(zhì)的合成速度慢于分解速度，造成蛋白質(zhì)匱乏；同時，鍵能較弱的疏水鍵在低溫條件下容易被破壞，導致蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)是細胞的構(gòu)成成分，也是參與細胞代謝的酶的組成成分，因此，低溫對蛋白質(zhì)的傷害有更深層次的影響。此外，植物自由基的產(chǎn)生和消除之間的平衡在低溫條件下遭到破壞[65]，過量的活性氧物質(zhì)使膜脂過氧化以及脫脂化，對膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成損害[66]，危害自身正常的生理過程甚至死亡[64]。

每種植物有其耐受的最低溫度，低于該溫度植物會受凍。造成茶樹受凍的內(nèi)因主要是低溫導致嫩芽細胞受損。春季茶芽開始萌發(fā)，幼芽含水量達75%左右，其中自由水含量比例升高，滲透勢降低，茶芽受凍可能性提高[67]；此外，芽梢伸展的過程中細胞壁變薄，抗低溫能力降低。早春氣溫起伏大，當茶樹芽梢遭遇冷空氣時，原本活躍生長的組織代謝異常，產(chǎn)生并積累大量自由基，危害植物的蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子，使膜脂產(chǎn)生過氧化作用[68-69]，破壞細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能。

茶樹受凍是低溫引起的細胞結(jié)冰[70]，當氣溫降至-5～ 0℃，低于茶芽發(fā)育所需的下限溫度時，茶芽胞間或胞內(nèi)水分結(jié)成冰晶。由于細胞質(zhì)中含有較多的溶質(zhì)和冰晶介質(zhì)，結(jié)冰首先發(fā)生在細胞間和細胞壁中[63]。隨著溫度下降，冰晶不斷增大，對原生質(zhì)產(chǎn)生機械壓迫損壞和失水，造成細胞流動雙分子層凝固破裂，細胞內(nèi)含物外溢，其中包含的多酚類與自身氧化酶類、空氣中的氧發(fā)生氧化，導致細胞、組織死亡，芽葉焦灼，嚴重時整株茶樹死亡。

幼嫩的芽葉受凍后表現(xiàn)出變焦、變褐、卷曲等癥狀，導致茶葉失去原有的經(jīng)濟價值。植物光合器官對低溫極為敏感，一方面，低溫會抑制酶的活性，進而影響葉綠素的正常合成速率[64]；另一方面，低溫還會破壞葉綠體的結(jié)構(gòu)，葉綠素的含量和組成都會直接影響植物光合作用的程度[71]。研究表明：隨著溫度的降低、低溫持續(xù)時間的延長，4個品種茶樹(福鼎大白茶、烏牛早、鳩坑、龍井43)葉片的最大凈光合速率、表觀量子效率、葉綠素含量均表現(xiàn)出下降趨勢[2，41，72]。

低溫影響植物多方面的生理生化指標，主要包括過氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、可溶性蛋白(SP)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性等，這些指標具有將體內(nèi)形成的過氧化物轉(zhuǎn)換為毒害較低或無害物質(zhì)的功效。氧化物酶是植物抗氧化系統(tǒng)的組成部分，一般老化組織中活性較高，幼嫩組織中活性較弱[73]。丙二醛是植物在低溫條件下產(chǎn)生的膜脂過氧化產(chǎn)物，表示植物在逆境條件中植物膜氧化損傷的程度[65]，丙二醛含量越高，表示植物受害越嚴重。研究發(fā)現(xiàn)：隨著低溫處理強度加大，茶樹葉片丙二醛含量隨著溫度降低呈上升趨勢，但氧化物酶活性則表現(xiàn)出先升后降的趨勢，說明超過一定的界限溫度，低溫會導致保護酶活性下降，進而對細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能造成損傷[74]。低溫可以誘導可溶性蛋白含量增加[75-76]，起到保護細胞膜的作用，是茶樹適應環(huán)境的表現(xiàn)[72]。超氧化物歧化酶在植物逆境條件下，通過抑制細胞膜內(nèi)不飽和脂肪酸的氧化[77]，消除自由基達到保護膜系統(tǒng)的作用[65]。研究表明：氣溫越低，持續(xù)日數(shù)越多，茶樹葉片超氧化物歧化酶活性越強，一旦溫度超過茶樹能忍受的低溫范圍，超氧化物歧化酶活性便會下降，導致細胞膜受損，且不可逆[78]。

2.2 茶樹春霜凍害的外因

茶樹葉片的內(nèi)部受損由外在因子導致，包括低溫及其持續(xù)時間、茶樹的生態(tài)環(huán)境以及茶樹莖葉上附生的微生物等。

喬木型或半喬木型的大葉種茶樹遇到0℃以下低溫時會受凍，而灌木型的中小葉種茶樹在-10℃時會出現(xiàn)凍害癥狀[79]。在春季2月下旬與3月間，持續(xù)10 d以上的日平均氣溫由10℃以上驟降至5℃以下時，已萌動的茶芽會受凍，日平均氣溫在0℃以下時，茶芽受凍更加嚴重。隨著降溫速度越快，低溫持續(xù)時間越長，茶樹受凍的程度也越嚴重。

茶樹所處生態(tài)環(huán)境尤其是地形地勢對霜凍有較大影響[49，80]。低洼地形的起伏比平地大，因而氣溫變化也比平地大。其次，平地地形冷空氣易流動，不易產(chǎn)生霜凍或霜凍程度較低；而冷空氣易在地勢低洼處堆積，造成霜凍[49]。此外，土壤濕度既影響植物的光合速率[81]，又影響茶樹的受凍程度。土壤干燥疏松的茶園，白天升溫快，夜間冷卻降溫也快，其間茶樹受凍程度比土壤潮濕的茶園嚴重[82]。

茶樹凍害與其莖葉附生微生物也有一定的關(guān)系[69]。研究表明：植物在沒有冰核細菌存在的情況下，可耐受低溫為-7～ -6℃且不發(fā)生凍害[79]，而冰核細菌的存在能提高茶樹葉片內(nèi)水分的過冷卻點[83]，在-3～-2℃時[84]，促使植物葉片內(nèi)部凍結(jié)導致茶樹受凍。

3 災害指標

農(nóng)業(yè)氣象災害指標是判斷災害發(fā)生與否的依據(jù)，是開展監(jiān)測、預測的工具，同時也是進行影響與風險評估的基礎[85-89]。農(nóng)業(yè)氣象災害指標因災害的類型、作物品種等因素而異。

低溫作為影響霜凍程度的主導因子，已有研究多將溫度指標作為衡量霜凍的氣象學標準，但僅以臨界低溫作為霜凍指標，并不能準確反映作物是否受凍、受凍程度如何[90]，進而出現(xiàn)災害指標與實際災情不符的情況。霜凍強度是低溫不斷累積結(jié)果[19，91]，因此低溫持續(xù)時間也是霜凍強度的重要影響因子。隨著茶樹氣象服務精細化程度的不斷提高，茶樹霜凍指標也在不斷優(yōu)化，考慮茶樹自身生理特性，將芽葉生理生化指標以及實際災情中茶樹受凍癥狀，也作為衡量茶樹霜凍等級的重要因子。

3.1 按獲取方法分類

3.1.1 形態(tài)學指標

形態(tài)學指標是根據(jù)茶樹受凍后葉片形態(tài)變化確定霜凍害程度。茶樹遭受霜凍后一般表現(xiàn)為芽葉焦褐、葉片卷縮，嚴重時枝條干枯開裂。傅海平等[92]應用田間自然鑒定法，將茶樹葉中上部葉片1/3以上赤枯或青枯判定為受凍，再根據(jù)受凍葉片占總體葉片的比例，將茶葉凍害程度劃分為5個等級，分別表示為0～4級，數(shù)字越大凍害等級越重。王世斌[93-94]、田生華[95]通過觀察新芽葉或者葉片的生理形態(tài)確定茶樹的受害情況，并根據(jù)茶樹的受害程度將凍害等級分為0～4級。將上述兩種方法的茶樹春霜凍形態(tài)學指標匯總于表1。

表1 茶樹春霜凍的形態(tài)學指標Table 1 Morphological index of spring frost disaster for tea plant

利用形態(tài)學指標判別茶樹受凍程度，方法簡單易行，但耗時耗力，且災情的判別結(jié)果依賴于觀測人員經(jīng)驗，不同觀測人員的判別結(jié)果可能存在偏差。同時，該方法時效性不高，難以在災害發(fā)生時獲取第一手災情資料，多用于災后調(diào)查和評估。

3.1.2 生理生態(tài)指標

生理生態(tài)指標是在不同的低溫脅迫環(huán)境下，通過對比測定茶樹葉片的光合、呼吸、抗氧化酶等生理生態(tài)指標，厘定不同霜凍害程度的臨界致災閾值。通常采用的低溫脅迫環(huán)境包括茶園自然低溫和人工控制箱模擬低溫。如王海梅等[96]通過設置不同的低溫環(huán)境確定河套灌區(qū)玉米春霜凍的氣象指標；王景紅等[97]通過低溫脅迫試驗測定蘋果花器官的過冷卻點，并將其作為霜凍臨界溫度，利用人工氣候箱模擬不同的低溫條件和持續(xù)時間，根據(jù)蘋果花的受凍率確定蘋果花期霜凍指標。

李仁忠等[41]利用人工氣候箱開展低溫脅迫控制試驗，觀測茶葉葉片生理生化指標的變化，從而得出4種茶樹的半致死溫度；王學林[42]利用人工控制試驗設置不同的低溫環(huán)境，測定龍井43號茶樹生理生化指標變化情況，并根據(jù)細胞傷害率不超過30%、細胞傷害率超過30%且不超過60%、細胞傷害率超過60%，將茶樹霜凍害分為輕、中、重3個等級。

3.2 按照數(shù)據(jù)類別分類

3.2.1 由氣象數(shù)據(jù)確定的春霜凍指標

婁偉平[5]認為茶樹一般在3—4月萌芽，期間氣溫回暖，江南茶區(qū)的日平均氣溫多在10℃以上，適宜茶芽萌發(fā)，當空氣最低氣溫驟降至4℃以下時，萌發(fā)的芽葉因抗寒能力弱而受凍的災害為茶樹春霜凍。徐金勤等[59]將3—4月日最低氣溫不高于4℃作為浙江全省茶樹早春霜凍的發(fā)生指標；姜燕敏等[60]根據(jù)浙南春茶早春霜凍發(fā)生的實際情況，以2—4月最低氣溫不高于4℃作為茶樹春霜凍指標。

3.2.2 氣象數(shù)據(jù)和茶樹受災癥狀綜合確定的春霜凍指標

劉春濤等[98]根據(jù)倒春寒氣象指標、作物霜凍害等級以及茶樹霜凍害等級，結(jié)合氣象指標(日最低氣溫及其持續(xù)時間)和茶樹新芽受害情況，將嶗山區(qū)春茶晚霜凍分為輕霜凍、中霜凍和重霜凍3個等級。劉瑞娜等[99]在前人對茶樹春霜凍氣象指標研究的基礎上，將日最低氣溫不高于4℃作為茶樹春霜凍的臨界值，并結(jié)合茶樹受害癥狀劃分災害指標(表2)。

表2 日最低氣溫和茶樹受災癥狀綜合確定的春霜凍指標Table 2 The spring frost index determined by both daily minimum temperature and tea plant disaster symptoms

3.3 按照氣象數(shù)據(jù)的時間尺度分類

3.3.1 日尺度氣象災害指標

前面提到，徐金勤等[59]、姜燕敏等[60]分別將3—4月和2—4月日最低氣溫不高于4℃作為茶樹早春霜凍的發(fā)生指標，將茶樹春霜凍劃分為輕度、中度和重度3個等級。事實上，茶樹春霜凍不僅與日最低氣溫有關(guān)，還與低溫持續(xù)時間關(guān)系密切。王學林[42]根據(jù)日最低氣溫及其持續(xù)時間，將茶樹春霜凍等級劃分為輕度、中度和重度(表3)。該類指標主要適用于大尺度霜凍害監(jiān)測和災害的預測預報預警服務。

表3 江南茶區(qū)茶樹春霜凍日尺度氣象災害指標Table 3 Meteorological disaster index of spring frost for tea plant at daily scale in Southern Yangtze River

3.3.2 小時尺度氣象災害指標

前人研究多以日最低氣溫為指標，實際上，茶葉暴露于低溫環(huán)境中幾個小時即會發(fā)生霜凍害。當研究區(qū)域較小，且對服務的精細化水平要求較高時，小時尺度霜凍害指標的適用性更強。為此，中國氣象局發(fā)布了適用于江南茶區(qū)中小葉型的小時尺度《茶樹霜凍害等級》氣象行業(yè)標準[100](表4)，劃分茶樹在不同的低溫強度和持續(xù)時間下的霜凍等級。在此基礎上，李仁忠等[41]結(jié)合浙江省典型年份茶葉春霜凍災情，對原有指標進行修訂，提出了浙江省茶樹春霜凍等級指標。這個指標亦將茶樹霜凍等級劃分為輕度、中度、重度以及特重4個等級，其中浙江省地方指標中認為小時最低氣溫低于-1℃且持續(xù)時間小于4 h即為重度霜凍，持續(xù)時間不小于4 h則為特重霜凍。

表4 江南茶區(qū)茶樹春霜凍小時尺度氣象災害指標Table 4 Meteorological disaster index of spring frost for tea plant at hourly scale in Southern Yangtze River

基于氣象數(shù)據(jù)的茶樹春霜凍指標，與簡單的形態(tài)學指標相比更加客觀準確，不受人為主觀判斷的影響；與生理生態(tài)指標相比，數(shù)據(jù)獲取方法更加便捷，可操作性更強。將日最低氣溫、持續(xù)時間、茶樹實際受凍癥狀相結(jié)合作為茶樹春霜凍指標，可以更好地為茶樹生產(chǎn)提供科學指導。隨著氣象服務精細化水平的提高，小時尺度的氣象要素和山區(qū)地形對茶葉生產(chǎn)的影響越來越受到重視，基于茶園小氣候站[101]不同高度的逐小時氣溫數(shù)據(jù)監(jiān)測茶樹春霜凍害，會更加精確。

4 時空分布特征

科學客觀地理解茶樹春霜凍的時空分布特征，對調(diào)整茶樹種植規(guī)劃與布局，確定合理的開采期，制定客觀公正的茶樹保險理賠方案，均具有重要的科學意義。目前，茶樹春霜凍時空演變特征研究多采用數(shù)理統(tǒng)計方法。時間變化特征分析中，年際變化趨勢一般采用氣候趨勢分析法，周期性變化采用小波分析法[59]；對空間分布特征分析時，多采用空間插值軟件ANUSPLIN[59]、地理信息系統(tǒng)(GIS)[102]等；在時間和空間特征綜合分析時，經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)法[103-105]、獨立成分分析(ICA)法[106]均得到較廣泛的應用。

4.1 時間變化趨勢

王學林[42]、劉瑞娜等[99]應用氣候趨勢分析方法分別對江南茶區(qū)、安徽省茶樹春霜凍發(fā)生次數(shù)進行分析，均得出各研究區(qū)域不同等級春霜凍呈現(xiàn)出下降趨勢。這是由于受氣候變化的影響，各地春季霜凍結(jié)束時間提前，總體上霜凍日數(shù)也顯著減少。王學林[42]又采用重標極差分析法(R/S分析法)研究未來變化趨勢，得出江南茶區(qū)不同等級春霜凍年平均發(fā)生次數(shù)在未來仍呈下降趨勢，其中，輕度、中度霜凍年平均次數(shù)下降比重度霜凍快。同樣的，徐金勤等[59]對浙江省1971—2016年茶樹春霜凍日數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)春霜凍總?cè)諗?shù)的氣候傾向率為-0.92 d/(10 a)，且達到0.01的顯著性水平。

胡波等[106]利用獨立成分分析法分析了1971—2011年浙江省茶葉早春霜凍的時空分布特征，根據(jù)時間系數(shù)趨勢線分析不同等級霜凍年際變化，得出41年間浙江省茶葉輕度霜凍呈減少趨勢，重度霜凍無明顯變化，中度霜凍呈波動變化的結(jié)論，其中20世紀70年代和80年代后半期霜凍呈減少趨勢，20世紀80年代前期、90年代和2000年以后呈增加趨勢。

盡管不同研究者采用不同的研究方法，但結(jié)果較為一致，即20世紀70年代以來，茶樹春霜凍的發(fā)生頻次除個別年份略有增加外，整體呈下降趨勢，這是在氣候變化大背景下，短期冷空氣入侵現(xiàn)象頻發(fā)所致[103]。

4.2 空間分布特征

霜凍天氣具有明顯的地域特征，易發(fā)生在地勢、海拔較高地區(qū)[81]，如貴州地勢較高的西部、海拔較高的北部和東北部易發(fā)生霜凍[12]，在黔西南州的中部偏西地區(qū)霜凍最嚴重[107]。茶園選址一般在丘陵、山區(qū)地帶，低山平地茶園尤其是地形閉塞的小盆地和山腳低洼處的茶園，霜凍持續(xù)時間長，受凍嚴重。

李倬等[108]指出我國茶樹春霜凍發(fā)生次數(shù)較多、影響較大的地區(qū)主要位于長江中下游，即江南茶區(qū)。江南茶區(qū)茶樹春霜凍發(fā)生頻率在空間分布上由南向北呈逐漸增加的分布特征，同時也表現(xiàn)出隨海拔升高而增大的分布特征。該結(jié)論可為新建茶園的選址、茶樹品種的布局等提供生產(chǎn)指導，如在高緯度高海拔地區(qū)種植茶樹時，需要注意選取抗寒性高的茶樹品種，以降低春霜凍對茶樹生產(chǎn)的影響。

4.2.1 區(qū)域尺度

針對江南茶區(qū)茶樹春霜凍的空間分布特征，王學林[42]利用反距離權(quán)重插值方法，研究得出江南地區(qū)茶樹春霜凍在空間分布上具有較大差異，主要表現(xiàn)為江南南部地區(qū)發(fā)生春霜凍的次數(shù)比江南北部地區(qū)少，呈現(xiàn)出由西南向東北逐漸增加的帶狀分布，這與李柏貞等[39]得出江南茶區(qū)早春霜凍發(fā)生頻率呈北多南少分布特征的結(jié)論相同。李時睿等[109]的研究也得出長江以南入春早，長江以北地區(qū)茶樹春霜凍出現(xiàn)的頻率和強度均高于長江以南地區(qū)，呈北多南少分布特征的結(jié)論。

4.2.2 省級尺度

1916年2月，史稱“凡爾登絞肉機”的“凡爾登戰(zhàn)役”中，法軍傷亡超過50萬；同年6月“索姆河戰(zhàn)役”中，英軍傷亡40萬，法軍折損20萬。戰(zhàn)爭越來越吃緊，協(xié)約國越來越困難，英法兩國的男性青壯年幾乎全都被征召入伍，走上前線，前線后勤保障人員嚴重不足，后方勞動力奇缺。在這種情況下，曾經(jīng)拒絕中國政府幫助的英法兩國，終于接受了中國政府“以工代兵”的支援方式。

在省級尺度上茶樹春霜凍空間分布特征的研究更普遍。江蘇省西南部春季升溫最早，西北部地區(qū)升溫最晚，終霜凍期則表現(xiàn)為南部早于北部，東部早于西部；北部春霜凍日數(shù)明顯多于南部，同緯度地區(qū)沿海多于內(nèi)陸[11]。許映蓮等[110]對江蘇省茶樹氣候特征進行分析，發(fā)現(xiàn)江蘇省終霜凍日期提前，且南部地區(qū)終霜凍日期比北部地區(qū)出現(xiàn)更早。這與王俊等[111]得出的江蘇省春季升溫是由西南向西北推進的結(jié)論一致。姜燕敏等[60]研究表明：1971—2015年浙南春茶早春霜凍發(fā)生日數(shù)有明顯下降趨勢，在空間上表現(xiàn)出自西北向東南遞減。徐金勤等[59]基于ANUSPLIN平臺繪制出浙江省春霜凍日數(shù)的變化趨勢空間分布圖，具體表現(xiàn)為春霜凍日數(shù)由東南向西北增加，高海拔山區(qū)的霜凍日數(shù)比低海拔地區(qū)多。吳楊等[102]利用Kriging空間插值法分析1971—2003年浙江省茶樹春霜凍害的空間分布特征，得出浙北地區(qū)霜凍日數(shù)較浙南多，從東南向西北呈逐漸增加趨勢；浙北地區(qū)春霜凍強度較大，且以浙西北山區(qū)最為嚴重。金志鳳等[112]研究也表明：浙江省北部高海拔山區(qū)發(fā)生春霜凍的概率高。胡波等[106]利用獨立成分分析方法，研究得出1971—2011年浙江省輕度和中度茶葉早春霜凍均呈現(xiàn)出北多南少的空間分布特征。

5 影響與風險評估

5.1 影響評估

國內(nèi)研究普遍認為春季氣溫低于4℃時，茶芽就會遭受霜凍危害；0℃以下低溫，芽葉受凍枯黃，開采期明顯推遲。目前針對春霜凍對茶樹生產(chǎn)的影響評估多集中于江、浙、皖、贛等茶區(qū)，且以定性評估為主，逐漸發(fā)展至研發(fā)基于氣象災害指標的災害影響定量評估模型。對于定性評估，主要是利用氣象因子(日最低氣溫、持續(xù)時間等)，結(jié)合茶葉品種、地形地勢等要素，評估茶樹春霜凍類型以及霜凍等級，但未給出明確的春霜凍評估方法。目前茶樹春霜凍定量評估模型主要基于受災面積、減產(chǎn)率、霜凍等級、生育期、采摘量等因子，對春霜凍害的經(jīng)濟損失、發(fā)生頻率進行評估。

5.1.1 定性評估

葉建剛等[113]利用自動氣象站和茶園小氣候觀測站的逐時氣溫和葉溫數(shù)據(jù)，調(diào)查分析2013年4月7日紹興市茶園凍害特征，從受凍時間、茶葉品種以及地形地勢等方面進行災情評估，結(jié)果表明：特早生品種在4月上旬進入采摘末期，中生品種主要在3月中旬萌發(fā)，而早生品種處于采摘期，受災率較特早生、中生品種高；低洼處相比山坡處或海拔較低的山岡處，茶葉受凍害持續(xù)時間更長，受災更嚴重。孟仲等[114]根據(jù)茶園內(nèi)小時最低氣溫及其持續(xù)時間，構(gòu)建茶葉霜凍害氣象指標，分析2019年4月1日浙江省低溫霜凍過程，發(fā)現(xiàn)此次低溫霜凍過程屬于輻射型霜凍，且主要分布在浙江中北部的茶園，其中山谷茶園受災情況比平地茶園更嚴重。

5.1.2 定量評估

為了能夠客觀評估春霜凍害對茶樹的定量影響，部分學者嘗試建立基于不同因子/指標的災害定量評估模型。

李亞春等[34]基于日最低氣溫、持續(xù)時間以及出現(xiàn)時間構(gòu)建評估指標(表5)，對2013年蘇南茶樹春季低溫霜凍害等級進行定量評估，結(jié)果表明蘇南茶樹霜凍害總體達到中度到重度的等級。

(1)

式(1)中，T0是霜凍過程中地表最低溫度(單位：℃)，H0是地表最低溫度不高于0℃的持續(xù)時間(單位：d)，Df為春季終霜日與3月15日的間隔(單位：d)。

表5 蘇南茶樹春霜凍評估指標Table 5 Evaluation index of spring frost for tea plant in the south of Jiangsu Province

5.2 風險評估

氣候變化使大部分多年生植物春季物候提前，霜凍風險發(fā)生變化[118]，近年春霜凍害嚴重制約茶產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。2005—2014年浙江省各地茶園均遭受了早春霜凍危害，其中2010年的經(jīng)濟損失高達10億元。2010—2014年安徽省茶區(qū)遭受春霜凍害，導致茶葉減產(chǎn)率達32.2%[99]。因此，開展茶葉氣象災害風險評估有利于提高茶樹抵御氣象災害的能力，減少因氣象災害帶來的茶葉生產(chǎn)經(jīng)濟損失，促進茶產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

目前，茶樹春霜凍的風險評估方法主要包括模糊數(shù)學法、信息擴散法等。研究中，基于自然災害風險形成機制，選取風險評價因子(一般為致災因子危險性、孕災環(huán)境暴露性、承災體脆弱性)對茶樹春霜凍進行風險評估，并劃分不同風險等級(一般為低風險、中風險以及高風險3個等級)。研究結(jié)果表明：隨著風險水平的上升，不同等級茶葉春霜凍的概率評估值均表現(xiàn)為下降趨勢，且概率評估值與地形地貌有關(guān)。

金志鳳等[112]基于自然災害風險形成機制，應用模糊數(shù)學法和加權(quán)指數(shù)求和法，構(gòu)建茶葉氣象災害綜合指數(shù)模型，并將浙江省茶葉氣象災害風險劃分為低風險、中風險和高風險區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)浙江省大部分地區(qū)均屬于易發(fā)生茶葉氣象災害的地區(qū)，高風險區(qū)主要位于浙北和中南部的高海拔山區(qū)，低風險區(qū)主要位于浙江南部和中部。沈天琦等[40]改變以往以行政區(qū)為單位進行茶葉春霜凍風險評估的方法，在精細化浙江省松陽縣茶樹種植區(qū)分布的基礎上，以危險性、暴露性以及脆弱性為指標，確定以茶園地塊為單位的茶樹春霜凍風險指數(shù)(DRI)模型，對松陽縣茶樹種植區(qū)茶葉春霜凍害進行風險評估，并將茶葉春霜凍風險等級劃分為低風險、中風險以及高風險3個等級。研究表明：隨著風險水平的増加，不同等級茶葉春霜凍的概率評估值均呈下降趨勢，且同一風險水平下，重度春霜凍概率最小。王學林[42]應用信息擴散理論，對江南茶區(qū)茶樹不同等級春霜凍、不同海拔高度下茶樹總霜凍進行風險評估，結(jié)果顯示隨著風險水平增加，茶樹輕度、中度、重度、總霜凍風險概率評估值均呈下降趨勢，霜凍多發(fā)生于蘇北、皖北地區(qū)，南方地區(qū)風險評估值相對偏低，且風險評估值隨海拔高度的增加而升高。

6 防御措施

針對茶樹自身特性以及外部環(huán)境條件，人們提出了茶樹春霜凍防御對策及茶樹受災后補救措施。

6.1 細化氣象服務

低溫是茶樹受霜凍的主要危害因子，故需要密切關(guān)注當?shù)貧庀箢A報。茶葉生產(chǎn)部門需要加強與氣象部門的聯(lián)系[38,119]，建立預防茶樹霜凍害的機制，災后及時總結(jié)，降低不利氣象條件對茶葉生產(chǎn)的影響，減少經(jīng)濟損失。

6.2 選擇合理地形

山地向陽背風處，光照充足，可以減緩茶樹受霜凍程度，而山地背陰臨風處，光照不足，故該地區(qū)茶樹易受霜凍危害[120]。因此，避風、向陽、朝南的林間坡地適宜開辟新茶園，而低洼、風口、高海拔山區(qū)等地形不適宜開辟茶園[121]。此外，周邊植被覆蓋率高的平地或者坡度小于15°的地區(qū)[122]適合新建茶園。

在開辟新茶園時，保留部分樹林[123]以及在茶園北面建造防護林可以抵擋寒流，降低風速，改善茶園生態(tài)條件以及茶園小氣候條件，進而提高茶葉品質(zhì)和茶葉抗凍性。

6.3 采取農(nóng)業(yè)技術(shù)措施選取抗寒品種

研究認為不同品種茶樹在抗凍抗寒方面存在較大差異[124-125]，中小葉種茶樹耐低溫能力強[126]。在易發(fā)生凍害的茶區(qū)，從鄰省選擇與當?shù)貧夂驐l件大致相同的茶區(qū)引進抗凍的茶樹品種。樹冠表面平整的茶樹比蓬面參差不齊的茶樹更易受霜凍危害。因此，需要對茶樹進行合理修剪，如修剪采摘后的春茶可以減輕霜凍危害，還可以使茶葉開采期提前[127]。

此外，深耕施肥[128]可以為茶樹營造良好的生長條件，提高茶樹抗寒性，使茶樹根系生長旺盛。施氮、磷、鉀肥可以有效提高茶樹的生理機能和抗逆性，故通過加強茶園的肥培管理可以提高茶樹的抗寒能力[121]。對于幼齡茶園，加強水肥管理可提高茶樹的抗凍能力；對于成齡茶園，加強茶園肥培管理，施基肥時間提前至10—11月可增強茶樹的抗凍能力[92]。

6.4 物理和化學方法

覆蓋防凍：將植物秸稈、塑料薄膜等[125,129]覆蓋在茶樹表面，可減緩茶樹受霜凍害程度，寒流過后換成鋪草或落葉[130]，通過增溫增濕抵御霜凍。

噴水防凍：在有噴灌設施的茶區(qū)，當氣溫降低到0℃時，通過噴、灌水[125,130-131]可緩解茶樹受霜凍危害程度。

噴灑化學保護劑：通過噴灑有機抑蒸發(fā)保護劑，在茶葉表面形成一層薄膜，抑制茶葉表面水分蒸發(fā)以及茶葉細胞失水，進而提高茶樹抗寒性。

6.5 災后補救

及時施肥：針對受災后的茶樹，施加速效氮肥、磷鉀肥，配合中耕松土[37]，促進茶樹對肥料的吸收，恢復生機。

整枝修剪：針對不同受凍程度的茶樹，采取不同的修剪方式[123,125]。茶樹受凍害較輕時，采用輕修剪，剪去受凍枝葉；受凍程度較嚴重時，則需采取重修剪，剪去植株的1/3～1/2；茶樹受凍害極重時，茶樹失活部分需要剪去并重新培養(yǎng)樹冠。

6.6 樹冠培養(yǎng)

對于受凍程度較輕的茶園，工作人員需要盡快摘除受凍頂芽，促進下一輪芽葉的生長和采摘。對于輕修剪茶樹，需留葉采摘，有利于樹冠的恢復。重修剪以及臺刈過的茶樹，則需要重新培養(yǎng)樹冠。

7 展 望

本文從茶樹春霜凍的概念與分類、危害機理、災害指標、時空分布、影響與風險評估、防御措施等方面，闡述了我國茶樹春霜凍的研究進展。在江南茶區(qū)，我國茶樹春霜凍研究較多，茶樹春霜凍的災害指標、風險評估的研究較為豐富，針對茶樹春霜凍的防御措施也日漸完善。對于茶樹春霜凍的時空分布特征，現(xiàn)有研究一般基于區(qū)域和省級尺度，且多位于江南茶區(qū)，基于全國茶樹春霜凍的時空分布研究鮮有報道。今后，針對茶樹春霜凍害應重點關(guān)注以下幾個方面：

1) 在茶樹霜凍指標方面，目前氣象指標(包括低溫指標及其持續(xù)時間)、茶樹受害癥狀在實際應用中被較多使用。但茶樹早春霜凍的發(fā)生不僅取決于氣象條件，還與茶樹自身特性、品種有關(guān)，且受到地形地貌、空氣濕度等因素制約。研究表明：霜凍發(fā)生時空氣濕度比發(fā)生前小，空氣相對干燥。此外，降溫時的風力以及凍后解凍的天氣條件等均影響茶樹受凍程度。目前已有氣象指標主要強調(diào)氣溫及其持續(xù)時間，在今后研究中可以進一步將濕度條件、降溫時的風速作為霜凍指標，衡量茶樹受凍程度。關(guān)注凍后的天氣形勢可以更好地做到災后補救，減少后續(xù)損失。為了不斷提高氣象服務的質(zhì)量，在今后研究中需要充分考慮茶樹品種、地形地貌、土壤條件等因素，對茶樹春霜凍指標進一步修訂完善，更好地服務于茶樹春霜凍監(jiān)測預警，為茶樹生產(chǎn)提供科學指導。

2) 有關(guān)茶樹春霜凍影響評估研究多集中于江、浙、皖、贛等茶區(qū)，且呈現(xiàn)出由定性向定量的發(fā)展趨勢。對茶樹春霜凍害的定性評估主要用于了解其霜凍成因、分析霜凍類型。一般考慮的是茶園內(nèi)氣溫變化，結(jié)合茶園的地形地勢條件進行分析評估。我國農(nóng)業(yè)霜凍害大多以平流和輻射混合型凍害為主。輻射冷卻常伴隨逆溫，針對由逆溫引起的霜凍，可針對性地采取物理擾動方式，將上層的熱空氣與下層的冷空氣混合，提高茶樹冠層溫度；而針對平流型霜凍，設置屏障可有效抵御冷空氣入侵。對茶樹春霜凍進行風險評估大多基于行政區(qū)尺度，由于行政區(qū)域內(nèi)土地利用類型多樣，針對茶樹種植區(qū)，進行精細化的霜凍災害風險評估，對于地方政府制定有針對性的茶葉生產(chǎn)布局意義重大。

3) 目前，茶葉氣象研究使用的氣象數(shù)據(jù)多為自動氣象站或常規(guī)氣象臺站數(shù)據(jù)，而茶葉的生長與茶園小氣候密切相關(guān)，自動氣象站或常規(guī)氣象臺站數(shù)據(jù)是否能夠準確反映茶園小氣候特點，還需要開展深入細致的研究。同時，基于地形因素，構(gòu)建一套自動氣象站或常規(guī)氣象臺站氣象數(shù)據(jù)與茶園小氣候的轉(zhuǎn)換關(guān)系模型，模擬霜夜氣溫與茶樹冠層氣溫之間的關(guān)系并進行轉(zhuǎn)化，進而完善茶樹春霜凍災害指標，也是今后茶樹氣象災害研究的發(fā)展方向。在茶樹春霜凍氣象災害指標研發(fā)基礎上，研究全國茶樹春霜凍時空分布特征，闡明茶樹春霜凍發(fā)生規(guī)律和演變特征，對于科學合理地規(guī)劃茶樹種植區(qū)布局、規(guī)避氣象災害對茶葉生產(chǎn)影響，具有重要指導意義。