不同采摘期的春茶品質(zhì)對氣候變化的響應(yīng)

陶 瑤，楊愛萍，汪建軍，林志堅，張 坤，章毅之*

(1.江西省上饒市氣象局，江西 上饒 334000；2.江西省農(nóng)業(yè)氣象中心，江西 南昌 330096)

近100年來，全球氣候正經(jīng)歷顯著的變暖趨勢[1]，平均氣溫逐漸波動上升[2]，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依賴于氣候條件，對氣候變化極為敏感。大量研究表明，在目前的氣候變化背景下，光、溫、水等農(nóng)業(yè)氣候資源已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化[3-4]，使各地農(nóng)作物的生長發(fā)育周期、產(chǎn)量和品質(zhì)發(fā)生了變化[5-7]。氣候變化將改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間布局，如降低小麥、玉米、水稻等主要作物的產(chǎn)量，減弱區(qū)域糧食供給能力，致使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的脆弱性更趨嚴(yán)重[8]。穆佳等[9]分析認(rèn)為，氣候變暖導(dǎo)致東北春玉米發(fā)育期發(fā)生了變化。隨著氣候變暖，江西省雙季稻高溫逼熟的頻次呈明顯上升狀態(tài)，寒露風(fēng)出現(xiàn)的概率越來越小[10]。車向軍等[11]研究表明，氣候變化對隴東地區(qū)蘋果生長利大于弊。茶葉是世界三大飲料之一，茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)與溫度、日照、濕度等氣象要素的關(guān)系十分密切[12-14]。因此，研究茶葉生產(chǎn)對氣候變化的響應(yīng)規(guī)律，對于充分認(rèn)識和掌握氣候變化對茶葉生產(chǎn)的影響，以及提高茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的現(xiàn)實意義。

針對氣候變化對茶葉生產(chǎn)的影響，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究。早在20世紀(jì)90年代，郁家成等[15]研究表明：皖東茶區(qū)1952～1989年的農(nóng)業(yè)氣候條件變化對茶樹的生長發(fā)育和茶葉品質(zhì)的提高十分有利。21世紀(jì)后，榮東紅等[16]發(fā)現(xiàn)2002～2011年氣候變化對寧紅茶產(chǎn)量和品質(zhì)的影響總體來說利大于弊。婁偉平等[17]研究表明，在氣候變化背景下，烏牛早春季霜凍風(fēng)險變化趨勢不明顯，但霜凍災(zāi)害造成的茶葉經(jīng)濟(jì)損失率呈減少趨勢。徐金勤[18]和李仁忠[19]等分別分析了浙江省茶葉春霜凍害和茶葉生長氣候資源空間分布的變化特征。Larson等[20]研究表明，當(dāng)氣候發(fā)生變化或出現(xiàn)明顯波動時，茶葉中功能性成分的含量也會發(fā)生明顯的變化，這將影響茶葉的口感和保健效果。林楊海等[21]研究了氣候變化對英德茶樹茶圓赤星病的影響。阮惠瑾等[22]分析認(rèn)為，光、溫、水等氣候條件變化有利于福建省周寧縣茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，但也容易引發(fā)病蟲害多發(fā)、水土流失、干旱等一些問題。

在氣候變暖背景下，農(nóng)業(yè)氣候變化對茶葉品質(zhì)有著極為重要的影響[23-24]。為建立基于氣象因子的茶葉品質(zhì)定量化評價技術(shù)，金志鳳等[6]應(yīng)用加權(quán)指數(shù)求和法建立了茶葉氣候品質(zhì)評價模型。中國氣象局[25]2017年發(fā)布了中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《茶葉氣候品質(zhì)評價》，規(guī)定了茶葉氣候品質(zhì)的評價方法。江西省修水縣是我國著名茶區(qū)之一，產(chǎn)茶歷史悠久，是“寧紅”“雙井”茶原產(chǎn)地和主產(chǎn)區(qū)。2019年修水縣茶園面積達(dá)1.2萬hm2，九江市提出計劃2020年發(fā)展到2萬hm2規(guī)模[26]。修水主要以生產(chǎn)春茶為主，春霜凍是影響春茶生長的主要氣象災(zāi)害之一。因此，本研究以修水縣春茶為例，運用氣候傾向率方法分析了1961～2019年不同采摘期春茶的春霜日數(shù)和氣候品質(zhì)的變化趨勢，旨在揭示氣候變化對不同采摘期春茶品質(zhì)的影響，為當(dāng)?shù)夭枞~生產(chǎn)應(yīng)對氣候變化提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

氣象數(shù)據(jù)來源于江西省修水縣國家氣象觀測站，為修水縣1961～2019年逐年春茶采摘期間逐日平均氣溫、最低氣溫、平均相對濕度、日照時數(shù)資料，資料按中國氣象局制定的業(yè)務(wù)規(guī)范進(jìn)行了質(zhì)量控制。

1.2 春茶氣候品質(zhì)的評價方法

依據(jù)修水縣春茶生產(chǎn)實際情況，將春茶生長期劃分為早春茶(3月1日～3月20日)、明前茶(3月21日～4月4日)、雨前茶(4月5日～19日)和晚春茶(4月20日～5月10日)。

根據(jù)中國氣象局[27]發(fā)布的氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《茶樹霜凍害等級》，采用春茶期間日最低氣溫(Tmin)≤4 ℃作為春霜凍的氣象指標(biāo)。當(dāng)春茶采摘前15 d出現(xiàn)霜凍災(zāi)害時，則認(rèn)為該春茶不符合氣候品質(zhì)評價的條件，將不對其進(jìn)行評價；當(dāng)春茶采摘前15 d未出現(xiàn)霜凍災(zāi)害時，則利用氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《茶葉氣候品質(zhì)評價》[25]來計算春茶氣候品質(zhì)評價等級。春茶氣候品質(zhì)評價方法采用茶葉氣候品質(zhì)評價模型，具體見公式(1)。

(1)

式(1)中：I為茶葉氣候品質(zhì)指數(shù)；ai為茶葉采收前15 d的平均氣溫、平均相對濕度、平均日照時數(shù)的權(quán)重系數(shù)，分別取0.6、0.2、0.2；Mi茶葉采收前15 d平均氣溫、平均相對濕度、平均日照時數(shù)的分級值(表1)。

表1 茶葉氣候品質(zhì)指數(shù)模型中氣象指標(biāo)的分級賦值方法

按茶葉氣候品質(zhì)指數(shù)，將茶葉氣候品質(zhì)等級劃分為特優(yōu)、優(yōu)、良和一般共4個等級，具體見表2。

表2 茶葉氣候品質(zhì)等級和標(biāo)志等級的劃分

不同采摘期春霜凍災(zāi)害和春茶氣候品質(zhì)逐年變化特征采用氣候傾向率方法進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 早春茶春霜日數(shù)和氣候品質(zhì)的逐年變化趨勢

根據(jù)《茶樹霜凍害等級》氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，計算了修水縣1961～2019年早春茶期間逐日春霜凍災(zāi)害等級，統(tǒng)計了逐年春霜日數(shù)，并計算了年變化率(圖1)。早春茶期間年平均春霜日數(shù)為5.9 d，占比為30%，總體表現(xiàn)為減少的趨勢，近59 a平均春霜日數(shù)減少了2.1 d，其氣候傾向率為-0.4 d/10 a。20世紀(jì)60年代的平均春霜日數(shù)為6.8 d，70年代比60年代減少了1 d，80年代又增加到了6.8 d，其中1988年的春霜日數(shù)最多，為13 d，20世紀(jì)90年代減少到5.3 d，尤其是1996年過渡至1997年時，霜凍日數(shù)出現(xiàn)了急劇下降的現(xiàn)象。21世紀(jì)后平均春霜日數(shù)增加到5.4 d，其中2005年和2009年的平均春霜日數(shù)達(dá)到11 d，2009年后明顯下降。以上結(jié)果表明，近59 a早春茶期間春霜日數(shù)呈震蕩式減少趨勢，年際間變化趨勢不明顯。

根據(jù)《茶葉氣候品質(zhì)評價》氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，計算了修水縣近59 a早春茶期間春茶氣候品質(zhì)等級，統(tǒng)計了春茶氣候品質(zhì)特優(yōu)率，并計算了年變化率(圖1)，結(jié)果表明：早春茶的平均特優(yōu)率為0.8%，總體呈增加趨勢，增加速率為0.4%/10 a，其中除了1968、1997、2007、2008、2013和2019年的平均特優(yōu)率為5%～15%，其余年份的平均特優(yōu)率均為0。早春茶的平均特優(yōu)率最低，分析其原因主要有2個：一是若采摘前15 d發(fā)生了春霜凍災(zāi)害，則沒有氣候品質(zhì)評價等級，而早春茶期間春霜日數(shù)最多，因此特優(yōu)率較低；二是雖然采摘前15 d沒有發(fā)生春霜凍災(zāi)害，但是由于早春氣溫較低，平均氣溫低于12 ℃的日數(shù)較多，不在最適宜的平均溫度范圍(12～18 ℃)內(nèi)，導(dǎo)致達(dá)不到特優(yōu)等級的日數(shù)較多。

2.2 明前茶春霜日數(shù)和氣候品質(zhì)的逐年變化趨勢

1961～2019年修水縣明前茶春霜日數(shù)和氣候品質(zhì)特優(yōu)率逐年變化特征見圖2，結(jié)果表明：明前茶期間的年平均春霜日數(shù)為1.5 d，占比為10%，比早春茶平均每年減少了4.4 d。明前茶春霜日數(shù)在顯著減少，并通過了0.05的顯著性檢驗，近59 a的平均春霜日數(shù)減少了1.5 d，其氣候傾向率為-0.3 d/10 a。其中20世紀(jì)60年代的平均春霜日數(shù)最多，年平均2.1 d；70年代開始總體呈減少的變化趨勢，70～90年代間的平均春霜日數(shù)為1.5～2.0 d，21世紀(jì)后顯著減少到0.7 d。明前茶的平均特優(yōu)率為17%，比早春茶增加了16.2%，其中2008、2013和2019年的平均特優(yōu)率為100%，近59 a總體表現(xiàn)為增加趨勢，增加速率為4.7%/10 a，并通過了0.05的顯著性檢驗。以上分析結(jié)果說明，在氣候變化的背景下，明前茶期間春霜日數(shù)在顯著減少，采摘的春茶氣候品質(zhì)為特優(yōu)的概率在顯著增加，說明氣候變暖有利于修水縣明前茶生長和特優(yōu)品質(zhì)的形成。

2.3 雨前茶春霜日數(shù)和氣候品質(zhì)的逐年變化趨勢

1961～2019年修水縣雨前茶春霜日數(shù)和氣候品質(zhì)特優(yōu)率逐年變化趨勢見圖3，結(jié)果表明：雨前茶期間的年平均春霜日數(shù)為0.2 d，占比為1%，比早春茶和明前茶平均每年分別減少了5.7和1.3 d。雨前茶春霜日數(shù)總體呈減少的變化趨勢，近59 a減少了0.2 d，其氣候傾向率為-0.03 d/10 a。20世紀(jì)60年代的平均春霜日數(shù)最多，年平均0.4 d；70年代開始減少，年代間平均春霜日數(shù)為0～0.2 d，其中除了1963、1969、1972、1982、2010、2013和2015年平均春霜日數(shù)為1～2 d，其余年份均沒有發(fā)生春霜凍災(zāi)害。雨前茶的平均特優(yōu)率為52%，比明前茶增加了35%，近59 a總體呈增加趨勢，增加速率為4.8%/10 a。其中20世紀(jì)60年代的平均特優(yōu)率最低，為33%，70、80年代分別增加到49%和54%，90年代又下降到51%，進(jìn)入21世紀(jì)后增加到62%。上述分析表明，雨前茶期間春霜日數(shù)比早春茶和明前茶明顯偏少，平均特優(yōu)率明顯偏高，并且近59 a春霜日數(shù)在下降，平均特優(yōu)率在增加，說明4月5～19日的氣象條件有利于雨前茶生長和品質(zhì)的形成。

2.4 晚春茶氣候品質(zhì)逐年變化趨勢

1961～2019年修水縣晚春茶生長期間未發(fā)生春霜凍災(zāi)害，修水縣晚春茶氣候品質(zhì)特優(yōu)率逐年變化趨勢見圖4。結(jié)果表明，晚春茶的平均特優(yōu)率為47%，比雨前茶偏少5%，近59 a總體呈顯著減少趨勢，減少速率為6.3%/10 a，并通過了0.01的顯著性檢驗。其中20世紀(jì)60～90年代之間晚春茶的平均特優(yōu)率變化幅度不大，為51%～57%，21世紀(jì)后顯著下降到30%。分析其原因，發(fā)現(xiàn)在氣候變暖背景下，近59 a修水縣晚春茶采摘前15 d平均氣溫高于18 ℃的日數(shù)呈顯著增加趨勢，其中20世紀(jì)60～90年代采摘前15 d平均氣溫高于18 ℃的日數(shù)年平均為9 d，21世紀(jì)后顯著增加到13 d，尤其是2004、2009、2016和2019年晚春茶采摘前15 d平均氣溫均高于18 ℃，所以春茶氣候品質(zhì)等級以優(yōu)為主。以上結(jié)果表明：氣候變暖不利于晚春茶特優(yōu)品質(zhì)的形成。

3 討論與結(jié)論

(1)在氣候變暖背景下，江西省修水縣春茶采摘期遭受霜凍的可能性在逐漸減小，修水春茶的春霜危害呈減輕趨勢。春霜凍災(zāi)害主要發(fā)生在早春茶和明前茶生長期間，發(fā)生概率依次為早春茶>明前茶>雨前茶，并且春霜日數(shù)都呈現(xiàn)出減少的變化趨勢，其中明前茶春霜日數(shù)減少最為明顯，而晚春茶期間近59 a均沒有發(fā)生過春霜凍災(zāi)害。

(2)近59 a各采摘時段春茶氣候品質(zhì)平均特優(yōu)率總體表現(xiàn)為雨前茶>晚春茶>明前茶>早春茶，早春茶、明前茶和雨前茶的特優(yōu)率呈不同程度的增加趨勢，其中明前茶的增加趨勢最為明顯，晚春茶的特優(yōu)率呈顯著減少的變化趨勢。說明雨前茶的品質(zhì)最好，氣候變暖有利于早春茶、明前茶和雨前茶的品質(zhì)趨好，但不利于晚春茶品質(zhì)形成。

(3)雖然在修水縣春茶生長期間春霜日數(shù)在減少，但在氣候變暖背景下，未來完全可能出現(xiàn)嚴(yán)重霜凍，而極短時間的霜凍就能對作物造成極大的危害，因此在春茶生產(chǎn)上依然要重視對春霜凍災(zāi)害的預(yù)防。氣候變暖有利于提高修水縣早春茶、明前茶和雨前茶的品質(zhì)，而明顯降低了晚春茶的品質(zhì)，建議新建茶園或改造茶園時宜根據(jù)茶葉生長的氣候適宜性，合理搭配早、中、晚生茶樹品種，將茶葉生產(chǎn)區(qū)適當(dāng)向高海拔地區(qū)拓展，充分利用好氣候資源，盡可能提高優(yōu)質(zhì)春茶的產(chǎn)量。