皖南茶葉生長季氣候資源變化特征及其影響分析

徐建鵬，伍 瓊，王 暉

（1.安徽省農(nóng)業(yè)氣象中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省農(nóng)業(yè)生態(tài)大數(shù)據(jù)工程實驗室，安徽 合肥 230031）

【研究意義】茶葉是安徽傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)作物之一，是重要出口創(chuàng)匯商品，已成為促進(jìn)安徽廣大山區(qū)農(nóng)民增收、助力脫貧的重要支柱產(chǎn)業(yè)［1］。2019 年，安徽茶葉種植面積18.71 萬hm2、占全國茶園總面積的6.1%，茶葉產(chǎn)量12.2 萬t、占全國茶葉總產(chǎn)量的4.3%，茶葉一產(chǎn)產(chǎn)值達(dá)66.13 億元，居全國前列。安徽茶葉種植主要分布在長江以南的皖南地區(qū)和長江以北的皖西大別山地區(qū)，其中皖南山區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，晝夜溫差大，茶樹生長平穩(wěn)，利于茶葉品質(zhì)的形成，中國十大經(jīng)典茗茶中祁門紅茶、黃山毛峰均產(chǎn)自該區(qū)［2］。近百年來，受人類活動和自然因素的共同影響，全球氣候變暖，IPCC 第5 次評估報告指出，1880—2012 年全球地表平均溫度升高0.85 ℃（0.65～1.06 ℃）［3］。農(nóng)業(yè)是對氣候變化最為敏感和脆弱的領(lǐng)域之一［4］，茶葉種植布局、生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成受光溫水資源的變化影響較大［5］，尤其氣候變暖背景下，低溫冰凍、高溫?zé)岷Φ葮O端天氣事件頻發(fā)，嚴(yán)重制約茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，開展茶葉生長氣候資源分析研究，對提升茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)對氣候變化的能力較為重要。

【前人研究進(jìn)展】近年來，眾多學(xué)者圍繞氣候變暖背景下茶樹生長氣候資源進(jìn)行了大量研究。吉文娟等［5］研究表明，近53 年西雙版納州茶葉生長季的平均氣溫和積溫呈顯著上升趨勢，相對濕度呈顯著下降趨勢，降水量變化趨勢不明顯。李時睿等［6］指出江南茶區(qū)茶葉生產(chǎn)受高溫、干旱、冰凍等惡劣天氣的威脅明顯加重，茶葉生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加。浙江麗水茶區(qū)具有冬暖春早，凍害少，春茶采摘早和雨熱同步，春旱少，夏季熱害少等氣候資源優(yōu)勢［7］；李仁忠等［8］研究發(fā)現(xiàn)，氣候變暖背景下，浙江春茶開采時間提前了8 d 左右，茶葉生產(chǎn)面臨霜凍危害的風(fēng)險加重?！颈狙芯壳腥朦c】目前關(guān)于安徽省皖南山區(qū)茶樹生長氣候資源的研究相對較少，本研究擬用皖南山區(qū)近50年（1971—2019年）逐日平均氣溫、日照時數(shù)、降水量、相對濕度等氣象資料，采用氣候傾向率等方法，分析安徽省皖南山區(qū)茶葉熱量、輻射和降水等氣候資源時空差異性和空間分布特征?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過研究皖南茶葉生長季氣候資源變化特征，為皖南地區(qū)茶葉生產(chǎn)合理利用氣候資源、科學(xué)應(yīng)對氣候變化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

皖南山區(qū)（116°38′～119°37′E，29°41′～31°30′N）位于安徽省長江以南，東南與浙江相接，西南和江西相鄰，北以沿江丘陵平原為界［9］。皖南山區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均溫度16℃左右，年降雨量為1 300 mm［10］。安徽省皖南茶葉主產(chǎn)區(qū)包括池州、石臺、青陽、祁門等19 個市縣（圖1）。

圖1 皖南茶葉主產(chǎn)區(qū)氣象站點分布Fig.1 Distribution of meteorological stations in main production areas for tea in southern Anhui

1.2 數(shù)據(jù)來源

皖南山區(qū)19 個市（縣）1971—2019 年的逐日氣象數(shù)據(jù)來源于安徽省氣象信息中心，主要包括日平均氣溫（℃）、日照時數(shù)（h）、降水量（mm）、相對濕度（%）等；1999—2019 年黃山、池州地區(qū)的逐年茶葉產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于黃山市統(tǒng)計年鑒（1999—2019）和池州市統(tǒng)計年鑒（1999—2019）。

1.3 研究方法

1.3.1 茶葉生長氣候資源分析 一般情況下，茶樹生長要求年平均氣溫≥13 ℃、≥10 ℃活動積溫4 000 ℃以上、年降水量在1 300 mm 以上、空氣相對濕度70%以上［8］。本研究以年平均氣溫、≥10℃活動積溫等作為茶葉生長熱量資源，以日照時數(shù)和降水日數(shù)作為光照資源，以降水量、相對濕度等作為降水資源。

1.3.2 氣候傾向率統(tǒng)計 氣候要素的趨勢變化采用一次線性方程表示，利用最小二乘法擬合一元線性方程：

式中，X為氣象要素變化率，t為時間，a為回歸常數(shù)，b為回歸系數(shù)，表示氣象要素變化傾向率，其值正或負(fù)反映趨勢上升或下降，b×10為氣候要素傾向率，表示氣象要素每10 年的變化率。

1.3.3 茶葉開采期調(diào)查 不同品種茶葉開采期參照李仁忠等［8］方法調(diào)查統(tǒng)計，即早生種茶葉開采期為日平均氣溫穩(wěn)定通過8 ℃的初日，中晚生種茶葉開采期為日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃的初日。

氣象數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013 進(jìn)行計算處理，采用ArcGIS10.0 繪制地理分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象要素變化特征

2.1.1 茶葉生長熱量資源變化特征 熱量資源條件是茶樹生長的重要限制性因子，決定茶樹的垂直和緯向分布范圍、生長期長短、發(fā)育期早晚，并對茶葉產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)生重要影響［6］。

（1）平均氣溫。1971—2019 年皖南山區(qū)年平均氣溫為15.9 ℃，最大值為17.4 ℃（2007 年），最小值為15.3 ℃（1980 年），滿足茶樹生長對溫度的要求。近50 年皖南山區(qū)年平均氣溫呈極顯著增加趨勢，增幅為0.29 ℃/10 年（圖2A），其中西南部的蕪湖縣和西北部的東至縣增溫幅度較為明顯、均在0.35 ℃/10 年以上，東南部的黃山市歙縣和黟縣增溫幅度相對較小、均在0.2 ℃/10年左右。從空間分布來看（圖2B），皖南山區(qū)年平均氣溫呈一定的經(jīng)向差異，總體呈現(xiàn)西高東低，其中年平均氣溫高值區(qū)位于皖南山區(qū)的西北部和西南部、均在16.4 ℃以上，低值區(qū)位于中東部一帶、不足16.0 ℃。從茶樹生長對年平均氣溫的要求看，皖南山區(qū)各地均能滿足。

圖2 1971—2019 年皖南山區(qū)年平均氣溫（A）及空間分布（B）Fig.2 Time series（A）and spatial distribution（B）of average temperature in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

（2）≥10 ℃積溫。茶樹喜歡溫暖的氣候條件，一般要求≥10 ℃年活動積溫4 000 ℃以上。1971—2019 年皖南山區(qū)≥10℃年平均積溫為5 386 ℃，最大值為5 798 ℃（2018 年），最小值為5 043 ℃（1980 年），不同年份間≥10 ℃活動積溫均能滿足茶樹生長對熱量條件的需求。近50年皖南山區(qū)≥10 ℃平均積溫呈極顯著增加趨勢，增幅為111.7 ℃/10 年（圖3A），其中西南部的蕪湖縣和西北部的冬至縣增溫幅度較為明顯、均在139.0 ℃/10 年以上，東南部的歙縣和黟縣增溫幅度相對較小、均在82.5 ℃/10 年左右。從空間分布來看（圖3B），皖南山區(qū)年平均≥10 ℃積溫呈現(xiàn)一定的經(jīng)向差異，由東向西逐漸增加，其中高值區(qū)位于南部歙縣、屯溪等地，≥10 ℃年平均積溫在5 500 ℃以上，低值區(qū)位于中東部的廣德、寧國、太平、旌德等地，≥10 ℃年平均積溫不足5 300 ℃。

圍繞“生態(tài)優(yōu)、村莊美、產(chǎn)業(yè)特、農(nóng)民富、集體強、鄉(xiāng)風(fēng)好”的總目標(biāo)，5個村均制定了《特色田園鄉(xiāng)村建設(shè)試點工作方案》，堅持問題導(dǎo)向，確立建設(shè)任務(wù)，排出了2018—2019年的具體建設(shè)項目。2018年8月，首批省級試點丹徒區(qū)世業(yè)鎮(zhèn)3個村莊25個項目全部啟動。

圖3 1971—2019 年皖南山區(qū)≥10℃積溫（A）及空間分布（B）Fig.3 Time series（A）and spatial distribution（B）of accumulated temperature above 10℃in mountain areas of southren Anhui during 1971-2019

2.1.2 茶葉生長光照資源變化特征 光照時間的長短直接影響茶樹的冬眠時段［12］，還對茶樹生長、茶葉質(zhì)量有較大影響。1971—2019 年，皖南山區(qū)年日照時數(shù)為1 787 h，最大值為2 197 h（1971年），最小值為1 490 h（2015 年）。近50 年皖南山區(qū)年平均日照時數(shù)呈極顯著下降趨勢，降幅為57.5 h/10 年（圖4A）。從空間分布來看（圖4B），皖南山區(qū)年平均日照時數(shù)分布不均，東部的宣城、績溪、廣德等地和西部的東至、北部的青陽年均日照時數(shù)均在1 800 h 以上，中部太平、石臺、休寧等地年均日照時數(shù)相對較少，不足1 700 h。

圖4 1971—2019 年皖南山區(qū)日照時數(shù)（A）及空間分布（B）Fig.4 Time series（A）and spatial distribution（B）of sunshine duration in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

2.1.3 茶葉生長降水資源變化特征 水分是保證茶樹正常生長的基礎(chǔ)條件之一，影響茶樹新陳代謝的強度，直接影響茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)［13］，自然降水是茶園水分最主要的來源。

（1）降水量。1971—2019 年，皖南山區(qū)降水量以波動為主，整體呈不明顯增加趨勢（圖5A），增幅為13.7 mm/10 年。皖南山區(qū)位于長江中下游，降水資源豐富，大部地區(qū)年降水量在1 200 mm 以上，歷年均值為1 553.3 mm，但年際間差異較大，年降水量最小值出現(xiàn)在1978年、為896.7 mm，最大值出現(xiàn)在2016 年、為2 284.6 mm。從空間分布看（圖5B），皖南山區(qū)降水量均值區(qū)域間差異明顯，由東北至西南呈增加趨勢，最小值位于宣城、廣德、郎溪等地，年均降水量不足1 400 mm；最大值位于屯溪、祁門、黟縣、休寧等地，年均降水量在1 700 mm 以上。

圖5 1971—2019 年皖南山區(qū)降水量（A）及空間分布（B）Fig.5 Time series（A）and spatial distribution（B）of precipitation in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

（2）降水日數(shù)。1971—2019 年皖南山區(qū)降水日數(shù)以波動為主，整體變化趨勢不明顯，年際間差異較大，年降水日數(shù)最大值出現(xiàn)在1977 年、為168 d，最小值出現(xiàn)在1995 年和2013 年、為123 和122 d。從空間分布來看（圖6B），皖南山區(qū)降水日數(shù)均值區(qū)域間差異明顯，由東北至西南呈增加趨勢，最小值位于南陵、郎溪等地，年均降水日數(shù)不足135 d；最大值位于屯溪、黟縣等地，年均降水日數(shù)在155 d 以上。

圖6 1971—2019 年皖南山區(qū)降水日數(shù)（A）及空間分布（B）Fig.6 Time series（A）and spatial distribution（B）of precipitation days in mountain areas of south Anhui during 1971-2019

（3）相對濕度。相對濕度是影響茶葉品質(zhì)的重要因素，通常在土壤水分適宜條件下，空氣濕度高，新梢葉片大，茶葉持嫩性強，角質(zhì)層薄，品質(zhì)較為優(yōu)良［6］。一般認(rèn)為，空氣相對濕度在70%～90%時茶樹生長發(fā)育正常，當(dāng)相對濕度低于50%對茶樹生長發(fā)育不利［14］。1971—2019 年皖南山區(qū)年平均相對濕度歷年均值為78.8%，最小值為73.6%（2011 年），最大值為81.6%（1977 年），不同年份間平均相對濕度均在茶樹適宜生長區(qū)間內(nèi)。近50 年皖南山區(qū)相對濕度呈極顯著下降趨勢，降幅為0.5%/10 年（圖7A）。從空間分布來看（圖7B），皖南山區(qū)年均相對濕度空間分布不均，差異明顯，北部的青陽縣和西部的祁門縣年均相對濕度較高、均在80%以上，南部的績溪、歙縣等地年均相對濕度為76%左右。

圖7 1971—2019 年皖南山區(qū)平均相對濕度（A）及空間分布（B）Fig.7 Time series（A）and spatial distribution（B）of average relative humidity in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

2.2 氣候要素對茶葉生長的影響

2.2.1 茶葉開采期變化特征 1971—2019 年皖南山區(qū)早生種和中晚生種茶葉開采期均呈極顯著提前趨勢，平均每10 年分別提前4.2、3.6 d。近50年皖南山區(qū)早生種茶葉開采期歷年均值為2 月22日，最早出現(xiàn)在2017 年的1 月20 日，最遲出現(xiàn)在2012 年的3 月13 日；中晚生種茶葉開采期歷年均值為2 月27 日，最早出現(xiàn)在2009 年的2 月6 日，最晚出現(xiàn)在1985 年的3 月19 日（圖8）。

圖8 1971—2019 年皖南山區(qū)茶葉開采期變化Fig.8 Variation of the harvest dates of tea in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

2.2.3 氣象因素對茶葉產(chǎn)量的綜合影響 茶葉的單產(chǎn)量是不同氣象要素綜合作用的結(jié)果，不同氣象要素對于提高產(chǎn)量的效應(yīng)權(quán)重存在差異。因此，對氣象要素與平均每667 m2茶葉產(chǎn)量進(jìn)行逐步回歸分析，得到的回歸方程如下：

式中，x1、x2、x3、x4、x5、x6分別為平均氣溫、≥10℃積溫、降水量、降水日數(shù)、日照、相對濕度。從回歸方程可以看出，平均氣溫、相對濕度和降水日數(shù)的回歸系數(shù)較大，是影響茶葉單產(chǎn)的主要氣象因素。

圖9 1971—2019 年皖南山區(qū)主要氣象因素與茶葉產(chǎn)量關(guān)系Fig.9 Relationship between main meteorological factors and yield of tea in mountion areas of southern Anhui during 1971-2019

3 討論

本研究分析了皖南山區(qū)與茶葉生長關(guān)系密切的熱量、光照、降水等氣候資源時空變化特征，以及氣象因素對茶葉產(chǎn)量的影響。安徽省皖南山茶區(qū)氣候資源較為豐富，其中年平均氣溫15.3～17.4 ℃，≥10℃活動積溫5 386～5 798 ℃，適宜生長日數(shù)137～157 d，年日照時數(shù)1 490～2 197 h，年降水量896.7～2 284.6 mm，年平均相對濕度73.6%～81.6%，與長江中下游其他茶產(chǎn)區(qū)相比，皖南山區(qū)的熱量條件、降水資源總體不如浙江、江西、湖北、華南等地，但光照資源較湖北、湖南、江西等地豐富［6,8］。從茶葉生長對氣象條件需求來看，安徽省皖南山區(qū)熱量、光照、降水等資源均滿足茶葉生長對氣候資源的需求［8］。

全球氣候變暖背景下，近50 年皖南山區(qū)茶葉生長氣候資源表現(xiàn)為熱量資源顯著增加，光照資源顯著減少，降水量變化趨勢不明顯，相對濕度顯著降低，其變化特征與吉文娟等［5］、李仁忠等［8］研究結(jié)論較為一致。氣候變暖造成皖南山區(qū)早生種和中晚生種茶葉開采期提前，但隨著開采期的提前，面臨霜凍災(zāi)害的風(fēng)險也相應(yīng)增大［8］；日照時數(shù)持續(xù)減少，有利于茶樹生長和茶葉品質(zhì)形成［7-8］；降水量雖然呈增加趨勢，但相對濕度降低趨勢明顯，對茶葉品質(zhì)的形成有不利影響。此外，春霜凍［16-17］、高溫干旱［18-20］等災(zāi)害也是影響茶樹生長和茶葉品質(zhì)、產(chǎn)量的重要因素。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，近50 年安徽省皖南山區(qū)茶葉生長熱量資源明顯增加，其中年平均氣溫、≥10℃活動積溫和適宜生長日數(shù)均增幅分別為0.29℃/10 年、111.7℃/10 年和2.7 d/10 年；光照資源顯著減少，年均日照時數(shù)降幅為57.5 h/10 年；降水資源變化不一，其中降水量呈增加趨勢、增幅為13.7 mm/10 年，相對濕度明顯降低，降幅為0.5%/10 年。氣候變暖造成皖南山區(qū)早生種和中晚生種茶葉開采期顯著提前，提前幅度分別4.2和3.6 d/10 年；氣候變暖帶來的平均氣溫、相對濕度的變化對皖南山區(qū)茶葉產(chǎn)量影響較大。