鶴山市茶葉種植氣候適應(yīng)性分析

崔鳳梅，郭瑞玲，陳藝友，康伯乾

（1.鶴山市氣象局，廣東鶴山 529724；2.佛山市南海區(qū)氣象局，廣東佛山 528200）

鶴山市是傳統(tǒng)茶葉之鄉(xiāng)，距今有700多年歷史，產(chǎn)品曾暢銷(xiāo)國(guó)內(nèi)外，是我國(guó)出口紅茶之源。2014年雙合鎮(zhèn)“十里茶鄉(xiāng)”被評(píng)為廣東省“最具生態(tài)價(jià)值茶鄉(xiāng)”；2015年鶴山紅茶榮獲國(guó)家地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品認(rèn)證。鶴山市總面積1 082.73 km2，現(xiàn)有茶園面積3.66 km2。近年來(lái)，隨著茶葉市場(chǎng)價(jià)格的穩(wěn)定及政府扶持引導(dǎo)措施的推出，鶴山茶葉種植面積及茶葉產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。

作為農(nóng)業(yè)氣象基本要素，光、熱、水是茶葉生命活動(dòng)不可缺少的能量，也是茶葉產(chǎn)量和質(zhì)量的重要影響因子［1－3］。鶴山市位于廣東省南部珠江三角洲腹地，地處北回歸線以南，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，具有氣候溫和、四季不分明、雨熱同季的氣候特點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐湫偷哪蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候?yàn)椴铇?shù)種植提供了良好的環(huán)境條件。本研究利用1960—2019年的氣象觀測(cè)資料，根據(jù)茶葉生長(zhǎng)物候期，對(duì)光、溫、水氣候條件進(jìn)行詳細(xì)分析，繼而計(jì)算光、溫、水等與茶葉生長(zhǎng)條件相關(guān)的氣候適宜度指標(biāo)，并進(jìn)一步分析氣象災(zāi)害對(duì)茶葉生長(zhǎng)的影響，可為鶴山市茶葉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供氣象科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)相關(guān)茶農(nóng)或茶葉產(chǎn)業(yè)園開(kāi)展茶葉生產(chǎn)活動(dòng)工作。

1 資料與方法

茶葉是典型的亞熱帶多年生常綠木本植物，喜溫暖濕潤(rùn)和酸性土壤，喜弱光而耐蔭，怕寒冷、漬水和炎熱干旱［1，4］。許多專(zhuān)家對(duì)茶葉生長(zhǎng)的氣候條件進(jìn)行了研究，并將影響其生長(zhǎng)的氣候條件劃分為適生、可生和有害［5－7］等級(jí)，具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 茶葉生長(zhǎng)的氣候條件劃分

本研究的分析資料來(lái)源于鶴山國(guó)家一般氣象站1960—2019年的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括氣溫、降水、相對(duì)濕度、日照、風(fēng)等。日照的統(tǒng)計(jì)采用日照百分率［8］來(lái)表示，年日照百分率為年日照總時(shí)數(shù)占該年可照總時(shí)數(shù)的百分比，即年日照百分率＝（年日照總時(shí)數(shù)／該年可照總時(shí)數(shù)）×100%，日照百分率取整數(shù)。采用氣候統(tǒng)計(jì)和模糊數(shù)學(xué)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

模糊數(shù)學(xué)又稱(chēng)Fuzzy數(shù)學(xué)［9］，是研究和處理模糊性現(xiàn)象的一種數(shù)學(xué)理論和方法。在自然科學(xué)或社會(huì)科學(xué)研究中，存在著許多定義不很?chē)?yán)格或者說(shuō)具有模糊性的概念。這里的模糊性，主要是指客觀事物的差異在中間過(guò)渡中的不分明性，如某一生態(tài)條件對(duì)某種害蟲(chóng)、某種作物的存活或適應(yīng)性可以評(píng)價(jià)為“有利、比較有利、不那么有利、不利”；災(zāi)害性霜冰對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的影響程序?yàn)椤拜^重、嚴(yán)重、很?chē)?yán)重”；這些通常本來(lái)就是屬于模糊的概念，為處理分析這些“模糊”概念的數(shù)據(jù)，便產(chǎn)生了模糊集合論。模糊集合的特點(diǎn)是把原來(lái)普通集合對(duì)類(lèi)屬、性態(tài)的非此即彼的絕對(duì)屬于或不屬于的判定，轉(zhuǎn)化為對(duì)類(lèi)屬、形態(tài)做從0到1不同程度的相對(duì)判定。模糊集合是無(wú)明確邊界集合，是模糊數(shù)學(xué)的理論基礎(chǔ)。隸屬度即隸屬函數(shù)，為了將普通集合與模糊集合加以區(qū)別，把模糊集合的特征函數(shù)稱(chēng)為隸屬函數(shù)。

根據(jù)茶葉生長(zhǎng)發(fā)育的氣候條件劃分（表1）以及受氣候要素影響變化的柯西型分布模式（柯西分布是一個(gè)均值不存在的連續(xù)型概率分布，當(dāng)隨機(jī)變量X滿足它的概率密度函數(shù)時(shí)，稱(chēng)X服從柯西分布，其概率密度函數(shù)分布形式與正態(tài)分布相似），可得到各影響要素的隸屬度函數(shù)如下［6－7］：

其中，μt、μ∑t、μtm、μYR、μMR、μE、μI分別為多年平均氣溫、≥10℃年活動(dòng)積溫（℃）、年極端最低氣溫、年降水量、生長(zhǎng)期月降水量、年平均相對(duì)濕度、年平均日照百分率的隸屬函數(shù)；t、∑t、tm、YR、MR、E、I分別為多年平均氣溫（℃）、≥10℃年活動(dòng)積溫（℃）、年極端最低氣溫（℃）、年降水量（mm）、生長(zhǎng)期月降水量（mm）、年平均相對(duì)濕度（%）、年平均日照百分率（%）。

通過(guò)以上氣候要素的隸屬度，再計(jì)算茶樹(shù)生長(zhǎng)的相對(duì)距離模糊度和氣候適應(yīng)度［6－7］，公式為

其中，μi為第i個(gè)氣候要素的隸屬度；n為氣候要素?cái)?shù)量；R為茶葉最適生長(zhǎng)的相對(duì)距離模糊度；M為茶樹(shù)生長(zhǎng)的氣候適宜度。

2 鶴山市茶葉種植的氣候適應(yīng)性分析

2.1 氣候概況

統(tǒng)計(jì)得到近60年的氣候統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合茶葉生長(zhǎng)的氣候條件劃分（表略），可以發(fā)現(xiàn)鶴山市多年平均氣溫為22.1℃，歷年最小值為20.9℃，最大值為23.4℃，均落在適生條件的溫度區(qū)間；多年平均的≥10℃活動(dòng)積溫為8 082.0℃，歷年最小值為7 672.6℃，也遠(yuǎn)超過(guò)適生條件的5 000℃；多年平均極端最低氣溫為3.9℃，歷年最小值為0.0℃，也遠(yuǎn)高于－8℃；年均降水量為1 787.4 mm，滿足適生條件，最小值1 061.9 mm為可生條件；生長(zhǎng)期（3—11月）內(nèi)平均月降水量為184.0 mm，最小值為112.7 mm，均滿足適生條件；年平均相對(duì)濕度79%滿足適生條件，最小值71%屬可生條件；年平均年日照百分率39%滿足適生條件，最大值為49%屬可生條件。綜合上述，鶴山市茶樹(shù)種植氣候條件大部分時(shí)間屬于適生條件，只有個(gè)別年份個(gè)別要素屬可生條件，不存在有害條件。

2.2 不同氣象條件對(duì)茶葉種植生長(zhǎng)的影響

在分析茶葉種植氣候概況的基礎(chǔ)上，以下根據(jù)茶葉生長(zhǎng)物候期，進(jìn)一步對(duì)光、溫、水氣候條件進(jìn)行詳細(xì)分析。茶葉生長(zhǎng)發(fā)育具有明顯的階段性和規(guī)律性，在一般正常年份氣候條件下，茶樹(shù)分萌發(fā)、開(kāi)采和休眠期，以鶴山雙合“十里茶鄉(xiāng)”為研究代表點(diǎn)，通過(guò)多次實(shí)地調(diào)查及到鶴山市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局走訪，整理出鶴山市茶樹(shù)各發(fā)育期物候資料（表2）。以下結(jié)合鶴山茶葉物候期即茶葉生長(zhǎng)發(fā)育周期和采摘等不同時(shí)期，對(duì)光、溫、水氣候條件進(jìn)行具體分析。

表2 鶴山茶葉生長(zhǎng)物候期

1）溫度條件。

溫度條件決定茶葉年生育期的長(zhǎng)短和發(fā)育輪次的早晚，影響茶葉的生育速度、地理分布、產(chǎn)量和品質(zhì)，因此溫度條件對(duì)茶葉生長(zhǎng)極其重要［1，10］。

根據(jù)鶴山市1960—2019年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)了鶴山年平均氣溫的年際變化（圖1），由圖1可以看出，鶴山市年平均氣溫在20.9～23.4℃之間波動(dòng)，波幅較小，平均氣溫為22.1℃，總體呈上升趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在2019年，符合適宜茶葉生產(chǎn)的溫度條件。隨著全球氣候變暖，鶴山市的平均氣溫呈升高趨勢(shì)，積溫也相應(yīng)增加，對(duì)茶葉生長(zhǎng)更有利。

圖1 鶴山市1960—2019年平均氣溫的年際分布

由表2可知，3—11月是茶葉活躍生長(zhǎng)期及采摘期。由圖2平均氣溫的逐月分布可以看出，鶴山春季氣溫回溫早，2月氣溫已達(dá)14.7℃，能有效促進(jìn)越冬茶樹(shù)芽的萌發(fā)，有利于春茶生長(zhǎng)，3—4月氣溫進(jìn)一步升高，屆時(shí)茶芽鱗片開(kāi)裂，露出綠色牙尖開(kāi)始到鱗片、魚(yú)葉開(kāi)展，可逐步開(kāi)采春茶；3—11月平均氣溫為17.9～28.6℃，滿足茶葉生長(zhǎng)的需求，其中6—9月的平均氣溫均高于27℃，有利于茶葉快速生長(zhǎng)，雖在可生條件范圍內(nèi)，但不利于優(yōu)質(zhì)茶葉生產(chǎn)；冬季12月至次年2月茶樹(shù)處于休眠期，鶴山近60年極端最低氣溫為0.0℃，極端最低平均氣溫為3.9℃，對(duì)處于休眠期的茶葉影響不大，且在氣候變暖的背景下，鶴山極端最低氣溫有所上升，因此，冬季氣候基本能讓茶樹(shù)安全越冬。

圖2 鶴山市1960—2019年氣溫和日照百分率逐月分布

2）光照條件。

日照長(zhǎng)度是晴雨、干濕和氣溫穩(wěn)定程度的標(biāo)志，對(duì)茶葉新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程影響很大［11］。鶴山市逐年平均日照百分率介于31%～49%，年平均日照百分率為39%，能滿足茶葉的生長(zhǎng)需求。如圖2所示，各月平均日照百分率呈單峰型，中間高兩頭低，春茶、夏茶、秋茶月平均日照百分率分別為24%、47%、51%。因茶葉喜漫射光，在月平均日照百分率小于45%時(shí)，茶葉生產(chǎn)的質(zhì)量更佳；從季節(jié)來(lái)看，春茶期間的日照百分率比夏秋、秋季更小，更有利于茶葉品質(zhì)的提高，這也印證了鶴山春茶的品質(zhì)比夏秋茶更優(yōu)。

3）水分條件。

茶葉喜潮濕，其系統(tǒng)發(fā)育對(duì)水分的要求較高。鶴山市雨量充沛，逐年降雨量介于1 061.9～2 569.3mm，多年平均值為1 787.4mm，對(duì)照表1茶樹(shù)生長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)，非常利于茶葉生長(zhǎng)。由圖3可以看出，鶴山降雨季節(jié)變化明顯，主要集中在4—9月，各月降水量均超過(guò)150 mm，且正好在茶葉生長(zhǎng)旺季期間，充沛的雨量有利于茶葉高產(chǎn)量和優(yōu)品質(zhì)；2—3以及10月雨量在56.9～87.6mm之間，也在可生條件范疇。而11月到次年1月降水量?jī)H占年降水量的7%，因此秋冬季節(jié)可能出現(xiàn)干旱而影響到春茶的生長(zhǎng)，尤其12月雨量?jī)H31.1 mm，會(huì)嚴(yán)重抑制茶葉生長(zhǎng)，因此休眠期也需要及時(shí)灌溉，確保充足水分。

圖3 鶴山市1960—2019年降水量和空氣相對(duì)濕度逐月分布

另外，鶴山市逐年平均相對(duì)濕度介于71%～83%之間，年平均相對(duì)濕度為79%，總體適宜茶葉生長(zhǎng)。從圖3可見(jiàn)，逐月分布不均勻，2—9月相對(duì)濕度介于80% ～85%，高濕度有利于漫射光的增加，可有效提高茶葉有機(jī)物合成速率，茶葉持嫩性好且葉質(zhì)柔軟，有助于提高茶葉品質(zhì)和產(chǎn)量［12］；10月到次年1月相對(duì)濕度介于70% ～74%，尤其是12月僅70%，此時(shí)濕度低降雨少，且土壤蒸發(fā)大和茶葉蒸騰作用強(qiáng)，雖是休眠期，也需要做好灌溉工作，確保充足水分，以免茶葉生長(zhǎng)受抑制。

2.3 茶葉生長(zhǎng)的綜合氣候適宜度分析

影響茶葉生長(zhǎng)發(fā)育的氣候條件，主要是光、溫和水等氣候要素的綜合結(jié)果。本研究采用模糊數(shù)學(xué)分析方法進(jìn)行描述，用適宜度作為各氣候要素統(tǒng)一的量化影響指標(biāo)，將其定義：“0”為不適宜、“1”為最適宜、其余（值在0～1之間）為“適宜”和“次適宜”。

根據(jù)鶴山市1960—2019年氣候資料統(tǒng)計(jì)，計(jì)算多年平均氣溫、≥10℃年活動(dòng)積溫、年極端最低氣溫、年均降水量、生長(zhǎng)期月降水量、年平均相對(duì)濕度、年平均日照百分率以上7種氣候要素的隸屬度（表3），計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，鶴山地區(qū)7種氣候要素的隸屬度均為1。根據(jù)表3，計(jì)算出茶葉生長(zhǎng)的氣候適宜度為1即為最適宜，說(shuō)明鶴山市熱量資源、降水條件和日照時(shí)數(shù)，能滿足茶葉生長(zhǎng)需求，是非常適合發(fā)展茶葉產(chǎn)業(yè)的。

表3 茶葉生長(zhǎng)各要素的隸屬度

3 影響茶葉生長(zhǎng)的氣象災(zāi)害

3.1 高溫

高溫對(duì)茶樹(shù)的生長(zhǎng)不利，當(dāng)日平均氣溫上升到30℃（或日最高氣溫超過(guò)35℃）以上時(shí)，芽葉的生長(zhǎng)受到抑制，茶葉的質(zhì)量和產(chǎn)量明顯下降［13］。鶴山市每年≥35℃的極端最高氣溫發(fā)生在5—10月，主要集中在7—8月，1960—2019年年均高溫日數(shù)13 d，其中2014年43 d為最多。7—8月鶴山地區(qū)氣溫高、日照強(qiáng)，對(duì)茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)造成一定的影響，而對(duì)幼齡茶樹(shù)，需要在管理上采取相應(yīng)的防御措施，以免茶樹(shù)出現(xiàn)枯萎或死苗現(xiàn)象。

3.2 暴雨

鶴山市降水主要集中在汛期的4—9月，占年降雨量的80%以上，1960—2019年年平均暴雨日數(shù)為7.3 d，多則達(dá)14 d（1981年），少則為2 d（1963、1977年），不論是早春、仲夏、深秋還是隆冬，各月都有暴雨實(shí)例，但多為汛期出現(xiàn)。暴雨洪澇可能造成茶樹(shù)被淹或長(zhǎng)時(shí)間水分過(guò)多，易引發(fā)茶園水土流失和塌方現(xiàn)象，不僅影響茶樹(shù)自身的生長(zhǎng)發(fā)育，而且在水淹過(guò)后，各種有害物質(zhì)殘余容易留于茶樹(shù)體內(nèi)，從而導(dǎo)致其品質(zhì)下降，也易引起病變的發(fā)生和傳播。因此，要加強(qiáng)防澇防漬水，注意排澇，提高水土保持能力。

3.3 臺(tái)風(fēng)

根據(jù)1960—2019年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，直接影響鶴山的臺(tái)風(fēng)平均個(gè)數(shù)為1.8個(gè)，主要發(fā)生在6—10月，其中7—9月較多，而近年出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)對(duì)人們生活生產(chǎn)影響特別嚴(yán)重，如2017年的13號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鴿”、2018年的22號(hào)臺(tái)風(fēng)“山竹”，鶴山市均錄得12級(jí)以上的極大風(fēng)，全市受災(zāi)嚴(yán)重，這樣的狂風(fēng)肆虐，容易造成茶樹(shù)的茶葉掉落，甚至折斷茶樹(shù)枝條，從而影響種植、生長(zhǎng)和采摘，一定程度上降低了茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。

4 結(jié)論

1）鶴山市1960—2019年的多年平均氣候統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，鶴山市的熱量資源、降水和日照等氣候條件，均能滿足茶葉生長(zhǎng)需求；再根據(jù)茶葉生長(zhǎng)物候期，進(jìn)一步對(duì)光、溫、水氣候條件進(jìn)行詳細(xì)分析，得出：鶴山市熱量豐富，≥10℃活動(dòng)積溫高，年平均氣溫呈增加趨勢(shì)，且春季回溫早，可促進(jìn)春茶早萌發(fā)，有助于提升春茶經(jīng)濟(jì)效益。鶴山市雨量充沛、相對(duì)濕度較大，能滿足茶葉生長(zhǎng)期需求；但年內(nèi)降雨分布不均勻，秋冬季節(jié)有可能出現(xiàn)缺水且蒸發(fā)過(guò)大而影響到春茶生長(zhǎng)，尤其是12月，會(huì)嚴(yán)重抑制茶葉生長(zhǎng)，故休眠期也需要及時(shí)灌溉，確保充足水分。鶴山市光照適宜，能滿足茶葉的生長(zhǎng)需求；從季節(jié)來(lái)看，春茶期間的日照百分率比夏秋、秋季更小，更有利于茶葉品質(zhì)的提高，這也印證了鶴山春茶的品質(zhì)比夏、秋茶更優(yōu)。

2）通過(guò)模糊數(shù)學(xué)法得到的鶴山市茶葉生長(zhǎng)的綜合氣候適宜度為1，即最適宜，表明鶴山是非常適合發(fā)展茶葉產(chǎn)業(yè)的。

3）鶴山市總體氣候非常適宜茶葉種植，但部分生長(zhǎng)期可能受到高溫、暴雨和臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣的影響，因此在種植過(guò)程中加強(qiáng)茶園管理的同時(shí)，要對(duì)氣象災(zāi)害加以防范，與氣象部門(mén)多溝通聯(lián)系，主動(dòng)獲取相關(guān)氣象信息，以提高氣象災(zāi)害的防御能力，為鶴山茶葉生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件。