鐵觀音鮮葉茶多酚含量與氣象因子的相關性研究

趙璇，彭啟良，林添水，李錦梁，張金超，連志萍，許普禎，李媛媛，杜欣欣，林金科*

（1. 福建農(nóng)林大學園藝學院，福建 福州 350002；2. 福建省安溪縣氣象局，福建 泉州 362400）

溫、光、水、氣等氣候條件不僅影響茶樹的生長發(fā)育與經(jīng)濟產(chǎn)量，還對茶葉內(nèi)含生化成分的形成、代謝與轉(zhuǎn)化的動態(tài)變化具有重要作用，茶樹代謝產(chǎn)物在不同的環(huán)境條件下會呈現(xiàn)一定的差異［1,2］。茶多酚作為決定茶葉品質(zhì)的生化成分，是影響茶湯滋味濃淡的重要成分之一，對人體具有一定的健康價值［3－5］。目前國內(nèi)就茶葉品質(zhì)、茶樹品種、茶葉產(chǎn)量與各省份的氣象因素相關性研究取得了一定成果，如劉聲傳［6］等采集并分析了不同茶樹品種鮮葉茶多酚、氨基酸與咖啡堿含量的月變化與主要氣象因子的相關性，認為‘中黃3號’茶多酚含量主要受半月均溫影響，半月均降水量次之；半月均相對濕度與半月均降水量對‘苔茶15’的酚氨比有較大影響。

茶作為我國重要的經(jīng)濟作物，不同時節(jié)的氣候與降水變化都會對茶葉產(chǎn)量造成影響。姜燕敏［7］等認為高溫熱害程度最強，茶葉損失情況愈嚴重。余會康［8］、阮惠瑾［9］等先后剖析了影響福建漳平優(yōu)質(zhì)高山茶與周寧縣中高海拔茶葉生長的氣候條件，認為適宜的氣溫、充足的降水與光照等條件有利于當?shù)貎?yōu)質(zhì)茶生產(chǎn)，同時也對異常氣候?qū)е碌南x害、旱害與凍害提出相應的農(nóng)藝措施建議。曾新暉［10］認為平均氣溫、相對濕度與1月降水量與春茶平均畝產(chǎn)量有關。楊俊虎［11］等通過灰色關聯(lián)法分析了3月空氣相對濕度與春茶關聯(lián)度最大，2～3月降水量與中高檔春茶關聯(lián)度最大。孫秀邦［12］、龍振熙［13］、金志鳳［14］、陶瑤［15］等分別使用加權(quán)指數(shù)求和法、層析聚類分析法、積溫法等分析氣象因素的變動對浙江省、貴州省、江西省的春茶開采期及春茶產(chǎn)量的影響，認為1～2月的氣溫升高、春霜日數(shù)的減少使得春茶開采期有所提前，而倒春寒的發(fā)生對不同采摘期的春茶特優(yōu)率有不同程度的影響。由此可見盡管省份不同，但是1～3月的水分與氣溫均在不同程度上對春季茶葉的生產(chǎn)造成了一定影響。

目前關于氣象因子與茶葉生產(chǎn)、茶葉品質(zhì)的研究，氣象因子的選取上多以連續(xù)多年氣象數(shù)據(jù)展開對綠茶春茶產(chǎn)量與品質(zhì)的相關性研究，針對于安溪鐵觀音秋季首輪新梢生長期內(nèi)氣象因子變化對茶多酚含量的系統(tǒng)研究還鮮見報道。故采集安溪鐵觀音秋季新梢首輪生長期氣象因子數(shù)據(jù)，通過皮爾森相關分析、主成分分析與偏最小二乘分析，探究氣象因素與鮮葉茶多酚含量的相關關系，篩選出影響鮮葉茶多酚含量的關鍵氣象因子，以期為室外茶樹栽培措施與室內(nèi)茶樹栽培技術提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料、地點

試驗材料為2020年安溪縣不同茶園鐵觀音品種秋季鮮葉，等級為一芽一葉展開，在9月15日～9月18日進行就地采樣，采樣范圍距離茶園小氣象10 m距離內(nèi)，每一采樣點取3個生物學重復。采后立即就地烘干固樣，固樣溫度為110℃ 10 min轉(zhuǎn)90℃ 20 min。采樣地點為安溪縣不同產(chǎn)茶鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)配備小氣象站的7處茶園（表1）。

表1 安溪縣不同采樣點經(jīng)緯度及海拔高度Table 1 Latitude, longitude, and altitude of sampling sites in Anxi

1.2 氣象數(shù)據(jù)的處理

氣象數(shù)據(jù)選取自安溪主要產(chǎn)茶鄉(xiāng)鎮(zhèn)7個樣本茶園區(qū)域內(nèi)氣象自動站點的氣象數(shù)據(jù)。為保證氣象數(shù)據(jù)的完整性與準確性，數(shù)據(jù)起止時間選擇為各茶園夏茶修剪后至秋茶首輪新梢生長期，具體為2020年8月8日～9月15日共計45 d的茶園內(nèi)逐日逐時的溫度、降水量、空氣濕度、10 cm地溫值數(shù)據(jù)。所有氣象數(shù)據(jù)在進行統(tǒng)計分析前均剔除異常數(shù)據(jù)。氣象因子具體選取為各采樣地45 d總降水量、日均氣溫、有效積溫、最高氣溫、最低氣溫、平均相對濕度、日均10 cm地溫。

1.3 生化成分的測定

茶多酚含量按照GB/T8313-2018［16］方法測定，對每個茶樣進行至少3次的重復試驗。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

使用Origin 2021b軟件進行主成分分析（principal component analysis，PCA）；使用SPSS 24.0 進行Duncan新復極差法、皮爾森相關分析與偏最小二乘回歸分析；使用Excel 2010與Graphpad Prism8.0軟件制圖。使用origin 2021b軟件進行相關性繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 安溪不同茶園秋季鐵觀音鮮葉的茶多酚含量差異

對安溪縣不同茶園鐵觀音秋季鮮葉進行茶多酚含量的檢測，由圖1可知：茶多酚含量含量高低為：國心綠谷＞云嶺＞舉源＞魏蔭＞八馬＞感德＞祥華，茶多酚含量總體在16.09%～21.5%之間，兩兩間存在顯著差異，祥華采樣地茶多酚含量最低（16.09%），國心綠谷采樣地的茶多酚含量最高（21.5%）。

圖1 安溪不同茶園鐵觀音鮮葉茶多酚含量Fig. 1 Polyphenol content of one bud with a leaf on Tieguanyin tea plants from plantations in Anxi

2.2 安溪縣不同茶園的氣象因子差異

對安溪縣不同茶園鐵觀音秋茶首輪新梢生長期（45 d）的氣象數(shù)據(jù)進行處理，圖2（a）、（b）顯示：國心綠谷采樣地的45 d降水量最多，最高溫（34.3℃）居于首位。而感德采樣地的45 d降水量最少，但是有效積溫、日均溫（24.84℃）與其他采樣地相比是居于最高水平。45 d最高溫表現(xiàn)為：云嶺＞國心綠谷＞感德＞舉源＞八馬＞魏蔭＞祥華；10 cm地溫表現(xiàn)為：云嶺＞八馬＞魏蔭＞舉源＞感德＞國心綠谷＞祥華。海拔高度1350 m的祥華采樣地的45 d降水量處于平均水平，有效積溫較低，日均溫值與10 cm地溫值最低。所有采樣地45 d平均空氣相對濕度差異不大，祥華采樣地相對濕度含量最高（94.86%），舉源采樣地次之（91.23%），感德采樣地最低（83.56%）。茶多酚含量高低差異與茶園氣候條件［17］、海拔高度［18］有關，降水量、高溫條件對于茶葉碳代謝有著一定的促進作用。祥華采樣地海拔高，氣溫低，相對較高的空氣平均相對濕度在一定程度上影響著鐵觀音茶樹鮮葉茶多酚的合成。

圖2 安溪各茶園鐵觀音秋茶首輪生長期（45 d）氣象因子Fig. 2 Meteorological factors tested on autumn Tieguanyin tea plants in 1st growth period （45 d）

2.3 氣象因子與鮮葉茶多酚含量的皮爾森相關性分析

對安溪不同茶園秋季鐵觀音鮮葉茶多酚含量與氣象因子進行皮爾森相關分析，由圖3可知，鮮葉茶多酚含量與氣象因子的相關性系數(shù)為：45 d總降水＞最高氣溫＞平均相對濕度＞最低氣溫＞10 cm地溫＞日均氣溫＞有效積溫。45 d新梢一輪生長期內(nèi)總降水量、最高氣溫值和相對濕度這三個氣象因子與茶多酚含量有顯著關系，其中45 d總降水量（r＝ 0.785**）、最高氣溫（r ＝ 0.679**）、最低氣溫（r＝ 0.431**）與鮮葉茶多酚含量呈正相關，平均空氣相對濕度與其呈負相關（r ＝ -0.535**）。

圖3 鐵觀音鮮葉茶多酚含量與氣象因子的皮爾森相關系數(shù)Fig. 3 Pearson correlation coefficients between leaf polyphenol content and meteorological factors

2.4 氣象因子與茶多酚含量的主成分分析

基于安溪縣不同茶園45 d氣象因子與秋季鐵觀音鮮葉茶多酚含量的主成分分析結(jié)果如表2、圖4所示。主成分分析所提取前兩個因子PC1、PC2的累積貢獻率達到88.2%，其中PC1貢獻率為63.8%，主要綜合了最高氣溫、最低氣溫、日均溫、有效積溫這些溫度因子，PC2貢獻率為24.4%，代表了總降水量與相對濕度的水分因子，其中總降水量的特征向量貢獻值為0.959。由圖4可知，鮮葉茶多酚含量與PC1溫度因子的關系較為密切，最高氣溫、最低氣溫、日均溫、有效積溫、10 cm地溫對鮮葉茶多酚含量有較為積極的影響，其中以最高溫的正相關性最高。而在PC2水分因子中，總降水量與鮮葉茶多酚含量為正相關，相對濕度為負相關。

表2 主成分的特征向量得分Table 2 Eigenvector scores of principal component analysis

（接表2）

圖4 不同茶園氣象因子與鐵觀音鮮葉茶多酚含量的主成分分析Fig. 4 Principal component analysis on leaf polyphenol content and meteorological factors

2.5 氣象因子與鮮葉茶多酚含量的偏最小二乘回歸分析

將安溪縣不同茶園茶多酚含量作為因變量，45 d總降水、日均溫、有效積溫、最高溫、最低溫、平均相對濕度與10 cm地溫作為自變量進行偏最小二乘回歸分析，同時使用R2Xcum、R2Ycum、變量投影重要性（variable importance for projection，VIP）、模型的標準化系數(shù)來判定模型的可靠性、對因變量解釋程度較強的重要自變量及其正負效應。

R2Xcum、R2Ycum表示所有提取的偏最小二乘回歸模型的主成分所能解釋的自變量總方差比例與因變量總方差的比例。由表3可知，R2Xcum＝0.952表示該模型在提取到前三個主成分時，對自變量的解釋能力可達到95.2%，可以較大程度上代表7個自變量影響因素的信息；R2Ycum＝0.939表示該模型對Y（茶多酚含量）的解釋性達到93.9%，說明該模型可靠性較強。由此建立氣象因子關于鮮葉茶多酚含量的標準化偏最小二乘回歸方程：

圖5為各氣象因子對安溪不同茶園鐵觀音鮮葉茶多酚含量的變量投影重要性（VIP）。一般認為VIP值＞1.0的自變量對因變量的解釋程度較高。由圖可知，45 d總降水、最高溫對于安溪縣不同茶園鐵觀音秋茶鮮葉茶多酚含量有顯著影響，整體上指標重要性從大到小依次為：總降水、最高氣溫、平均相對濕度、最低氣溫、10 cm地溫、日均氣溫、有效積溫。

圖5 安溪縣不同茶園氣象因子對鐵觀音鮮葉茶多酚含量的變量投影重要性Fig. 5 VIP of meteorological factors on leaf polyphenol content

由式（1）標準化回歸系數(shù)知，45 d總降水（X1）、最高氣溫（X4）、最低氣溫（X5）與10 cm地溫（X7）對于安溪縣不同茶園秋季鐵觀音鮮葉茶多酚含量呈正向效應，對鮮葉茶多酚含量在一定程度上起促進作用。與皮爾森相關分析、主成分分析結(jié)果一致的是45 d平均相對濕度（X6）對鐵觀音鮮葉茶多酚含量起到負效應的影響，而變量X2日均溫（-0.0743）、變量X3有效積溫（-0.0255）與最高氣溫（X4）、最低氣溫（X5）四個變量之間存在一定的相關性，在表達信息時會出現(xiàn)重疊的部分，此部分很可能是通過四者間變量投影值最大的最高氣溫（X4）表達出了對鮮葉茶多酚含量的影響，這可能是日均氣溫與有效積溫的標準化系數(shù)為絕對值較小的負值的原因。

3 結(jié)論與討論

本研究整理并分析了安溪縣各產(chǎn)茶鄉(xiāng)鎮(zhèn)鐵觀音秋茶首輪新梢生長期內(nèi)的降水、溫度、相對濕度諸多氣象因子以及其對鐵觀音鮮葉茶多酚含量的影響。一般認為，最適宜茶樹生長的溫度為15～30℃，最適宜新梢生長的日平均氣溫為≥18℃。茶樹某一生育期所要求的有效積溫相對穩(wěn)定，至少需要≥3000℃的有效積溫，年降雨量為1500 mm，相對濕度為80%～90%［19］。土壤熱量變化直接影響根系吸收交換水平，適合茶樹根系生長的最適土溫14～25℃。

安溪縣7處產(chǎn)茶鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣候資源較為豐富，其中平均溫度均達到23.43℃，平均相對濕度達88.7%，45 d內(nèi)平均活動積溫達540.79℃，45d總降水量體在297.1～534.5 mm之間，均滿足茶葉生長對氣候資源的要求。國心綠谷比云嶺的海拔高度高190 m，45 d降雨量多50 mm，茶多酚含量高1%，兩地的45 d日均溫、有效積溫、最高溫、相對濕度都較為相近，云嶺樣地的10 cm地溫（27.22℃）比國心綠谷樣地（24.57℃）高2.65℃，這可能是與海拔高度低與地溫高［20］有關。降水量最高的采樣地國心綠谷比感德高出237.4 mm，兩者相差約1.79倍，海拔高度相差250 m，茶多酚含量相差4.61%，說明除海拔高度外，新梢生長期的降水量對于茶多酚含量的變化同樣具有顯著影響，此結(jié)論與肖健［21］、余會康［22］、劉聲傳［6］一致，但是卻與婁偉平［17］相悖，這可能是于不同采摘季節(jié)、茶樹品種的差異。

一般認為，在氣溫較高的低海拔地區(qū)，碳代謝進行使得茶多酚含量和黃酮類物質(zhì)含量得以累積［18］。感德采樣地45 d日均溫、有效積溫與最高溫在所有采樣點中是最高的，但由于該地的海拔高度、45 d降水量與45 d平均相對濕度為7地最低。茶樹遭遇高溫脅迫導致葉綠體受損，光合速率下降，根系吸收受阻，氨基酸的含量隨溫度上升有所增加，而后分解速度加快，脯氨酸累積［23］，蛋白質(zhì)發(fā)生降解，導致茶樹氨基酸積累量減少。茶樹遭遇水分虧缺，碳氮代謝合成變緩，氨基酸含量降低，葉片加速老化，具苦澀刺激的茶多酚、咖啡堿含量下降［24］。這可能是感德采樣地茶多酚含量偏低的原因之一。

安溪縣7處茶園秋季鐵觀音首輪新梢生長期氣象因子的變化主要表現(xiàn)在水分與溫度差異上，通過皮爾森相關系數(shù)、主成分分析與偏最小二乘回歸分析得到對不同茶園鐵觀音秋茶一芽一葉茶多酚含量影響較大的氣象因子為45 d總降水量、最高氣溫與平均相對濕度。探討氣候變化對于茶葉品質(zhì)的影響研究意義重大，本研究現(xiàn)還存在氣象因子少、品種少、實驗樣品地域性不明顯、缺乏不同季節(jié)樣品對比等缺陷，后續(xù)研究的展開需要進一步彌補不足，盡可能全面探究、深入分析氣象因子對茶樹生長發(fā)育、茶葉品質(zhì)生化成分的影響。