粵北山區(qū)引種中國名茶的氣候相似性分析

張陳嫻，張弘豪，韋翠，趙惠武，何迪，彭靜漫

（1.清遠市氣象局，廣東清遠 511518；2.陽江市氣象局，廣東陽江 529500）

茶樹喜歡溫暖濕潤的氣候條件［1］，其正常生長的氣溫要求在10～35℃，超過35℃時茶樹生長緩慢或停止，低于8℃時進入休眠期，低于-10℃易產(chǎn)生凍害，全年≥10℃的活動積溫要求在3 500℃以上，年降水量一般要在800 mm以上，適宜濕度70%～90%［2-5］。清遠地處廣東省北部山區(qū)，是廣東省茶葉主產(chǎn)區(qū)。境內(nèi)林木資源豐富，山地眾多，生態(tài)地理條件良好，非常適合茶樹生長。但清遠茶樹種植區(qū)多集中于南部英德市［2］，而貧困人口更為集中的北部地區(qū)，盡管山地多，宜茶面積大，但茶葉種植規(guī)模小，各茶區(qū)分布較分散，且缺乏技術(shù)力量支撐，多數(shù)存在農(nóng)戶小打小鬧，各自種植的現(xiàn)象，使得優(yōu)質(zhì)茶樹品種和氣候資源未得到有效挖掘［6］。

近年來，隨著脫貧攻堅工作的大力推進，茶葉作為清遠的優(yōu)勢主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，已成為粵北山區(qū)扶貧幫困計劃的目標產(chǎn)業(yè)。茶樹品種和茶葉品質(zhì)與氣候條件密切相關(guān)，在清遠推廣茶葉種植項目時，需綜合考量當?shù)氐纳鷳B(tài)氣候條件，引進適宜的優(yōu)良茶樹品種。生產(chǎn)實踐證明，將某一物種引到相似氣候環(huán)境地區(qū)時成功概率較大［7-9］。氣候相似原理不僅能科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生物引種，而且對技術(shù)引進、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃發(fā)展等方面也有重要作用［10-11］。為此，本研究運用氣候相似原理，通過模糊相似優(yōu)先比的分析方法，對比清遠與中國南方主要名茶產(chǎn)地的氣候相似情況，從中篩選氣候相似度最高的產(chǎn)地作為清遠今后茶樹引種的備選產(chǎn)地，旨在為清遠優(yōu)化茶葉種植結(jié)構(gòu)，發(fā)展茶葉經(jīng)濟，助力精準扶貧提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料

為了精細化研究粵北山區(qū)引種中國名茶的氣候相似性特征，由于區(qū)域站建站年份限制，選用1962—2019年清遠7個國家站、2009—2019年131個區(qū)域站的氣象資料作為研究基礎(chǔ)，氣象要素資料包括年平均溫度、年平均降水量、年平均日照時數(shù)、≥10℃積溫、最冷月1月平均溫度、最熱月7月平均溫度、年平均相對濕度、極端最高氣溫、極端最低氣溫等9項。

選取多種中國名茶作為擬引進樣本，分析粵北山區(qū)的氣候環(huán)境與名茶樣本種植環(huán)境的相似程度。通過查閱資料，專家咨詢，年均氣溫、降水初步對比等方法共選出13種中國名茶，其產(chǎn)地及名稱分別為安溪鐵觀音、永春佛手茶、武夷巖茶、福鼎白號銀針、杭州龍井、黃山毛峰、六安瓜片、蘇州碧螺春、廬山云霧、云南普洱、安化黑茶、君山銀針、都勻毛尖。

1.2 研究方法

1）海明距離。

海明距離是一種衡量特征距離的計算方法，其主要目的是找到兩個特征之間的差異大小，也稱相似性。對于固定的長度海明距離是該長度字符向量空間上的度量，在模糊相似優(yōu)先比（簡稱相似比）中一般采用海明距離作為相似優(yōu)先比測度［12］，如對待判樣本xi與固定樣本xk之間進行比較，海明距離d可定義為

2）模糊相似優(yōu)先比（相似比）。

模糊相似優(yōu)先比（相似比）是模糊性度量的一種形式，它是以成對的樣本與固定的樣本作比較，確定哪一個與固定樣本更相似，從而選擇與固定樣本相似程度較大者［13-14］。如引種備選地i區(qū)域、j區(qū)域相對于清遠種植地k的某個氣象因子x的相似比較，以海明距離作為測度其相似比計算公式為

rij＝，其中rij為引種地i和j相對于種植地k的相似比結(jié)果，d為引種地與種植地之間的海明距離。若rij在［0.5，1.0］之間，表示xi比xj優(yōu)先；rij在［0.0，0.5］之間，表示xj比xi優(yōu)先。對給定的樣本合集X＝｛x1，x2…xn｝與固定樣本xk建立該氣象要素因子的相似比n次矩陣R＝［rij］n×n，由λ水平截集評選出相似次序，λ值在矩陣中由大到小選定，矩陣中≥λ的數(shù)值取1，否則取0，以在λ值下降過程中首先達到除對角線外全行數(shù)值為1的那一行樣本最相似，并記以分值1，然后刪除矩陣相應(yīng)的行和列，并降低λ水平值，繼續(xù)尋找以此類推，直至矩陣處理完畢。由此每一個氣象因子都產(chǎn)生一個反映相似程度的序號值，添加權(quán)重計算后將各個氣象因子的序號值相加，便得到反映待判樣本與固定相似程度的綜合序號值，綜合序號值越小，該樣本與固定樣本就越相似［13-14］。

3）各氣象因子權(quán)重計算。

考慮到一組農(nóng)業(yè)氣候指標中各氣象因子所起的作用有所差異，因此對各氣象因子相似比分值進行權(quán)重處理［13］：其中，n為氣象因子數(shù)，R′i為添加權(quán)重后的相似比分值，R′ik為原相似比分值，wk為各氣象因子權(quán)重值。權(quán)重值參考了國內(nèi)名茶產(chǎn)區(qū)茶樹種植的研究成果，在此基礎(chǔ)上由清遠農(nóng)業(yè)專家根據(jù)清遠茶樹實際情況進行打分，然后采用層次分析法得出9個氣象因子相應(yīng)權(quán)重為年平均溫度（0.2）、年平均降水量（0.2）、年平均日照時數(shù)（0.12）、≥10℃積溫（0.1）、最冷月1月平均溫度（0.05）、最熱月7月平均溫度（0.05）、年平均相對濕度（0.12）、極端最高氣溫（0.08）、極端最低氣溫（0.08）。

2 結(jié)果與分析

2.1 清遠茶樹種植氣候特征總體評價

統(tǒng)計清遠市1962—2019年7個國家站氣候平均值（表略）發(fā)現(xiàn)，陽山、英德、佛岡、清城區(qū)年平均氣溫20.6～21.9℃，年平均降水量1 853.0～2 129.8 mm，年平均日照時數(shù)1 582.5～1 730.4 h，全年≥10℃積溫6 717.9～7 527.5℃，最冷月1月平均氣溫10.3～12.8℃，最熱月7月平均氣溫28.2～29.0℃，極端最高氣溫37.2～38.5℃，極端最低氣溫0.4～3.0℃，年平均相對濕度76.3%～77.3%。整體氣候表現(xiàn)溫暖濕潤，降水和熱量充足，有35℃以上極端高溫災(zāi)害風險，但無0℃以下極端低溫災(zāi)害風險，總體適宜優(yōu)質(zhì)茶葉生長。而廣東最北端的連南、連山、連州最冷月1月平均氣溫9℃左右，低于茶葉正常生長范圍10℃下限，同時存在35℃以上極端高溫災(zāi)害風險和0℃以下極端低溫災(zāi)害風險，但無10℃以下低溫凍害風險。除此之外，其余熱量條件、降水條件和光照條件均較適宜茶樹生長。

2.2 清遠各縣區(qū)氣候相似分析

將1962—2019年清遠市7個國家氣象站數(shù)據(jù)與所選的13個名茶樣本產(chǎn)地國家氣象站數(shù)據(jù)（表略）進行相似比，添加權(quán)重計算后得到待選名茶產(chǎn)區(qū)與清遠各縣區(qū)氣候相似性綜合序號值（表1），數(shù)值越小表示引種候選地與清遠的氣候環(huán)境相似程度越高?？芍?3個名茶產(chǎn)區(qū)中，與連南氣候相似度最高的地區(qū)為廬山市（綜合序號值為4.1）；與連州氣候最相似地區(qū)為安化（綜合序號值3.9）；與連山氣候最相似地區(qū)為六安（綜合序號值4.3）；與陽山氣候最相似地區(qū)為杭州（綜合序號值4.0）；與佛岡氣候最相似地區(qū)為六安、安化（綜合序號值均為4.1）；與英德氣候最相似地區(qū)為六安、都勻（綜合序號值均為3.4）、與清遠（市區(qū)）氣候最相似地區(qū)為安化（綜合序號值均為3.2）。綜合全市來看，與清遠市氣候相似度最高的前5個地區(qū)依次為安徽省六安市（綜合序號平均值最低為4.2排名第1，且清遠所有縣都與其氣候相似）、湖南益陽安化（綜合序號平均值為4.5排名第2，且清遠有5個縣與其氣候相似）、浙江省杭州市（綜合序號平均值為4.6，排名第3）、貴州都勻市（綜合序號平均值5.4，排名第4）、江西廬山市（綜合序號平均值6.1，排名第5，且清遠有兩個縣與其氣候相似），上述地區(qū)可作為清遠及各縣引種備選產(chǎn)地。

表1 設(shè)置權(quán)重后待引進名茶樣本與清遠各縣區(qū)氣候相似性綜合序號值1）

2.3 清遠各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣候相似分析

根據(jù)2.2節(jié)所得結(jié)果，將杭州、六安、廬山、安化、都勻5個國家站氣象數(shù)據(jù)作為固定樣本，清遠131個區(qū)域站氣象數(shù)據(jù)作為待判樣本進行相似比得到清遠基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)的相似比表（表略），在清遠全市范圍內(nèi)篩選氣候相似度較高的種植地。由于清遠區(qū)域站建站時間差異較大，故選取站點較多的時段（2009—2019年）進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計以求分析結(jié)果盡可能覆蓋更多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。利用GIS技術(shù)對相似比結(jié)果進行插值畫圖［15］（圖1），推算出清遠其他無測站地區(qū)的相似分布情況，以滿足精細化氣候相似分析的要求。

圖1 浙江杭州（a）、安徽六安（b）、江西廬山（c）、湖南益陽安化（d）、貴州都勻（e）在清遠的氣候相似種植地分布情況

為更直觀地描述清遠各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣候相似程度，表2將相似值劃分為4個等級：最相似區(qū)、次相似區(qū)、基本相似區(qū)、不相似區(qū)。由圖1可知西湖龍井、六安瓜片、廬山云霧、安化黑茶、都勻毛尖在清遠的氣候相似種植區(qū)（相似比＜50）大部重疊，表明在清遠選定一個氣候相似區(qū)，可考慮引種上述5種名茶，具有較高的開發(fā)價值。具體分析各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的相似情況可知，5種名茶中有3種以上茶種能在清遠找到重疊氣候相似種植區(qū)（相似比＜50）的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有清城區(qū)飛來峽鎮(zhèn)、源潭鎮(zhèn)、石角鎮(zhèn)、龍?zhí)伶?zhèn)、東城街道、洲心街道、橫荷街道；清新區(qū)龍頸鎮(zhèn)、太和鎮(zhèn)、三坑鎮(zhèn)、禾云鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、石潭鎮(zhèn)；佛岡縣逕頭鎮(zhèn)、湯塘鎮(zhèn)、水頭鎮(zhèn)、龍山鎮(zhèn)；英德市大灣鎮(zhèn)、九龍鎮(zhèn)、橋頭鎮(zhèn)、東華鎮(zhèn)、英紅鎮(zhèn)、西牛鎮(zhèn)、橫石塘鎮(zhèn)、大站鎮(zhèn)；陽山縣楊梅鎮(zhèn)、七拱鎮(zhèn)、小江鎮(zhèn)、大崀鎮(zhèn)、黎埠鎮(zhèn)、嶺背鎮(zhèn)、江英鎮(zhèn)、秤架瑤族鄉(xiāng)、青蓮鎮(zhèn)、杜步鎮(zhèn)；連州市瑤安瑤族鄉(xiāng)、星子鎮(zhèn)、西岸鎮(zhèn)、西江鎮(zhèn)、豐陽鎮(zhèn)、九陂鎮(zhèn)、大路邊鎮(zhèn)、東陂鎮(zhèn)、龍坪鎮(zhèn)；連山縣小三江鎮(zhèn)、禾洞鎮(zhèn)、太保鎮(zhèn)、吉田鎮(zhèn)；連南縣寨崗鎮(zhèn)、大坪鎮(zhèn)、三排鎮(zhèn)。其中最相似種植區(qū)（相似比＜30）有清城區(qū)飛來峽鎮(zhèn)、石角鎮(zhèn)、龍?zhí)伶?zhèn)、源潭鎮(zhèn)、洲心街道；清新區(qū)太和鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、三坑鎮(zhèn)、龍頸鎮(zhèn)；佛岡縣水頭鎮(zhèn)、龍山鎮(zhèn)；英德市大灣鎮(zhèn)、英紅鎮(zhèn)；陽山縣小江鎮(zhèn)、楊梅鎮(zhèn)、江英鎮(zhèn)、秤架瑤族鄉(xiāng)、杜步鎮(zhèn)；連州市瑤安鄉(xiāng)、東陂鎮(zhèn)、九陂鎮(zhèn)；連山縣禾洞鎮(zhèn)、小三江鎮(zhèn)；連南縣寨崗鎮(zhèn)。

表2 基于氣候相似比的種植區(qū)域劃分

從5種名茶在清遠氣候相似種植區(qū)占比分布（表略）來看，各茶種在清遠的氣候相似種植區(qū)占比均接近50%，其中基本相似種植區(qū)占比最高在18%～28%，次相似種植區(qū)占比16%到20%，最相似種植區(qū)占比相對較少在6%～8%?？梢姛o論是引種西湖龍井還是六安瓜片、廬山云霧、安化黑茶、都勻毛尖，在清遠都能找到氣候相似種植區(qū)域，最適宜種植區(qū)相對較少，但仍有相當數(shù)量的次相似和基本相似種植區(qū)可供選擇。

3 結(jié)論

1）與清遠氣候相似度最高的茶葉及產(chǎn)區(qū)為安化黑茶、六安瓜片、杭州龍井、都勻毛尖、廬山云霧，可作為粵北茶樹引種的備選品種。

2）5種名茶在清遠的氣候相似種植區(qū)（相似比＜50）大部重疊，表明在清遠選定一個氣候相似區(qū)，可考慮引種5種名茶，具有較高的開發(fā)價值。

3）5種名茶在清遠的氣候相似種植區(qū)域占比均接近50%，可見無論引進5種名茶的哪一種，在清遠都能找到氣候相似種植區(qū)。其中最相似種植區(qū)（相似比＜30）有24個：清城區(qū)飛來峽鎮(zhèn)、石角鎮(zhèn)、龍?zhí)伶?zhèn)、源潭鎮(zhèn)、洲心街道；清新區(qū)太和鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、三坑鎮(zhèn)、龍頸鎮(zhèn)；佛岡縣水頭鎮(zhèn)、龍山鎮(zhèn)；英德市大灣鎮(zhèn)、英紅鎮(zhèn)；陽山縣小江鎮(zhèn)、楊梅鎮(zhèn)、江英鎮(zhèn)、秤架瑤族鄉(xiāng)、杜步鎮(zhèn)；連州市瑤安鄉(xiāng)、東陂鎮(zhèn)、九陂鎮(zhèn)；連山縣禾洞鎮(zhèn)、小三江鎮(zhèn)；連南縣寨崗鎮(zhèn)。