哀牢山西坡氣候?qū)Х确N植的影響初探

王政又，高 敏，余 東，王 熙

（1.景東縣氣象局，云南 景東 676200；2.普洱市咖啡氣象服務(wù)中心，云南 普洱 665000；3.寧洱縣氣象局，云南 寧洱 665199）

哀牢山位于云南中部，呈南北走向，是云貴高原和橫斷山脈兩大地貌區(qū)的分界線，亦為云南東、西部氣候的天然屏障。普洱市景東縣東部、鎮(zhèn)沅縣東部正好處在哀牢山西坡，這里氣候溫和、降水豐富，自1998年開始種植咖啡，是普洱市最早進(jìn)行咖啡種植試驗(yàn)的產(chǎn)區(qū)之一。經(jīng)過20 多年的發(fā)展，地處哀牢山腹地的景東坡頭村咖啡種植區(qū)，雖然種植面積僅120 hm2，但所生產(chǎn)的咖啡味香醇正，品質(zhì)優(yōu)良，得到了市場和廣大消費(fèi)者的認(rèn)可，曾被譽(yù)為“可以和藍(lán)山咖啡相媲美”，是哀牢山西坡品質(zhì)最好的咖啡產(chǎn)區(qū)。

氣候?qū)r(nóng)作物生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)具有主導(dǎo)性影響［1］。春秋時(shí)期，古人就用“橘生淮南為橘，生于淮北則為枳”來表達(dá)環(huán)境對植物的影響；現(xiàn)代科學(xué)也證明，氣象因子決定植株生長區(qū)域，影響其發(fā)育、進(jìn)化、繁衍，對農(nóng)作物生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)影響的比重占60%～75%。省內(nèi)許多專家也對咖啡與氣候間的聯(lián)系做過研究，如莫麗珍［2］等提出咖啡栽培時(shí)所必需的氣溫、降水等氣候環(huán)境，何紅艷［3］等分析云南咖啡品質(zhì)影響因素，指出品種、環(huán)境等是影響咖啡品質(zhì)的主要原因；黃家雄［4］等研究了不同海拔對咖啡品質(zhì)影響，指出咖啡因含量和海拔高度呈極顯著負(fù)相關(guān)；高敏［5］等分析普洱市不同氣候背景條件下咖啡內(nèi)成分和風(fēng)味的差異，得出低海拔種植區(qū)白天氣溫高有利于咖啡因等的形成，高海拔種植區(qū)秋冬季活動(dòng)積溫少，減緩咖啡生長速度，有利于高品質(zhì)的形成。為了貫徹云南省委、省政府關(guān)于咖啡產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展決議，落實(shí)云南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳、省財(cái)政廳、省工業(yè)和信息化廳印發(fā)的《關(guān)于推動(dòng)咖啡精品率和精深加工率提升若干政策措施》，分析景東縣坡頭村咖啡產(chǎn)區(qū)的氣候條件，進(jìn)一步探討氣象因子對咖啡品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，對引進(jìn)咖啡新品種，升級改造老舊咖啡園，提升哀牢山西坡整體咖啡品質(zhì)，不斷提高氣象“富農(nóng)”服務(wù)科技支撐水平，實(shí)施鄉(xiāng)村振興均具有十分重要的意義。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

（1）本項(xiàng)目使用中國氣象局下發(fā)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，提取并重新整理了哀牢山西坡所在的景東、鎮(zhèn)沅等縣周邊邊界，所屬鄉(xiāng)、村駐地，河流水系，數(shù)字高程，坡向和坡度等數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)格式為Shp，柵格數(shù)據(jù)格式為ESRI GRID；地理投影系統(tǒng)采用WGS_1984_UTM_ZONE 47N，其中坡度和坡向數(shù)據(jù)的提取基于普洱市境內(nèi)哀牢山西坡的DEM 數(shù)據(jù)，利用GIS 的空間分析工具生成研究所需的坡度和坡向數(shù)據(jù)。

（2）景東、鎮(zhèn)沅等咖啡生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源于普洱市茶葉咖啡產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心、普洱市咖啡氣象服務(wù)中心。

（3）普洱市、楚雄州、玉溪市等氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于云南省氣象局。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

由于哀牢山西坡九甲、三章田、者東等鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點(diǎn)與咖啡種植區(qū)海拔高度差異較大，花山鄉(xiāng)鎮(zhèn)站、坡頭咖啡站缺少長序列的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的插值處理。復(fù)雜地形下影響氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)的因素較多，包括經(jīng)度、緯度、海拔、坡度、坡向，周邊山脈走向、森林、大水體、土壤類型、大氣環(huán)流、氣溶膠含量等等，局地條件下，地理位置對氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)等氣象因子的影響明顯。因此，按照世界氣象組織的規(guī)定，選取了哀牢山周邊的景東、鎮(zhèn)沅、寧洱、墨江、景谷、思茅、楚雄、雙柏、南華、巍山、南澗、新平等大監(jiān)氣象站1991—2020年的平均氣溫、日照時(shí)數(shù)、降水量、最高氣溫、最低氣溫、相對濕度等數(shù)據(jù)，利用ArcGis［6］工具建立氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)的空間分布模型，并用坡頭咖啡站2021—2022年的數(shù)據(jù)對這些模型進(jìn)行檢驗(yàn)和訂正。

（1）氣溫：按照氣候分析方法［7］，在一個(gè)較大區(qū)域內(nèi)，平均氣溫的氣候?qū)W方程可以看成是地理因子（緯度、經(jīng)度、海拔）的函數(shù)，即T=T（φ，λ，h）。以哀牢山周邊各個(gè)氣象站點(diǎn)資料為基礎(chǔ)，采用多元回歸方法，給定置信度為0.95，建立哀牢山西坡平均氣溫空間分布模型：

式中：φ為緯度，λ為經(jīng)度，h為海拔高度。

（2）降水量：由于地勢差異，降水量分布與地形關(guān)系較為密切，且并不遵從一致的經(jīng)緯度和海拔變化規(guī)律。根據(jù)氣象日常業(yè)務(wù)和氣候分析對降水量時(shí)空分布及精度的要求，本項(xiàng)目對反比距離加權(quán)法進(jìn)行改進(jìn)，即對于任一欲插值的格點(diǎn)J，搜索與其距離最近、影響最大的N 個(gè)（本項(xiàng)目取15）測站作為信息來源，以海拔、經(jīng)緯度、方位因子等作為環(huán)境參數(shù)，建立海拔與降水量之間的回歸方程，同時(shí)引入距離、方位權(quán)重，依托地理信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)并完成降水的空間插值處理，建立哀牢山西坡降水量的空間分布模型。

（3）日照時(shí)數(shù)：受季節(jié)、云量、海拔、坡度和坡向等地形因子以及周圍地形相互遮蔽的影響，導(dǎo)致日照時(shí)數(shù)的時(shí)空變異顯著。本項(xiàng)目采用半球視域算法，基于哀牢山西坡每個(gè)格點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、海拔、坡向、坡度等數(shù)據(jù)，依次計(jì)算出其1—12月的地理可照時(shí)數(shù)；再利用附近大監(jiān)站日照時(shí)數(shù)，建立實(shí)際可照時(shí)數(shù)與地理可照時(shí)數(shù)的估算方法；最終推算出各個(gè)格點(diǎn)的日照時(shí)數(shù)，建立哀牢山西坡日照時(shí)數(shù)的空間分布橫型。

景東坡頭咖啡站2021—2022年實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)與推算值進(jìn)行比較，年平均氣溫誤差0.47℃、年日照時(shí)數(shù)誤差為77 h、年降水量誤差為97 mm，表明建立的氣溫、日照、降水模型達(dá)到氣候分析的要求，具有一定的可信度。

2 結(jié)果與分析

2.1 哀牢山西坡咖啡種植區(qū)氣候背景

2.1.1 溫度分布

一般而言，溫度隨著海拔高度的升高而降低，哀牢山對溫度的再分配使得山谷炎熱、山頂涼爽?；ㄉ健⑵骂^村、三章田、者東、那洛村大部分地區(qū)的年平均氣溫18 ～20℃（圖1）、≥15℃活動(dòng)積溫4 000 ～5 500℃·d，其中三章田、者東部分地區(qū)年平均氣溫超過20℃，活動(dòng)積溫超過5 500℃·d，是該區(qū)域氣溫高、熱量條件最豐富的地區(qū)；秀龍村、撇羅村、九甲、新村、幫海村、學(xué)堂村等地年平均氣溫為16～18℃，≥15℃活動(dòng)積溫為2 500～4 000℃·d，是該區(qū)域氣溫涼爽、熱量條件一般的地區(qū)；千家寨、金山埡口等地區(qū)的年平均低于13℃、≥15℃活動(dòng)積溫低于1 300℃·d，是該區(qū)域氣溫低、熱量條件欠佳的地區(qū)。

圖1 哀牢山西坡年平均氣溫分布圖（局部）

2.1.2 降水量

哀牢山西坡年降水量的空間分布顯示（圖2），鎮(zhèn)沅段年降水量比景東段多。秀龍村、撇羅村、花山、坡頭村、三章田、者東、那洛村等大部分地區(qū)年降水在1 200～1 500 mm，其中花山、坡頭、三章田、那洛村的局部地區(qū)年降水量小于1 200 mm，為本地區(qū)年降水量相對較少的地區(qū)；九甲、新村、幫海村、學(xué)堂村、和平等地年降水量為1 500 ～1 800 mm，局部地區(qū)超過2 000 mm；千家寨、金山埡口等地區(qū)的年降水量在1 800～22 00 mm，局部地區(qū)超過2 500 mm，是本地區(qū)年降水量最豐富的區(qū)域。

圖2 哀牢山西坡年降水量分布圖（局部）

2.1.3 光照分布

受地形的影響，哀牢山西坡年日照時(shí)數(shù)空間分布不均勻（圖3），秀龍村、撇羅村、九甲、新村、幫海村、學(xué)堂村、花山、坡頭村、三章田、者東、那洛村等大部分地區(qū)為1 300～1 800 h，局部地區(qū)不足1 000 h，為該地區(qū)日照時(shí)數(shù)最少的區(qū)域；千家寨、金山埡口等地區(qū)的年日照時(shí)數(shù)在1 800 ～2 200 h，局部地區(qū)超過2 200 h，是本地區(qū)日照時(shí)數(shù)最為豐富的地區(qū)。

圖3 哀牢山西坡年日照時(shí)數(shù)空間分布圖（局部）

2.2 哀牢山西坡咖啡種植區(qū)氣候利弊分析

哀牢山西坡咖啡種植區(qū)主要分布在景東縣花山鎮(zhèn)和鎮(zhèn)沅九甲、者東、和平等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的中低海拔地區(qū)，以花山鎮(zhèn)坡頭村的咖啡種植面積最大、品質(zhì)最優(yōu)。

2.2.1 溫度和水分條件總體適宜咖啡生長

相關(guān)研究表明，咖啡在年降水量1 000 mm 以上、年平均氣溫18～21℃［3］，植株生長鍵壯，咖啡果酸味適中，香味濃郁且醇和；在年平均氣溫≤16℃生長將受到抑制，咖啡豆味道變酸；而年平均氣溫≥25℃，咖啡生長期內(nèi)氣溫持續(xù)高溫，咖啡味道變苦，品質(zhì)明顯下降［4-6］。哀牢山西坡咖啡種植區(qū)年降水量在1 000～1 300 mm、年平均氣溫18～19℃、活動(dòng)積溫為4 800～5 300℃·d，水分和熱量條件滿足咖啡生長，非常適宜咖啡種植。

2.2.2 冬季低溫霜凍的風(fēng)險(xiǎn)較低

哀牢山西坡種植區(qū)由于山體高大，重重高山阻擋了冷空氣的入侵，中等及以下弱冷空氣被山體所阻，而較強(qiáng)冷空氣翻過山體后程度減弱，受寒潮入侵次數(shù)較少，其氣溫較同緯度、同海拔的東部地區(qū)高，大多數(shù)年份冬季溫暖，最冷時(shí)段的平均氣溫在11℃以上。以坡頭咖啡站（海拔1 150 m）和周邊的花山鄉(xiāng)鎮(zhèn)站（海拔1 227 m）為例，兩個(gè)站點(diǎn)2021—2022年的監(jiān)測表明，雖然坡頭咖啡站與花山站海拔高度相差僅為77 m，但氣溫的月際變化趨勢相似，近呈單峰型（圖4），冬春兩季坡頭站平均氣溫略高于花山站，其中2—4月坡頭站的氣溫比花山站高0.4～2.0℃，而夏秋兩季則反之，6—9月坡頭站比花山站的氣溫略偏低0.3～1.1℃，坡頭咖啡站的極端最低氣溫為3.8℃，比花山站略偏高。

圖4 2021—2022年花山、坡頭站平均氣溫的月際變化

近10年來，普洱咖啡種植區(qū)于2016年、2019年出現(xiàn)2 次極端冷氣候事件，這個(gè)時(shí)期坡頭咖啡站無監(jiān)測數(shù)據(jù)，選取既有咖啡種植，又有海拔高度相近的花山站與普義站進(jìn)行對比。2016年1月中旬花山站（海拔1 227 m）的極端最低氣溫為1.4℃，連續(xù)3 d 最低氣溫低于4℃，平均氣溫低于5℃的有1 d，洼地有輕霜凍；而普義站（海拔1 206 m）極端最低氣溫0.9℃，連續(xù)3 d 最低氣溫低于4℃、平均氣溫低于5℃的有2 d，洼地和陰坡有霜或霜凍。2019年12月上旬又有較強(qiáng)冷空氣侵入普洱市，花山站極端最低氣溫1.8℃，最低氣溫低于4℃的有7 d，沒有咖啡受災(zāi)；而普義站極端最低氣溫0.5℃，最低氣溫低于4℃的有8 d，有20%左右的果實(shí)受凍變黑。在兩次冷氣候事件中，花山站極端最低氣溫略高于普義站，實(shí)地調(diào)查也發(fā)現(xiàn)坡頭種植區(qū)咖啡受災(zāi)程度明顯比普義種植區(qū)輕，因此，坡頭冬季氣溫略高于花山站和普義站。

花山、坡頭站和普義站海拔高度相近，但緯度較高，一般情況下緯度高的地方氣溫更低，但由于花山、坡頭站附近山體更加高大，咖啡種植地坡度更大，冷空氣不易長時(shí)間停留，加之周邊森林對氣溫的調(diào)節(jié)作用，最低氣溫比緯度較低的普義站高，常年出現(xiàn)低溫霜凍災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)較低，有利于咖啡樹的安全越冬，適宜咖啡種植。

2.2.3 夏季降雨充沛，有利于坐果和果實(shí)膨大

哀牢山西坡種植區(qū)有明顯的雨季和干季之分，降水月際變化趨勢相似，主要集中在7月、8月。以坡頭咖啡站和花山站2021—2022年為例（圖5）：坡頭、花山站6—8月每月降雨量在150 mm 以上，其中7—8月降雨量200～260 mm；期間坡頭站降大暴雨1 d、暴雨日3 d、大雨日7 d，極端日最大降雨量為104.5 mm；花山站降暴雨4 d、大雨10 d，極端最大降雨量為83.9 mm，可見花山、坡頭夏季降水豐盈，并且降雨以小到中雨量級為主，平均日降水量5～20 mm，降水的有效性高，可以滿足咖啡坐果和果實(shí)膨大所需。

圖5 花山、坡頭站降水量的月際變化

2.2.4 秋冬霧露天氣多，為咖啡生長提供充足水分

進(jìn)入秋季，哀牢山西坡種植區(qū)自然降雨明顯減少，如坡頭、花山站10—11月每月降雨量小于150 mm，平均日降雨量為0.1～8.0 mm，但坡頭種植區(qū)地處哀牢山腹地，周邊均為森林，加之雨季剛剛結(jié)束，樹木和土壤含水量大，蒸騰作用導(dǎo)致坡頭及其周邊地區(qū)空氣中水汽充沛，夜間和凌晨隨著溫度降低，相對濕度高達(dá)93%以上，幾乎每天均凝結(jié)有露和濃霧，直至上午11 時(shí)左右才霧散云開。露和霧一方面為果實(shí)成熟提供了充足的水分條件，另一方面也抑制了溫度的升高，阻斷病菌的生長蔓延，延緩咖啡果實(shí)成熟時(shí)間，有利于營養(yǎng)物質(zhì)的形成和積累，提高咖啡品質(zhì)。

2.2.5 夏秋冬季太陽直射時(shí)間短，適宜咖啡生長

咖啡和所有植物一樣，依賴于太陽光進(jìn)行光合作用來維持一切生命活動(dòng)和物質(zhì)的積累，但咖啡原為熱帶雨林的下層作物，喜散射光，為短日照植物，每天有3～4 h 的光照就可對咖啡生長和結(jié)實(shí)有良好的促進(jìn)作用。

哀牢山西坡種植區(qū)日照時(shí)數(shù)不僅空間分布不均勻，而且時(shí)間分布也不均勻。6—10月受降水天氣影響，平均每天的日照時(shí)間僅為4～5 h，其中7月下旬至8月中旬平均每天的日照時(shí)數(shù)僅為2～3 h，是一年之中日照時(shí)間最少的時(shí)期，這一時(shí)期正好為咖啡坐果和果實(shí)膨大期，大部分時(shí)段自然光照時(shí)間較適宜咖啡生長；11月至次年2月為種植區(qū)干季，但雨季才剛結(jié)束，土壤和森林含水量高，蒸騰作用明顯，每天晚上均有霧生成，平均每天的日照時(shí)間在5～7 h，小霧滴和小水滴還改變了光的折射和散射，增加了小區(qū)域中漫射光，有利于鮮果中糖分和蛋白質(zhì)等干物質(zhì)的積累，適宜咖啡風(fēng)味和產(chǎn)量形成。

2.2.6 春季咖啡干旱風(fēng)險(xiǎn)較高

哀牢山西坡地區(qū)種植區(qū)2—4月降水稀少，土壤含水量減少，加上春季氣溫回升快，霧日減少，平均每天的日照時(shí)間超過8 h，是全年日照時(shí)間最長的時(shí)期。這一階段咖啡正處于采摘末期和新一輪抽捎、開花、坐果期，光照時(shí)間偏多，超過咖啡植株生長所需，不利于咖啡樹生長［8］；同時(shí)光照時(shí)間長會(huì)增加植株和土壤的蒸騰作用，加劇干旱發(fā)生，造成植株長勢弱，易發(fā)生天牛等蟲害。

2.2.7 夏季咖啡葉銹病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較高

哀牢山西坡地區(qū)種植區(qū)夏季降雨集中，如坡頭站、花山站7—8月平均每月有20 d 以上降雨，平均相對濕度在85%～90%，局部地區(qū)部分時(shí)段濕度可高達(dá)90%以上，雨停云開，氣溫迅速升高，白天平均最高氣溫在27～33℃，高溫高濕的氣象條件為葉銹病的發(fā)生蔓延提供了條件［9］，此時(shí)發(fā)生葉銹病的風(fēng)險(xiǎn)較高，應(yīng)注意防范。

2.2.8 冬季咖啡多次發(fā)酵的風(fēng)險(xiǎn)較高

冬季，哀牢山西坡地區(qū)種植區(qū)早晚空氣濕度大，如坡頭站監(jiān)測表明，12月至次年1月夜間的相對濕度在70%～80%，有露和霧形成，使得露天曬場上咖啡生豆被露水浸濕，延長咖啡晾曬時(shí)間，造成場地和勞動(dòng)力的浪費(fèi)，更嚴(yán)重的是增加了生豆的含水量，導(dǎo)致生豆在一定的溫度條件下多次發(fā)酵，甚至霉變，降低了咖啡品質(zhì)。

3 結(jié)論及建議

哀牢山西坡咖啡種植區(qū)周邊無大型工礦企業(yè)，周邊森林覆蓋率在80%以上，多為全年常綠，植被覆蓋度大于70%，負(fù)氧離子濃度超過1 200個(gè)/cm3?？諝鈨?yōu)良率達(dá)到95%以上，至今沒有觀測到沙塵與重度以上霾，沒有出現(xiàn)pH 值小于5 的酸雨，按照《氣候資源評價(jià)氣候生態(tài)環(huán)境》中大氣環(huán)境指標(biāo)，哀牢山西坡種植區(qū)大氣環(huán)境為“優(yōu)”，適宜咖啡種植。為了合理利用哀牢山西坡山地氣候資源，特提出建議如下：

（1）避開凹地或陰坡地，選擇抗寒品種。雖然哀牢山西坡咖啡種植區(qū)出現(xiàn)低溫霜凍風(fēng)險(xiǎn)較低，但在種植咖啡時(shí)仍需避開凹地或陰坡地，不要隨意擴(kuò)大咖啡種植的海拔上限，宜選擇抗寒性較高品種。

（2）春季干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，注意防范蟲害。哀牢山西坡咖啡種植區(qū)春季光照時(shí)間長，氣溫回升迅速，植株和土壤失墑較快，應(yīng)注意防范滅字虎天牛、蚧殼蟲等蟲害?？稍诜N植區(qū)域內(nèi)適當(dāng)栽種高大的蔭蔽樹，如香樟樹、水冬瓜、合歡樹等。

（3）夏季中低海拔種植區(qū)高溫高濕，注意防范病害。哀牢山西坡咖啡種植區(qū)夏季空氣濕度大、中低海拔種植區(qū)白天氣溫較高，應(yīng)注意防范葉銹病等病害的發(fā)生，可選擇薩其姆等品種，在抗銹的同時(shí)提高咖啡風(fēng)味。

（4）冬季晾曬季應(yīng)注意防潮。哀牢山西坡咖啡種植區(qū)12月至次年1月，早晚空氣濕度大，易造成咖啡回潮發(fā)酵，露天曬場晚上應(yīng)遮擋防潮，盡可能搭建曬棚和曬架。