氣象要素對青島嶗山茶葉產量影響分析

劉春濤，魏明明，郭麗娜

(1.山東省青島市嶗山區氣象局，山東 嶗山區 266102；2.山東省青島市氣象局，山東 青島 266003)

1 引言

青島嶗山茶區位于我國江北茶區最北緣，20世紀80年代初大面積南茶北移引種成功，茶葉是嶗山地區主要經濟作物之一，目前范圍遍布嶗山區和李滄區東部、城陽區東部山區、即墨市東南部[1-2]。由于露天種植，茶葉產量很大程度上取決于氣象因子，近年來很多學者對茶葉生產氣候條件影響進行相關研究[3-6]。黃壽波[7]分析氣象因子對茶葉產量、品質關系，確定茶葉生產中熱量、水分及光照等指標；金志鳳[8]對茶樹種植適宜區劃進行相關分析；楊俊虎[9]對氣象因子與春茶產量進行灰色關聯分析，了解春茶產量影響的主要氣象因子；姜燕敏[10]對浙南春茶開采前后氣象條件進行分析并建立開采期預報。但前人研究多集中在江南茶區，嶗山茶區地屬于中國茶樹種植緯度較高的區域，氣候條件與中國南方茶區存在明顯的差異性，易受干旱、凍害、低溫冷害等氣象災害影響，相關研究較少[11]。

本研究基于嶗山區1994—2015年氣溫、降水量、日照時數、空氣相對濕度等氣象資料及茶葉產量數據，研究氣候條件與茶葉產量的關系，篩選出對茶葉產量影響明顯的氣象要素，建立茶葉氣象產量評估模型，論述嶗山地區氣候條件對茶葉產量的利弊影響，并提出了應對措施和生產建議，以期為進一步提高茶樹產量、優化茶樹生產及相關農業部門正確決策服務提供科學依據。

2 資料與方法

2.1 資料來源

本文選用1994—2015年嶗山地區王哥莊街道嶗山茶單產資料，產量資料來源于嶗山區統計局。

氣象資料選取王哥莊街道鄰近的李村氣象站逐日觀測數據，包括氣溫、降水量、日照時數、空氣相對濕度等。

2.2 產量資料處理

茶葉產量可分解為社會經濟因素決定的趨勢產量、氣象因素決定的氣象產量和偶然因素造成的隨機產量[12-13]，即

Y=Yh+Ym+δ

(1)

式中，Y為實際產量，Yh為趨勢產量，Ym為氣象產量，δ為隨機產量，隨機產量通?？梢院雎圆挥嫛Ｚ厔莓a量可以通過擬合函數從實際產量中分離出來，本研究采用5a線性滑動平均法擬合趨勢產量，然后利用上式計算氣象產量。

3 結果與分析

3.1 氣象產量分離

利用直線滑動平均法，滑動時段長度取5a，模擬茶葉產量的時間趨勢項序列，得到趨勢產量，結果見圖1。由圖可見，茶葉趨勢產量平穩上升，實際單產總體呈上升趨勢，但存在波動起伏。從氣象產量來看，實際單產的波動主要受氣象產量影響，氣象條件的利弊導致了氣象產量的波動，進而影響實際產量的波動。

圖1 1994—2015年青島嶗山茶葉產量變化趨勢Fig.1 The variation curve of tea yield from 1994 to 2015 in Laoshan

3.2 關鍵氣象因子選擇及相關性分析

嶗山茶葉生長的基本氣象條件分析。嶗山茶樹具有喜溫、喜酸、喜潮濕、耐蔭、怕寒的特點[14]，產量形成受多重氣象因子影響，熱量條件是茶樹生長發育的重要限制因子[15-16]。氣溫在15～25 ℃時，茶樹生長較為迅速；22～23 ℃時，若水分和空氣濕度條件適宜，茶芽的生長速度最快；若溫度繼續升高，則茶樹生長速度逐漸緩慢[17～19]。茶樹對低溫較敏感，氣溫下降到10 ℃以下，茶樹梢停止生長，嚴寒期遇-15～-10 ℃的低溫，易得赤枯病[20]。茶樹喜濕潤，水分條件決定著茶樹產量的高低和茶葉的品質，茶樹生長發育要求年降水量為1 000～1 400 mm，在生長季節月降水量達100 mm就能滿足茶樹生長發育的需要[14]。此外，適宜的空氣濕度對茶樹生產極為有利，茶樹生長階段適宜空氣相對濕度為80%～90%，小于50%時新芽生長將受到抑制，低于40%茶樹將受害[20]。日照條件對于茶樹的春茶采摘期、茶葉生長具有一定影響，但前人研究發現日照時數多與其他氣象因子綜合影響產量[21-23]。

根據以上茶樹生長氣候條件分析，本文分析了氣象產量與多年各旬、月氣象資料的相關分析，選取了相關系數較顯著的8個因子，即旬平均氣溫、旬最高氣溫、旬最低氣溫、月降水量、月日照時數、月空氣相對濕度的相關關系，另外考慮冬季低溫災害影響，引入前一年12月至當年2月日最低氣溫低于-10 ℃日數作為相關因子，將通過顯著性檢驗的因子作為影響茶葉產量的關鍵氣象因子。

結果顯示， 5—7月中旬降水量、5月中旬—6月上旬平均氣溫、9月平均氣溫、5月中旬—6月上旬平均最高氣溫、7—8月平均最高氣溫、12—2月日最低氣溫低于-10 ℃日數、7月日照時數、7—9月相對濕度與氣象產量呈顯著相關(表1)。其中5—7月中旬降水量與嶗山茶產量相關性最大，為正相關，5月中旬—6月上旬平均最高氣溫相關性最小，為負相關。與嶗山茶產量相關性為正相關，相關性由大到小依次為5—7月中旬降水量、5月中旬—6月上旬平均氣溫、7—9月相對濕度、9月平均氣溫；與嶗山茶產量相關性為負相關，相關性由大到小依次為12—2月日最低氣溫低于-10 ℃日數、7—8月平均最高氣溫、7月日照時數、5月中旬—6月上旬平均最高氣溫。

表1 關鍵氣象因子及其與氣象產量的相關系數Tab.1 The correlation coefficient of screened key meteorological factors with meteorological yield

注: *表示通過0.05水平的顯著性檢驗。

上述氣象因子對嶗山茶生長發育具有明顯的生物學意義，反映了嶗山茶葉對光溫水條件需求及可能影響氣象災害。嶗山茶主要生長季在4月下旬—9月下旬，旺盛生長階段在5—8月，此期間降水量情況對茶葉產量影響較大，因此水分條件與茶葉產量呈顯著正相關關系。

5月上旬—6月中旬茶樹處于春茶形成及采摘期，這是茶樹一年中品質最好的階段。6月下旬嶗山茶樹進入夏茶發育階段，茶樹雖然是喜溫植物，但過高的溫度也會對茶樹產生不良的影響，易抑制茶芽生長，因此7—8月平均最高氣溫與茶葉產量呈顯著負相關關系。茶樹具備耐蔭特性，需要較短的日照，日照時間太長、日照強度太強對茶葉生長不利，因此平地茶區可栽培防護林，減弱了太陽輻射強度，縮短日照時長。冬季氣溫過低易發生茶樹凍害，嚴重時直接影響翌年茶樹產量。

茶樹生長發育中，芽葉對空氣的濕度要求較高，嶗山三面環海、全年以東南風為主，來自海上的暖濕氣流帶來充足的水汽，云霧日數多，所謂“高山云霧出好茶”，據統計嶗山區沿海多年大霧平均日數為51.5 d，5—7月份大霧日數約占全年的50%；通?？諝庀鄬穸仍?80%～90% 時茶樹生長發育良好，7—9月是嶗山茶葉夏茶和秋茶的旺盛生長階段，期間茶葉產量約占全年產量的2/3，故此期間空氣相對濕度對茶葉產量影響具有積極作用。

9月平均氣溫與茶葉產量呈正相關關系。嶗山區平均氣溫穩定通過22℃的終日平均在9月上中旬，嶗山秋茶主要集中在9月。秋茶產量主要決定于熱量條件，通常9月的平均氣溫越高，秋茶的產量就越高，反之產量有所降低。

3.3 茶葉氣象產量通徑分析

如當自變量數目比較多，且自變量間相互關系比較復雜時通常采用通徑分析。影響嶗山茶葉單產的氣象因素很多，這些氣象因子之間可能相關并且互相影響，利用通徑分析可以幫助在眾多氣象因子中找到影響茶葉單產的關鍵氣象因子，通徑系數是沒有單位的相對數，通徑系數具有偏回歸系數的性質，通徑系數分析可以建立最優多元回歸方程。

對8個關鍵氣象因子進行通徑分析，表2為各氣象因子對產量的通徑系數。由表可得，對嶗山茶葉產量直接作用最大的是9月平均氣溫(正效應)和12—2月日最低氣溫低于-10 ℃日數(負效應)，其次是5月中旬—6月上旬平均氣溫，可見溫度對嶗山茶直接影響比較明顯。直接影響最小的是7—9月相對濕度，雖然該氣象因子與產量相關性良好，但是主要通過間接影響產生，間接影響為0.48。從間接影響系數來看，7—9月相對濕度對茶葉產量間接影響最大，其次是5—7月中旬降水量，二者皆為正效應。第三是7—8月平均最高氣溫，它與茶葉產量間接影響為較高負數，直接影響為較低的負數。

3.4 建立茶葉氣象產量預測模型

進一步對嶗山茶氣象產量與氣象因子進行多元線性回歸，選取1994—2013年氣象產量與以上氣象因子建立預測模型，2014—2015年做預報檢驗，利用SPSS22.0建立的多元線性回歸模型為：

Ym=0.049X1+26.575X2+42.439X3-17.149X4-11.222X5-20.618X6-0.244X7-638.321

(2)

表2 1994—2015年青島嶗山茶葉產量通徑分析Tab.2 Path analysis of tea yield from 1994 to 2015 in Laoshan

(R2=0.66，P<0.1)

由(2)式可知，有7個因子引入模型，對建立的回歸方程做統計檢驗：

查表分子自由度為7，分母自由度為12，信度α=0.1時，Fα=2.28，因為F>Fα,所以建立的多元線性回歸方程效果顯著。

3.5 嶗山茶葉產量檢驗及預報

3.5.1 對1994—2013年歷史產量資料檢驗 利用建立的模型對1994—2013年的歷史茶葉產量資料的平均準確率進行檢驗[24]：

(3)

3.5.2 對2014—2015年茶葉產量預報檢驗 對2014、2015年做預報檢驗：把2014年的有關資料代入由(1)、(2)式，2014年預報值為:

通過方程檢驗、歷史擬合及預報檢驗可知，選取以上 7個氣象因子建立的嶗山茶葉氣象產量預測模型，一定程度上可以滿足業務和服務需要。

4 結論與討論

本文利用青島市嶗山區1994—2015年氣溫、降水量、日照時數、空氣相對濕度等氣象資料及嶗山茶葉產量數據，首先從嶗山茶葉產量中分離出了受氣象因子影響的茶葉氣象產量，并分析了茶葉氣象產量與關鍵氣象因子的關系，建立了嶗山茶葉氣象產量評估模型，主要分析結果如下：

①氣象因子對嶗山茶葉產量的影響起著重要作用，經過相關性分析和回歸分析發現，嶗山茶葉氣象產量與5—7月中旬降水量、5月中旬—6月上旬平均氣溫、9月平均氣溫以及7—9月相對濕度具有顯著的正相關關系。表明當5—7月中旬降水量偏多(少),5月中旬—6月上旬平均氣溫偏高(低),但是該時段最高氣溫偏低(高),有(不)利于嶗山茶葉產量的增加。

②利用這些關鍵氣象因子建立的影響茶葉氣象產量回歸模型，能夠較好的擬合嶗山茶葉氣象產量。表明這7個氣象因子是影響嶗山茶葉產量的關鍵氣象因子，可利用該模型開展嶗山茶葉產量評估與預評估氣象服務工作。

有上述結論可以看出,5—7月中旬降水量與嶗山茶產量相關性最顯著，為正相關，其次是12—2月日最低氣溫低于-10 ℃日數，為顯著負相關關系。說明嶗山茶葉喜濕潤，干旱會導致茶葉的產量降低，生長期縮短，一旦發生旱情要及時采取遮蔭、覆蓋地表、澆水灌溉等方式及早降低災情發展。說明嶗山區冬季茶樹對低溫凍害較為敏感，實際生產中，遇到強寒潮天氣、氣候干燥，易導致茶蓬青枯，輕者使茶樹深修剪，重者需要重修剪，嚴重影響春茶的產量。同時熱量條件對嶗山茶直接影響比較明顯，如果熱量條件差，茶葉生長受到制約，因此可選擇抗寒、抗病性較強的優良品種。

本文僅僅對嶗山茶葉氣象產量與生育期內的平均氣溫、降雨量等氣象因子進行了初步分析，對于其影響機理及其如何在氣象服務中的應用還需要進一步的研究。

[1] 李倩,丁兆堂,王玉,等.嶗山茶園土壤養分水平與年變化動態研究[J].中國農學通報,2009,25(13):119-123.

[2] 李卓,賀齡萱.茶與氣象[M].北京:氣象出版社,2005:20-40.

[3] 毛祖法,梁月榮.浙江茶葉[M].北京:中國農業科學技術出版社,2006.8-23.

[4] 婁偉平,孫科,吉宗偉.春季茶樹冠層溫度與氣象因子的關系及預測[J].中國農學通報,2014,30(28):144-152.

[5] 劉梅.貴州省開陽縣茶樹生長的氣候條件分析[J].氣象科學,2015,135(13):145-146.

[6] 闞君杰,丁仕波,王鯤鵬,等.山東茶樹凍害預防技術措施[J].中國茶業,2015(5):28-30.

[7] 黃壽波.氣象因子與茶樹生育、產量、品質的關系[J].中國農業科學,1986,(4):96.

[8] 金志風,封秀燕.基于的浙江省茶樹栽培氣候區劃[J].茶葉,2006,32(1):7-10.

[9] 楊俊虎,張行才,王超,等.氣象因子與春茶及中高檔春茶產量的灰色關聯分析[J].山西農業科學,2012,40(1):53-55.

[10]姜燕敏,金志鳳,李松平,等.浙南春茶開采前后氣象條件分析及開采期預報[J].中國農業氣象,2015,36(2):12-219.

[11]李慶偉,袁安友,張永芳.利用氣候因素對山東省茶樹區劃布局的研究[J].中國茶葉,2010,32(7):14-15.

[12]朱自璽,劉榮花,方文松,等.華北地區冬小麥干旱評估指標研究[J].自然災害學報,2003,12(1) :145-150．

[13]YQX/T 107-2009.小麥干旱災害等級[S].北京:中國氣象局,2007．

[14]王鎮恒.茶樹生態學[M].北京:中國農業出版社,1999:100-118.

[15]史春彥,張前東.長清茶樹生長氣候條件分析及影響[J].中國農學通報,2016,32(32):158-163.

[16]莊晚芳,莫強,劉祖生,等.茶樹栽培學[M].北京:農業出版社,1995.

[17]韓湘玲.作物生態學[M].北京:氣象出版社,1991:240-243.

[18]田月,趙孟,李勇,等.貴州茶樹生長季熱量資源的時空分布特征研究[J].貴州氣象,2015,39(2):1-5.

[19]張麗霞,趙淑娟,王桂雪,等.泰安市茶樹種植氣候條件分析[J].中國農業氣象,2016,27(3):244-248.

[20]童啟慶.茶樹栽培學[M].北京:中國農業出版社,2000.

[21]蔣宗孝,林森知,魏榮源,等.三明市茶樹氣候條件分析及氣候區劃[J].氣象科技,2004,32:87-89.

[22]黃壽波.茶樹生長的農業氣象指標[J].農業氣象,1981,(3):54-58.

[23]李時睿,王治海,楊再強,等.江南茶區茶葉生產現狀和氣候資源特征分析[J].干旱氣象,2014,32(6):1 007-1 014.

[24]李樹巖,劉偉昌.基于氣象關鍵因子的河南省夏玉米產量預報研究[J].干旱地區農業研究,2014,32(5):226-227.