氣候變化對茶葉生產的影響及應對技術展望

韓文炎，李鑫，顏鵬，張麗平，張蘭

中國農業科學院茶葉研究所，310008

氣候變化是指氣候平均狀態統計學意義上的巨大改變或者持續較長一段時間（30年或更長）的氣候變動，包括平均值和變率的變化。氣候變化的主要特征是全球氣候變暖，以及伴隨而來的極端天氣頻繁。氣候變化對生態環境及人類社會的影響是顯而易見的，已導致冰川消融、海平面上升、極端氣候、物種滅絕、水土流失、病蟲害暴發、生態系統退化和自然災害加劇等，是目前全球面臨的最重大挑戰之一，關乎人類的生存，已引起國際社會的廣泛關注[1]。農業生產由于“靠天吃飯”，受到的沖擊更大。近年來，在全球氣候變暖的背景下，高溫干旱、低溫凍害和暴雨等極端天氣十分頻繁，如江南茶區2008年冬季的雪災，2010年春季的“倒春寒”，以及2013年和2016年夏季的高溫干旱等都給茶葉生產造成了非常顯著的影響。因此，了解氣候變化發展趨勢，提出應對技術措施，對于茶產業的持續健康發展具有十分重要的意義。

一、我國代表性茶區氣候變化現狀及發展趨勢

對我國海南、昆明、杭州和濟南等有代表性茶區近60年來的主要氣象要素，包括平均氣溫、極端最低和最高氣溫、大氣平均相對濕度、降水量、年均降水天數和年日照時數等進行了統計。結果表明，按直線方程進行擬合，在過去50年中，平均氣溫提高了1.3℃，遠遠超過自工業革命以來全球平均氣溫升高的0.85℃；平均極端最低氣溫提高了2.1～3.8℃；最高氣溫變化不大，但高于35℃的高溫天數則顯著增加；年均降水量沒有顯著變化，但年均降水天數減少了11.2 d，大氣平均濕度降低了5.4%；年均日照時數也減少了40.9 h；另外，與1980年相比，云南的雨季推遲了22 d，明顯加劇了春旱，對云南春茶生產有顯著的影響[2]。

隨著大氣CO2濃度的升高，氣候變化呈進一步加劇之勢。根據IPCC AR4數據庫及典型氣候模型預測表明，未來數十年中，江西每10年的增溫速度高達0.22～0.41℃，顯著高于歷史基準的0.16℃，降雨量也會比歷史基準值減少10.1%～18.9%[3]。我國茶葉主產區長江中下游地區到2050年和2100年氣溫平均升高2.2℃和4.5℃左右；降水變化不明顯，但夏季降水增加[4]。更為嚴重的是高溫、干旱、低溫凍害、熱帶臺風和洪澇等極端災害天氣會明顯增加。進入本世紀以來，杭州最高氣溫屢創記錄，2002年為40.3℃，創1950年有氣象記錄以來的最高溫度，2013年更是高達41.6℃，2016年和2017年也分別高達40.3℃和41.3℃。干旱持續時間也越來越長，浙江茶區2013年夏季連續40 多天基本無雨[5]，安徽在2019年8月12日至10月28日期間，全省平均降水量僅為83.9 mm，較常年同期減少60%，平均無降水天數為65 d，較常年同期偏多11 d，為1961年以來同期最多。另外，春季“倒春寒”更為頻繁，浙江茶區幾乎每年都有發生，只是程度或地點不同，其中2010年3月8—10日的晚霜凍害導致浙江省半數以上茶園受害，經濟損失高達17 億元[6]。聯合國政府間氣候變化專門委員會的報告表明，這種情況在未來會更加強烈和頻繁[1]。

二、氣候變化對茶葉生產的影響

1.茶葉生產區域和季節的變化

隨著平均氣溫升高，特別是最低氣溫的持續升高，茶葉產區將逐漸向北和高海拔地區拓展。近年來，北方茶區茶園面積持續擴大，除了該區域茶葉品質較好、經濟效益較高外，氣候變化導致的次適宜茶區向適宜茶區轉化也是重要原因之一。亞熱帶茶區茶葉生產季節會適當延長，特別是開采期提前，這有利于提高春季名優茶產量，但“倒春寒”帶來的風險也隨之增加。年平均氣溫增加1℃，每年大于10℃的天數可增加15 d[7]，顯然這有利于延長茶葉的生產季節。

2.茶葉產量的變化

氣候變化對茶葉產量的影響既有有利的一面，也有不利的一面。從有利因素來講，氣溫和CO2濃度適當升高有利于茶樹光合作用，提高茶葉產量。如年平均氣溫提高1℃，大于10℃的天數增加15 d，由于10℃是大多數茶樹品種的萌動起點溫度，如果其中的一半天數，約8 d 分布在春季，則杭州地區的茶葉生產季節可從193 d 增加到201 d，茶葉產量可增加約4%。但極端天氣如高溫干旱、低溫凍害和洪澇的增加不僅直接導致減產，而且還會引起水土流失，土壤有機質積累減少，病蟲害暴發等，從而影響產量。

大氣CO2濃度升高對茶樹生長發育和茶葉產量的提高也有一定的促進作用。當CO2質量濃度從目前的近400 mg/L增加到550 mg/L和750 mg/L時，茶樹新梢凈光合速率分別提高17.9%和25.8%，并能緩解和消除光合午休現象，從而有利于提高茶葉產量[8]。研究表明，當CO2質量濃度提高到800 mg/L 并培養24 d 后，茶苗樹高、地上和地下部干重、根冠比均有顯著提高[9]；進一步研究表明，短期提高CO2濃度增產幅度較大，但隨著茶樹在高CO2濃度中的時間延長，飽和效應也隨之出現。由于大氣CO2濃度是逐漸提高的，因此茶葉產量的實際增幅可能沒有預想的那么明顯。

雖然我國主要茶區年均降雨量變化不大，但降雨天數減少意味著雨水相對集中，從而既加劇了季節性干旱，又導致洪澇災害。另外，光照時數和降雨天數同時減少意味著多云或陰天增多，這對于喜漫射光的茶樹是否有利主要取決于茶園所處的地理位置，如果在陽光強烈的熱帶和亞熱帶地區，這是有利的，但對于陽光并不強烈的高山和高緯度茶區則可能會降低產量。

氣候變化也會增加病蟲草的為害。如氣溫升高會增加害蟲的發生代數，提高害蟲或病原菌的越冬成活率。如茶尺蠖在杭州一般年發生6代，但如果10月份的平均氣溫超過20℃則會發生7代；又如茶小綠葉蟬的越冬蟲數與日平均氣溫低于0℃的天數呈極顯著負相關[10]。極端天氣也容易導致病蟲害的大暴發，如2016年8—9月，長江中下游茶區茶尺蠖大面積暴發，主要原因是高溫干旱對茶尺蠖天敵絨繭蜂的影響明顯較大，從而導致茶尺蠖由于失去了天敵的控制作用而暴發成災[11]。

氣候變化對茶園土壤的影響也是顯而易見的。隨著氣溫升高，土壤有機肥的礦化速度加快，雖然有利于養分的釋放，但不利于土壤有機質的積累，養分利用時間縮短，N2O 的釋放量也會明顯增加，從而降低氮素養分的利用率；暴雨等極端天氣還會加劇水土流失，最終影響茶葉產量和品質。另外，大氣CO2以及SO2和NO2等污染氣體濃度的提高還會提高酸雨的強度和頻度，從而進一步降低土壤pH，對于酸化已經較為嚴重的茶園土壤來說，這顯然不利于其持續健康發展。

研究還表明，隨著大氣CO2濃度升高，植物體內的碳濃度顯著提高，而氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、銅和鋅等其他營養元素幾乎全部降低，對水稻等25種作物的測定表明，氮含量的降幅可高達14%以上[12]。可見，為提高植物體內這些元素的含量，保持養分平衡及作物產量，需要使用更多的肥料。

3.對茶葉品質的影響

一般來說，較低的溫度有利于氮素代謝，促進氨基酸和咖啡堿等氮代謝產物的合成與積累，但較高的溫度有利于茶樹碳代謝，有利于茶多酚含量的提高。顯然，隨著溫度的升高，茶葉茶多酚含量會提高，氨基酸含量降低，從而降低茶葉品質，特別是綠茶品質。但對于利用中小葉品種生產的紅茶，茶多酚含量適當提高，有利于發酵，從而在一定程度上有利于提高紅茶品質。

大氣CO2濃度增加對茶葉品質的影響具有兩面性，CO2濃度適當提高有利于光合產物的累積，為各種有機化合物，包括含氮化合物提供碳架，所以短期看有利于茶葉各種內含成分的合成，但長期看主要是增加茶樹體內碳代謝產物的含量。研究表明，當大氣CO2質量濃度從400 mg/L 提高到800 mg/L處理1個月后，新梢游離氨基酸和茶多酚含量均有明顯提高，但3個月后，游離氨基酸含量降低，而茶多酚含量進一步提高；進一步研究發現，茶多酚的主要成分黃酮類化合物在CO2質量濃度550 mg/L和800 mg/L條件下，比對照400 mg/L分別提高了19.4%和35.9%[13]。蔣躍林等[14]的研究也表明，當CO2質量濃度由400 mg/L提高到550 mg/L和800 mg/L時，茶葉氨基酸含量分別降低了1.7%～4.5%和6.7%～12.2%，咖啡堿含量分別降低了3.1%～4.6%和5.1%～10.7%，與此同時，茶多酚含量提高了3.8%～6.0%和6.9%～11.3%，可溶性多醣分別增加了8.4%～14.4%和18.1%～28.2%。

可見，無論是溫度升高，還是大氣CO2濃度增加均會導致茶葉茶多酚含量增加，氨基酸含量減少，從而影響茶葉品質，特別是綠茶品質。另外，伴隨著病蟲害加劇，農藥使用量的增加，茶葉農殘含量可能提高；氣候變化導致的降雨頻率降低，可能會導致更多的大氣干沉降物質，如含有重金屬元素和多環芳烴的灰塵沉積在茶葉表面，從而帶來更多的污染，影響茶葉質量安全。

三、氣候變化應對策略

應對氣候變化的挑戰，需要各方協力合作。一方面需要降低茶園碳的排放，為減緩氣候變化做出貢獻；另一方面，需要做好適應工作，促進茶葉生產的持續健康發展。

1.加強茶園基礎設施建設

基礎設施建設是應對極端天氣最有效的措施，從長遠看也是最經濟的手段。茶園基礎設施包括排灌系統、園區道路、坡改梯、防護林和遮陰樹、防凍風扇和殺蟲燈及相關的電力系統建設等。茶園灌溉系統主要包括噴灌和滴灌，當兩者不能同時安裝時，選擇噴灌的利用率更高，不僅可抗旱、改善茶園小氣候，而且對于預防早春“倒春寒”也有顯著的效果。

2.大力推廣低碳茶葉生產技術

目前生產上推廣的低碳栽培模式主要有有機茶園、良好農業規范（GAP）和氣候智慧茶園等。這些模式不僅要求綠色環保，盡量減少化肥和農藥的使用，而且通過增加土壤有機質含量和茶園生態建設等，提高茶園應對氣候變化及極端天氣的能力。如有機茶園土壤的有機質、全氮和微生物量明顯增加，土壤結構改善，保水和保肥能力增強[15]；有機茶園的天敵數量和生物多樣性也明顯改善，從而與常規茶園相比，應對氣候變化的能力更強。

3.加強氣候變化對茶葉生產影響預測模型的研發

目前的預測模型主要針對氣候變化趨勢，且以平均氣溫和降水分布類型，或對大田作物產量的變化預測為主。因此，需加強針對茶葉生產區域，聚焦茶葉產量和品質變化的預測模型。預測的參數不僅包括氣溫、降雨等，還應包括極端天氣等。對氣候的早期預警也必不可少。

4.降低茶園溫室氣體排放

茶園溫室氣體主要有N2O 和CO2，其中降低N2O 的排放是控制茶園土壤溫室氣體排放的關鍵。據研究，影響茶園N2O 排放的主要因子是茶園施氮量、土壤含水量和pH值等。研究表明，當茶園施氮量為300、600、900 kg/hm2時，土壤N2O-N 的排放量分別占茶園施氮量的1.43%、1.96%和3.44%[16]；當土壤含水量較高時施用氮肥，N2O的排放量顯著增加；土壤pH較低時，特別是pH 低于4.0 時，N2O 的排放量也會呈指數曲線增加。因此，降低茶園施氮量，合理改良土壤對于降低茶園土壤N2O 的排放量具有重要作用。但控制N2O排放的微生物機制還有待進一步研究。

5.選育和推廣抗性品種

隨著氣候變化的加劇，極端天氣的頻率和強度會越來越高。因此，選育抗性良種，如抗高溫、抗干旱、抗低溫和抗病蟲能力強的品種對于應對氣候變化具有十分重要的作用。另外，選育養分利用率高、光合作用能力強，特別是適應高大氣CO2濃度條件下的高光效品種對于充分利用氣候變化對茶葉產量和品質的作用也是必不可少的。

6.改善茶園綜合生態系統

大力促進生態茶園建設，努力提高茶園水土保持能力，特別是提高土壤有效深度和有機質含量。建設茶園防護林帶，種植遮陰樹和行道樹。對于南方茶區，在茶園內部種植遮陰樹，遮光率以30%左右為宜；對于長江中下游和北方茶區，則在茶園四周種植防護林和行道樹。另外，通過“豬-沼-茶”、茶園養羊和養雞等，在為茶園提供部分肥源的同時，提高茶場對氣候變化應對能力，同時提高綜合效益。對于氣候變化激烈，在不久的將來有可能不再適合種茶的地區，還應考慮其他作物類型。

7.加強宣傳和技術推廣

氣候變化對茶葉生產的影響是一個漸進和逐漸累積的過程，應對技術措施也不可能一蹴而就，而是一個長期的過程。因此，加強對茶葉生產者的宣傳，對相關應對技術措施進行試驗研究和示范推廣十分必要。

8.開發和推廣茶園極端天氣保險

隨著科技進步，先進技術措施的應用不斷普及，這些技術措施對于提高茶葉產量、品質和經濟效益，應對氣候變化，促進茶產業的持續健康發展起到了非常重要的作用。但是，總體來說，在大自然和極端天氣面前，這些技術能起的作用有時是微不足道的。因此，開發和推廣茶園極端天氣保險，如“倒春寒”保險、高溫干旱保險等，對于減輕茶農損失也是必不可少的。