皖南茶葉生長季氣候資源變化特征及其影響分析

徐建鵬，伍 瓊，王 暉

（1.安徽省農業氣象中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省農業生態大數據工程實驗室，安徽 合肥 230031）

【研究意義】茶葉是安徽傳統的經濟作物之一，是重要出口創匯商品，已成為促進安徽廣大山區農民增收、助力脫貧的重要支柱產業［1］。2019 年，安徽茶葉種植面積18.71 萬hm2、占全國茶園總面積的6.1%，茶葉產量12.2 萬t、占全國茶葉總產量的4.3%，茶葉一產產值達66.13 億元，居全國前列。安徽茶葉種植主要分布在長江以南的皖南地區和長江以北的皖西大別山地區，其中皖南山區屬于亞熱帶濕潤季風氣候，晝夜溫差大，茶樹生長平穩，利于茶葉品質的形成，中國十大經典茗茶中祁門紅茶、黃山毛峰均產自該區［2］。近百年來，受人類活動和自然因素的共同影響，全球氣候變暖，IPCC 第5 次評估報告指出，1880—2012 年全球地表平均溫度升高0.85 ℃（0.65～1.06 ℃）［3］。農業是對氣候變化最為敏感和脆弱的領域之一［4］，茶葉種植布局、生長發育、產量和品質形成受光溫水資源的變化影響較大［5］，尤其氣候變暖背景下，低溫冰凍、高溫熱害等極端天氣事件頻發，嚴重制約茶產業的發展。因此，開展茶葉生長氣候資源分析研究，對提升茶產業發展應對氣候變化的能力較為重要。

【前人研究進展】近年來，眾多學者圍繞氣候變暖背景下茶樹生長氣候資源進行了大量研究。吉文娟等［5］研究表明，近53 年西雙版納州茶葉生長季的平均氣溫和積溫呈顯著上升趨勢，相對濕度呈顯著下降趨勢，降水量變化趨勢不明顯。李時睿等［6］指出江南茶區茶葉生產受高溫、干旱、冰凍等惡劣天氣的威脅明顯加重，茶葉生產不穩定性增加。浙江麗水茶區具有冬暖春早，凍害少，春茶采摘早和雨熱同步，春旱少，夏季熱害少等氣候資源優勢［7］；李仁忠等［8］研究發現，氣候變暖背景下，浙江春茶開采時間提前了8 d 左右，茶葉生產面臨霜凍危害的風險加重。【本研究切入點】目前關于安徽省皖南山區茶樹生長氣候資源的研究相對較少，本研究擬用皖南山區近50年（1971—2019年）逐日平均氣溫、日照時數、降水量、相對濕度等氣象資料，采用氣候傾向率等方法，分析安徽省皖南山區茶葉熱量、輻射和降水等氣候資源時空差異性和空間分布特征。【擬解決的關鍵問題】通過研究皖南茶葉生長季氣候資源變化特征，為皖南地區茶葉生產合理利用氣候資源、科學應對氣候變化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

皖南山區（116°38′～119°37′E，29°41′～31°30′N）位于安徽省長江以南，東南與浙江相接，西南和江西相鄰，北以沿江丘陵平原為界［9］。皖南山區屬于亞熱帶濕潤季風氣候，年平均溫度16℃左右，年降雨量為1 300 mm［10］。安徽省皖南茶葉主產區包括池州、石臺、青陽、祁門等19 個市縣（圖1）。

圖1 皖南茶葉主產區氣象站點分布Fig.1 Distribution of meteorological stations in main production areas for tea in southern Anhui

1.2 數據來源

皖南山區19 個市（縣）1971—2019 年的逐日氣象數據來源于安徽省氣象信息中心，主要包括日平均氣溫（℃）、日照時數（h）、降水量（mm）、相對濕度（%）等；1999—2019 年黃山、池州地區的逐年茶葉產量數據來源于黃山市統計年鑒（1999—2019）和池州市統計年鑒（1999—2019）。

1.3 研究方法

1.3.1 茶葉生長氣候資源分析 一般情況下，茶樹生長要求年平均氣溫≥13 ℃、≥10 ℃活動積溫4 000 ℃以上、年降水量在1 300 mm 以上、空氣相對濕度70%以上［8］。本研究以年平均氣溫、≥10℃活動積溫等作為茶葉生長熱量資源，以日照時數和降水日數作為光照資源，以降水量、相對濕度等作為降水資源。

1.3.2 氣候傾向率統計 氣候要素的趨勢變化采用一次線性方程表示，利用最小二乘法擬合一元線性方程：

式中，X為氣象要素變化率，t為時間，a為回歸常數，b為回歸系數，表示氣象要素變化傾向率，其值正或負反映趨勢上升或下降，b×10為氣候要素傾向率，表示氣象要素每10 年的變化率。

1.3.3 茶葉開采期調查 不同品種茶葉開采期參照李仁忠等［8］方法調查統計，即早生種茶葉開采期為日平均氣溫穩定通過8 ℃的初日，中晚生種茶葉開采期為日平均氣溫穩定通過10 ℃的初日。

氣象數據采用Microsoft Excel 2013 進行計算處理，采用ArcGIS10.0 繪制地理分布圖。

2 結果與分析

2.1 氣象要素變化特征

2.1.1 茶葉生長熱量資源變化特征 熱量資源條件是茶樹生長的重要限制性因子，決定茶樹的垂直和緯向分布范圍、生長期長短、發育期早晚，并對茶葉產量和質量產生重要影響［6］。

（1）平均氣溫。1971—2019 年皖南山區年平均氣溫為15.9 ℃，最大值為17.4 ℃（2007 年），最小值為15.3 ℃（1980 年），滿足茶樹生長對溫度的要求。近50 年皖南山區年平均氣溫呈極顯著增加趨勢，增幅為0.29 ℃/10 年（圖2A），其中西南部的蕪湖縣和西北部的東至縣增溫幅度較為明顯、均在0.35 ℃/10 年以上，東南部的黃山市歙縣和黟縣增溫幅度相對較小、均在0.2 ℃/10年左右。從空間分布來看（圖2B），皖南山區年平均氣溫呈一定的經向差異，總體呈現西高東低，其中年平均氣溫高值區位于皖南山區的西北部和西南部、均在16.4 ℃以上，低值區位于中東部一帶、不足16.0 ℃。從茶樹生長對年平均氣溫的要求看，皖南山區各地均能滿足。

圖2 1971—2019 年皖南山區年平均氣溫（A）及空間分布（B）Fig.2 Time series（A）and spatial distribution（B）of average temperature in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

（2）≥10 ℃積溫。茶樹喜歡溫暖的氣候條件，一般要求≥10 ℃年活動積溫4 000 ℃以上。1971—2019 年皖南山區≥10℃年平均積溫為5 386 ℃，最大值為5 798 ℃（2018 年），最小值為5 043 ℃（1980 年），不同年份間≥10 ℃活動積溫均能滿足茶樹生長對熱量條件的需求。近50年皖南山區≥10 ℃平均積溫呈極顯著增加趨勢，增幅為111.7 ℃/10 年（圖3A），其中西南部的蕪湖縣和西北部的冬至縣增溫幅度較為明顯、均在139.0 ℃/10 年以上，東南部的歙縣和黟縣增溫幅度相對較小、均在82.5 ℃/10 年左右。從空間分布來看（圖3B），皖南山區年平均≥10 ℃積溫呈現一定的經向差異，由東向西逐漸增加，其中高值區位于南部歙縣、屯溪等地，≥10 ℃年平均積溫在5 500 ℃以上，低值區位于中東部的廣德、寧國、太平、旌德等地，≥10 ℃年平均積溫不足5 300 ℃。

圍繞“生態優、村莊美、產業特、農民富、集體強、鄉風好”的總目標，5個村均制定了《特色田園鄉村建設試點工作方案》，堅持問題導向，確立建設任務，排出了2018—2019年的具體建設項目。2018年8月，首批省級試點丹徒區世業鎮3個村莊25個項目全部啟動。

圖3 1971—2019 年皖南山區≥10℃積溫（A）及空間分布（B）Fig.3 Time series（A）and spatial distribution（B）of accumulated temperature above 10℃in mountain areas of southren Anhui during 1971-2019

2.1.2 茶葉生長光照資源變化特征 光照時間的長短直接影響茶樹的冬眠時段［12］，還對茶樹生長、茶葉質量有較大影響。1971—2019 年，皖南山區年日照時數為1 787 h，最大值為2 197 h（1971年），最小值為1 490 h（2015 年）。近50 年皖南山區年平均日照時數呈極顯著下降趨勢，降幅為57.5 h/10 年（圖4A）。從空間分布來看（圖4B），皖南山區年平均日照時數分布不均，東部的宣城、績溪、廣德等地和西部的東至、北部的青陽年均日照時數均在1 800 h 以上，中部太平、石臺、休寧等地年均日照時數相對較少，不足1 700 h。

圖4 1971—2019 年皖南山區日照時數（A）及空間分布（B）Fig.4 Time series（A）and spatial distribution（B）of sunshine duration in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

2.1.3 茶葉生長降水資源變化特征 水分是保證茶樹正常生長的基礎條件之一，影響茶樹新陳代謝的強度，直接影響茶葉的產量和品質［13］，自然降水是茶園水分最主要的來源。

（1）降水量。1971—2019 年，皖南山區降水量以波動為主，整體呈不明顯增加趨勢（圖5A），增幅為13.7 mm/10 年。皖南山區位于長江中下游，降水資源豐富，大部地區年降水量在1 200 mm 以上，歷年均值為1 553.3 mm，但年際間差異較大，年降水量最小值出現在1978年、為896.7 mm，最大值出現在2016 年、為2 284.6 mm。從空間分布看（圖5B），皖南山區降水量均值區域間差異明顯，由東北至西南呈增加趨勢，最小值位于宣城、廣德、郎溪等地，年均降水量不足1 400 mm；最大值位于屯溪、祁門、黟縣、休寧等地，年均降水量在1 700 mm 以上。

圖5 1971—2019 年皖南山區降水量（A）及空間分布（B）Fig.5 Time series（A）and spatial distribution（B）of precipitation in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

（2）降水日數。1971—2019 年皖南山區降水日數以波動為主，整體變化趨勢不明顯，年際間差異較大，年降水日數最大值出現在1977 年、為168 d，最小值出現在1995 年和2013 年、為123 和122 d。從空間分布來看（圖6B），皖南山區降水日數均值區域間差異明顯，由東北至西南呈增加趨勢，最小值位于南陵、郎溪等地，年均降水日數不足135 d；最大值位于屯溪、黟縣等地，年均降水日數在155 d 以上。

圖6 1971—2019 年皖南山區降水日數（A）及空間分布（B）Fig.6 Time series（A）and spatial distribution（B）of precipitation days in mountain areas of south Anhui during 1971-2019

（3）相對濕度。相對濕度是影響茶葉品質的重要因素，通常在土壤水分適宜條件下，空氣濕度高，新梢葉片大，茶葉持嫩性強，角質層薄，品質較為優良［6］。一般認為，空氣相對濕度在70%～90%時茶樹生長發育正常，當相對濕度低于50%對茶樹生長發育不利［14］。1971—2019 年皖南山區年平均相對濕度歷年均值為78.8%，最小值為73.6%（2011 年），最大值為81.6%（1977 年），不同年份間平均相對濕度均在茶樹適宜生長區間內。近50 年皖南山區相對濕度呈極顯著下降趨勢，降幅為0.5%/10 年（圖7A）。從空間分布來看（圖7B），皖南山區年均相對濕度空間分布不均，差異明顯，北部的青陽縣和西部的祁門縣年均相對濕度較高、均在80%以上，南部的績溪、歙縣等地年均相對濕度為76%左右。

圖7 1971—2019 年皖南山區平均相對濕度（A）及空間分布（B）Fig.7 Time series（A）and spatial distribution（B）of average relative humidity in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

2.2 氣候要素對茶葉生長的影響

2.2.1 茶葉開采期變化特征 1971—2019 年皖南山區早生種和中晚生種茶葉開采期均呈極顯著提前趨勢，平均每10 年分別提前4.2、3.6 d。近50年皖南山區早生種茶葉開采期歷年均值為2 月22日，最早出現在2017 年的1 月20 日，最遲出現在2012 年的3 月13 日；中晚生種茶葉開采期歷年均值為2 月27 日，最早出現在2009 年的2 月6 日，最晚出現在1985 年的3 月19 日（圖8）。

圖8 1971—2019 年皖南山區茶葉開采期變化Fig.8 Variation of the harvest dates of tea in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

2.2.3 氣象因素對茶葉產量的綜合影響 茶葉的單產量是不同氣象要素綜合作用的結果，不同氣象要素對于提高產量的效應權重存在差異。因此，對氣象要素與平均每667 m2茶葉產量進行逐步回歸分析，得到的回歸方程如下：

式中，x1、x2、x3、x4、x5、x6分別為平均氣溫、≥10℃積溫、降水量、降水日數、日照、相對濕度。從回歸方程可以看出，平均氣溫、相對濕度和降水日數的回歸系數較大，是影響茶葉單產的主要氣象因素。

圖9 1971—2019 年皖南山區主要氣象因素與茶葉產量關系Fig.9 Relationship between main meteorological factors and yield of tea in mountion areas of southern Anhui during 1971-2019

3 討論

本研究分析了皖南山區與茶葉生長關系密切的熱量、光照、降水等氣候資源時空變化特征，以及氣象因素對茶葉產量的影響。安徽省皖南山茶區氣候資源較為豐富，其中年平均氣溫15.3～17.4 ℃，≥10℃活動積溫5 386～5 798 ℃，適宜生長日數137～157 d，年日照時數1 490～2 197 h，年降水量896.7～2 284.6 mm，年平均相對濕度73.6%～81.6%，與長江中下游其他茶產區相比，皖南山區的熱量條件、降水資源總體不如浙江、江西、湖北、華南等地，但光照資源較湖北、湖南、江西等地豐富［6,8］。從茶葉生長對氣象條件需求來看，安徽省皖南山區熱量、光照、降水等資源均滿足茶葉生長對氣候資源的需求［8］。

全球氣候變暖背景下，近50 年皖南山區茶葉生長氣候資源表現為熱量資源顯著增加，光照資源顯著減少，降水量變化趨勢不明顯，相對濕度顯著降低，其變化特征與吉文娟等［5］、李仁忠等［8］研究結論較為一致。氣候變暖造成皖南山區早生種和中晚生種茶葉開采期提前，但隨著開采期的提前，面臨霜凍災害的風險也相應增大［8］；日照時數持續減少，有利于茶樹生長和茶葉品質形成［7-8］；降水量雖然呈增加趨勢，但相對濕度降低趨勢明顯，對茶葉品質的形成有不利影響。此外，春霜凍［16-17］、高溫干旱［18-20］等災害也是影響茶樹生長和茶葉品質、產量的重要因素。

4 結論

本研究結果表明，近50 年安徽省皖南山區茶葉生長熱量資源明顯增加，其中年平均氣溫、≥10℃活動積溫和適宜生長日數均增幅分別為0.29℃/10 年、111.7℃/10 年和2.7 d/10 年；光照資源顯著減少，年均日照時數降幅為57.5 h/10 年；降水資源變化不一，其中降水量呈增加趨勢、增幅為13.7 mm/10 年，相對濕度明顯降低，降幅為0.5%/10 年。氣候變暖造成皖南山區早生種和中晚生種茶葉開采期顯著提前，提前幅度分別4.2和3.6 d/10 年；氣候變暖帶來的平均氣溫、相對濕度的變化對皖南山區茶葉產量影響較大。