武夷山市巖茶品質氣候適宜性分析*

吳 立 林 雯 黃川容 孫朝鋒

(1.福建省氣象服務中心，福建 福州 350008；2.莆田市氣象局，福建 莆田 351100)

武夷巖茶屬烏龍茶，是福建省名優茶之一，以其巖骨花香的巖韻品質著稱，主產地位于武夷山市風景區范圍內，品種主要包括大紅袍、肉桂、水仙、白雞冠等，2016年武夷巖茶種植面積達到14.8萬公頃，精制茶總產量達到7400噸[1]，具有極高的經濟效益。品質和產量是制約武夷山市茶產業發展的重要因素，其中品質的影響尤為突出，而影響武夷巖茶品質的因素主要包括氣候、土壤、地形地貌和制茶工藝等[2-3]。茶葉品質的優劣主要取決于鮮葉質量的高低，研究武夷山市巖茶茶青品質的氣候適宜性，對促進武夷山市茶產業的發展以及合理規劃巖茶種植布局具有重要意義。

國內在武夷巖茶的品質方面已開展了多方面的研究，主要包括培火工藝[4-5]、施肥[6-7]、土壤[8-9]和生態環境[3,10]等因素對巖茶品質的影響研究，而氣候對巖茶品質影響的研究卻很少見。在氣候適宜性方面，國內針對農作物氣候適宜性已開展了大量研究，研究的作物種類涵蓋糧食[11-12]、果樹[13-14]、中藥材[15-16]、花卉[17-18]等,而針對茶葉的氣候適宜性研究相對較少，且主要集中在種植的氣候適宜性分析，針對品質的氣候適宜性更少。金志鳳等[19]選取2個氣象因子，研究了浙江省茶樹種植的氣候適宜性，并劃分了不同的氣候適宜區；趙輝等[20]通過構建綜合區劃指數，開展了河南省茶樹的氣候適宜性區劃研究；張瑋瑋等[21]運用模糊綜合評價法，開展了湖北省茶樹的氣候適宜性區劃研究。而福建省研究茶葉氣候適宜性的文獻很少，僅有的一篇為余會康[22]研究了閩東9縣市茶葉的氣候適宜度變化特征。在研究方法上，多數研究在篩選氣象因子時，采用定性論述來確定氣候適宜性表征指標，指標構建的定量分析比較少見。鑒于此，本文專門針對影響武夷巖茶茶青品質的氣候適宜性進行分析，構建了武夷山市巖茶品質氣候適宜性指標，建立了氣候適宜性評價模型，分析了武夷山市巖茶品質氣候適宜性的時間變化特征，并利用GIS技術分析了巖茶品質氣候適宜性的精細化空間分布特征，研究成果將彌補福建省武夷巖茶氣候適宜性研究的空白，并為武夷山市巖茶的種植布局和開展巖茶氣候品質認證提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 資料來源

氣象資料來源于福建省氣象信息中心，包括2010—2019年武夷山市9個自動站和1個臺站的逐日平均溫、最高溫、最低溫、降水量數據，武夷山市及臨近縣(市)10個自動站和4個臺站的逐日濕度數據，武夷山市及臨近縣(市)13個臺站的逐日日照時數數據。

武夷山市巖茶(肉桂品種)品質檢驗數據來源于福建省產品質量檢驗研究院，包括2018年和2019年10個采樣點的春茶采摘期茶多酚、游離氨基酸總量、水浸出物、咖啡堿4項品質數據。

地理信息數據來源于國家基礎地理信息中心，包括福建省高程模型(DEM)柵格數據和武夷山市鄉鎮行政邊界，空間分辨率為30 m×30 m，網格的經度、緯度等地形數據采用ArcGIS軟件通過投影轉換、插值和裁剪等處理獲得。

1.2 巖茶采樣及品質檢測

按照武夷巖茶的正巖區、半巖區、高山區、外山區、田里和洲茶的不同品質區選取武夷星茶業有限公司(以下簡稱N1)、武夷山市凱銘萱茶廠(N2)、武夷山市盛興巖茶廠(N3)、武夷山市溪源茶業有限公司(N4)、武夷山市有華茶廠(N5)、武夷山市中連紅生態茶業有限公司(N6)、武夷山市和茗生態茶業有限公司(N7)、武夷山市仙茗巖茶廠(N8)、武夷山市發旺茶廠(N9)、武夷山市道一茶業有限公司(N10)10個巖茶茶園采樣點。

在2018年、2019年春茶(肉桂)采摘期，采摘一芽二葉，每個樣本采摘春茶鮮葉重500g，蒸青烘干，總共獲取樣本數17個，集中送至福建省產品質量檢驗研究院檢驗。

1.3 巖茶品質的氣候適宜性評價方法

(1)通過分析巖茶品質形成的主要生長時段及關鍵氣象因子，構建影響巖茶品質的氣候適宜性表征指標。

(2)采用層次分析法，定量計算或確定各表征指標的數值及權重。

(3)應用加權求和法，構建武夷山市巖茶品質的氣候適宜性評價模型，對武夷山市境內生產的巖茶品質氣候適宜性等級進行評定。

1.4 權重計算方法

采用層次分析法，按照不同巖茶品質氣候適宜性指標的相對重要程度，對各指標進行打分，構建判斷矩陣，對判斷矩陣進行最大特征根和特征向量計算、一致性檢驗等獲得權重[23]。

1.5 模型構建方法

根據影響巖茶品質的主要氣象因子及其權重，采用加權求和的方法建立巖茶品質氣候適宜性評價模型，計算巖茶品質氣候適宜性指數。

(1)

式(1)中，TS為巖茶品質氣候適宜性指數，xi為影響品質的各氣候適宜性評價指標權重，Mi為氣候適宜性評價指標的評價等級。

2 結果與分析

2.1 巖茶品質與氣象因子相關性分析

茶葉優異的品質需要溫度、濕度、光照等氣象要素的配合。適宜的溫度利于茶葉中氨基酸和芳香物質的形成；一定的氣溫日較差直接影響光合作用產物的積累和呼吸作用物質的消耗；而較高的濕度能夠抑制纖維素的合成，保持茶葉鮮嫩；適宜的光照則能夠促進茶多酚和氨基酸的形成和累積[24-25]。因此，綜合考慮武夷巖茶的生育特性和影響武夷巖茶品質的氣象因素，初步選取平均溫、積溫、有效積溫、氣溫日較差均值、適溫天數、雨日、平均濕度和累計日照時數8個氣象因子作為氣候適宜性指標。

根據各采樣點的春茶采摘日期，統計各采樣點萌芽至采摘期(約為采摘期前80天)的氣象因子，以10天為間隔，即統計采摘日前80天、前70天……采樣點的8個氣象因子。其中，采樣點的各采摘期下各時段的平均溫、積溫、有效積溫、氣溫日較差均值、適溫天數、雨日采用臨近氣象站對應數據，各采摘期下各時段的平均濕度和累計日照時數以武夷山及臨近縣(市)的氣象站對應時段的數據與經緯度、海拔建立回歸模型插值獲得，插值模型總體復相關系數均在0.8以上，均能夠通過5%的顯著性水平檢驗，模型擬合效果較好。

采用酚氨比、水浸出物和咖啡堿作為巖茶綜合品質的表征指標，并對各表征指標進行歸一化處理，按照(2)式進行加權求和，得到巖茶綜合品質指數。

I=0.5×a1+0.3×a2+0.2×a3

(2)

式中，I為綜合品質指數，a1為酚氨比歸一化序列，a2為水浸出物歸一化序列，a3為咖啡堿歸一化序列。

對巖茶綜合品質指數和上述不同時間段的氣象因子進行相關性分析(見表1)，確定影響武夷山巖茶鮮葉品質的關鍵氣象因子和主要影響時段。

表1 巖茶綜合品質指數與氣象因子的相關系數

根據表1各時段氣象因子與綜合品質指數的相關性分析結果，結合對武夷巖茶品質的實地調研情況，確定出影響巖茶品質的關鍵氣象因子和關鍵時段分別為采摘前70天有效積溫、采摘前10天氣溫日較差均值、采摘前70天平均濕度和采摘前70天累計日照時數。

2.2 巖茶品質氣候適宜性表征指標

通過巖茶綜合品質指數與氣象因子相關性分析確定的4個指標構成了影響巖茶品質的氣候適宜性指標。采用百分位數法并結合資料查閱、生產調查、走訪茶葉專家等方法，確定影響巖茶品質的氣候適宜性指標等級(見表2)。

表2 巖茶品質氣候適宜性表征指標及等級標準

2.3 巖茶品質氣候適宜性表征指標權重

用層次分析法確定影響巖茶品質的氣候適宜性指標權重，通過咨詢多位茶葉和氣象專家對各表征指標進行打分，構建判斷矩陣，如表3所示。

表3 影響巖茶品質的氣候適宜性指標判斷矩陣

對判斷矩陣進行最大特征根和特征向量計算、一致性檢驗等獲得權重，權重結果如表4所示。

表4 巖茶品質氣候適宜性表征指標權重

2.4 巖茶品質氣候適宜性評價模型

根據公式(1)建立巖茶品質氣候適宜性評價模型如下：

TS=0.0775M1+0.2010M2+0.5205M3+0.2010M4

(3)

式(3)中，TS為巖茶品質氣候適宜性指數，M1、M2、M3、M4分別表示采摘前70天有效積溫評價等級、采摘前10天氣溫日較差均值評價等級、采摘前70天平均濕度評價等級、采摘前70天累計日照時數評價等級。

2.5 巖茶品質氣候適宜性評價等級標準

采用自然斷點法及結合武夷山市巖茶生產實際，將武夷山市巖茶品質氣候適宜性評價等級劃分如下：

表5 武夷山市巖茶品質氣候適宜性評價等級

2.6 巖茶品質氣候適宜性評價

利用各采樣點2010—2019年的區域自動站氣象數據，根據巖茶品質氣候適宜性模型(式3)，計算獲得2010—2019年各采樣點的巖茶品質氣候適宜性指數(見表6)。

從表6可以看出，10個采樣點2010—2019年巖茶品質氣候適宜性指數平均達到3.1，指數最高值出現在2018年的采樣點N4，達到4.0，指數最低值出現在2011年的采樣點N3和N7，達到2.3。總體以采樣點N1、N4、N5、N6和N10的指數相對較高，2010—2019年平均在3.0以上，且以采樣點N4和N6的指數為最高，2010—2019年平均為3.4；以采樣點N7的指數為最低，2010—2019年平均為2.7。

表6 2010—2019年武夷山采樣點巖茶品質氣候適宜性指數

2.6.1 巖茶品質氣候適宜性指數時間序列分析

統計武夷山市歷年10個采樣點的巖茶品質氣候適宜性指數均值，繪制武夷山市巖茶品質氣候適宜性指數時間序列圖，如圖1所示。

從圖1可以看出，武夷山市巖茶品質氣候適宜性指數近10年總體呈上升趨勢，以2013年、2014年、2016—2019年相對較高，巖茶品質氣候適宜性指數平均在3.0以上，其余年份巖茶品質氣候適宜性指數相對略低，該結果與前期調研獲得的武夷山歷年巖茶品質優劣情況基本吻合。

圖1 武夷山市巖茶品質氣候適宜性指數時間序列圖

2.6.2 巖茶品質氣候適宜性指數空間分布

統計各采樣點多年巖茶品質氣候適宜性指數均值，采用ArcGIS軟件中的協克里金插值法對氣候適宜性指數進行空間插值，該方法相較于普通克里金插值法，具有可自定義添加其他影響因子的優點。本研究在協克里金插值法中添加經度、緯度和海拔三項因子，繪制武夷山市巖茶品質氣候適宜性指數空間分布圖，實現巖茶品質氣候適宜性指數由點至面連續分布，如圖2所示。

圖2 武夷山市巖茶品質氣候適宜性指數空間分布

從圖2可以看出，武夷山市巖茶品質氣候適宜性指數整體呈現出自東南部向西北部遞增的分布特征。武夷山市絕大部分地域氣候適宜性指數在2.8以上，達到適宜的評價等級，僅南部興田鎮的東南部部分地域在2.8以下。氣候適宜性指數高值區主要位于武夷山市西北部，該區域海拔高，達到非常適宜的評價等級；通過茶葉品質實地調研，武夷山市生產的巖茶品質較優質的區域主要集中在武夷鎮、星村鎮和洋莊鄉，與巖茶品質氣候適宜性指數的空間分布特征基本吻合。

3 結論

本文基于武夷山市區域自動氣象站資料以及巖茶品質檢驗數據開展氣候適宜性分析，但由于品質數據年份較短，樣本數量還不夠大，建立的巖茶品質氣候適宜性指數模型精準度還有待進一步提高，后期隨著數據量的積累，將對模型進一步修訂，完善武夷山市巖茶品質氣候適宜性分析結果。

本文利用ArcGIS技術，采用協克里金插值法，添加經度、緯度、海拔三項因子，精細化開展武夷山市巖茶品質氣候適宜性指數空間分析，指數空間分布特征與巖茶品質實際優劣情況基本吻合。但由于武夷山市地形條件復雜，境內山地丘陵較多，受局部小氣候環境的影響，可能導致局部氣候適宜性指數空間分析結果存在偏差，后期可通過進一步獲取相關地形數據，例如增加對坡度、坡向等地形因素的分析，使氣候適宜性指數空間分析結果更加精確。

本文得出“武夷山市總體的巖茶品質氣候適宜性在適宜等級以上”的結論，這與實地調研的結果基本吻合，氣候適宜性是氣候影響巖茶茶青品質的主要因素，但巖茶品質還受到氣象災害的影響，如連陰雨、干旱、寒凍害等。另外，除氣候條件以外，土壤、制茶工藝等因素都對巖茶品質造成影響，后期還需進一步深入研究。