徐莎莎

(江蘇省揚州市氣象局，江蘇揚州 225009)

茶葉是世界三大飲料之一，越來越受到人們的青睞，2009年我國茶樹種植面積為180萬hm2，產量超過130萬t，均居世界首位。揚州地區(qū)茶文化歷史悠久，新中國成立后，揚州的茶葉發(fā)展進入了一個嶄新的歷史時期，儀征地區(qū)地處揚州西南低山丘陵，是全市的茶葉生產加工基地。1957年在儀征捺山試種0.13 hm2茶樹，次年擴大栽植面積，并相繼建立了捺山、青山茶場。1980年后，青山、月塘、新城、張集等鄉(xiāng)鎮(zhèn)陸續(xù)開辟新茶園。1992年，揚州大面積發(fā)展茶園，茶園面積增加58.7%，茶葉品種以多種級別的炒青綠茶為主，并從福建福鼎、浙江新昌引進國家級良種福鼎大白茶和鳩坑，還成功研制了本地名茶綠揚春。茶葉生產以春茶、夏茶和秋茶為主，其中夏季是茶葉主要的生產季節(jié)，夏季高溫干旱是影響茶葉生產的主要氣象災害。2010年以來，隨著農業(yè)結構調整，高效農業(yè)興起，揚州大力發(fā)展龍井43等無性系名優(yōu)茶，目前揚州全市茶園面積約2 166.67 hm2，年產量600 t以上，茶園分布在揚州丘陵地區(qū)的儀征、邗江、維揚等地。龍井43無性系良種為灌木型，產量高，特早生，一芽一葉盛期在3月下旬，極易受到春季低溫凍害的影響。

在當前技術條件下，茶樹生產還有很大程度受到自然條件的制約。國內外在茶樹生態(tài)與氣象因子相關性方面有了一些研究。茶樹是一種喜溫、喜濕、喜漫射光的多年生亞熱帶常綠植物，光照、溫度、水分是影響茶葉生長和品質的最主要氣象因子。黃壽波[1-2]研究認為鮮葉采摘量與當地氣候對茶葉生產的適宜程度有關，在較高緯度，溫度是茶葉產量的主要影響因子；在較低緯度，降水量是茶葉產量的主要影響因子。揚州與國內其他茶葉生產大省相比，地理緯度較高，夏季降水豐富而無酷暑，對夏茶的生產較為有利，但冬春季節(jié)交替時，寒潮冷空氣影響頻繁，極易受到低溫凍害的影響。隨著近年來茶葉生產轉向經濟產出較高的名優(yōu)茶生產，現已經形成以春茶為主的生產模式，而制約春茶生產的主要氣象災害就是低溫霜凍，主要表現為霜凍，霜凍不僅推遲茶葉開采期，而且還會導致茶葉嫩芽生長停滯甚至枯死，減產降質。筆者以影響茶樹生長的氣象因子為主要研究內容，分析春茶采摘期氣象因子和采摘期的相關性，建立揚州春茶采摘期的氣象預報模型，并對采摘期與終霜期的時間變化趨勢進行了相關分析，以期為減輕低溫凍害、優(yōu)化茶樹生產布局、增強霜凍災害的預測能力、預測開采期提供科學依據。

1 資料與方法

1.1研究區(qū)概況揚州市地處江蘇省中部、長江下游北岸，海拔5～149 m，為亞熱帶季風性濕潤氣候向溫帶季風氣候的過渡區(qū)，境內地形西高東低，以儀征市境內丘陵山區(qū)為最高，從西向東呈扇形逐漸傾斜，氣候主要特點是四季分明，日照充足，雨量豐沛。

1.2氣候資料的初篩選取揚州市下轄各區(qū)縣自動站2000年以來逐月的平均溫度、降水量、日照、相對濕度數據。寒冬之后的溫度變化是決定春茶嫩梢生長快慢、長勢的關鍵因子。選擇1—3月逐旬平均氣溫、2—3月≥10 ℃有效積溫作為指標性因子備選。

1.3趨勢診斷氣象要素的趨勢變化用一元線性方程表示，即xt=a0+a1t，式中，xt為氣象要素擬合值；a1×10為氣候傾向率，表示氣象要素每10年的變化率。

1.4霜凍指標在農業(yè)生產研究中，有以日最低氣溫或地面最低氣溫低于0 ℃作為霜凍指標，有以日最低氣溫降至2 ℃或以下作為霜凍的氣候指標，也有以霜氣象觀測資料分析霜氣候規(guī)律。由于春茶樹高度在1 m左右，百葉箱的氣溫比地面溫度更能反映茶園環(huán)境溫度。根據2000年以來實況資料分析，揚州地區(qū)茶樹發(fā)生霜凍害時日最低氣溫普遍在0 ℃左右，因此，該研究將日最低氣溫≤0 ℃作為霜凍的氣候指標。

1.5多元回歸分析根據采摘期與氣象因子數據進行相關分析，通過相關系數大小和顯著性檢驗篩選對開采期影響最大的氣象因子，建立多元線性回歸方程Y=a0+a1x1+a2x2+a3x3+…+anxn。使用EXCEL數據分析庫中的回歸分析工具，對回歸系數進行估算及回歸分析。回歸效果考量復相關系數R和顯著性統(tǒng)計量F。R值越接近1，就表示所選氣象因子和應變量之間的相關性越高，F值越小，回歸方程的效果就越顯著。

2 結果與分析

2.1揚州市茶葉種植氣象條件分析

2.1.1溫度條件。溫度是茶樹生命活動的基本條件，它影響和制約了茶樹生育速度，有3個基點溫度，即茶樹生長的起點溫度、適宜溫度和低限溫度。茶樹萌芽的日平均溫度即生長的起點溫度。當日平均溫度穩(wěn)定在10 ℃以上，茶芽開始萌動；當氣溫升至14～16 ℃時，茶芽逐漸展開嫩葉；當氣溫繼續(xù)升至20～30 ℃，茶稍加速生長，每天平均可以伸長1～2 cm，清明至谷雨期間正是茶樹生長最適時期，也是春茶最佳采收季節(jié)。12月—次年2月，茶樹處于休眠狀態(tài)，茶樹耐寒能力因品種、樹齡、栽培管理等條件而異。實際生產中，由于各種因素影響，茶樹受凍害每年幾乎都有發(fā)生，尤其當早春氣候回暖后突然性降溫，發(fā)生凍害的可能更大。

揚州茶樹生長溫度條件良好(表1)。常年平均溫度在15.7 ℃。春季、夏季、秋季、冬季平均氣溫分別為15.0、26.7、17.2、4.0 ℃。最冷月(1月)平均氣溫在1.5 ℃，最熱月(7月)平均氣溫在27.9 ℃。無霜期為198～256 d。全年有效積溫4 700 ℃·d。由于揚州主要采摘以春茶為主，3月中旬、下旬平均氣溫分別為9.3、10.3 ℃(表2)，有利于茶芽萌動、葉片生長加快，此后逐旬氣溫升高；4月上旬、中旬平均氣溫分別為13.1、15.1 ℃，有利于春茶生長旺盛，可采制優(yōu)質名茶。

表1 2000—2015年揚州市春茶開采期(1—3月)各月氣象因子

2.1.2水分條件。水是茶樹有機質的重要組成部分。在采摘過程中，芽葉不斷被采收，又要不斷生長新梢，所以茶樹所需水分更多于一般植物。當水分不足時，茶葉就會延遲發(fā)芽，降低發(fā)芽率，即使發(fā)芽，抽生的新梢矮小，很快形成“對夾葉”。

揚州年降水量呈現西南多、東北少，由南向北減少的趨勢，全市年平均雨量在1 000 mm以上，春季平均雨量在180～235 mm，3月下旬—4月上旬易出現連陰雨天氣，夏季降水集中，主要是由強對流和梅雨期暴雨造成的，為500～580 mm，秋季降水明顯減少，全市平均降水量在195 mm左右。9月中旬—10中旬多綿雨天氣；空氣相對濕度平均值為81%。因此，茶園在水分充足的條件下，茶樹鮮葉能較長時間保持鮮嫩而不粗老，而且還能提高鮮葉中的含氮量和氯基酸，有利于保持茶葉嫩度和提高茶葉品質。

2.1.3土壤條件。揚州茶園的土壤主要是發(fā)育在下蜀系黃土的黃棕壤型土，pH為5.0～6.5，鹽基飽和度高達50%～80%，磷、鉀含量豐富，有機質含量頗高，物理結構良好，土壤有效層達50 cm左右。黃棕壤土生產的茶葉，湯色清澈，香氣高雅，滋味鮮爽、醇和、甘甜，屬綠茶之上乘，是茶葉生產極為重要的土壤資源。

2.1.4光照條件。茶樹喜弱光、耐陰。在弱光下，茶樹嫩葉中含大量葉綠素，能有效地利用日光中的藍紫光和紫外線，促進體內蛋白質和含氮物的合成、積累以及芳香物質的增加；茶樹在多云霧天氣生長，柔和的漫射光可以增加茶葉中含氮和芳香物質，有利于提高茶葉品質。茶樹生長期間要求日照百分率低于45%，因此，茶葉適宜種植在中高山多云霧冷涼山區(qū)，山地陽坡有樹木蔭蔽的茶圃，所產茶葉品質最佳，平原、河谷地帶因光照強、遮陰條件差不宜種植。當冬季有42 d日照時數低于11.7 h，茶樹就進入休眠期。

揚州年平均日照時數2 071.8 h，年日照率45%左右。常出現多云間晴天或陰天天氣，散射輻射占全年太陽總輻射的60%以上，種植在丘陵多云霧區(qū)的茶樹能有效地利用藍紫光和紫外線，增強光合作用，促使新梢枝積累氨基酸、咖啡堿等有效成分，提高茶葉的香氣和滋味，增進品質。

2.2春茶開采期預報按照采摘期的先后，揚州的茶葉分為早茶、中茶和晚茶，其中早茶在全年生產中經濟效益占據比例最大，其采摘時間一般在清明前后至谷雨。中茶采摘時間大致在谷雨至夏至，這一階段采摘的茶葉也稱作“炒青”，質量比早茶略差一些。晚茶采摘基本是在夏至到寒露階段，為夏秋茶，主要用制紅茶。

茶葉的產量與開采期及采摘時間長短密切相關，因為茶樹的營養(yǎng)經過冬季休眠，積累了較多養(yǎng)分，春季雨量充沛，春梢萌發(fā)力強，茶芽生長旺盛，如果養(yǎng)大采老，就會影響春茶的品質，造成產量不高。春茶的“早、新、優(yōu)”也成為市場競爭的主要砝碼，開采期提早，則細嫩的鮮葉比重高，品質好，產值上升，因此清明前的茶葉采摘，若采摘時間相對較長，則名優(yōu)茶的產量就相對較高。若能提前準確預報春茶的開采期，了解各采摘時段氣象因子與產量間的關系，就可以對采摘期進行科學合理的人工干預，從而增加茶葉生產的經濟效益。

2.2.1相關性分析。在借鑒相關研究成果的基礎上，以揚州儀征地區(qū)春茶生產和采摘為研究對象，將其開采期與不同的氣象因子要素進行相關分析，確定對茶葉開采期影響最大的氣象因子，在此基礎上建立春茶開采期的預報方程，為合理安排茶葉采摘等農事活動提供理論依據。

揚州3—4月份冷空氣活動頻繁，春茶采摘最易受到春霜凍危害，茶樹開采期由于觀測資料的短缺，歷年準確的揚州春茶開采期無法準確獲取。研究表明，茶葉的開采期與溫度、光照、降水等氣象因子緊密相連，日平均氣溫8～10 ℃萌動。根據2000—2015年揚州春茶開采期實際觀測值和同期氣象資料，揚州春茶從萌發(fā)(日平均溫度達到10 ℃)至開采期需日平均氣溫≥10 ℃的日數7～10 d，≥10 ℃活動積溫約為100 ℃·d。因此，該研究從春季日平均溫度回升到10 ℃開始統(tǒng)計≥10 ℃活動積溫，達到100 ℃·d 的日期作為早春茶葉開采期的氣象指標。開采期的氣象資料取自儀征自動站，包括日平均氣溫、降水量、日照時數、空氣濕度等。

選擇2000—2015年月平均氣溫、月日照時數、月降水量、月相對濕度等氣象因子，以3月1日=1，3月2日=2，依次類推，將開采值轉換成統(tǒng)計值，進行相關分析。結果顯示，開采期與1月平均氣溫、3月平均氣溫及1月、3月平均相對濕度有較好的相關性，說明溫度和濕度是影響茶葉萌動遲早和新梢生長快慢的重要因子。

2.2.2預報因子的選擇。黃壽波[2]研究鮮葉采摘量與溫度條件的關系發(fā)現，在較高緯度，溫度是茶葉產量的主要影響因子；在較低緯度，降水量是茶葉產量的主要影響因子。胡振亮[3]、丁立孝等[4]研究顯示，游離氨基酸、茶多酚含量與采摘前15 d的平均氣溫具有明顯的相關性，采摘前期溫度較高，茶樹體內的氨基酸含量減少，茶多酚增加。因此，再次選擇以溫度作為主要預報因子，對開采期逐旬進行回歸分析。

表2 春茶開采期各旬溫度變化

通過分析，選出其中相關度較高的6個因子，分別是1月中旬平均氣溫(x1)、1月下旬平均氣溫(x2)、2月中旬平均氣溫(x3)、3月上旬平均氣溫(x4)、3月中旬平均氣溫(x5)、3月1—20日有效積溫(x6)，可以得到預報方程y=59.924 49-1.270 13x1-0.829 77x2-0.292 33x3-2.120 99x4-0.927 70x5-0.018 10x6。該回歸方程的復相關系數達0.900 147，說明它們之間高度正相關，SignificanceF(F顯著性統(tǒng)計量)的值為0.0036 64，遠小于顯著性水平0.05，所以說該回歸方程回歸效果顯著。

在此基礎上，將月、旬的各項因子再次逐步篩選，得出新的春茶采摘預報模型：y=70.251 380-0.533 540x1+0.819 878x2-0.307 560x3+0.008 300x4-0.932 470x5-0.976 280x6+0.361 826x7-0.096 740x8-0.129 120x9。該回歸方程的復相關系數達0.932 421，說明它們之間高度正相關，SignificanceF(F顯著性統(tǒng)計量)的值為0.002 067，遠小于顯著性水平0.05，所以說該回歸方程回歸效果顯著。方程各項因子分別是1月平均氣溫(x1)、2月平均氣溫(x2)、2月相對濕度(x3)、1月相對濕度(x4)、2月中旬平均氣溫(x5)、3月上旬平均氣溫(x6)、3月中旬平均氣溫(x7)、3月1—20日有效積溫(x8)、3月上旬相對濕度(x9)。方程各項因子都在3月中旬就能得到實際物理量值，從而計算出采摘期。因此，可以在3月10日、20日分別進行春茶采摘期的預報。這個方程因子大都是以溫度為主，說明在揚州地區(qū)溫度是決定春茶采摘期最重要的因素。

為了驗證此回歸式在實際中的準確性，對逐年的適采期進行了預測，將2016年1—3月各氣象要素值代入上述回歸式，算得結果y=21.5，即預測2016年春茶適采期為3月21—22日，另外一方面對茶園實際調查結果為：3月23日達到可開采。這主要歸咎于2016年1月的世紀寒潮，儀征的最低氣溫下降至-10 ℃。該回歸方程所需的氣象資料可以在3月下旬就可以做出，距離大批茶開采日期時間較為充分，這對生產安排十分有利。

由于氣象因子變化的隨機性，預報誤差是不可避免地存在的。適采期預報的準確性一般隨著預報時效的縮短而逐步提高，通過對多個時效的分析結果比對發(fā)現，在3月20日前后做出預報的模型效果最好，實用價值最高。該研究僅是利用有限站點的氣候資料進行分析，對于局地小氣候條件對優(yōu)質茶園形成的作用及其他生態(tài)因子的影響有待進一步研究。

2.3霜凍與開采期茶樹是一種喜溫的葉用植物，霜凍是揚州茶葉生產中最常見的一種自然災害。在我國南方，早發(fā)茶樹品種萌動的生物學最低溫度為6～8 ℃，中發(fā)茶樹品種萌動的生物學最低溫度為8～10 ℃，遲發(fā)茶樹品種萌動的生物學最低溫度為10～12 ℃[5-6]。早春氣溫回暖，茶芽萌動，茶樹的抗寒力減弱，如果氣溫驟降至0 ℃或0 ℃以下，就會使已萌動的芽產生凍害。

2.3.1霜凍的種類。霜凍是影響春季名優(yōu)茶生產最主要的農業(yè)氣象災害。霜凍按其形成的原因可以分為平流霜凍、輻射霜凍和平流-輻射霜凍3種。平流霜凍是由北方強冷空氣南下直接引起的霜凍，常見于早春和晚秋，影響范圍很廣，可以造成區(qū)域性的災害；輻射霜凍是由夜間輻射冷卻而引起的霜凍，出現在少云和風弱的夜間或早晨；平流-輻射霜凍是由平流降溫和輻射冷卻同時作用引起的霜凍。春季茶葉霜凍災害一般分為2種情況：一種是由于地面冷鋒過境后，地面受冷高壓的控制出現晴朗無風的后半夜到早晨，茶樹冠層輻射降溫至-2 ℃以下，使茶芽嫩葉遭受凍害；另一種是地面冷鋒過境后，地面受冷高壓的控制出現晴朗無風的后半夜到早晨，茶樹冠層輻射降溫至0 ℃以下，近地面層水汽在茶樹冠層凝華形成的霜附著在茶樹冠層上，日出后霜融化吸收熱量使茶樹冠層降溫至-2 ℃以下，造成茶芽或嫩葉遭受凍害。

2.3.2終霜期及茶葉開采期的時間變化趨勢。揚州春季升溫由西南向東北推進，2000年以來的終霜期最早為1月24日，出現在2009年，最晚為3月13日，出現在2005年，隨著氣候變暖，終霜期呈現出提早的變化趨勢，以儀征為例平均提早1.10 d/a(圖1)。開采期的氣候變化呈提前的趨勢，但提早平均速率0.13 d/a。由此可見，雖然終霜期相對較早結束，茶葉萌發(fā)提前且萌發(fā)速度加快，但開采期提早的速度始終不及終霜期，因此茶葉采摘期間遭受霜凍的可能性逐漸減少，茶葉的春霜危害并無加重的趨勢。

圖1 儀征終霜期和茶葉采摘期的時間變化Fig.1 Time change of the final frost period and tea picking period

2.4霜凍指標在氣候變暖的背景下，早春時節(jié)溫度回升較快，若遭遇倒春寒，就會出現嚴重霜凍，而極短時間的霜凍會對茶樹造成極大的危害[7-8]。茶葉霜凍害受到很多因素的影響，與低溫及其持續(xù)時間、茶樹的品種、茶樹所處的地理條件以及栽培管理等因子密切相關，其中，低溫是霜凍害發(fā)生的主要因子。低溫凍害對茶葉的危害分為冬季凍害和春季霜凍。這里討論春季霜凍造成的茶樹嫩葉和茶芽受害。茶樹在遭受霜凍災害以后，由于細胞內水分凍結，原生質遭到破壞，茶汁外溢而發(fā)生紅變，出現“麻點”的現象，芽葉焦灼；茶芽生長點受霜凍危害后，停止萌發(fā)，形成死芽，造成春茶采摘期延后。根據揚州春季冷空氣影響過后的過程最低氣溫和茶樹嫩葉、茶芽凍傷情況對霜凍災害進行級別劃分，具體見表3。

表3 揚州茶樹霜凍災害指標

3 總結與討論

(1)氣候因素是決定茶葉品質優(yōu)劣的關鍵。茶樹生長發(fā)育的狀況直接受溫度、降水、日照、濕度等因素的制約，這些氣候因子不是孤立的單獨存在，而是相互影響、相互制約的。

(2)結合氣象觀測資料、春季茶葉生產資料，在分析儀征地區(qū)春季茶葉開采期和氣象條件的關系等基礎上，用線性回歸的方法建立了春季揚州茶葉開采期的氣象模型。

(3)在氣候變暖的趨勢下，終霜期及茶葉開采期都呈現出提早的變化趨勢，但開采期提早的速度始終不及終霜期，因此茶葉采摘期間遭受霜凍的可能性逐漸減少，揚州茶葉春霜危害并無加重的趨勢。

(4)2000年以前，揚州茶葉生產以產量來衡量，茶樹主要在4月進入開采期，開采以4—9月的春茶、夏茶、秋茶，其中夏季是茶葉生產的主要季節(jié)，當時夏季7—9月的高溫干旱，容易使茶芽停止生長，甚至是枝梢干枯，因此高溫干旱是影響茶葉生產的主要氣象災害。隨著農業(yè)結構調整，2000年以后逐漸以春茶生產為主，到2010年以后名優(yōu)茶已經成為每年茶葉生產的重點，很多茶園在本地特色品種的基礎上，引入了無性系名優(yōu)茶種，開采期提前10～15 d，且以春茶生產為主。