李 雙， 杜建括， 邢海虹

(陜西理工大學(xué) 人文學(xué)院，陜西 漢中 723000)

茶樹(shù)(CamelliasinensisL.O.Ktze.)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)作物中占有重要地位，氣象要素是影響茶葉產(chǎn)量與質(zhì)量的重要因素。陳芳等[1]指出-2 ℃左右的低溫造成茶葉嚴(yán)重減產(chǎn)，影響茶葉品質(zhì)；劉瑞娜等[2]基于溫濕度、日照氣候指數(shù)量化了安徽省春茶、夏茶和秋茶的氣候品質(zhì)等級(jí)。氣候資源的變化直接影響著茶樹(shù)生長(zhǎng)的氣候適宜區(qū)，全球氣候變化背景下，預(yù)計(jì)未來(lái)低緯度地區(qū)茶的適宜分布范圍減少，中高維度適宜區(qū)范圍增加[3]。無(wú)論是低溫凍害對(duì)茶產(chǎn)量的影響，還是氣候變化對(duì)茶樹(shù)適生范圍的影響，均表明合理利用氣候資源是茶葉高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的前提和基礎(chǔ)。茶樹(shù)種植的氣候適宜性等級(jí)劃分對(duì)茶產(chǎn)業(yè)以及生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展尤為重要。隨著空間信息技術(shù)的發(fā)展，ArcGIS強(qiáng)大的空間分析功能在農(nóng)作物種植氣候區(qū)劃方面的應(yīng)用越來(lái)越普遍，已取得較高精度的區(qū)劃和評(píng)估結(jié)果[4-6]。目前已有學(xué)者利用GIS開(kāi)展了茶樹(shù)種植適宜區(qū)的分析[7-9]，為茶樹(shù)種植提供科學(xué)的參考依據(jù)。

陜南地區(qū)位于我國(guó)亞熱帶氣候區(qū)的最北部，處于秦巴山區(qū)，與同緯度的其他茶產(chǎn)區(qū)相比，有高大山地的庇護(hù)，可阻擋寒潮影響，茶樹(shù)越冬條件更為優(yōu)越[10]。作為我國(guó)緯度最高的茶產(chǎn)區(qū)之一，陜南地區(qū)茶葉具有茶芽生長(zhǎng)緩慢，有效成分含量高的特點(diǎn)，又因該地區(qū)土壤、水質(zhì)中富含鋅、硒等微量元素，使得本區(qū)成為我國(guó)最北緣優(yōu)質(zhì)茶產(chǎn)區(qū)——“江北茶區(qū)”的重要組成部分[11]，茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。在當(dāng)?shù)卣龑?dǎo)下，陜南地區(qū)茶品牌的建立已取得初步成效，如“漢中仙毫”品牌，其中包括“午子仙毫”“定軍茗眉”“寧強(qiáng)雀舌”“紫陽(yáng)毛尖”，已在市場(chǎng)上獲得一定的知名度。近年來(lái)，茶種植和茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為陜南地區(qū)群眾脫貧致富的重要產(chǎn)業(yè)門類。基于此，本文利用均值、模糊數(shù)學(xué)分析、地統(tǒng)計(jì)學(xué)等相關(guān)方法對(duì)陜南地區(qū)茶樹(shù)種植適宜區(qū)進(jìn)行了精細(xì)化專題氣候區(qū)劃，其結(jié)果可為茶樹(shù)種植范圍的規(guī)劃及茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用的數(shù)據(jù)為陜南地區(qū)12個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)氣象站(圖1)1961—2015年的地面氣象數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(https://data.cma.cn)。

圖1 陜南氣象站點(diǎn)分布圖

1.2 研究方法

為了描述一個(gè)區(qū)域氣候的長(zhǎng)期整體特征，對(duì)多年氣象要素求平均是氣象領(lǐng)域普遍應(yīng)用的資料處理方法[12]。以陜南地區(qū)12個(gè)氣象站點(diǎn)近55 a(1961—2015年)的數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)，將年均氣溫、≥10 ℃活動(dòng)積溫、多年平均極端低溫、年降水量、相對(duì)濕度、日照百分率等6個(gè)氣象要素與茶樹(shù)生長(zhǎng)氣候標(biāo)準(zhǔn)[13]相結(jié)合，對(duì)陜南地區(qū)茶樹(shù)生長(zhǎng)氣候適應(yīng)性做詳細(xì)評(píng)價(jià)，并以此為依據(jù)規(guī)劃出茶樹(shù)種植氣候適宜區(qū)。

1.2.1 茶樹(shù)生長(zhǎng)的氣候條件劃分

茶樹(shù)作為亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物，具有喜溫不喜強(qiáng)光、喜濕耐陰的特點(diǎn)[14]，參考已有文獻(xiàn)，綜合氣溫、降水、光照三大氣象要素，將茶樹(shù)生長(zhǎng)的氣候條件劃分為適生條件、可生條件和有害條件[13]，主要指標(biāo)見(jiàn)表1。氣溫主要通過(guò)年均氣溫、≥10 ℃活動(dòng)積溫、多年平均極端低溫影響茶樹(shù)的生長(zhǎng)。降水主要通過(guò)年降水量和相對(duì)濕度影響茶樹(shù)生長(zhǎng)，降水量少或相對(duì)濕度低會(huì)使茶葉變得粗硬，質(zhì)量下降。日照主要通過(guò)日照百分率影響茶葉質(zhì)量，日照百分率小，則鮮葉氨基酸含量高，茶品質(zhì)較高。

表1 茶樹(shù)生長(zhǎng)農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)

1.2.2 氣候適應(yīng)度分析方法

通常把茶樹(shù)生長(zhǎng)與氣候之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為氣候適應(yīng)度。它是包括氣溫、降水、光照在內(nèi)的多種氣象要素綜合作用的結(jié)果。本文先利用模糊數(shù)學(xué)的方法對(duì)氣象要素進(jìn)行定量化分析和數(shù)學(xué)化描述，再將影響茶樹(shù)生長(zhǎng)的多種氣象要素轉(zhuǎn)化為單一量化指標(biāo)，即氣候適應(yīng)度。氣候適應(yīng)度的定義域?yàn)閇0，1]，氣候適應(yīng)度越接近1則表示越適宜種植茶樹(shù)，越接近0則表示越不適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)。根據(jù)茶樹(shù)生長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)(表1)及受農(nóng)業(yè)氣候要素影響變化的柯西型分布模式，確定了各要素的隸屬度函數(shù)，計(jì)算方法如公式(1)—(6)[13]：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中x1為年均氣溫(℃)，x2為≥10 ℃的活動(dòng)積溫(℃)，x3為多年平均極端低溫(℃)，x4為年降水量(mm)，x5為相對(duì)濕度，x6為日照百分率。

通過(guò)上述隸屬度函數(shù)計(jì)算出所需6個(gè)氣象要素的隸屬度后，再計(jì)算出陜南地區(qū)各地茶樹(shù)生長(zhǎng)的相對(duì)距離模糊度和氣候適應(yīng)度，計(jì)算公式如下：

(7)

MA=1-RA，

(8)

式中RA為A地點(diǎn)茶樹(shù)最適宜生長(zhǎng)的相對(duì)距離模糊度，MA為氣候適應(yīng)度，μAi為第i(i=1,2,3,4,5,6)個(gè)指標(biāo)氣候隸屬度。

2 結(jié)果與分析

2.1 陜南地區(qū)茶樹(shù)種植的氣候適應(yīng)性分析

通過(guò)對(duì)陜南地區(qū)12個(gè)氣象站點(diǎn)近55 a(1961—2015年)的氣溫、≥10 ℃活動(dòng)積溫、極端低溫、年降水量、相對(duì)濕度、日照百分率進(jìn)行均值處理，得出陜南地區(qū)各地主要?dú)庀笠?表2)。利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)中的樣條函數(shù)方法進(jìn)行插值，直觀展現(xiàn)陜南各縣區(qū)主要?dú)庀笠氐目臻g分布(圖2)，并依據(jù)茶樹(shù)生長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)分析陜南地區(qū)茶樹(shù)種植的氣候條件。

表2 陜南地區(qū)各地主要?dú)庀笠?/p>

圖2 陜南地區(qū)各農(nóng)業(yè)氣象要素的空間分布

由陜南地區(qū)氣溫的空間分布圖(圖2(a))可以得出，陜南地區(qū)高溫中心以漢濱區(qū)為核心，向周邊延伸到嵐皋縣、紫陽(yáng)縣、漢陰縣以及旬陽(yáng)縣和平利縣一帶，低溫中心在留壩縣、佛坪縣一帶，整體分布特征為中部氣溫高，四周氣溫低，南部高于北部地區(qū)，與地形基本呈正相關(guān)。結(jié)合表1和表2可知，陜南地區(qū)大部分區(qū)域近55 a(1961—2015年)的年均氣溫在10 ℃以上，能夠滿足茶樹(shù)生長(zhǎng)的基本熱量需求，但留壩縣與佛坪縣北部的小部分地區(qū)氣溫略低，成為茶樹(shù)種植的限制性條件。

≥10 ℃活動(dòng)積溫均值空間分布(圖2(b))顯示，除留壩縣和佛坪縣北部小部分地區(qū)積溫低于3500 ℃無(wú)法滿足茶葉生長(zhǎng)需要外，陜南其他區(qū)域均可滿足茶樹(shù)生長(zhǎng)的積溫要求。寧強(qiáng)縣、略陽(yáng)縣、勉縣北部、城固縣與洋縣中部地區(qū)、佛坪縣南部、鎮(zhèn)安縣北部、山陽(yáng)縣和商州區(qū)大部分地區(qū)以及洛南縣東部熱量不足，這些地區(qū)多位于北部山區(qū)，海拔相對(duì)較高，茶樹(shù)在這些地方生長(zhǎng)較為緩慢；而勉縣、漢臺(tái)區(qū)、南鄭縣、城固縣、洋縣、西鄉(xiāng)縣、鎮(zhèn)巴縣等地?zé)崃枯^高，≥10 ℃積溫處于4300～4940 ℃之間，是符合茶樹(shù)生長(zhǎng)次適宜區(qū)。高溫中心位于漢濱區(qū)、平利縣和嵐皋縣北部、紫陽(yáng)縣東北部、漢陰縣東部以及旬陽(yáng)縣西部小部分地區(qū)，積溫在4940～5222 ℃ 之間，是符合茶樹(shù)生長(zhǎng)的最適宜區(qū)。

由陜南地區(qū)多年平均極端低溫(圖2(c))可知，陜南多年平均極端低溫的最低值出現(xiàn)在留壩縣北部小部分地區(qū)，該地區(qū)多年平均極端低溫大致在-13.5～-12.1 ℃之間，低于茶樹(shù)生長(zhǎng)所能承受的最低氣溫，不適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)，該地區(qū)若種植茶樹(shù)則將面臨嚴(yán)重凍害風(fēng)險(xiǎn)，茶樹(shù)難以越冬。多年平均極端低溫的最高值出現(xiàn)在陜南中部海拔較低的漢江河谷地區(qū)，大致在-6.7～-4.78 ℃，高于-8 ℃，能很好的滿足茶樹(shù)越冬需要，保證了冬季茶樹(shù)根系的生長(zhǎng)。除此之外的其他地區(qū)，如寧強(qiáng)縣、略陽(yáng)縣南部、勉縣中部、洋縣中部、寧陜縣南部、鎮(zhèn)安縣南部、白河縣大部地區(qū)，多年平均極端低溫高于-10 ℃，這些地區(qū)雖能滿足茶樹(shù)生長(zhǎng)的基本需求，但極端低溫偏低，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注茶樹(shù)過(guò)冬問(wèn)題，對(duì)茶樹(shù)凍害予以重視。

茶樹(shù)生長(zhǎng)期對(duì)水分的要求較高，且水分主要來(lái)源于降水。由陜南地區(qū)多年平均降水量的空間分布(圖2(d))可知，陜南中南部降水量多大于1000 mm，鎮(zhèn)巴縣降水量達(dá)到1322～1510 mm，較適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)；降水量最少的地區(qū)位于商洛市商州區(qū)和洛南縣，降水量為573～722 mm，少于800 mm，不宜于茶樹(shù)生長(zhǎng)。其他地區(qū)的降水量雖能滿足茶樹(shù)的正常生長(zhǎng)，但是整體降水量偏低。降水量是陜南地區(qū)茶樹(shù)種植的短板因素，因此在實(shí)際種植過(guò)程中，應(yīng)利用科學(xué)技術(shù)及人工手段彌補(bǔ)這項(xiàng)不足，從而提高茶葉的產(chǎn)量與質(zhì)量。

由陜南地區(qū)相對(duì)濕度的空間分布(圖2(e))可知，陜南地區(qū)相對(duì)濕度總體呈西南-東北遞減的趨勢(shì)，相對(duì)濕度最大的地方集中在留壩縣北部、寧強(qiáng)南部以及南鄭區(qū)西南部小范圍地區(qū)，該地區(qū)相對(duì)濕度介于79%～81%，適宜茶樹(shù)的生長(zhǎng)，有利于茶樹(shù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累；陜南地區(qū)東北部即洛南縣、商州區(qū)、山陽(yáng)縣、柞水縣、丹鳳縣、商南縣、鎮(zhèn)安縣大部、旬陽(yáng)縣東北部及白河縣北部小范圍區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)濕度較低的地區(qū)，相對(duì)濕度范圍在62%～70%，遠(yuǎn)小于茶樹(shù)生長(zhǎng)最適宜相對(duì)濕度(≥80%)，因此受到空氣相對(duì)濕度的影響，該地區(qū)茶樹(shù)所產(chǎn)茶葉質(zhì)地粗硬、品質(zhì)較差；其他地區(qū)相對(duì)濕度介于71%～79%之間，較接近茶樹(shù)最適生長(zhǎng)的濕度條件，是茶樹(shù)種植的次適宜區(qū)。

日照百分率主要用于衡量由于其他天氣狀況，如多云、陰雨等使日照時(shí)數(shù)小于理論日照時(shí)數(shù)的程度。陜南地區(qū)日照百分率范圍介于23.97%～46.58%(圖2(f))，均小于60%，除洛南縣和商州區(qū)北部外均低于45%，說(shuō)明該地區(qū)茶樹(shù)均可成長(zhǎng)，且多處于茶樹(shù)生長(zhǎng)的最適范圍以內(nèi)，符合種植茶樹(shù)要求。但一般來(lái)說(shuō)，日照百分率越低，茶樹(shù)鮮葉氨基酸含量越高，茶品質(zhì)越好。品質(zhì)較高的茶產(chǎn)區(qū)日照百分率一般需要≤35%，以此為依據(jù)并結(jié)合圖2(f)可以得出，陜南地區(qū)的鎮(zhèn)巴縣全部、略陽(yáng)縣、南鄭區(qū)、西鄉(xiāng)縣、紫陽(yáng)縣、嵐皋縣、鎮(zhèn)平縣等的大部以及寧強(qiáng)縣、城固縣、洋縣、平利縣等部分區(qū)域的日照百分率完全滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，符合產(chǎn)出品質(zhì)較高茶葉的種植條件。

2.2 陜南地區(qū)茶樹(shù)種植氣候適宜性區(qū)劃分析

在對(duì)已有氣象要素各種插值方案比較和陜南地區(qū)現(xiàn)有數(shù)據(jù)空間點(diǎn)分布狀況分析的基礎(chǔ)上，選擇樣條插值方法對(duì)陜南地區(qū)茶樹(shù)種植的氣候適應(yīng)度MA進(jìn)行空間插值，并確定MA≥0.7、0.51≤MA<0.70、MA<0.51依次為適宜、次適宜、不適宜3個(gè)等級(jí)。由于茶樹(shù)生長(zhǎng)除氣候外還受其他因素的影響，如地形、土壤、海拔等。本文所做茶樹(shù)種植區(qū)劃僅是在分析氣候的基礎(chǔ)上做出的區(qū)劃(圖3)。

圖3 陜南地區(qū)茶樹(shù)種植氣候區(qū)劃圖

2.2.1 適宜區(qū)

適宜區(qū)為氣候適宜度MA≥0.7的地區(qū)，主要分布在陜南地區(qū)的南部。漢中地區(qū)主要包括城固縣南部、南鄭區(qū)東南大部分地區(qū)、西鄉(xiāng)縣大部、鎮(zhèn)巴縣、寧強(qiáng)縣東南的小范圍區(qū)域。安康地區(qū)主要包括石泉縣的南部地區(qū)、漢陰縣西南部、紫陽(yáng)縣、漢濱區(qū)西南部以及嵐皋縣西部地帶。

該區(qū)年均氣溫在13.5～16.1 ℃之間，能夠滿足茶樹(shù)生長(zhǎng)所需的基本條件；≥10 ℃活動(dòng)積溫4300～5222 ℃之間，與南方茶產(chǎn)區(qū)相比平均積溫稍顯不足，但都在茶樹(shù)可生范圍內(nèi)；多年極端低溫-4.78～-7.24 ℃均高于-8 ℃，此區(qū)域范圍內(nèi)茶樹(shù)可安全過(guò)冬；該區(qū)域年降水量多介于989～1521 mm，相對(duì)濕度在74%～81%范圍內(nèi)，日照百分率在27.73%～35.27%之間，能滿足陜南茶樹(shù)生長(zhǎng)的氣候需求。該地區(qū)海拔較高，多云霧阻擋，因而導(dǎo)致日照少，蒸發(fā)小，空氣濕度較大，熱量條件沒(méi)有陜南地區(qū)中部充沛，總體而言適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)。作為陜南地區(qū)茶葉的主要產(chǎn)區(qū)，該區(qū)茶樹(shù)種植歷史悠久，但冬季極端最低氣溫低于0 ℃，且降水量稍顯不足，因此也應(yīng)采用部分人工措施來(lái)彌補(bǔ)自然條件的不足。

2.2.2 次適宜區(qū)

次適宜區(qū)的氣候適應(yīng)度基本在0.51≤MA<0.70，主要分布在陜南地區(qū)中部，包括寧強(qiáng)縣大部地區(qū)、略陽(yáng)縣中南部地區(qū)、勉縣大部地區(qū)、洋縣的中南部地帶、石泉縣北部地區(qū)、漢陰縣北部地區(qū)、平利縣全境、鎮(zhèn)坪縣全境、白河縣大部地區(qū)、山陽(yáng)縣南部及東南部、商南縣全境，以及以漢臺(tái)區(qū)、漢濱區(qū)、商州區(qū)為中心的周邊海拔在1200 m以下的地區(qū)。

該區(qū)大致位于陜南中部地區(qū)，海拔與氣候適宜區(qū)相比有所降低，年均氣溫在11.89～14.36 ℃，年降水量為855～988 mm，均為種植茶樹(shù)的次適宜條件?？傊摰貐^(qū)降水量總體偏少，部分地區(qū)降水量?jī)H能滿足陜南茶樹(shù)生長(zhǎng)所需氣候條件的下限。在種植過(guò)程中可適量灌溉，以彌補(bǔ)茶樹(shù)生長(zhǎng)過(guò)程中水分的不足。

2.2.3 不適宜區(qū)

不適宜區(qū)為氣候適宜度MA<0.51的地區(qū)，大部分位于北部海拔較高，熱量條件較差的深山地區(qū)，主要包括略陽(yáng)縣與勉縣北部小部分地區(qū)、留壩縣與洋縣北部地區(qū)、佛坪縣北部、寧陜縣北部、柞水縣、商州區(qū)、洛南縣等地。

該區(qū)主要集中在陜南地區(qū)北部，年均氣溫在10.23～11.88 ℃之間，≥10 ℃活動(dòng)積溫多低于4300 ℃，多年平均極端低溫較低，茶樹(shù)難以過(guò)冬，面臨著較大的凍害風(fēng)險(xiǎn)，且該區(qū)域部分地區(qū)降水量不足，如商州區(qū)降水量≤800 mm，并且商州區(qū)相對(duì)濕度較小，日照百分率較大，無(wú)法滿足茶樹(shù)生長(zhǎng)需要，因此就現(xiàn)有農(nóng)業(yè)氣象要素的分析結(jié)果來(lái)看，該地區(qū)不適合茶樹(shù)種植。

3 結(jié)論

本研究依據(jù)陜南地區(qū)12個(gè)氣象站點(diǎn)近55 a(1961—2015年)的地面氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合茶樹(shù)種植的農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)，逐一分析了年均氣溫、降水量、日照百分率、相對(duì)濕度、≥10 ℃活動(dòng)積溫、多年平均極端低溫條件下的陜南茶種植適應(yīng)性。

(1)借助氣候適應(yīng)度指標(biāo)劃分了陜南地區(qū)茶樹(shù)種植氣候適宜區(qū)，適宜區(qū)主要分布在陜南南部緯度較低的地區(qū)，次適宜區(qū)主要分布在適宜區(qū)以北的河谷、平原地區(qū)，不適宜區(qū)主要分布在陜南北部地區(qū)。

(2)在各氣象要素中，氣溫對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)與茶葉品質(zhì)的影響較大。陜南地區(qū)與南方茶產(chǎn)區(qū)相比，緯度較高，熱量條件稍顯不足，但因此茶樹(shù)生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，茶葉品質(zhì)高于其他生長(zhǎng)周期較短地區(qū)所產(chǎn)出的茶葉，但產(chǎn)量較其他茶產(chǎn)區(qū)而言較低。因此陜南地區(qū)應(yīng)揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮其氣候優(yōu)勢(shì)，專注于提高茶葉品質(zhì)及其副產(chǎn)品的附加值，走較高端路線，打造地區(qū)茶產(chǎn)業(yè)品牌，以此來(lái)規(guī)避因產(chǎn)量不足而帶來(lái)的劣勢(shì)。

(3)在各農(nóng)業(yè)氣象條件中，陜南地區(qū)降水量是其短板因素，也是陜南地區(qū)茶種植的主要限制因素。因此在實(shí)際種植過(guò)程中，應(yīng)使用現(xiàn)代化手段彌補(bǔ)降水量的不足，如采用人工灌溉、滴灌等，以提高茶產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。