黃尚書，孫永明，吳 艷，何紹浪，余跑蘭，林小兵

（1.江西省紅壤研究所，江西 南昌 330046；2.江西農(nóng)業(yè)大學 國土資源與環(huán)境學院，江西 南昌 330045）

江西是產(chǎn)茶大省。近年來，在省委、省政府一系列的茶葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展方針和扶持政策指引下，形成了贛東北、贛西北、贛中和贛南這4大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，茶產(chǎn)業(yè)總體呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大、產(chǎn)業(yè)品質(zhì)提高、區(qū)域優(yōu)勢凸顯、經(jīng)濟效益增加的良好發(fā)展態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計，2018年，江西省茶園面積達11.4萬hm2，遍布11個設區(qū)市90個縣（市、區(qū)），涉茶農(nóng)業(yè)人口超過400萬，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值達64.88億元，顯然，茶產(chǎn)業(yè)已成為增收致富的重要來源。因此，將茶產(chǎn)業(yè)做大做強，對加快江西省生態(tài)文明試驗區(qū)建設，推進江西省生態(tài)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢以及實現(xiàn)江西省綠色崛起和鄉(xiāng)村振興等方面具有重要的現(xiàn)實意義。

春茶品質(zhì)最好，經(jīng)濟效益最高，在茶葉生產(chǎn)中占據(jù)重要地位［1］。茶葉春霜凍害是指早春（3～4月）氣溫回暖，茶樹正處于生長期和春茶采摘關(guān)鍵期，此時降溫對茶樹生長影響較大并使茶芽受凍，造成春茶產(chǎn)量減少、品質(zhì)下降的現(xiàn)象。不同區(qū)域由于氣候條件的差異，茶葉春霜凍害的標準也有所不同。Christersson等［2-3］認為，早春出現(xiàn)0 ℃以下低溫時，茶葉的新梢芽葉就會受到霜凍危害；李亞春等［4］在蘇南茶區(qū)茶樹春霜的研究中表明，日最低氣溫不高于2 ℃時茶樹將發(fā)生春霜凍害；更多學者［5-7］認為，日最低氣溫低于4 ℃時，已萌發(fā)的新梢茶芽因抗寒能力弱，極易遭受春霜凍危害。目前，相關(guān)學者對茶葉春霜凍害的研究主要集中在春霜凍害的時空分布特征［6-9］.、風險評估［10-13］和防御措施［14-17］等方面，取得了一定的研究成果，為我國茶葉產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。江西省地處中低緯度的過渡地帶，受氣候變化的影響，加上地形復雜多樣，使得江西省春霜凍害等氣象災害頻發(fā)，嚴重威脅著茶葉的安全生產(chǎn)，并造成重大的經(jīng)濟損失。但目前對江西省春霜凍害的研究相對較少，僅李柏貞等［18］結(jié)合江西省旱災和凍害的發(fā)生規(guī)律，對江西氣象災害風險進行了評價與區(qū)劃，但還是缺少對江西茶葉春霜凍害的深入研究。因此，本文基于1991～2020年江西省26個氣象站點的氣象資料，分析了近30年來江西省茶葉春霜凍害的發(fā)生規(guī)律，對江西省的春霜凍害進行風險區(qū)劃，以期為江西茶產(chǎn)業(yè)的合理規(guī)劃布局提供理論依據(jù)，為江西茶葉春霜凍害的防御提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所用的江西省26個氣象站點資源（1991～ 2020年逐日最低氣溫觀測資料）均來源于國家氣象信息中心（http：//data.cma.cn/）。根據(jù)江西茶葉的分布，將江西省分為贛南、贛中、贛東北、贛西北4個地區(qū)（表1）。

表1 江西省各氣象站的地理位置

1.2 研究方法

1.2.1 茶葉春霜凍害等級指標 根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果［5-7］及氣象行業(yè)標準［19］，將3、4月的日最低氣溫（Tmin）≤4 ℃定義為茶葉春霜凍指標，并將其劃分為3個等級：輕度霜凍（2 ℃＜Tmin≤4 ℃）、中度霜凍（0 ℃＜Tmin≤2 ℃）、重度霜凍（Tmin≤0 ℃）。

1.2.2 春霜凍發(fā)生天數(shù)的變化傾向率 春霜凍發(fā)生天數(shù)與年份的線性回歸系數(shù)a，使其變化可用一次線性方程表示：

式（1）中，y為茶葉春霜凍發(fā)生天數(shù)（d），x為年份，a為回歸系數(shù)，b為回歸截距。以a×10為氣候變化傾向率，表示茶葉春霜凍發(fā)生天數(shù)平均每10年的變化速率（d/10 a）。

1.2.3 春霜凍害發(fā)生頻率 將每年3～4月早春霜凍日數(shù)≥1 d視為有春霜凍害發(fā)生的年份，則各等級春霜凍害發(fā)生頻率計算公式如下：

式（2）中：i表示霜凍等級，同一年份若各等級春霜凍害均有發(fā)生，以該年最嚴重春霜凍害確定其等級；Pi表示各等級霜凍害發(fā)生的頻率，ni表示各級早春霜凍害次數(shù)≥1的年數(shù)，N為資料總年數(shù)（本研究為30 a）。

1.2.4 茶葉春霜凍害風險指數(shù) 根據(jù)農(nóng)業(yè)氣象災害風險原理，災害風險性大小主要由致災因子強度與頻率影響，根據(jù)相關(guān)研究［20-21］，茶葉春霜凍害風險指數(shù)計算公式如下：

式（3）中：I為茶葉春霜凍害風險指數(shù)，i=1、2、3，分別表示輕度、中度、重度凍害等級，Pi為茶葉春霜凍害i級凍害發(fā)生頻率，Li為第i級凍害對應災損系數(shù)，茶葉輕度、中度和重度春霜凍害的災損系數(shù)分別取0.3、0.5和0.7［22-23］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件進行氣象資料整理統(tǒng)計、相關(guān)指數(shù)的計算及圖表繪制，采用SPSS 17.0軟件進行相關(guān)性和顯著性分析，采用surfer 9.0軟件進行Kriging插值。

2 結(jié)果與分析

2.1 江西茶葉春霜凍日數(shù)的年際變化

江西省不同地區(qū)茶葉的春霜凍日數(shù)年際變化（圖1），1991～2020年江西省各地區(qū)春霜凍發(fā)生日數(shù)隨年份呈現(xiàn)出年與年、多年與多年之間的波動式變化，均呈現(xiàn)了下降趨勢。從不同地區(qū)來看，近30年來，江西省的年平均春霜凍害發(fā)生日數(shù)表現(xiàn)為贛南（1.36 d）＜贛東北（3.09 d）＜贛中（3.24 d）＜贛西北（5.81 d）；同時，江西省茶葉春霜凍害平均發(fā)生日數(shù)變異表現(xiàn)為贛南（1.12）＞贛東北（0.71）＞贛中（0.61）＞贛西北（0.43）；江西省茶葉春霜凍害發(fā)生日數(shù)從東南到西北呈增加趨勢，而茶葉春霜凍害發(fā)生日數(shù)的年際波動則呈變緩趨勢。通過進一步計算江西省各地區(qū)春霜凍害日數(shù)的年際變化趨勢發(fā)現(xiàn)，贛南、贛中、贛東北及贛西北的春霜凍害日數(shù)變化傾向率分別為-0.112、-0.82、-0.679、-1.37 d/10 a，全省平均為-0.847 d/10 a，其中贛中、贛西北及全省平均的春霜凍害日數(shù)變化呈顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）線性關(guān)系，說明江西省茶葉春霜凍害發(fā)生日數(shù)總體呈顯著下降趨勢（P＜0.05）。

圖1 1991～2020年江西省不同地區(qū)茶葉春霜凍害天數(shù)的年際變化

2.2 江西省茶葉春霜凍害高發(fā)時段分析

由圖2可知，江西省各地區(qū)的茶葉春霜凍害主要發(fā)生在3月上旬，其中3月上旬茶葉春霜凍害發(fā)生天數(shù)占總發(fā)生天數(shù)的比例以贛南（69.33%）和贛東北（65.89%）較高，以贛西北最低（48.92%）；3月中旬各地區(qū)茶葉的春霜凍害發(fā)生天數(shù)占總發(fā)生天數(shù)的比例大致相當，為22.09%～25.32%；3月下旬贛中和贛西北有相當比例的春霜凍害發(fā)生，分別占總發(fā)生天數(shù)的13.11%和16.28%；進入4月份后，各地區(qū)茶葉春霜凍害發(fā)生的天數(shù)顯著降低，僅占總發(fā)生天數(shù)的0.61%（贛南）～9.47%（贛西北），其中贛南和贛東北在4月中旬和下旬無茶葉春霜凍害發(fā)生，而贛西北地區(qū)直至4月下旬還偶有茶葉春霜凍害發(fā)生（平均發(fā)生天數(shù)為0.03 d）。

圖2 1991～2020年江西省各地區(qū)茶葉春霜凍害天數(shù)的時間分布

2.3 江西省茶葉春霜凍害的發(fā)生頻率

根據(jù)式（2）計算了1991～2020年江西省茶葉春霜凍害的發(fā)生頻率（圖3）。江西省茶葉春霜凍害發(fā)生頻率平均為79.23%，江西省各地區(qū)茶葉春霜凍害發(fā)生頻率表現(xiàn)為：贛南＜贛中＜贛東北＜贛西北。從不同等級春霜凍害發(fā)生頻率來看，重度和中度春霜凍害的發(fā)生頻率均以贛南最低（分別為4.17%和17.50%），分別以贛西北（28.75%）和贛東北（32.78%）最高；輕度春霜凍害的發(fā)生頻率則以贛西北最低（30.00%），贛東北最高（34.17%）?？傮w來看，全省的茶葉春霜凍害以中、輕度為主，但贛西北的重度春霜凍害發(fā)生頻率也相對較高。

圖3 1991～2020年江西省茶葉春霜凍害的發(fā)生頻率

2.4 江西省茶葉春霜凍害氣候風險區(qū)劃

按照式（3）計算江西省茶葉春霜凍害風險指數(shù)（圖4）。江西省春霜凍害風險指數(shù)平均為0.36，春霜凍害的風險指數(shù)表現(xiàn)贛南（0.22）＜贛中（0.35）＜贛東北（0.38）＜贛西北（0.43），說明贛西北茶葉春霜凍害受災風險最高，贛中和贛東北受災風險大致相當，贛南受災風險最低。

圖4 江西省各區(qū)域茶葉春霜凍害的風險指數(shù)

根據(jù)風險指數(shù)計算結(jié)果，結(jié)合相關(guān)研究結(jié)果，將江西省茶葉春霜凍害風險劃分為基本無凍害區(qū)（I＜0.2）、輕度凍害風險區(qū)（0.2≤I＜0.4）、中度凍害風險區(qū)（0.4≤I＜0.6）、重度凍害風險區(qū)（I≥0.6）。采用Kriging法對江西省26個氣象站點風險指數(shù)進行插值，并根據(jù)經(jīng)驗判斷，江西省茶葉春霜凍害風險區(qū)分類及區(qū)劃最終結(jié)果如表2所示。

表2 江西省茶葉春霜凍害的風險區(qū)劃

3 討論與結(jié)論

多數(shù)研究認為我國霜凍日數(shù)一致表現(xiàn)為下降趨勢［6，24-25］。本研究結(jié)果顯示，近30年來，江西省的年平均春霜凍害發(fā)生日數(shù)為3.71 d，茶葉春霜凍害以-0.847 d/10 a的傾向率顯著下降（P＜0.05），證實了以上相關(guān)研究結(jié)論，原因在于全球變暖背景下的江西省最低氣溫隨時間變化持續(xù)上升，進而影響了江西茶葉春霜凍害發(fā)生的平均日數(shù)。目前，對茶葉春霜凍害發(fā)生天數(shù)時段分布的研究鮮見報道。本研究結(jié)果表明：江西省3月上旬茶葉春霜凍害發(fā)生天數(shù)占總發(fā)生天數(shù)（3～4月）的48%以上，而3月中下旬也有相當比例的茶葉春霜凍害發(fā)生（占總發(fā)生天數(shù)的30.06%～41.61%），隨著時間的持續(xù)推進，氣溫回升，致使春霜凍害發(fā)生的天數(shù)持續(xù)下降。本研究認為，江西省茶葉春霜凍害的主要防控時段應在3月上旬，同時兼顧3月中、下旬。另外，贛西北地區(qū)進入4月份后春霜凍害發(fā)生天數(shù)占總發(fā)生天數(shù)的9.47%（約0.55 d/a），因此，對贛西北地區(qū)4月份的茶葉春霜凍害也需要給予一定的關(guān)注。

茶葉受凍的內(nèi)因主要是低溫導致重嫩芽的細胞受損，而春季茶芽開始萌發(fā)，含水量較高，其中自由水含量比例升高，滲透勢降低，茶芽受凍的可能性提高［26］。從外因來看，茶葉凍害的發(fā)生頻率受季節(jié)、地理位置、地形等因素影響較大［27-28］。本研究表明，近30年來江西省茶葉春霜凍害的發(fā)生頻率相對較高，除贛南地區(qū)（55.83%）春霜凍害發(fā)生頻率相對較低外，贛中、贛西北及贛東北等地區(qū)春霜凍害的發(fā)生頻率均在75%以上；從不同等級春霜凍害的發(fā)生頻率來看，江西省大部分地區(qū)茶葉以輕度春霜凍害為主，各地區(qū)輕度春霜凍害的發(fā)生頻率均在30%以上，贛中、贛西北和贛東北這3個地區(qū)中度春霜凍害的發(fā)生頻率較高（＞27%），而重度春霜凍害主要是發(fā)生在贛西北地區(qū)，其重度春霜凍害的發(fā)生頻率為28.75%。可見隨著緯度升高，江西省茶葉春霜凍害的發(fā)生頻率和程度均呈增加趨勢，符合茶葉春霜凍害隨緯度變化的規(guī)律。另外，江西省的高山地區(qū)（如井岡山、廬山）較多，高山地區(qū)凍害發(fā)生頻率較高，海拔對茶葉春霜凍害的影響也不容忽視。計算江西省茶葉春霜凍害的風險指數(shù)發(fā)現(xiàn)，春霜凍害的風險指數(shù)表現(xiàn)為贛南＜贛中＜贛東北＜贛西北，也體現(xiàn)了緯度與茶葉受凍害風險的密切關(guān)系。根據(jù)阮錫章等［20］的研究及經(jīng)驗判斷，本研究將江西省茶葉春霜凍害風險指數(shù)劃分為安全區(qū)（I＜0.2）、輕度凍害風險區(qū)（0.2≤I＜0.4）、中度凍害風險區(qū)（0.4≤I＜0.6）、重度凍害風險區(qū)（I≥0.6），并對江西省茶葉春霜凍害風險進行了區(qū)劃，為江西省茶葉春霜凍害的預測與防治提供了科學依據(jù)。

當然，本研究也存在一定的不足之處：只收集了江西省26個氣象站點的數(shù)據(jù)，開展的江西省茶葉春霜凍害風險分析與區(qū)劃存在精確度不高的情況。因此，江西省茶葉春霜凍害風險區(qū)劃圖只能反映整體大致情況，并不能精確反映每個地方的風險指數(shù)。