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        粵北山區(qū)引種中國名茶的氣候相似性分析

        2022-10-26 04:01:28張陳嫻張弘豪韋翠趙惠武何迪彭靜漫
        廣東氣象 2022年5期

        張陳嫻,張弘豪,韋翠,趙惠武,何迪,彭靜漫

        (1.清遠(yuǎn)市氣象局,廣東清遠(yuǎn) 511518;2.陽江市氣象局,廣東陽江 529500)

        茶樹喜歡溫暖濕潤的氣候條件[1],其正常生長的氣溫要求在10~35℃,超過35℃時(shí)茶樹生長緩慢或停止,低于8℃時(shí)進(jìn)入休眠期,低于-10℃易產(chǎn)生凍害,全年≥10℃的活動(dòng)積溫要求在3 500℃以上,年降水量一般要在800 mm以上,適宜濕度70%~90%[2-5]。清遠(yuǎn)地處廣東省北部山區(qū),是廣東省茶葉主產(chǎn)區(qū)。境內(nèi)林木資源豐富,山地眾多,生態(tài)地理?xiàng)l件良好,非常適合茶樹生長。但清遠(yuǎn)茶樹種植區(qū)多集中于南部英德市[2],而貧困人口更為集中的北部地區(qū),盡管山地多,宜茶面積大,但茶葉種植規(guī)模小,各茶區(qū)分布較分散,且缺乏技術(shù)力量支撐,多數(shù)存在農(nóng)戶小打小鬧,各自種植的現(xiàn)象,使得優(yōu)質(zhì)茶樹品種和氣候資源未得到有效挖掘[6]。

        近年來,隨著脫貧攻堅(jiān)工作的大力推進(jìn),茶葉作為清遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),已成為粵北山區(qū)扶貧幫困計(jì)劃的目標(biāo)產(chǎn)業(yè)。茶樹品種和茶葉品質(zhì)與氣候條件密切相關(guān),在清遠(yuǎn)推廣茶葉種植項(xiàng)目時(shí),需綜合考量當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)氣候條件,引進(jìn)適宜的優(yōu)良茶樹品種。生產(chǎn)實(shí)踐證明,將某一物種引到相似氣候環(huán)境地區(qū)時(shí)成功概率較大[7-9]。氣候相似原理不僅能科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生物引種,而且對(duì)技術(shù)引進(jìn)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃發(fā)展等方面也有重要作用[10-11]。為此,本研究運(yùn)用氣候相似原理,通過模糊相似優(yōu)先比的分析方法,對(duì)比清遠(yuǎn)與中國南方主要名茶產(chǎn)地的氣候相似情況,從中篩選氣候相似度最高的產(chǎn)地作為清遠(yuǎn)今后茶樹引種的備選產(chǎn)地,旨在為清遠(yuǎn)優(yōu)化茶葉種植結(jié)構(gòu),發(fā)展茶葉經(jīng)濟(jì),助力精準(zhǔn)扶貧提供科學(xué)依據(jù)。

        1 資料和方法

        1.1 資料

        為了精細(xì)化研究粵北山區(qū)引種中國名茶的氣候相似性特征,由于區(qū)域站建站年份限制,選用1962—2019年清遠(yuǎn)7個(gè)國家站、2009—2019年131個(gè)區(qū)域站的氣象資料作為研究基礎(chǔ),氣象要素資料包括年平均溫度、年平均降水量、年平均日照時(shí)數(shù)、≥10℃積溫、最冷月1月平均溫度、最熱月7月平均溫度、年平均相對(duì)濕度、極端最高氣溫、極端最低氣溫等9項(xiàng)。

        選取多種中國名茶作為擬引進(jìn)樣本,分析粵北山區(qū)的氣候環(huán)境與名茶樣本種植環(huán)境的相似程度。通過查閱資料,專家咨詢,年均氣溫、降水初步對(duì)比等方法共選出13種中國名茶,其產(chǎn)地及名稱分別為安溪鐵觀音、永春佛手茶、武夷巖茶、福鼎白號(hào)銀針、杭州龍井、黃山毛峰、六安瓜片、蘇州碧螺春、廬山云霧、云南普洱、安化黑茶、君山銀針、都勻毛尖。

        1.2 研究方法

        1)海明距離。

        海明距離是一種衡量特征距離的計(jì)算方法,其主要目的是找到兩個(gè)特征之間的差異大小,也稱相似性。對(duì)于固定的長度海明距離是該長度字符向量空間上的度量,在模糊相似優(yōu)先比(簡稱相似比)中一般采用海明距離作為相似優(yōu)先比測(cè)度[12],如對(duì)待判樣本xi與固定樣本xk之間進(jìn)行比較,海明距離d可定義為

        2)模糊相似優(yōu)先比(相似比)。

        模糊相似優(yōu)先比(相似比)是模糊性度量的一種形式,它是以成對(duì)的樣本與固定的樣本作比較,確定哪一個(gè)與固定樣本更相似,從而選擇與固定樣本相似程度較大者[13-14]。如引種備選地i區(qū)域、j區(qū)域相對(duì)于清遠(yuǎn)種植地k的某個(gè)氣象因子x的相似比較,以海明距離作為測(cè)度其相似比計(jì)算公式為

        rij=,其中rij為引種地i和j相對(duì)于種植地k的相似比結(jié)果,d為引種地與種植地之間的海明距離。若rij在[0.5,1.0]之間,表示xi比xj優(yōu)先;rij在[0.0,0.5]之間,表示xj比xi優(yōu)先。對(duì)給定的樣本合集X={x1,x2…xn}與固定樣本xk建立該氣象要素因子的相似比n次矩陣R=[rij]n×n,由λ水平截集評(píng)選出相似次序,λ值在矩陣中由大到小選定,矩陣中≥λ的數(shù)值取1,否則取0,以在λ值下降過程中首先達(dá)到除對(duì)角線外全行數(shù)值為1的那一行樣本最相似,并記以分值1,然后刪除矩陣相應(yīng)的行和列,并降低λ水平值,繼續(xù)尋找以此類推,直至矩陣處理完畢。由此每一個(gè)氣象因子都產(chǎn)生一個(gè)反映相似程度的序號(hào)值,添加權(quán)重計(jì)算后將各個(gè)氣象因子的序號(hào)值相加,便得到反映待判樣本與固定相似程度的綜合序號(hào)值,綜合序號(hào)值越小,該樣本與固定樣本就越相似[13-14]。

        3)各氣象因子權(quán)重計(jì)算。

        考慮到一組農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)中各氣象因子所起的作用有所差異,因此對(duì)各氣象因子相似比分值進(jìn)行權(quán)重處理[13]:其中,n為氣象因子數(shù),R′i為添加權(quán)重后的相似比分值,R′ik為原相似比分值,wk為各氣象因子權(quán)重值。權(quán)重值參考了國內(nèi)名茶產(chǎn)區(qū)茶樹種植的研究成果,在此基礎(chǔ)上由清遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)專家根據(jù)清遠(yuǎn)茶樹實(shí)際情況進(jìn)行打分,然后采用層次分析法得出9個(gè)氣象因子相應(yīng)權(quán)重為年平均溫度(0.2)、年平均降水量(0.2)、年平均日照時(shí)數(shù)(0.12)、≥10℃積溫(0.1)、最冷月1月平均溫度(0.05)、最熱月7月平均溫度(0.05)、年平均相對(duì)濕度(0.12)、極端最高氣溫(0.08)、極端最低氣溫(0.08)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 清遠(yuǎn)茶樹種植氣候特征總體評(píng)價(jià)

        統(tǒng)計(jì)清遠(yuǎn)市1962—2019年7個(gè)國家站氣候平均值(表略)發(fā)現(xiàn),陽山、英德、佛岡、清城區(qū)年平均氣溫20.6~21.9℃,年平均降水量1 853.0~2 129.8 mm,年平均日照時(shí)數(shù)1 582.5~1 730.4 h,全年≥10℃積溫6 717.9~7 527.5℃,最冷月1月平均氣溫10.3~12.8℃,最熱月7月平均氣溫28.2~29.0℃,極端最高氣溫37.2~38.5℃,極端最低氣溫0.4~3.0℃,年平均相對(duì)濕度76.3%~77.3%。整體氣候表現(xiàn)溫暖濕潤,降水和熱量充足,有35℃以上極端高溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),但無0℃以下極端低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),總體適宜優(yōu)質(zhì)茶葉生長。而廣東最北端的連南、連山、連州最冷月1月平均氣溫9℃左右,低于茶葉正常生長范圍10℃下限,同時(shí)存在35℃以上極端高溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和0℃以下極端低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),但無10℃以下低溫凍害風(fēng)險(xiǎn)。除此之外,其余熱量條件、降水條件和光照條件均較適宜茶樹生長。

        2.2 清遠(yuǎn)各縣區(qū)氣候相似分析

        將1962—2019年清遠(yuǎn)市7個(gè)國家氣象站數(shù)據(jù)與所選的13個(gè)名茶樣本產(chǎn)地國家氣象站數(shù)據(jù)(表略)進(jìn)行相似比,添加權(quán)重計(jì)算后得到待選名茶產(chǎn)區(qū)與清遠(yuǎn)各縣區(qū)氣候相似性綜合序號(hào)值(表1),數(shù)值越小表示引種候選地與清遠(yuǎn)的氣候環(huán)境相似程度越高??芍?3個(gè)名茶產(chǎn)區(qū)中,與連南氣候相似度最高的地區(qū)為廬山市(綜合序號(hào)值為4.1);與連州氣候最相似地區(qū)為安化(綜合序號(hào)值3.9);與連山氣候最相似地區(qū)為六安(綜合序號(hào)值4.3);與陽山氣候最相似地區(qū)為杭州(綜合序號(hào)值4.0);與佛岡氣候最相似地區(qū)為六安、安化(綜合序號(hào)值均為4.1);與英德氣候最相似地區(qū)為六安、都勻(綜合序號(hào)值均為3.4)、與清遠(yuǎn)(市區(qū))氣候最相似地區(qū)為安化(綜合序號(hào)值均為3.2)。綜合全市來看,與清遠(yuǎn)市氣候相似度最高的前5個(gè)地區(qū)依次為安徽省六安市(綜合序號(hào)平均值最低為4.2排名第1,且清遠(yuǎn)所有縣都與其氣候相似)、湖南益陽安化(綜合序號(hào)平均值為4.5排名第2,且清遠(yuǎn)有5個(gè)縣與其氣候相似)、浙江省杭州市(綜合序號(hào)平均值為4.6,排名第3)、貴州都勻市(綜合序號(hào)平均值5.4,排名第4)、江西廬山市(綜合序號(hào)平均值6.1,排名第5,且清遠(yuǎn)有兩個(gè)縣與其氣候相似),上述地區(qū)可作為清遠(yuǎn)及各縣引種備選產(chǎn)地。

        表1 設(shè)置權(quán)重后待引進(jìn)名茶樣本與清遠(yuǎn)各縣區(qū)氣候相似性綜合序號(hào)值1)

        2.3 清遠(yuǎn)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣候相似分析

        根據(jù)2.2節(jié)所得結(jié)果,將杭州、六安、廬山、安化、都勻5個(gè)國家站氣象數(shù)據(jù)作為固定樣本,清遠(yuǎn)131個(gè)區(qū)域站氣象數(shù)據(jù)作為待判樣本進(jìn)行相似比得到清遠(yuǎn)基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)的相似比表(表略),在清遠(yuǎn)全市范圍內(nèi)篩選氣候相似度較高的種植地。由于清遠(yuǎn)區(qū)域站建站時(shí)間差異較大,故選取站點(diǎn)較多的時(shí)段(2009—2019年)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以求分析結(jié)果盡可能覆蓋更多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。利用GIS技術(shù)對(duì)相似比結(jié)果進(jìn)行插值畫圖[15](圖1),推算出清遠(yuǎn)其他無測(cè)站地區(qū)的相似分布情況,以滿足精細(xì)化氣候相似分析的要求。

        圖1 浙江杭州(a)、安徽六安(b)、江西廬山(c)、湖南益陽安化(d)、貴州都勻(e)在清遠(yuǎn)的氣候相似種植地分布情況

        為更直觀地描述清遠(yuǎn)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣候相似程度,表2將相似值劃分為4個(gè)等級(jí):最相似區(qū)、次相似區(qū)、基本相似區(qū)、不相似區(qū)。由圖1可知西湖龍井、六安瓜片、廬山云霧、安化黑茶、都勻毛尖在清遠(yuǎn)的氣候相似種植區(qū)(相似比<50)大部重疊,表明在清遠(yuǎn)選定一個(gè)氣候相似區(qū),可考慮引種上述5種名茶,具有較高的開發(fā)價(jià)值。具體分析各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的相似情況可知,5種名茶中有3種以上茶種能在清遠(yuǎn)找到重疊氣候相似種植區(qū)(相似比<50)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有清城區(qū)飛來峽鎮(zhèn)、源潭鎮(zhèn)、石角鎮(zhèn)、龍?zhí)伶?zhèn)、東城街道、洲心街道、橫荷街道;清新區(qū)龍頸鎮(zhèn)、太和鎮(zhèn)、三坑鎮(zhèn)、禾云鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、石潭鎮(zhèn);佛岡縣逕頭鎮(zhèn)、湯塘鎮(zhèn)、水頭鎮(zhèn)、龍山鎮(zhèn);英德市大灣鎮(zhèn)、九龍鎮(zhèn)、橋頭鎮(zhèn)、東華鎮(zhèn)、英紅鎮(zhèn)、西牛鎮(zhèn)、橫石塘鎮(zhèn)、大站鎮(zhèn);陽山縣楊梅鎮(zhèn)、七拱鎮(zhèn)、小江鎮(zhèn)、大崀鎮(zhèn)、黎埠鎮(zhèn)、嶺背鎮(zhèn)、江英鎮(zhèn)、秤架瑤族鄉(xiāng)、青蓮鎮(zhèn)、杜步鎮(zhèn);連州市瑤安瑤族鄉(xiāng)、星子鎮(zhèn)、西岸鎮(zhèn)、西江鎮(zhèn)、豐陽鎮(zhèn)、九陂鎮(zhèn)、大路邊鎮(zhèn)、東陂鎮(zhèn)、龍坪鎮(zhèn);連山縣小三江鎮(zhèn)、禾洞鎮(zhèn)、太保鎮(zhèn)、吉田鎮(zhèn);連南縣寨崗鎮(zhèn)、大坪鎮(zhèn)、三排鎮(zhèn)。其中最相似種植區(qū)(相似比<30)有清城區(qū)飛來峽鎮(zhèn)、石角鎮(zhèn)、龍?zhí)伶?zhèn)、源潭鎮(zhèn)、洲心街道;清新區(qū)太和鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、三坑鎮(zhèn)、龍頸鎮(zhèn);佛岡縣水頭鎮(zhèn)、龍山鎮(zhèn);英德市大灣鎮(zhèn)、英紅鎮(zhèn);陽山縣小江鎮(zhèn)、楊梅鎮(zhèn)、江英鎮(zhèn)、秤架瑤族鄉(xiāng)、杜步鎮(zhèn);連州市瑤安鄉(xiāng)、東陂鎮(zhèn)、九陂鎮(zhèn);連山縣禾洞鎮(zhèn)、小三江鎮(zhèn);連南縣寨崗鎮(zhèn)。

        表2 基于氣候相似比的種植區(qū)域劃分

        從5種名茶在清遠(yuǎn)氣候相似種植區(qū)占比分布(表略)來看,各茶種在清遠(yuǎn)的氣候相似種植區(qū)占比均接近50%,其中基本相似種植區(qū)占比最高在18%~28%,次相似種植區(qū)占比16%到20%,最相似種植區(qū)占比相對(duì)較少在6%~8%??梢姛o論是引種西湖龍井還是六安瓜片、廬山云霧、安化黑茶、都勻毛尖,在清遠(yuǎn)都能找到氣候相似種植區(qū)域,最適宜種植區(qū)相對(duì)較少,但仍有相當(dāng)數(shù)量的次相似和基本相似種植區(qū)可供選擇。

        3 結(jié)論

        1)與清遠(yuǎn)氣候相似度最高的茶葉及產(chǎn)區(qū)為安化黑茶、六安瓜片、杭州龍井、都勻毛尖、廬山云霧,可作為粵北茶樹引種的備選品種。

        2)5種名茶在清遠(yuǎn)的氣候相似種植區(qū)(相似比<50)大部重疊,表明在清遠(yuǎn)選定一個(gè)氣候相似區(qū),可考慮引種5種名茶,具有較高的開發(fā)價(jià)值。

        3)5種名茶在清遠(yuǎn)的氣候相似種植區(qū)域占比均接近50%,可見無論引進(jìn)5種名茶的哪一種,在清遠(yuǎn)都能找到氣候相似種植區(qū)。其中最相似種植區(qū)(相似比<30)有24個(gè):清城區(qū)飛來峽鎮(zhèn)、石角鎮(zhèn)、龍?zhí)伶?zhèn)、源潭鎮(zhèn)、洲心街道;清新區(qū)太和鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、三坑鎮(zhèn)、龍頸鎮(zhèn);佛岡縣水頭鎮(zhèn)、龍山鎮(zhèn);英德市大灣鎮(zhèn)、英紅鎮(zhèn);陽山縣小江鎮(zhèn)、楊梅鎮(zhèn)、江英鎮(zhèn)、秤架瑤族鄉(xiāng)、杜步鎮(zhèn);連州市瑤安鄉(xiāng)、東陂鎮(zhèn)、九陂鎮(zhèn);連山縣禾洞鎮(zhèn)、小三江鎮(zhèn);連南縣寨崗鎮(zhèn)。

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